Upload
dinhkhanh
View
235
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
HOGERE ZEEVAARTSCHOOL ANTWERPENOE 2 EXPLOITATIE EN SCHEEPSTECHNIEK
Optimalisatie van het
baggerproces op TSHD tijdens
het sleepzuigen
Bart Van de Velde
Thesis voorgedragen tot het behalen van de graad van Promotor: Kapt. Kris De Baere
Master in de nautische wetenschappen academiejaar: 2009 – 2010 Co-promotor: Maarten Dewint
HOGERE ZEEVAARTSCHOOL ANTWERPENOE 2 EXPLOITATIE EN SCHEEPSTECHNIEK
Optimalisatie van het baggerproces op TSHD tijdens
het sleepzuigen
Meer zand, minder tijd
Bart Van de Velde
Thesis voorgedragen tot het behalen van de graad van Promotor: Kris De Baere
Master in de nautische wetenschappen academiejaar: 2009 – 2010 Co-promotor: Maarten Dewint
2
Dankwoord
Bij het maken van deze thesis heb ik het geluk gehad om gesteund te worden
door competente mensen met een afdoende kennis van sleephopperzuigers.
Ik zou dan ook graag mijn dank betuigen aan het opleidingsteam van Jan De
Nul en specifiek Maarten Dewint, mijn co-promotor.
Mijn dank gaat ook uit naar het nieuwbouwteam van de 'Leiv Eiriksson' en de
bemanning van de 'Gerardus Mercator' en 'Alexander von Humboldt', zij
hebben steeds mijn vele vragen beantwoord. Alsook dank aan Ir. Berten
Vermeulen.
Veel dank gaat ook uit naar mijn vader, Marc Van de Velde, kapitein op de
sleephopperzuiger 'Leiv Eiriksson'. Hij heeft me steeds goed gestuurd en
bijgestaan met zijn vakkennis
Ook bedank ik graag mijn promotor kapitein Kris De Baere, docent en
opleidingshoofd aan de hogere zeevaartschool, voor zijn tips en medewerking.
3
Inhoudstafel
Dankwoord.............................................................................................................................3Inhoudstafel............................................................................................................................4Lijst van figuren.....................................................................................................................6Verklarende woordenlijst........................................................................................................8 1 Inleiding............................................................................................................................10
Optimalisatie op
operationeel niveau........................................................................12
2 De zandpomp....................................................................................................................12 2.1 De binnenboordpomp...............................................................................................12 2.2 De zuigbuispomp......................................................................................................14 2.3 Aandrijvingen...........................................................................................................15
2.3.1 Diesel-direct......................................................................................................15 2.3.2 Elektrisch..........................................................................................................15
2.4 Conclusie..................................................................................................................16 3 De sleepkop......................................................................................................................17
3.1 Hoe werkt een sleepkop............................................................................................17 3.2 Soorten sleepkoppen.................................................................................................18 3.3 Vizier.........................................................................................................................19 3.4 Messen, beitels en pickpoints...................................................................................21 3.5 Waterflap...................................................................................................................23 3.6 Jetwater.....................................................................................................................25 3.7 Conclusie..................................................................................................................27
4 Deiningscompensator.......................................................................................................28 4.1 Waartoe dient een deico............................................................................................28 4.2 Hoe gebruikt men optimaal een deiningscompensator.............................................29
4.2.1 Slaglengte van de deico....................................................................................30 4.2.2 Deico-druk........................................................................................................31
4.3 Slibzuigen.................................................................................................................33 4.4 Conclusie..................................................................................................................34
5 Hopper..............................................................................................................................35 5.1 Overvloei..................................................................................................................39 5.2 Milieuklep.................................................................................................................41 5.3 AMOB......................................................................................................................42 5.4 Conclusie..................................................................................................................42
6 Besluit operationeel niveau..............................................................................................43Optimalisatie op
management niveau.......................................................................44
7 Reserveonderdelen management......................................................................................44 7.1 Bestellen van wisselstukken.....................................................................................44 7.2 Verschillende Stocks.................................................................................................45
4
7.3 Vervangen of behouden............................................................................................46 8 Wear and Tear...................................................................................................................48
8.1 Slijtage......................................................................................................................48 8.2 Opvolgen..................................................................................................................50 8.3 Preventie...................................................................................................................51
9 Cyclusoptimalisatie..........................................................................................................53 9.1 Productievaart...........................................................................................................53 9.2 Optimale lading........................................................................................................58 9.3 Bunkerdag.................................................................................................................61
10 Manoeuvres en Squat.....................................................................................................63 10.1 UKC........................................................................................................................63 10.2 Verticale squat.........................................................................................................66 10.3 Survey.....................................................................................................................71 10.4 Cyclus & Squat.......................................................................................................73
11 Datalogging....................................................................................................................74 11.1 Verloop....................................................................................................................75 11.2 Data-analyse voorbeelden.......................................................................................79
11.2.1 Sleepkoppen Vergelijken.................................................................................79 11.2.2 Zuigvakken vergelijken...................................................................................81
12 Besluit management niveau............................................................................................83 12.1 Kaizen.....................................................................................................................83 12.2 Onderdelen & gewichtsbesparing...........................................................................84 12.3 Tijd..........................................................................................................................85 12.4 Productie.................................................................................................................85
13 Bibliografie.....................................................................................................................86
5
Lijst van figuren
Fig. 1: Spleet tussen binnen- en buitenpomp (Bron:persoonlijke opname
2009)...........................................................................................12
Fig. 2: Verliezen baggerpomp (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering
Baggerwerken)..............................................................................13
Fig. 3: Zuigbuispomp Volvox Hollandia (Bron: www.dredgers.nl)...........14
Fig. 4: Actieve sleepkop. (Bron: eigen ontwerp 2009)..........................18
Fig. 5: Sleepkop loopt op de teen (Bron: eigen ontwerp 2009).............19
Fig. 6: Pickpoint en beitel (Bron: persoonlijke opname 2009)................22
Fig. 7: Centrifugaalpomp cavitatie (Bron: www.engineeringtoolbox.com)24
Fig. 8: Studie jets (Bron: Jan de Nul Group).......................................26
Fig. 9: Schematische opstelling deiningscompensator (Bron: eigen
ontwerp 2009)...............................................................................29
Fig. 10: Schematische configuratie onderpijp (Bron: eigen ontwerp 2009)
...................................................................................................33
Fig. 11: Hopper sedimentatie (Bron: Terra et Aqua, nr.112)..................35
Fig. 12: Diagram van Hjulstrom (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering
Baggerwerken)..............................................................................36
Fig. 13: Overvloei Alexander Von Humboldt (Bron: persoonlijke opname
2009)...........................................................................................39
Fig. 14: Overvloei met milieuklep (Bron: persoonlijke opname 2007).....41
Fig. 15: AMOB (Bron: eigen ontwerp 2009)........................................42
Fig. 16: Geknakte onderbuis (Bron: www.theartofdredging.com 2010)...46
Fig. 17: Mengselstromingen in een buis (Bron:Voortgezette Opleiding
Uitvoering Baggerwerken)...............................................................47
6
Fig. 18: Impeller schade door cavitatie (Bron:
http://www.cheresources.com)........................................................49
Fig. 19: Sleepkop TSHD 'Alexander von Humboldt' (Bron: persoonlijke
opname 2007)...............................................................................51
Fig. 20: Grafiek bunker-planning (Bron: eigen ontwerp 2009)...............55
Fig. 21: Cyclus van een sleephopper (Bron: Het in -en uitstromen van
baggerspecie in en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Miedema)
...................................................................................................58
Fig. 22: Optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)..................59
Fig. 23: Cyclus met optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)...60
Fig. 24: Vervangen pomphuis Gerardus Mercator (Bron:
www.theartofdredging.com, 2009)....................................................61
Fig. 25: UKC (Bron: www.theartofdredging.com, 2008).......................63
Fig. 26: Onderwaterprofiel en squat (Bron: www.theartofdredging.com,
2010)...........................................................................................67
Fig. 27: Onderwater profiel doorsnede (Bron: www.theartofdredging.com,
2010)...........................................................................................68
Fig. 28: vlnr. Onderwaterschip 'Gerardus Mercator' en 'J. S. de Elcano'
(Bron: www.theartofdredging.com, 2010)..........................................68
Fig. 29: Verschillende squat-formules (Bron eigen ontwerp).................69
Fig. 30: Invloed van de surveysnelheid op de echo (Bron: HZS)............72
Fig. 31: Datalogging sleepkop A vs. B (Bron: eigen ontwerp, 2010).......80
7
Verklarende woordenlijst
Agitatie: Baggervorm waarbij bodemmateriaal in suspensie wordt
gebracht in het omgevende water zonder het in de hopper te laden.
Bunkercyclus: Lange termijn-cyclus van de sleephopperzuiger;
productievaart en bunkeren/reparatietijd.
Datalogs: Verschillende belangrijke parameters van het baggerproces
worden bijgehouden om de productie te analyseren.
FW: Fresh Water, zoetwater
HWTK: Hoofdwerktuigkundige, Chief-engineer
Onderwaterpomp: Zuigbuispomp, een baggerpomp die gemonteerd is op
de zuigbuis.
Restlading: lading die niet op een economisch haalbare manier kan
worden gelost.
Serieleiding: Deze (dubbelwandige) leiding verbindt de uitgang van de
eerste perspomp met de ingang van de tweede.
Site-management: Management ter plaatse van een bepaald project.
Spoelwater: Water dat langs de afsluitringen van een spiegelafsluiter naar
binnen wordt gedrukt om verzanding in het afsluiterhuis te
voorkomen.
8
Stores: Benaming voor alle levensmiddelen aan boord, die als stukgoed
aanwezig zijn.
TD: Technische dienst, technische superintendant van het schip.
Vaarcyclus: Korte termijn-cyclus van de sleephopperzuiger; varen, laden,
varen, lossen.
Zuigbuispomp: zie onderwaterpomp.
Zuigcyclus: zie vaarcyclus.
Zuigzakken: Rubberen flexibele tussenstukken van de zuigbuis die
toelaten dat de zuigbuis kan bewegen. Deze zijn met stalen ringen
verstevigd om aan de onderdruk van de baggerpomp te weerstaan.
9
1 Inleiding
Beste lezer,
Met deze thesis tracht ik U een inzicht te geven in het gecompliceerde
baggerproces en meer specifiek, de optimalisatie hiervan.
Ik leg U uit hoe de verschillende onderdelen aan boord werken en vooral
hoe ze samen optimaal kunnen worden gebruikt om de productie hoog te
houden.
Ook zal ik U meer inzicht proberen te verschaffen in de verschillende
parameters in het baggerproces en vooral hun samenhang.
In het baggerproces zijn enorm veel parameters van belang.
Slechts een deel van deze variabelen zijn gekend en een nog kleiner deel
zijn controleerbaar.
Deze thesis is opgedeeld in twee grote delen: Optimalisatie op
operationeel en op management niveau. Het eerste deel behandelt het
operationele deel op korte termijn; de functie van de pijpmannen.
Het tweede deel is meer toegespitst op strategische, lange termijn
beslissingen.
Aangezien het baggeren vele aspecten omvat, heb ik mij enkel toegespitst
op het laden van een sleephopperzuiger. Naast het laden zou men
gemakkelijk nog een thesis kunnen schrijven over het persen,
automatisatie, baggervrijboord, vermogensverdeling, beunbelasting,
slijtage, propulsie, ...
Een hoge productie is zeer belangrijk aan boord van moderne,
competitieve baggerschepen. Dit vergt de nodige kennis en kunde van de
bemanning en stafleden.
10
De beschreven theorie in dit document vergt een voorkennis over de
baggerinstallatie aan boord van een moderne sleephopperzuiger.
Ik verwijs graag als randlectuur naar:
• COTTELEER, B. (2004), DE BAGGERINSTALLATIE BIJ MODERNE
SLEEPHOPPERZUIGERS, Hogere Zeevaartschool Antwerpen, Eindverhandeling
Nautische Wetenschappen
• Alkema , J. e.a. (1988), Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken
Hfdstk 5 Sleephopperzuiger, Leidschendam, VBKO, derde versie
11
Optimalisatie op operationeel niveau
2 De zandpomp
2.1 De binnenboordpomp
Bij de binnenboordpompen onderscheiden we twee grote groepen:
• Perspompen op schepen waar geladen wordt met een zuigbuispomp,
worden gekenmerkt door een waaier met een grote diameter en
kleine breedte. Perspompen kunnen meer opvoerhoogte leveren
voor een bepaald debiet.
• Pers en zuigpompen op schepen
waar geen onderwaterpomp wordt
gebruikt1 worden gekenmerkt door
een kleinere diameter en een grote
breedte. Ze zijn zodanig
geoptimaliseerd om een groot
debiet te verpompen bij lage druk.
1 Sommige schepen zijn ontworpen om te kunnen werken met en zonder zuigbuispompen, naargelang de zuigbuis die gemonteerd wordt.
12
Fig. 1: Spleet tussen binnen- en buitenpomp (Bron:persoonlijke opname 2009)
Baggerpompen zijn standaard al zeer geoptimaliseerd. Toch let men best
op volgende zaken:
• Zorg er steeds voor dat de pomp goed gemonteerd is en dat de
slijtplaten nauw genoeg aansluiten. Elke speling of opening tussen
de slijtplaten en impeller geeft aanleiding tot spleetverliezen2.
