BE1018585A3

BE1018585A3 - Snijkop voor het baggeren van grond, snijkopzuiger voorzien van een dergelijke snijkop, en gebruik van de snijkop voor het baggeren van grond.

Info

Publication number: BE1018585A3
Application number: BE2009/0412A
Authority: BE
Inventors: Bruno Tack; Stijn Claessens
Original assignee: Dredging Int
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-04-05
Also published as: AR077551A1; NZ597501A; MY173705A; AU2010270277A1; SG177457A1; HK1166829A1; EP2452022A1; AU2010270277B2; TWI523995B; ZA201200095B; PT2452022E; JP2012532263A; TW201114988A; WO2011003869A1; EP2452022B1; JP5856053B2; ES2438503T5; ES2438503T3; US20120272552A1; EP2452022B2

Abstract

De uitvinding betreft een snijkop voor het baggeren van grond onder water, welke snijkop geschikt is om roteerbaar rond een hartlijn te worden bevestigd aan de ladder van een snijkopzuiger en hiermee door de grond te worden bewogen in een zijwaartse zwaaibeweging, welke snijkop een basisring omvat, een zich in de richting van de hartlijn op afstand van de basisring bevindende naaf, alsmede meerdere zich vanaf de basisring naar de naaf uitstrekkende steunarmen, waarbij tussen steunarmen een doorgaande opening is gelegen en waarbij de snijwerktuigen tenminste aan hun vrije uiteinde axisymmetrisch zijn. De uitgevonden snijkop heeft een verhoogd rendement, in het bijzonder voor gronden met een UCS ("Unconfined Compressive Strength) van ten minste 50 MPa.

Description

Snijkop voor het baggeren van grond, snijkopzuiger voorzien van een dergelijke snijkop, en gebruik van de snijkop voor het baggeren van grond

De uitvinding heeft betrekking op een snij’kop voor het baggeren van grond onder de waterspiegel, welke snijkop geschikt is voor bevestiging aan de ladder, van een snijkopzuiger en hiermee over de grond te worden bewogen in een zijwaartse zwaaibeweging. De uitvinding heeft tevens betrekking op een snijkopzuiger voorzien van een dergelijke snijkop, en op het gebruik van de snijkop voor het baggeren van grond, in het bijzonder van relatief harde grond.

Een snijkop van het in de aanhef beschreven type is bijvoorbeeld bekend uit NL-1031253. De bekende snijkop is een rond een hartlijn roteerbaar omwentelingslichaam, gevormd door een basisring en een op afstand daarvan en concentrisch ermee geplaatste naaf, waartussen zich een aantal steunarmen uitstrekken, die zijn voorzien van snijwerktuigen. De bekende snijwerktuigen zijn beitelvormig, waarmee wordt aangegeven dat zij aan hun vrije uiteinde een afgeplat gedeelte omvatten, met de kopse kant waarvan ze over een bepaalde lijnafstand contact maken met de grond. Voor een goede snijdende werking dienen de snijwerktuigen bij rotatie van de bekende snijkop als eerste in aanraking te komen met de grond. Daarom bevinden de snijwerktuigen zich op een, in de rotatierichting van de snijkop gezien, voorste gedeelte van de steunarmen.

De snijkop wordt toegepast in combinatie met een snijkopzuiger (ook wel aangeduid met cutterzuiger). Een snijkopzuiger omvat een vaartuig dat door middel van zogenaamde spudpalen wordt verankerd in de grond. Door deze verankering kunnen de tijdens het baggeren optredende reactiekrachten worden opgevangen en doorgeleid naar de grond. Aan de ladder van de snijkopzuiger is een zuigleiding bevestigd die in verbinding staat met de snijkop en waarlangs de gebaggerde grond verwijderd wordt.

Bij het baggeren wordt de snijkop in rotatie gebracht en met ladder en zuigleiding onder een doorgaans schuine hoek onder water gelaten, totdat deze de grond raakt. Door de ladder met behulp van lieren alternerend van bakboordzijde naar stuurboordzijde te verhalen, wordt de snijkop met een zijwaartse zwaaibeweging door de grond gesleept. Doordat de snijkop om de hartlijn van de snijkop - de lijn die de rotatiecentra van de basisring en de naaf verbindt - roteert slaan de snijwerktuigen met hun kopvlakken onder grote kracht in de grond, onder het gewicht van de snijkop, ladder en zuigleiding.

