De DC Pile Driver

De ontwikkeling van een schoner, stiller, sneller en goedkoper heiblok.

Achtergrond

In 2004 is aan de Faculteit Werktuigbouwkunde, Sectie Verbrandingstechnologie van de Technische Universiteit Eindhoven, begonnen aan de ontwikkeling van een schoner heiblok. De vervuiling van dieselheiblokken vormde de basis van het onderzoek naar de mogelijkheden om dergelijke heiblokken aanzienlijk schoner te kunnen maken. In gesprek met de branche is een inventarisatie gemaakt van de positieve eigenschappen van elke heitechniek. Er is vervolgens een opzet gemaakt voor een nieuwe machine die de positieve eigenschappen van zowel het hydraulische als het diesel- heiblok combineert. Op de werking van deze machine zijn twee patentent aangevraagd. In Januari 2008 is Fistuca B.V. gestart en samen met ICE B.V. uit Almere wordt momenteel in meerdere fasen een prototype ontwikkeld.

Huidige techniek

De problemen welke aan dieselheiblokken kleven worden veroorzaakt door de verouderde opzet van deze machines. De roetuitstoot van heiblokken wordt veroorzaakt doordat de brandstof slecht mengt met de lucht waardoor een slechte verbranding plaats vindt. Er zijn weliswaar dieselheiblokken die gebruik maken van directe injectie van diesel die dit probleem niet kennen, maar deze machines hebben een veel hogere olieuitstoot, een probleem dat erg speelt bij alle typen dieselheiblokken. De conventionele dieselheiblokken gebruiken 1 liter smeerolie per 10 liter diesel en sommige typen/merken zijn zelfs nog vervuilender. Dieselheiblokken zijn maar in beperkte mate regelbaar omdat zij altijd een minimale springhoogte nodig hebben om genoeg verse lucht binnen te zuigen. In slappe grondlagen zorgen dieselheiblokken dan ook voor ongecontoleerde zakkingen van de palen en de machines slaan af. De slijtage in een dieselheiblok is enorm doordat deze bij de spoelpoorten en aan de bovenkant volledig open is. Het vuil dat hierdoor in de verbrandingskamer kan komen heeft een schurende werking op de cilinderwand met als gevolg dat deze aan enorme slijtage onderhevig is. De inlaatpoort bij een dieselheiblok dient tevens als uitlaatpoort, het is hierdoor niet mogelijk om een uitlaat toe te passen en het uitlaatgeluid is dan ook een belangrijke component van de totale geluidsoverlast van een dieselheiblok. Het toepassen van een geluidsdempende mantel zou dit voor een deel kunnen opvangen; de spoeling van de verbrandingskamers verslechtert en er ontstaan daarnaast grote problemen op het gebied van de warmteontwikkeling van. Door problemen met de warmteontwikkeling neemt de slagenergie bij warm weer gedurende de dag af.
Voor dieselheiblokken is een alternatief; hydraulische heiblokken. Deze heiblokken zijn echter zwaarder, duurder, verbruiken 4 keer meer brandstof dan dieselheiblokken en slaan veel palen kapot.

