oe 2 exploitatie en scheepstechniek

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)

http://www.theartofdredging.com/

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

http://www.sandandgravel.com/

oe 2 exploitatie en scheepstechniek

Documents

Transcript of oe 2 exploitatie en scheepstechniek