JP2012246752A - スクリーンインテーク装置の流れ制御及び支持装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】流れ抵抗を減少する。外部圧力、衝撃負荷に耐えるようにする。
【解決手段】中央ボディとその両端に取り付けた2つのスクリーンとを持つ。各スクリーンは、流れ変更器を介して該ボディの空洞に通ずる内部を持つ。流れ変更器は、該ボディの端部の通路を通って該スクリーンの内部内に置かれた1以上のパイプを含む。ボディ内に配置された流れ制御支持装置は、該ボディの側壁を支持し、該ボディの空洞を少なくとも2つの部分に分ける。該少なくとも2つの部分の各々は、流れ変更器の1つからの流れに通じる。流れ制御支持装置は、空洞内で互いに隣り合って配置された1以上のプレートを含み、該プレートの周縁部がボディ側壁の内側に取り付けられる。該1以上のプレートの少なくとも1つがソリッドであってよく、又は該1以上のプレートが開口を形成していてもよく、該開口を通して少なくともいくらかの流体が通り抜けることができるようにする。
【選択図】 図1A

Description

本発明は、スクリーン(screen: 篩)インテーク(intake: 取水)装置の流れ制御及び支持装置に関する。
製造プラント、灌漑システム、発電施設などは、その稼働のために大量の水を使用する。水を集めるために、様々な水収納体においてスクリーンインテーク(篩取水)装置が使用される。スクリーンインテーク装置の一般的なタイプは、両側に2つのスクリーンを具えたティー構造を持つ。このスクリーンインテーク装置は、水中生物を保護し、かつ、取水用スクリーンの長さに沿ってゴミが堆積するのを防ぐように設計されねばならない。これをなすために、該スクリーンを流れる流速が或る最大ピークレベル以下を保つようにされねばならず、それは約0.5f/sである。流れ抵抗を減少し且つ流速をスクリーン表面にわたって均一化するための一手法は、スクリーンインテーク装置の内側で流れ変更器(flow modifier)を使用することである。例えば、本出願人であるジョンソン・スクリーンズ社は、下記特許文献1(米国特許第6051131号)に示された流れ変更器を使用して流れを均一にするよう改善している。これらの特許の全体が参照によって本願明細書に組み込まれる。
米国特許第6051131号
使用時において、スクリーンインテーク装置は、該インテーク装置に外部の圧力及び衝撃負荷をかけるような応用において実装されることがあり得る。同様に、スクリーンインテーク装置を通る流体が圧力低下及び追加的な流れ抵抗を経験するかもしれず、それはスクリーンインテーク装置の流量能力を低下させる。ここで要求されることは、スクリーン表面で均一の流速を維持する利点を持つのみならず、インテーク装置内での流れ抵抗を減少し、かつ、外部の圧力及び衝撃負荷に抗するように該インテーク装置の構造的支持を強くすることである。
本発明の一実施例において、スクリーンインテーク装置は、空洞を成すボディと、第1及び第2のスクリーンと、流れ制御支持装置とを具備する。前記ボディは、側壁と、第1及び第2の対向する端部と、前記側壁に設けられた出口とを有し、前記第1及び第2の対向する端部の各々が通路を有する。前記第1及び第2のスクリーンは、前記ボディの前記第1及び第2の対向する端部にそれぞれ配置され、各スクリーンの内部が前記通路を通して前記ボディの前記空洞に通じている。前記流れ制御支持装置は少なくとも1つのプレートを含み、該プレートは、前記ボディ内に配置され、前記空洞を少なくとも2つの部分に分ける。前記少なくとも2つの部分の第1の部分が前記第1のスクリーンに通じ、前記少なくとも2つの部分の第2の部分が前記第2のスクリーンに通じる。流れ制御支持装置(少なくとも1つのプレート)により、2つのスクリーンのそれぞれから取り込まれた流体の流れが制御され、乱流を防ぎ、インテーク装置内での流れ抵抗を減少する。かつ、流れ制御支持装置(少なくとも1つのプレート)により、外部の圧力及び衝撃負荷に抗するように該インテーク装置の構造的支持が強化される。
ティー構造、単一のチューブ状流れ変更器、流れ制御支持装置を持つスクリーンインテーク装置の部分断面図。 ティー構造、二重のチューブ状流れ変更器、流れ制御支持装置を持つスクリーンインテーク装置の部分断面図。