Werkingsprincipe van de DC Pile Driver In de DC (Double Combustion) Pile Driver komen veel technieken terug zoals deze ook in de hedendaagse verbrandingsmotor te vinden zijn. De DC Pile Driver is gebaseerd op twee gepatenteerde technieken. De eerste gepatenteerde innovatie zorgt voor een verdubbeling van het slagental. Hierdoor zal ook de uiteindelijke snelheid van het heien aanzienlijk toenemen. In het nieuwe concept zal er naast de verbranding in de onderste verbrandingskamer (V1) ook een verbranding in de bovenste verbrandingskamer (V2) plaats vinden. Deze tweede verbranding veroorzaakt twee krachten, de eerste kracht werkt op de (oranje) cilinder en zorgt ervoor dat deze omhoog zal bewegen en de tweede kracht versnelt het (blauwe) valblok omlaag. Het verloop van deze cyclus staat weergegeven in de figuur op de volgende pagina. Zoals te zien valt maakt de cilinder een harmonische beweging. Hierbij wordt het slagstuk, welke rust op de paal welke geheid wordt, tussentijds niet geraakt. Op deze manier neemt het slagental aanzienlijk toe zonder dat het gewicht van het heiblok significant stijgt. De tweede gepatenteerde innovatie is gebaseerd op het controleren van de snelheid van het valblok middels voorinjectie. Hierbij wordt brandstof ingespoten in de onderste verbrandingskamer V1 voor het valblok het slagstuk treft. De verbranding die hierdoor grotendeels plaats vindt voor het valblok het slagstuk raakt zorgt voor een aanzienlijke druktoename. Door deze druktoename zal het valblok tijdens de val worden afgeremd. De uiteindelijke trefsnelheid zal hierdoor dalen, theoretisch zelfs tot nul. Hierdoor wordt de DC Pile Driver volledig regelbaar een voordeel dat het met de hydraulische heiblokken deelt. Door gebruik te maken van een Common-Rail brandstof injectie systeem kan de brandstofinspuiting op afstand gebeuren. Hierdoor is het mogelijk om de slagenergie nauwkeurig te bepalen en in te stellen. Een regeleenheid (vergelijkbaar met de chip op een verbrandingsmotor) zal de inspuiting aansturen. Door de centrale pijp zal lucht onder druk worden gevoed om continu de verbrandingskamers van verse lucht te voorzien. Hierdoor is het heiblok niet meer afhankelijk van de springhoogte van het valblok voor de spoeling van deze kamers. Hiernaast wordt er een onderdruk aangebracht tussen de zuigerveer pakketten welke zich aan respectievelijk de boven en onderzijde van het valblok bevinden. Hierdoor is er continu een positief drukverschil over de zuigerveer pakketten en zal de kleine hoeveelheid smeerolie die zich hier bevindt niet meer in de verbrandingskamers terecht komen. De olie-uitstoot wordt hiermee voorkomen. Deze opzet maakt het tevens mogelijk om smeerolie toe en af te voeren. Hierdoor wordt het mogelijk om de werktemperatuur van een dieselheiblok constant te houden.

De DC Pile Driver cyclus 1]  Het blauwe valblok is aan het vallen terwijl de oranje cilinder nog licht stijgt. 2] Het valblok raakt het slagstuk dat op de paal rust en levert via het slagstuk de stoot aan de paal. De cilinder bereikt het bovenste dode punt. De verbranding in verbrandingskamer V1 begint. 3] De drukstijging door de verbranding stuwt het valblok wederom omhoog terwijl ondertussen de cilinder begint te dalen. 4] Het valblok stijgt nog steeds terwijl de cilinder verder daalt. 5] Wanneer de druk ten gevolge van de tegengestelde beweging van valblok en cilinder hoog genoeg is wordt er brandstof geïnjecteerd. 6] De drukstijging die door deze verbranding wordt veroorzaakt zorgt ervoor dat het valblok omlaag wordt versneld en de cilinder omhoog wordt geduwd.

Planning Om bij de ontwikkeling van de DC Pile Driver de problemen op technisch gebied te beheersen is de ontwikkeling in meerdere fasen opgesplitst. Bij de eerste fase zal er nog geen dubbele verbranding in het heiblok plaats vinden. In het eerste stadium zal een heiblok worden gebouwd dat veel gelijkenissen vertoont met het conventionele dieselheiblok. In tegenstelling tot een conventioneel dieselheiblok zal in deze testopstelling verse lucht geforceerd worden toegevoerd. Hiervoor zal in het heiblok een centrale pijp worden geplaatst waar de verse lucht doorheen zal stromen. In deze centrale pijp zal het common rail injectiesysteem worden geïntegreerd dat reeds is ontwikkeld. De opbouw is tevens volledig gesloten, er kan geel vuil in het heiblok dringen en de geluidsafstraling zal afnemen. Het eveneens nieuw ontwikkelde meetsysteem zal op het heiblok worden gebouwd om de positie & snelheid van valblok en slagstuk te meten. In dit prototype zal tevens een geluidsdemper op de uitlaatpoorten worden geplaatst om een aanzienlijke geluidsreductie te bewerkstelligen. Tevens zal in dit prototype een systeem worden ingebouwd dat de smeermiddelen actief wegzuigt. Beoogde resultaten 1 Schonere verbranding, geen roetvorming Door de brandstof onder druk te injecteren zal deze goed mengen met de lucht. De vorming van roet en fijnstof zal hierdoor aanzienlijk dalen. 2 Lager smeermiddelverbruik Door het actief wegzuigen van smeermiddelen en het toepassen van een uitlaat zal het smeermiddel verbruik, en daarmee de olievervuiling, dalen. 3 Groter regelbereik, afstandsbesturing & uitlezing. Door de aansturing middels signaalkabels te regelen zal het heiblok van een afstand bestuurbaar zijn. Het heiblok zal minder snel afslaan in zachtere grondlagen en hierdoor in een breder werkgebied kunnen werken. Dit zal resulteren in een veiligere werkomgeving voor de heiers. De slagenergie zal worden gemeten en kan in de cabine afgelezen worden. 4 Lagere geluidsproductie Door het scheiden van het inlaattraject en het uitlaattraject wordt het mogelijk om een uitlaatsysteem toe te passen. Het uitlaatgeluid, dat een belangrijke component van de totale geluidsproductie vormt, zal hierdoor dalen.

