NO347272B1 - Undervanns blåseranordning - Google Patents

Description

Undervanns blåseranordning

Foreliggende oppfinnelse omhandler en undervanns blåseranordning i samsvar med ingressen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Det er ofte behov for å grave ut masser på havbunn, for eksempel for å planere områder før installasjon av strukturer, graving av grøfter før legging av rør og kabler og avdekking av nedgravde rør, kabler og andre strukturer. Massene som skal graves kan variere fra leire og silt til sand, grus og stein.

Kjent teknologi

Det er kjent en rekke anordninger for mudring av sedimenter ved sjøbunnen, herunder anordninger som gjør bruk av konvensjonelle sentrifugalpumper så vel som ejektorer for å etablere sugekraft.

Kjent teknologi omfatter også blåsere, som retter en kraftig vannstrøm ned mot havbunnen for a desintegrere sedimenter og blåse disse bort, jf. NO 344516 (Rotech).

Et eksempel på ne kjent blåser er US 2010/0139130 (Wagenaar) som omhandler en blåser som senkes ned fra et fartøy og som dessuten er utstyrt med trustere for posisjonering. Et annet eksempel er WO 2008/065360 (Susman) som riktignok er mer fokusert på graving (excavation) enn på blåsing. Enn videre vises det til søkerens egen publikasjon WO 2014/148916 som gir anvisning på en blåser som er slik innrettet at det opprettholdes et felt med akseptabel visibilitet på arbeidspunktet rett under blåseren. Også denne blir i utgangspunktet firt ned fra et fartøy og opererer svevende i vannmassene med kontroll i det minste delvis ved bruk av thrustere.

CN 113931246 A beskriver en mudringsrobot innrettet for å flytte på masser ved sjøbunnen ved hjelp av mekanisk løsbryting og sugekraft.

Fra WO 99/07949 A1 er det kjent en beltegående anordning for bruk under vann, omfattende en sugebom og en mekanisk kutter samt en rekke dyser plassert ved fremre ende av den mekaniske kutteren for å bidra til å bryte løs kohesive sedimenter som deretter suges vekk gjennom sugebommen.

CN 209368926 A omhandler en beltegående undervannsanordning som har en bevegelig bom som tilfører av vann under trykk frem til en høytrykks dyse egnet til å bryte opp sedimenter. Bommen bærer dessuten en sugeslange innrettet til å fjerne sedimenter.

Ulempen med kjent teknologi er delvis at massene blåses opp en sky som raskt innhyller blåseren og gjør det vanskelig å overvåke arbeidet visuelt. Videre er det et problem at man i liten grad kan bestemme i hvilken retning materialet skal blåses, noe som ofte fører til at materialet raser tilbake i den grøften eller det hullet man ønsker å holde rent og tomt.

Videre kan det være et problem ved store bølger eller kraftige understrømmer å posisjonere utstyret tilstrekkelig presist til å utføre oppgaven på en tilfredsstillende måte innenfor et gitt tidsrom.

Ved arbeid på store havdyp vil det videre være vanskelig å posisjonere og manøvrere konvensjonelle blåsere tilstrekkelig nøyaktig ettersom de opereres fra kran fartøy på fartøy på overflaten.

Formål

Det er et formål med oppfinnelsen at massene blåses lengre bort og ut av området hvor det skal graves ut masser. Det er et formål at gjenværende bunn beholdes mest mulig intakt og det er et formål å beholde sikten slik at en kan ha kontroll med gravingen rundt sårbare objekter. Det er videre et formål at blåseranordningen er effektiv i forhold til sin størrelse.

Foreliggende oppfinnelsen

Formålene angitt ovenfor er ivaretatt gjennom en anordning ifølge oppfinnelsen som definert i patentkrav 1. Foretrukne utførelsesformer fremgår av uselvstendige patentkrav.

Oppfinnelsen består i en undervanns blåseranordning omfattende et beltedrevet understell og fortrinnsvis én, men eventuelt flere blåsere innrettet til å blåse vann mot sedimenter, hver omfattende én eller flere propeller og typisk en, men eventuelt også flere dyser. Blåseren omfatter minst én arm festet dreibart til understellet slik at armens stilling i forhold til et horisontalplan kan reguleres, idet dysen er festet til armen.

Blåseranordningen er innrettet til å generere en massestrøm v vann med en typisk lineærhastighet i området 4-10 m/s.

Blåseren vil typisk omfatte en enhet hvor propell(er) og dyse(r) er fast forbundet med hverandre, typisk montert sammen i et kabinett som er tett med unntak av åpning(er) inn til propellen(e) og dysen(e). Det imidlertid er også mulig at propell(er) og dyse(r) er forbundet med rør eller fleksibel slange(r), men dette er i de fleste tilfeller mindre praktisk. Videre kan anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatte flere blåsere, enten på samme arm eller på forskjellige armer. For å forenkle den etterfølgende beskrivelsen, omtales primært ulike varianter av en foretrukket utførelsesform hvor blåseren er en enkelt enhet med én eller flere propeller anordnet i et kabinett sammen med én eller flere dyser.