Deze verliezen zijn een gevolg van de grote drukverschillen tussen
zuigzijde (intrede) en perszijde (uitrede) van de waaier, waardoor
water kan terugvloeien door de spleten tussen waaier en de voor-
en achterdeksels (recirculatie).
Pompleveranciers trachten deze spleetverliezen te beperken door
speciale afsluitringen en / of dekselplaten.
• Tracht bij het laden de stortbakken het dichtst bij de pomp gelegen
te gebruiken, zo ondervindt de pomp het minste tegendruk en zal
deze meer debiet leveren.
2 Naast spleetverliezen zijn er ook nog wrijvings-, intrede-, botsing- en stootverliezen, maar aan deze verliezen valt weinig te doen aan boord (zieFig. 1).
13
Fig. 2: Verliezen baggerpomp (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
2.2 De zuigbuispomp
Deze pomp wordt steeds
elektrisch aangedreven,
omwille van het feit, dat
men geen
verbrandingsmotor kan
creëren die onder
verschillende hoeken
gesmeerd worden, de
smeerolie zou uit de
glijlagers lopen met
verlies van afdoende
oliedruk tot gevolg.
Daarnaast kan men geen toepasbare oliecarter maken die onder de
verschillende hoeken toelaat om de olie aan te zuigen.
Bovendien zou men 3 leidingen moeten aanleggen naar de motor,
namelijk: brandstof, lucht en uitlaatgas.
Vergeleken met een electromotor, waar maar 1 leiding moet aangelegd
worden, is de verbrandingsmotor nadelig als onderwaterpompaandrijving.
Een onderwaterpomp zal minder snel caviteren, daar de ingangsdruk een
stuk hoger zal liggen.
Om net deze ingangsdruk hoog te houden, kan de pijpman -indien
mogelijk- het stuk zuigbuis met de onderwaterpomp zo diep mogelijk
onder water laten zakken. Het met water vullen van de hopper –ook
omwille van stabiliteitsredenen- zal de pomp(en) ook dieper doen liggen
wat bijgevolg hetzelfde voordeel zal opleveren.
14
Fig. 3: Zuigbuispomp Volvox Hollandia (Bron: www.dredgers.nl)
2.3 Aandrijvingen
2.3.1 Diesel-directBij een diesel aandrijving wordt de pomp direct aangedreven door de
hoofdmotor van het schip. Tussenin staat nog een reductie kast en een
slipkoppeling om de as van de pomp te beschermen tegen hoge
momentkrachten. De reductiekast heeft doorgaans drie verschillende
standen: laag, medium en hoog. Hiermee kan de pijpman de
pompkarakteristiek en bijgevolg het werkpunt beïnvloeden.
Het gebruik van een directe dieselaandrijving geeft ons een hoog
rendement; bij overdracht via een reductiekast, gaat slechts ongeveer 5%
energie verloren.
Maar dit hoge rendement geldt enkel binnen een klein werkgebied.
Buiten dit werkgebied neemt het rendement sterk af.
Het grote nadeel bij gebruik van diesel-directe aandrijving is, dat deze niet
onbeperkt in toeren kunnen zakken bij toenemende belasting. Als de
motor onder een bepaald toerental komt (bijv. 70% van toerental in
volkoppelgebied), is er geen garantie meer dat de motor zal blijven
draaien. Daarom gebruikt men een reductiekast.
2.3.2 Elektrisch
Alhoewel deze aandrijvingsmethode een rendementsverlies van ongeveer
15% heeft en meer componenten nodig heeft, is dit een heel interessante
optie voor de baggerpompaandrijving. Een electromotor kan quasi
onbeperkt dalen in toeren bij toenemende belasting. Hetzelfde rendement
blijft gegarandeerd over een zeer breed werkgebied.
Electrische aandrijving is een zeer flexibele oplossing als aandrijving en
bovendien zeer onderhoudsarm.
15
2.4 Conclusie
Een baggerpomp is reeds sterk geoptimaliseerd. De operator heeft zelf
weinig invloed op de efficiëntie van de pomp. Toch houdt men best
volgende stellingen in het achterhoofd:
• Enerzijds is het zeer belangrijk dat de pomp een groot genoeg
vacuüm kan verwezenlijken om het mengsel op te zuigen.
• Anderzijds mag de pomp niet teveel debiet leveren opdat de
beunbelasting niet te hoog zou worden (zie hoofdstuk Beun).
• Verder moet men steeds zorgen dat er genoeg propulsievermogen
beschikbaar blijft; hoge mengselsnelheid vraagt veel vermogen.
16
3 De sleepkop
3.1 Hoe werkt een sleepkop
De sleepkop is het onderdeel dat op het einde van de zuigbuis zit. Het
haalt een laag bodemmateriaal weg met behulp van de onderdruk van de
baggerpomp, jetwater, beitels en vizier.
Een sleepkop (zuigkop) gaat op verschillende manieren tegelijk de bodem
ontgraven:
1. Voldoende onderdruk gecreëerd door de baggerpomp, zal het grond-
water mengsel doen opzuigen.
2. Een sleepkop is uitgerust met jetnozzles3 om zeewater onder druk in
te spuiten in de bodem.4
3. Op de meeste sleepkoppen zijn pickpoints5 of beitels geïnstalleerd.
Zij graven de bovenste laag af en geleiden het losgemaakte
materiaal in de kop naar binnen.
Daarnaast ziet men heel vaak een stenenrooster of bommenrooster. Dit is
een rooster geplaatst na de ingang van de sleepkop. Het houdt stenen en
andere voorwerpen tegen, die te groot zijn om door de pomp te geraken.
De maat van de opening in het rooster wordt bepaald door de diameter
van de grootste bol die nog door een impeller van de baggerpomp kan.
Deze waarde wordt aangegeven door de fabrikant van de pomp (sphere
passage).
3 Enkele oudere schepen zijn niet uitgerust met jetnozzles, maar alle moderne TSHD's hebben deze optie wel.4 Sleepkoppen zonder jetwater bestaan ook, maar zijn minder productief.5 Pickpoints zijn bodem afgravende tanden, die gemonteerd worden op de sleepkop.
17
Een bommenrooster is een soortgelijk rooster met kleinere openingen om
te voorkomen dat opgezogen explosieven tot bij de pomp kunnen
geraken. De grootte van de openingen wordt hier meestal bepaald door
lokale kennis, verzekeringseisen of lokale wetgeving.
3.2 Soorten sleepkoppen
Er bestaan veel verschillende soorten sleepkoppen die verschillen per
schip, leverancier of rederij. Elk hebben ze hun eigen design.
De belangrijkste te onderscheiden soorten sleepkoppen zijn:
• Actieve kop versus passieve kop
• Eroderende sleepkoppen( vb: Californië-type) versus ontgravende
sleepkoppen uitgerust met messen of beitels.
De passieve en de actieve kop zijn vaak gelijkaardig van bouw.
Echter kan men bij de actieve kop de stand en kracht van het vizier
realtime regelen met behulp van op afstand bedienbare hydraulische
cilinders, idem voor de eventueel aangebrachte waterflap of waterinlaat-
afsluiter.
De keuze van sleepkop
is een strategische
keuze, die vaak wordt
genomen voor men aan
een nieuw project
begint.
18
Fig. 4: Actieve sleepkop. (Bron: eigen ontwerp 2009)
De eroderende koppen (vb. Californië) worden steeds minder gebruikt,
gezien dit type enkel optimaal kan produceren in losgepakt (niet-cohesief)
materiaal in het bijzonder grof zand.
Hier zullen we enkel de actieve kop bespreken, want dit is het meest
gangbare en moderne type, het zorgt doorgaans voor de hoogste
productie en is naar optimalisatie toe veruit de meest interessante.
Bij de actieve kop kan de pijpman direct de stand van het vizier en de
waterflap regelen. Op de sleepkop wordt dit mogelijk gemaakt door
middel van hydraulische pistons die gemonteerd staan tussen de helm en
het vizier en tussen het vizier en de waterflappen (zie Fig. 3).
3.3 Vizier
Het actieve vizier kan men instellen op 3 verschillende manieren:
1. Los: Het vizier wordt met een ingestelde kracht6 naar beneden
geduwd, ongeacht de stand van het vizier blijft deze kracht dezelfde.
Het vizier zal het bodemprofiel volgen. Bij harde ondergrond zal het
vizier het bodemprofiel volgen, bij
zachte bodem kan het vizier diep
penetreren.
Als deze kracht te hoog wordt
ingesteld, dan zal het vizier de
hele sleepkop van de grond tillen,
dit heet 'op zijn teen lopen'. Als
de kop op zijn teen loopt, dan
heeft enkel de teen contact met
de bodem en zal hij enkel
zeewater aanzuigen.
6 Dit komt overeen met een bepaalde druk op de viziercilinders.
19
Fig. 5: Sleepkop loopt op de teen (Bron: eigen ontwerp 2009)
Dit fenomeen is sterk afhankelijk van het gewicht van de kop op de
bodem en dus de deico-druk7. De kleinste kracht waarbij de kop op
zijn teen begint te lopen is ook afhankelijk van de cohesie van de
bodem; cohesieve bodemsoorten hebben meer kracht nodig om te
penetreren.
2. Vaste hoek: Het vizier wordt onder een constante hoek gehouden
met het vaste deel van de kop. Het vizier zal niet meebewegen met
het bodemprofiel. Het systeem zal automatisch meer of minder
kracht uitoefenen op het vizier om het in de ingestelde stand te
houden.
Het gevaar schuilt erin dat de sleepkop over een rots wordt
getrokken en dat het vizier hierachter blijft haken en schade
berokkent. Bovendien wordt het vizier met onnodig veel kracht in de
bodem geduwd, met veel slijtage tot gevolg.
3. Vaste laagdikte: Het systeem regelt zelf de hoek van het vizier om
een bepaalde laagdikte af te graven, de pijpman stelt zelf de dikte
van de laag in.
Met andere woorden, het systeem zal de horizontale afstand tussen
teen en hiel bewaren. Deze modus laat toe de baggerdiepte heel
precies te controleren.
Als het vizier dieper in de grond penetreert, dan zal de sleepweerstand
verhogen. M.a.w. de propulsie van het schip zal meer vermogen vragen
om dezelfde snelheid aan te houden of bij eenzelfde vermogensverdeling
zal het schip trager varen.
7 Zie hoofdstuk
20
Als het schip sneller vaart, dan zal het vizier een hogere tegendruk
ondervinden en zal er bijgevolg meer kracht nodig zijn om het vizier in
een bepaalde stand aan te houden. Een te grote snelheid betekent ook dat
er grotere trekkrachten komen te staan op de kop en onderpijp.
Scheepsnelheid is dus een belangrijke factor bij het instellen van de
actieve kop.
Daarentegen zal een diepere penetratie meer densiteit bij een lagere
mengselsnelheid geven, dit vraagt dan weer minder vermogen van de
pomp.
Breedte x laagdikte x scheepsnelheid (in m/s) geeft ons het volume
bodemmateriaal dat de sleepkop afgraaft per seconde. Naast dit volume
wordt ook water8 opgezogen. Een bredere kop op een sneller schip geeft
dus een hogere productie, mits de pomp en de beun deze hoeveelheid
bodemmateriaal kunnen verwerken!
3.4 Messen, beitels en pickpoints
Op een vizier kunnen één of meerdere rijen pickpoints gemonteerd
worden op een beitelbalk.
Er zijn verschillende soorten pickpoints:
• Beitels of messen; zij graven de meeste bodem weg, maar geven
ook de meeste sleepweerstand. (Fig. 6: Rechts op de foto)
• Pickpoints; zij graven minder bodem weg en hebben minder
weertsand, maar zijn beter geschikt om hardgepakte en harde
bodemsoorten open te rijten. (Fig. 6: Links op de foto)
8 Het gaat hier over water van jetsnozzles, water intredend door waterflappen, water in de poriën van de zandkorrels, water dat intreedt doorheen de spelingen van vast huis en vizier, ...
21
• Rippers; dit zijn pickpoints tot een meter lang, die voorwaarts
gemonteerd worden op de hiel. Ze zijn niet zo talrijk op een zuigkop
en dienen om hard en stenig materiaal dat voor de kop ligt te
breken. Ze worden zelden ingezet tenzij voor offshore projecten of
voor het weghalen van 'zachte' rots.
• Dragon teeth; deze soort pickpoints zijn speciaal ontworpen voor de
Dragon®-sleepkop van IHC. Ze zijn gelijk aan de 'normale'
pickpoints behalve dat er een kanaal in zit om jetwater in de bodem
in te spuiten.
De hoek waaronder de pickpoints zijn gemonteerd is ook van belang.
Als de hoek tussen vizier en pickpoint vermeerdert, zal ook de
sleepweerstand toenemen.
Vermindert deze hoek,dan zullen de messen minder bodemmateriaal
afgraven9 of bodem openbreken; dus bijgevolg minder productie.
9 Dit geldt vooral bij beitels.
22
Fig. 6: Pickpoint en beitel (Bron: persoonlijke opname 2009)
3.5 Waterflap
De water flap (water admission valve) is een regelbare opening op de
sleepkop om zeewater al dan niet toe te laten in de zuigkop.
Het sluiten (=opening wordt verkleind) van deze klep heeft enkele
gevolgen:
Het vacuum10 van de baggerpomp stijgt; er wordt meer weerstand
ondervonden aan de zuigzijde van de pomp.
1. De densiteit stijgt meestal, want er wordt minder water aangezogen
en dus meer bodemmateriaal. Dit komt omdat water door de poriën
van het zand omhoog dringt en zo materiaal losmaakt. Dit geldt niet
voor hard opeengepakte bodemsoorten zoals klei, dan creëert men
gewoon meer vacuüm.