流れ制御支持装置のソリッドプレートの正面図。 流れ制御支持装置の孔あきプレートの正面図。
スクリーンインテーク装置の空洞ボディ内に1枚の孔あきプレートを装備した流れ制御支持装置の断面図。 スクリーンインテーク装置の空洞ボディ内に1枚の孔あきプレートと長手状の流れ変更器を装備した流れ制御支持装置の断面図。
スクリーンインテーク装置の空洞ボディ内に複数枚の孔あきプレートを装備した流れ制御支持装置の断面図。
スクリーンインテーク装置の空洞ボディ内に1枚のソリッドプレートと複数枚の孔あきプレートを装備した流れ制御支持装置の断面図。
図1A,1Bに示したスクリーンインテーク装置100は、ティー構造であり、中央ボディ120の両側に接続された第1及び第2のスクリーン(篩)110A,110Bを持つ。中央ボディ120は、空洞122を形成し、且つ円筒状の側壁124及び対向する端部壁150A,150Bを有する。側壁124内の出口130は、導管132を介して、流体インテークシステム(図示せず)の他の構成要素に接続される。各端部壁150A,150Bは、各スクリーン110A,110Bの一方からの流れを受け止める。
スクリーン(篩)110A,110Bは、中央ボディ120の各端部壁150A,150Bにつながる開放端と、ゴミを逸らすように形作られていてよい閉鎖端キャップ122とを有する。各スクリーン110A,110Bは、円筒形状であって内部空間を有しており、該各スクリーン110A,110B内に水を取り込むための複数のスロット(隙間)を形成しており、取り込む水を篩にかける働きをする。これらのスロットは、各スクリーン110A,110Bの軸線に平行であってもよいし、横切っていてもよい。好ましくは、輪郭づけられたワイヤ114を間隔を置いて配置してなるラップがスクリーン110A,110Bの円筒表面上のスロットを形成するが、これに限らず、スクリーン110A,110Bは固体からなる円筒表面にスロット開口を形成してなるものであってもよい。輪郭づけられたワイヤ114は、好ましくは、スクリーン表面にわたってゴミの滑りを促進するように外向き面をなすべく、該ワイヤ114の基部が広くなっている、くさび形又はV字形を成している。例えば、輪郭づけられたワイヤ114は、本出願人であるジョンソン・スクリーンズ社発売の「VEE−WIRE」(VEE−WIREはWeatherford/Lamb社の登録商標である)を使用するとよい。一実施例において、従来技術を使用して、図1Bに示すように、複数の輪郭づけられたワイヤ114が周囲を包み込み、内側の支持棒116に溶接されることで、スクリーン110A,110Bが形成される。
端部壁150A,150Bにおける中央通路(開口)152は、好ましいスクリーン表面流速を維持するように、スクリーン表面での流速を制御するのに十分なものとされるようになっていてよい。しかし、端部壁150A,150Bは、該中央通路(開口)152に配置されて流速を更に制御する流れ変更器(flow modifier)を好ましくは具備する。概して、このスクリーンインテーク装置100は、該中央開口152内に配置され且つスクリーン10A,110Bの内部空間に部分的に配置された1又は複数のパイプを持つ流れ変更器を使用できるる。この1又は複数のパイプを持つ流れ変更器により、該スクリーン部110A,110Bの内側からの流体を、中央開口152を介して、中央ボディ120の空洞122に伝達する。例えば、図1Aに示されたスクリーンインテーク装置100は、中央開口152内に配置された流れ変更器として単一の流体パイプ160を使用するが、図1Bに示されたスクリーンインテーク装置100は、中央開口152内において互いに入れ子になった二重の流体パイプ1170,180を使用する。
スクリーンインテーク装置100及び流れ変更器は、スクリーンのスロットでの入口速度を約0.135m/s又は0.5f/sまで減少するように設計されている。そのような低い入口速度は周辺の水生生物を保護し、かつ、ゴミが詰まるのを防止する。設計者は、許容される最高流速に近く且つ可能な限りスクリーン表面で均一に流れを分布させるように、スクリーン表面での平均的な流れを維持するように、流れ変更器のパイプ160,170,180の長さ、直径、流れ断面積、その他の変数要素を設計・構成する。流れ変更器が図1Bに示すような2つのパイプ170,180を使用する場合、例えば、大径のパイプ170は、スクリーン110の直径の約50%、スクリーン110の長さの約16%であってもよい。外側のパイプ170内に入れ子になる小径パイプ180は、外側パイプ170の直径の約70%、スクリーン110の長さの約67%であってもよい。更に、流れ変更器の設計に関する更なる詳細は、米国特許第6051131号に開示されており、その全体が本書に組み込まれる。
