NO773409L - Fremgangsmaate og anordning til graving av groefter - Google Patents

Description

Anordning til graving av grøfter.

Foreliggende oppfinnelse angår grøftegraveutstyr, og angår særlig utstyr av den art som er egnet for graving av en grøft for nedlegging eller oppgraving av kabler, rørledninger eller liknendne i havbunnen.

Det er kjent å grave ned kabler og/eller rørledninger i grøfter i sjøbunnen for å beskytte kablene eller rørled-ningene mot skader som kan skyldes ankere, fiskeredskaper etc. Tidligere fremgangsmåter til nedgraving av kabler eller rør-ledninger anvender i alminnelighet systemer der en grøft-gravende anordning trekkes langs sjøbunen av et skip og be-tjenes fra skipet ved hjelp av kabler og/eller rør etc. Slike systemer krever omfattende kabelfjernsynsutstyr for å sette de som skal utføre arbeidet i stand til å overvåke prosessen og styrekablene etc. som forbinder anordningen med skipet, og disse blir påvirket av strømmer og tidevann og av skipets bevegelse, kurs og avdrift.

I henhold til et trekk ved foreliggende oppfinnelse er man kommet frem til en grøftegraveanordning som er egnet til nedgraving og oppgraving av kabler, rørledninger eller liknende i sjøbunnen, hvilken anordning omfatter et verktøy innbefattende en skjæreenhet som har en flerhet av dyser som skal rette vannstråler mot sjøbunnen for lokalt å erodere dennes materiale i området ved skjæreenheten, og en graveenhet som skal fjerne det eroderte materiale fra området ved skjæreenheten.

I henhold til et annet trekk ved foreliggende oppfinnelse er man kommet frem til en fremgangsmåte til graving av en grøft i sjøbunnen ved nedgraving eller oppgraving av kabler, rørledninger eller liknende i sjøbunnen der metoden omfatter innretning av en rekke vannstråler mot sjøbunnen for lokalt å erodere materialet i denne, hvoretter det dannes en grøft og hvoretter erodert materiale i området ved grøften fjernes.

I en spesielt foretrukken utførelsesform for anordningen i henhold til oppfinnelsen omfatter denne en bærearm som verk-tøyet er svingbart festet til og en anordning som muliggjør svingning av verktøyet mellom første og andre stillinger i forhold til armen. Armen kan festes til en neddykkbar eller en neddykket bærer som er bevegelig langs sjøbunnen eller til den undervannsbåt. Som et alternativ kan anordningen drives og styres av et skip. I det sistnevnte tilfellet kan' anordningen settes på plass av dykkere eller av en neddykkbar anordning hvis dybden er større enn det som ansees å være trygt for dykkere. Anordningen kan da slepes av skipet, f.eks. ved hjelp av en forsterket kraftkabel, og den kan styres ved hjelp av kabel-fjernsyn. Alternativt kan anordningen være selvdrevet men styrt 'fra skipet.

Det er fordelaktig om dysene står slik at vannstråler som kommer fra skjæreenheten blir rettet i forskjellige retninger. Det foretrekkes også at anordningen er slik at retningene som vannstrålene stråles ut med kan varieres under drift.

Ved en utførelse er skj æreenheten. i form av et rør og dysene står med mellomrom langs røret. Vann pumpes inn i røret og forlater dette gjennom dysene i form av vannstråler. Dysene kan være forsynt med dysemunnstykker som har mer enn ett vann-utløp, og dysene kan være bevegelige i forhold til røret slik at den retning vannet stråler ut fra dysene kan varieres. Røret i skjæreenheten kan være svingbart festet på graveenheten for å muliggjøre ytterligere variasjon i vannstråleretningen.

Det eroderte materiale blir fortrinnsvis fjernet fra området ved grøften på grunn av at det blir revet med i en strøm av vann som flyter fra grøften. I dette tilfellet omfatter graveenheten en anordning som frembringer en vannstrøm bort fra skjæreenheten. Graveenheten kan således omfatte en rørformet

del med en pumpe og med et innløp som gjør det mulig for vann og erodert materiale å bli trukket inn i enheten og mot et ut-løp som er beregnet på å slippe ut vann og erodert materiale på et sted som ligger i avstand fra skjæreenheten.

