Устройство для удаления осадка и/или песка со дна болотистой территории Российский патент 2023 года по МПК E02F3/88 E02F3/90 E02F3/92 

Это изобретение касается способа удаления осадка и/или песка со дна болотистой территории.

Изобретение применяется как для удаления осадка, так и для удаления слоя нижележащего песка до определенной глубины. Для простоты термин «осадок», используемый далее, относится также и к слоям нижележащего песка.

Более конкретно, способ касается закачивания загрязненного осадка на месте под водой с минимальной турбулентностью.

Общеизвестным является факт, что осадок морских водных путей может быть загрязнен ядохимикатами и тяжелыми металлами от случайных или несанкционированных сбросов, или от утечки с промплощадок, такими как, например, загрязнение токсичными веществами, которые часто присутствуют на корпусе судна для подавления роста морских организмов.

Эти вредоносные вещества остаются существовать в осадке территорий порта и морских водных путей. Такие загрязнения вокруг территорий порта оказывают вредное воздействие на локальные природные морские организмы.

Однако проблема состоит в том, что существующие технологии удаления грунта для удаления осадка со дна болотистой территории часто неэффективны в том смысле, что они создают большую турбулентность, вызывая перемешивание осадка, а также помутнение или взбалтывание в воде.

Содержание воды в осадке увеличивается за счет перемешивания во время выемки грунта. Это нежелательно, поскольку для очистки откачиваемого осадка влажное содержимое должно быть полностью или частично удалено. Повышенное содержание влаги поэтому делает процесс выемки грунта относительно более дорогим, а очистку откаченного осадка - более длительной. Другой недостаток вызванной турбулентности состоит в том, что перемешанный загрязненный осадок распространяется по болотистой территории за счет ресуспендирования и возможно смешивается с незагрязненным осадком, в то время как на самом деле выемка грунта и удаленный осадок должны оставаться на месте как можно дольше.

Кроме того, осаждение ресуспендированного осадка в значительной мере воздействует или даже полностью разрушает почвенные организмы.

Одно из последствий риска создания большой турбулентности при использовании традиционных технологий удаления осадка состоит в том, что такие массивы загрязненной воды оставляются властями нетронутыми с тем, чтобы избежать риска дальнейшего рассеивания через перемешивание и неэффективное удаление.

Это подразумевает, что загрязненные территории порта не углубляются или не расширяются дальше, а это означает, что эти территории с потенциально высокой экономической ценностью остаются неиспользованными.

В BE 1.018.005 и BE 1.021.095 того же изобретателя уже раскрыты способы выемки грунта на месте с помощью водолазного колокола, который вводится в удаляемый осадок и из которого содержащийся в нем осадок откачивается.

Цель настоящего изобретения состоит в дальнейшем улучшении этих известных технологий, использующих водолазный колокол.

С этой целью данное изобретение касается устройства для подводного на месте удаления осадка и/или песка со дна болотистой территории, при этом устройство содержит:

- водолазный колокол с открытой нижней частью и нижним свободным краем;

- средства для перемещения водолазного колокола с нижним краем на требуемую глубину в слой осадка и/или песка, который должен быть удален;

- насос для перемещения грунта, установленный во внутреннем пространстве водолазного колокола и снабженный входным отверстием для того, чтобы закачивать осадок, и/или выходным отверстием, с которым связан трубопровод для нагнетания закаченного осадка и/или песка в коллектор;

- компрессор для нагнетания газа под давлением во внутреннее пространство водолазного колокола во время выемки грунта,

при этом водолазный колокол также снабжен выпускным отверстием газа для сжатого газа, выпускное отверстие газа в водолазном колоколе перемещается по высоте, поскольку выходное отверстие присоединено к поплавку, который может плавать по отстою.

Это подвижное выходное отверстие сжатого газа позволяет воздуху выше осадка или песка свободно удаляться, когда водолазный колокол вводится в осадок или песок, так чтобы водолазный колокол мог заполняться осадком или песком как можно больше без вытеснения воды. Выходное отверстие всегда будет выше осадка или песка, который удаляется, а поплавок вместе с подвижным выходным отверстием и подачей сжатого газа гарантирует, что уровень воды и давление над водой в колоколе саморегулируются.

Действительно, воздух в водолазном колоколе будет в состоянии вытекать через выходное отверстие, а уровень воды будет стабилизирован на уровне верхнего края выходного отверстия.

Поскольку поплавок, а поэтому и выходное отверстие, смонтированное на нем, следуют за уровнем осадка, уровень воды также будет следовать за уровнем осадка или песка, и поэтому уровень осадка или песка и уровень воды будут уменьшаться по мере откачивания все большего количества осадка или песка.

