BE1019231A3 - Inrichting, systeem en werkwijze voor het verhogen van de werkbaarheid. - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan, de inrichting omvattende: een zuigbuis voor het opzuigen van bodemmateriaal, waarbij de zuigbuis geleed is uitgevoerd in een aantal ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten; een aan het uiteinde van de zuigbuis voorziene sleepkop die in gebruik over de bodem voortgesleept wordt voor het losmaken en opzuigen van het bodemmateriaal; tussen de zuigbuis en het vaartuig voorziene kabels voor het ondersteunen van individuele zuigbuissegmenten; ten minste een hefelement voor het door optillen of laten vieren van ten minste één van de kabels ten opzichte van elkaar laten zwenken van zuigbuissegmenten; een besturingseenheid voor het aansturen van het hefelement, waarbij de besturingseenheid is ingericht om door zwenking van zuigbuissegmenten de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan aan te passen. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het compenseren van dergelijke deining of golfslag.

Description

INRICHTING, SYSTEEM EN WERKWIJZE VOOR HET VERHOGEN VAN DE

WERKBAARHEID

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan, in het bijzonder een sleepkop. De uitvinding heeft tevens betrekking op een samenstel van een vaartuig, in het bijzonder een sleephopperzuiger, en een of meer van dergelijke inrichtingen alsmede op een werkwijze voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van een dergelijke invloed.

Een sleephopperzuiger is een vaartuig waarmee materiaal van de bodem van een watermassa kan worden opgezogen, worden opgevangen en worden getransporteerd naar een daartoe geschikte bestemming. De watermassa is meestal de zee, maar sleephopperzuigers kunnen ook worden toegepast op een meer of dergelijke. Een sleephopperzuiger is voorzien van een lange, met het vaartuig gekoppelde zuigbuis. De zuigbuis is opgehangen aan een aantal kabels dié over de lengte van de zuigbuis verdeeld zijn. Met behulp van kranen (bokken) en daaraan bevestigde lieren laat men de kabels vieren zodat de zuigbuis in de watermassa afgezonken kan worden. Aan het onderste uiteinde van de zuigbuis is een sleepkop voorzien die in gebruik over de bodem van de watermassa voortgesleept wordt. Gedurende het slepen van het ontgravingsorgaan over de bodem wordt een mengsel van bodemmateriaal en water door het ontgravingsorgaan losgemaakt. Onder invloed van het vacuüm dat gecreëerd wordt door een of meer centrifugaalpompen, wordt het losgemaakte bodemmateriaal naar boven toe gezogen en vervolgens opgeslagen in het ruim van het vaartuig. In het ruim, dat in het geval van een sleephopperzuiger de hopper wordt genoemd, slaat het aangevoerde bodemmateriaal neer en wordt het teveel aan water afgevoerd. Wanneer het ruim eenmaal vol is, wordt de zuigbuis weer ingetrokken en verplaatst het vaartuig zich naar de eerder genoemde bestemming om het opgezogen bodemmateriaal af te leveren.

De maximale baggerdiepte van een sleephopperzuiger wordt over het algemeen bepaald door de lengte van de zuigbuis die het vaartuig kan hanteren. Deze maximale lengte is onder meer afhankelijk van de lengte van het schip. Als gevolg van een aantal factoren is tot nog toe de lengte van de zuigbuis en daarmee de diepte waarop gebaggerd kan worden beperkt gebleven tot maximaal ongeveer 130 meter. Een van die factoren die het baggeren op grote diepte nadelig beïnvloeden is de optredende golfslag of deining. Bijvoorbeeld bij grote golfhoogtes en/of bij bepaalde golffïequenties is baggeren niet mogelijk omdat als gevolg van de deining of golfslag de zuigbuis, en met name het ontgravingsorgaan daarvan, in de bodem gedrukt wordt of althans dreigt te worden. Dit kan tot schade aan het ontgravingsorgaan, de zuigbuis of zelfs aan het vaartuig leiden. Het jaargetijde kan eveneens een rol spelen. In de winterperiode zijn de golven vaak hoger dan buiten deze periode. In sommige gebieden op aarde is het zelfs slechts mogelijk om gedurende een nog kortere periode, bijvoorbeeld alleen in de zomer, te baggeren omdat alleen in die periode de golven gemiddeld onder een bepaalde kritische hoogte blijven. Deze beperking van de werkbaarheid (of “up time”) voor het baggeren op zee verhoogt de kosten van het baggeren en de snelheid daarvan, bijvoorbeeld bij het aanleggen van de infrastructuur voor het winnen van gas en/of olie in bepaalde gebieden, in aanzienlijke mate. De beperking treedt met name op bij het baggeren op grote dieptes. De zuigbuis strekt zich dan vrij steil uit en het ontgravingsorgaan heeft daarom eerder de neiging om zich in de bodem in te graven.

