JP2018031117A - フロートを備えた吸泥口装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水中沈殿物の回収除去作業を容易にするための装置を提供する。【解決手段】 サクションホース先端に接続して、水底沈澱物を吸入する吸泥口装置に、吸泥口が埋没閉塞しても吸泥を継続できる補吸水機構を備えると共に、該吸泥口装置を浮上させることのない浮力のフロートを、該吸泥口装置に載置又は係留して、該装置が浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では所定の方向に着底起立して吸泥できるようにする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ダム、湖沼、河川、産業用諸施設の水槽、水処理装置等の水底沈殿物を回収又は除去するための装置に関するものである。

水中沈澱物は、自然現象により発生し水中に堆積する沈澱物から、社会活動で発生する沈澱物まで、水のある所すべてに、それぞれに特徴のある沈殿物が存在し、回収や除去を必要とされる場合も多く、これ等沈殿物の回収除去には実に多くの種類の装置が提供されてはいるが、すべてを満足させるものではなく、直視できにくい水中で行われる作業では、現在においても経験や勘に頼る作業が多い。

特許３８９５５０５ 特開２００４−５２２８７７ 特願２０１６−０１１６７４ 特開２００９−１７４１９６ 特開平１−２９５９２６

水中沈澱物の水力輸送方式による回収除去作業で使用される揚送手段には、落差排水、サイフォン排水、遠心ポンプ、ピストンポンプ、ジェットポンプ、エアーリフトポンプ、真空装置等があり、これ等を総称する場合には「ポンプ等」と称呼する。

水中沈澱物のポンプ等による回収除去作業では、吸水管端吸泥口を沈澱物に近接させた適切な距離と吸水方向を持続させることが最も重要であるけれども、小規模施設水槽でのポンプ等の吸泥口では定位置に開口させることが一般的であり、非常に狭い範囲の吸泥となり、撹拌羽根付き水中ポンプを使用する設備においても吸泥できる範囲は限られ、水槽の大部分は沈殿物が堆積したままとなりやすい課題がある。

ポンプ等の吸泥口を沈澱物上に垂下して吸泥作業を行う場合においては、吸泥の進行に合わせて追従降下させるか、平面移動させて吸泥させる必要があるけれども、追従降下させることや、走行移動させることはそれなりの設備と熟練した操作、管理が必要であり、ダムにおける堆砂の排除や、海における海砂の採取では、浚渫船、作業船でのクレーンやラダー操作に依り行う、追従降下や移動作業であり、波の影響もあり不安定な作業になりやすく、又、目視できない水底作業でもあり、タイムラグを伴う計器だよりの作業は、勘に頼る熟練を要する作業となる問題がある。

更に、沈澱物の回収や除去作業では、溜まり過ぎた沈殿物を処理することも多く、堆積で浅くなった水深から作業を開始できやすくした装置が望まれている。

本発明では、大量の沈殿物が深く堆積した状態においては、ポンプ等の吸水口管端から延伸し、沈澱物上を這う形のサクションホース（屈曲可能な可撓管を指す言葉として使用する）先端に吸泥口管を接続し、該吸泥口管を水平から下向きに、取扱沈澱物の安息角度を考慮した一定長さ屈曲下降させた後、反転上昇させたＵ字管状にして、該Ｕ字管状の反転部下辺には吸泥口を下方に向け開口させ、反転上昇させた管の上方端には上方水を吸入する補吸水口を開口させた補吸水筒を形成し、該吸泥口管とサクションホースを接続する部分には、該吸泥口管水平部の流線方向を軸に回動自在にした回動管継手を介在させて接続すると共に、該吸泥管水平部上位には、該吸泥口管及び補吸水筒を浮上させることなく、着底した水中で所定の方向に起立させるフロートを載置又は係留し、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では垂下することなく着底起立し、自重沈下する形で追従吸泥する吸泥口装置とする。

前段落で記載した「取扱沈澱物の安息角度を考慮した一定長さ」とは、該吸泥口管の反転部下辺に開口させた吸泥口の外周縁から、該吸泥口管に接続するサクションホースに向けて、取扱沈澱物の安息角度で延長した線が、該吸泥口管の接続部から離れたサクションホースの屈曲自在な位置の下縁に至る高さとなる高低差を指すものである。