Om det ønskes kan verktøyet innbefatte en flerhet av skjæreenheter og/eller en flerhet--av graveenheter i et hvilket som helst hensiktsmessig geometrisk mønster. I dette tilfelle vil alle eller noen av graveenhetene kunne arbeide kontinuerlig eller intermittent etter behov, men et minimum på en skjæreenhet og et minimum på en graveenhet må normalt være i drift når anordningen benyttes til nedgraving eller oppgravning.

Foreliggende oppfinnelse er hensiktsmessig ved nedgraving av kabler eller liknende eller ved frilegning av kabler eller liknende som allerede har vært nedgravet, Anordningen kan naturligvis benyttes ved gravning av en ny grøft eller ved fort-settelse av utgravningen av en allerede eksisterende grøft.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvis-ning til tegningene der: Fig. 1, i perspektiv, viser anordningen i henhold til oppfinnelsen under normal drift,

fig. 2 viser anordningen på fig. 1 sett fra siden og før den tas i drift,

fig. 3 viser anordningen på fig. 1 sett fra siden under normal drift,

fig. 4 viser en del av anordningen på fig. 1 under normal drift og sett fra enden,

fig. 5 viser et snitt gjennom en annen del av anordningen på fig. 1-4,

fig. 6 viser delen på fig. 5 sett forfra,

fig. 7 viser en modifikasjon av en del av fig. 5 og 6

i en første.arbeidsstilling, sett forfra og

fig. 8 viser en del av fig. 7 i en annen arbeidsstilling også sett forfra.

På fig. 1 er det vist en grøftegraveanordning i arbeidsstilling på sjøbunnen og anordningen omfatter en bærearm 1 som er festet til en neddykkbar bærer eller en undervannsbåt eller liknende (ikke vist) ved hjelp av en festekrave 2, og ved sin annen ende er et verktøy omfattende en skjæreenhet og en graveenhet svingbart lagret ved 3• Verktøyet er hengslet til bærearmen 1 ved svingepunktet 3, og en hydraulisk sylinder 7

er anordnet for styring av verktøyet mellom den første stilling, nemlig lagerstilling eller utgangsstilling (se fig. 2) og en

andre stilling, nemlig normal arbeidsstilling (se fig. 3)

eller omvendt etter behov. Bevegelsesområdet er gjengitt med buen 29 pa fig. 1.

Skjæreenheten omfatter et rør 4 montert på svinge-tapper 5 og 6 ved den forreste side av og et stykke foran graveenheten. Vann med høyt trykk fra en ikke vist pumpe, mates gjennom en fleksibel ledning 8 til røret 4 og forlater røret 4 som en rekke høyhastighetsstråler gjennom en flerhet av forover-rettede dyser 9.

Graveenheten omfatter en rørformet del dannet av et første rør 11 som er åpent ved sine øvre og nedre ender, men som ved sin øvre ende er fast forbundet med et ytterligere rør 12 inneholdende en ejektorpumpe 13 montert over den øvre ende av det første rør 11. Høytrykksvann fra en ikke vist pumpe blir ved hjelp av en fleksibel ledning 14 matet til ejektorpumpen 13 som frembringer en sugevirkning ved den øvre ende av det første rør 11, slik at det oppstår en strøm av sjøvann inn i den åpne nedre ende av det første rør 11, som antydet med pilen 26, oppad inn i ejektorpumpen 13 og ut gjennom utløpet 27 ved enden av et ytterligere rør 12. Utløpet 27 av det annet rør 12 blir rettet bort fra skjæreenheten og dermed fra den grøft som graves. På røret 11 er det montert en stillbar styring 15 for kablen eller rørledningen.

Når anordningen er i bruk, blir den neddykkbare anordning eller liknende som utstyret er montert på senket ned til bunnen slik at utstyret hviler på denne eller svever like over sjøbunnen, der kabelen eller rørledningen 16 skal graves ned.