De eerder genoemde schade aan de zuigbuis, aan het ontgravingsorgaan en/of aan het vaartuig kan optreden wanneer het ontgravingsorgaan een negatieve bodemsnelheid krijgt. Hiermee wordt bedoeld dat als gevolg van de bewegingen van het schip onder invloed van de deining of golfslag, het ontgravingsorgaan onderaan de zuigbuis, ondanks een positieve bodemsnelheid (d.w.z. snelheid ten opzichte van de bodem) van het vaartuig in de vaarrichting, het ontgravingsorgaan zelf een snelheid in de tegenovergestelde richting krijgt. Het verschijnsel van negatieve sleepkopbodemsnelheid is een van de factoren die de werkbaarheid (of up-time) bij het baggeren in diep water het meest beperken.

Om te voorkomen dat het ontgravingsorgaan een negatieve bodemsnelheid krijgt gedurende de verplaatsing van het vaartuig in de vaarrichting kan bijvoorbeeld een zeer groot en zwaar vaartuig gebruikt worden. Vanwege zijn grote massa en afmetingen, zal het zeer grote schip minder beïnvloed worden door de golfslag en zullen zodoende de bewegingen vari het vaartuig kleiner zijn. Vanwege deze kleinere vaartuigbewegingen zal het ontgravingsorgaan kleinere relatieve verplaatsingen en kleinere relatieve verplaatsingssnelheden kennen. Het bezwaar hiervan is echter dat het een zeer kostbare oplossing is. Bovendien kost het bouwen van dergelijke zware vaartuigen relatief veel tijd.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een inrichting, systeem en werkwijze te verschaffen waarin bovengenoemde bezwaren van de stand van de techniek zijn ondervangen of althans verminderd.

Het is tevens een doel van de uitvinding een inrichting, samenstel en werkwijze te verschaffen waarin de werkbaarheid te verhogen is.

Het is voorts een doel van de uitvinding een inrichting, samenstel en werkwijze te verschaffen waarmee op relatief grote dieptes en met een beperkte kans op beschadiging gebaggerd kan worden.

Volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding wordt ten minste een van de genoemde doelen bereikt in een inrichting voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan,in het bijzonder een sleepkop, de inrichting omvattende: - een zuigbuis voor het opzuigen van bodemmateriaal, waarbij de zuigbuis geleed is uitgevoerd in een aantal ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten en waarbij elk van de zuigbuissegmenten zich schuin achterwaarts ten opzichte van de voortbewegingsrichting van het vaartuig uitstrekt; - een aan het uiteinde van de zuigbuis voorziene sleepkop die in gebruik over de bodem voortgesleept wordt voor het losmaken en opzuigen van het bodemmateriaal; - tussen de zuigbuis en het vaartuig voorziene kabels voor het ondersteunen van individuele zuigbuissegmenten; - ten minste een hefelement voor het door optillen of laten vieren van ten minste één van de kabels ten opzichte van elkaar laten zwenken van zuigbuissegmenten; - een besturingseenheid voor het aansturen van het hefelement, waarbij de besturingseenheid is ingericht om door zwenking van zuigbuissegmenten de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan aan te passen.

De zuigbuissegmenten kunnen opwaarts worden verplaatst door een of meer kabels met een of meer hefelementen op te tillen en neerwaarts worden verplaatst door de kabels te laten vieren en de segmenten onder invloed van de zwaartekracht te laten zinken. Een geschikte zwenking van een of meer zuigbuissegmenten kan een verplaatsing van het aan de zuigbuis gekoppelde ontgravingsorgaan bewerkstelligen.

Door deze verplaatsing op juiste wijze in te richten (bijv. voor wat betreft timing, amplitude, snelheid en aangrijpingspunt), kan de resulterende snelheid van het ontgravingsorgaan over de bodem geregeld worden.

Een verder voordeel van deze uitvoering is dat de inrichting niet alleen kan worden toegepast op nieuwe, nog te bouwen vaartuigen, maar tevens kan worden aangebracht op reeds bestaande vaartuigen.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de zuigbuissegmenten gevormd door in hoofdzaak rechte buizen die in eikaars verlengde zijn aangebracht. Hierdoor is de kans op verstopping van de zuigbuis, bijvoorbeeld ter plaatse van de koppelingen tussen opeenvolgende zuigbuissegmenten, klein. Bovendien betekent dit dat de gehele zuigbuis, die na gebruik langszij het schip wordt getild en/of op het dek van het schip wordt bewaard, een relatief kleine breedte heeft. De totale breedte van de zuigbuis behoeft in bepaalde uitvoeringen, bijvoorbeeld wanneer gebruik wordt gemaakt van rubberen koppelingen tussen de zuigbuissegmenten, slechts weinig breder te zijn dan de diameter van de buis. De totale breedte van de zuigbuis (inclusief koppelingen) is dan in dezelfde orde van grootte als de diameter van de buis (bijvoorbeeld circa 1 m). Een verder voordeel is dat het krachtenverloop in de zuigbuis veel gunstiger is dan in een buis waarin een of meer zuigbuissegmenten schuin naar voren zijn geplaatst, zodat de kans op beschadigingen en/of de mate van slijtage beperkt kan worden.

