实施水下挖泥作业的方法和挖泥设备

技术领域

本发明涉及一种通过耙头实施挖泥作业的方法，该耙头通过一抽吸管与一挖泥容器相连，并被该挖泥容器拖到底部。该耙头有许多用于切割底部材料的切割齿。一个供水系统以这样一种方式连接到耙头上：由一台泵将水供应到该耙头，帮助切割齿进行切割并将所述切掉的底部材料送到抽吸管中。该挖泥容器具有随车携带的储存装置，如一个用于收集已切割材料的漏斗。

背景技术

通过供水泵、挖泥泵和挖泥容器的推进设备，能量被提供给挖泥系统，因此得到一个比能耗(也就是输入能量与已切割材料数量之间的比值)。一般来说，期望以这样一种方式操作挖泥系统：以高比重和相对低的速度将相对大量的水和己切割的底部材料的混合物输供应到漏斗。因此，可以低廉的成本和较少的切割齿磨损在该漏斗中储存相对大量的已切割的底部材料。

在这一方面，消耗在切割过程中的能量起着重要的作用。由于抽吸管排列的几何特性，可通过挖泥容器的推进单元获得仅仅在有限的范围内有效的切割力，为此，该推进单元需要一种特定的比能耗。用来喷水和用来输送已切割材料与水的混合物的泵也需要消耗能量。在填充得相对比较硬的、非常细的和高粘度的水底情况下，所需要的能量总量大幅度增加。以下是这种高能量需求的原因。

因为从水底机械切割和清除材料，因此会使其中的颗粒结构以底部材料根据剪力面变形的方式而受到破坏。然而，这些剪力面仅仅在底部材料中的孔隙容量增加的同时才会产生。在这种关系中，在底部材料的颗粒之间的孔隙中存在的孔隙水起着重要的作用。

在饱和水土壤中，孔隙中通常充满着所述的孔隙水。倘若孔隙容量的增加是被迫的，则在孔隙中会产生对水的需求。这种需求导致水压的降低。孔隙容量增加和孔隙压力降低的现象被称为膨胀或扩容现象。

这种水需求能被满意的程度依靠于底部的渗透性、层厚和切割过程的延伸速度。底部材料的渗透性受到颗粒状底部材料的细微、填充特性的负面影响。万一由于不良的渗透性使水需求仅仅被部分满足，负压将快速增加到蒸发压力和几乎真空。如此大的负压引起相应大的正交力，该正交力导致在颗粒之间与底部材料和切割件之间均具有大的摩擦力。这些力的总合等于切割力。

发明内容

本发明的目的是提供一种挖泥作业，其以能减少切割力和从整体上能增加挖泥系统效率的方式来实现。所述目的是通过耙头在水体中执行挖泥作业的方式获得的，所述水体的底部包括成块的底部材料颗粒，颗粒包围着包围出充满孔隙水的孔隙，所述耙头包括至少一个用于切割底部材料的切割件、用至少一个喷水口处理底部材料的喷射装置、以及用于清除切割掉的底部材料的抽吸装置，所述方法包括下面步骤：

沿着底部牵引耙头；

用切割件向密实底部材料片施加一个切割力，所述的切割力引起该块底部材料片的至少部分所述颗粒之间的相互距离增加，因此引起所述颗粒之间充满水的孔隙中的孔隙压力降低；

将至少一个喷水口引向所述底部材料片，以便使水流入所述颗粒之间的所述孔隙，因此至少部分地消除了所述孔隙内由所述底部材料位移引起的压力下降，所述消除作用导致单位切割力的降低；

随后通过切割件切割所述底部材料片。

在本发明的方法中，通过直接将水流供给相关的孔隙中使负孔隙压力被阻止或减轻。因而对孔隙水的需求由引入孔隙中的水流来满足。所述水流有一个有限的量值就足够了，例如为已切割材料流量的15％。通过一个喷水口能获得一个有效地流量，该喷水口的输出压力高于静水压力2至5巴。要注意的是这样的水缺少一个切割效应，相反，用于切割底部材料的喷水口具有一相当高的输出压力，如400巴。

尤其是，该切割件能在该块底部材料中产生一切割面，至少在所述切割面和/或切割面的边界上的孔隙易受到由切割件引起的一孔隙压力降低和由喷水口引起的一孔隙压力的增加。

优选地，喷水口基本水平地指向切割件前面的底部材料，因此喷水口与竖直方向之间的夹角为45°至135°。为了在由于切割作用而需要额外孔隙水的底部材料附近处获得一水流，可以在切割件上或附近产生该水流。

优选地，该喷水口的水流率为切割材料流量的3％至40％。更优选地，该喷水口的水流率为切割材料流量的4％至35％。最优选地，该喷水口的水流率为切割材料流量的5％至25％。

在本发明的一个具体实施例中，本发明的方法由下面步骤组成：

在不同的高度水平上应用至少两个切割件；

在不同的高度水平上引导至少两个喷水口指向各个切割件前面的底部材料；

随后，切割位于各个切割件前面的低密实度底部材料。

根据本发明进一步改进的方法，设置至少一个辅助喷水口用来稀释底部材料使所述材料能够流向抽吸装置。

此外，本发明还涉及一用于执行上述方法的挖泥设备，它包括一个设有一端与该容器相连、另一端带有一耙头的管道的挖泥容器，用于产生一通过该管道从耙头流向容器的水流的泵，还有一个用来给耙头提供水流的管道，所述耙头包括用于切割水体底部的切割件和连接到该管道的喷水口部件，该管道使所述水体底部具有至少一个喷水口。根据本发明，该喷水口部件用来将水流引入底部材料的颗粒之间，因此至少部分消除了在所述孔隙中的压力降低，该压力的降低是由切割件的切割作用引起的。

此外，本发明涉及到一种用于上述挖泥设备并执行该挖泥作业的耙头。

附图说明

图1是耙头的透视图。

图2是耙头的前视图。

图3是耙头的侧视图。

图4是图2的IV-IV线的剖视图。

图5是装于耙头中的一个切割齿沿图2的V-V线的放大剖视图。

图6是与图4剖视图相似的正在工作的耙头的剖视图。

图7a、b是颗粒状底部材料的详图。

图8是切割动作的详图。