I denne stilling blir skjæreenheten som vist på fig. 2, paral-lell med og langs kabelen eller rørledningen 16 med kabelstyringen 15 over kabelen eller rørledningen 16. Pumpen eller pumpene blir så startet for å levere sjøvann gjennom de flek-sible ledninger 8 og 14 til den nevnte flerhet av munnstykker 9 og til ejektorpumpen 13• Vannstråler med høy hastighet kommer ut fra dysene 9 og treffer sjøbunnen slik at sand og slampar-tikler vasker ut sjøbunnen og danner en rekke små fordypninger. Etterhvert som de små fordypninger i sjøbunnen blir større vil de gå over i hverandre og danne en stor fordypning, og da vil enden av det verktøy som ligger lengst fra svingetappen 3 ha tilbøyelighet til å synke ned i fordypningen. Den hydrauliske sylinder 7 kan benyttes for å hjelpe til med å svinge verk-tøyet ned i fordypningen. Mens vannstrålene med høy hastighet, fra dysene 9, har laget nedtrykningen i sjøbunnen, vil vann •under trykk som strømmer gjennom ejektorpumpen 13 ha brakt en strøm av sjøvann angitt med pilene 23 og 26, til å strømme inn i det første rør 11 og passere ut av det annet rør 12. Denne vannstrøm betegnes som gravestrømmen. Etterhvert som verktøyet synker ned i den store fordypning blir partikler av sand eller slam etc. vasket bort av vannstrømmene med den høye hastighet fra flerheten av dyser 9, og sand og slam vil bli revet med i gravestrømmen slik at denne blir en oppslemming og vil bli tømt ut gjennom det annet rør 12. I denne utførelse finnes det ytterligere innløp 34 i det første rør 11 for å forbedre fjernelse av vrakrester:-fra området ved .skjæreenheten når det er behov for det. Etterhvert som driften fortsetter og fordypningene blir dypere og videre vil den hydrauliske sylinder 7 bevirke ytterligere svingning av verktøyet cm svingetappen 3 til verk-tøyet er vertikalt og i den normale arbeidsstilling som er vist på fig. 3. I denne arbeidsstilling hektes den stillbare styring 15 over kabelen eller rørledningen 16 som skal graves ned, som vist på fig. 4.

Strakt anordningen er kommet i normal arbeidsstilling, (fig. 3) blir den neddykkbare bærer drevet forover, med en på forhånd bestemt hastighet og slik at flerheten av dyser 9 kommer tett ned til overflaten av den grøft som skal graves ut av verk-tøyet. Ved den nevnte flate blir grøften erodert og underskåret og sidene av grøften raser inn, hvoretter denne masse vil bli trukket inn i strømmen ved graveanordningen og drevet ut fra røret 12 i god.avstand fra den grøft som allerede er gravet. Etterhvert som den neddykkbare anordning beveger seg forover vil kabelen 16 gli gjennom kabelstyringen 15 (fig- 3) slik at verktøyet nøyaktig vil følge kabelen slik den er lagt. (bevegelse forover av verktøyet er antydet med den stiplede pil 28 på fig.

1 og 3)- Hvis verktøyet ved sin bevegelse forover treffer på sten eller andre hindringer vil verktøyet bli svingt tilbake idet det svinger om svingetappen 3 inntil hindringen er passert. I dette tilfellet vil den hydrauliske sylinder 7 virke som en støtdemper og, når hindringen er passert, vil sylinderen bringe verktøyet tilbake til dets vertikale arbeidsstilling (fig. 3)-

Den nederste dyse i rekken av slike dyser 9 stikker lavere enn bunnen av det første „rør 11 i graveenheten slik at det finnes en sone med fluidisert materiale under det nevnte første rør 11. Hvis små sten etc. graves ut av dysene 9 vil disse falle ned i sonen av fluidisert materiale under det første rør 11, og de vil ikke bli revet med i gravestrømmen. Strømmen gjennom rørene 11 og 12 blir dermed ikke tilstoppet.