In een voorkeursuitvoering van de uitvinding is de besturingseenheid uitgevoerd om de genoemde één of meer hefelementen zodanig aan te sturen dat door het optillen of laten vieren van ten minste één kabel de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan geregeld wordt. Een negatieve snelheid treedt dan niet op en de kans op beschadigingen is dan relatief klein.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat de inrichting een zuigbuiseindsegment, aan een uiteinde waarvan het ontgravingsorgaan is aangebracht en aan het andere uiteinde waarvan een tussensegment is aangebracht. Dit zuigbuissegment wordt hierin het eindsegment genoemd. Het is het aan het eindsegment aangebrachte (tussen-) segment dat, althans in deze uitvoering, verplaatst wordt onder invloed van de door de besturingseenheid aangestuurde kabel. Bij een zuigbuis bestaande uit vier segmenten betekent dit bijvoorbeeld dat de door de besturingseenheid aangestuurde kabel is bevestigd aan het derde segment. Het eindsegment en het daaraan gekoppelde segment bevinden zich het dichtst bij het element waarvan het gedrag beïnvloed moet worden, dat wil zeggen bij het ontgravingsorgaan. Daarom zal in veel gevallen verplaatsing van deze segmenten de meest directe invloed hebben op het gedrag van het ontgravingsorgaan, de kleinste tijdsvertraging opleveren en het minste vermogen vergen.

Volgens een voorkeursuitvoering omvat de inrichting een snelheidbepalingseenheid, in het bijzonder een snelheidsmeter, voor het bepalen van de snelheid van het ontgravingsorgaan ten opzichte van de bodem. De snelheidbepalingseenheid geeft een signaal af dat representatief is voor de gemeten snelheid. Dit signaal wordt teruggevoerd naar de besturingseenheid. De besturingseenheid bepaalt vervolgens de benodigde aansturing van het hefelement door gebruik te maken van een besturingsalgoritme dat gebruik maakt van de teruggevoerde bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan. Op deze wijze kan een actieve sturing van de beweging van het ontgravingsorgaan en daarmee van de bodemsnelheid daarvan tot stand worden gebracht.

In een bepaalde uitvoeringsvorm is de besturingseenheid uitgevoerd om door het hefelement de kabel zodanig op te nemen of te laten vieren dat de afwijking tussen de gemeten bodemsnelheid en een referentiesnelheid gereduceerd wordt. Wanneer bijvoorbeeld de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan kleiner wordt dan de referentiesnelheid, zal de besturingseenheid de op de kabel uitgeoefende kracht reduceren, zodat het daaraan bevestigde buissegment naar beneden zinkt, aldus de snelheid van het ontgravingsorgaan verhogend. Wanneer de snelheid groter wordt, wordt de kracht daarentegen verhoogd, zodat het betreffende zuigbuissegment enigszins wordt opgeheven. In een verdere uitvoeringsvorm betreft de reductie van de genoemde afwijking een minimalisatie daarvan.

In een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een inrichting verschaft waarin de besturingseenheid is ingericht om het hefelement afhankelijk van een of meer variabelen die karakteristiek zijn voor de deining of golfslag aan te sturen. Deze variabele kan bijvoorbeeld gevormd wordt door de golffrequentie. De actuele golfffequentie kan bijvoorbeeld met een golffrequentiemeter worden gemeten. De besturingseenheid kan dan bijvoorbeeld geïnactiveerd worden wanneer de frequentie van de golven onder een vooraf bepaalde waarde komt. De frequenties van de golven kunnen ook bepaald worden door een specifiek voor dit doel bestemde golfboei. In een bepaalde uitvoering is de responskarakteristiek van de besturingseenheid afhankelijk gemaakt van een of meer van deze voor de deining of golfslag karakteristieke variabelen, bijvoorbeeld een responskarakteristiek die aangepast wordt afhankelijk van de overheersende deiningsffequentie (golfslagfrequentie).

In andere uitvoeringsvormen is de besturingseenheid uitgevoerd om door het hefelement de kabel zodanig op te nemen of te laten vieren dat op de kabel een in hoofdzaak constante kracht wordt uitgeoefend. Bij een dergelijke passieve sturing is terugkoppeling van de gemeten bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan niet nodig.

In een bepaalde uitvoeringsvorm omvat het hefelement een of meer hydraulische hefcilinders.In een andere uitvoeringsvorm omvat het hefelement een actieve lier, Een combinatie van beide typen hefelement is eveneens mogelijk. Een voorbeeld van een dergelijke gecombineerde inrichting wordt beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage US 2007-0170296.

De eerder genoemde snelheidsmeter voor het bepalen van de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan kan vele uitvoeringen hebben. In een bijzonder voordelige uitvoering omvat de snelheidsmeter een Doppler sensor. De sensor is bij voorkeur aangebracht aan het ontgravingsorgaan, alhoewel een andere plaatsing eveneens tot de mogelijkheden behoort. In een andere uitvoering is als alternatief of als aanvulling een positiebepalingseenheid,bijvoorbeeld een GPS ontvanger, gebruikt om aan de hand van de in de tijd veranderende posities van het ontgravingsorgaan de snelheid daarvan te bepalen.

Volgens een tweede aspect van de onderhavige uitvinding wordt ten minste een van de doelen bereikt in een samenstel van een vaartuig, in het bijzonder een sleephopperzuiger, voorzien van ten minste één inrichting van het hierin gedefinieerde type.

