NL1026500C2

NL1026500C2 - Werkwijze en inrichting voor het tijdens een nat grondverzetproces bemonsteren van een mengsel.

Info

Publication number: NL1026500C2
Application number: NL1026500A
Authority: NL
Inventors: Marcus Philippus Maria Druyts
Original assignee: M D C E Bvba
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2005-12-28

Description

,* * «

WERKWIJZE ΕΝ INRICHTING VOOR HET TIJDENS EEN NAT GRONDVERZETPROCES BEMONSTEREN VAN EEN MENGSEL

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werk-5 wijze en een inrichting voor het tijdens een nat grondverzet-proces, zoals een baggerproces, bemonsteren van een mengsel van een grondsoort, zoals zand, in water. Bij de werkwijze wordt het mengsel vervoerd met behulp van een pomp met een pompkarakteristiek, waarbij representatieve waarden voor 10 respectievelijk de opvoerhoogte Hz van de pomp, het toerental np van de pomp, het volumedebiet Qm van het mengsel, en de dichtheid pm van het mengsel worden gemeten. De inrichting volgens de uitvinding omvat een leiding voor het mengsel, een pomp met een pompkarakteristiek voor het verpompen van het 15 mengsel, eerste middelen voor het meten van een voor de opvoerhoogte Hz van de pomp representatieve waarde, tweede middelen voor het meten van een voor het toerental np van de pomp representatieve waarde, en derde middelen voor het meten van voor het volumedebiet Qm en de dichtheid pm van het meng-20 sel representatieve waarden.

In een nat grondverzetproces, in het bijzonder in een baggerproces waar een mengsel door middel van pompen en pijpleidingen wordt vervoerd, vormen de aard en samenstelling van de grondsoort belangrijke informatie die aanleiding kan 25 geven tot grote verschillen in vermogen, productie, kritische snelheid, etc. De kennis van de grondsoort is daarom belangrijk indien men het gedrag wil verklaren en/of voorspellen in termen van benodigd vermogen, productie, kritische snelheid, etc.

30 Op grote baggerschepen zoals sleephopperzuigers en cut terzuigers zal doorgaans een zogenaamde "pijpman" aanwezig zijn die door jarenlange ervaring op basis van een aantal metingen aan boord van het schip de aard eji samenstelling 1026500_____ 2 vrij goed zal kunnen bepalen. Dergelijke ervaren vakmannen zijn echter schaars en er is behoefte aan een werkwijze waarmee de aard en samenstelling van de grondsoort op een te automatiseren wijze kan worden bepaald.

5 De belangrijkste parameters voor het kenmerken van de grondsoort zijn de korrelgrootte en de korrelverdeling, welke doorgaans worden samengevat in een maatgevende korreldiameter dnf. Voor het bepalen van de maatgevende korreldiameter d^ bestaan op dit ogenblik slechts laboratoriumtesten, welke 10 niet geschikt zijn om als dusdanig te worden toegepast tijdens een baggerproces.

De onderhavige uitvinding heeft als doel het verschaffen van een werkwijze en inrichting waarmee tijdens een nat grondverzetproces de aard en samenstelling van de grondsoort 15 in het mengsel kan worden bepaald zonder dat ervaren personeel is vereist.

Daartoe onderscheidt de uitvinding zich doordat de maatgevende korreldiameter d„f van de grondsoort in het mengsel bepaald wordt uit de pompkarakteristiek, en de gemeten repre-20 sentatieve waarden voor respectievelijk de dichtheid pm, het toerental np, het volumedebiet Qm, en de opvoerhoogte Hz.

Aangezien de dichtheid pm, het toerental np, het volumedebiet Qm, en de opvoerhoogte Hz, of de daarmee equivalente grootheden, alle gemakkelijk en continu meetbaar zijn, en de 25 maatgevende korreldiameter uit deze grootheden afleidbaar is, kan men dus op een automatiseerbare manier de aard en samenstelling van de grondsoort bepalen zonder dat ervaren personeel vereist is.

