1. Przed wyborem modelu określ metodę pogłębiania
Pierwszą decyzją jest to, czy projekt wymaga wykopu mechanicznego, zasysania hydraulicznego, czy też kombinacji obu.
Pogłębiarka ssąca (CSD) spulchnia materiał za pomocą obracającej się głowicy tnącej i transportuje powstały szlam rurociągiem. Powszechnie rozważa się go w przypadku pogłębiania rzek, wydobywania piasku, rekultywacji gruntów i projektów, w których materiał musi być pompowany bezpośrednio do wyznaczonego miejsca.
Pogłębiarka ze zbiornikiem ssącym wleczonym (TSHD) działa inaczej. Zbiera luźny materiał z dna morskiego przez tylną głowicę holowniczą podczas ruchu statku, przechowuje mieszaninę w zbiorniku pokładowym i transportuje ją do miejsca rozładunku. Układ ten jest szczególnie przydatny w przypadku wydobycia piasku na morzu, konserwacji kanałów nawigacyjnych i dużych projektów inżynierii przybrzeżnej.
W koparko-pogłębiarce wykorzystuje się koparkę zamontowaną na pływającej platformie lub pontonie. Nadaje się do kontrolowanych wykopów na wodach zamkniętych, w pobliżu ścian nabrzeży oraz w miejscach, gdzie materiał musi zostać usunięty z określonego obszaru. Jego przydatność zależy od głębokości wykopu, zasięgu, warunków gruntowych i wymaganej dokładności pozycjonowania.
Pogłębiarka chwytakowa usuwa materiał za pomocą łyżki zawieszonej na dźwigu lub systemie podnoszenia. Można to rozważyć w przypadku lokalnego pogłębiania, głębokich dołów, usuwania zanieczyszczonego osadu za pomocą odpowiednich środków zabezpieczających oraz projektów, w których korzystna jest obsługa mechaniczna.
Pogłębiarka drabinowa czerpakowa wykorzystuje ciągły łańcuch łyżek do wydobywania i podnoszenia materiału. Może być odpowiedni do niektórych ciągłych operacji wydobycia i odzyskiwania minerałów, w zależności od złoża i dalszego systemu przetwarzania.
Zwykła pogłębiarka ssąca wykorzystuje rurę ssącą i pompę pogłębiarki bez mechanicznej głowicy tnącej. Warto zastanowić się, czy materiał jest wystarczająco luźny i można go transportować hydraulicznie bez nadmiernych oporów urabiania czy zatorów.
Pogłębiarki wielonaczyniowe łączą w sobie urabianie mechaniczne z kołem wyposażonym w łyżki lub elementy tnące. W zależności od konstrukcji można je stosować do konkretnych zastosowań związanych z wydobyciem piasku, wydobywaniem minerałów lub ciągłym wydobyciem.
To nie są maszyny wymienne. Właściwy wybór zależy od tego, co należy wykopać, w jaki sposób urobek będzie transportowany oraz od warunków, w jakich sprzęt musi pracować.
2. Oceń materiał przed określeniem konfiguracji sprzętu
Właściwości fizyczne materiału należą do najważniejszych czynników przy wyborze pogłębiarki.
Luźny piasek i drobny osad często można transportować hydraulicznie, pod warunkiem, że pompa i rurociąg są odpowiednio zaprojektowane. Zwarta glina może wymagać większej siły urabiania. Żwir i duże cząstki mogą powodować problemy, jeśli przekraczają możliwości przenoszenia otworu ssącego lub pompy. Osady ścierne mogą znacznie zwiększyć zużycie zębów frezu, wykładzin pomp i rurociągów.
Ocena inżynierska powinna ustalić:
Czy złoże składa się głównie z piasku, mułu, gliny, żwiru lub skał.
Niezależnie od tego, czy materiał jest sypki, zagęszczony, cementowany czy zmieszany.
Czy obecne są duże kamienie, gruz lub inne ciała obce.
Czy materiał musi być transportowany w postaci szlamu, czy podnoszony mechanicznie.
Czy materiał zostanie sprzedany, przetworzony, ponownie wykorzystany do regeneracji lub usunięty.
Ostatni punkt ma znaczenie, ponieważ cel pogłębiania wpływa na cały układ sprzętu. Na przykład projekt wydobycia piasku może wymagać systemu przesiewania lub przetwarzania minerałów po wydobyciu, podczas gdy projekt rekultywacji może wymagać długiego rurociągu zrzutowego i kontrolowanego umieszczania materiału.
3. Dopasuj statek do wymagań lokalizacji i transportu
Pogłębiarka musi być w stanie dotrzeć na miejsce pracy, bezpiecznie pracować i przenieść materiał do miejsca przeznaczenia.