2. De mengselsnelheid zal dalen aangezien er meer zuigkracht wordt
aangewend om bodemmateriaal op te zuigen i.p.v. water; maar
bodemmateriaal is zwaarder en cohesiever dan water en geeft dus
meer zuigweerstand voor de pomp.
3. De sleepweerstand vergroot, de kop heeft meer de neiging om
zichzelf vast te zuigen.
10 De onderdruk aan de zuigzijde van de pomp.
23
Vb: Een baggerschip moet baggeren op 50 meter diepte. Op deze diepte is het niet
mogelijk om een voldoende rijk mengsel omhoog te zuigen zonder cavitatie11 in
de binnenboordpomp (vacuüm loopt hoog op).
De productie is dan ondermaats omdat een zeer onregelmatig proces ontstaat.
Door het hoge vacuum aan de intrede van de pomp ontstaat cavitatie die de
goede werking van de pomp verhindert. Dit heeft als gevolg dat de
mengselsnelheid plots helemaal kan wegvallen.
Door de waterflappen verder open te zetten of een grotere opening te voorzien
voor water, kan een mengsel met lagere densiteit opgezogen worden.
Dit mengsel geeft minder leidingsverlies en is dus met een lager vacuüm op te
zuigen. Uiteindelijk zorgt deze ingreep voor een hogere productie en continu
procesverloop.
11 Als het vacuüm aan de zuigzijde, hoger wordt dan de dampspanning van het mengsel, dan onstaan dampbellen die imploderen in de pomp. De pomp zal hierdoor slecht renderen en zelfs afslaan.
24
Fig. 7: Centrifugaalpomp cavitatie (Bron: www.engineeringtoolbox.com)
3.6 Jetwater
Het jetsysteem op de sleepkop dient om kinetische energie in te brengen
in de bodem. Dit gebeurt door water onder hoge druk in te spuiten in de
bodem om zo de ondergrond in suspensie te brengen en te fluïdiseren.
Zo kan het bodemmateriaal makkelijker worden losgewoeld en verpompt.
Het bodemmateriaal bestaat uit opeengepakte deeltjes met weinig of geen
water tussen. De bodem is hard en opeengepakt. Door injecteren van
water in de bodem zullen de poriën vergroten, met een
volumeverandering tot gevolg. Het bodemmateriaal kan nu makkelijker
worden losgemaakt en verpompt.
De bedoeling van het jetsysteem is om een volumevermeerdering teweeg
te brengen in de grond dit heet dilateren12. Hoe meer bodemmateriaal
dilatantie ondergaat, hoe meer er kan losgemaakt en tenslotte ook
opgepompt worden.
We hebben er alle belang bij dat het jetwater zo diep mogelijk penetreert.
De hoge jetdruk verwerft men door de jetpompen in serie te plaatsen.
Meer jetdruk –en dit onder de juiste hoek- impliceert bijgevolg ook een
diepere penetratie in de bodem.
Om deze optimale inspuiting van jetwater in de bodem te verkrijgen staat
de onderbuis best onder een hoek van ongeveer 28 graden13 met de
bodem. Onder deze hoek kunnen de jetstralen het diepste in de bodem
dringen.De jetnozzles op de sleepkop kunnen aangepast worden in
diameter en aantal met een verschillende leidingskarakteristiek (Q-H) als
gevolg (zie Fig. 8).
12 Als men zeer dichtgepakt zand probeert te ontgraven zal de onderspanning in de poriën tussen het zand ervoor zorgen dat de permeabiliteit van het materiaal is zeer laag is. De weerstand om het materiaal te beroeren is zeer hoog. De oplossing is om jetwater in de poriën te injecteren, hierdoor stijgt de intergranulaire druk en is het materiaal eenvoudig op te zuigen.
13 Deze hoek is ongeveer 28 graden, maar de beste hoek van de onderpijp kan best proefondervindelijk worden vastgesteld. Dit kan verschillen naar gelang het design van de sleepkop
25
Het toerental van jetpompen is meestal regelbaar, ze kunnen in serie of
parallel geschakeld worden en men kan zelfs een verschillende impeller
plaatsen. Zo zal een impeller met meer bladen hogere drukken kunnen
realiseren dan impellers met minder bladen. Ingrepen aan de configuratie
van de jetpompen zullen hun pompkarakteristiek wijzigen.
Voor wat sleepzuigen betreft moeten de jetpompen een zo hoog mogelijke
energie-input leveren aan het systeem ter hoogte van de jetnozzles in de
sleepkop. Het wijzigen van diameter van de jetnozzles zal tot doel hebben
aan de grondsoort aangepaste jetstralen te geven, maximum debiet of
maximum druk.
26
Fig. 8: Studie jets (Bron: Jan de Nul Group)
3.7 Conclusie
Op de sleepkop kan men volgende parameters wijzigen:
• Vizier
1. Kracht op vizier
2. Stand vizier
• Waterflap: stand
• Pickpoints
1. Pickpoints
2. Beitels (messen)
3. Combinatie
4. Geen pickpoint of beitels
• Stand onderpijp
1. Onderknik
2. Bovenknik
3. Rechte pijp
• Sleepsnelheid
• Jetdruk
• Keuze sleepkop
Elk van deze keuzes zal een andere invloed hebben op de productie, maar
het is vooral de samenhang van deze ingrepen die van belang is.
De operator zal zelf moeten uitzoeken welke configuratie de beste is voor
zijn specifieke situatie.
27
4 Deiningscompensator
4.1 Waartoe dient een deico14
De deiningscompensator is een systeem dat de spanning op een draad
houdt. In dit geval hebben we het over een deiningscompensator (deico)
aan boord van sleephopperzuigers. Dit systeem houdt de spanning
constant op de zuigdraad van de sleepkop.
De deico heeft twee doelen:
1. Het moet de spanning op de kopdraad houden. Als de kopdraad
ontspant kan hij van de schijven aan dek vallen, en ontstaat tevens
kans op draadbreuk15 als de sleepkop een oneffen bodemprofiel
volgt.
2. De sleepkop steeds aan de grond houden met bepaalde druk, de
sleepkop wordt met gelijke kracht op de grond gezet (voor een
zelfde uitslag van de deico-cilinder).
De deico staat tussen de kopwinch en de zuigbuisbok van de sleepkop, de
kopdraad loopt over de deico.
De deico-installatie bestaat uit een drukvat16 gevuld met lucht of stikstof.
Stikstof heeft als voordeel geen water te bevatten en is bijgevolg minder
corrosief voor de accumulator. Het onderste deel van het drukvat bevat
hydraulische olie. Het drukvat is door een olieleiding verbonden met een
hydraulische cilinder en fungeert als buffer en veer. Op het uiteinde van de
deico-cilinder staan één of meerdere draadschijven17 waarover de
zuigdraad van de sleepkop loopt.
14 Deico is de gangbare afkorting voor deiningcompensator.15 De kracht in de sleepdraad kan ontoelaatbaar groot worden als de sleepkop plots naar beneden valt en de
zuigdraad strak trekt. Een deico voorkomt deze situatie.16 De druk in het drukvat kan vaak realtime worden aangepast door de pijpman, hiermee kan hij direct het
proces beïnvloeden.17 De draadschijf is vaak geschilderd in verschillende kleuren zodat men van op de baggerlessenaar
gemakkelijk kan zien of deze draait of niet.
28
Op enkele schepen is er ook een deiningscompensator aan de knikdraad
en de draad van de onderwaterpomp geïnstalleerd.
4.2 Hoe gebruikt men optimaal een deiningscompensator
De bewegingen van het schip én de veranderingen in het bodemprofiel
worden opgevangen door de deico, zodat de sleepkop steeds
(gedeeltelijk) op de bodem rust en gelijkmatig materiaal opzuigt. Op die
manier wordt een continu productieproces verzekerd.
29
Fig. 9: Schematische opstelling deiningscompensator (Bron: eigen ontwerp 2009)
4.2.1 Slaglengte van de deicoDe slag van de deico-cilinder is beperkt. Een deico-cilinder die
bijvoorbeeld maar 2 meter verticaal kan bewegen, kan geen
scheepsbewegingen opvangen van die grootorde op de plaats van de
sleepkop. Als gevolg daarvan zal een sleephopper niet veilig meer kunnen
baggeren als het schip teveel stampt, dompt of rolt. Als de deico de
scheepsbewegingen niet kan opvangen, bestaat het gevaar dat de
sleepkop van de bodem wordt getild en daarna met grote kracht op de
bodem neerkomt; dit kan schade berokkenen aan de sleepkop en onderste
delen van de zuigbuis. Ook kan dit gevaar opleveren als de deico met
kracht op zijn laagste of hoogste stand neerkomt. Ernstige ravage aan de
fundatie van de piston en de cilinder is dan het gevolg.
Een goede pijpman kan deze scheepsbewegingen voorzien door tijdig de
kopwinch te laten vieren of hijsen, om zo het stampen, rollen of dompen
van het schip te compenseren. Deze laatste optie kan de werkbaarheid in
slecht weer een stuk vergroten, maar is niet zonder risico’s.
De slag van de deico-cilinder is dus bepalend voor de werkbaarheid van de
sleephopperzuiger in golven en/of deining.
In slecht weer met grote scheepsbewegingen willen we dat de sleepkop
lichter aan de grond staat, ook willen we zekerheid dat de zuigdraad
steeds strak blijft. Als de zuigdraad even slap komt te staan en daarna
snel strak komt, dan wordt de kracht op de zuigdraad oneindig groot met
draadbreuk tot gevolg.
Er bestaan ook deiningscompensatoren die uitgerust zijn met een dubbele
draadschijf. De zuigdraad zal dan ook dubbel ingeschoren worden; hieruit
volgt dat bij een deico-verandering van 1 meter, de uitstaande
draadlengte 4 meter wijzigt.
30
De druk in de accumulator zal ook verdubbeld moeten worden, want de
zuigdraad zal 2 maal een neerwaartse kracht uitoefenen op de cilinder. Zo
kan met een zelfde deico-cilinder de werkbaarheid van een sleephopper in
slecht weer verhoogd worden.
Dus:
Verticale scheepsbeweging > maximale slag van de deico
= gevaar op schade aan deico of sleepkop.
4.2.2 Deico-drukDe druk in het drukvat van de accumulator is een belangrijke en
onderschatte parameter in het baggerproces.
Als de druk niet realtime vanuit de baggerlessenaar kan worden
veranderd, kan men de deico een stuk verder laten uitkomen. Hierdoor
zakt het oliepeil in de accumulator (dus het volume lucht daalt) en de
luchtdruk zal zakken in de accumulator.
Meer deicodruk heeft als gevolg dat de piston meer spanning op de
kopdraad zal houden. Dit zorgt er voor dat het gewicht van de sleepkop
minder rust op de bodem; 'de kop staat minder zwaar aan de grond'. Dit
zorgt er op zijn beurt voor dat de bodem-ontgravende delen van de
sleepkop (cf.: tanden, messen, beitels) minder penetreren in de bodem en
er dus per tijdseenheid een kleinere laag wordt afgegraven.
De aanpassing van de druk in het drukvat heeft niet bij elk deico-systeem
hetzelfde effect. Er moet rekening gehouden worden met de oppervlakte
van de piston in de deiningcompensator.
31
Vb: Boring van de zuiger in de cilinder is 400mm.
Dit geeft een pistonoppervlakte van 0,1256 m². (=A)
We verhogen de druk van 20 bar naar 21 bar. (=p)
F=p.A
Dit zal een verhoging van 12566 Newton geven op de kopdraad.
F=m.g (g=9,81 m/s²)
De zuigdraad zal dan extra compenseren voor een gewicht 1280,3
kg (ruwweg 1,3ton).
De sleepkop zal dus minder op de bodem rusten dan voordien, en wel met 1,3 ton
minder gewicht. De invloed hiervan is natuurlijk relatief ten opzichte van het
gewicht van de sleepkop; met een grote sleepkop van 40 ton zal hiervan weinig
merkbaar zijn in de productie.
Als de zuigbuis zeer steil staat dan loopt de zuigdraad niet loodrecht naar
beneden en zal de krachten verdeling anders zijn.
Bij baggeren op grotere dieptes is men genoodzaakt om te werken met
een zuigbuis die zeer steil staat; op dat moment staat de zuigdraad schuin
naar achteren gericht.
De trekkracht van de zuigdraad resulteert in een stuk naar achteren en
een stuk naar boven.
Vb: Stel een zuigbuis waarop een zuigdraad is bevestigd met een spanning (Fz) van 25
ton. Deze zuigdraad staat niet loodrecht, maar maakt een hoek naar achteren van
20 graden. We willen weten met welke kracht (Fo) de zuigbuis omhoog wordt
getrokken(=x).
cos( ) = x/25Ө
x = cos( ).25Ө
De kracht (Fo) waarmee de sleepkop omhoog wordt gehouden is 23,5 ton.
Een deel van de kracht van de zuigdraad gaat verloren in een horizontale
component naar achteren gericht. Deze wordt gegeven door:
x = sin( ).25Ө
De sleepkop wordt dan met 8,5 ton (Fa) naar achteren getrokken, deze laatste
kracht zal enkel de zuigbuis en vooral de bocht18 belasten.