De hierdoor gevormde brokstukken worden via doorgaande openingen tussen de steunarmen opgezogen en door de zuigleiding afgevoerd. Door de snijkopzuiger telkens over een bepaalde afstand te verleggen en de bovengenoemde zwaaibeweging te herhalen kan een volledig grondoppervlak worden gebaggerd.

De bekende snijkop heeft als nadeel dat relatief harde grond, zoals rots bijvoorbeeld, in het kader van onderhavige aanvraag gedefinieerd als grond met een UCS (‘Unconfined Compressive Strength’) van tenminste 50 MPa, niet of slechts met beperkt rendement gebaggerd kan worden. De UCS is een voor de vakman bekend begrip en staat voor de druksterkte van een grondmassa, waarvan de zijwanden tijdens het. onder druk zetten niet worden ondersteund. Met rendement wordt in het kader van deze aanvrage bedoeld het per tijdseenheid en per vermogenseenheid uitgebaggerde volume grond.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel in een snijkop voor een snijkopzuiger te voorzien die naast andere voordelen doelmatiger gronden uit kan baggeren, en die het in het bijzonder mogelijk maakt om relatief harde grondsoorten te baggeren met een ten opzichte van de bekende snijkop verhoogd rendement.

Volgens de uitvinding wordt daartoe een snijkop verschaft, die een rond een hartlijn roteerbaar omwentelingslichaam omvat, dat wordt gevormd door een basisring en een op afstand daarvan geplaatste naaf, waartussen zich een aantal steunarmen, voorzien van snij werktuigen, uitstrekt, waarbij de snijwerktuigen tenminste aan hun vrije uiteinde axisymmetrisch zijn. Door onder andere de steunarmen van de snijkop te voorzien van dergelijke snijwerktuigen, blijkt in het bijzonder relatief harde grond, zoals bijvoorbeeld rots, met een ten opzichte van de bekende snijkop verhoogd rendement gebaggerd te kunnen worden. De axisymmetrie van de snijwerktuigen blijkt een gunstige werking te hebben op het breken van de grond, en in het bijzonder relatief harde grond.

De bekende snijwerktuigen zijn aan hun vrije uiteinde relatief breed om te kunnen weerstaan aan de grote krachten die deze ondervinden bij het baggeren. Het gewicht van de onder water gelegen onderdelen van de snijkopzuiger wordt immers verdeeld over het contactoppervlak tussen de snijwerktuigen en de grond. Door het bekende snij werktuig een relatief breed vrij uiteinde te geven is dit contactoppervlak relatief groot, waardoor de op de grond overgebrachte kracht over een relatief groot oppervlak wordt verdeeld. De gemiddelde druk op het contactoppervlak wordt aldus beperkt gehouden, waardoor breuk van de snij werktuigen wordt voorkomen.

Doordat de snij werktuigen volgens de uitvinding tenminste aan hun vrije uiteinde axisymmetrisch zijn en met dit gedeelte in aanraking komen met de grond, dringen de snij werktuigen reeds bij relatief lage krachten in de grond. Bovendien is de plaatselijk op de grond uitgeoefende druk relatief hoog, waardoor de grond, en in het bijzonder relatief harde grond, effectief wordt verbrijzeld.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de snijkop heeft het kenmerk dat de snijwerktuigen rotatiesymmetrisch zijn, en met meer voorkeur kegelvormig zijn gevormd. Een dergelijke geometrie laat toe gemiddeld hogere drukken over te brengen op de grond dan met het bekende snij werktuig mogelijk is. Een verder voordeel van het snij werktuig volgens de uitvinding, en in het bijzonder van de kegelvormige voorkeursvariant, is dat deze door zijn vorm minder ruimte inneemt dan het bekende snijwerktuig. Het wordt daardoor mogelijk de snijkop te voorzien van een groot aantal snijwerktuigen wat voordelig is gebleken voor het baggerrendement van de snijkop. Om dezelfde reden kunnen de zich tussen de stermannen van de snijkop bevindende doorgaande openingen waarlangs de gebaggerde grond wordt afgevoerd eveneens kleiner zijn dan bij de bekende snijkop het geval is. De snijwerktuigen volgens de uitvinding belemmeren de doorgang namelijk minder. Hierdoor kan ook het aantal steunarmen toenemen.