Volgens een derde aspect van de onderhavige uitvinding wordt ten minste een van de doelen bereikt in een werkwijze voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan,in het bijzonder een sleepkop van een sleephopperzuiger, de werkwijze omvattende: - het over de bodem slepen van een aan het vaartuig bevestigde zuigbuis die is voorzien van een ontgravingsorgaan voor het losmaken en opzuigen van bodemmateriaal, waarbij de zuigbuis geleed is uitgevoerd in een aantal ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten; - het door optillen of laten zakken van ten minste één van de genoemde ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten aanpassen van de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan.

In een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat de werkwijze continu aanpassen van de aansturing van de genoemde één of meer hefelementen, zodat de aansturing de golfslag kan volgen. In een andere uitvoeringsvorm vindt de aansturing met korte tijdsintervallen, bijvoorbeeld twee keer per periode van de dominante golven of één keer per 1 à 2 seconden of korter, plaats. Deze tijdsintervallen zijn kort genoeg om de relevant bewegingen van het vaartuig te kunnen volgen.

Volgens een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het door het optillen of laten zakken van ten minste een zuigbuissegment verhinderen dat het ontgravingsorgaan zich in de tegenovergestelde richting van de vaarrichting verplaatst.

Volgens een uitvoeringsvorm omvat de werkwijze het alleen optillen en laten zakken van met het met zuigbuiseindsegment gekoppelde zuigbuissegment, teneinde de constructie alsmede de aansturing daarvan eenvoudig te houden, zodat de kosten hiervan laag zijn en de kans op storingen relatief klein is.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van enige voorkeursuitvoeringsvormen daarvan.

In de beschrijving wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin tonen:

Fig. 1 een zijaanzicht van een sleephopperzuiger voorzien van een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2 een meer gedetailleerd aanzicht van de voorkeursuitvoering van fig. 1;

Fig. 3 een diagram waarin de werking van de besturingseenheid schematisch is weergegeven;

Fig. 4 een grafiek van simulatieresulaten voor de prestatie-index als functie van de golffrequentie, zonder aansturing, met passieve aansturing en met actieve aansturing;

Fig. 5 een weergave van de minimale sleepkopsnelheid als functie van de golfamplitude en de golfperiode; en

Fig. 6 een detailzij aanzicht van een sleepkop voorzien van een bodemsnelheidsmeter volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Zoals eerder is uiteengezet, kunnen bij het baggeren in diep water relatief grote sleepkopverplaatsingen en verplaatsingssnelheden optreden als gevolg van de bewegingen van het vaartuig omdat de zuigbuis tamelijk steil in het water geplaatst is. Wanneer de achterwaartse snelheid van het ontgravingsorgaan ten opzichte van het schip groter is dan de bodemsnelheid van het schip, krijgt het ontgravingsorgaan een negatieve bodemsnelheid. Aangezien, zoals eerder vermeld is, een negatieve sleepkop-bodemsnelheid het baggeren in diep water beperkt, verschaft de inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding een inrichting die verhindert dat het ontgravingsorgaan een negatieve bodemsnelheid krijgt. Hierdoor kan de werkbaarheid van de baggerinrichting worden vergroot.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting. De figuur toont een systeem 1 dat bestaat uit een op zich bekende sleephopperzuiger 2 waaraan via een scharnier 3 een zuigbuis 4 is bevestigd. Zuigbuis 4 is opgebouwd uit een aantal opeenvolgende zuigbuissegmenten, te weten een eerste zuigbuissegment 5, een tweede zuigbuissegment 6, een derde zuigbuissegment 7 en een laatste, vierde zuigbuissegment 8. De zuigbuissegmenten 5-8 zijn onderling enigszins zwenkbaar door middel van respectievelijke schamierconstructies 9. Aan het laatste, vierde zuigbuissegment 8 is de eerder genoemde sleepkop 10 aangebracht. De sleepkop 10 kan op bekende wijze over de bodem B worden voortgesleept wanneer de sleephopperzuiger 2 zich in vaarrichting (positieve richting Pv) verplaatst.

De zuigbuis is vervaardigd van staal en heeft een zodanig gewicht dat deze naar beneden zou zinken als de zuigbuis niet op een of andere manier ondersteund wordt. De ondersteuning vindt plaats door middel van een aantal met de zuigbuis verbonden kabels. In de getoonde uitvoering is het eerste zuigbuissegment 5 ondersteund door een eerste kabel 16, het tweede zuigbuissegment 6 door een tweede kabel 17, het derde zuigbuissegment 7 door een derde kabel 18 en het vierde zuigbuissegment 8 door een vierde kabel 19. Elk van de kabels 16-19 wordt door een respectievelijke, van een hefelement voorziene kraan 12-15 met het vaartuig gekoppeld. De kranen zijn ingericht om door variatie van de lengte van de kabel tussen de kraan en het betreffende zuigbuissegment de diepte van het betreffende deel van de zuigbuis 4 te bepalen.

De zuigbuis voldoet bij voorkeur aan een aantal eisen. Allereerst moet de minimale absolute hoek tussen elk van de zuigbuisdelen 5-8 enerzijds en de verticaal anderzijds groter zijn dan een vooraf bepaalde minimumwaarde om te verhinderen dat de kabels 16-19 gedurende het baggeren op enig moment niet meer onder spanning staan.