18 De bocht is het deel van de zuigbuis dat aangrijpt op de scheepsromp.
32
4.3 Slibzuigen19
Bij slibzuigen staat de deico niet uit. De sleepkop zinkt dan in de
bodemlaag en wordt dan volledig gedragen door het slib. Om te
voorkomen dat de sleepkop te diep zou wegzakken, zal de deicodruk
hoger moeten staan dan bij zwaardere grondsoorten.
19 Slib is bodemmateriaal met een gemiddelde korrlediameter tussen 2 µm en 60 µm.
33
Fig. 10: Schematische configuratie onderpijp (Bron: eigen ontwerp 2009)
4.4 Conclusie
De parameter 'deicodruk' kan best verhoogd worden als
• de densiteit van het opgezogen mengsel te hoog wordt; de sleepkop
rust minder op de bodem en zuigt minder materiaal op.
• de snelheid van het opgezogen mengsel te laag wordt; de sleepkop
rust minder op de bodem en zuigt meer water in het mengsel mee.
• door slechte weersomstandigheden het schip teveel stampt of
dompt. De verhoogde deico-druk zal zorgen dat de kop minder
tegen de bodem aandrukt en dus minder snel kan beschadigd
worden als deze met kracht tegen de bodem wordt gezet.
• een zwaardere sleepkop of onderpijp wordt gemonteerd. Een
zwaardere zuigbuis zal door zijn eigen gewicht meer op de grond
rusten.
• er op een grotere diepte wordt gezogen, want dan zal de zuigbuis
steiler staan en de horizontale component op de onderpijp kleiner
worden.
•
• men een zeer licht sediment moet baggeren; de sleepkop wordt
gedragen door verschillende bodemlaagjes op verschillende dieptes
en door de zuigdraad.
34
5 Hopper
De hopper of de beun is de laadruimte van de sleephopperzuiger. Hierin
wordt het grond-watermengsel geladen. Het is de bedoeling dat het
mengsel in de beun optimaal bezinkt. Daartoe moet het baggermengsel
zo langzaam mogelijk stromen. Een mengsel met grof bodemmateriaal
zal sneller bezinken dan een fijne bodemsoort in suspensie (cf. slib) Dit
wordt allemaal duidelijk aan de hand van het Hjulstrøm-diagram (zie
Fig. 10). In de beun proberen we de horizontale mengselsnelheid
zodanig laag te houden, opdat het bezinkingsproces zich in het onderste
deel van het diagram afspeelt (deposition, ofwel sedimentatie,
afzetting). Hoe lager de horizontale
mengselsnelheid, hoe hoger de
bezinkingssnelheid van de individuele deeltjes
(korrels). Merk op dat dit quasi onmogelijk is
bij heel fijn materiaal (slib en klei).
Het is dus van primordiaal belang om de
snelheid in de beun zo laag mogelijk te
houden, zodat zoveel mogelijk materiaal kan
bezinken.
Het is belangrijk om in te zien dat intredend
mengsel steeds sneller zal stromen naarmate
de hopper voller raakt. De vrije vloeibare
sectie waar het mengsel door moet wordt
steeds kleiner.
Het zand zal sneller stromen in een kleiner
vrije sectie. En als het sneller stroomt zal er
minder materiaal bezinken (zie Fig. 11).
35
Fig. 11: Hopper sedimentatie (Bron: Terra et Aqua, nr.112)
36
Fig. 12: Diagram van Hjulstrom (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
Men kan berekenen hoe snel een deeltje zal stromen in de hopper aan
de hand van een eenvoudige berekening.
Vb: Stel een rechthoekig beun met lengte 60 m en breedte 22 m en diepte 18
meter.
Het mengsel komt binnen via 2 pijpen met diameter 1100 mm en met een
snelheid van 5 m/s.
Q=v. A A= . d²2
Het debiet wordt dan 4,75 m³/s per pijp of 9,5 m³/s die de beun binnenkomt.
Als de beun volledig leeg is, dan moet het mengsel door een sectie stromen
van 18 meter bij 22 m en dit over een lengte van 60 meter.
A= 60 m . 22 m
v = Q / A
Mengselsnelheid (v) in de beun is dan 0,72 cm/s. Uit het diagram van
Hjulstrøm20 kunnen we dan afleiden dat deze snelheid voldoende laag is om
korrels met diameter 0,1 mm of groter te doen bezinken.
Dit verhaal gaat enkel op als de bezinkingsweg de volledige afstand van de
beun bedraagt, helaas is dit zelden het geval21.
Naarmate er meer bezonken lading in de hopper ligt, zal er minder vrije
ruimte zijn waarin het mengsel kan stromen en bezinken. Daarom
berekenen we de 'beunbelasting', dit is het aantal seconden dat een
deeltje verblijft in de beun.
Beunbelasting = Debiet / Volume vrije sectie
Waarbij de vrije sectie gedefiniëerd wordt als: vrije vloeibare laag
boven de bezonken lading. Deze laag is moeilijk af te lijnen aangezien
de densiteit dieper in de hopper geleidelijk toeneemt. Het is dan ook
moeilijk te zeggen op welke diepte de lading niet meer vloeibaar is.
De stromingen in de hopper zijn een zeer complex begrip en zijn door
de wetenschap nog steeds niet gevat in een passend wiskundig model.
De modellen waarop men zich baseert zijn (nog) niet sluitend om het
bezinkingsproces te weer te geven.
20 Hjulstrøm is enkel geldig voor 1 korrel in heldere vloeistof. In een hopper geldt gehinderde bezinking; korrels stoten elkaar aan en geven kinetische energie door en vertragen zo de bezinking.
21 Men kan niet steeds de verste laadbak gebruiken en de overvloeien staan niet steeds op het uiterste punt van de beun opgesteld.
37
Als de beunbelasting te hoog wordt kan men volgende ingrepen
toepassen:
• Op korte termijn:
1. De actieve sleepkop instellen zodat hij materiaal levert aan een
lagere snelheid en hogere densiteit (zie hoofdstuk sleepkop).
2. Steeds een laadklep gebruiken die zo ver mogelijk van de
overvloei zit. Op die manier zal de bezinkingsweg zo lang
mogelijk zijn en dus zal ook meer materiaal bezinken.
3. Het toerental van de pomp verlagen om zo het debiet te
beperken.
4. De milieuklep (zie verder) gedeeltelijk sluiten en/of de
overflow in een hogere stand zetten. Hiermee zal de
waterstand in de hopper iets verhogen, dus meer vrije sectie
creëren. Dit heeft een positieve invloed op bezinkingsgraad.
Ook zal het knijpen van de milieuklep de luchtbellen in het
water rond het schip verminderen, met als gevolg minder
luchtbellen in de schroeven en dus minder verlies op
propulsievermogen.
• Op lange termijn:
1. Afgravende elementen op de zuigkop aanpassen. Bijvoorbeeld
pickpoints monteren i.p.v. beitels.
2. Een kleinere sleepkop monteren, de kleinere breedte zal er
voor zorgen dat de kop minder debiet aan bodemmateriaal
afgraaft.
Dit kleinere debiet zal de beun wel kunnen verwerken.
3. Eén zuigbuis i.p.v. twee zuigbuizen gebruiken; het debiet en
dus de snelheid zal halveren. Deze aanpak zal ook de productie
kelderen en is daarom niet populair.
38
5.1 Overvloei
Dit systeem zal de pijpman in staat stellen om de waterlaag te
controleren op een minder nauwkeurige manier. De overvloei of
overloop kan op ongeveer 10 cm nauwkeurig verticaal gepositioneerd
worden. Het dient om de bovenste waterlaag 'af te romen' van het
mengsel in de beun. In het begin van het zuigproces wordt er zolang
mogelijk gewacht met overvloeien om de snelheid van de deeltjes zo
laag mogelijk te houden.22
22 In het begin van het zuigproces is overvloeien zelfs onmogelijk, want het waterniveau komt onder de rand van de overvloei(en).
39
Fig. 13: Overvloei Alexander Von Humboldt (Bron: persoonlijke opname 2009)
Overvloeien van water heeft verschillende voordelen23:
1. Het verhoogt de nuttige lading, bezonken partikels blijven aan
boord terwijl het water wordt afgevoerd. Na de zuigcyclus heeft
het schip meer nuttige (droge) lading (Constant Tonnage
Systeem).
2. De baggerspecie kan ruwweg gesorteerd worden; kleinere korrels
krijgen geen tijd om te bezinken en vloeien mee overboord,
terwijl de grotere korrels aan boord blijven. Na het zuigen heeft
het schip een lading met een gemiddeld grovere korrel dan wat
oorspronkelijk was opgezogen. Dit is nuttig als er enkel grof zand
gewenst is.
Er zijn ook nadelen verbonden aan overvloeien, zo gaat veel materiaal
verloren bij het overvloeien. Dit noemt men de overloopverliezen. Zij
zijn een limiterende factor in het zuigproces; een baggerschip zal
stoppen met baggeren als de overloopverliezen te hoog worden om nog
economisch te kunnen verantwoorden.
Bij slibzuigen wordt gestopt met laden als het schip op zijn baggermerk
ligt en er wordt bijna nooit overgevloeid. Dit is omdat slib zeer
langzaam bezinkt.
Het opgebaggerde slib zou voor bijna 100% overvloeien.
Hoe trager een mengsel bezinkt, hoe langer de weg die het nodig heeft
om ten volle te bezinken. Dit noemen we de bezinkingsweg. De
operator kan zelf de bezinkingsweg optimaliseren door steeds de
laadkleppen te gebruiken die zich het verst bevinden van de
overvloeien. Zo krijgt het zand meer tijd om te bezinken. Dit is in de
praktijk niet haalbaar, als men bijvoorbeeld steeds de achterste
laadklep zou gebruiken, dan zal het schip een grote trim krijgen en
wordt niet al het draagvermogen van het schip gebruikt.
23 Er zijn nog andere voordelen aan overvloeien zoals veiligheid- en stabiliteitsvoordelen, maar zij hebben weinig te maken met optimalisatie van de productie.
40
5.2 Milieuklep
De milieuklep of smoorklep (Eng: turbidity valve of nog environmental
throttle valve) is een vlinderklep in de overvloeikoker die de hoogte van
de waterkolom kan regelen in de overvloeikoker. De milieuklep is de
fijnregelaar van de overflow. Als deze smoorklep teveel wordt
toegeknepen, bestaat het gevaar dat de klep verzandt en zelfs
blokkeert. Zo'n situatie is potentieëel gevaarlijk; het water kan niet
meer weg en de beun kan overlopen aan dek met
stabiliteitsvermindering tot gevolg. Bovendien zal de diepgang van het
schip drastisch toenemen !
41
Fig. 14: Overvloei met milieuklep (Bron: persoonlijke opname 2007)
5.3 AMOB
AMOB staat voor Arm Mengsel
Overboord.
Dit is een alternatieve afsluiter
configuratie, om mengsel van een lage
densiteit direct overboord te pompen
en niet in de beun te laden.
Bij het starten van de pompen of als de
pijpen even gelicht worden, zuigt de
pomp enkel zeewater aan. Op die
momenten wordt AMOB ingeschakeld.
Dit heeft als direct voordeel dat de horizontale mengselsnelheid in de
beun niet zal stijgen als er even geen zand wordt opgezogen.
5.4 Conclusie
De hoogste productie wordt behaald door zoveel mogelijk specie te
laten bezinken in de beun.
Dit gebeurt op verschillende manieren:
1. Door de bezinkingsweg zo lang mogelijk te houden.
2. Door de beunbelasting zo laag mogelijk te houden.
3. Door de horizontale deeltjessnelheid in de hopper laag te houden.
4. Door de densiteit van het inkomend mengsel hoog te houden.
42
Fig. 15: AMOB (Bron: eigen ontwerp 2009)
6 Besluit operationeel niveau
Om productief te baggeren, moet men steeds de drie hoofdelementen
in het achterhoofd houden:
1. Sleepkop: De sleepkop graaft een bepaalde hoeveelheid
bodemmateriaal af die we kunnen beïnvloeden.
Het jetsysteem, zal op zich een sterke invloed hebben op wat de
sleepkop kan afgraven en opzuigen.
Ook geeft de sleepkop een weerstand aan het schip, de
sleepweerstand, dit zal de propulsie van het schip tegenwerken.
Ten slotte zal de sleepkop zorgen voor een bepaalde tegendruk
voor de pomp, die tegendruk zal het debiet en druk van de pomp
wijzigen.
2. Pomp: De baggerpomp bepaalt in grote mate de capaciteit van
het systeem, het geeft het materiaal door van kop naar beun.
3. Beun: Hier wordt het materiaal 'verwerkt', vaste deeltjes
bezinken en water vloeit over.
De beunbelasting is de hoofdparameter die hier in de gaten moet
worden gehouden, een hoge beunbelasting geeft aanleiding tot
grote overvloeiverliezen.
Het is zéér belangrijk om de productie-capaciteit van
beun, pomp en sleepkop met elkaar overeen te stemmen,
in functie van een optimale bezinking in de hopper.
43
Optimalisatie op management niveau
7 Reserveonderdelen management
Spareparts maken tot 15% uit van het totale deplacement en tot 1/3
van het kapitaal van een sleephopper. Als we zouden kunnen besparen
in dit gewicht, kan het schip meer nuttige, betaalde lading meenemen.
Daarnaast zijn ongebruikte spareparts een vorm van dood kapitaal aan
boord.
Daartegenover staat dat het aantal reserve onderdelen recht evenredig
is met de onafhankelijkheid van het schip en dus ook de snelheid van
reparaties.
De mogelijkheid om een reservestuk aan de wal te zetten verschilt van
project tot project.