水深の深いダムや海での吸泥作業では、浚渫船や作業台船のポンプ等に接続垂下したサクションホース下方端に、吸泥口管をフランジで上下方向に接続し、該フランジから下方の吸泥口管を釣り針状に屈曲させて、最下位の屈曲部下辺に吸泥口を開口させ、反転上昇する管部を崩落する沈澱物に埋没しない高さまで延伸して、沈澱物上方水を吸入できる補吸水口を開口させた補吸水筒とすると共に、該吸泥口管及び補吸水筒の重心位置より上位には、該吸泥口管及び補吸水筒を浮上させることなく水中で着底起立させるフロートを装着又は係留して、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では、垂下することなく着底起立して、自重沈下する形で下方へ追従吸泥できる吸泥口装置とする。

沈澱物の堆積で浅い水深となりやすい小規模施設用ポンプ等の場合では、ポンプ等から延伸し、水底沈澱物上を這う形のサクションホース先端に吸泥口管を接続し、該吸泥口管を水平から下向きに、取扱沈澱物の安息角度を考慮した一定長さ屈曲下降させ、下方端に吸泥口を開口させたＬ字形の吸泥口管を形成し、該吸泥口管とサクションホースを接続する管継手部分には、接続部の流線方向を軸に回動自在にした回動管継手を介在させて接続すると共に、該吸泥口管の重心位置より上位には、該吸泥口管を浮上させることなく起立させる浮力のフロートを装着又は係留して、該吸泥口管の吸泥口ガードの下方端が着底した水中で所定の方向に起立できるようにして、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では着底起立して水底沈澱物を吸入できるようにした吸泥口装置とし、ワイヤー又はロープを該吸泥口装置に締結して、槽外からも容易に移動できるようにする。

前述するような本発明装置は、ダムの流入口や砂防堰、或いは、沈澱物の発生量の多い産業施設水槽において、水深の浅い時から、該装置を倒伏傾斜させて投入放置する形で設置し、必要に応じて適時移動させる程度の作業で、沈澱物の堆積抑制や回収除去作業を行うことができ、作業中の操作を大幅に軽減できる。

ダム湖や海のように水深の深いところで行なう浚渫作業や砂採取作業、特にポイント浚渫や採砂作業では、吸泥の進行と共に周辺沈澱物が崩れ込みやすくなり、吸泥口は埋没閉塞、吸泥を繰り返しながら作業することになるけれども、前述するような補吸水機能を備えた本発明装置では、埋没時においても最低限の通水路を維持し、補吸水口からの上方水を一連の管内通水状態で直接的に吸泥口に吸入させることで、埋没、閉塞、吸泥、開放が円滑に続行でき、自重沈下しながらの吸泥作業がスムースに進行できる。

このことは、沈澱物堆積深さが深い所の作業では、吸泥口装置を着底させた後は、垂下するワイヤーを緩めて、自重と吸入圧により追従降下させて吸泥させることができ、作業船の揺れや水位変化の影響も受け難くなり、作業船のワイヤー操作は著しく軽減される。

小規模施設における水槽等では、幾分の浮力を備えた本発明吸泥口装置は、槽外からのロープによる移動取り扱いが容易となり、沈澱物の堆積しやすい所に人力で移動できるケースも多くなり、堆積深さが深い所では移動し放置吸泥させることや、堆積深さの浅い水槽では、人力でスイング移動させての清掃的吸泥作業を、フロッグ状沈澱物から砂、砂利に至るまでの沈澱物で行いやすくなる等の経済的効果は大きい。

第１実施例装置の砂防堰での使用状況を示す図である。 第１実施例装置を示す図であり、図中の（イ）図は接続面から見た正面図であり、図中の（ロ）図は側面を示す図である。 図中の（ハ）図は第１実施例装置の倒伏状態を示す図であり、図中の（二）図は第１実施例装置と沈澱物安息角度との関係を示す図である。 第２実施例装置を示す図であり、図中の（ホ）図は側面図を示し、（へ）図は（ホ）図のＡ−Ａ上視図である。 第３実施例装置の側面図である。 第４実施例装置を示す図であり、図中（ト）図は側面図であり、（チ）図は（ト）図のＢ−Ｂ部断面を示す。 第５実施例装置を示す図であり、図中の（リ）図は接続側正面図を示し、（ヌ）図は側面図である。 第５実施例装置を水槽に使用する状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。

本発明の第１実施例装置である吸泥口装置１は、図２の（イ）に接続側から見た正面図を示し、（ロ）に側面図を示し、該装置を満砂した砂防堰に使用する形態を図１に示すように、沈殿物上のサクションホースに接続しやすく流線方向を水平にしたホースニップル１６を、回動自在に保持する回動フランジ１５Ｂにより吸泥口管１１のフランジ１５と接続した後、該吸泥口管１１を下方に屈曲させ、一定長さ降下させて反転上昇させたＵ字管状に形成し、最下位反転部の吸水管１３下方に吸泥口ｃを開口させると共に、先端側上昇管部である補吸水筒１２の上位にはフロート１４を備えて、上方端を開口させ補吸水口ｄとしたものである。

