JP2021177053A - Dredging device, dredging system, and dredging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法に関する。 The present invention relates to a dredging device, a dredging system, and a dredging method.
ダム湖等の貯水池では、雨水や河川水等とともに流れ込んだ土砂が湖底に堆積し、湖底に土砂が堆積することにより貯水池の貯水性能が低下し得る。そこで、ダム湖等においては、湖底に堆積した土砂(堆砂)が様々な方法により除去されている。
この堆砂の除去方法として、陸上掘削と浚渫が挙げられる。陸上掘削では、堆砂の掘削に際して貯水池の貯水位を低下させる必要があることから、ダムの運用制限を要する。また、貯水池の上流域に掘削範囲が限定されるといった課題を内包する。
一方、水上から浚渫する方法には、グラブ浚渫やポンプ浚渫等がある。湖底に堆積した堆砂の中には、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物が一般に混じっており、ポンプ浚渫においては、ポンプや配管がこの異物により閉塞し、閉塞の都度ポンプや配管から異物を取り除くメンテナンスを余儀なくされることから、堆砂除去効率が著しく低下する恐れがある。そこで、ポンプを用いた浚渫に際しては前工程として堆砂と異物を分別するのが好ましいものの、水中における堆砂と異物の分別は実質的に不可能である。
In a reservoir such as a dam lake, the sediment that has flowed in together with rainwater, river water, etc. accumulates on the bottom of the lake, and the sediment may accumulate on the bottom of the lake, which may reduce the reservoir performance of the reservoir. Therefore, in dam lakes and the like, sediment (sediment) deposited on the bottom of the lake is removed by various methods.
Examples of the method for removing the sediment include onshore excavation and dredging. In onshore excavation, it is necessary to lower the reservoir level of the reservoir when excavating sediment, so it is necessary to limit the operation of the dam. In addition, there is a problem that the excavation range is limited to the upstream area of the reservoir.
On the other hand, methods of dredging from the water include grab dredging and pump dredging. Foreign substances such as giant gravel, drifting trees, sunken trees, and dust are generally mixed in the sediment deposited on the bottom of the lake. Since the maintenance for removing is unavoidable, the efficiency of sediment removal may be significantly reduced. Therefore, when dredging using a pump, it is preferable to separate sediment and foreign matter as a pre-process, but it is practically impossible to separate sediment and foreign matter in water.
ここで、掘削手段によって水底から掘削された掘削土砂を排土する際に、掘削土砂に含まれている枝や石等の夾雑物が、排土手段に詰まってしまうことを防ぐことができ、土砂を効率良く浚渫することのできる浚渫装置が提案されている。具体的には、水底の土砂を掘削するカッタと、カッタの上方に設けられている筒体部と、カッタと筒体部の底部を閉塞している隔壁との間に形成されたチャンバと、カッタに設けられた開口部を通じて、チャンバ内に取り込まれた掘削土砂をサンドポンプによって排出する排土手段とを備えている浚渫装置である(例えば、特許文献1参照)。 Here, when excavating the excavated soil excavated from the bottom of the water by the excavation means, it is possible to prevent impurities such as branches and stones contained in the excavated earth and sand from being clogged in the excavation means. A dredging device capable of efficiently dredging earth and sand has been proposed. Specifically, a cutter for excavating earth and sand on the bottom of the water, a tubular body provided above the cutter, and a chamber formed between the cutter and the partition wall blocking the bottom of the tubular body. It is a dredging device provided with an earth removal means for discharging excavated earth and sand taken into a chamber through an opening provided in a cutter by a sand pump (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の浚渫装置によれば、湖底に堆積した堆砂をポンプにて浚渫するに当たり、堆砂中に存在し得る巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がポンプや配管を閉塞する課題を解消することができる。
ところで、ポンプや配管が閉塞する原因としては、上記する異物の他にも、吸引された泥水が高い土砂濃度を有することが挙げられる。このような土砂濃度の高い泥水の吸引を防止するべく、オペレーティングによりポンプによる吸引泥水量を調節する方法や、浚渫用アタッチメントの先端回転部に鍔を設けて当該浚渫用アタッチメントの堆砂への貫入量を制限する方法が挙げられる。しかしながら、オペレーティングによる方法では、堆砂の吸引が断続的となり、浚渫用アタッチメントの堆砂への貫入量を制限する方法では、ポンプ能力を制限することになり、いずれの方法によっても浚渫効率が低下する恐れがある。さらに、大深度の浚渫に際して浚渫用アタッチメントを適用する場合に、オペレーティングによる方法では浚渫効率の低下は一層顕著になり得る。
従って、堆砂中に存在し得る異物によるポンプや配管の閉塞を解消できることに加えて、例えば高い土砂濃度の泥水によるポンプや配管の閉塞を解消することのできる浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法の開発が望まれる。
According to the dredging device described in Patent Document 1, when dredging the sediment accumulated on the bottom of the lake with a pump, there is a problem that foreign substances such as boulder, driftwood, sunken trees, and dust that may exist in the sediment block the pump and piping. Can be resolved.