Voorts is er de eis dat de maximale relatieve hoek tussen opeenvolgende zuigbuissegmenten 5-8 niet groter moet zijn dan een vooraf bepaalde waarde, bijvoorbeeld 30°, omdat anders de schamierconstructies 9 te snel slijten hetgeen de levensduur van de zuigbuis zou kunnen verkorten. Voorts moet de minimale relatieve hoek tussen het derde en vierde zuigbuissegment 7,8 een bepaalde minimum waarde hebben. Deze hoek moet met een vooraf bepaalde hoeveelheid groter zijn dan 0° omdat alleen dan de voorwaartse snelheidsfout van de sleepkop 10 gecompenseerd kan worden door het optrekken van het derde zuigbuissegment 7. In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt ervoor gekozen de relatieve hoek dichtbij de 20° te laten omdat dan de aanstuurslag van het betreffende hefelement het grootste is binnen de grenzen van de eerder genoemde maximale relatieve hoek tussen het derde segment 7 en het vierde segment 8.

In fig. 2 is het onderste uiteinde van de zuigbuis 4 weergegeven, dat wil zeggen een deel van het derde segment 7, het vierde segment 8 en de sleepkop 10. Tevens is schematisch weergegeven dat de lengte L van de kabel 18 kan worden aangepast met behulp van een hefelement 20. Hefelement 20 kan, zoals in de weergegeven uitvoeringsvorm, een hydraulische cilinder 21 omvatten, die aan een kraan van het vaartuig 2 bevestigd is. Door de lengte van deze cilinder 21 te variëren, kan de lengte van de kabel 18 tussen het hefelement 20 en het betreffende zuigbuissegment 7, 8 dienovereenkomstig aangepast worden. Wanneer de lengte van de hefcilinder 21 groter wordt (hetgeen in de figuur met een dubbele pijl Pi is weergegeven), neemt de relevante lengte van de kabel 18 af, terwijl wanneer de lengte van het hefelement 20 kleiner wordt, de relevante lengte van de kabel 18 groter wordt. Evenzo kunnen de lengtes van een of meer van de overige kabels aangepast worden. Door de lengte van de respectievelijke kabel individueel te regelen, kan dan de stand van elk van de zuigbuissegmenten 5-8 ten opzichte van het vaartuig 2 gevarieerd worden. Deze variatie zal worden gebruikt volgens de uitvinding om, wanneer de deining of golfslag ervoor dreigt te zorgen dat de sleepkop 10 een negatieve snelheid (dat wil zeggen een verplaatsing in de richting tegenovergesteld aan de vaarrichting Pv) veroorzaakt, een of meer van de zuigbuissegmenten 5, 8 zodanig te zwenken, dat de zwenkbeweging de deining of golfslag ten minste gedeeltelijk compenseert. Aldus wordt een negatieve snelheid voorkomen.

De snelheid van de sleepkop 10 kan beïnvloed worden door een of meer van de zuigbuissegmenten op juiste wijze (dat wil zeggen met een juiste timing, snelheid, amplitude e.d.) te laten zwenken. Het is mogelijk om tegelijkertijd of na elkaar twee of meer hefelementen 12-15 te bedienen om de verschillende segmenten ten opzichte van elkaar te laten bewegen. Gebleken is echter dat in veel voorkomende gevallen het aanpassen van de lengte van één van de kabels, in het bijzonder de kabel 18 waarmee de derde en vierde segmenten 7, 8 gezwenkt kunnen worden, te gebruiken. Aangezien de derde kabel 18 zich het dichtst bevindt bij het buissegment waarmee de sleepkop 10 te beïnvloeden is, wordt in een bepaalde uitvoeringsvorm alleen de lengte van de derde kabel 18 aangepast.

Het hefelement 20 voor het veranderen van de lengte van de derde kabel 18 is via een elektrische verbindingsleiding 24 verbonden met een besturingseenheid 25. Deze besturingseenheid kan een op geschikte wijze geprogrammeerde computer of een soortgelijke elektrische besturing omvatten. De besturingseenheid 25 omvat hierbij een elektronische controller 26 die is ingericht om via een vooraf in de controller opgeslagen rekenregels berekeningen uit te voeren. Op basis van deze berekeningen stuurt de aansturingssignaalgenerator 27 van de besturingseenheid 25 besturingssignalen naar het hefelement 20 zodat het hefelement de verplaatsing van de sleepkop kan beïnvloeden.

