ФРЕЗЕРНЫЙ РЫХЛИТЕЛЬ И ЗЕМЛЕСОСНЫЙ СНАРЯД
CUTTERHEAD AND SUCTION DREDGER

Изобретение относится к фрезерному рыхлителю для землесосного снаряда с фрезерным рыхлителем, предназначенному для установки с возможностью вращения вокруг центральной оси фрезерного рыхлителя относительно всасывающего устройства для всасывания грунта, который срезан фрезерным рыхлителем со дна водного объекта, при этом фрезерный рыхлитель содержит опорное кольцо, втулку, расположенную на расстоянии от опорного кольца в направлении центральной оси, а также множество ножей, которые простираются от опорного кольца к втулке и каждый из которых имеет ряд зубьев, расположенных на радиально самых наружных частях ножа и направленных наружу под углом относительно окружного направления, причем направление вращения фрезерного рыхлителя установлено таким образом, что зубья выполняют срезающее движение.
Фрезерный рыхлитель такого типа известен и используется в тех случаях, в которых грунт может быть срезан со дна водного объекта. Для этого фрезерный рыхлитель снабжен срезающими зубьями, которые прикреплены к фрезерному рыхлителю посредством системы сменных держателей. В зависимости от обрабатываемого грунта зубья подвергаются значительному износу. После некоторого времени зубья, следовательно, являются больше непригодными для срезания грунта, так что требуется их замена.
Срезанный грунт всасывается во всасывающее устройство через внутреннее пространство фрезерного рыхлителя, в частности в его всасывающую трубу, после которой он попадает в бункер землесосного снаряда с фрезерным рыхлителем. В этой связи эффективность фрезерного рыхлителя имеет важное значение. Эффективность связана с отношением количества грунта, который был срезан, к количеству грунта, который, в конце концов, получают. Во время этого процесса неизбежно происходят потери, которые вызваны, между прочим, центробежными силами, создаваемыми вращающимся фрезерным рыхлителем. Эти центробежные силы вызывают отбрасывание наружу части срезанного грунта, в результате чего он не может быть всасан всасывающим устройством.
Даже тот грунт, который уже находится внутри фрезерного рыхлителя, затем все же может быть потерян через отверстия между ножами. Кроме того, в зависимости от положения фрезерного рыхлителя срезанный грунт может соскальзывать к нижерасположенным частям дна просто под действием силы тяжести. В патенте США 4702024 предлагается техническое решение, которое, как предполагают, предотвращает такой сброс. Для этого предлагаются сгребающие щитки сбоку опорного кольца фрезерного рыхлителя, которые предназначены направлять срезанный грунт вверх к всасывающему отверстию всасывающего устройства. Однако так как эти сгребающие щитки простираются только на ограниченную высоту, то все еще невозможно предотвратить сброс грунта из фрезерного рыхлителя до достижения им всасывающего отверстия.
В патенте Нидерландов 1012795 также предлагается техническое решение для того, чтобы ограничить такой сброс в землесосном снаряде с фрезерным рыхлителем. Согласно этому техническому решению отверстие всасывающей трубы располагают как можно ближе к внутреннему пространству фрезерного рыхлителя таким образом, чтобы уменьшить риск сброса грунта. В связи с этим было предложено устанавливать электродвигатель, который приводит во вращение фрезерный рыхлитель вокруг всасывающей трубы. Однако это техническое решение не может предотвратить сброс грунта из отверстий между ножами, в частности, из-за центробежных сил, которые имеют место во время вращения фрезерного рыхлителя.
Кроме того, было предложено ограничить сброс посредством увеличения всасывающей способности всасывающего устройства. Это привело бы к более сильному всасыванию в месте расположения всасывающего отверстия таким образом, что уменьшился бы риск сброса срезанного грунта. Однако недостатком этого технического решения является то, что при повышенных уровнях всасывающей способности быстро увеличивается износ всасывающего устройства, в частности, в результате сильного абразивного действия грунта.