流れ変更器単独でも効果的であるが、図1A,1Bのスクリーンインテーク装置100は、中央ボディ120内に配置されて空洞122を少なくとも2つの部分に分割する流れ制御支持装置200をも含む。図1A,1Bに示すように、流れ制御支持装置200は空洞122を2つの部分に分割する1つのソリッドプレート210を含む。空洞の第1の部分は、流れ変更器(パイプ160又は170,180)を介してスクリーン110Aからの流れに連通し、空洞の第2の部分は、流れ変更器(パイプ160又は170,180)を介してスクリーン110Bからの流れに連通する。こうして、ソリッドプレート210はスクリーン110A,110Bから空洞の中央ボディ120内部で合流する流体の流れを制御することができ、合流した流体の流れが出口に向かうときに該合流した流体の流れ内での乱流を減少することができる。
図2Aに正面図が示されたソリッドプレート210は、ソリッド(無垢)な面212と周縁部214とを有する。空洞ボディ(120)内に置かれたとき、この周縁部214は空洞ボディの側壁(124)の内側に溶接又はブラケット若しくはその他の手段で該周縁部214の周りを連続的又は部分的につなげて取り付けられる。こうして、側壁(124)に取り付けられたソリッドプレート210は、内的及び外的な圧力及び衝撃負荷に対して、空洞ボディ(120)をその内部で支持する。
また、ソリッドプレート210は、周縁部214から延び出たタブ216を持ち得る。図1A,1Bに示すように、このタブ216は、空洞の中央ボディ120の出口130を通って及び該出口130に接続された導管132内に部分的に位置する。図2Aに示すように、このタブ216の幅Wは出口130のサイズと同じであってよく、タブ216は出口導管132内で距離Dだけ延びていてよい。この距離Dは、特定の装備事項として構成され得るものであり、流体の流速、流体の種類、出口のサイズ、使用する仕切プレートの数、スクリーンインテーク装置のサイズ、及びこの分野の熟練者にとって明白なその他の要素に依存するものであってよい。
図1A,1Bに示した流れ制御支持装置200はソリッドプレート210を使用しているが、1以上の孔、スロット、開口又は同様のものを持つ孔あきプレート又は部分的プレートを使用することもできる。例えば、図2Bに図示された1枚の孔あきプレート220は、図2Aに図示されたソリッドプレート210と同様に、必須の要素として、本体部222、周縁部224、及びタブ226を持っている。しかし、この孔あきプレート220は1以上の開口228を有しており、該プレート220を通る流体の少なくとも何らかの通路となるようになっている。これらの開口228は、円形の孔、あるいは長手状のスロット、長細いスリット、又はその他の適宜の形状であってよい。さらに、これらの開口228は本体部222上で対称に又はランダムに配置されていてよい。概して、これらの開口228の数、サイズ、形状は、該プレート220が使用される或る特定の具体的装備に従い部分的に基づいていてよく、それは、流体の種類、望みの流速、使用する仕切プレート(孔あき又はソリッド)の数、スクリーンインテーク装置のサイズなどに基づくものであってよい。
図3Aに示すように、空洞の中央ボディ120内に装備された流れ制御支持装置202は、そのような孔あきプレート220を1つだけ含んでいてもよい。対向するスクリーン(図示せず)からの流れ111A,111Bが孔あきプレート220で出会い、出口130に向けられる。しかし、このプレートの開口228は、該流れがプレート220に当って該開口228を通り抜けるので、少なくとも流れ111A,111Bのいくらかが、該プレート220の反対側で対向する流れと混じり合うことができるようにする。
また、図3Bに示すように、空洞の中央ボディ120内に装備された流れ制御支持装置202は、前記プレート220に関連して配置された1以上の長手状の変更器225を含み得る。これらの1以上の長手状の変更器225は、空洞の中央ボディ120の内側の回りに任意の手法で配置し得るものであり、また、或る特定の具体的装備に従い、任意のやり方で、空洞の中央ボディ120内に延設され得る。