De aansturing van het hefelement 20 kan op passieve of actieve wijze uitgevoerd worden. In fig. 3 is een schematisch diagram van het ontwerp van de besturingseenheid 25 weergegeven. Teneinde de sleepkopbodemsnelheid (VS|eepkop) te sturen met de besturingseenheid, wordt de bodemsnelheid gemeten en vergeleken met een gewenste referentiesnelheid (Vref). Indien de bodemsnelheid niet gelijk is aan de referentiesnelheid, wordt een fout ε gemeten en zal de controller 26 actie ondernemen om deze fout te verkleinen. Dit resulteert in een besturingsuitvoerkracht (Fbesturing)> die te leveren is door het hefelement 20. De signaalgenerator 27 genereert vervolgens een signaal en stuurt dit naar het hefelement 20, dat op basis van het ontvangen signaal ervoor zal zorgen dat het derde buissegment 7 (en het bovenste deel van het daaraan gekoppelde eindsegment 8) opwaarts of neerwaarts verplaatst wordt. Dit veroorzaakt weer een verandering van de genoemde fout ε en een verdere aansturing van het hefelement 20. Het proces van meten van de bodemsnelheid, vergelijken van de gemeten bodemsnelheid met een referentiesnelheid, het bepalen van het verschil tussen beide snelheden, het op basis van het gemeten verschil (en van vooraf op de controller 26 opgeslagen besturingsdata) bepalen van de benodigde besturingskracht Fbesturing en het versturen van een voor de benodigde besturingskracht representatief aanstuursignaal naar de genoemde één of meer hefelementen 20 is herhalend (waarbij de herhalingsfrequentie groter moet zijn dan de frequentie van de golven).

Wanneer bijvoorbeeld de kracht Feq de kracht is die uitgeoefend wordt op het derde zuigbuissegment 7 via de kabel 18 in een evenwichtsconfiguratie, P een proportionele-besturingsparameter is en de fout ε de snelheidsfout ε = Vsieepkop - Vf, geldt in een bepaalde uitvoeringsvorm dat de door het hefelement 14 uit te oefenen besturingskracht Fbestunng gelijk is aan Feq + Ρ·ε. Dit betekent dat de kracht in de kabel 18 zal worden gereduceerd wanneer bijvoorbeeld de sleepkopbodemsnelheid Vsieepkop kleiner wordt dan de referentiesnelheid Vref. Wanneer de kracht verkleind wordt heeft dit tot gevolg dat het betreffende zuigbuissegment 7 zal gaan zinken. Indien het zuigbuissegment 7 zinkt, zal het ervoor zorgen dat het onderste uiteinde van het zuigbuissegment 8 enigszins voorwaarts getrokken wordt, hetgeen de snelheid Vsieepkop van de sleepkop zal doen toenemen. Evenzo zal wanneer de snelheid van de sleepkop groter is dan de referentiesnelheid, de kracht in de kabel 18 worden verhoogd, zodat het derde zuigbuissegment 7 enigszins opwaarts getild wordt. Dit heeft een achterwaartse (tegenovergesteld aan richting Pv) verplaatsing van het zuigbuissegment 8 tot gevolg, hetgeen de snelheid van de sleepkop doet verkleinen.

De grootte van de proportionele besturingsparameter Pe hangt van een groot aantal factoren af en zal van geval tot geval (bijvoorbeeld afhankelijk van het scheepsontwerp) bepaald moeten worden. De proportionele besturingsparameter kan tevens afhankelijk worden gemaakt van de actuele deining of golfslag. Hiertoe kan het vaartuig zijn voorzien van een meetinstrument 41 (schematisch in figuur 1 weergegeven) voor het meten van een variabele die voor de deining of golfslag karakteristiek is, bijvoorbeeld de golffrequentie. Afhankelijk van de waarde van de gemeten variabele kan dan de besturingskarakteristiek van de besturingseenheid aangepast worden om een nog verdere verbetering van de deining- of golfslagcompensatie te kunnen realiseren. De besturingskarakteristiek kan bijvoorbeeld worden aangepast door aanpassing van de waarde van de besturingsparameter Ρε, maar er zijn ook andere wijzen voor het aanpassen van de besturingskarakteristiek denkbaar. De besturingsparameter Ρε kan ook gelijk aan nul gekozen worden. In dit speciale geval vindt er geen terugkoppeling van de sleepkopsnelheid plaats en is de besturing passief.

In plaats van een proportionele controller of in aanvulling daarop kan de controller ook zijn uitgevoerd om met behulp van zelflerende systemen in het algemeen of “fuzzy logic” systemen en neurale netwerken in het bijzonder de aansturing van de één of meer hefelementen te verzorgen.

Teneinde de prestatie van de besturingseenheid te meten, kan een prestatie-index in de vorm van de zogenaamde gemiddelde integrale absolute fout (mean integral absolute error, kortweg MIAE) geïntroduceerd worden. De MIAE is de gemiddelde absolute waarde van de snelheidsfout ε in het tijdsinterval waarin de besturingseenheid ingeschakeld is. De prestatie-index MIAE kan bijvoorbeeld gedefinieerd worden als:

De prestaties van de besturingseenheid 25 zijn onder meer afhankelijk van de frequentie van de golfbewegingen. Fig. 4 toont de simulatieresultaten van de eerder genoemde MIAE als functie van verschillende golffrequenties, zonder en met de besturing volgens de uitvinding. Referentienummer 33 geeft de resultaten weer voor het niet gestuurde systeem, referentienummer 34 de resultaten voor het geval dat de proportionele besturingsparameter P gelijk is aan 0 (P = 0) en referentienummer 35 de resultaten voor een geschikt geachte waarde van P. Uit fig. 4 blijkt duidelijk dat in het geval van het niet-gestuurde systeem er, afhankelijk van de frequenties, grote variaties in de prestatie-index optreden. Gebleken is dat de pieken in de MIAE van het ongestuurde systeem zich ongeveer op dezelfde positie bevinden als de pieken van de stampbewegingen van het vaartuig 2. Dit betekent dat de beweging van het vaartuig daadwerkelijk vertaald wordt in bewegingen van de sleepkop 10 wanneer de zuigbuis 4 niet gestuurd is.