Vaak wordt, voor grote projecten, een speciale opslagwerf voorzien.
Het is aan de kapitein en het project management om bij de aanvang
van een project de onnodige gewichten aan wal te laten brengen.
7.1 Bestellen van wisselstukken
Er bestaan verschillende technieken om een voorraad op peil te houden.
Echter aan boord is de prioriteit om nooit zonder voorraad te komen en
zo snel mogelijk defecten te repareren. Niet operationeel zijn door een
tekort aan spareparts is geen optie!
Er moet rekening worden gehouden met lange leveringstijden voor
stukken uit gietstaal vb. waaier, pomphuizen, bochten (tot 1 jaar en
meer).
44
De TD moet bewust zijn van het feit dat reservestukken ook lokaal
kunnen aangekocht of gefabriceerd worden.
7.2 Verschillende Stocks
Er zijn drie verschillende stocks van reserveonderdelen, voor het schip:
1. Stock aan boord: direct bruikbaar, maar negatief in de
gewichtsbalans.
2. Stock aan de wal: leverbaar binnen een korte termijn (bvb.
minder dan 24u). Als vuistregel geldt:
Als: De tijd om het defecte stuk te demonteren > de tijd om
het wisselstuk aan boord te laten komen.
Dan: Moet het reserve stuk beter aan de wal blijven.
Op deze manier wordt onnodig gewicht aan boord vermeden,
terwijl men toch zeker is van de snelste reparatietijd; gegeven dat
de logistieke ondersteuning aan de wal op elk uur van elke dag
paraat is!
3. Strategische stock: leverbaar op lange termijn (afhankelijk van
de afstand tot deze opslag; 1 tot 3 maand). De inhoud van deze
laatste stock is niet gekend voor het schip om strategische
redenen. Deze laatste stock word enkel aangesproken als het
schip onderdelen inslaat voor vertrek naar een nieuw project of
bij onverwachte schade.
45
7.3 Vervangen of behouden
Om te bepalen of we baggeronderdelen24 vervangen of behouden,
worden diktemetingen uitgevoerd van het staal. Voor dubbelwandige
onderdelen25 moeten deze metingen binnenin gedaan worden (zie
hoofdstuk)
De diktemetingen van elk stuk moeten worden bijgehouden om een
prognose te maken hoelang het desbetreffende stuk nog bruikbaar is.
Hierop baseert men zich dan weer om stukken te bestellen.
Bij bepaalde onderdelen kunnen we iets grotere toleranties toestaan:
1. Voor buizen die bij gewone operaties een lagere druk hebben dan
hun omgeving geldt26: als er een lek optreedt, is het niet mogelijk
dat materiaal naar buiten lekt, eerder omgekeerd.
2. Losleidingen boven het beun: als deze zand lekken, dan komt dit
meestal rechtstreeks in het beun terecht.
In de zuigbuis zijn de minimum toegelaten diktes aanzienlijk hoger,
vooral voor de onderpijp, hier zorgt de dikte namelijk voor structurele
sterkte.
24 Omvat, maar niet beperkt tot: zuigbuis, zuigkop, alle baggerleidingen, jetleidingen en alle zuigdraden. Ook rubberen zuigzakken dienen gecontroleerd te worden.
25 Vb.: Dubbelwandige pompen, persleidingen.26 Zuigleidingen, leiding die voor de pomp zijn gelegen.
46
Fig. 16: Geknakte onderbuis (Bron: www.theartofdredging.com 2010)
Het gevaar schuilt erin dat met een te dunne onderpijp, de zuigbuis
knikt en breekt met eventueel verlies van de zuigkop tot gevolg. (zie
Fig. 16).
Omdat baggermengsels een hogere
densiteit hebben onderin een buis, zal
deze daar sneller afslijten. Om tijdelijk
een vervanging van een rechte,
uitgesleten buis uit te stellen, kan men
deze 120° of 180° draaien om zijn
horizontale as.
Deze methode werkt enkel bij
horizontale rechte buizen. Aangezien
daar een laminair stromingspatroon is,
zal de slijtage dus meer bedragen aan
de onderzijde (zieFig. 16). Schuine,
verticale buizen en bochten. Vertonen
een turbulent stromingspatroon. Het
slijtagepatroon zal daar chaotisch en
onvoorspelbaar zijn.
47
Fig. 17: Mengselstromingen in een buis (Bron:Voortgezette Opleiding Uitvoering Baggerwerken)
8 Wear and Tear
Gezien de vaak abrasieve aard van het product en de hoge productie-
eisen die aan de schepen wordt opgelegd, is het belangrijk om te weten
wanneer een zandvoerend onderdeel (sleepkop, pomp, pijpdeel) aan
vervanging toe is, om niet voor verrassingen te staan bij bezwijken van
deze onderdelen.
De kosten voor een sleephopper te wijten aan slijtage bedragen
ongeveer 10%27 van de operationele kost van het schip.
8.1 Slijtage
Enkele parameters zijn van belang om te bepalen hoeveel slijtage
verwacht kan worden:
• Korreldiameter: zand werkt als schuurpapier; bij slib zal de
slijtage minimaal zijn, bij grof zand groter.
• Angulariteit van het materiaal: hoekig zand veroorzaakt meer
slijtage dan rond zand.
• Samenstelling van het zand: kwarts en glasdeeltjes hebben een
extra schurende werking.
• Mengselsnelheid: bij een groter debiet zal meer zand de leiding
passeren en dus een meer abrasieve werking hebben.
• Dichtheid van het mengsel; Samen met de mengselsnelheid
betekent dit dus: hoe meer productie, hoe meer slijtage.
• Druk van het mengsel, hoe hoger de druk, hoe meer het materiaal
de pijp zal uitslijten.
Door deze parameters in acht te nemen kan men het slijtagepatroon
inschatten.
27 Zelfs tot 20% bij grindproductie en korte vaarcyclussen.
48
Specifiek voor de pomp moet men nog rekening houden met cavitatie.
De implosie van lucht- of gasbellen kan snel de waaier aantasten op
plaatsen waar vacuüm heerst.
Dit zal langzaam merkbaar worden in een lagere pompkarakteristiek ;
de pomp gedraagt zich zoals met een afgedraaide waaier (zie Fig. 17).
Als het vacuüm hoger is dan -0.85 bar (relatieve druk) zal cavitatie de
kop op steken. Boven deze grens valt de productie in elkaar wegens
cavitatie.
49
Fig. 18: Impeller schade door cavitatie (Bron: http://www.cheresources.com)
8.2 Opvolgen
Wanddiktemetingen van baggeronderdelen zijn zeer belangrijk in
verband met slijtage.
Diktemetingen gebeuren aan de hand van ultrasoon onderzoek van de
leiding.
Voor elk onderdeel waar bodemmateriaal passeert aan boord is
minimum toegelaten dikte gegeven.
Zonder diktemeting is men onwetend over de staat van de leidingen,
pomp(en) en zuigkop(pen). Diktemetingen gebeuren door periodiek de
dikte van de buizen te meten.
Deze metingen worden in een computerprogramma ingebracht. Deze
berekent het verdere slijtagepatroon aan de hand van extrapolatie.
De software kan waarschuwen wanneer de minimale dikte overschreden
zal worden.
Dit programma kan evenwel geen rekening houden met verandering van
materieel tijdens de vaart. Bijvoorbeeld als een hopperzuiger plots de
productie overschakelt van grof zand naar slib, dan zal de slijtage bijna
onbestaande worden.
Hieruit volgt dat als een hopper werkt met abrasiever materiaal, de
frequentie van diktemetingen flink moet worden opgeschroefd.
Niet enkel stalen onderdelen hebben aandacht nodig, ook de zuigzakken
slijten. Deze zijn opgebouwd uit verschillende lagen rubber met
afwisselende kleuren, zo kan men de slijtage eenvoudig opvolgen.
50
8.3 Preventie
Op kritieke punten kan men extra wanddikte ontwerpen of kan slijtvast
materiaal toegevoegd worden.
Er zijn verschillende technieken om dit te bekomen:
• Verschalen: Hierbij worden stalen schalen28 binnenin de pijp
gelast, zodat deze pijp langs binnen dikker wordt. Deze methode
is uiterst geschikt om een bestaand lek in een buis te dichten.
Deze schalen kunnen ook langs buiten op de buis worden
vastgezet om een acuut lek te dichten. Dit is een relatief snelle
methode om een groot oppervlak te verdikken. Het is ook een
goede manier om de bruikbaarheid van een pijpdeel met een paar
maand te rekken, tot aan een geplande grote reparatie.
• Oplassen/hardfacing: Met speciale electrodes wordt een harde
laag op het metaal gelegd. Dit zijn meestal wolfraam-carbide
legeringen, daar deze het beste bestendigd zijn tegen abrasieve
28 Segment van een koker
51
Fig. 19: Sleepkop TSHD 'Alexander von Humboldt' (Bron: persoonlijke opname 2007)
werking. Zie Fig. 18, de hiel van de sleepkop is volledig bedekt
met hardfacing. Het zachtere staal aan de rand van harface zal
sneller wegslijten door turbulentie en de hardface zelf blijft intact.
Zeer arbeidsintensieve methode, maar het resultaat is uiterst
slijtvast. Verder is het moeilijk om te lassen bovenop de hardface-
laag; deze laag is hard maar ook bros. De hitte van een tweede
las doet de oorspronkelijke hardface afbreken.
• Domiteblokken® : Dit zijn slijtblokken met een bovenkant van
slijtvast metaal (legering van gegoten, koolstofrijk chromium en
molybdeen-rijk wit ijzer). De onderkant is gemaakt uit zacht staal
zodat deze gemakkelijk kan worden gelast op de stukken. Zie Fig.
19, de onderkant van het vizier is bedekt met bimetalen domite-
blokken. Het vaste huis zit onder een laag hardface.
Domiteblokken zijn vele malen sneller te plaatsen dan
vergelijkbare hardface-lagen, bovendien gaan ze langer mee.
• Hardstaal: We vinden een laag hardstaal terug in de liner van
dubbelwandige pijpen en in het binnenste pomphuis van
dubbelwandige pompen. Vaak is dit Nihard29 of FEDUR30. Deze
dubbelwandige stukken wegen ongeveer drie keer zo veel, maar
kunnen veel beter slijtage weerstaan. Ze worden enkel gebruikt
op plaatsen waar de de slijtageverwachting zeer hoog is of waar
de stukken zeer moeilijk te bereiken zijn.
• Keramische pickpoints: In deze pickpoints is onder het snijdende
oppervlak een keramische staaf ingewerkt. Deze pickpoints
worden enkel toegepast in zeer slijtagegevoelige situaties. Deze
pickpoints zijn veel duurder in vergelijking met 'gewone'
hardstalen pickpoints.
29 Ni-Hard® is een metaal met chroom inhoud tussen 1.4% en 28%.30 FEDUR® bestaat uit 2 lagen metaal. Eén laag is lasbaar en bestaat uit Fe360-420. De andere bestaat uit
een harde legering van koolstofrijk metaal.
52
9 Cyclusoptimalisatie
Een sleephopperzuiger opereert typisch in 2 cyclussen:
• Korte termijn-cyclus, bestaande uit laden, geladen varen, lossen,
leeg varen.
• Lange termijn-cyclus of bunkercyclus, bestaande uit verschillende
vaarcyclussen en bunkeren (& repareren).
Een baggerschip in een typische bunkercyclus gaat periodiek de
productie stilleggen om brandstof, water, spares en stores in te slaan.
Gedurende deze tijd is het schip niet productief. Deze niet-productieve
tijd kan worden ingevuld door reparaties of controles uit te voeren.
Om deze lange termijn bunkercyclus te optimaliseren naar productie,
moeten we enerzijds de tijd die we kunnen produceren maximaliseren,
anderzijds moeten we streven naar een zo licht mogelijk schip tijdens
de productievaart.
Elke ton brandstof aan boord is ballast, en vertaalt zich in een kleinere
lading, tijdens elke korte termijn cyclus. Doordat een baggerschip
meerdere zuigcyclussen maakt per dag, heeft een relatief kleine
gewichtsbesparing een multiplicator-effect op de productie.
9.1 Productievaart
Het komt er op aan om zo lang mogelijk continu te blijven produceren.
In een utopische situatie zal het baggerschip 24/7/365 de
productiecyclus uitvoeren.
53
De beperkende factoren waarom het baggerschip niet continu kan
blijven varen zijn volgende:
1. Brandstof bunkeren
2. Levensmiddelen inslaan
3. Drinkwater bunkeren
4. Bemanningswissel
5. Aanvullen reserveonderdelen en materieel
6. Droogdok/Onderhoud
Het nadeel van deze factoren kan worden beperkt:
1. Brandstof: Om zolang mogelijk
te varen moet het schip telkens volle capaciteit bunkers
meenemen (Eng.: endurance).
Daarentegen als men door andere omstandigheden (zie verder)
verplicht is om telkens
na een bepaalde periode aan te meren, dan is het beter om juist
genoeg brandstof plus een vaste reserve31 mee te nemen.
Het is typisch dat een schip op het einde van zijn bunkercyclus
veel meer draagvermogen heeft. Dit is omdat het schip dan
aanzienlijk minder brandstof aan boord heeft.
Daarentegen moet men het tijdsverlies dat ontstaat door te
bunkeren, binnen de perken houden (zie voorbeeld).
Veel brandstof is als ballast.
Elke ton bunkerolie teveel is een ton zand te weinig.