フロート１４に必要な浮力は、図３（ハ）に図示すように、吸泥口装置１が倒伏した状態において、該吸泥口装置１の質量が該装置の重心位置に加わり、該装置の下方端が吸泥口ｃの下辺ｇで接地する時、該装置重心位置と接地位置ｇ間で生じる該装置を倒伏させようとするトルクよりも、載置するフロート１４の浮力の重心位置と接地位置ｇ間で生じる、該装置を起立させようとするトルクの方を大きく選定して、該吸泥口装置１が着底した水中で起立できる浮力に設定する。

又、フロート１４の浮力は、該吸泥口装置１が沈澱物中に自重で押し込まれる形で得られる吸泥効果を増減させることもあり、対象沈澱物の性状や作業方法等も考慮して決めるものである。

更に、図３（二）に図示するように、サクションホース６５下辺と最下位の吸泥ガード１７間の高さｈは、該吸泥口装置１の吸泥作業が進行し、当該沈澱物の安息角度θに応じた窪みができた時に、該窪みの上端縁ｉがフランジ１５Ｂで保持するホースニップル１６から十分に離れ、屈曲容易なサクションホース６５下辺部分に接する高さとしたものである。

以上のような吸泥口装置１を図１に示すように、満砂した砂防堰６０の堆砂６３を堰下流に流下させる作業に使用する場合では、揚送手段に落差及びサイホン排水を使用し、堰堤６１の通水口６２部分には、サイホン管６６の管上辺以上の高さまで水位を上げられるように、土のう又は仮堰板を用いて嵩上げを行い、又、堆砂６３上に、図３（ハ）図に示す該吸泥口装置１が倒伏した状態で没水できる窪みを掘削する等して該吸泥口装置１を投入没水させ、堰堤６１の下流側壁に垂下したサイホン管６６との間をサクションホース６５で接続連通したものである。

上流からの流入水に依って、砂防堰６０が満水し、落差排水に依って吸泥口装置１が通水を開始すれば、吸泥口ｃからの吸入水に周辺の堆砂が混合吸入されるようになり、吸砂の進行にともなう窪みの深まりに依って吸泥口装置１は、回動フランジ１５Ｂ部で回動起立しながら吸泥し、下向きになった吸泥口ｃは更に吸砂しやすくなる。

吸砂が進行し、窪みが深くなってもフランジ１５に接続するサクションホース６５と吸泥口ｃ間には高さｈの高低差があるために、該窪みの周縁部ｉの堆砂に支障されること無く、サクションホース６５は容易に屈曲し、フロート１４で起立し、常に着底状態の吸泥口ｃは、沈澱物上の窪みの深まりに追従して吸砂ができ、図１のａの初期窪みの状態からｂの進行した窪みの状態へと、外部の操作をほとんど要せず進行する。

この間、幾度かの水位低下があり、吸気し、通水稼働が停止すことがあっても、上流からの流入水がある限り、満水、通水、再稼働を繰り返し、堆砂の排除は自然に進行する。

実施例２の吸泥口装置２は、図４に図示するように、サクションホースとの接続フランジ２５を上下方向で接続するようにした装置であり、フランジ２５から下方の吸泥口管２１を釣り針状に屈曲させ、最下位屈曲部分の下辺には吸泥口ｃを開口させ、反転し上昇する管部である補吸水筒２２の上方端には、上方水を吸入できるように補吸水口ｄを開口させると共に、吸泥口管２１の上位、接続フランジ２５の下辺外周には、本吸泥口装置２を着底した水中で起立させるためのフロート２４を装着したものである。

吸泥口装置２は、主にダムにおける堆砂除去や、海砂採取に用いるものであり、船や台船からワイヤーで垂下する形で使用し、着底後はワイヤーを緩めても着底起立した状態で、直下方向に吸砂吸泥を行なうものであるが、作業初期においては、浅い水深での倒伏に近い状態での吸泥作業も行える。

大水深で作業を行う場合は、作業の都合やトラブルで装置の引揚げや降下を頻繁に繰り返す必要が生じることもあり、又、装着したフロート２４が降下上昇速度を遅滞させることもあり、該フロート２４を機体に固定した装着とせずに、作業水深より少し浅い水深から浮力が作用するように、フロート２４を吸泥口装置２の上位に、チェーンやワイヤーを使用して係留する形で連結することにより、引き上げ降下の作業性ばかりでなく、該フロート２４を取り外ししやすい締結にして、必要に応じて取り外し、例えば、硬い粘土層の破砕時昇降速度を維持改善することができる。