図4に示すように、空洞の中央ボディ120内に装備された別の流れ制御支持装置204は、2つの上述のような孔あきプレート220A,220Bを含み得る。図では2つのプレート220A,220Bが示されているが、別の装備例にあっては、2よりも多い数の孔あきプレート220を空洞の中央ボディ120内に装備するようにしてもよい。これらの2つの孔あきプレート220A,220Bは、空洞の中央ボディ120内で互いに隣り合って配置されており、該2つの孔あきプレート220A,220Bの間の中央領域で、該ボディの空洞122を二分している。相対向するスクリーンからの流体の流れ111A,111Bは、各孔あきプレート220A,220Bに当り、出口130に導かれる。ここで、プレートの開口228は、相対向する流れ111A,111Bの少なくともいくらかが該孔あきプレート220A,220B間の中央空間内で混ざって出口130に向けられるようにすることを可能にする。
図4に示すように、隣り合うプレート220A,220Bにおける開口228は、互いに横並びになるようにすることができる。しかし、その装着手法によっては、これらの開口228は互いにずらされて、横並びにならないようにされてもよい。また、図示のように、これらの2つの孔あきプレート220A,220Bは、距離L1だけ離されており、これは、開口228の数、サイズ、その他の特性と同様に、本書で詳述された様々な考察に依存して、或る特定の具体的装備に合うように、適宜に構成されるようになっていてよい。更に、上記では両プレート220A,220Bが孔あきであるが、これに限らず、一方のプレートをソリッドプレート又は部分的なプレートとすることができ、例えば、インテーク装置の外の流れの方向に依存してそのようにする。
図5に示された更なる変形例において、流れ制御支持装置206は、空洞のボディ120内で互いに隣り合って配置された1枚のソリッドプレート210と2枚又はそれ以上の孔あきプレート220A,220Bとを含み得る。図示のように、配列の中央のプレートはソリッドプレート210であり、該中央プレート210の両側の2つの外側プレートは開口228を有する孔あきプレート220A,220Bである。図示では、中央プレート210の両側に2つの孔あきプレート220A,220Bが示されているが、2以上の孔あきプレート220を中央プレート210の各側に配置してもよい。孔あきプレート220A,220B内の開口228は、いくらかの流れ111A,111Bがこれらの孔あきプレート220A,220Bを通り抜けて、流路内の次のプレートによって制御されるようにする。中央プレート210は、図示例ではソリッドプレートであるが、これに限らず、それ自身が1以上の開口を持つものであってもよい。
これらのプレート210及び220A,220Bは空洞のボディ120内で互いに隣り合って配置されており、本質的に、該ボディの空洞122を2つの部分に分割する。従って、相対向するスクリーン(図示せず)からの流体の流れ111A,111Bが各孔あきプレート220A,220Bに当たって出口130に向けられる。プレートの開口228は、少なくともいくらかの流れ111A,111Bがこれらの孔あきプレート220A,220Bと中央プレート210の間を通り抜けることが出来るようにし、出口130に向けられるようにする。図示のように、これらのプレート210及び220A,220Bは距離L2だけ離されており、これは、プレート210及び220A,220Bのその他の特性と同様に、本書で詳述された様々な考察に依存して、或る特定の具体的装備に合うように、適宜に構成されるようになっていてよい。
前述したとおり、パイプ160,170,180からなる流れ変更器は、典型的にはスクリーン110A,110B内で使用され、スクリーン表面での速度を制御する。ここに開示された流れ制御支持装置200乃至206は、流体が流れ変更器を通り抜けた後に、該流れに対処する。そこで、該流れ制御支持装置200乃至206は、2つのスクリーン110A,110Bからの流れの合流を制御することにより、そして、スクリーンインテーク装置100内で成長するかもしれない乱流又は渦流を減少することにより、該スクリーンインテーク装置100の内部での最も大きな圧力低下又は流れ抵抗の領域で動作する。加えて、該装置200乃至206は、中央ボディの側壁124を強化することにより、インテーク装置100の構造的抵抗力を支持する手助けをする。更に、プレート210、220による支持は、側壁124の厚みをより薄くさせることに寄与し、崩壊の可能性を減ずる一方で、追加的な強化の必要性をなくすであろう。
