JP2006138093A

JP2006138093A - 浚渫用ポンプ装置

Info

Publication number: JP2006138093A
Application number: JP2004327609A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Takeuchi; 克昌竹内
Original assignee: Toyo Construction Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-11
Also published as: JP4415354B2

Abstract

【課題】浚渫能力を低下させることなく水頭差をできるだけ小さくし、もって水深の浅い浚渫域でも所望の吸泥効率を確保できる浚渫用ポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂと吸入装置３０とを接続する管路に吸入弁を配設し、前記ポンプ本体内から外部へ延ばした吐出管２４に吐出弁を配設し、ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂ内への負圧導入と圧縮空気導入との繰返しにより吸入弁と吐出弁とを交互に開弁させ、吸入装置３０から前記管路を経て該ポンプ本体内に土砂を吸上げると共に、この土砂を吐出管２４を経て外部へ排出する浚渫用ポンプ装置において、前記管路を、並列に配置した２台のポンプ本体１０Ａと１０Ｂとの間に配設した函体５０内に設け、この函体５０を各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの胴体１１に接続すると共に、函体５０に吸入装置３０を直結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水底の土砂を浚渫するためのポンプ装置に係り、特に負圧と圧縮空気とを利用して土砂を吸上げかつ排出する浚渫用ポンプ装置に関する。

この種のポンプ装置としては、特許文献１に記載されたものがある。このものは、図６に示されるように、密閉のポンプ本体１と水底の土砂を捕集する吸入装置２とを接続する管路３に吸入弁４を配設し、ポンプ本体１の内部から外部へ延ばした吐出管５に吐出弁６を配設し、ポンプ本体１内への負圧Ａの導入と圧縮空気Ｂの導入との繰返しにより前記吸入弁４と吐出弁６とを交互に開弁させ、吸入装置２から管路３を経てポンプ本体１内に土砂を吸上げると共に、この吸上げた土砂を吐出管５を経て外部へ排出する構造となっている。このようなポンプ装置によれば、周囲に土砂を拡散させることなく浚渫することができるので、二次公害の発生が防止され、軟泥土の高濃度浚渫に向けて有用となる。なお、通常は、１台の吸入装置２に対してポンプ本体１を浚渫方向の前・後に並列に２台配設し、前・後のポンプ本体１に対する負圧導入と圧縮空気導入とを切換えて、連続に浚渫可能としている。また、各ポンプ本体１に対する負圧導入と圧縮空気導入との切換えは、ポンプ本体１内に配設した上限検知棒７と下限検知棒８とによる液面検知に応じて行われる。
特公昭４９−４５５００号公報

ところで、上記した従来のポンプ装置は、ポンプ本体１と吸入装置２とを接続する管路３がポンプ本体１の底部から配管されていることもあって、吸入装置２の下面からポンプ本体１の上面までの高さ（全高）が、かなりの大きさ（例えば、５ｍ超）となっていた。このため、浚渫域の水深が浅い場合には、同じく図６に示されるように、ポンプ本体１の上部が水面上に突出し、これによりポンプ本体１内の上限液面レベルと周辺の水面レベルとの差、いわゆる水頭差ΔＨが大きくなり、ポンプ本体１内への吸泥効率が低下する、という問題があった。なお、この問題に対処するには、ポンプ本体１を小型にして全高を低くすればよいが、この場合は、浚渫能力の低下が避けられないようになる。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、浚渫能力を低下させることなく水頭差をできるだけ小さくし、もって水深の浅い浚渫域でも所望の吸泥効率を確保できる浚渫用ポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、密閉のポンプ本体と水底の土砂を捕集する吸入装置とを接続する管路に吸入弁を配設し、前記ポンプ本体の内部から外部へ延ばした吐出管に吐出弁を配設し、前記ポンプ本体内への負圧導入と圧縮空気導入との繰返しにより前記吸入弁と前記吐出弁とを交互に開弁させ、前記吸入装置から前記管路を経てポンプ本体内に土砂を吸上げると共に、この吸上げた土砂を前記吐出管を経て外部へ排出する浚渫用ポンプ装置において、前記管路を、前記ポンプ本体の胴体に並列に配置した函体内に配設し、該函体を前記ポンプ本体の胴体に接続すると共に、該函体に前記吸入装置を直結したことを特徴とする。

このように構成した浚渫用ポンプ装置においては、ポンプ本体と吸入装置とを接続する管路を、ポンプ本体の胴体に並列に配置した函体内に設定し、該函体ポンプ装置の胴体に接続すると共に、該函体に吸入装置を直結したので、ポンプ本体と吸入装置との相対的な位置関係が接近し、その分、全高が低くなって水頭差が小さくなる。