De met 35 aangeduide resultaten, waarin de snelheid van de sleepkop 10 op actieve wijze gestuurd wordt, tonen aan dat de prestatie-index over het gehele frequentiegebied lager is dan in het geval van het niet-gestuurde systeem. Dit betekent dat de optredende fout, dat wil zeggen het verschil tussen de snelheid van de sleepkop en de referentiesnelheid, over het gehele frequentiegebied een stuk kleiner is. Geconcludeerd kan worden dat de besturingseenheid de snelheidsfout over het gehele ffequentiebereik laat afnemen.

In het speciale geval dat de besturingsslag (Fbesturing) gelijk is aan de evenwichtskracht (Feq), dat wil zeggen dat wanneer er een constante kracht op de kabel 18 wordt uitgeoefend, treedt eveneens een verbetering op. In fig. 4 is met een streep-stippellijn 34 bijvoorbeeld weergegeven dat voor het geval dat P = 0, de MIAE, en daarmee de afwijking tussen de snelheid van de sleepkop en de referentiesnelheid, voor een groot deel van het frequentiegebied eveneens veel lager is dan die van het ongestuurde systeem. Vanaf een bepaalde golfffequentie, bijvoorbeeld de in figuur 4 met referentienummer 40 aangeduide frequentie, zal ook in dit geval de aansturing van hefelement 20 een positief effect hebben op de prestaties van het systeem. Een constante kracht kan bijvoorbeeld aangebracht worden door kabel 18 te verbinden via een geleidingswiel met een vaste massa. Een andere manier is om het hefelement 20 door de besturingseenheid 15 zodanig aan te sturen dat het hefelement een constante kracht op de kabel 18 uitoefent. Dit kan bijvoorbeeld worden bewerkstelligd door het hefelement 20 te voorzien van een krachtopnemer die gekoppeld is met de besturingseenheid 25. Afhankelijk van het door de krachtopnemer gemeten kracht, kan de besturingseenheid het hefelement 20 op geschikte wijze aansturen.

Het effect van de beschreven besturing van de zuigbuis 4 op de werkbaarheid is vervolgens voor een aantal situaties berekend. Allereerst is informatie over de golfhoogtes en golfperioden beschikbaar, welke informatie tegenwoordig via satellieten wordt verzameld. Hierbij wordt gebruikt gemaakt van een zogenaamd scatter-diagram, waarin percentages worden aangegeven waarmee golven van een bepaald interval van golfperiodes (in seconden) en een bepaald interval van golfamplitudes (in meters) optreden. Uitgaande van een vooraf bepaalde referentiesnelheid, bijvoorbeeld 1 meter per seconde, kan vervolgens de snelheid van de sleepkop 10 berekend worden. Fig. 5 toont een figuur waarin de minimale sleepkopsnelheid als functie van de golfamplitude en de golfperiode is weergegeven. Referentienummer 30 geeft de situatie van de ongestuurde zuigbuis aan terwijl referentienummer 31 de situatie met de gestuurde zuigbuis aanduidt. Duidelijk zichtbaar is dat de minimale sleepkopsnelheid in de ongestuurde situatie (referentienummer 30) kleiner dan 0 kan worden, hetgeen onacceptabel is. In dit geval (referentienummer 31) waarin de zuigbuis 4 gestuurd wordt, neemt de minimale sleepkopsnelheid nooit af tot onder 0. Dit betekent dat wanneer de zuigbuis 4 niet aangestuurd wordt, gedurende een deel van de tijd niet gebaggerd kan worden, terwijl bij ingeschakeld systeem altijd gebaggerd kan worden, ongeacht de hoogte van de golven en/of de golfperiode (golffrequentie).

Fig. 6 toont een uitvoeringsvorm van de sleepkop 10 die voorzien is van een voorkeursuitvoeringsvorm van een snelheidsmeter 36. De sleepkop 10 omvat op bekende wijze een mond 37 via welke losgemaakt bodemmateriaal opgezogen kan worden. Om het bodemmateriaal los te woelen, is het uiteinde van de sleepkop 10 voorzien van een losmaakmechanisme 38. Om de snelheid van de sleepkop 10 ten opzichte van de bodem B te bepalen kan een multibundeldopplersensor 36 worden toegepast. De multibundeldopplersensor maakt gebruik van het feit dat de frequentie van de door de bron uitgezonden geluidsgolven verandert wanneer deze worden teruggekaatst door een bewegend object. Hetzelfde gaat op wanneer de multibundeldopplersensor zelf beweegt en de geluidsgolven teruggekaatst worden door een stationair object (dat wil zeggen de bodem). Het niveau van de frequentieverandering tussen het verzonden en ontvangen geluidssignaal, is direct gekoppeld aan de snelheid van de sleepkop 10. Een signaal dat representatief is voor de gemeten snelheid wordt via een verbindingskabel 39 naar de besturingseenheid 25 geleid en door de controller 26 gebruikt om de besturingskracht Fbesturing te berekenen.