Blåseren er anordnet på en dreibar og/eller leddet arm som er forbundet til et beltedrevet understell. Armen kan dreies i det minste om én akse og eventuelt manøvreres slik at blåseren kan bli innrettet i ulike posisjoner og vinkler i forhold til det beltedrevne understellet.

Dysen(e) på blåseren kan ha en dimensjon på flere titalls cm i diameter og en lengde i samme størrelsesorden for å oppnå en ønsket sterk, samlet parallell vannstrøm av stort volum og beskjedent trykk. Typiske massestrømrater (vann) ved bruk av foreliggende oppfinnelse er fra 0,5 til 10 m<3>/s. Armlengden kan typisk være av størrelsesorden 4-16 meter. Det er imidlertid ingen fysiske begrensninger som hindrer større eller mindre blåsere.

Oppfinnelsen gjør det mulig å blåse sedimenter lengre bort enn det som er mulig med konvensjonelle blåsere og med bibehold av sikt på arbeidsstedet. Videre kan sedimentene fjernes i valgt og ønsket retning og med større kapasitet enn det som tidligere har vært mulig. De ovenfor nevnte egenskaper bidrar til å redusere problemet med at sedimenter raser tilbake til den grøften, rennen eller det hullet de blir blåst vekk fra. Samtidig gjør oppfinnelsen det mulig å beholde sikten i langt større grad enn med konvensjonelle blåsere.

Propellen eller propellene som forsyner dysen(e) med vann kan være elektrisk eller hydraulisk drevet. Ved at blåseren sitter på en dreibar arm, kan posisjonen og dermed spyleretningen reguleres. Armen er fortrinnsvis hydraulisk dreibar og manøvrerbar. Videre kan blåseren sitte på en dreibar fot eller et dreibart ledd som gjør at retningen på vannstrømmen kan justeres både vertikalt og horisontalt.

Propellen(e) og dysene kan som nevnt være anordnet som en integrert enhet, for eksempel ved at en propell er anordnet i «bunnen» av en dyse, gjerne i et særskilt sylindrisk kabinett som kun har en sylindervegg, ikke endevegger. Propeller kan også være anordnet vinkelrett på dysens akse, enten ved at der er plassert en eller flere dyser rundt kabinettet eller ved at der er to motstående propeller på samme akse. Alternativt kan en eller flere propeller være anordnet i avstand fra én eller flere dyser og tilføre vann til denne eller disse via interne fluidpassasjer eller kanaler.

Mest hensiktsmessig vil anordningen under bruk bli slik innstilt at vannstrømmen treffer havbunnen/ de massene som skal fjernes med en skrå vinkel, slik at massen blåses bort fra anordningen. Hvis det er understrømmer, vil det være mest hensiktsmessig å blåse i strømningsretningen slik at strømmen fører med seg finstoff som ellers ville hindre sikten.

Det vil i mange tilfeller være at sedimenter er harde og sementerte. Vannstrømmen fra blåseren er egnet for å flytte store mengder sedimenter og har derfor ikke det trykket som kreves for å løse opp harde (kohesive) masser. Blåseranordningen kan derfor være utstyrt med spyledyser som er innrettet til å spyle vann under høyt trykk mot sedimentene for å desintegrere disse. Slike spyledyse(r) kan være anordnet separat fra selve blåseren og eventuelt operert med egne arm, men de kan også med fordel være anordnet i tilknytning til blåseren, for eksempel rundt utløpet av dysen. Slike spyledyser vil være innrettet til å bli forsynt med vann av trykk som er tilpasset sedimentene som skal løsgjøres, som typisk vil være mellom 3 og 300 bar.

Istedenfor eller i tillegg til spyledyser kan det også brukes mekaniske midler for å løse opp sedimenter, som for eksempel hydraulisk operert skuffe med tenner, faste eller hydraulisk opererte, bevegelige pigger, hydrauliske hammere eller roterende kuttere («cutterheads» eller «drum-cutters»)

I det følgende er anordningen beskrevet nærmere under henvisning til de vedlagte figurer.

Figur 1 viser skjematisk og forenklet et sideriss av en foretrukket utførelsesform av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 viser skjematisk og forenklet et toppriss av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som svarer til utførelsesformen vist i figur 1..