本発明に係る浚渫用ポンプ装置によれば、ポンプ本体の大きさを変更しなくても全高が低くなるので、浚渫能力を低下させることなく水頭差を小さくすることができ、水深の浅い浚渫域でも所望の吸泥効率を確保できて、その利用価値が高まるようになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。

図１および図２は、本発明の１つの実施形態である浚渫用ポンプ装置の全体構造を示したものである。本ポンプ装置は、前記図６に示した従来のポンプ装置と同様に、並列に配置された２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂと１台の吸入装置３０とを備えており、２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂと１台の吸入装置３０との間は、２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂ間に配置された、後に詳述する函体５０を介して連結されている。各ポンプ本体１０Ａ，１０Ｂは、円筒状の胴体１１の上・下開口を蓋板１２、１３で覆った密閉構造となっており、２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂは、それぞれの胴体１１の上部間に橋架した一対の主連結フレーム１４により剛結、一体化されている。また、２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂの胴体１１の下部間には一対の副連結フレーム１５が橋架されており、この一対の副連結フレーム１５に前記函体５０が支持されている。

上記一対の主連結フレーム１４の中間位置には、該主連結フレーム１４と直交する配置で軸（トラニオン軸）１６が取付けられており、この軸１６の両端部に、図示を略す船体から延ばしたラダー１７（図２）の先端部が軸受１８を介して連結されるようになっている。また、２台のポンプ本体１０Ａ，１０Ｂの上側蓋板１２間には補助フレーム１９が橋架されており、この補助フレーム１９の中間位置には、船体から前記ラダー１７と平行に延ばしたリンクバー（図示略）の先端部を軸着するためのヒンジブラケット２０が突設されている。すなわち、ポンプ装置の全体は、ラダー１７および前記リンクバーを含む平行四辺形リンクを介して船体に支持され、該ラダー１７の動きに応じて一定姿勢で上下移動および水平移動（スイング）するようになっている。

また、各ポンプ本体１０Ａ，１０Ｂの上側蓋板１２には、圧縮空気兼負圧供給管２１Ａ、２１Ｂが接続されている。各圧縮空気兼負圧供給管２１Ａ、２１Ｂは、前記一対の主連結フレーム１４上に固設した受台２２に支承されており、これらには、図示を略すエアコンプレッサおよび真空ポンプに対して切換弁を介して接続する配管が取り回されるようになっている。また、各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂには、中間部に排出口（排泥口）２３を有する外部吐出管２４が接続されている。この外部吐出管２４の両端部は、各ポンプ本体１０Ａ，１０Ｂの内部に配設した内部吐出管７０（図３）と連絡しているが、この内部吐出管７０については後に詳述する。また、各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの上側蓋板１２には上限検知棒２５と下限検知棒２６とが取付けられているが、これらについても、後に詳述する。

上記吸入装置３０は、２つの吸入通路３１を内部に有する装置本体３２と、装置本体３２の上端に一体化され、前記２つの吸入通路３１が集合する排出通路を内部に有する管継手部材３３と、装置本体３２の、スイング方向Ｆ−Ｆ´（図２）に交差する方向の両側に垂設された一対の捕集板３４と、装置本体３２と捕集板３４とで囲まれた捕集路Ｓの前後入口をそれぞれ開閉する前・後シャッタ３５、３６と、前記捕集路Ｓ内に配置され、両端部が前記一対の捕集板３４に回動可能に支持された回転カッタ３７と、この回転カッタ３７を回転駆動するモータ（油圧モータ）３８とを備えている。

ここで、前・後シャッタ３５、３６は、Ｌ字形をなしており、それぞれの屈曲部がピン３９により装置本体３２に回動可能に支持されている。また、前・後シャッタ３５、３６の上端の中央には、それぞれ操作レバー４０が突設されており、各操作レバー４０には、捕集板３４に取付けた滑車４１を迂回して船上の駆動手段（図示略）から延ばされた操作ワイヤ４２の両端が連結されている。また、前・後シャッタ３５、３６の上端の両端側には、同期レバー４３（図１）が各一対突設されており、前・後シャッタ３５、３６の相互間において前記同期レバー４３の相互間には同期ワイヤ４４が掛け渡されている。前・後シャッタ３５、３６は、操作ワイヤ４２の移動に応じて同期して開閉動作し、例えば、図２に示すように前側シャッタ３５が捕集路Ｓを開く開放位置へ位置決めされる際には、後側シャッタ３６が該捕集路Ｓを閉じる閉鎖位置に位置決めされる。