又、従来から海砂採取やダムの堆砂除去等で使用されてきた吸砂口装置のように、単純に下方端をラッパ状に拡管開口させた吸砂口の一般的吸砂口装置にあっても、補吸水機能は、大量のフラッシング水や、併設する別体の補給水管で上方水を吸泥口に吸入させるようにして、本実施例の吸泥口装置２と同様のフロートを載置して、同様の効果を発揮させることができる。

図５に図示する実施例３の吸泥口装置３は、図２に図示する吸泥口装置１のフロート１４を球形のフロート３４に替え、鎖でフランジ３５近くのフックｆに係留したものであり、取り扱い時に該装置を完全に倒伏できること、フロート３４を取外しやすくして別体に扱える特徴がある。

図６（ト）に図示する実施例４の吸泥口装置４は、並立する縦方向の吸泥口管４１と補吸水筒４２の間を間隔を設けて立設し、双方の下方端を集砂管４３により接続連通させると共に、該集砂管４３の下辺には、図６（チ）に図６（ト）図のＢ−Ｂ断面を図示するように、全長にわたって、スリット状の吸泥口ｃを開窄した装置であり、該装置中央上方には、該装置を水中で着底起立させるためのフロート４４を鎖４８で係留したものである。

吸泥口装置４は、なるべく広い範囲の沈澱物を排除しようとする装置であり、沈澱物上に垂下着底させることで、直下方向に沈澱物を排除しながら沈下させて定置することや、水槽等においては、水槽底に着底した状態で、集砂管４３と直交する方向に移動させることで、広い範囲の沈澱物を除去する装置とすることもできる。

又、接続部フランジ４５に回動フランジ４５Ｂを用いて上下方向に接続することにより、該吸泥口装置４を水平に旋回、或いは、扇形に搖動させて広い範囲の吸泥作業を可能にする。

図７及び図８に図示する実施例５の吸泥口装置５は、サクションホース７５にホースニップル５６、回動フランジ５５Ｂ、フランジ５５を介在させて接続し、該フランジ５５から先端側の吸泥口管５１を水平から下方にＬ字形に曲げ、実施例１同様の取扱沈澱物の安息角度θを考慮した高さを確保して、下方端にラッパ状吸水口５３を形成し、吸泥口ｃを開口させると共に、吸泥口管５１のフランジ５５近くにはポール５８を立設し、フロート５４を該ポール５８に装着した吸泥口装置であり、補吸水口は備えない吸水口装置である。

図８には吸泥口装置５を使用した吸泥作業状態を示す水槽の断面図を示すように、水槽７０内に垂下した水中ポンプ７１の吸込口から延伸したサクションホース７５に接続連通した吸泥口装置５は、吸水口５３の下方吸泥口ｃ前面に設けたガード５７を着底させた状態で移動させながら吸泥させることや、沈澱物の堆積している所に適宜移動させて直下方向に吸泥させることができる。

補吸水機能を備えない吸泥口装置５は、沈澱物堆積深さの浅い水槽や、凝集剤を使用して沈降させた沈澱物のように、吸泥口閉塞の恐れの少ない水槽、或いは、濃度の薄まりを嫌う施設の沈澱物回収に役立つ。

又、図８に示すような水槽では、吸泥口装置５を図６の吸泥口装置４に取替使用することや、沈降性の大きい沈澱物、或いは、堆積量の多い沈澱物を取り扱う場合にあっては、図２の吸泥口装置１や，図５の吸泥口装置３に取替え使用して対処することができる。

尚、吸泥口装置１の補吸水筒１２、吸泥口装置２の補吸水筒２２，吸泥口装置３の補吸水筒３２、吸泥口装置４の補吸水筒４２には、図６（チ）に図示する集砂管４３のスリット状の吸泥口ｃと同様のスリット状吸泥口を縦方向管体に添わせて開窄し、装置埋没時の補吸水筒周辺の吸泥を促進させることができる。

本発明装置はダム湖における堆砂の定点排砂や浚渫排砂、海域における海砂採取や浚渫、発電所、潅漑、上水道の用水取水口廻りでの沈澱物回収除去、産業プラントにおける洗浄、冷却水関連水槽施設での沈澱物の堆積防止や除去作業を簡易化し、除砂除泥作業を著しく改善できる効果は大きく、大きな経済効果を発揮する。