Figur 3 viser en alternativ, utførelsesform av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 4 viser en alternativ utførelsesform av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 5 viser en alternativ utførelsesform av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 6a viser en utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 6b viser en utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 6c viser en utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 7 viser en alternativ utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 8a viser en annen alternativ utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 8b viser nok en annen alternativ utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 9 viser nok en annen alternativ utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 10 viser en variant av utførelsesformen vist i figur 9.

Figur 11 viser en annen alternativ utførelsesform av en detalj av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

Med «skjematisk og forenklet» menes at komponentene ikke nødvendigvis er vist i riktig innbyrdes størrelsesforhold eller i deres mest hensiktsmessige posisjon, samt at enkelte komponenter som naturlig vil være til stede, så som komponenter for tilførsel av elektrisk energi eller hydrauliske komponenter, men som ikke sentrale ved definisjonen av oppfinnelsen, helt er utelatt.

Figur 1 viser en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse hvor armen 13 er flerleddet med ledd 131, 132 og hvor en blåser 14a er montert på armen 13 via nok et dreibart ledd 133 som gir ytterligere muligheter for styring av blåsestrømmen fra blåseren 14a. En blåser 14a slik det her er beskrevet, omfatter et kabinett, minst ett inntak for vann, til minst én propell 15 og minst en dyse 16 for blåsestrømmen. Utførelsesformen vist i Figur 1 omfatter også et hus 20 som kan romme ikke-obligatorisk utstyr ved en slik anordning så som koblinger, motorer, hydraulisk kraftforsyning, og kompensatorer.

Figur 2 viser toppris av anordningen ifølge figur 1 med dreibart understell, dreibar arm og dreibar blåser på armen. Denne utførelsesformen omfatter en blåser 14a med tilhørende propell 15 og en dyse 16. Som det også fremgår av figuren, sitter understellet 11 montert på en dreieskive 31 slik at retningen på armen kan styres i ulike retninger også horisontalt. Fortrinnsvis kan dreieskiven dreie minst 180 grader og gjerne ubegrenset. Huset 20 er ikke vist i figur 2.

Figur 3 viser en utførelsesform med en arm 13b som kun er dreibart festet til understellet 11, det vil si den omfatter ikke et ledd tilsvarende leddet 132 i figur 1. I tillegg til en blåser 14a omfatter den en ytterligere blåser 24 som er motsatt rettet. Hensikten med den ytterligere blåseren er å sette opp en motkraft som i det minste delvis balanserer kraften som virker fra blåseren 14a, slik at ikke et overdrevent stort dreiemoment skal bli overført til understellet 11 og beltene 12, noe som kunne få hele blåseranordningen til å velte eller rotere. Dette krever naturligvis ekstra energi tilført. Alternativet ville være å gjøre blåseranordningen mer stabil ved å tilføre ekstra masse, noe som også krever energi og som gjør blåseranordningen mindre håndterlig både i vann og på land.

Slik det i og for seg er vist i figur 1, kan propell og dyse utføres som integrerte eller størrelsestilpassede enheter i et felles kabinett.

Figur 4 viser i et sideriss en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som skiller seg fra utførelsesformene i figurene 1-3 ved at propeller 15 er anordnet i huset 20 montert på understellet samt at armen 13b. Vannpassasjer 21 leder fra propellene til blåseren 14asom kan bli forsynt med vann én eller flere propeller. En fordel med denne konstruksjonen er at propellene kan dimensjoneres uavhengig av dimensjonen på dysene, mens en ulempe er at det oppstår et trykktap på vei mellom propell og dyse.

Figur 5 viser en variant med to armer 13a og 13b med to blåsere 14a som sitter på to forskjellige armer 13. Denne konfigurasjonen tillater for eksempel at det samtidig blåses vekk til begge sider fra en rørgate, en grøft eller lignende.

Figur 6 viser forstørret en variant 14b av blåseren hvor det sitter én propell 15 ved inntaksåpningen og det finnes én dyse 16 i motsatt ende av kabinettet. Det særegne ved denne utførelsesformen er at det rundt dysen 16 er anordnet et antall mindre dyser 62 innrettet til høytrykksspyling for penetrering av sedimenter. Det er mulig å kombinere høytrykks spyledysene med mekaniske midler for penetrering av sedimenter.

Figur 6 b viser en variant av figur 6, men hvor det benyttes mekaniske midler som for eksempel pigghammere 63 for å løsgjøre harde sedimenter, betong eller fjell.

Figur 6 c viser ytterligere en variant av figur 6, hvor det benyttes roterende midler 64 med tenner for å løsgjøre harde sedimenter, betong eller fjell.

Figur 7 viser en annen variant av en blåser 14c hvor det ved inntaksåpningen sitter to propeller 15 anordnet side om side. Det er selvsagt mulig å kombinere også denne varianten med høytrykks spyledyser og/ eller mekaniske midler for penetrering av sedimenter.