Как установлено на практике, например, вследствие сброса до половины срезанного грунта может оставаться сзади на дне. Это происходит, в частности, при работе с твердыми грунтами. В таком случае достигаемая глубина обработанной поверхности дна заметно меньше, чем если бы была всосана сравнительно большая часть грунта или весь грунт. Следовательно, существует потребность во фрезерном рыхлителе, который обеспечивает, что большая часть срезанного грунта, чем это было до сих пор, может быть фактически отведена всасывающим устройством и отложена в бункере землесосного снаряда с фрезерным рыхлителем.
Эта задача решается тем, что между, по меньшей мере, одной парой соседних ножей, предпочтительно между каждыми парами соседних ножей, простирается средство невозврата, которое предотвращает перемещение срезанного грунта от центральной оси фрезерного рыхлителя наружу. Средство невозврата в том виде, в котором оно используется во фрезерном рыхлителе согласно изобретению, с одной стороны, предоставляет срезанному грунту возможность, как обычно, доступа внутрь фрезерного рыхлителя. Этому перемещению способствует выполнение ножей в виде спирали, что известно само по себе, для того чтобы вызвать перемещение срезанного грунта внутрь фрезерного рыхлителя во время его вращения.
Однако как только грунт попытается двигаться наружу вследствие каких-либо причин, например, из-за действия силы тяжести или вышеупомянутых центробежных сил, являющихся результатом вращения фрезерного рыхлителя, начинает функционировать средство невозврата. В таких случаях последнее преграждает отверстия между ножами фрезерного рыхлителя, в результате чего предотвращается движение срезанного грунта обратно наружу фрезерного рыхлителя. Как только устраняется причина этого движения, средство невозврата может снова открыться и позволить вхождение нового срезанного грунта.
Этому действию средства невозврата может также способствовать соответствующее всасывающее действие всасывающего устройства. Это всасывающее устройство вызывает поток, который направлен снаружи внутрь и в результате которого средство невозврата уже поджато в открытое положение.
Средство невозврата, которое пригодно для использования во фрезерном рыхлителе согласно изобретению, может быть выполнено различными способами. Согласно первому варианту ножи снабжены стенками, которые расположены на стороне, отдаленной от зубьев каждого ножа, при этом средство невозврата прикреплено к этим стенкам. В этом варианте осуществления изобретения средство невозврата в закрытом положении прилегает к стенке противоположного ножа. Вследствие центробежных сил или других сил, которые стремятся создать поток наружу, это средство невозврата в закрытом положении плотно прижато к соответствующей противоположной стенке. Таким образом, можно надежно предотвращать выход наружу уже срезанного грунта, который находится внутри фрезерного рыхлителя.
В частности, средство невозврата может быть прикреплено к поверхности ножа или стенке, обращенной радиально наружу относительно центральной оси, и является перемещаемым между положением, в котором оно взаимодействует с поверхностью соседнего ножа или стенкой, и положением, в котором оно не взаимодействует с поверхностью соседнего ножа или стенкой, обращенной радиально внутрь относительно центральной оси.
Между прочим, средство невозврата не обязательно должно обеспечивать полное перекрытие. Например, возможно использование средства невозврата только в тех местах, где потенциальная потеря грунта является наибольшей. Это, в основном, имеет место на сравнительно большом расстоянии от центральной оси вращения фрезерного рыхлителя, то есть вблизи опорного кольца, где диаметр фрезерного рыхлителя является наибольшим. В этой связи предусматривается размещение средства невозврата только на той части каждого ножа, которая примыкает к опорному кольцу.
Конструкция самого средства невозврата также может иметь многие различные формы выполнения. Согласно первому варианту средство невозврата может содержать гибкие элементы, например, изготовленные из резины. Однако согласно второму варианту средство невозврата может быть выполнено в виде жестких клапанов, которые шарнирно прикреплены к соответствующему ножу или соответствующей стенке. Опорное кольцо, как обычно, может быть круглым, в то время как втулка может содержать пустое пространство, обращенное по направлению к опорному кольцу. Кроме того, средство невозврата может быть выполнено в виде шаровых клапанов в коробке.
Важным преимуществом фрезерного рыхлителя согласно изобретению является то, что средство невозврата может быть сделано его установкой не только во время изготовления фрезерного рыхлителя, но и после этого. Это означает, что можно сравнительно простым образом усовершенствовать существующие фрезерные рыхлители, устанавливая на них средство невозврата.
