Schlammentfernung mit Sandwichband-Hochwinkelförderern

Die Entwicklung des Sandwich Belt-Hochwinkelfördererkonzepts hat seit seiner ersten Einführung in den frühen 1950er Jahren große Fortschritte gemacht. In den etwa 30 Jahren bis 1979 gab es nur wenige nennenswerte Fortschritte, die nur schubweise erfolgten. Solche Fortschritte bauten nicht auf früheren Entwicklungen auf. Es handelte sich vielmehr um eigenständige Entwicklungen, die bald an ihre technischen Grenzen stießen. Der langfristige Erfolg des Sandwich Belt-Hochwinkelförderers folgte der Entwicklung durch Joseph A. Dos Santos in der Zeit von 1979 bis 1981.

Dos Santos Sandwich Belt-Hochwinkelförderer haben sich mittlerweile in der Branche gut etabliert. Die erste kommerzielle Einheit wurde 1984 in Betrieb genommen. Seitdem sind weltweit mehr als 200 Einheiten in Betrieb gegangen.

Der erste kommerzielle Sandwich Belt-Hochwinkelförderer für den Tunnelbau war zugleich die allererste vertikale Installation. Das System war Teil des U-Bahn-Ausbaus in Los Angeles Ende der 1980er Jahre. Bei der Ausgrabung in diesem Bereich handelte es sich um einen offenen Schnitt mit einer Holzverstärkung auf Stahlträgern, um die belebte Stadtstraße oben zu stützen, während die Ausgrabungen unten weitergingen. Der Materialtransport erfolgte per Load-and-Carry mit Frontladern zu einem mit Grizzly bedeckten Trichter. Der Trichter belud das Ende des Schrägförderers über einen Vibrationsförderer. Der Schrägförderer beförderte den Erdaushub kontinuierlich von unterhalb der Straße zu einem darüber liegenden LKW-Ladebehälter.

Obwohl es aus Gründen der LKW-Zufahrt und des Verkehrsflusses so konzipiert war, dass es direkt in die Tonne geladen werden kann, wurde ein Verbindungsförderer hinzugefügt, um die Tonne weiter von der Kreuzung der beiden stark befahrenen Straßen entfernt zu platzieren. Die Schwallkapazitäten des Trichters unten und des Bunkers oben ermöglichten unabhängige, diskontinuierliche Aushubarbeiten und LKW-Beladungen, ohne das kontinuierliche Anheben des Schrägförderers zu unterbrechen. Das System wurde so konzipiert, dass es bereits während der ersten Aushubarbeiten in Betrieb genommen werden kann und nur 25 Meter Hubhöhe erfordert. Dann wurde es mit zunehmender Tiefe in Schritten von 1,219 Metern nach unten verlängert, bis die geplante maximale Tiefe und die entsprechende geplante Hubhöhe von 32,3 Metern erreicht waren.

Zu den wertvollen Erkenntnissen dieses frühen Projekts gehörten:

Obwohl das System seine Aufgabe erfolgreich erfüllte, wurde entschieden, dass künftige Sandwich Belt-Förderer mit hohem Winkel für solche Projekte breitere Bänder (mindestens 1200 mm Bandbreite), dickere, beschädigungsbeständige Verschleißabdeckungen und Gummischeiben-Mittelrollen an den Umlenkrollen verwenden würden, um die Eindrücke zu mildern der großen Klumpen, während sie sich entlang der Übergangskurven bewegen.

Im Jahr 1993 wurde die erste Sandwich-Belt-Anlage zur Förderung von Tunnelschlamm aus einer TBM (Tunnelbohrmaschine) installiert. Dies war Teil des Chicago TARP-Projekts (Tunnel and Reservoir Plan). Das gesamte Aushub- und Misttransportsystem bestand aus der TBM, einem Schleppförderer unter der Erde, dem vertikalen Sandwich-Bandförderersystem zum Heben des Materials an die Oberfläche und schließlich einem Transfer- und Stapelsystem, bestehend aus einem Heuschreckenförderer und einem Radialstapler. Wie bei den nachfolgenden Systemen befanden sich die Hauptgeräte (Antriebe und Aufwickelsysteme) an der Oberfläche am Kopfende, sodass sie leicht zugänglich und gewartet werden konnten. Lediglich der Zwischenbau und die Umlenkrollen befanden sich unter der Erde. Darüber hinaus diente die Zwischenkonstruktion als Stütze und Führung für die Rücklaufbandstränge des Nachlaufförderers, die zu ihrem Bandspeicher an der Oberfläche, 70 Meter darüber, angehoben wurden.