In een andere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de snijkop volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het topgedeelte van de kegelvormige snijwerktuigen een kromtestraal hebben van ten hoogste 500 mm, met meer voorkeur van ten hoogste 350 mm, met nog meer voorkeur van ten hoogste 100 mm, en met de meeste voorkeur van ten hoogste 50 mm. Nog een andere voorkeursvariant omvat kegelvormige snijwerktuigen waarvan het topgedeelte een kromtestraal heeft begrepen tussen 1 en 100 mm, en met meer voorkeur tussen 5 en 80 mm. In nog een andere voorkeursvariant omvatten de snijwerktuigen een houder waarin een kegelvormige hardmetalen inzetstuk is opgenomen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de snijkop volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de snijkop ten minste 5 stermannen omvat, met meer voorkeur tenminste 10 steunarmen, en met de meeste voorkeur tenminste 15 steunarmen. Het is zelfs mogelijk dat de snijkop tussen de basisring en de naaf een omwentelingsoppervlak omvat dat is voorzien van doorgaande openingen. Het gedeelte van het omwentelingsoppervlak dat tussen de openingen is gelegen vormt dan de ‘steunarmen’ van de snijkop. Een andere mogelijkheid is de snijkop te voorzien van axiaal verlopende steunarmen waaraan in de omtreksrichting verlopende dwarsarmen zijn bevestigd.

Het aantal snij werktuigen kan binnen brede grenzen worden gevarieerd, waarbij het voordelen heeft als het aantal snij werktuigen zo groot mogelijk is. In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de snijkop volgens de uitvinding tenminste 50 snijwerktuigen, met meer voorkeur tenminste 100 snijwerktuigen, met nog meer voorkeur tenminste 140 snijwerktuigen, en met de meeste voorkeur tenminste 180 snijwerktuigen. Hierbij kunnen de snijwerktuigen regelmatig maar ook onregelmatig zijn verdeeld over het omwentelingsvlak van de snijkop. Het aantal snijwerktuigen per steunarm omvat bij voorkeur ten minste 10 snijwerktuigen, met meer voorkeur tenminste 15 snijwerktuigen, met nog meer voorkeur tenminste 20 snijwerktuigen, en met de meeste voorkeur tenminste 25 snijwerktuigen,

De snijkop volgens de uitvinding snijdt de grond op fundamenteel andere wijze dan de bekende snijkop. Daar waar de bekende snijkop met veel kracht grote brokken uit de grond slaat, zal de snijkop volgens de uitvinding veel kleinere stukken grond losbreken. Door het grotere aantal snijwerktuigen in de omwentelingsrichting van de snijkop wordt de grond bovendien in snellere opeenvolging gesneden. Deze werking blijkt een hoger rendement op te leveren, met name in hardere gronden.

Het is verder voordelig gebleken als de steunarmen op een, in de rotatierichting van de snijkop gezien, voorste gedeelte een eerste reeks snijwerktuigen omvatten, en ten minste één steunarm op een van de hartlijn afgekeerd gedeelte een tweede reeks snijwerktuigen omvat. Hoewel het ongebruikelijk is om een van de hartlijn afgekeerd gedeelte van een steunarm te voorzien van snijwerktuigen wordt een verbeterd rendement verkregen. Het is verrassenderwijs gebleken dat de verbinding van de snijwerktuigen op het van de hartlijn afgekeerd gedeelte van de steunarm voldoende sterk is om de krachten als gevolg van het tegen met name harde grond zoals rots slaan van de snijwerktuigen in de steunarm door te leiden. Op deze wijze kunnen meer snijwerktuigen op een enkele steunarm worden geplaatst dan volgens de stand der techniek. Dit biedt voordelen bij het baggeren van in het bijzonder relatief harde grond.