Изобретение также относится к землесосному снаряду с фрезерным рыхлителем, который содержит всасывающее устройство, снабженное всасывающей трубой, которая может быть расположена в водном объекте, будучи направленной вниз под углом, а также фрезерный рыхлитель, расположенный на свободном конце вышеописанной всасывающей трубы и содержащий опорное кольцо, втулку, расположенную на расстоянии от опорного кольца в направлении центральной оси, а также множество ножей, которые простираются от опорного кольца к втулке и распределены с постоянными интервалами между опорным кольцом и втулкой, и каждый из которых имеет ряд зубьев, расположенных на радиально самых наружных частях ножа и направленных наружу под углом относительно окружного направления, причем направление вращения фрезерного рыхлителя установлено таким образом, что зубья выполняют срезающее движение.
Согласно изобретению предусмотрено, что между, по меньшей мере, двумя соседними ножами простирается средство невозврата, которое эффективно предотвращает движение срезанного материала от центральной оси наружу.
Кроме того, изобретение относится к способу извлечения грунта со дна водного объекта посредством землесосного снаряда с фрезерным рыхлителем, содержащему стадии, на которых:
- используют землесосный снаряд с фрезерным рыхлителем, снабженный всасывающим устройством, имеющим вышеописанный фрезерный рыхлитель,
- срезают или разрыхляют грунт вращением фрезерного рыхлителя,
- осуществляют всасывание во всасывающее устройство для того, чтобы создать поток воды и срезанного грунта изнутри фрезерного рыхлителя и через отверстия между ножами фрезерного рыхлителя,
- по меньшей мере, частично закрывают отверстия между ножами фрезерного рыхлителя посредством средства невозврата, когда происходит поток в обратном направлении.
Ниже изобретение будет объяснено со ссылкой на примерный вариант его осуществления, показанный на чертежах, где:
на фиг.1 показан землесосный снаряд с фрезерным рыхлителем во время работы,
на фиг.2 - увеличенный подробный вид фрезерного рыхлителя,
на фиг.3 - вид в перспективе фрезерного рыхлителя,
на фиг.4 - вид в перспективе фрезерного рыхлителя изнутри,
на фиг.5 - вид фрезерного рыхлителя в продольном разрезе по линии V-V на фиг.1.
Землесосный снаряд с фрезерным рыхлителем, показанный на фиг.1, представляет собой судно 1, к которому прикреплена рама 2, на свободном конце которой с возможностью вращения установлен фрезерный рыхлитель 3. Через раму 2 простираются всасывающая труба 4, показанная пунктирными линиями, и приводной вал 21, при этом всасывающая труба 4 соединена с выпускным трубопроводом 5. Кроме того, землесосный снаряд 1 с фрезерным рыхлителем известным образом содержит насосы, трубы и т.п. для того, чтобы образовывать поток через всасывающую трубу 4, а также приводное средство для привода в движение фрезерного рыхлителя 3 в направлении вращения. Это оборудование известно само по себе и, следовательно, не будет описано с какими-либо дополнительными подробностями.
Землесосный снаряд с фрезерным рыхлителем расположен на водном объекте 6, дно 20 которого обрабатывается фрезерным рыхлителем 3 для того, чтобы срезать и извлекать грунт. Эти операции, вероятно, известны сами по себе и могут осуществляться для большого числа разных целей, как, например, углубления водного пути, извлечения сырьевых материалов, удаление загрязненного материала и т.п.
Грунт, срезаемый и разрыхляемый фрезерным рыхлителем 3, необходимо удалять как можно больше посредством всасывающей трубы 4 так, чтобы не происходил большой сброс грунта. В конце концов, сброс грунта означает, что дно 20 станет сравнительно менее глубоким при одном и том же объеме затраченных усилий, что приводит к снижению эффективности работ. В этой связи согласно изобретению предлагается фрезерный рыхлитель 3, который может обеспечить лучшую производительность в отношении извлеченного грунта.