上記函体５０は、２台のポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの間に横置された状態で前記副連結フレーム１５に固定された函本体５１と、この函本体５１の前・後端部の上面に連設された２つの弁箱５２Ａ、５２Ｂと、各弁箱５２Ａ、５２Ｂを各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの胴体１１に接続する接続管５３Ａ、５３Ｂとからなっている。函本体５１の下面中央には吸込口５４（図３）が設けられており、函体５０には、前記吸込口５４に管継手部材３３を合せて前記吸入装置３０が連結（直結）されている。

上記函体５０を構成する各弁箱５２Ａ、５２Ｂ内には、図３によく示されるように吸入弁５５が配設されている。吸入弁５５は、函本体５１の上板に固定されたリング状台板５６の上面に重ね合されたリング状弁座板５７と、この弁座板５７の上面側内周縁部に形成された座面（斜面）に離着座するボール（弁体）５８とからなっている。各弁箱５２Ａ、５２Ｂ内にはまた、ボール５８の離座方向への移動を規制するリングストッパ５９が配設されている。

本実施形態において、上記弁座板５７は、弁箱５２Ａ（５２Ｂ）の口径よりも十分大きな外径を有しており、一方、弁箱５２Ａの開口端には前記弁座板５７に整合するフランジ６０が設けられている。弁座板５７と弁箱５２Ａのフランジ６０とは相互に重ね合せて前記台板５６上に載置され、この状態で複数のボルト６１を用いて台板５６に締付け固定されている。なお、リングストッパ５９が傾斜して配置されているが、これは、各弁箱５２Ａ、５２Ｂの側壁に接続された各接続管５３Ａ、５３Ｂの開口に向けて斜めに移動するボール５８を円滑に停止させるためである。また、弁座板５７の上面には、ボール５８が不用意に横移動するのを防止するガイド部材６２が突設されている。

各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの内部に配設された内部吐出管７０は、図３によく示されるように、各ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの上側蓋板１２に固定され、上端部を該蓋板１２の外側へわずか突出させた主管部７１とこの主管部７１から下側蓋板１３の近傍まで延長された延長管部７２とからなっている。主管部７１と延長管部７２とは、主管部７１の下端に設けたフランジ７３と延長管部７２の上端に設けたフランジ７４との合せ部を複数のボルト７５で締付け固定することにより一体化されている。前記下限検知棒２６は、延長管部７２の下端開口付近まで挿入され、一方、上限検知棒２５は主管部７１の中間部位まで挿入されている。

上記した内部吐出管７０において、その主管部７１の側壁には前記外部吐出管２４の端部が接続され、また、主管部７１と延長管部７２との間には吐出弁７６が配設されている。吐出弁７６は、前記延長管部７２のフランジ７４に固定されたリング状の弁座板７７と、この弁座板７７の上部側内周縁部に形成された座面（斜面）に離着座するボール（弁体）７８とからなっている。また、主管部７１内には、ボール７８の離座方向の移動を規制する二種類のストッパ板７９ａ、７９ｂが配設されている。前記ストッパ板のうち、一方のストッパ板７９ａは、主管部７１の内面に複数固定され、他方のストッパ板７９ｂは、前記上側蓋板１４の外側に延在する主管部７１の上端開口を閉じる蓋板７１´に固定されている。このように他方のストッパ板７９ｂを蓋板７１´に固定することで、該蓋板７１´を取外して他方のストッパ板７９ｂを抜取れば、主管部７１を通してボール７８を外部へ抜取ることができる。

以下、上記のように構成した浚渫用ポンプ装置の作用を説明する。
浚渫に際しては、船上からのラダー１７の操作により本ポンプ装置を水中に沈め、その吸入装置３０の底部を水底の土砂層内部に浸漬させる。この時、浚渫方向（ここでは、図２のＦ方向）の前側シャッタ３５を開き位置に、後側シャッタ３６を閉じ位置にそれぞれ位置決めする。そして、例えば、一方の圧縮空気兼負圧供給管２１Ａを通して一方のポンプ本体１０Ａへ負圧を、他方の圧縮空気兼負圧供給管２１Ｂを通して他方のポンプ本体１０Ｂへ圧縮空気をそれぞれ供給し、この状態を維持しながらラダー１７をスイングさせて、本ポンプ装置の全体を浚渫方向Ｆへ水平移動させる。すると、負圧が供給された側のポンプ本体１０Ａに接続された弁箱５２Ａ内の吸入弁５５が負圧を受けて開弁し、前記スイングに応じて吸入装置３０の底部の捕集路Ｓ内に連続に取込まれた（掻込まれた）土砂が、吸入装置３０内の吸引通路３１、函本体５１、弁箱５２Ａおよび接続管５３Ａを通してポンプ本体１０Ａ内に吸上げられる。ここで、水底の土砂層が比較的硬質である場合は、事前にモータ３８を起動して回転カッタ３７を回転させる。これにより硬質の土砂層が回転カッタ３７により解され、土砂は効率よくポンプ本体１０Ａに吸上げられる。なお、この回転カッタ３７は、スイング途中で硬質層に突当たった場合にのみ回転させるようにしてもよい。