31 Naargelang 3 tot 5 dagen reserve brandstof.
54
Vb: Een sleephopperzuiger met volgende kenmerken:
Brandstofverbruik: 40m³/dag Densiteit brandstof: 0,87 t/m³
Densiteit in hopper: 1,9 t/m³ Cyclus tijd: 3h
Netto lading: 8000 m³ Tijd voor bunkering: 8h
We zoeken na hoeveel dagen het schip moet bunkeren om zo weinig
mogelijk productie te verliezen. Dus: hoe lang duurt de optimale cyclus ?
• Cyclus productie (m³/h) = NettoladingCyclustijd =
8000m³3h =2667 m³/h
• Ladingsverlies door bunkers (m³/dag) = Gewicht dagelijkse bunkers
Densiteit lading
= 40m³∗0,87 t /m³
1,9 t /m³ = 18 m³/dag
• Ladingsverlies door 1 bunkering (m³) =
Tijd voor bunkering∗Cyclusproduktie = 8 h∗2667 m³ /h = 21333 m³
• Wekelijks verlies door bunkering32 =
Tijd per bunkering∗CyclusproductieDuur vande bunkercyclus
∗7
• Gecumuleerd ladingsverlies door gewicht bunkers33 =
32 Uitkomst afhankelijk van variabele: Duur van de bunkercylus. Zie: Grafiek bunkerplanning.33 Uitkomst afhankelijk van variabele: Duur van de bunkercylus. Zie: Grafiek bunkerplanning.
55
12
34
56
78
910
1112
1314
1516
1718
1920
2122
2324
2526
2728
2930
3132
3334
3536
3738
3940
4142
4344
-100001000030000
Bunker-planningLadingsverlies per dag
Ladingsverlies per bunkering
Gecumuleerd ver-lies door bunkers
Duur van de Bunkercyclus (dagen)
Prod
uctie
verli
es (m
3)
Fig. 20: Grafiek bunker-planning (Bron: eigen ontwerp 2009)
• Uit de grafiek leiden we af dat het optimale bunkermoment op dag 16 ligt.
Dit is het snijpunt van de lijnen 'ladingsverlies per bunkering' en
'gecumuleerd verlies door bunkers'. Baggeren volgens deze bunkercyclus
geeft de balans tussen:
Verlies in draagvermogen door bunkers a/b (minder brandstof).
Verlies door tijdsverlies van het bunkeren (meer brandstof).
Let wel: Deze methode houdt geen rekening dat met een kortere
bunkerinterval, het bunkeren daadwerkelijk ook korter zal duren
(er moet dan namelijk minder brandstof overgepompt worden).
Indien mogelijk is het een gunstige zaak om het schip te
bunkeren zonder aan te meren. Bijvoorbeeld tijdens het
walpersen kan men gemakkelijk ship to ship brandstof inslaan34.
2. Levensmiddelen: Levensmiddelen worden best tijdens de
vaart aan boord gebracht, ship-to-ship. Dit beperkt het
tijdsverlies.
3. Drinkwater: Op de bunkerdag wordt vaak samen met
brandstof en stores ook drinkwater gebunkerd. Het is erg riskant
om te besparen op zoetwater aan boord, maar tevens is het een
gemakkelijke manier om te besparen. Men zorgt gewoon dat er
genoeg drinkwater is om de tijd tussen twee bunkerdagen te
vullen plus een reserve.
Men kan extra besparen door de drinkwater generator te laten
werken. Drinkwater wordt dan aan boord geproduceerd. Dan kan
men aanzienlijk minder zoet water meenemen. Dit wordt vaak
niet gedaan omdat het baggerschip vaak vaart in troebel/vervuild
water en omdat de kwaliteit van dit water te wensen over laat. In
geval van twijfel kunnen stalen van het drinkwater aan de wal
onderzocht worden voor consumptie.
34 Dit wordt vaak (nog) niet toegepast door tijdsgebrek en papierwerk.
56
4. Bemanningswissel: In de mate van het mogelijke kan dit
gebeuren zonder dat het schip moet aanmeren; bijvoorbeeld via
een hulpvlet tijdens het walpersen of tijdens het laden op een
rustig zuigvak (weinig verkeer en golfslag).
5. Reserveonderdelen: Ook dit kan in de mate van het
mogelijke per boot worden aangebracht.
Zie hoofdstuk.
Verder kan men ervoor zorgen dat alle baggerleidingen steeds
leeg zijn tijdens het varen. Deze vullen zich namelijk met
spoelwater.
6. Droogdok/onderhoud: Beslissingen over droogdokkingen
worden genomen in samenspraak met TD, kapitein en HWTK.
Uit oogpunt van productie wordt het droogdok steeds zolang
mogelijk uitgesteld. Desondanks zal een baggerschip doorgaans
toch nog meer droogdokken doen dan het wettelijk verplichte
minimum35. Dit komt door de slijtage gebonden aan de aard van
het werk. Er wordt weinig rekening mee gehouden dat als een
droogdok te lang wordt uitgesteld, het schip met defecten blijft
varen. Zo'n defecten kunnen de productie sterk doen teruglopen
(bijvoorbeeld lekke bodemdeuren).
35 2 droogdokken per 5 jaar., niet meer dan 3 jaar verspreid.
57
9.2 Optimale lading
Niet enkel het patroon waarin het schip vaart kan verbeterd worden.
Ook het optimale punt waarop moet gestopt worden met laden.
Cyclusproductie m³h
=Getransporteerd materiaal m³
Cyclustijd uur
We optimaliseren dus naar lading én tijd.
In Fig. 20 zien we de cyclus van een sleephopper, deze cyclus herhaalt
zich zelf telkens opnieuw. De cyclus valt uiteen in 9 verschillende delen:
• Laden:
• A tot B: Laden zonder overvloeien.
• B tot C: Laden met overvloei water en fijne fractie
(dichtheidsstroom).
• C tot D: Laden met overvloeiverlies.
• D tot E: Water boven overvloeiniveau stroomt weg.
• E tot F: Overvloei wordt verlaagd om waterniveau
boven de lading te laten wegstromen.
58
Fig. 21: Cyclus van een sleephopper (Bron: Het in -en uitstromen van baggerspecie in en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Miedema)
• Geladen vaart: F tot G
• Lossen
• G tot H: Lossen van de lading (hier: dumpen).
• H tot I: Spoelen beun (restlading minimaliseren).
• Ongeladen vaart: I tot A
Om cyclusoptimalisatie grafisch voor te stellen kunnen we gebruik
maken van volgende voorstelling:
Om een zo hoog mogelijke productie te hebben, moet hoek β zo groot
mogelijk zijn (tan β = cyclusproductie = lading/cyclustijd).
Als we dit toepassen op de cyclus van de sleephopper, kunnen we de
optimale laadtijd bepalen:
59
Fig. 22: Optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)
We trekken een raaklijn aan de beladingskromme vanaf het tijdstip
waar het vorige laadproces stopte op de x-as.
Het raakpunt van deze tangent geeft aan op welk moment het laden
gestopt dient te worden om de hoek β (en dus de productie) zo hoog
mogelijk te houden.
Merk op dat de optimale beladingstijd vaak vroeger valt dan het
moment van maximale belading en dat extra productie door
agitatiebaggeren niet wordt meegeteld.
Bij ladingen die snel bezinken (grote korreldikte) zal men weinig
overvloeiverliezen hebben en zal de beladingscurve veel steiler zijn.
Bij moeilijk bezinkbaar materiaal zoals slib zullen de overvloeiverliezen
dermate groot zijn, dat baggeren met overvloei economisch niet
haalbaar is.
60
Fig. 23: Cyclus met optimalisatiedriehoek (Bron: eigen ontwerp 2009)
9.3 Bunkerdag
Op een bunkerdag moeten
vaak verschillende zaken
tegelijk gebeuren: bunkeren,
repareren, stores inslaan,
bemanningswissel, controles,
inspecties, audits, visites van
havenautoriteiten, ...
Als de reparaties niet erg groot
zijn is het bunkeren de
limiterende tijdsfactor.
Het is aan het team van
kapitein, HWTK en TD om de
bunkerdag te plannen.
Bemanningswissel gebeurt best niet op een drukke reparatie-dag, dit
om continuïteit te behouden tijdens de werkzaamheden.
Bunkeroperaties en reparaties zijn vaak moeilijk samen te plannen
omdat zgn. hot work nergens aan boord toegestaan wordt tijdens het
bunkeren.
De reparaties moeten dusdanig gepland worden dat las- en brandwerk
voor of na de bunkering gebeurt.
Verschillende reparaties kunnen probleemloos uitgevoerd worden
tijdens de productievaart, vaak zelfs tussen 2 zuigcyclussen in. Enkel de
systemen die in gebruik zijn tijdens productie of in die zin niet
redundant uitgevoerd zijn moeten op de bunkerdag gerepareerd
worden.
61
Fig. 24: Vervangen pomphuis Gerardus Mercator (Bron: www.theartofdredging.com, 2009)
Als tijdens een bepaald project de slijtage hoger dan normaal is, dan zal
de nood aan reparaties bepalen wanneer bunkermoment valt.
Vb: Een sleephopperzuiger opereert met grote slijtage; elke 14 dagen
moet het schip stilgelegd worden om een pomp te repareren.
Het optimale bunkermoment valt echter om de 20 dagen.
Aangezien het ship toch elke 14 dagen stil moet liggen zal het
efficiënter zijn te bunkeren tijdens de (verloren) reparatietijd.
62
10 Manoeuvres en Squat
Hopperzuigers opereren vaak in ondiepe vaargebieden en buiten de
normale navigatiegebieden. Daarom is het belangrijk om de interactie
tussen bodem en schip ten volle te begrijpen en deze kennis om te
zetten in een voordeel voor de (cyclus)productie.
10.1 UKC
UKC staat voor underkeel clearance, de afstand tussen zeebodem en de
diepste diepgang van het schip.
Er is een onderscheid tussen dynamische en statische ukc:
• Statische UKC: Afstand tussen zeebodem en schip als het schip
geen vaart door het water maakt.
• Dynamisch UKC: Ook wel Netto UKC genoemd, is de afstand
tussen het schip dat vaart maakt en de bodem. Het is een
veiligheidsmarge tussen kiel en bodem die ten allen tijde
gehandhaafd dient te worden.
• Dynamische UKC= Statische UKC + Provisie voor trim, slagzij,
scheepsbewegingen, survey fout, actuele waterstand...
63
Fig. 25: UKC (Bron: www.theartofdredging.com, 2008)
Als de netto UKC (veiligheidsmarge) wordt bepaald dient men volgende
zaken in acht nemen:
• Vereiste Netto UKC: Dit is de uiteindelijke veiligheidsmarge, naar
mate het project vordert en de verschillende parameters beter
gekend zijn kan men een kleinere veiligheidsmarge gebruiken.
• Squat: zie hoofdstuk 10.2 Verticale squat
• Onnauwkeurigheid van de surveykaarten: zie hoofdstuk 10.3
Survey
• Slagzij van het schip (Eng.:list) brengt ook een grotere diepgang
teweeg:
Nieuwe diepgang=½ Breedte schip×sin list Normale Diepgang×cos list
Deze slagzij kan het gevolg zijn van een slecht afgeladen hopper,
ongelijk verdeelde bunkers of kraanwerk.
• Scheepsbeweging: Diepgang zal tijdelijk toenemen als het schip
rolt, dompt of stampt. Als het schip tijdens één van deze
bewegingen aan de grond loopt zal het met grote kracht op de
bodem gezet worden, met alle gevolgen van dien. Gezien deze
factor sterkt variëert is het verplicht om actuele golfhoogte-data
beschikbaar te hebben aan boord36. De extra diepgang kan
worden berekend met dezelfde formule als voor list (zie
hierboven).
36 IMO Circular Letter nr. 2285 : Guideline on the construction and operation of dredgers assigned reduced freeboards.
64
• Getijhoogte:. De getijhoogte wordt gemeten door een vaste
opstelling aan de wal of door gebruik te maken van het DGPS
systeem aan boord. Indien dit niet het geval is zal men aan boord
zelf de getijhoogte moeten berekenen, maar men moet er dan
rekening mee houden dat dit slechts een ruwe benadering is van
de actuele situatie.
Wind, drukgebieden en lokale verschijnselen beïnvloeden de
waterhoogte, alsook het verschil tussen de positie van het schip
en de positie van de meting.
Op grote projecten wordt ook vaak een getijboei uitgelegd die de
actuele getijstroom en -richting doorgeeft aan het schip.
• Scheepskarakteristiek: Een schip wordt onbestuurbaar bij een
bepaalde UKC. Met een kleinere marge onder de kiel kan men dus
niet varen. Deze karakteristiek is scheepsgebonden, het hangt af
van de rompvorm, aanwezigheid van een bulb, ontwerp van
roeren en propellers...
• Minimale diepte op het traject: Als het gaat om kleinere high
spots dan zullen deze slechts weinig invloed hebben op het
squatten van het schip en zonder gevolg zijn voor de
manoeuvreerbaarheid. Indien nodig, kan men voor een kort,
ondiep stuk in het traject, kortstondig vaart minderen.
Een high spot hoeft geen beperkende factor te zijn op de
scheepssnelheid. Daarentegen als een langer stuk van eenzelfde
verminderde diepte op het traject ligt dan zal men dit in rekening
moeten brengen
65
10.2 Verticale squat
Als een schip vaart maakt door het water, dan verplaatst het water
zijdelings en onder de romp door. Als het schip in ondiep water
beweegt, dan zullen de kiel en de zeebodem zich samen gedragen als
een leiding. Het water dat onder de romp wordt geforceerd, gedraagt
zich als het fluidum in deze leiding.