W przypadku projektu rzecznego dostępna głębokość wody, szerokość kanału, prześwit mostu, prąd i ograniczenia nawigacyjne mogą decydować o wymiarach statku i rozmieszczeniu. Kompaktowa pogłębiarka modułowa może być bardziej praktyczna niż większy zintegrowany statek, gdy sprzęt musi zostać przetransportowany drogą lądową i zmontowany na miejscu.
W przypadku projektu morskiego ważniejsze stają się zdolność do żeglugi, napęd, warunki pogodowe, pojemność zbiornika i odległość do miejsca składowania lub rekultywacji. Jeśli materiał musi zostać zebrany na morzu i przeniesiony w inne miejsce, odpowiednia może okazać się pogłębiarka samowyładowcza.
W przypadku prac w portach zamkniętych lepszą kontrolę nad lokalnymi wykopami może zapewnić koparka podsiębierna lub pogłębiarka chwytakowa. Inżynier musi jednak ocenić udźwig, zasięg operacyjny, stabilność platformy i zdolność do utrzymania wymaganego profilu wykopu.
Dlatego też wielkość statku powinna być dostosowana do ograniczeń danego miejsca i pracy, jaką musi wykonać, a nie zgodnie z ogólnymi preferencjami dotyczącymi większego sprzętu.
4. Oblicz wymaganą zdolność produkcyjną i transportową
Nominalna wydajność pompy pogłębiarki lub rozmiar łyżki nie odzwierciedlają bezpośrednio ilości użytecznego materiału dostarczonego do miejsca docelowego.
Rzeczywista produkcja zależy od charakterystyki materiału, oporu wykopu, stężenia ciał stałych, godzin pracy, czasu pozycjonowania, przestojów sprzętu, strat w rurociągach oraz metody zastosowanej do transportu lub rozładunku materiału.
W przypadku pogłębiania hydraulicznego zespół inżynierów musi ocenić przepływ gnojowicy, stężenie ciał stałych, średnicę rurociągu, całkowitą odległość transportu, różnicę wzniesień i potrzebę stosowania pomp wspomagających. W przypadku pogłębiania samowyładowczego analiza powinna obejmować pojemność zbiornika, czas załadunku, odległość przepłynięcia, czas rozładunku i cykl wymagany do powrotu na obszar wykopu.
W przypadku pogłębiania mechanicznego ocena powinna uwzględniać pojemność łyżki lub chwytaka, czas cyklu, ograniczenia podnoszenia, dostępność barek i sposób postępowania z urobkiem.
Cel powinien być wyrażony w jasno określonej mierze produkcyjnej, np. w metrach sześciennych materiału wydobywanego na miejscu dziennie. Różni się ona od objętości przewożonego materiału sypkiego, objętości przepompowanej gnojowicy lub całkowitej objętości materiału umieszczonego w miejscu przeznaczenia.
Przed podjęciem decyzji o wymaganej mocy silnika, wydajności pompy, pojemności magazynowania lub wyposażeniu pomocniczym niezbędne jest realistyczne oszacowanie produkcji.
5. Dostosuj system zasilania i sprzęt pomocniczy
Po ustaleniu metody pogłębiania i celu produkcyjnego producent może określić wymagania dotyczące mocy.
W przypadku pogłębiarki ssącej z frezem w projekcie może być konieczne uwzględnienie pompy pogłębiarki, głowicy tnącej, układów hydraulicznych, wciągarek i obciążeń pomocniczych. Pogłębiarka samowyładowcza wleczona ma inny profil mocy, ponieważ musi również wspierać napęd statku, załadunek i rozładunek.
Pogłębiarki mechaniczne wymagają mocy i udźwigu odpowiedniego dla ich koparek, chwytaków, dźwigów i systemów pozycjonowania.
Proces selekcji powinien uwzględniać następujące kwestie:
Wymagana moc w zamierzonym punkcie pracy.
Sprawność przekładni i obciążenia pomocnicze.
Dostępność paliwa i możliwości serwisowania w lokalizacji projektu.
Wymagania dotyczące chłodzenia i wentylacji.
Dostępność części zamiennych i oczekiwane okresy między przeglądami.
Wpływ warunków pracy na niezawodność urządzeń.
Zwiększenie mocy silnika bez przeliczania całego układu niekoniecznie zwiększa produkcję. Celem jest zapewnienie skutecznej współpracy silnika, sprzętu do kopania, systemu transportu materiału i układu transportowego.