Som vist på fig. 4 kan .tre typer grøfter, betegnet

med henvisningstallene 17, 18 og 19, graves ut med anordningen. Hvis den neddykkbare anordning beveger seg forover forholdsvis hurtig vil grøften 17 med smalt tverrsnitt bli dannet. Sidene av en slik grøft har tilbøyelighet til å være ustabile og vil hurtig rase inn. Hvis den neddykkbare anordning beveger seg forover med middels hastighet vil det være tilstrekkelig tid for en viss innrasning av grøftesidene slik at grøften vil få det tverrsnitt som er betegnet med 18. Hvis den neddykkbare anordning beveger seg forover meget langsomt, vil meget stor innrasning finne sted og føre til utgravning av en grøft med det tverrsnitt som er betegnet med henvisningstallet 19. Ved nedgravning av en kabel eller en rørledning må en bestemt lengde av grøften graves ut og forbli intakt for å gjøre det mulig at kabelens eller rørledningens kjedelinjekurve skal kunne komme tilstrekkelig dypt i grøften for tilstrekkelig nedgravning. Dette betyr at ved nedgravning av kabler etc. foretrekkes en grøft med den tverrsnittsform som er betegnet med henvisningstallet 18. Etter gravning av en grøft og innføring av kabelen eller rørledningen 16 i denne kan grøften etterlates for å fylle seg selv av naturlige årsaker. Grøfter med den tverrsnittsform som er betegnet med henvisningstallet 19 foretrekkes ved oppgravning av en allerede nedgravet kabel eller rørledning eller annen gjenstand som man ønsker få adgang til for reparasjon, vedlikehold osv.

Den hastighet og effektivitet man får ved grøftegraving med anordningen i henhold til oppfinnelsen bestemmes av de hastigheter hvormed rekken av dyser' 9 kan skjære seg vei i sjøbunnen og den hastighet hvormed graveenheten kan fjerne den løsnede masse. Fig. 5 og 6 viser en passende utførelse for et dysehode. Vann med høyt trykk kommer fra røret 4 inn i dyse-ringen 20 i hodet 24 og forlater hodet gjennom første og andre utløp 21 og 22. Det annet utløp 22 er det minste av de to og frembringer en liten hurtig vannstråle som er rettet forover langs dyseaksen 33- Denne stråle kan kalles skjærstrålen og treffer materialer under sjøbunnen i en retning som er stort sett perpendikulær på den flate materialet utgjør mot skjæreenheten når anordningen er i normal arbeidsstilling. Skjærestrålen vil således skure ut et krater like foran dysen. Det første utløp 21 frembringer en vannstråle med større diameter enn skjærestrålen og denne større stråle som er rettet oppad i en vinkel fra dysens akse 33 kan kalles underskjæringsstråle. Formålet med underskjæringsstrålen er å underskjøre materialet under sjøbunnen over det krater som frembringes av skjærestrålen slik at materialet faller ned og kan bringes videre av den turbu-lente gravestrøm 23 og 26 i graveenheten. Andre faste stråler kan benyttes til matning av det underskårede materiale inn i gravestrømmen. Man kan ha ytterligere utløp hvis det kreves mer enn en underskjæringsstråle.

Som vist på fig. 5 er utløpene 21 og 22 adskilt med en vinkel a og frembringer dermed vannstråler i retninger som står skrått i forhold til hverandre med en vinkel a. Hodet 24 og hele dysen kan byttes ut slik at forskjellige hoder kan velges for forskjellige arbeider. For eksempel ville man for å skjære en dyp smal grøft (f.eks. med tverrsnittsformen 17 på fig. 4) be-nytte dysehoder med en liten vinkel a. For oppgravning foretrekkes det hoder med større vinkler. Hoder med forskjellige vinkler a kan anbringes ved de forskjellige dyser 9, alt etter den stilling den dyse det gjelder har på røret 4, det vil si alt etter dysens dybde under sjøbunnen.

De egentlige størrelser og forholdet mellom størrelsene på utløpene 21 og 22 kan varieres for tilpasning til bestemte anvendelser i forskjellige typer materialer i sjøbunnen. Det valgte dysemønster vil da benyttes til å forme en grøft med stabilt tverrsnitt ved hjelp av utvendige faste stråler der det er behov for det. I forholdsvis fast materiale i sjøbunnen som f.eks. leire, kan det formes en grøft med tverrsnittsformen 17 (fig. 4). I løst sjøbunnsmateriale som f.eks. sand, vil en grøft med tverrsnittsformen 19 (fig. 4) være mest stabil og kan i bunnpartiet ha en oppslemning av sjøbunnsmateriale. Grøften kan da behandles ved å anvende faste stråler for inndrivning av vann i oppslemningen et stykke bak anordningen i et område som ikke påvirkes av gravestrømmen for derved å danne en blanding i bunnen av grøften som kabelen, rørledningen eller liknende kan synke ned i.