Volgens een mogelijke uitvoering van de werkwijze volgens 30 de uitvinding wordt de opvoerhoogte Hm voor een homogeen mengsel met dichtheid pm afgeleid uit de voor het toerental np en het volumedebiet Qm representatieve waarden, aan de hand van de pompkarakteristiek, waarna een correctiefactor fc 1026500 3 wordt berekend uit de verhouding van de opvoerhoogte Hz en de opvoerhoogte Η,,, en de maatgevende korreldiameter dmf van de grondsoort in het mengsel bepaald wordt uit de correctiefac-tor fc en de voor de voor de dichtheid pro representatieve 5 waarde.

De pompkarakteristiek geeft de opvoerhoogte H (of de druk) weer in functie van het volumedebiet Q (of de opbrengst) voor verschillende toerentallen. Uit de pompkarakteristiek kan dus de opvoerhoogte H worden afgeleid voor een 10 bepaald volumedebiet. De opvoerhoogte Hm voor een pomp met een homogeen mengsel van een grondsoort in water met mengsel-dichtheid pra is gelij k aan Hw * pm , waarbij Hw de opvoerhoogte is voor water. Indien Qm en pm gemeten worden kan men dus uit de pompkarakteristiek Hm bepalen.

15 In werkelijkheid bewegen de vaste deeltjes bij in hoofd zaak horizontaal transport door de zwaartekracht trager dan de waterdeeltjes omwille van een niet uniforme verdeling van de korrels in de doorsnede van de pijp. Verder is de opvoerhoogte Hz van de pomp bij een heterogeen mengsel lager, het-20 geen in het geval van centrifugaalpomp verklaard kan worden door de waaierkrachten. De werkelijke opvoerhoogte Hz (die wordt gemeten) is gelijk aan fc*Hm, waarbij fc een correctie-factor is (fc < 1) . Deze correctiefactor kan dus worden afgeleid uit de verhouding van Hz en Hm.

25 Voor een centrifugaalpomp kan de maatgevende korreldiame ter dnf van de grondsoort in het mengsel bijvoorbeeld bepaald worden uit de correctiefactor fc en de transportconcentratie Ct (een voor de dichtheid pm representatieve waarde bij horizontaal transport), gebruikmakend van de volgende vergelij-30 king die gepubliceerd werd door A.J. Stepanoff: fc=l-Ct* (0.8 + 0.6* log(cU ) .

4-026500 _ 4

Afhankelijk van de maatgevende diameter d^ en de dichtheid pm kan de correctiefactor fc extreme waarden aannemen van 0.6 en lager.

De voor de dichtheid pmvan het mengsel representatieve 5 waarde wordt bij voorkeur gemeten in een in hoofdzaak verticaal deel van de leiding. De transportconcentratie Ct is in dit speciale geval gelijk aan de volumeconcentratie Cv. In dit deel zal de concentratie van het mengsel gelijkmatig verdeeld zijn over de doorsnede van de leiding, waardoor de 10 verhouding tussen de mengsel- en de korrelsnelheid nagenoeg gelijk zal zijn aan 1 en men dus de dichtheid van het homogeen mengsel verkrijgt die nodig is voor het bepalen van de opvoerhoogte H,,.

De pomp kan sleet vertonen waardoor de pompkarakteristiek 15 zal afwijken van de originele pompcurve. Om hiermee rekening te houden volstaat het dat de opvoerhoogte Hm gecorrigeerd wordt met een slijtagecorrectiefactor fs. Deze slijtagecor-rectiefactor fs is de verhouding tussen de originele opvoerhoogte Hw en de actuele opvoerhoogte bij het water draaien.

20 Het meten van de voor de opvoerhoogte Hz van de pomp re presentatieve waarde bestaat typisch uit het meten van het drukverschil tussen de inlaat en de uitlaat van de pomp.

De voor de dichtheid pm van het mengsel representatieve waarde kan bijvoorbeeld de volumeconcentratie Cv van het 25 mengsel en/of de dichtheid ρΒ zelf zijn.