Поскольку оба уровня понижаются одновременно, поток воды через осадок к внешней стороне отсутствует, так что загрязнения не могут вытекать во внешнюю среду и, другими словами, во время выемки грунта загрязнения остаются внутри водолазного колокола.

Такое автоматическое регулирование уровня и давления являются очень простыми и очень эффективными, как уже было продемонстрировано в закрытых испытаниях.

Согласно практическому варианту конструкции, вышеупомянутое выходное отверстие формируется открытым концом трубопровода, который посредством отверстия наверху водолазного колокола выходит в окружающую среду и, например, удерживается выше водной поверхности посредством дополнительного трубопровода для предотвращения турбулентности и помутнения, вызванного увеличением пузырьков воздуха, или в состоянии, при необходимости, очистить токсически загрязненный воздух. Поплавок с выходным отверстием на нем предпочтительно подвешен в водолазном колоколе посредством цепи или подобного средства, при этом длина этой цепи такова, что, когда водолазный колокол вынимают из воды, поплавок с его нижней стороной находится приблизительно на нижнего края водолазного колокола, а когда водолазный колокол вводят в осадок, поплавок немедленно входит в контакт с поднимающимся в водолазном колоколе осадком.

Предпочтительно поплавок выполнен так, что плавает на осадке или песке, но все еще не имеет достаточной плавучести, вместе с весом трубопровода, чтобы удерживать выходное отверстие сжатого газа на воде.

Поплавок, например, сформирован листом, имеющим достаточные размеры, чтобы поддерживать вес трубопровода на листе на осадке или песке.

Согласно простому практическому варианту конструкции трубопровод сформирован твердой металлической трубой, которая остается неподвижной и присоединяется к поплавку одним концом, а другой конец открыт во внешнее пространство водолазного колокола через гибкое соединение на верхней поверхности водолазного колокола.

Предпочтительно насос для перемещения грунта прикреплен в фиксированном положении в водолазном колоколе так, чтобы он погружался в осадок вместе с водолазным колоколом, а входное отверстие насоса для перемещения грунта располагалось на уровне нижнего свободного края водолазного колокола. Для получения вышеупомянутого равновесия в водолазном колоколе используется компрессор, давление которого установлено на максимальное давление выше, чем давление столба воды с высотой, равной разности в уровне между водной поверхностью болотистой территории и нижним свободным краем водолазного колокола.

Произвольно, водолазный колокол около нижнего края может быть снабжен одной или несколькими водяными форсунками, форсунки запитываются струйным насосом, который вводит воду в осадок или песок, и который может быть полезным, когда осадок представляет собой твердое вещество.

Для введения водолазного колокола в осадок может использоваться, например, гидравлический подъемный кран или экскаватор с группой гидравлического блока, который подает гидравлическое питание для приведения в действие насоса для перемещения грунта и дополнительного струйного насоса, при этом водолазный колокол подвешен из стрелы подъемного крана.

Например, гидравлический подъемный кран устанавливается на рабочей лодке или понтоне вместе с вышеупомянутым компрессором. Средства для перемещения водолазного колокола в осадок или песок могут включать вибрационную установку или ударную установку, которая может быть смонтирована, например, на подъемном кране.

Чтобы дать возможность крановщику видеть или осознавать, что он делает, могут быть предоставлены средства для оценки глубины расположения водолазного колокола в слое осадка или песка, а также средства для оценки толщины слоя осадка.

Изобретение также касается способа для подводной выемки осадка или песка на месте.

С целью лучшей демонстрации характеристик изобретения некоторые предпочтительные варианты конструкции согласно данному изобретению описаны далее посредством примера, без какого - либо ограничения, со ссылками на сопровождающие графические материалы, где:

Фиг. 1 схематично показывает устройство согласно изобретению в начале выемки грунта;

Фиг. 2 - 4 показывают устройство Фиг. 1 во время последовательных фаз выемки грунта в одном и том же месте;

Фиг. 5 показывает другой вариант конструкции устройства Фиг. 1;

Фиг. 6 и 7 показывают другие варианты конструкции.