6. Weź pod uwagę konserwację, przeniesienie i całkowity koszt posiadania
Cena zakupu to tylko część kosztów eksploatacji pogłębiarki. Paliwo, części eksploatacyjne, prace konserwacyjne, transport, mobilizacja, przestoje i dostępność wsparcia technicznego mogą mieć wpływ na ostateczny koszt projektu.
W przypadku projektów odległych konstrukcja modułowa może zmniejszyć trudności w transporcie i ułatwić montaż. Standaryzowane komponenty mogą uprościć konserwację, jeśli odpowiednie części są łatwo dostępne w kraju docelowym. W przypadku długotrwałej eksploatacji na etapie projektowania należy uwzględnić dostęp do pompy, silnika, wyposażenia hydraulicznego i innych często serwisowanych podzespołów.
Wymagania środowiskowe również mają znaczenie. W zależności od lokalizacji w projekcie może zaistnieć potrzeba uwzględnienia kwestii zmętnienia, usuwania osadów, hałasu, emisji lub ograniczeń dotyczących godzin pracy i działalności sezonowej.
Najbardziej ekonomiczna konfiguracja niekoniecznie jest tą z najniższą ceną początkową. Jest to konfiguracja, która umożliwia bezpieczne i niezawodne wykonanie wymaganej pracy przy akceptowalnych kosztach całkowitych.
7. Wnioski z głównych międzynarodowych projektów pogłębiarskich
Przypadek 1: Maasvlakte 2, Port w Rotterdamie, Holandia
Rozbudowa Maasvlakte 2 stworzyła nowy port i tereny przemysłowe w porcie w Rotterdamie. Projekt wymagał szeroko zakrojonego wydobycia piasku z morza, rekultywacji terenu, wykopów w basenie portowym i budowy umocnień wybrzeża.
Według informacji projektowych Boskalis i Royal IHC pogłębiarki ze zbiornikiem ssącym wleczonym transportowały duże ilości piasku z przybrzeżnych obszarów wydobycia na miejsce rekultywacji. Pogłębiarki ssące frezowe wykorzystywano także do konkretnych zadań wykopaliskowych, m.in. do pogłębiania terenu portu.
Lekcja inżynieryjna jest taka, że duży projekt rekultywacji niekoniecznie opiera się na jednym typie pogłębiarki. Zbieranie i transport materiału na morzu może sprzyjać pogłębiarkom samowyładowczym, natomiast lokalne wykopy i bezpośrednie dostarczanie rurociągiem mogą preferować pogłębiarki ssące. Sprzęt pomocniczy i oddzielne metody konstrukcyjne można łączyć, aby spełnić różne wymagania w ramach tego samego projektu.
Źródła: Boskalis – arkusz projektu Maasvlakte 2 i Royal IHC – Pokonywanie wyzwań związanych z rozbudową portu.
Przypadek 2: Rozbudowa Kanału Panamskiego, Panama
Rozbudowa Kanału Panamskiego obejmowała znaczne ulepszenia kanałów nawigacyjnych i wykopy w trudnych warunkach geologicznych.
Zarząd Kanału Panamskiego poinformował, że do prac przy wejściu na Pacyfik wykorzystano pogłębiarkę ssącą D'Artagnan. Został zaprojektowany do wydobywania obszarów z twardych skał, które wcześniej wymagały wiercenia i strzałów. Projekt wymagał sprzętu specjalnie dostosowanego do warunków gruntowych, a nie konwencjonalnej konfiguracji przeznaczonej wyłącznie do zwykłego piasku lub mułu.
Ten przypadek pokazuje, dlaczego ocena geologiczna musi poprzedzać wybór sprzętu. Jeśli projekt obejmuje twardą skałę, inżynier musi ocenić wytrzymałość skały, projekt wrębiarki, zainstalowaną moc, obciążenia konstrukcyjne i potencjalną potrzebę wstępnej obróbki. Pogłębiarki nie należy używać do wydobywania skał wyłącznie ze względu na wysoką wydajność jej pompy lub silnika.
Źródło: Zarząd Kanału Panamskiego – aktualizacja dotycząca rozbudowy.
Przypadek 3: Pogłębianie portu w Miami, Stany Zjednoczone
Korpus Inżynieryjny Armii Stanów Zjednoczonych udokumentował projekt pogłębienia portu w Miami, w ramach którego pogłębiono i poszerzono kanały nawigacyjne, aby umożliwić obsługę większych statków. Projekt obejmował usunięcie ponad pięciu milionów metrów sześciennych skał, wapienia i piasku i zakończył się we wrześniu 2015 roku.