In de weergegeven uitvoeringsvorm is slechts een enkele multibundel-Dopplersensor 36 weergegeven. In andere uitvoeringen is echter een aantal sensoren voorzien die gebruikmaken van verschillende frequenties en die zich onder verschillende hoeken ten opzichte van de bodem uitstrekken teneinde de nauwkeurigheid van de snelheidsmetingen te verhogen.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierin beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (18)

1. Inrichting voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan, in het bijzonder een sleepkop, de inrichting omvattende: - een zuigbuis voor het opzuigen van bodemmateriaal, waarbij de zuigbuis geleed is uitgevoerd in een aantal ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten en waarbij elk van de zuigbuissegmenten zich schuin achterwaarts ten opzichte van de voortbewegingsrichting van het vaartuig uitstrekt; - een aan het uiteinde van de zuigbuis voorzien ontgravingsorgaan dat in gebruik over de bodem voortgesleept wordt voor het losmaken en opzuigen van het bodemmateriaal; - tussen de zuigbuis en het vaartuig voorziene kabels voor het ondersteunen van individuele zuigbuissegmenten; - ten minste een hefelement voor het door optillen of laten vieren van ten minste één van de kabels ten opzichte van elkaar laten zwenken van zuigbuissegmenten; - een besturingseenheid voor het aansturen van het hefelement, waarbij de besturingseenheid is ingericht om door zwenking van zuigbuissegmenten de bodemsnelheid van de het ontgravingsorgaan aan te passen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij zuigbuissegmenten gevormd zijn door in hoofdzaak rechte buizen die in eikaars verlengde zijn aangebracht.

3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de besturingseenheid is ingericht om het hefelement aan te sturen afhankelijk van een of meer variabelen die karakteristiek zijn voor de deining of golfslag.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij de besturingseenheid gekoppeld is met een meetinstrument voor het meten van de een of meer voor de deining of golfslag karakteristieke variabelen, bij voorkeur de golfffequentie.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een zuigbuiseindsegment, aan een uiteinde waarvan het ontgravingsorgaan is aangebracht en aan het andere uiteinde een tussensegment is aangebracht en waarbij de op te halen en vieren kabel aan het tussensegment is bevestigd enwaarbij de besturingseenheid is uitgevoerd om door het optillen of laten vieren van ten minste één kabel de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan positief te houden.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de besturingseenheid is uitgevoerd om door het hefelement de kabel zodanig op te nemen of te laten vieren dat op de kabel een in hoofdzaak constante opwaartse kracht wordt uitgeoefend.

7. Inrichting volgens conclusie 6, waarin aan de kabel een massa is gekoppeld voor het verschaffen van de constante opwaartse kracht.

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende snelheidbepalingsmiddelen,in het bijzonder een snelheidsmeter, voor het bepalen van de snelheid van het ontgravingsorgaan ten opzichte van de bodem, waarbij de besturingseenheid is uitgevoerd om het hefelement aan te sturen op basis van de gemeten bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de besturingseenheid is uitgevoerd om het hefelement een kracht op de kabel te laten uitoefenen die bepaald wordt door een evenwichtskracht (Few) voor het houden van evenwicht en een proportionele besturingsparameter (Ρε).

10. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de relatieve hoek tussen het eindsegment en het daarop aangesloten tussensegment tussen 0 en 30 graden bedraagt, bij voorkeur tussen 15 en 30 graden.

11. Samenstel omvattende een vaartuig, in het bijzonder een sleephopperzuiger, voorzien van ten minste een inrichting volgens een van de voorgaande conclusies.

12. Werkwijze voor het ten minste gedeeltelijk compenseren van de invloed van deining of golfslag op de snelheid van een aan een vaartuig bevestigd ontgravingsorgaan, in het bijzonder een sleepkop van een sleephopperzuiger, de werkwijze omvattende: - het over de bodem slepen van een aan het vaartuig bevestigde zuigbuis die is voorzien van een sleepkop voor het losmaken en opzuigen van bodemmateriaal, waarbij de zuigbuis geleed is uitgevoerd in een aantal ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten; - het door optillen of laten zakken van ten minste één van de genoemde ten opzichte van elkaar zwenkbare zuigbuissegmenten aanpassen van de bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, omvattende continu of met kort intervallen aansturen van de genoemde één of meer hefelementen.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, omvattende het alleen optillen en laten zakken van het met het zuigbuiseindsegment gekoppelde zuigbuissegment.

15. Werkwijze volgens een van de conclusies 12-14, omvattende het op de genoemde één of meer zuigbuissegmenten uitoefenen van een in hoofdzaak constante kracht.

16. Werkwijze volgens een van de conclusies 12-15, omvattende het meten van de snelheid van het ontgravingsorgaan ten opzichte van de bodem en het op basis van de gemeten bodemsnelheid van het ontgravingsorgaan aanpassen daarvan.

17. Werkwijze volgens een van de conclusies 12-16, omvattende het uitoefenen van een kracht op het zuigbuissegment die bepaald wordt door een evenwichtskracht (Few) voor het houden van evenwicht en een proportionele besturingsparameter (Ρε).

18. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarin een inrichting volgens een van de conclusies 1-15 wordt toegepast.