上述した好ましい実施例及びその他の実施例の説明は、出願人によって考えられた発明のコンセプトの範囲又は応用を限定又は限界付けることを意図するものではない。本発明の利点を享受しつつ、或る一実施例についての特徴は、別の実施例についての特徴と組み合わせることができる。更に、図示された実施例は対称形であるが、厳密にそうである必要はない。例えば、プレート(210及び/又は220)は、空洞のボディ120の中央に配置されねばならないわけではない。それに代えて、該プレートの位置は適宜に異ならせることができ、特に、スクリーンインテーク装置100が非対称形である場合(例えば一方の円筒端部が他方の円筒端部よりも長い場合)がそうである。
上述では、本発明の実施例に係る流れ制御支持装置が、1以上のパイプからなる流れ変更器を持つスクリーンインテーク装置において使用されることを開示しているが、これに限らず、そのようなパイプを持たずに、スクリーンからの流れが中央ボディの空洞内に入ることができるように中央ボディの端部壁に単に流路を設けるようにしたものにあっても適用可能である。ここに含まれた発明のコンセプトを開示することに代えて、出願人は添付の特許請求の範囲によって付与される全ての特許権を希望する。従って、添付の特許請求の範囲は、クレームした範囲内及びそれとの均等物に及ぶ汎ゆる変形及び変更を含む。
100 スクリーンインテーク装置
110A,110B 第1及び第2のスクリーン
120 中央ボディ
122 空洞
124 側壁
130 出口
150A,150B 第1及び第2の端部壁
200,202,204,206 流れ制御支持装置
210 ソリッドプレート
220,220A,220B 孔あきプレート
228 開口

Claims (18)

  1. 空洞を成すボディであって、側壁と、第1及び第2の対向する端部と、前記側壁に設けられた出口とを有し、前記第1及び第2の対向する端部の各々が通路を有する、前記ボディと、
    前記ボディの前記第1及び第2の対向する端部にそれぞれ配置された第1及び第2のスクリーンであって、各スクリーンの内部が前記通路を通して前記ボディの空洞に通じている、前記第1及び第2のスクリーンと、
    前記ボディ内に配置されて、前記空洞を少なくとも2つの部分に分ける少なくとも1つのプレートであって、前記少なくとも2つの部分の第1の部分が前記第1のスクリーンに通じ、前記少なくとも2つの部分の第2の部分が前記第2のスクリーンに通じる、前記少なくとも1つのプレートと
    を具備するスクリーンインテーク装置。
  2. 前記スクリーンの各々が、スクリーン側壁と、閉鎖された遠位端と、開放された近位端とで構成され、該開放された近位端が、前記ボディの前記第1及び第2の対向する端部の一方に取り付けられる、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  3. 前記スクリーン側壁は円筒状である、請求項2のスクリーンインテーク装置。
  4. 前記通路の各々が、前記スクリーンの内部に位置する開放遠位端と、前記ボディ内の前記通路内に位置する開放近位端とを有する少なくとも1つのパイプで構成される、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  5. 前記通路の各々が、入れ子状の少なくとも2つのパイプで構成され、各パイプは、前記スクリーンの内部に位置する1つの開放遠位端を有し、かつ、前記ボディの前記端部内の前記通路に位置する1つの開放近位端を有する、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  6. 前記少なくとも1つのプレートは、ソリッドプレートであって、前記ボディの側壁に少なくとも部分的に取り付けられる周縁部を有する第1のプレートを具備する、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  7. 前記第1のプレートは、前記周縁部から放射方向に延び出て、前記ボディの前記出口を通り抜けたタブを有する、請求項6のスクリーンインテーク装置。