De verschillende stappen van de werkwijze kunnen continu herhaald worden voor het verkrijgen van een reeks waarden van de maatgevende korreldiameter dmf. Bij gelijkblijvende specie zal men op verschillende tijdstippen waarden voor de maatge-30 vende korreldiameter vinden die in principe in hoofdzaak identiek moeten zijn, ook al varieert het debiet, het toerental of de densiteit. Het herhalen van de werkwijze geeft dus o.a. een indicatie van de betrouwbaarheid en laat toe om de 1026500___ 5 verhouding tussen de opvoerhoogte en de correctiefactor fc nauwkeurig vast te leggen. Indien er verschillende soorten specie in het geding zijn, kunnen de verschillen dan bijvoorbeeld met behulp van statistische methoden betrouwbaar vast-5 gesteld worden.

De werkwijze volgens de uitvinding kan in het bijzonder aangewend worden om een nat grondverzetproces, zoals een baggerproces te optimaliseren en te automatiseren, waarbij instelbare parameters van het grondverzetproces bijvoorbeeld 10 automatisch bepaald worden in functie van de maatgevende korreldiameter d,^. Verder is het dankzij de werkwijze van de uitvinding tevens mogelijk om de grondsoort te betrekken bij de analyse van alle aspecten van reële baggerprocessen.

Volgens een verder ontwikkelde uitvoering van de werkwij-15 ze volgens de uitvinding kan de kritische snelheid van het mengsel bepaald worden voor de berekende maatgevende korreldiameter. De kritische snelheid is de snelheid waarvoor het wrijvingsverlies in de leiding minimaal is een functie van de maatgevende korreldiameter. Voor het bepalen van de wrij-20 vingsweerstand (en dus voor de kritische snelheid) kan men bijvoorbeeld beroep doen op bekende methodes, zoals de methode van Durand/Gilbert of de methode van Führböter.

Tenslotte heeft de uitvinding tevens betrekking op een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, welke zich 25 onderscheidt doordat de eerste, tweede en derde middelen verbonden zijn met een computer die voorzien is van software voor het uit de pompkarakteristiek, en de gemeten representatieve waarden voor respectievelijk de dichtheid pm, het toerental np, het volumedebiet Qm, en de opvoerhoogte Hz bepalen 30 van de maatgevende korreldiameter dmf van de grondsoort in het mengsel.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van een niet-beperkend uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting 1026500 6 en werkwijze volgens de uitvinding, met verwijzing naar de figuren in bijlage, waarin: - figuur 1 is een schematisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; 5 - figuur 2 is een pompkarakteristiek van een pomp;

Figuur 1 toont een schematisch aanzicht van de onderdelen van een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, welke onderdelen bijvoorbeeld voorzien zijn aan boord van een baggerschip om tijdens het baggeren van bijvoorbeeld 10 een mengsel van zand in water de maatgevende korreldiameter d^ te bepalen. De inrichting omvat: - een leiding 1 voor het mengsel; - een pomp 2 voor het verpompen van het mengsel; - eerste middelen 3 voor het meten van het drukverschil tus-15 sen de uitlaat en de inlaat van de pomp 2; - tweede middelen 4 voor het meten van het toerental np van de pomp; - derde middelen 5 voor het meten van het volumedebiet Qe en de dichtheid pm van het mengsel.

20 De eerste, tweede en derde middelen 3, 4, 5 zijn verbon den met een computer 6 die voorzien is van software voor het uit de pompkarakteristiek, de dichtheid pm, het toerental np, het volumedebiet Qm, en het drukverschil bepalen van de maatgevende korreldiameter d,^ van de grondsoort in het mengsel.

25 Aan hand van figuur 2 zal nu een mogelijk werkwijze wor den uitgelegd voor het bepalen van de maatgevende korreldiameter drof. Figuur 2 toont in volle lijn de opvoerhoogte Hw voor het verpompen van water in functie van het volumedebiet Q, voor een toerental np van de pomp, en in stippellijn de 30 opvoerhoogte Hm (= Hw * pj voor het verpompen van een homogeen mengsel in functie van het volumedebiet Q voor een waarde np van de pomptoerental, en een waarde pm van de dichtheid van het mengsel. Uit de pompkarakteristiek kan men dus voor 1 C\ o o c η n 7 een gemeten waarde Qm de waarde voor de opvoerhoogte van een homogeen mengsel Hm afleiden, en dit voor de gemeten waarden pm en np. Deze afleiding wordt uitgevoerd door op de computer 6 aanwezige software.