In een voordelige uitvoeringsvorm zijn de snijwerktuigen van een steunarm van de eerste reeks geschrankt met de snijwerktuigen van de tweede reeks. Hierdoor wordt het. rendement van het baggerproces verder verhoogd. Doordat de snijwerktuigen zijn geschrankt wordt een vergroot werkoppervlak van de snijwerktuigen verkregen. Snijwerktuigen van de tweede reeks worden immers niet belemmerd door snijwerktuigen van de eerste reeks.

In nog een andere uitvoeringsvorm hebben de steunarmen een lengte en zijn de snijwerktuigen aan weerszijden van het midden van de steunarmen gelegen over maximaal 80% van de lengte van de steunarm. Het weglaten van snijwerktuigen nabij de uiteinden van de steunarmen blijkt niet ten koste te gaan van het rendement van de snijkop, terwijl door deze maatregel de constructie van de snijkop eenvoudiger wordt en daarmee goedkoper. Anderzijds is de aanwezigheid van snijwerktuigen nabij de naaf van de snijkop voordelig voor de voortbeweging van de snijkop.

De snijwerktuigen kunnen integraal met de steunarmen van de snijkop zijn gevormd. Een andere methode is om ze direct met de steunarmen te verbinden, bijvoorbeeld door uit in hoofdzaak staal uitgevoerde snijwerktuigen te lassen met uit in hoofdzaak uit staal vervaardigde steunarmen, hetgeen een sterke verbinding oplevert. In het bijzonder zijn de snijwerktuigen onder tussenkomst van koppelmiddelen met dé steunarmen verbindbaar. Hierdoor kunnen eenvoudig snijwerktuigen worden vervangen, hetgeen benodigd kan zijn als gevolg van slijtage of schade. Het is voordelig de koppelmiddelen zelf hierbij integraal te verbinden met de steunarmen, zoals door gebruik te maken van een lasverbinding.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de snijkop volgens de uitvinding zijn de steunarmen van de snijkop voorzien van geleidingen, waarop de koppelmiddelen en/of de snijwerktuigen verplaatsbaar zijn bevestigd. Een geschikte geleiding omvat bijvoorbeeld een geleiderail, waarover de koppelmiddelen en/of de snijwerktuigen kunnen worden verschoven. Onderhavige voorkeursvariant heeft het voordeel dat de koppelmiddelen en/of de snijwerktuigen eenvoudig kunnen worden verplaatst. Zo kan de tussenafstand tussen de snijwerktuigen eenvoudig worden ingesteld, afhankelijk van de eigenschappen, en in het bijzonder van de hardheid, van de grond.

De uitvinding heeft tevens betrekking op het gebruik van een snijkop volgens onderhavige uitvinding, voor het in bodemdelen snijden van een bodem met een UCS (Unconfined Compressive Strength) tussen 50 - 200 MPa, bij voorkeur tussen 60-150 MPa en het meest bij voorkeur 80- 100 MPa. Voor de voordelen van het gebruik van de snijkop wordt verwezen naar de reeds bovengenoemde voordelen van de snijkop volgens onderhavige uitvinding.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een snijkopzuiger voorzien van een snijkop volgens onderhavige uitvinding. Met een snijkopzuiger voorzien van een snijkop volgens onderhavige uitvinding kan met een verbeterd rendement grond worden gebaggerd en in het bijzonder relatief harde grond, dat wil zeggen een grond met een UCS van meer dan 50 MPa.