Projekt ilustruje, w jaki sposób umowa dotycząca kanału nawigacyjnego może obejmować różne wymagania dotyczące materiałów i wykopów w jednym miejscu budowy. Wybór sprzętu musi uwzględniać profil geologiczny, wymagane wymiary kanału, ograniczenia żeglugowe, środki łagodzące dla środowiska i harmonogram budowy.
Lekcja dotycząca dostosowywania pogłębiarki jest taka, że sama określona głębokość nie wystarczy. Rodzaj materiału, geometria wykopu, kolejność prac i ograniczenia środowiskowe mogą mieć wpływ na wybór pogłębiarki i sprzętu pomocniczego.
Źródło: Korpus Inżynieryjny Armii Stanów Zjednoczonych – Pogłębianie portu w Miami.
8. Informacje, które kupujący powinni podać przed złożeniem zamówienia na dostosowaną pogłębiarkę
Przydatne wstępne zapytanie powinno zawierać następujące informacje:
Lokalizacja projektu i warunki na drogach wodnych.
Wymagana głębokość pogłębiania i wymiary wykopu.
Rodzaj materiału i dostępne wyniki badań gleby lub osadu.
Wymagana produkcja dzienna lub miesięczna.
Odległość i wysokość pomiędzy miejscami wykopu i zrzutu.
Niezależnie od tego, czy materiał będzie pompowany, przechowywany na pokładzie, przenoszony na barki czy rozładowywany mechanicznie.
Ograniczenia w dostępie do miejsca budowy, transporcie i montażu.
Lokalne paliwo, konserwacja, części zamienne i wymagania środowiskowe.
Fotografie, badania batymetryczne, podstawowy plan sytuacyjny i wyniki badań osadów mogą pomóc producentowi w dokładniejszym zrozumieniu projektu.
Jeżeli kupujący nie jest w stanie na początku podać wszystkich szczegółów, producent powinien zidentyfikować brakujące informacje i wyjaśnić, które wstępne założenia należy potwierdzić, zanim zatwierdzona zostanie ostateczna specyfikacja sprzętu.
Często zadawane pytania
P: Który typ pogłębiarki jest najlepszy do pogłębiania rzek?
Odp.: Wybór zależy od głębokości rzeki, osadów, wymaganej produkcji, układu zrzutów i ograniczeń lokalizacji.
P: Która pogłębiarka nadaje się do wydobywania piasku na morzu?
Odp.: Gdy piasek musi być zbierany na morzu i transportowany w zbiorniku zasypowym statku, często rozważa się pogłębiarkę ze zbiornikiem ssącym wleczonym.
P: Czy pogłębiarka ssąca jest zawsze najlepszym wyborem do rekultywacji terenu?
O: Nie; wybór zależy od źródła piasku, odległości transportu, warunków panujących w miejscu oraz tego, czy bardziej praktyczne jest bezpośrednie dostarczanie rurociągiem, czy transport statkiem.
P: Kiedy należy rozważyć użycie pogłębiarki podsiębiernej lub chwytakowej?
Odp.: Te typy mogą być odpowiednie do lokalnych wykopów, wód zamkniętych i projektów wymagających kontrolowanego usuwania mechanicznego.
P: Co decyduje o wymaganej mocy silnika?
Odp.: Moc silnika zależy od sprzętu do kopania, pompy lub ładunków do podnoszenia, układu przeniesienia napędu, wyposażenia pomocniczego i zamierzonych warunków pracy.
P: Czy jedna dostosowana pogłębiarka może obsłużyć każdy projekt?
O: Nie; sprzęt należy skonfigurować pod kątem konkretnego materiału, głębokości roboczej, celu produkcyjnego, metody transportu i ograniczeń miejsca.
Wniosek
Dostosowywanie praktycznej pogłębiarki rozpoczyna się od zrozumienia projektu, a nie od wybrania najpierw modelu statku. Pogłębiarki mechaniczne, pogłębiarki hydrauliczne i kombinowane systemy wykopów mają różne charakterystyki operacyjne i każdy z nich może być odpowiedni w określonych warunkach.
Prawidłowa kolejność to identyfikacja materiału, środowiska pracy, wymaganej produkcji i organizacji transportu; wybierz metodę pogłębiania; a następnie określ wymiary statku, system zasilania, sprzęt do wydobywania, pojemność rurociągu lub leja zasypowego oraz warunki konserwacji.
Dobrze dostosowana pogłębiarka niekoniecznie jest największą i najpotężniejszą maszyną. To taki, którego pełna konfiguracja odpowiada rzeczywistym wymaganiom inżynieryjnym i może zapewnić niezawodne działanie przez cały czas trwania projektu.