5 Vervolgens wordt door de computer 6 de correctiefactor fc = Hz/Hm bepaald, en hieruit wordt aan dé hand van bekende vergelijkingen en de waarde van de dichtheid pm de maatgevende korreldiameter d^ van het zand bepaald.

De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven 10 uitvoeringsvoorbeelden en de vakman zal begrijpen dat het bijvoorbeeld ook mogelijk is om in de computer een uitgebreide tabel te voorzien die de maatgevende korreldiameter d^ rechtstreeks weergeeft voor verschillende combinaties van de gemeten waarden. Het kader van de uitvinding wordt enkel be-15 paald door de hierna volgende conclusies.

a r\ r\ /y c f\ n

Claims

1. Werkwijze voor het tijdens een nat grondverzetproces, zoals een baggerproces, bemonsteren van een mengsel van een 5 grondsoort, zoals zand, in water, waarbij het mengsel wordt vervoerd met behulp van een pomp met een pompkarakteristiek, en waarbij representatieve waarden worden gemeten voor: - de opvoerhoogte Hz van de pomp; - het toerental np van de pomp; 10. het volumedebiet Qm van het mengsel; en - de dichtheid pm van het mengsel; met het kenmerk, dat de maatgevende korreldiameter d^ van de grondsoort in het mengsel bepaald wordt uit de pompkarakteristiek, en de voor de dichtheid pm, het toerental np, het 15 volumedebiet Qm, en de opvoerhoogte Hz representatieve waarden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat - de opvoerhoogte Hm voor een homogeen mengsel met dichtheid pm afgeleid wordt uit de voor de dichtheid pm, het toerental 20 np en het volumedebiet Qm representatieve waarden, aan de hand van de pompkarakteristiek; - een correctiefactor fc wordt berekend uit de verhouding van de opvoerhoogte Hz en de opvoerhoogte Hm; - de maatgevende korreldiameter d^ van de grondsoort in het 25 mengsel bepaald wordt uit de correctiefactor fc en de voor de voor de dichtheid pm representatieve waarde.

3. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voor de dichtheid pm van het mengsel representatieve waarde gemeten wordt in een in hoofdzaak verti- 30 caal deel van de leiding. 1 n ? r «vn n _

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de opvoerhoogte Hm gecorrigeerd wordt met een slijtagecorrectiefactor fs.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met 5 het kenmerk, dat de voor de opvoerhoogte Hz van de pomp representatieve waarde het drukverschil tussen de inlaat en de uitlaat van de pomp is.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voor de dichtheid pm van het mengsel re- 10 presentatieve waarde de volumeconcentratie Cv van het mengsel is.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stappen van de werkwijze continu herhaald worden voor het verkrijgen van een reeks waarden van de maat- 15 gevende korreldiameter d,^.

8. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het nat grondverzetproces geoptimaliseerd wordt in functie van de maatgevende korreldiameter d,^.

9. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met '—2-Θ—het.....kenmerk, dat de kritische snelheid van het mengsel be paald wordt voor de berekende maatgevende korreldiameter.

10. Inrichting voor het tijdens een nat grondverzetproces bemonsteren van een mengsel van een grondsoort, zoals zand, in water, omvattende: 25. een leiding voor het mengsel; - een pomp met een pompkarakteristiek voor het verpompen van het mengsel; - eerste middelen voor het meten van een voor de opvoerhoogte Hz van de pomp representatieve waarde; 30. tweede middelen voor het meten van een voor het toerental np van de pomp representatieve waarde; - derde middelen voor het meten van voor het volumedebiet Qm en de dichtheid pra van het mengsel representatieve waarden; 10965 00_ _ met het kenmerk, dat de eerste, tweede en derde middelen verbonden zijn met een computer die voorzien is van software voor het uit de pompkarakteristiek, en de representatieve waarden voor respectievelijk de dichtheid pm, het toerental 5 np, het volumedebiet Qm, en de opvoerhoogte H2 bepalen van de maatgevende korreldiameter d^ van de grondsoort in het meng-sel.

11. Inrichting volgens conclusie 10 voor het uitvoeren van een werkwijze volgens één der conclusies 1-9. 1026500