Ytterligere forbedringer ved effektiviteten i gravningen ved hjelp av rekken av dyser 9 kan gjøres ved at strålene er bevegelige slik at de vil peke i en rekke forskjellige retninger i rekkefølge. Bevegelse av dysene 9 kan man få til ved

den ene eller begge av to måter:

(i) ved å bevege hele rekken av dyser 9 frem og tilbake

i en bue 32 (fig. 1) ved bevegelse av røret 4 om svingepunktene 5 eller 6 eller (ii) ved rotasjon frem og tilbake av hodene 24 for de enkelte dyser9over en bue 25 (fig. 1).

Fig. 7 og 8 viser, sett forfra, det samme dysehode 24 som i dette tilfellet har første og andre utløp 21A og 21B innrettet til å gi to underskjæringsstråler. Dysehodet er drei-bart om dyseaksen mellom en første og en andre arbeidsstilling. De to stillinger som er vist på fig. 7 og .8 representerer den maksimale nyttige utstrekning av rotasjonen av hodet 24 mot urviserretningen 31 og i urviserretningen 30. Retning av under-skjæringsstrålene under horisontalplanet gjennom dyseaksen ville gjøre strålene mindre effektive. Det er imidlertid mulig at man ved å rette strålene nedad kan ha spesiell nytte av det som her er beskrevet.

Vinkelen mellom de to utløp 21A og 21B er g. Vinkelen

a (fig. 5), vinkelen 33den vinkel som røret 4 dreies med og vinkelen av munnstykkehodets rotasjon 25 er alle variable fak-torer som kan benyttes for å optimalisere effektiviteten ved gravningen med skjæreenheten for en hvilken som helst spesiell anvendelse i et hvilket som helst materiale i sjøbunnen. Anordningen for dreining av røret 4 og/eller rotasjon av hodene 24

kan være en vingeoscillator som er betegnet med henvisningstallet 10. Imidlertid kan en hvilken som helst annen passende anordning, f.eks. elektrisk, mekanisk, hydraulisk eller kombina-sjoner av disse benyttes.

De to typer av bevegelse av dysene 9 frem og tilbake, det vil si dreining av røret 4 og rotasjon av hodene 24, kan enten være kontinuerlig eller trinnvis etter behov. Hodene 24 kan også bringes til å rotere i en enkel retning enten med konstant hastighet eller i trinn om det er- behov for det.

Claims (10)

1. Anordning til graving av grøfter egnet for anvendelse ved nedgravning eller oppgravning av kabler, rørledninger eller liknende i sjøbunnen, karakterisert ved at anordningen omfatter et verktøy med (i) en skjæreenhet med en rekke dyser (9) som skal rette vannstråler mot sjøbunnen for lokal erosjon av materialet i denne i området ved skjæreenheten og (ii) en graveenhet for å fjerne det eroderte materiale fra området ved skjæreenheten.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at dysene (9) er slik at vannstrålene kommer fra skjæreenheten i forskjellige retninger.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at de retninger hvormed vannstrålene kommer fra skjæreenheten kan varieres.

4. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at skjæreenheten er i form av et rør (4) for mottagning av vann og at dysene (9) står med mellomrom langs røret, der hver dyse innbefatter første og andre vannutløp (21, 22) beregnet på. å frembringe vannstråler i forskjellige retninger.

5- Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at hver dyse (9) er bevegelig i forhold til røret (4).

6. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 4-6, karakterisert ved at røret (4) på skjæreenheten er svingbart lagret på graveenheten.

7- Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at graveenheten innbefatter rørformede deler (11) med en pumpe (13) og har et innløp der vann og erodert materiale kan trekkes inn i enheten og et utløp (27) beregnet på å slippe ut vann og erodert materiale i et område som ligger i avstand fra skjæreenheten .

8. Anordning som angitt i et'hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den innbefatter en bærearm (1) som verktøyet er svingbart forbundet med og en anordning til bevegelse av verktøyet mellom to ende-stillinger i forhold til armen.

9. Anordning som angitt i et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert v.edat den omfatter en innretning (15) som holder anordningen glidende fast på kabelen, rørledningen eller liknende under bruk.

10. Fremgangsmåte sil gravning av en grøft i sjøbunnen ved nedgravning eller oppgravning av kabler, rørledninger og liknende i denne, karakterisert ved at en rekke vannstråler rettes mot sjøbunnen for lokal erosjon av materialet i denne og for dannelse av grøften ved fjernelse av erodert materiale fra området ved denne.