На фиг.2 и 4 этот фрезерный рыхлитель 3 показан в увеличенном и более подробном виде. Этот фрезерный рыхлитель 3 известным образом имеет круглое опорное кольцо 7, а также открытую или закрытую втулку 8, расположенную на расстоянии от опорного кольца 7 в продольном направлении, при этом между опорным кольцом и втулкой простираются ножи 9, распределенные с постоянными интервалами в окружном направлении опорного кольца 7. Эти ножи 9 простираются спирально и выпукло изогнуты наружу вследствие разницы в диаметре между опорным кольцом 7 и втулкой 8. Как показано на фиг.3, ножи 9 прикреплены к опорному кольцу 7 под острым углом и не простираются там тангенциально относительно опорного кольца 7, а обращены наружу под небольшим углом. Втулка 8 снабжена внутренней винтовой резьбой 22 для прикрепления фрезерного рыхлителя к приводному валу 21.
На радиально самом наружном, выпукло изогнутом крае 11 ножей 9 в каждом случае расположен ряд зубьев 12, которые выполнены с возможностью осуществлять срезающее действие на грунт, чтобы срезать и разрыхлять его. Зубья обычно съемно установлены на держателях фрезерного рыхлителя 3 таким образом, чтобы они могли быть заменены после достижения определенной степени износа. Между ножами 9 расположены продольные прорези или отверстия 10, через которые срезанный грунт может входить внутрь фрезерного рыхлителя 3. Этому способствует спиральная форма ножей 9, а также слегка наклоненная, то есть нетангенциальная ориентация относительно опорного кольца 7.
Такой фрезерный рыхлитель 3 известен сам по себе и может быть связан с проблемой того, что грунт, который вошел внутрь фрезерного рыхлителя 3, в некоторых случаях вытекает из него. Это может быть вследствие угловой ориентации фрезерного рыхлителя, но также может быть вследствие центробежных сил, которые имеют место во время вращения фрезерного рыхлителя 3. Посредством обратных клапанов или обратных заслонок 13 можно предотвратить вытекание срезанного грунта, принятого внутрь фрезерного рыхлителя 3. Эти обратные заслонки 13, с одной стороны, прикреплены к ножу 9, в частности к его стенкам 16 в месте расположения крепежной части 14, в то время как, с другой стороны, их свободный конец 15 может прилегать к соседнему ножу 9 или его стенке 16 так, как показано на виде на фиг.4.
Как показано на фиг.3, обратные клапаны 13 прикреплены к поверхности 17 ножа 9, обращенной радиально наружу, а в закрытом положении прилегают к поверхности 18 соседнего ножа, обращенной радиально внутрь. В показанном варианте осуществления изобретения обратные клапаны 13 расположены между каждой парой соседних ножей 9, но это не является обязательным. Возможно также, что пары соседних ножей будут без клапанов.
В закрытом положении обратные клапаны 13 не допускают или затрудняют вытекание грунта, содержащегося внутри фрезерного рыхлителя 3. Вследствие такого перемещения обратные клапаны 13, в конце концов, будут закрыты, приводя к тому, что грунт этого типа вынужден оставаться внутри фрезерного рыхлителя 3 таким образом, что его можно затем отсасывать. С другой стороны, вследствие течения грунта и воды в результате действия всасывающего устройства, каждый клапан 13 может легко поддерживаться в раскрытом положении таким образом, что не оказывается влияние на нормальную работу фрезерного рыхлителя 3.
Как показано на фиг.3 и 4, клапаны 13 не должны простираться по всей длине ножей 9, хотя это, конечно, возможно. В показанном варианте клапаны 13 расположены только вблизи той части ножей 9, которая примыкает к опорному кольцу 7, то есть там, где действуют наибольшие центробежные силы вследствие большого диаметра фрезерного рыхлителя 3 в этом месте. Следовательно, размещение клапанов 13 в этом месте является наиболее эффективным, так что можно также найти правильный баланс между, с одной стороны, втеканием воды и грунта и, с другой стороны, преграждением вытекания грунта.
Хотя выше был описан фрезерный рыхлитель, ножи которого расположены под углом, изобретение также относится к фрезерному рыхлителю, имеющему ножи, которые не расположены под углом.
На продольном разрезе на фиг.5 показано положение фрезерного рыхлителя 3, приводного вала 21 и всасывающей трубы 4 относительно друг друга. Приводной вал 21 ввинчен в муфту 8 и поддерживается подшипником 24. Кроме того, имеется экран 23, который расположен внутри опорного кольца 7 и соединен с всасывающей трубой 4.