Dies war der Vorgänger der Paris-Einheiten, die eine ähnliche Bandbreite und ähnliche Ausrüstung verwendeten, obwohl die Material- und Betriebsbedingungen nicht ganz so hart waren. Wie die anderen zeigte es eine erfolgreiche vertikale Förderung.

Sandwich-Band-Hochwinkelförderer: Die gewählte Lösung bei der Erweiterung der Pariser U-Bahn

Von der ersten Sandwich Belt-Anwendung an einer TBM im Jahr 1993 vergingen viele Jahre bis zur nächsten Installation. Obwohl einige Sandwich-Einheiten installiert wurden, dominierten Taschenbandsysteme die Aufgabe, den Tunnelschlamm von den TBMs an die Oberfläche zu befördern, auch wenn die Vorteile von Sandwich Belt-Förderern mit hohem Winkel bereits gut demonstriert worden waren.

Dieser Vorteil besteht in der Fähigkeit, sehr nasses und klebriges Material zu handhaben und vollständig abzuleiten, da die Gummibänder mit glatter Oberfläche kontinuierlich sauber abgekratzt werden können. Dieser Vorteil wurde schon lange in den zahlreichen Sandwich-Belt-Anlagen in anderen Industriezweigen unter Beweis gestellt, insbesondere im Siedlungsabfallbereich, wo viele Anlagen kommunalen Schlamm, Schlamm-Sägemehl-Gemisch und einige Industrieschlämme anreicherten. Fast alle dieser Anlagen förderten das klebrige Material vertikal. Im Gegensatz dazu hatte die Tunnelbauindustrie weiterhin Probleme mit der Handhabung von Tunnelschlamm an ihren Förderbandfördersystemen. Das Taschenband erforderte an seinem Entladeende eine lange Überlappungsstrecke mit dem Oberflächenaufnahmeförderer und eine Reihe exzentrischer Rollen, die auf die Rückseite des Taschenbandes schlagen, um zusammengebackenes Material aus den Taschen und auf den darunter liegenden Ausgangsförderer zu lösen.

Das Pariser U-Bahn-Erweiterungsprojekt erkannte schließlich den entscheidenden Vorteil der Schrägförderer von Sandwich Belt und spezifizierte sie exklusiv. Die Abbildungen bieten eine Darstellung und technische Zusammenfassung für jede der beiden Dos Santos International-Einheiten, die bisher bei der Erweiterung der Pariser Metro geliefert wurden. Diese Einheiten haben ein gemeinsames Grunddesign, es gibt jedoch geringfügige Unterschiede. Bei der üblichen Auslegungsleistung von 800 t/h beträgt die Bandbreite 1400 mm und die Bandgeschwindigkeit 3 ​​m/s. Diese Riemenbreite ist auch mit der angegebenen Materialgröße kompatibel, was sehr gut zu bewältigen ist.

Wenn man den Förderweg von der Beladung unten bis zur Entladung oben verfolgt, erkennt man, dass das Schüttgut auf das gemuldete Unterband geladen wird, bevor es in das Sandwich gelangt. Von der Beladestelle aus gelangt das Unterband mit dem Schüttgut in das Sandwich, das durch die Verbindung mit dem Oberband entsteht. An diesem Punkt und darüber hinaus drückt das nun schwebende Unterband sich selbst und das Material nach oben gegen das Oberband, das von eng beieinander liegenden, umgekehrten Muldentragrollen getragen wird. Das untere Band und das Material werden durch eine Radiallast nach oben gedrückt, die auf die Bandspannung und das gekrümmte Profil gemäß der Gleichung P radial = Spannung/Kurvenradius zurückzuführen ist. Diese Radiallast muss das lineare Gewicht des Untergurts und des Förderguts überwinden und zusätzlich den nötigen Umarmungsdruck bereitstellen, um die innere Reibung zu entwickeln, die den gravitativen Rückgleitkräften standhält.