Als het schip sneller vaart, dan stroomt meer water door dit
leidingsysteem.
Dit vergroot debiet zorgt voor meer wrijving, energieverlies.
Dus, het schip zal bij eenzelfde opgelegd propulsievermogen, minder
snel varen door dit fenomeen.
Als het schip vaart met weinig ruimte onder de kiel, wordt de doorsnede
van de 'leiding' waar het water doorheen gaat kleiner, met als gevolg
dat snelheid van het water hier hoger ligt. Volgens de wet van Bernoulli
zal de druk van het fluidum (=water onder de kiel) dan lager liggen.
p g h1/2 V²=constant 37
Dus, het schip zal dieper in het water liggen. Dit gebeurt hoofdzakelijk
ter hoogte van de boeg, zodat het schip voorover wordt getrimd en over
de ganse lengte omlaag wordt gezogen.
37 p = hydrostatische druk; ½ ρV² = hydrodynamische druk; ρ = dichtheid; g = zwaartekrachtsversnelling; h = hoogte; V = snelheid
66
De toegenomen diepgang zal aanvankelijk het squatting-effect
versterken totdat een equilibrium wordt gevonden tussen het
opdrijvend vermogen van de romp en het squat-effect.
Het profiel van de zeebodem waarover het schip vaart bepaalt mee de
restrictie in het leidingsysteem kiel-bodem. Zo zal een vlakke zeebodem
een veel geringer squat effect teweeg brengen dan een kanaal38 (zie
Fig. 25 )
38 Een bank of ondiepte naast het schip zal ook een horizontaal squat-effect teweegbrengen, zgn. banking effect.
67
Fig. 26: Onderwaterprofiel en squat (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
De verhouding tussen het verticaall
geprojecteerde oppervlak van het
zeebodem profiel en de verticale
doorsnede van het schip bepaalt in
hoever het bodem profiel van belang is
in het squatten:
Door het veranderde drukpatroon onder het schip, zal ook het schip een
ander golfpatroon produceren. Door het lagedrukgebied onder de kiel,
zal zich midscheeps een golfdal manifesteren dat groter is dan normaal.
Een schip met een kleine blokcoëfficiënt39 zal veel meer water opzij
stuwen dan naar onderen. Hierdoor zal een ranker schip minder last
hebben van squat.
39 Blokcoëfficient : Cb=Volume onderwaterschip /Lwl∗Bwl∗Draft
68
AsAw
Fig. 27: Onderwater profiel doorsnede (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
Fig. 28: vlnr. Onderwaterschip 'Gerardus Mercator' en 'J. S. de Elcano' (Bron: www.theartofdredging.com, 2010)
Om de diepgang verhoging door squat te berekenen bestaan tal van
formules. (zie Fig. 28:Verschillende squat-formules)
Een voorbeeld daarvan is deze veelgebruikte formule van Dr. Barass:
Squat=1/30×Cb×S22/3×V 2,08
Waarbij: Cb = Block coëfficient3
S2 = S / (1-S) (= Velocity Return Factor)
S = Blockage Factor40 (zie Fig. 26)
V = Scheepssnelheid door water in knopen
Zoals te zien hebben squat en snelheid een kwadratisch verband.
Als men de snelheid halveert,
zal squatting met factor 4 verminderen!
40 Blockage Factor = Oppervlakte doorsnede Kanaal/ Oppervlakte Dwarsdoorsnede onderwater schip
69
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
3.75
4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Vessel speed [kn]
Squ
at [m
]BarrassEryuzlu & HausserEryuzlu & al.HooftIcorelsJapaneseMillwardMillward2NorrbinRomischDand
Fig. 29: Verschillende squat-formules (Bron eigen ontwerp)
Squat heeft verschillende gevolgen voor het schip:
• Scheepssnelheid vermindert
• Schip trilt
• Draaicirkel wordt groter; moeilijk manoevreerbaar schip
• Gewijzigd golfpatroon met versterkt golfdal midscheeps
• Groter buigend moment (sagging) op de scheepsstructuur.
• Vergrote diepgang met risico tot aan de grond lopen
• Veranderde trim; schip wordt koplastig
• Onhandelbaar schip ('luistert niet naar het roer').
Uiteraard moet de bemanning anticiperen op het squat-effect, zodat
men niet onverwacht onderhevig is aan dit verraderlijk fenomeen.
70
10.3 Survey
Bij elk project komt het survey-departement de bodemdiepte in kaart
brengen. En dit voor, tijdens en na de baggerwerken.
Survey kaarten geven veel beter dan een navigatiekaart het
bodemprofiel en de diepte weer.41 Aan boord vindt men zowel de
papieren versie als de digitale baggerkaarten terug.
De accuraatheid van surveykaarten als hun fouten. Om zich te baseren
op een surveyonderzoek moet men zich eerst volgende zaken
reaiseren:
• Gaat het om single of multibeampeilingen? De multibeam zal een
rechthoekige zone scannen en weergeven terwijl de single beam-
methode slechts één diepte per keer kan waarnemen.
Multibeampeilingen zullen veel sneller een beeld van de bodem
geven, maar singlebeam-data zal veel nauwkeuriger zijn.
• Wat was de uitzendfrequentie van de transducer? Hoge
frequenties zullen sneller weerkaatsen en minder penetreren in de
bodem, dus geven ze een kleinere diepte weer. Lage frequenties
dringen dieper in de bodem en reflecteren pas op materiaal met
een hogere densiteit. De lagere peilfrequenties zullen dus een
dieper profiel waarnemen.42
Voor waterdieptes kleiner dan 100 meter zal de zendfrequentie
altijd boven de 200 kHz liggen.
41 Navigatiekaarten zijn slechts een ruwe schets van de realiteit en zijn totaal onbruikbaar voor baggerwerken.
42 Merk op dat de 'nautische bodemdiepte' wordt vastgesteld bij een densiteit van 1,2 – 1,26 g/cm³.
71
• Wat is de plotinterval43? Een hoge plotinterval leidt tot grote, niet
gepeilde stukken bodem. Deze ongepeilde stukken worden
geïnterpoleerd. Die grote interpolatie geeft de navigator aan
boord de indruk dat de surveykaart zeer nauwkeurig is, maar de
meeste dieptes zullen berekende waardes zijn i.p.v. daadwerkelijk
gepeilde dieptes. Hierdoor kunnen plaatselijke high spots gemist
worden.
De plotinterval is ook afhankelijk van de snelheid van het
peilvaartuig tijdens het peilen. (zie Fig. 30)
• Hoe lang geleden werdt deze kaart opgesteld?44
Het onderwaterprofiel kan zeer snel wijzigen door de
werkzaamheden, agitatie, bodemtransport door stromingen, ...
Oudere surveykaarten zijn dus onbetrouwbaar.
Daarom is het updaten van het DTM45 aan boord zeer belangrijk.
Al deze informatie staat genoteerd op de omslag van een surveykaart.
43 Afstand tussen 2 waarnemingen(peilingen).44 Deze redenering gaat ook op voor navigatiekaarten!45 Digital Terrain Model of Digitaal Terrein Model
72
Fig. 30: Invloed van de surveysnelheid op de echo (Bron: HZS)
10.4 Cyclus & Squat
De zuigcyclus (zie hoofdstuk Cyclusoptimalisatie) kan verder
geoptimaliseerd worden door het squat-effect in acht te nemen. Dit is
enkel van toepassing op sleephoppers die in ondiepe wateren werkzaam
zijn.
Enerzijds willen we zoveel mogelijk lading meenemen per trip, met als
gevolg dat het schip dieper inzinkt. Deze grotere diepgang versterkt
echter het squat-effect, waardoor de hopperzuiger trager vaart.
Anderzijds willen we de cyclus zo snel mogelijk laten verlopen door
sneller te varen. Dit kan enkel als we zo weinig mogelijk gehinderd
worden door het vertragende squat-effect. Daarom moeten we de
diepgang beperkt houden.
Daarbij komt nog eens dat de waterdiepte (en dus de UKC) mee
variëert met het getij. Ook de getijstroom zal de cyclustijd en het
squat-effect beïnvloeden.
Om de meest optimale cyclus te behalen zullen we dus een afweging
moeten maken tussen minder lading en minder snelheid, waarbij
rekening gehouden wordt met de waterstand tijdens de geladen vaart.
Met andere woorden: we zullen afhankelijk van de waterstand tijdens
de geladen vaart, meer of minder lading meenemen.
73
11 Datalogging
Baggeren wordt gedefinieerd door een groot aantal parameters, die ook
nog eens elkaar beinvloeden.
Het verzamelen, bijhouden en analyseren van deze data, geeft een
grondig inzicht in de specificiteit van het baggerproces voor een bepaald
schip op een bepaald project.
Bovendien kan dit erg nuttig zijn bij het bijsturen van de productie van
het schip, wat uiteindelijk leidt tot een hogere cyclusproductie.
Moderne baggerschepen zijn standaard uitgerust met een aantal
computerbesturingssytemen waarin alle parameters samenkomen,
zowel signalen van baggersensoren, beladingssensoren en posities van
afsluiters, als alle parameters gebruikt in het alarmerings- en
bewakingssysteem van de machinekamer.
74
11.1 Verloop
In de praktijk verloopt het dataloggen als volgt:
Op voorhand worden een aantal te loggen parameters en hun
logfrequentie bepaald. Omdat de huidige computersystemen quasi
onbeperkt zijn in snelheid en opslagcapaciteit, wordt veelal een
frequentie van 1 Hz gebruikt, en wordt het aantal te loggen parameters
zeer ruim genomen.
Hierbij een voorbeeld van te loggen parameters voor een schip met 1
zuigbuis:
• Leidingssnelheid
• Mengseldichtheid
• Vacuum46
• Druk zandpomp
• Δ P47
• Vermogen zandpomp
• Toerental zandpomp
• Druk jetwater
• Debiet jetwater
• Stand onderpijp / bovenpijp (STPM48)
• Inzinking zuiginlaat
• Diepgangen
• Stand baggerafsluiters
• Belasting motoren
46 Drukopname aan de zuigzijde van de pomp.47 “Delta Pressure” ; Verschil in druk binnen en buiten de sleepkop.48 Suction Tube Position Monitoring
75
• Spoed van de propellers (op CPP49)
• Positie sleepkop in x.y.z. coordinaten
• Getijstand
• Vaarsnelheid
• Geografische positie (DGPS-output) van de sleepkop
• Bij actieve kop:
• Stand vizier
• Stand waterflap
• Druk op viziercilinders
• Viziermodus
• Stand deiningscompensator
• Etc ,...
De mogelijkheden zijn, zoals eerder aangestipt, quasi onbeperkt.
Doorgaans laat men de operators bij aanvang van een project enkele
dagen baggeren zonder aanbevelingen, terwijl de parameters worden
gelogd.
Dan kan men een eerste analyse maken van de verzamelde data, vb.
door ze samen te vatten in statistieken, histogrammen, 2d- of 3d
grafieken.
Steeds lonend is ook om productie (snelheid x densiteit) geografisch uit
te zetten. Dit toont meteen bepaalde patronen op de winzone waar
“beter” of “slechter” geproduceerd wordt.
49 CPP: Controlable Pitch Propeller. De spoed van de propeller wordt gewijzigd naargelang het gewenste propulsievermogen.
76
Huidige surveysystemen kunnen dit zelfs realtime tonen op
navigatiedisplays, en dit zelfs in verschillende layers waarbij elke layer
op het scherm een andere parameter voorstelt, meestal in kleurcodes
voor de verschillende waardes van die parameter.
Interpretatie van dergelijke voorstellingen vereist wel enige ervaring.
Bepaalde relaties tussen parameters en winzones, zijn dan makkelijk
terug te vinden. Door analyse van de data kan men bepaalde
veelbelovende fenomenen nader bekijken en ze in de daarop volgende
dagen verder onderzoeken.
Zo kan gepoogd worden het gunstige effect van een bepaalde variabele
(vb. hoek onderpijp) op een andere parameter (vb. mengseldichtheid)
te reproduceren. De operators worden gevraagd om die bepaalde
parameter aan te houden (vb. 20° hoek onderpijp), waarbij opnieuw via
logging en analyse het effect geëvalueerd wordt.
Indien dit effect uitgesproken is (dus een verbetering in productie
betekent) kan vanaf dan deze ene bepaalde parameter als de nieuwe
norm gelden (vb. bepaalde hoek onderpijp ten opzichte van de bodem)
en kan de desbetreffende winst in productie 'vastgeklikt' worden. Dit
gaat dikwijls om enkele procenten productiewinst.
Hierna kunnen andere verbanden tussen parameters gezocht worden
die opnieuw kunnen 'vastgeklikt' worden. Door een iteratief proces kan
men dan komen tot winsten in zuigproductie van 20% tot 30%, dit in
tegenstelling met 'vrije stijl' baggeren waarbij men de operators geen
aanbevelingen meegeeft, en geen analyses uitvoert.
Het voordeel van data-analyse als middel tot productieverbetering is:
operators hebben steeds een subjectieve, korte termijn kijk op het
baggerproces, bovendien lopen ze “slechts” 12 uur per 24 uur wacht,
waardoor als vanzelf data “verloren” gaan.
77
Data-analyse heeft dit nadeel niet; het werkt op 100% sampling en is
objectief.
Aandachtspunten bij datalogging en –analyse:
• Alles staat of valt met de juiste waardes van de parameters.