De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren en beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen, zonder dat de uitvinding daartoe overigens wordt beperkt. De figuren zijn niet noodzakelijkerwijs op schaal getekend. In de figuren toont:

Figuur 1 een schematisch zijaanzicht van een deel van een snijkopzuiger met een daaraan bevestigde ladder, voorzien van een snijkop volgens de uitvinding;

Figuur 2 een perspectivisch aanzicht van een snijkop volgens de uitvinding; en Figuur 3 in zijaanzicht een detail van een snij werktuig volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een snijkopzuiger 1 waaraan zwenkbaar rond een horizontale as 3 een ladder 2 is bevestigd. De ladder 2 is voorzien van een zuigbuis 4 die de losgemaakte gronddelen kan opzuigen tot boven het wateroppervlak 100, waarna ze worden afgevoerd. De ladder 2 wordt verhaald over het te baggeren of te breken grondoppervlak 9 door middel van een op het dek van de snijkopzuiger 1 aangebrachte lier 5, voorzien van een aantal zwaailieren (niet getoond) en ladderlier 8. De ladder 2 is aan het uiteinde ervan voorzien van een snijkop 10 volgens de uitvinding. Door middel van de ladderlierkabels 8 kan de snijkop 10 onder water worden gelaten, en in gebruik over het grondoppervlak 9 worden bewogen in een heen en weer gaande, zwaaiende beweging vanaf de bakboordzijde naar de stuurboordzijde van de snijkopzuiger 1, en terug. Om de hierbij op het grondoppervlak opgewekte krachten op te kunnen vangen, wordt de snijkopzuiger 1 in de grond verankerd door middel van een spudpaal 101. In figuur 1 is de linker (stuurboord) spudpaal weergegeven in onverankerde toestand, en de rechter (bakboord) spudpaal in verankerde toestand.

Onder verwijzing naar figuur 2 omvat de snijknop 10 volgens de uitvinding een omwentelingslichaam 11, dat rond haar omwentelingsas 12 middels niet getoonde aandrijfmiddelen in rotatie kan worden gebracht. De omwentelingsas 12 valt hierbij samen met de hartlijn van de snijkop 10. In de getoonde uitvoeringsvorm wordt het omwentelingslichaam 11 vanaf de brug gezien in wijzerzin R in rotatie gebracht. Tussen een basisring 13 en een op afstand van de basisring 13 gelegen naaf 14 strekken zich spiraalsgewijs steunarmen 15 uit, welke steunarmen 15 met de basisring 13 en de naaf 14 zijn verbonden. De steunarmen 15 zijn hierbij boogvormig, waarbij de convexe zijden gericht zijn in de rotatierichting R. De basisring 13, de naaf 14 en de steunarmen 15 zijn in hoofdzaak uit staal vervaardigd. Dit maakt de snijkop 10 niet alleen sterk, maar geeft de snijkop 10 ook een hoog gewicht, waardoor de snijkop 10 tijdens het baggeren onder invloed van de zwaartekracht in de richting van de te baggeren grond wordt gedrongen. De steunarmen 15 zijn hierbij regelmatig om de omtrek van de snijkop 10 geplaatst. Tussen de steunarmen 15 zijn doorgaande openingen 16 gelegen. Aan een ten opzichte van de rotatierichting van de snijkop 10 voorste rand 15a van de steunarmen 15 zijn in hoofdzaak uit staal vervaardigde koppelmiddelen 17 gelast, voor het met de steunarmen 15 koppelen van een eerste reeks snijwerktuigen 20. Aan de van de hartlijn van de snijkop 10 afgekeerde rand 15b van de steunarmen 15 zijn eveneens uit in hoofdzaak staal vervaardigde koppelmiddelen 17 gelast, voor het met de steunarmen 15 koppelen van een tweede reeks snijwerktuigen 20. De koppelmiddelen 17 zijn dusdanig georiënteerd, dat de voorzijde of aanslagzijde van de snijwerktuigen 20 van de eerste en.tweede reeks gericht zijn in de rotatierichting R.