Устройство 1 согласно изобретению, как показано на Фиг. 1 посредством примера, содержит следующие элементы:

- гидравлический подъемный кран 2, установленный на понтоне 3;

- водолазный колокол 5, подвешенный на стреле 4 подъемного крана 2 с внутренним пространством 6 с открытой нижней частью 7, которое ограничено верхней стенкой 8 и боковыми стенками 9, а нижний край 10 колокола выполнен как лезвие;

- насос для перемещения грунта 11, который присоединен во внутреннем пространстве 6 водолазного колокола 5 посредством твердой подвески 12 и снабжен входным отверстием 13 для закачивания осадка 14 и выходным отверстием 15, с которым связан трубопровод 16 для нагнетания закаченного осадка в коллектор 17;

- гидравлический двигатель 18 для насоса для перемещения грунта 11, двигатель 18 посредством трубопроводов 19 соединен с гидравлическим блоком 20 подъемного крана 2;

- компрессор 21, который установлен на понтоне 3, для нагнетания воздуха под давлением во время выемки грунта через трубопровод подачи 22 и канал 23 в верхней стенке 8 во внутреннее пространство 6 водолазного колокола 5,

- выпускной трубопровод 24 для эвакуации накачанного воздуха через выходное отверстие газа 25 из водолазного колокола 5 на открытую площадь выше уровня воды 26, при этом часть выпускного трубопровода 24 в водолазном колоколе 5 выполнена как твердая металлическая труба 24a, связанная одним концом через гибкое соединение 24b с частью 24c выпускного трубопровода 24 за пределами водолазного колокола 5 таким образом, что труба 24a с выходным отверстием газа 25 на другом конце может поворачиваться вокруг гибкого соединения 24b вниз и вверх;

- поплавок 27, который может плавать по отстою 14 и к которому прикреплен конец трубы 24a с выходным отверстием 25; цепь 28, с помощью которой нижний конец трубы 24b подвешен в водолазном колоколе 5 и длина которой такова, что свобода перемещения поплавка 27 ограничивается ситуацией, как показано на Фиг. 1, при этом нижняя сторона поплавка 27 находится на том же уровне, что и нижний край 10 водолазного колокола 5.

Использование устройства 1 согласно изобретению - простое и происходит следующим образом.

С помощью гидравлического подъемного крана 2 водолазный колокол 5 опускают вниз и вместе с насосом для перемещения грунта 11 вводят в осадок 14 с лезвием на нижнем крае 10 водолазного колокола 5 в горизонтальной позиции.

Когда водолазный колокол 5 достигает уровня осадка 14, как в начальной ситуации Фиг. 1, поплавок 27 лежит как раз над осадком 14.

Когда водолазный колокол 5 вводят в осадок 14 на глубину A, как показано на Фиг. 2, поплавок 27 следует за движениями верхнего уровня осадка 14 в водолазном колоколе 5, с трубой 24b, поворачивающейся вверх вокруг гибкого соединения 24c, ведомого поплавком 27.

Поскольку внутреннее пространство 6 в водолазном колоколе 6 выше осадка 14 всегда соединено с наружным воздухом, когда уровень осадка 14 повышается во внутреннем пространстве 6 водолазного колокола 5, воздух вытесняется наружу.

В положении Фиг. 2 подача и отвод сжатого воздуха во внутреннее пространство 6 водолазного колокола 5 автоматически обеспечивает балансировку уровня 29 воды 30 в водолазном колоколе 5, который приблизительно находится на верхнем крае 31 выпускного отверстия газа 25 и таким образом располагается на фиксированной высоте B выше уровня 29 осадка 14 в водолазном колоколе 5. Когда насос для перемещения грунта 11 приводят в действие, осадок 14, который заключен в водолазном колоколе 5, перекачивается в коллектор 17.

Поскольку выемка грунта продолжается, уровень осадка 14 в водолазном колоколе 5 уменьшается, и поплавок 27 и таким образом уровень 29 воды 30 следуют за уровнем осадка 14 в водолазном колоколе.

Уровень 30 контролируется за счет работы насоса для перемещения грунта 11 до тех пор, пока весь осадок 14 в водолазном колоколе 5 не будет откачан, как показано на Фиг. 3.

Другими словами, вода никогда не вытесняется наружу, что может в противном случае заставить загрязнения, присутствующие в осадке, вымываться наружу.

Таким образом выводится только осадок 14, который захвачен в водолазном колоколе 5, без воздействия на осадок14, находящийся снаружи.

Уровень 29 воды 30 выше уровня осадка зависит от высоты верхнего края 31 выходного отверстия 25 и может быть поэтому отрегулирован путем позиционирования его выше или ниже по отношению к поплавку 27.