上記のように一方のポンプ本体１０Ａ内に吸上げられた土砂は次第にその嵩を増し、遂には上限検知棒２５に接触するレベルに到達する。すると、図示を略す切換弁が切換わり、一方の圧縮空気兼負圧供給管２１Ａを通して一方のポンプ本体１０Ａへ圧縮空気が、他方の圧縮空気兼負圧供給管２１Ｂを通して他方のポンプ本体１０Ｂへ負圧がそれぞれ供給される。すると、一方のポンプ本体１０Ａに接続された弁箱５２Ａ内の吸入弁５５が閉弁する一方で、内部吐出管７０内の吐出弁７６が開弁し、ポンプ本体１０Ａ内の土砂は、延長管部７２および主管部７１から外部吐出管２４へ押出され、外部吐出管２４の排出口２３から外部（例えば、船上の貯泥槽）へ排出される。一方、負圧が供給されたポンプ本体１０Ｂに接続された弁箱５２Ｂ内の吸入弁５５は負圧を受けて開弁し、これにより吸入装置３０の底部の捕集路Ｓ内に取込まれた土砂が、吸入装置３０内の吸引通路３１、函本体５１、弁箱５２Ｂおよび接続管５３Ｂを通してポンプ本体１０Ｂ内に吸上げられる。このようにして一方のポンプ本体１０Ａ側では土砂の吐出行程が、他方のポンプ本体１０Ｂ側では土砂の吸入行程がそれぞれ行われ、これら行程は、上限検知棒２５による土砂検知に応じてポンプ本体１０Ａと１０Ｂとの間で交互に行われ、外部吐出管２４の排出口２３からは土砂が連続に排出される。

しかして、浚渫域の水深が浅い場合は、図６に示したように、ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの上部が水面上に突出する。しかしながら、本実施形態においては、並列に配置した２台のポンプ本体１０Ａ、１０Ｂの間に函体５０を配置し、この函体５０に吸入装置３０を直結しているので、本ポンプ本体の全高は、ポンプ本体１と吸入装置２とを接続する管路３がポンプ本体１の底部から配管されている従来のポンプ装置（図６）よりも低くなる。この結果、ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂ内の上限液面レベルと周辺の水面レベルとの差、いわゆる水頭差ΔＨが小さくなり、ポンプ本体１０Ａ、１０Ｂ内への吸泥効率が向上する。

本実施形態においては特に、吸入弁５５を構成する弁座板５７が、弁箱５２Ａ、５２Ｂの外側で、該弁箱５２Ａ、５２Ｂのフランジ６０と共に函本体５１の台板５６にボルト６１により脱着可能に固定されているので、ボルト６１を取外すことで、該弁座板５７を簡単に交換することができる。

なお、上記実施形態においては、１台の吸入装置３０に対して２台のポンプ本体１０Ａ、１０Ｂを配した構造としたが、本発明は、１台の吸入装置３０に対して１台のポンプ本体を配した構造としてもよいことはもちろんで、この場合は、函体５０の他端に吸入装置３０が直結されることになる。

ここで、上記実施形態においては、吐出弁７６を、弁座板７７にボール７８を離着座させる球弁構造としたが、この吐出弁７６は、図４、５に示されるようなポペット弁８０とすることができる。なお、図４、５において前記図３に示した部分と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。このポペット弁８０は、延長管部７２の上端のフランジ７４の上面側内周縁部に固定されたリング状弁座部材８１と、この弁座部材８１の上面に離着座する板状の弁体（組立体）８２とから概略構成されている。また、前記フランジ７４の上方には、前記弁体８２をガイドする複数のガイド部材８３と、弁体８２の、離座方向への移動を規制する板状のストッパ（組立体）８４とが配設されている。