Auf diese Weise wandert die Masse vom Sandwich-Eingang durch die untere Übergangskurve zum Beginn des vertikalen Profils. Entlang des geraden vertikalen Profils sorgen die GPS-Abschnitte (Gently Pressed Sandwich) für den nötigen Anpressdruck. Jeder GPS-Abschnitt besteht aus zwei ausgeglichenen, rollenähnlichen Baugruppen mit vier ausgeglichenen Rollen, sodass alle acht Rollen ausgeglichen sind. Die ausgeglichenen rollenähnlichen Baugruppen entlang der rechten Seite sind zwischen den Muldenrollen auf der linken Seite positioniert und drücken das äußere (rechte) Band mit Material gegen das innere (linke) Band mit einem berechneten Druck, der von einer Druckfeder bereitgestellt wird . Kontinuierliche Umarmung ohne Aussetzer wird durch den engen Abstand der vollständig ausgeglichenen Umlenkrollen erreicht, die keine bevorzugte Ausrichtung haben und perfekt der willkürlichen Topographie der Materialoberfläche am äußeren (rechten) Band folgen. Wie bei der Radiallast muss der Anpressdruck ausreichen, um die erforderliche innere Reibung zu entwickeln, die den durch die Schwerkraft verursachten Rückgleitkräften standhält.

Jenseits des geraden Profils durchläuft das Bandsandwich mit Material eine kurze Übergangskurve, einen Punkt der Krümmungsumkehr und dann eine weitere Übergangskurve bis zur Entladung. Durch die Übergangskurven drängt sich, wie auch bei der unteren Kurve, das äußere Band radial mit dem Schüttgut nach oben gegen die innere Kurve, die durch eng beieinander liegende Muldentragrollen gestützt wird. An der Auswurfstelle wird das Unterband über seine Kopf-/Antriebsrolle umgelenkt und das Material in den Auswurfkanal abgegeben. Der obere Riemen bewegt sich etwas weiter zu seinem Kopf/Antriebsriemenscheibe. Beide Riemen kehren unabhängig voneinander über ihre Aufnahmewege zurück und gelangen dann zu ihren jeweiligen Umlenkrollen.

In Anbetracht des größeren Materials sind die Bänder mit 10 mm dicken Tragschichten aus Gummi der Güteklasse 1 gepanzert, der widerstandsfähigsten Güteklasse gegen Verschleiß, Stöße und Schnitte. Darüber hinaus verfügen alle CEMA D6-Umlenkrollen entlang der Übergangskurven über Gummischeiben-Mittelrollen und Stahlflügelrollen. Die Gummischeiben-Mittelrollen mildern die Bewegung der größeren Klumpen, da sie vom Außenband radial gegen das Innenband gedrückt werden. Alle Riemenscheiben sind mit Gummi beschichtet – glatt an den nicht angetriebenen Riemenscheiben und mit Diamantrillen für Traktion an den Kopfantriebsriemenscheiben. Die nicht angetriebenen Riemenscheiben sind ebenfalls ballig. Die Kombination aus Belag und Balligkeit fördert eine gute Bandausrichtung. Der Belag ist außerdem weicher und toleranter, wenn Material in die Klemme zwischen dem Riemen und der Riemenscheibenoberfläche gelangt.

Beide Bänder werden gleichermaßen durch wellenmontierte Antriebe an den Kopf-/Austragsriemenscheiben angetrieben. Durch den Antrieb beider Riemen wird die Antriebsspannung gleichmäßig verteilt und eine bessere Ausrichtung des Riemens ermöglicht, als wenn nur ein Riemen angetrieben wird, während der andere lediglich folgt. Die variable Frequenzsteuerung an beiden Antrieben ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung, sorgt für sanfte Starts und ermöglicht die Variation der Bandgeschwindigkeit je nach den tatsächlichen Material- und Fließeigenschaften. Die Spannungsregelung erfolgt durch eine nahezu konstante Druckhydraulik. Ein Spannzylinder an jedem Riemen zieht am Spannrollenschlitten und arbeitet innerhalb eines schmalen hydraulischen Druckbereichs, wobei er bei der unteren Betriebsgrenze pumpt und bei der höheren Betriebsgrenze stoppt.