Предпочтительно, поплавок 27 сконструирован таким образом, чтобы плавать по отстою 14, но не имеет достаточной плавучести в воде вместе с весом трубы 24b, чтобы плавать по воде, и таким образом поплавок 27 может опускаться по осадку 14. С этой целью поплавок 27 может быть выполнен как простой лист, имеющий такие размеры, что давление, оказываемое листом на осадке за счет веса трубы 24b, является меньшим, чем способность осадка нести нагрузку.

Как альтернативный вариант, труба 24b может быть заменена гибким шлангом, более низкий конец которого присоединен к поплавку 27 и таким образом, при необходимости, поплавок 27 подвешивается, чтобы позволить ему погружаться в воду на осадке.

Компрессор 21 установлен так, чтобы максимальное давление было выше, чем давление столба воды высотой, равной разности в уровне C между уровнем воды 26 болотистой территории и лезвием на нижнем свободном крае 10 водолазного колокола 5.

После того, как весь осадок 14 выкачан из водолазного колокола 5, водолазный колокол 5 может быть погружен в осадок 14 глубже, чтобы также обеспечить удаление более глубоких слоев осадка 14.

При необходимости, уровень 14 нижележащего песка с более высокой плотностью также может быть удален до определенной глубины, в этом случае водолазный колокол 5 должен быть введен в песок 14' на эту глубину.

В этом случае или в случае относительно более плотного осадка 14, гидравлический подъемный кран может быть оборудован вибрационной или ударной установкой для вибрационного или ударного воздействия на водолазный колокол для ввода его в песок или осадок. После выемки грунта на требуемую глубину водолазный колокол 5 может быть снова вытянут, чтобы переместиться в осадок в другом расположении для выемки грунта в этом месте. Таким образом, последовательные операции выемки грунта могут эффективно очистить всю территорию за короткий промежуток времени.

Подъемный кран 2 и компрессор 21 не обязательно должны устанавливаться на понтоне 3, они могут также быть установлены, например, на причале.

Ясно, что вместо гидравлического подъемного крана 2 другие средства являются приемлемы для управления погружением водолазного колокола 5 в осадок.

Насос для перемещения грунта 11 не обязательно нуждается в фиксированном расположении в водолазном колоколе 5, но он может, например, присоединяться к устройству, которое может передвигать насос для перемещения грунта 11 в водолазном колоколе 5.

Кроме того, несколько насосов для перемещения грунта 11 могут использоваться.

Фиг. 5 показывает альтернативный вариант конструкции устройства 1 согласно изобретению, которое, относительно устройства на Фиг. 1, снабжено следующими дополнительными элементами:

- средствами измерения глубины водолазного колокола 5 в осадке 14, такими как, например, шкалой глубин 32 на боковой стенке 9 водолазного колокола 5 и камерой 33, чтобы дать возможность оператору подъемного крана на подъемном кране 2 видеть, что происходит в водолазном колоколе 5;

- средствами (не показаны) измерения толщины D слоя осадка, например, посредством гидролокатора;

- установкой для генерирования струи воды, чтобы разрушать твердый осадок в водолазном колоколе 5, другими словами, разбивать его;

- струйным насосом 34 с входным отверстием 35 на наружной стороне водолазного колокола 5 и выходным отверстием 36, связанным трубопроводами 37 с каналами 38 на нижней стороне боковой стенки 9 водолазного колокола 5 так, чтобы струя воды создавалась в горизонтальном направлении;

при этом струйный насос 34 снабжен гидравлическим двигателем 39, который также соединен с гидравлическим блоком 20 подъемного крана 2.

Фиг. 6 показывает другой вариант конструкции устройства 1 согласно изобретению, при этом, в этом случае водолазный колокол 5 подвешен кабелем от катамарана 40 или чем-либо подобным, причем водолазный колокол 5 может быть опущен в осадок с помощью лебедок 41 или подобных средств и может быть поднят назад после того, как работа по выемке грунта закончена, для выемки грунта в следующей зоне. В этом случае также может быть полезно установить на водолазном колоколе 5 вибрационную или ударную установку.

Фиг. 7 раскрывает другой вариант конструкции, при этом водолазный колокол 5 для удаления осадка 14 находится под водой не полностью, а частично выступает из воды.

В показанном примере водолазный колокол 5 снабжен средствами транспортировки 42 для передвижения насоса для перемещения грунта 11 горизонтально и/или вертикально внутри водолазного колокола 5 и вибрационным устройством 43 для обеспечения вибраций водолазного колокола 5 в осадке 14 и/или песке 14'.

Настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается устройствами, описанными посредством примера и показанными на Фиг., напротив, устройство и способ удаления осадка согласно изобретению могут быть реализованы всеми возможными средствами, не отступая от объема изобретения.