By the way, as a cause of the clogging of the pump and the pipe, in addition to the above-mentioned foreign matter, the sucked muddy water has a high sediment concentration. In order to prevent such suction of muddy water with a high concentration of earth and sand, a method of adjusting the amount of muddy water sucked by a pump by operating, or a collar is provided at the tip rotating part of the dredging attachment to penetrate the dredging attachment into the sediment. There is a way to limit the amount. However, with the operating method, the suction of sediment becomes intermittent, and with the method of limiting the amount of penetration of the dredging attachment into the sediment, the pumping capacity is limited, and the dredging efficiency is reduced by either method. There is a risk of Furthermore, when applying a dredging attachment for deep dredging, the reduction in dredging efficiency can be even more pronounced with the operating method.
Therefore, in addition to being able to eliminate the blockage of the pump and piping due to foreign matter that may exist in the sediment, for example, a dredging device and a dredging system and a dredging method that can eliminate the blockage of the pump and piping due to muddy water having a high sediment concentration. Development is desired.
本発明は、ポンプを用いて堆砂を浚渫するに当たり、ポンプや配管を閉塞させることなく、効率的な浚渫を実現することのできる浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a dredging device, a dredging system, and a dredging method capable of realizing efficient dredging without obstructing a pump or a pipe when dredging sediment using a pump. There is.
前記目的を達成すべく、本発明による浚渫装置の一態様は、
アームの先端に浚渫用アタッチメントが取り付けられている水中作業機と、
コントローラと、を有し、
前記浚渫用アタッチメントは、
ポンプと、
前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有し、
前記コントローラにより、前記アクチュエータの回転数の変更制御が実行されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, one aspect of the dredging device according to the present invention is
An underwater work machine with a dredging attachment attached to the tip of the arm,
With a controller,
The dredging attachment is
With a pump
A suction pipe and a transport pipe communicating with the pump,
A screen that surrounds the suction port of the suction tube and has a plurality of openings and cutting bits.
It has an actuator that rotates the screen.
The controller executes control of changing the rotation speed of the actuator.
本態様によれば、アクチュエータの回転数の変更制御に応じて、吸引管の吸引口を包囲するスクリーンの回転数の変更制御を実行し、例えばスクリーンの回転数を低下させることにより、土砂濃度を低下させて配管閉塞を抑制することができる。この作用は、ポンプによる吸引量が一定であるのに対して、スクリーンの回転数が低下することで切削される土砂量が低下し、開口を介して吸引管に吸引される土砂量が低下することにより、土砂濃度が低下することによるものである。従って、吸引管や輸送管において土砂濃度や土砂量(揚砂流量)等を計測し、この計測結果に基づいて土砂濃度等が高すぎる場合に、アクチュエータの回転数を低下させる変更制御を実行することにより、吸引管や輸送管、ポンプの閉塞の抑制が可能になる。
また、吸引管の吸引口を包囲するようにして、複数の開口を備えているスクリーンが配設されていることにより、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がスクリーン内に取り込まれ難くなり、吸引管やポンプがこれら異物によって閉塞することも解消される。
さらに、切削ビットを備えているスクリーンがアクチュエータにて回転することから、ポンプによる吸引力にてスクリーンの開口に異物が近接した場合に、切削ビットによって異物を弾いたり砕くことができるため、異物による吸引管等の閉塞防止効果は一層高くなる。
According to this aspect, according to the change control of the rotation speed of the actuator, the change control of the rotation speed of the screen surrounding the suction port of the suction pipe is executed, for example, by lowering the rotation speed of the screen, the sediment concentration is reduced. It can be lowered to suppress pipe blockage. In this action, while the suction amount by the pump is constant, the amount of earth and sand to be cut decreases due to the decrease in the rotation speed of the screen, and the amount of earth and sand sucked into the suction pipe through the opening decreases. This is due to the decrease in sediment concentration. Therefore, the sediment concentration, the sediment amount (sand flow rate), etc. are measured in the suction pipe and the transport pipe, and when the sediment concentration, etc. is too high, the change control for lowering the rotation speed of the actuator is executed based on the measurement result. This makes it possible to suppress blockage of the suction pipe, the transport pipe, and the pump.