GeoBrain Funderingstechniek
Minder faalkosten in de funderingsbranche door een betere beheersing van het uitvoeringsproces.Dat is het streven bij GeoBrain Funderingstechniek.

Daarvoor worden kennis en ervaring van de uitvoerende partijen op een overzichtelijke wijze online gepresenteerd aan ontwerpers, opdrachtgevers, verzekeraars en vergunningverleners. Met GeoBrain Funderingstechniek kan al in een vroegtijdig stadium van een project rekening worden gehouden met de uitvoerbaarheid, zodat het proces op de juiste wijze in gang gezet wordt en maatregelen tijdig getroffen kunnen worden.

Advies voor uitvoering
GeoBrain Funderingstechniek wil de gebruiker van dienst zijn met een continu groeiende verzameling van uitvoeringsgegevens en -ervaringen op het gebied van damwanden, prefab en vibropalen. Een compleet overzicht dat toegankelijk is via internet. Daarnaast kunnen de GeoBrain voorspellingsmodellen worden geraadpleegd die gebaseerd zijn op expertkennis en de ervaringen uit de database. De uitvoerbaarheid van een funderingswerk kan op deze manier online worden voorspeld.

Online antwoord op funderingsvragen
GeoBrain Funderingstechniek heeft het antwoord paraat op vele vragen op het gebied van funderingstechniek. Is het gekozen geotechnisch ontwerp praktisch uitvoerbaar? Kan een bepaalde damwand schadevrij worden geïnstalleerd? Welk heiblok is geschikt voor het installeren van de gekozen paal? De bezoeker vraagt, GeoBrain heeft het antwoord.
Om gebruik te maken van GeoBrain Funderingstechniek heeft u een gebruikersnaam en een wachtwoord nodig. Dit kunt u verkrijgen door het contactformulier in te vullen op de website of door contact op te nemen met Thomas Bles van Deltares via Thomas.Bles@Deltares.nl.

Aanleveren van uitvoeringsdata
De ervaringen in de database van GeoBrain Funderingstechniek worden aangeleverd door funderingsaannemers. Het GeoBrain Delivery Team ondersteunt de aannemers bij deze werkzaamheden en komt daarvoor kostenloos bij hen langs. Op deze manier wordt de (vrijwillige) inspanning van aannemers om ervaringen aan te leveren tot een minimum beperkt. Wilt u hierover meer informatie, vul dan het contactformulier in op de website of neem contact op met Thomas Bles van Deltares via 015 - 26 93 831.

Om een project toe te kunnen voegen aan de database heeft u verschillende gegevens nodig. Een kort overzicht van de benodigde gegevens is hieronder weergegeven. Een uitgebreide handleiding voor het toevoegen van uitvoeringsdata vindt u op de website. Na afloop van het toevoegen van data kunt u een overzicht downloaden van al de ingevulde gegevens. Deze kunt u printen en in uw eigen archief opslaan. In de projectomgevingen staan al uw projecten. U heeft in die omgeving altijd de beschikking over uw gegevens.

• Algemene projectgegevens
• Grondgegevens (minimaal 1 representatieve sondering (conusweerstand en wrijvingsgetal))
• Gegevens met betrekking tot het materieel
• Omgevingskenmerken en eventuele schade aan de omgeving
• Verloop van het werk
• Eventueel kalenderstaten

Inlichtingen:
 
Deltares, unit Geo-engineering
Thomas Bles, Geotechnical risk manager

Stieltjesweg 2
2628 CK Delft
P.O. Box 69
2600 AB Delft, The Netherlands

Telephone (office):     +31 - (0)15 269 35 00
Telephone (direct):    +31 - (0)15 269 38 31
Fax (office):              +31 - (0)15 261 08 21

E-mail:         Thomas.Bles@deltares.nl
Website:      www.deltares.nl
                  www.geobrain.nl

Gerichte activiteiten zijn:

- het organiseren van schoolbezoek voor gastlessen via de lidbedrijven
- het houden van excursies naar interessante werken
- het maken van een video.

De nieuwe wervingsposter