Группа изобретений относится к устройству для удаления осадка и/или песка со дна болотистой территории и его использованию. Устройство содержит водолазный колокол (5) с открытой нижней частью (7) и нижним свободным краем (10), средства перемещения водолазного колокола с его нижним краем на требуемую глубину в слое осадка, который должен быть удален, насос для перемещения грунта (11), компрессор (21). Насос (11) установлен во внутреннем пространстве водолазного колокола и снабжен входным отверстием (13) для закачивания осадка и/или выходным отверстием (15), с которым связан трубопровод (18) для нагнетания закаченного осадка и/или песка в коллектор (17). Компрессор (21) используется для нагнетания газа под давлением во внутреннее пространство водолазного колокола во время выемки грунта. При этом водолазный колокол снабжен также выпускным отверстием газа для сжатого газа (25). Выпускное отверстие газа перемещается по высоте в водолазном колоколе за счет того, что выпускное отверстие выполнено в поплавке (27), который может плавать на осадке, или сформировано открытым концом трубопровода, который выходит в окружающую среду через отверстие наверху водолазного колокола. Техническим результатом является повышение эффективности удаления осадка и/или песка со дна болотистой территории при помощи водолазного колокола. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для подводного удаления на месте слоя осадка и/или песка со дна болотистой территории, при этом устройство содержит:

- водолазный колокол с открытой нижней частью и нижним свободным краем;

- средства перемещения водолазного колокола с его нижним свободным краем на требуемую глубину в слой осадка, который должен быть удален;

- насос для перемещения грунта, установленный во внутреннем пространстве водолазного колокола и снабженный входным отверстием для закачивания осадка и/или выходным отверстием, с которым связан трубопровод для нагнетания закачиваемого осадка и/или песка в коллектор;

- компрессор для нагнетания газа под давлением во внутреннее пространство водолазного колокола во время выемки грунта,

отличающееся тем, что водолазный колокол снабжен также выпускным отверстием газа для сжатого газа, при этом выпускное отверстие газа перемещается по высоте в водолазном колоколе за счет того, что выпускное отверстие выполнено в поплавке, который может плавать на осадке, или сформировано открытым концом трубопровода, который выходит в окружающую среду через отверстие наверху водолазного колокола.

2. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что выпускное отверстие расположено таким образом, что его верхний край находится на высоте над поплавком.

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поплавок с выпускным отверстием, выполненным в нем, подвешен в водолазном колоколе посредством цепи, длина которой такова, что, когда водолазный колокол вынимают из воды, поплавок с его нижней стороной располагается на уровне нижнего края водолазного колокола.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поплавок выполнен так, что плавает по отстою, но не имеет достаточной плавучести, чтобы позволить выходному отверстию сжатого газа плавать по воде, вместе с весом трубопровода и выходным отверстием.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что поплавок выполнен в виде листа с возможностью нести на листе вес трубопровода по отстою.

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что трубопровод сформирован твердой металлической трубой, которая остается неподвижной и присоединена к поплавку одним концом, а другой конец выступает через гибкое соединение наверху водолазного колокола в окружающую водолазный колокол среду.

7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что насос для перемещения грунта присоединен к фиксированному месту в водолазном колоколе с его входным отверстием на уровне нижнего свободного края водолазного колокола.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что максимальное давление, на которое установлен компрессор, выше, чем давление столба воды с высотой, равной разности между уровнем поверхности воды болотистой территории и нижним свободным краем водолазного колокола.

9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что нижний свободный край водолазного колокола выполнен в виде лезвия.

10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что около нижнего свободного края водолазный колокол снабжен водяной форсункой, которая питается струйным насосом, который распыляет воду в осадок внутри.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что струйный насос установлен за пределами водолазного колокола и посредством трубопроводов связан с каналами в стенке водолазного колокола, при этом трубопроводы проходят в водолазном колоколе перпендикулярно этой стенке.

12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что средства для перемещения водолазного колокола в осадке сформированы гидравлическим подъемным краном с гидравлическим блоком, который подает гидравлическое питание для приведения в действие насоса для перемещения грунта и дополнительного струйного насоса.

13. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что гидравлический подъемный кран установлен на рабочей лодке или понтоне, вместе с вышеупомянутым компрессором.

14. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для оценки глубины водолазного колокола в уровне осадка.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что средства для оценки глубины водолазного колокола в осадке сформированы шкалой глубин на боковой стенке колокола и камерой.

16. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для оценки толщины слоя осадка.

17. Использование устройства по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройство используется для удаления слоя осадка и/или песка со дна болотистой территории.