  8. 前記タブは、前記出口に結合された導管内に入る長さで延び出る、請求項7のスクリーンインテーク装置。
  9. 前記少なくとも1つのプレートは、前記ボディ内で互いに隣り合って配置された2以上のプレートで構成され、前記2以上のプレートの少なくとも1つは、1以上の開口を有している、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  10. 前記2以上のプレートは、互いに隣り合って配置された少なくとも2つのプレートで構成され、該少なくとも2つのプレートの各々が1以上の開口を有している、請求項9のスクリーンインテーク装置。
  11. 前記2以上のプレートは、中央プレートと、該中央プレートの一側に隣接して配置された少なくとも1つの第1プレートと、該中央プレートの他側に隣接して配置された少なくとも1つの第2プレートとからなり、前記少なくとも1つの第1及び第2プレートは、それぞれ1以上の開口を有している、請求項9のスクリーンインテーク装置。
  12. 前記中央プレートが1以上の開口を有している、請求項11のスクリーンインテーク装置。
  13. 前記第1及び第2の部分が前記出口に通じている、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  14. 前記少なくとも1つのプレートが、前記ボディの前記側壁を内部で支持する、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  15. 前記少なくとも1つのプレートは、前記第1及び第2のスクリーンから前記ボディの内部で合流する流体の流れを制御する、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  16. 前記少なくとも1つのプレートは、前記ボディに入って前記出口に向けられる流体の流れの乱れを減少する、請求項1のスクリーンインテーク装置。
  17. 側壁と、第1及び第2の対向する端部と、内部空洞と、前記側壁に設けられた出口とを有する中央ボディであって、前記第1及び第2の対向する端部の各々が通路を有する、前記中央ボディと、
    第1及び第2のスクリーン部材であって、各スクリーン部材が、スクリーン側壁と、閉鎖された遠位端と、内部空間と、開放された近位端とを有し、該開放された近位端が、前記中央ボディの前記第1及び第2の対向する端部の一方に接続されている、前記第1及び第2のスクリーン部材と、
    第1及び第2の流れ変更器であって、各流れ変更器が、前記通路の一方に位置すると共に前記スクリーン部材の一方の前記内部空間内に少なくとも部分的に位置し、これにより前記スクリーン部材の前記内部空間を前記中央ボディの前記内部空洞に通じさせる、前記第1及び第2の流れ変更器と、
    前記中央ボディ内に配置され、該中央ボディの前記側壁を支持し、かつ、前記内部空洞を少なくとも2つの部分に分ける、流れ制御支持装置であって、前記少なくとも2つの部分の第1の部分が前記第1の流れ変更器に通じ、前記少なくとも2つの部分の第2の部分が前記第2の流れ変更器に通じる、前記流れ制御支持装置と
    を具備するスクリーンインテーク装置。
  18. スクリーンインテークアセンブリであって、
    該アセンブリ内に入ってくる第1の流体の流れを篩にかける第1のスクリーン手段と、
    該アセンブリ内に入ってくる第2の流体の流れを篩にかける第2のスクリーン手段と、
    前記第1のスクリーン手段によって篩にかけられた前記第1の流体の流れを該アセンブリの内部空洞内に指向させる第1手段と、
    前記第2のスクリーン手段によって篩にかけられた前記第2の流体の流れを該アセンブリの前記内部空洞内に指向させる第2手段と、
    前記内部空洞内に指向された前記流体の流れを、該内部空洞内に指向された前記第1及び第2の流体の流れに対応する少なくとも2つの部分に、少なくとも部分的に分ける手段と、
    共通の出口を通して前記流体の流れを前記内部空洞から外に出す手段と
    を具備するスクリーンインテークアセンブリ。
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