Die gemeinsame Auslegung der beiden Förderanlagen in Paris ist auf die aktuellen Anforderungen und auf Langfristigkeit ausgelegt. Da Tunnel- und Bauprojekte in der Regel von kurzer Dauer sind und höchstens mehrere Jahre und in der Regel weniger als zwei Jahre dauern, ist es schwierig, die Kosten für kundenspezifische, spezielle Ausrüstung zu rechtfertigen. Daher war es wichtig, dass wir einen gemeinsamen Entwurf bereitstellen, der den aktuellen Anforderungen und den Anforderungen zukünftiger Projekte gerecht wird. Dementsprechend hat DSI das System so konzipiert, dass der vertikale Hub auf einfache Weise verringert oder erhöht werden kann, und zwar auf eine mögliche Tiefsthöhe von 19,6 Metern und eine mögliche Höchsthöhe von 43 Metern. Dies kann durch Subtrahieren oder Addieren der vertikalen Struktur (und der Riemenlänge) in Längen erfolgen, die ein Vielfaches von 1676 mm sind, der Längenabdeckung jedes GPS-Umarmungsdruckmoduls.

Daher müssen das System und die Ausrüstung für den maximalen Hub ausgelegt sein. Um das Aus- und Einfahren zu erleichtern, ist das System modular aufgebaut, wobei die meisten Geräte an der Oberfläche angebracht sind, um den Zugang und die Wartung zu erleichtern. Die Zwischenstruktur besteht aus einfachen parallelen Kanalabschnitten und hängt am Kopfende herab. Unten wird die Ladestation und die Zufahrtskonstruktion am Ladeende (linke Seite) auf dem Gefälle und an der Vertikalen (rechte Seite) durch die hängende Zwischenkonstruktion abgestützt. Strategische verschraubte Verbindungspunkte entlang der Vertikalen erleichtern das Hinzufügen und Entfernen vertikaler Strukturen nach Bedarf für jede nachfolgende Installation. Bei dieser Anordnung und Struktur sind der untere Ladeabschnitt und die vertikalen Zwischenabschnitte einfach gehalten, wobei sich die wichtigsten Geräte am Kopfende befinden.

Trotz des gleichen gemeinsamen Designs unterscheiden sich die Einheiten geringfügig in der Anpassung an ihre jeweiligen Anforderungen. Eine Einheit benötigte einen um 1676 mm geringeren vertikalen Hub, die Länge eines GPS-Abschnitts.

Die andere Einheit hatte andere Anforderungen im Zusammenhang mit der anfänglichen Entwicklung der TBM. Beim ersten Aushub kam ein temporärer Schleppförderer zum Einsatz. Es wurde entlang der Tunnelmitte ausgerichtet, sodass sich der Abwurf dieses Förderers über dem Rücklauf des Oberbandes befand. Hierzu wurde ein Ladetisch mit Prallrollen und Ladeschürzen für die Rückführung des Oberbandes konstruiert. Dadurch konnte der Mist zurück zur Ladefläche des Unterbandes gefördert werden. Sobald der Dreck auf dem unteren Band angekommen ist, ändert er seine Richtung und gelangt in das Bandsandwich und dann weiter zum Auswurf oben. Die Skizze zeigt die Belastung des oberen Rücklaufbandes während des ersten Tunnelausbaus. Besonders praktisch ist, dass mit der VFD-Steuerung der Antriebe während dieser frühen Entwicklung der Dos Santos Sandwich Belt-Förderer mit reduzierter Geschwindigkeit betrieben werden konnte, wodurch die Auswirkungen der plötzlichen Umkehr des Materialflusses abgemildert wurden. Diese Funktion wurde nur an einer der Einheiten verwendet, ist jedoch bei Bedarf in einer zukünftigen Installation an beiden Einheiten verfügbar.

Die Pariser U-Bahn-Erweiterung wird durch die exklusive Spezifikation der Sandwich-Band-Hochwinkelförderer für die Aufgabe des Misthebens bestätigt. Aufgrund früherer Einheiten war bekannt, dass der Dreck klebrig sein würde, aber niemand ahnte, wie nass und klebrig.

Die Projektspezifikationen enthielten keine ausreichenden Richtlinien für den Umgang mit dem gefundenen Material. Niemand war darauf vorbereitet, auch nicht diejenigen, die herkömmliche Förderbänder für das Projekt lieferten. Der Dreck lässt sich am besten als Glibber oder sehr nasser Glibber beschreiben. Wenn der Schlamm an den Oberflächenbehältern gestapelt wird, taucht er unter das Wasser, das mit ihm transportiert wurde. Schmutz, der auf die Unterseite der oberen Riemenantriebsbasis geschleudert wurde, blieb dort.