In addition, since a screen having a plurality of openings is arranged so as to surround the suction port of the suction tube, foreign substances such as boulders, driftwood, sunken trees, and dust are less likely to be taken into the screen, and suction is performed. It also eliminates the blockage of pipes and pumps by these foreign substances.
Furthermore, since the screen equipped with the cutting bit is rotated by the actuator, when foreign matter approaches the opening of the screen due to the suction force of the pump, the cutting bit can repel or crush the foreign matter. The effect of preventing blockage of the suction pipe and the like is further enhanced.
本態様の浚渫装置を構成する水中作業機としては、湖底を走行する作業機、台船から垂下されるシャフトに沿って昇降する作業機、台船からワイヤにて吊り下げられている作業機など、様々な形態の水中作業機が挙げられる。
また、「土砂濃度」とは、例えば、土砂の土粒子部分の体積と、土砂混じり水(泥水)の体積とから求められる体積土砂濃度のことである。ポンプや吸引管を閉塞する土砂濃度は、実施工に先んじて、実際に適用されるポンプや吸引管を用いた試験施工を行い、ポンプや吸引管を閉塞し得る土砂濃度を予め特定しておき、この土砂濃度未満に調整できる給水口の寸法を特定しておくのが望ましい。例えば、この試験施工により、吸引管等を閉塞する土砂濃度が20%程度と特定されている場合に、目標土砂濃度を15%や10%程度に設定し、この目標土砂濃度を満たすように給水口の寸法(口径)を設定することができる。また、その他、吸引管の管径、スクリーンの開口(スクリーン開口)等も、浚渫土砂の吸引効率や異物等の非閉塞性等を勘案して設定するのが好ましい。
Examples of the underwater work machine constituting the dredging device of this embodiment include a work machine that runs on the bottom of a lake, a work machine that moves up and down along a shaft hanging from a pontoon, and a work machine that is suspended from a pontoon by a wire. , Various forms of underwater work equipment can be mentioned.
Further, the "soil concentration" is, for example, a volumetric sediment concentration obtained from the volume of the soil particle portion of the soil and the volume of the water (muddy water) mixed with the soil. For the sediment concentration that blocks the pump and suction pipe, perform a test construction using the pump and suction pipe that is actually applied prior to the implementation work, and specify in advance the sediment concentration that can block the pump and suction pipe. , It is desirable to specify the size of the water supply port that can be adjusted to less than this sediment concentration. For example, when the sediment concentration that blocks the suction pipe or the like is specified to be about 20% by this test construction, the target sediment concentration is set to about 15% or 10%, and water is supplied so as to satisfy this target sediment concentration. The size (caliber) of the mouth can be set. In addition, it is preferable to set the diameter of the suction pipe, the opening of the screen (screen opening), etc. in consideration of the suction efficiency of dredged earth and sand, the non-blocking property of foreign substances, and the like.
また、本発明による浚渫装置の他の態様において、前記吸引管と輸送管には、揚砂流量計、土砂濃度計、圧力計の少なくとも一つが取り付けられており、
前記ポンプには負荷電流計が取り付けられており、
前記コントローラは、受信部と、格納部と、比較演算部と、制御部とを有し、
前記受信部は、前記揚砂流量計、前記土砂濃度計、前記圧力計及び前記負荷電流計の少なくとも一つにて計測された計測データを受信し、
前記格納部は、揚砂流量閾値、土砂濃度閾値、圧力閾値、揚砂流量と土砂濃度により特定される浚渫量の浚渫量閾値、負荷電流閾値の少なくとも一つが格納されており、
前記比較演算部により、前記計測データと、該計測データに関連する閾値とが比較され、
前記計測データが関連する前記閾値を超えている際に、前記制御部により、前記アクチュエータの回転数を下げる制御が実行されることを特徴とする。
Further, in another aspect of the dredging device according to the present invention, at least one of a sand lifting flow meter, a sediment concentration meter, and a pressure gauge is attached to the suction pipe and the transport pipe.