De sensoren moeten geijkt zijn, of op z’n minst moeten de fouten
in meetwaardes gekend zijn.
• Bij veranderen van baggerparameters verandert men best slechts
1 parameter tegelijk. Dit is een wetenschappelijk accurate
methode; het effect van het wijzigen van één parameter kan
nauwkeurig onderzocht worden in functie van de andere
parameters.
In de praktijk is dit echter moeilijk. Bijvoorbeeld de bodem in het
zuigvak is zelden homogeen en wijzigt quasi continu van diepte en
samenstelling.
• Analyse van baggerparameters in de praktijk zal dikwijls gefnuikt
worden door onvoorspelbare variabelen zoals: defecten aan de
baggerinstallatie, defecte sensoren, wijzigende planning, verlet
door weersomstandigheden, wijzigende bodemsituatie, etc…
78
11.2 Data-analyse voorbeelden
11.2.1 Sleepkoppen VergelijkenEen baggerschip wordt uitgerust met 2 verschillende sleepkoppen:
• Sleepkop A: een gepatenteerde, actieve sleepkop van IHC50 aan
stuurboord.
• Sleekop B : een actieve sleepkop met lang vizier aan bakboord.
De zuigkop 'A' heeft als belangrijkste ontwikkeling dat het jetwater in de
bodem51 wordt gespoten via twee rijen holle pickpoints. Op deze manier
wordt het jetwater in de grond geïnjecteerd en niet bovenop de
bodemlaag. Het jetwater kan veel dieper penetreren in het
bodemmateriaal. Hoge snijkrachten en sleepweerstand worden hierdoor
sterk verminderd.
Het jetwater wordt niet enkel geïnjecteerd door de pickpoints, maar ook
vanuit de hiel en het midden van het vizier.
Om bodemdeeltjes op te zuigen moet de sleepkop een
volumeverandering teweegbrengen in de porieën tussen het zand
(dilatantie). Deze sleepkop is hier zeer goed in omwille van twee
redenen:
• Het jetwater wordt in de bodem ingespoten, dus het wordt direct
in de poriën geïnjecteerd.
• Een groot debiet aan jetwater wordt in de bodem gespoten. Deze
sleepkop verbruikt veel jetwater, door zijn 5 rijen jetnozzles t.o.v.
1 à 2. rijen bij voorgaande modellen.
Deze sleepkop doet het voornamelijk goed in gecompacteerd zand en
kleibodem.
50 Nederlandse firma die baggermaterieel ontwikkelt en bouwt.51 Bij voorgaande types werd het jetwater bovenop de bodemlaag gespoten en niet erin.
79
Er zijn zijn 2 pompen verbonden met elk een eigen zuigbuis.
We onderzoeken de datalogs van de densiteitsmeter en de
snelheidsmeter van elke pomp, dit geeft ons een beeld van de
productie, want:
Ca= productie – water / situ –water Ca∗Mengselsnelheid∗Oppervlaktedoorsnede perszijde pomp=Productie
tonm³∗
ms∗m²= ton
s =Productie
Legende bij Fig. 31:
Lichtblauw: Mengselsnelheid bakboord Donkerblauw: Mengselsnelheid stuurboord
Rood: Mengseldensiteit bakboord Bruin: Mengseldensiteit stuurboord
Bruin: Productie stuurboord Geel: Productie bakboord
De gemiddelde productie per pomp per trip wordt vergeleken.
De sleepkop A (aan stuurboord) blijkt duidelijk de beste productie te
geven.
80
Fig. 31: Datalogging sleepkop A vs. B (Bron: eigen ontwerp, 2010)
11.2.2 Zuigvakken vergelijkenEen sleephopper zuiger heeft de keuze uit 2 verschillende zuigvakken
(BA1 en BA2) , het gewonnen materiaal wordt vervolgens gedumpt op
een toegewezen dumpzone.
We weten het volgende:
• BA1: Medium zand, lang en smal rechthoekig zuigvak.
• BA2: Medium zand met rotsen, klein zuigvak
• De twee zuigvakken liggen dicht bij elkaar.
• De kortste route naar het dumpvak ligt over een ondiepte waar
het schip enkel met gereduceerde (8kn) snelheid over kan (squat-
effect).
• De langste route naar het zuigvak gaat via een navigatiekanaal
met voldoende diepte. De hopper kan hier varen zonder
squateffect.
Volume Hopper: 18 000 m³ Restlading: 0 m³ (dumpen)
Effectieve productietijd per week52: 148 uur
Hieruit volgt een efficiëntiefactor van 88%53.
We bereken eerst welke route de sleephopper best zal volgen om de
cyclus zo kort mogelijk te laten duren:
BA 1 BA2
Afstand-volle snelheid (15 kn) 9,7 nm 9,7 nm
Afstand-gereduceerde snelheid (8 kn) 1,08 nm 1,4 nm
Vaartijd-volle snelheid (15 kn) 38 min. 38 min.
Vaartijd-gereducerde snelheid (8 kn) 8 min. 10,5 min.
52 Het schip kan niet continue produceren door weerverlet, vertraging door scheepvaartverkeer, e.a.53 148h / 168h = 0,88 (168 uur per week)
81
Hieruit blijkt als duidelijk dat we voor beide zuigvakken de korte route
zullen kiezen met gereduceerde snelheid.
Datalogging wordt ingesteld om de productie per zuigvak te bekijken.
De sleephopper baggert enkele dagen op elk vak, om de productie vast
te stellen.
BA1 BA2
Gemiddelde zuigproductie54 (m³/min) 151 134
Laadtijd (min.) 62 62Draaien55 (min.) 40 62Varen (leeg & vol) (min.) 16 21Vertragen / versnellen (min.) 10 10Dumptijd (min.) 10 10
Σ Totale cyclustijd56 (min.) 138 165
Cyclusproductie (m³/cyclus)57 9 362 8 308Aantal cyclussen/week58 40,8 36,3
Weekproductie (m³/week)59 382 000 301 600
We zullen dus kiezen voor “Borrow Area 1”. Uit de datalogging blijkt dat
dit gebied de beste productie zal opleveren.
54 Gekend door datalogging55 Verminderde of geen zuigproductie tijdens een bocht.56 Som van alle delen in de cyclus: laden, varen (leeg en vol), draaien, dumpen57 Cyclusproductie = zuigproductie * laadtijd (=aantal verplaatste kubieke meter lading per cyclus)58 = Effectieve productietijd per week / Cyclustijd59 = Cyclusproductie * aantal cyclussen per week
82
12 Besluit management niveau
Om een baggerschip productief te leiden moet het team van kapitein,
stuurman, pijpman, HWTK, surveyor, TD en PM samen streven naar een
continue verbetering van productie. Het zijn deze mensen die gesterkt
door hun technische kennis het baggerproces bijsturen en
optimaliseren.
12.1 Kaizen
Goede producie wordt gehaald door kaizen60: continue kleine
verbeteringen aan te brengen in het proces en het elimineren van
contraproductieve elementen. Om deze opzet te doen slagen moet
iedereen, op alle niveau's meewerken aan deze verbeteringen.
Zo'n kleine verbetering op zich heeft vaak geen onmiddelijk positief
effect op de productie, maar op lange termijn zullen meerdere kleine
ingrepen hun vruchten afwerpen. Deze verbeteringen zijn een continue
proces dat niet eindigt wanneer de productie 'goed' is.
Goede productie op zich bestaat niet, enkele betere productie.
Tijdens de zoektocht naar extra productie, moet men geen schrik
hebben van kaiaku61. Ingrepen die tot doel hadden om de productie te
doen toenemen, kunnen ook negatief uitpakken. In die gevallen dient
men tijdig deze fout in te zien en de situatie weer rechtzetten.
60 Japans voor 'veranderen naar beter'61 Japans voor 'veranderen naar slechter'
83
12.2 Onderdelen & gewichtsbesparing
Om te zorgen dat schip een grote productie kan halen, dient het schip
zoveel mogelijk lading per trip mee te nemen. Als het schip veel
onbenutte gewichten meeneemt, is het nuttig draagvermogen beperkt.
Door kundig om te gaan met de grote quantiteiten van
reserveonderdelen aan boord van de huidige sleephopperzuigers, kan
men op een betrekkelijk eenvoudige manier meer gewicht vrijmaken
voor lading.
Daartegenover staat dat een schip best zoveel mogelijk
reserveonderdelen zelf aan boord heeft om volledig autonoom te
kunnen reageren op calamiteiten (Eng: redundancy).
De stock van onderdelen is best ook afgestemd op het slijtagepatroon
van zandvoerende onderdelen. Diktemetingen en slijtage-extrapolaties
zijn hier de sleutelwoorden.
In samenspraak met het team aan de wal kunnen heel wat van de grote
wisselstukken aan land blijven. Zodoende zullen ze de gewichtsbalans
van het schip niet onnodig negatief beïnvloeden.
84
12.3 Tijd
Om een hoge cyclusproductie te halen dient het schip niet enkel veel
lading mee te nemen, maar dit bovendien op zo'n kort mogelijke tijd
doen. Dit kan betekenen dat het schip minder dan de maximale lading
meeneemt, maar toch meer cyclussen per tijdseenheid vervolledigt.
Verder dient men af te wegen langs welke route men de cyclus vaart.
Afhankelijk van scheepsnelheid, diepgang en waterstand, kan de route
berekend worden die het minste tijd vergt en toch de meeste lading
opbrengt. Kortom de beste cyclusproductie.
12.4 Productie
Een goede cyclus- en weekproductie zal men bekomen door zowel tijd
en lading samen te optimaliseren. Het team dat het schip leidt, zal
beslissingen en initiatief moeten nemen die verantwoord zijn naar
productie, maar die evenzeer veilig en economisch verantwoord zijn.
85
13 Bibliografie
• Schriftelijke bronnen
◦Alkema , J. e.a. (1988), Voortgezette Opleiding Uitvoering
Baggerwerken, Leidschendam, VBKO, derde versie
◦Bozarth, C. , Handfield, R.B. (2007) Introduction to Operations
and Supply Chain Management, Tweede editie, United States,
Prentice Hall
◦Braaksma, J. (2008) Model-Based control of Hopper dredgers,
Delft, Jelmer Braaksma, Doctoraatsthesis TUD
◦Bray, R.N. (2001), Dredging a Handbook for Engineers, Tweede
editie, Butterworth-Heinemann, Oxford
◦Cohen, M. e.a. (1999) From hand-drag to Jumbo: A Millenium of
Dredging, Terra et Aqua, nr. 77, dec. 1999
◦Cotteleer, B. (2004), De baggerinstallatie bij moderne
sleephopperzuigers, Hogere Zeevaartschool Antwerpen,
Eindverhandeling Nautische Wetenschappen
◦IHC Holland (1991) Optimal loading of trailing dredgers, Ports and
Dredging 137
◦IHC Systems (1994) Pearl River, Efficient Dredging, PU94PD,
Reprint Ports and Dredging, p.21-26
◦Liu, Z., Ni, F., Zhou, H.(2007) Shangai, Journal of Ocean
University of China, Vol. 6, Nr.1, p. 95-99
◦Miedema, S.A. (1981) Het in-en uitstromen van baggerspecie in
en uit hopper en het bezinkproces in hoppers, Eindscriptie
Technische Hogeschool Delft
86
◦Miedema, S.A., Vlasblom, W.J. (1995) THEORY FOR HOPPER
SEDIMENTATION, Delft, WODCON XIV
◦Miedema, S.A.(1981) Het in- en uitstromen van baggerspecie in
en uit hoppers en het bezinkproces in hoppers, Technische
Hogeschool Delft, Eindscriptie
◦Miedema, S.A.(2005) Analytical approach to the sedimentation
process on TSHD, Terra et Aqua, nr.112, sept 2008
◦Paris, C., Martinez, I. (1996) Calculation of Sand Losses during
Hopper Loading Proces in Trailers, Terra et Aqua, nr. 64, pp. 3-9
◦Ports an Dredging, tweemaandelijks tijdschrift, IHC Holland
◦van Rhee, C. (2002) On the sedimentation process in a Trailing
Suction Hopper Dredger, Delft, Cornelis van Rhee,
Doctoraatsthesis TUD
◦Voorlopig onderzoek naar het kapseizen van de Nederlandse
sleephopperzuiger “Nautilus”, 30 november 2007, Transport and
Water Management Inspectorate Netherlands
87
• Internet
◦ Domite Wear Technology (2001) http://www.domite.com/ ,
April 2010
◦ Bert Visser's Directory of Dredgers (2005)
http://www.dredgers.nl/, juni 2009
◦ Chemical Engineering (2005) http://www.cheresources.com,
mei 2010
◦ Esco (2000) http://www.escocorp.com/ , april 2010
◦ Jan De Nul (2000) http://www.jandenul.be/ , mei 2009
◦ Sand and Gravel (1999) http://www.sandandgravel.com/ ,
februari 2009
◦ Terra et Aqua (1998) http://www.terra-et-aqua.com/ , mei
2009
◦ TheArtOfDredging(2008) http://www.theartofdredging.com/ ,
maart 2009
◦ The Engineering ToolBox (2005)
http://www.engineeringtoolbox.com/,mei 2010
◦ Vosta LMG (2000) http://www.vostalmg.com/, januari 2009
• Varia
◦ Sleephoppersimulator oefensessies o.l.v. instructeur, Aalst,
2009-2010
◦ Werfbezoek TSHD 'Leiv Eiriksson', Shipyard 'La Naval' Sestao,
9-15 februari 2010
88