より詳しくは、ポペット弁８０を構成する弁体８２は、ゴム板等の弾性体からなる弁本体８５をバックプレート８６と補助プレート８７とで挟むと共に、これらを複数のボルト８８により締結した組立構造となっている。また、ガイド部材８３は、前記弁座部材８１の外周面に設けた凹部８９を利用して該弁座部材８１に固定された支持板９０上に配置されている。ガイド部材８３は、ここでは円周方向に９０度間隔で４個設けられており、弁体８２は、このガイド部材８３に案内されながら弁座部材８１から垂直方向へ移動し、その弁本体８５が弁座部材８１に面接触するようになっている。一方、ストッパ８４も、前記弁体８２と同様にゴム板等の弾性体からなるプレート９１をバックプレート９２と補助プレート９３とで挟むと共に、これらを複数のボルト９４により締結した組立構造となっている。ストッパ８４は、その外周側に形成した半径方向溝９５（図４）に前記ガイド部材８３を圧入させることにより該ガイド部材８３に支持されている。一方、ガイド部材８３の上端には半径内方へ突出する爪片９６が設けられており、ストッパ８４は、この爪片９６によりガイド部材８３からの抜けが規制されている。なお、吐出管７０は、ここではその主管部７１と延長管部７２との間にボルト９７、９８を用いて短尺の継目管９９を介在させた構造となっており、前記ポペット弁８０はこの継目管９９内に配設されている。

上記のように構成したポペット弁（吐出弁）８０においては、ポンプ本体１０Ａまたは１０Ｂ内への圧縮空気の供給に応じて開弁する際、弁体８２がガイド部材８３に案内されながら一定姿勢で上動すると共に、その後に、ポンプ本体１０Ａまたは１０Ｂ内への負圧の供給に応じて閉弁する際、弁体８２が円滑に弁座部材８１の上面に着座し、この結果、吐出弁の作動が安定する。また、閉弁時には、弾性体からなる弁本体８５が弁座部材８１に着座し、一方、開弁時には、弾性体からなるプレート９１がサンドイッチ状に配されたストッパ８４に弁体８２が衝突するので、閉弁時および開弁時の衝撃が緩和され、弁体８２の寿命は大幅に延長する。

なお、函体５０の弁箱５２Ａ，５２Ｂ内に配設した吸入弁５５（図３）についても、上記したポペット８０と同様のポペット弁としてもよく、この場合も、上記吐出弁と同様に吸入弁の作動が安定し、かつその寿命が延長する。

本発明の１つの実施形態としての浚渫用ポンプ装置の全体構造を、一部開放して示す側面図である。図１に示したポンプ装置の全体構造を一部開放して示す正面図である。本ポンプ装置を構成するポンプ本体と函体との内蔵構造を示す断面図である。本発明で用いる吐出弁の他の実施形態を一部断面として示す平面図である。図４に示した吐出弁（ポペット弁）の構造を示す断面図である。従来のポンプ装置の概略構造と不具合発生例を示す模式図である。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂポンプ本体
１１ポンプ本体の胴体
１４主連結フレーム
１７ラダー
２１Ａ、２１Ｂ圧縮空気兼負圧供給管
２４外部吐出管
３０吸入装置
３７回転カッタ
５０函体
５１函本体（本体部）
５２Ａ、５２Ｂ弁箱
５３Ａ、５３Ｂ接続管
５５吸入弁
７０内部吐出管
７６吐出弁
８０ポペット弁（吐出弁）
８１弁座部材（弁座）
８２弁体
８３ガイド部材
８５弾性体からなる弁本体

Claims

密閉のポンプ本体と水底の土砂を捕集する吸入装置とを接続する管路に吸入弁を配設し、前記ポンプ本体の内部から外部へ延ばした吐出管に吐出弁を配設し、前記ポンプ本体内への負圧導入と圧縮空気導入との繰返しにより前記吸入弁と前記吐出弁とを交互に開弁させ、前記吸入装置から前記管路を経てポンプ本体内に土砂を吸上げると共に、この吸上げた土砂を前記吐出管を経て外部へ排出する浚渫用ポンプ装置において、前記管路を、前記ポンプ本体の胴体に並列に配置した函体内に配設し、該函体を前記ポンプ本体の胴体に接続すると共に、該函体に前記吸入装置を直結したことを特徴とする浚渫用ポンプ装置。
吸入弁を函体の本体部に脱着可能に取付けた弁箱内に配設し、該弁箱を介して前記函体をポンプ本体の胴体に接続したことを特徴とする請求項１に記載の浚渫用ポンプ装置。
吐出弁を、弁体を弁座に離着座させるポペット弁から構成し、弁箱内に、前記弁体を案内し、かつ該弁体の離座方向への移動を規制するガイドを配設したことを特徴とする請求項２に記載の浚渫用ポンプ装置。