A load ammeter is attached to the pump.
The controller has a receiving unit, a storage unit, a comparison calculation unit, and a control unit.
The receiving unit receives measurement data measured by at least one of the sand lifting flow meter, the earth and sand concentration meter, the pressure meter, and the load ammeter.
The storage unit stores at least one of a sand flow threshold, a sediment concentration threshold, a pressure threshold, a dredging amount threshold of a dredging amount specified by the sand flow and the sediment concentration, and a load current threshold.
The comparison calculation unit compares the measurement data with the threshold value associated with the measurement data.
When the measurement data exceeds the related threshold value, the control unit executes control to reduce the rotation speed of the actuator.
本態様によれば、吸引管と輸送管の少なくとも一方において、揚砂流量、土砂濃度、圧力を計測し、もしくは、ポンプにおいて負荷電流を計測し、いずれかの計測データとそれらに対して予め設定されている閾値とを比較してアクチュエータの回転数を下げる制御を実行することにより、様々な指標に基づいて吸引管等の閉塞を抑制することができる。また、吸引管と輸送管のいずれか一方もしくは双方において、揚砂流量計、土砂濃度計、圧力計の全ての計器が取り付けられ、ポンプに取り付けられている負荷電流計を含めて、全ての計器から計測データを受信し、比較演算部において、全ての計測データを、格納部に格納されている、揚砂流量閾値、土砂濃度閾値、圧力閾値、揚砂流量と土砂濃度により特定される浚渫量の浚渫量閾値、負荷電流閾値と比較してもよい。この場合、一つの要素でも閾値を超える場合にアクチュエータの回転数を低下させる制御が実行されてもよいし(安全側の制御)、例えば、全ての要素が閾値を超えていなければ回転数を維持するような制御が実行されてもよく(危険側の制御)、複数の計測データを用いたアクチュエータの回転数の制御には様々な形態がある。 According to this aspect, the sand flow rate, the sediment concentration, and the pressure are measured in at least one of the suction pipe and the transport pipe, or the load current is measured in the pump, and one of the measurement data and the preset data are set in advance. By executing the control of lowering the rotation speed of the actuator in comparison with the set threshold value, it is possible to suppress the blockage of the suction pipe or the like based on various indexes. In addition, all the instruments such as the sand flow meter, the sediment concentration meter, and the pressure gauge are attached to either or both of the suction pipe and the transport pipe, and all the instruments including the load current meter attached to the pump. The measurement data is received from, and in the comparison calculation unit, all the measurement data are stored in the storage unit, and the dredging amount specified by the sediment flow rate threshold, the sediment concentration threshold, the pressure threshold, the sediment flow rate and the sediment concentration. It may be compared with the dredging amount threshold and the load current threshold of. In this case, control to reduce the rotation speed of the actuator may be executed when even one element exceeds the threshold value (control on the safe side), for example, the rotation speed is maintained if all the elements do not exceed the threshold value. Such control may be executed (control on the dangerous side), and there are various forms of control of the rotation speed of the actuator using a plurality of measurement data.
また、本発明による浚渫装置の他の態様において、前記スクリーンは、
鉛直方向に間隔を置いて配設された複数の環状横材と、
複数の前記環状横材の周方向に間隔を置いて配設されて各環状横材と接続される複数のU状の縦材と、を有した略半球状を呈し、複数の該環状横材と複数の該縦材が格子状に交差することにより複数の前記開口が形成されており、
前記スクリーンの回転方向に下端が傾斜した傾斜板材が、複数の前記環状横材に接続されており、該傾斜板材のうち、前記スクリーンの回転方向前側の端面には複数の切削ビットが取り付けられており、
前記スクリーンの平面視形状は円形であり、該スクリーンの平面視において、前記傾斜板材における前記回転方向前側の端面が該円形の接線方向から径方向外側に位置していることを特徴とする。
Further, in another aspect of the dredging device according to the present invention, the screen is
A plurality of annular cross members arranged at intervals in the vertical direction,
It exhibits a substantially hemispherical shape having a plurality of U-shaped vertical members arranged at intervals in the circumferential direction of the plurality of annular cross members and connected to each annular cross member, and the plurality of annular cross members. And the plurality of the vertical members intersect in a grid pattern to form the plurality of the openings.