Onder verwijzing naar figuur 3 wordt een uitvoeringsvorm van een snijwerktuig 20 getoond. Het getoonde snijwerktuig 20 met totale lengte 27 omvat een in hoofdzaak cilindrisch gedeelte 22 met diameter 25, en een kegelvormig tweede gedeelte 23. Snijwerktuig 20 kan met het cilindrisch gedeelte 22 in een hierboven beschreven koppelmiddel 17 van de sleepkop 1 worden aangebracht, bijvoorbeeld door middel van een klikverbinding 220. Een permanente verbinding is ook mogelijk, of een andere vorm van losmaakbare verbinding. Het kegelvormig gedeelte 23 zal in de in het koppelmiddel 17 aangebrachte toestand van het snij werktuig 20 buiten het koppelmiddel of houder 17 uitsteken over een werklengte 26. Het kegelvormig gedeelte 23 van snijwerktuig 20 is aan het uiteinde dat in contact komt met de grond voorzien van een geharde punt 28. De geschikte kromtestraal van de top van de snij werktuigen 20 is onder andere afhankelijk van de eigenschappen van de ondergrond, en van het specifieke ontwerp van de snijkop, maar is bij voorkeur begrepen tussen 1 en 100 mm. Een geschikte totale lengte 27 van een snijwerktuig 20 bedraagt bij voorkeur tussen 20 en 400 mm. Geschikte dwarse afmetingen 25 bedragen bij voorkeur tussen 10 en 100 mm. In een voorkeursuitvoeringsvorm hebben de snijwerktuigen 20 een buiten de houder 17 uitstekende lengte 26 gelegen tussen 10 en 500 mm, met meer voorkeur tussen 20 en 250 mm, en met de meeste voorkeur tussen 50 en 150 mm.

De getoonde snijkop is bijzonder geschikt voor het breken van relatief harde ondergrond.

Claims

1. Snijkop (10) voor het baggeren van grond onder de waterspiegel, omvattende een rond een hartlijn roteerbaar omwentelingslichaam (11), gevormd door een basisring (13) en een op afstand daarvan geplaatste naaf (14), waartussen zich een aantal steunarmen (15), voorzien van snij werktuigen (20), uitstrekt, tussen welke steunarmen (15) zich doorgaande openingen (16) bevinden voor het afvoeren van de gebaggerde grond, waarbij de snijwerktuigen (20) tenminste aan hun vrije uiteinde axisymmetrisch zijn.

2. Snijkop (10) volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de snijwerktuigen (20) kegelvormig zijn.

3. Snijkop (10) volgens conclusie 2, met het kenmerk dat het topgedeelte van de kegelvormige snijwerktuigen (20) aan hun vrije uiteinde een kromtestraal hebben van ten hoogste 50 mm.

4. Snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de snijkop (10) ten minste 10 steunarmen (15) omvat.

5. Snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een steunarm (15) ten minste 20 snijwerktuigen (20) omvat.

6. Snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de snijwerktuigen (20) dusdanig zijn gericht ten opzichte van de steunarmen (15) dat zij bij rotatie van de snijkop door de grond in hoofdzaak loodrecht op het grondoppervlak inslaan.

7. Snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een steunarm (15) op een, in de rotatierichting van de snijkop (10) gezien, voorste gedeelte (15a) ervan een eerste reeks snijwerktuigen (20) omvat, en dat de steunarm (15) op een van de hartlijn afgekeerd gedeelte (15b) een tweede reeks snijwerktuigen (20) omvat.

8. Snijkop (10) volgens conclusie 4, met het kenmerk dat op eenzelfde steunarm (15) de snijwerktuigen (20) van de eerste reeks geschrankt zijn opgesteld ten opzichte van de snijwerktuigen (20) van de tweede reeks.

9. Snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de snijwerktuigen (20) onder tussenkomst van koppelmiddelen (17) met de steunarmen (15) verbonden zijn.

10. Snijkop (10) volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de steunarmen (15) van de snijkop zijn voorzien van geleidingen, waarop de koppelmiddelen (17) en/of de snijwerktuigen (20) verplaatsbaar zijn bevestigd.

11. Gebruik van een snijkop (10) volgens één der voorgaande conclusies voor het baggeren van grond met een UCS (Unconfined Compressive Strength) van ten minste 50 MPa, bij voorkeur ten minste 60 MPa, en met de meeste voorkeur ten minste 80 MPa.

12. Snijkopzuiger (1), voorzien van een snijkop (10) volgens één der conclusies 1 - 10.