Figur 8 viser nok en variant av en blåser 14d hvor det er anordnet inntaksåpninger og propeller 15 på en sirkelflate av kabinettet som fortsatt omfatter kun én dyse 16. Denne konfigurasjonen muliggjør flere enn to inntaksåpninger/ propeller.

Figur 8 b viser nok en variant av en blåser 14d hvor det er anordnet inntaksåpninger og propeller 15 på en akse som er vinkelrett på dysen.

Figur 9 viser nok en variant av en blåser 14e hvor det sitter én propell ved én inntaksåpning og hvor kabinettet er forgrenet til to dyser 16 som er innrettet til å blåse hovedsakelig parallelt.

Figur 10 viser en variant av blåseren i figur 8 hvor de to dysene 16 er innrettet til å blåse i ulike retninger, for eksempel vekk til begge sider av et rør eller lignende som blåseren 14 beveges langs.

Figur 11 viser en variant med 3 dyser, en senterdyse og to sidedyser som frembringer strømning og at sedimentene fjernes til begge sider. Denne varianten er egnet til hovedsakelig samme formål som den vist i figur 10, men sikrer spesielt at løse sedimenter ikke blir etterlatt i det sentrale område som sidedysene ikke dekker.

Det finnes ytterligere en rekke kombinasjoner av midler for løsgjøring (fig 6 – 6 c) propeller (fig 6 -8 b) og dyser (fig 9 - 11) som ikke er beskrevet i detalj her.

Felles for alle utførelsesformer er at armen 13 er dreibare med hensyn til dens vinkel i forhold til et horisontalplan. Armen 13, eller alternativt hele understellet 11 kan også være dreibart sideveis. Atter alternativt kan blåserne 14 være dreibart festet til armene 13, 13b slik at det oppnås en sideveis reguleringsmulighet for vannstrålene.

En fordel ved foreliggende oppfinnelse sammenlignet med de kjente, er at man helt kan unngå en vertikal vannstrøm mot bunnen, som i utgangspunktet sender sedimenter i alle retninger fra treffpunktet mot bunnen og genererer en sky av sedimenter som i stor grad hindrer sikten. Ved bruk av foreliggende oppfinnelse vil man utelukkende operere med en skråstilt stråle. Denne vil forårsake strømning langs havbunn og genere sug som løfter/suger sedimenter opp, slik at de kan blåses bort. Strålen(e) kan rettes i enhver ønsket retning, men typisk bort fra det aktuelle arbeidsområdet og fortrinnsvis med strømretningen.

Anordningen er også egne til å dekke for eksempel grøfter som skal fylles igjen, hvilket ikke er effektivt med blåsere som sender masser i alle retninger. Den kan videre benyttes der det ikke er tilgang med båt, for eksempel under plattformer eller i svært grunne vann.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kan posisjoneres svært nøyaktig siden den ikke påvirkes av bølger eller av havstrømmer.

Ved muligheten for trinnløs innstilling av armens vinkel i forhold til horisontalplanet – og dermed vannstrålens retning - kan man oppnå en tilnærmet optimal virkning av vannstrålen under varierende forhold.

Claims (9)

Patentkrav

1. Undervanns blåseranordning (10) omfattende minst én dyse (16), minst én propell (15) innrettet til å forsyne dysen (16) med vann, karakterisert ved videre å omfatte:

-et understell (11) med belter (12) for bevegelse av anordningen (10) langs bunnen under vann, -minst én arm (13) festet dreibart til understellet (11) slik at armens stilling i forhold til et horisontalplan kan reguleres, idet den minst ene dysen (16) er festet til armen (13),

-idet blåseranordningen (10) er innrettet til å generere en massestrøm av vann med en typisk lineær hastighet i området 4-10 m/s.

2. Anordning i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved dysens (16) retning kan justeres ved hjelp av minst et hydraulisk ledd (131, 132).

3. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at en dyse (16) og en propell (15) er montert sammen i et kabinett til en enhet som utgjør en blåser (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g).

4. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at den omfatter flere propeller (15), hver av hvilke kan være anordnet separat eller som del av en blåser (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g).

5. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at propellene (15) er hydraulisk eller elektrisk drevet.

6. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at anordningen omfatter flere dyser (16), hver av hvilke kan være anordnet separat eller som del av en blåser (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g).

7. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at anordningen omfatter én eller flere spyledyser (62) innrettet til å bli forsynt med vann under høyere trykk enn dysen(e) 16.

8. Anordning i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at spyledysene (62) er plassert rundt utløpet av dysen(e) (16) til blåseren (14b).

9. Anordning i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, karakterisert ved at den omfatter mekaniske midler for å løsgjøre sedimenter, omfattende faste eller bevegelige pigger, skuffer med tenner, eller roterende midler.