Strömung durch die Schurre geschleppt oder verstopft. Ironischerweise wurde mehr Wasser auf das Material gesprüht, um es in Bewegung zu halten. Die Abdeckungen der Rutschen wurden entfernt, um das Besprühen mit Wasser aus den Schläuchen zu ermöglichen. Im Lieferumfang war, wie üblich, ein profiliertes Prallblech zur Auswurflenkung enthalten. Auch dieser wurde zum Hindernis und wurde durch einen hängenden Kettenvorhang ersetzt. Die schlagende Bewegung des letzteren sorgte für eine Selbstreinigung.

Obwohl das Anheben des Drecks nie das Problem darstellte, erwies sich das Sauberkratzen der Bänder als Herausforderung. Vor-Ort-Anpassungen, auch durch den Vertreter des Scraper-Herstellers, führten nicht zu einer ausreichenden Leistungsverbesserung. Letztendlich wurden diese durch bessere Abstreifer ersetzt, die die Bänder reinigten. Die erfolgreichen Schaber verfügen über einzeln gefederte Klingen mit positivem Angriffswinkel. Sie verfügen über ausreichend Bewegungsfreiheit, um der schmutzigen Oberfläche des Bandes zu folgen. Dies ist besonders wichtig am Oberband, da dessen Oberfläche durch die Materialbelastung in der Mitte nach oben ausgelenkt wird.

Durch die erwähnten Änderungen und Anpassungen wurde der Betrieb des Sandwichbandes erheblich verbessert und der Betrieb läuft ohne Unterbrechung weiter. An der TBM gab es weiterhin Produktions- und Materialflussprobleme, insbesondere im geneigten Abschnitt des Austragsförderers, wo nasse Tonklumpen dazu neigten, zu rutschen und zu stagnieren. Zusammen mit dem Kunden stellte DSI fest, dass die Auslegungskapazität der vertikalen Sandwich-Bandeinheiten nicht in Frage gestellt wurde. Sie nutzten daher die VFD-Geschwindigkeitsregelung und reduzierten die Betriebsgeschwindigkeit von 3 m/s auf 2,4 m/s (von 50 Hz auf 40 Hz). Dies erwies sich als sehr gut für die Produktion geeignet und reduzierte gleichzeitig den mit der Bandgeschwindigkeit verbundenen Verschleiß.

Aufgrund des Erfolgs der beiden Einheiten für das Pariser Metro-Projekt erhielt Dos Santos International den Auftrag zur Lieferung seines Sandwich Belt-Hochwinkelförderers für den Terminal 1 des Changi International Airport. Mit dem T1-Ausbau wurde begonnen, um dem zunehmenden Passagieraufkommen gerecht zu werden und gleichzeitig weiteres Wachstum am T1 sicherzustellen. Es ist geplant, die Fläche des Terminals durch die Sanierung des Freiluftparkplatzes vor dem Terminalgebäude zu erweitern.

Trotz der langen Tradition von Taschenbändern für den vertikalen Misttransport durch TBMs wurde der entscheidende Vorteil von Sandwich-Band-Förderern mit hohem Winkel erkannt und sie wurden bei der Erweiterung der Pariser U-Bahn und der Erweiterung des internationalen Flughafens Changi spezifiziert. Dieses Schreiben dokumentierte den Erfolg angesichts eines äußerst widrigen Materials. Es gab andere Projekte, die diesem Beispiel folgten und Sandwichband-Förderer mit hohem Winkel für Hebeaufgaben spezifizierten, wenn das Material besonders klebrig ist. Mit den Arbeiten bei der Pariser U-Bahn-Erweiterung und den anderen, die diesem Beispiel folgten, bietet sich nun die Gelegenheit für einen Quantensprung bei Sandwich Belt-Hochwinkelförderern bei Bau- und Tunnelbauprojekten, insbesondere für die großen Produktionsmengen der größten TBMs.

Dieser Artikel wurde von Dos Santos International verfasst. Weitere Informationen finden Sie unter www.dossantosintl.com.