１ 実施例１の吸泥口装置１
２ 実施例２の吸泥口装置２
３ 実施例３の吸泥口装置３
４ 実施例４の吸泥口装置４
５ 実施例５の吸泥口装置５
１１、２１、３１，４１、５１ 装置それぞれの吸泥口管
１２、２２、３２、４２ 装置それぞれの補吸水筒
１３ 吸水管
１４、２４、３４、４４、５４ 装置それぞれのフロート
１５、２５、３５、４５、５５ 装置それぞれの装置側フランジ
１５Ｂ、３５Ｂ、４５Ｂ、５５Ｂ 装置それぞれの回動フランジ
１６、３６、４６、５６ 装置それぞれのホースニップル
１７、４７、５７ 装置それぞれの吸泥口ガード（丸鉄）
３８、４８ 鎖（チェーン）
４３ 集砂管
５３ 吸水口
５８ フロート装着用ポール
６０ 砂防堰
６１ 堰堤
６２ 通水口
６３ 砂防堰の堆砂
６４ ワイヤー
６５ サクションホース
６６ サイホン管
６７ 空気抜きバルブ
７０ 水槽
７１ 水中ポンプ
７２ 送泥管
７３ 沈澱物
７５ サクションホース
７８ ロープ
７９ ロープ
ａ 吸砂初期の状態を示す窪み
ｂ 吸砂が進行した状態を示す窪み
ｃ 吸泥口
ｄ 上方水の補吸水口
ｅ ロープ用横フック
ｆ ロープ用上フック
ｇ 装置倒伏時の下方吸泥口側の接地位置
ｈ サクションホース下辺から吸泥口ガード下方端までの高さ
ｉ 掘削された窪みの周縁
θ 沈澱物の安息角度

Claims (5)

1. 揚送手段に接続連通した大略水平なサクションホースに接続する吸泥口管を、大略水平から下方に向け屈曲させた下方端に吸泥口を開口させ、該吸泥口管の水平部下辺と吸泥口開口端の高低差を、該吸泥口開口外周縁から取扱沈澱物の安息角度で延長した線が、該吸泥口管に接続するサクションホースの屈曲自在な位置の下縁に至る高さとし、併せて、該吸泥口管の垂直部と併設する形で、沈殿物の上方水を吸入できる補吸水筒を立設し、該補吸水筒の下方端は前記吸泥口内に開放連通させると共に、該吸泥口管及び補吸水筒の重心位置より上位には、該吸泥口管及び補吸水筒を浮上させることのない浮力のフロートを載置又は係留して、該吸泥口管及び補吸水筒が、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では所定の方向に着底起立して吸泥できるようにした吸泥口装置。
2. 揚送手段に接続連通して垂下したサクションホースの下方端部に接続する吸泥口管を、下方に一定長さ延伸して吸泥口を開口させ、該吸泥口管と併設する形で、上方端に沈殿物の上方水を吸入できる補吸水筒を立設し、下方端は前記吸泥口内に開放連通させると共に、該吸泥口管及び補吸水筒の重心位置より高い位置には、該吸泥口管及び補吸水筒を浮上させることのない浮力のフロートを載置又は係留して、該吸泥口管及び補吸水筒が、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では所定の方向に着底起立して吸泥できるようにした吸泥口装置。
3. 揚送手段に接続連通したサクションホースの先端部に接続する吸泥口管装置の上下方向吸泥口管部と、沈澱物の上方水を吸入する補吸水筒を間隔を離して立設し、該吸泥口管下方端と該補吸水筒の下方端間を、下辺にスリット状の吸泥口を長さ方向に開窄した集砂管で接続連通した吸泥口管装置に形成し、該吸泥口管装置の重心位置よりも高い位置に、該吸泥口管装置を浮上させることのない浮力のフロートを載置又は係留し、該吸泥口管装置が水中において所定の方向に着底起立して吸泥できるようにした吸泥口装置。
4. 揚送手段に接続連通した大略水平なサクションホースの先端に吸泥口管を接続し、該吸泥口管を下方に屈曲させて下方端に吸泥口を開口させ、該吸泥口管の水平部管下辺と吸泥口開口端の高低差を、該吸泥口開口端外周縁から取扱沈澱物の安息角度で延長した線が、該吸泥口管に接続するサクションホースの屈曲自在な位置の下縁に至る高さとし、該吸泥口管の重心位置よりも高い位置には、該吸泥口管を浮上させることのない浮力のフロートを載置又は係留して、該吸泥口管が、浅い水深では倒伏傾斜して吸泥でき、深い水深では所定の方向に着底起立して吸泥できるようにした吸泥口装置。
5. サクションホースと吸泥口装置の接続部分を、管継手の通水方向を軸に回動自在にして接続した、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかの吸泥口装置。