An inclined plate material whose lower end is inclined in the rotation direction of the screen is connected to the plurality of annular cross members, and among the inclined plate materials, a plurality of cutting bits are attached to the end faces on the front side in the rotation direction of the screen. Ori,
The plan view shape of the screen is circular, and in the plan view of the screen, the end face on the front side in the rotation direction of the inclined plate material is located radially outward from the tangential direction of the circle.
本態様によれば、スクリーンの回転方向に下端が傾斜した傾斜板材が設けられ、スクリーンの平面視において、傾斜板材における回転方向前側の端面(複数の切削ビットが取り付けられている端面)が該円形の接線方向から径方向外側に位置している(接線方向に対してすくい角θで傾斜している)ことにより、優れた切削性能を有する浚渫装置が形成される。 According to this aspect, an inclined plate material whose lower end is inclined in the rotation direction of the screen is provided, and in the plan view of the screen, the end surface (the end surface to which a plurality of cutting bits are attached) on the front side in the rotation direction of the inclined plate material is said to be circular. Since it is located radially outward from the tangential direction of (it is inclined at a rake angle θ with respect to the tangential direction), a dredging device having excellent cutting performance is formed.
また、本発明による浚渫装置の他の態様において、前記浚渫用アタッチメントは、前記吸引管の途中位置に給水口をさらに備え、
前記ポンプの作動により、前記スクリーンの有する前記開口を介して前記吸引管に浚渫土砂が取り込まれ、かつ前記給水口を介して前記吸引管に清水が取り込まれ、該清水と前記浚渫土砂がともに前記吸引管を介して前記ポンプに吸引され、前記輸送管を介して輸送されることを特徴とする。
Further, in another aspect of the dredging device according to the present invention, the dredging attachment further includes a water supply port at an intermediate position of the suction pipe.
By the operation of the pump, the dredged earth and sand are taken into the suction pipe through the opening of the screen, and the fresh water is taken into the suction pipe through the water supply port, and both the fresh water and the dredged earth and sand are said to be said. It is characterized in that it is sucked into the pump through the suction pipe and transported through the transport pipe.
本態様によれば、吸引管の途中位置に給水口が設けられていることにより、ポンプを作動した際に、スクリーンの有する開口を介して吸引管に浚渫土砂が取り込まれ、給水口を介して吸引管に清水が取り込まれ、清水と浚渫土砂がともに吸引管を介してポンプに吸引されることにより、吸引された泥水中の浚渫土砂の濃度を清水にて低減することができる。このことにより、高い土砂濃度の泥水によるポンプや配管の閉塞を解消することができる。
また、給水口には、適宜の長さの給水管が取り付けられてもよい。また、吸引管には、直管や、直管とベント管のユニット管などが適用でき、吸引管における給水口の開設位置も、堆砂吸引時に撒き上がった堆砂が給水口に入り込まない位置(吸引口から離れた位置)に設定されるのが望ましい。さらに、給水口を介して吸引管に提供される清水としては、湖水の他、地上から供給される水道水や雨水、浄水等が含まれる。
According to this aspect, since the water supply port is provided in the middle of the suction pipe, when the pump is operated, the dredged earth and sand are taken into the suction pipe through the opening of the screen, and the dredged earth and sand are taken into the suction pipe through the water supply port. Fresh water is taken into the suction pipe, and both the fresh water and the dredged earth and sand are sucked into the pump through the suction pipe, so that the concentration of the dredged earth and sand in the sucked muddy water can be reduced by the fresh water. As a result, it is possible to eliminate the blockage of the pump and the pipe due to the muddy water having a high sediment concentration.
Further, a water supply pipe having an appropriate length may be attached to the water supply port. In addition, a straight pipe or a unit pipe of a straight pipe and a vent pipe can be applied to the suction pipe, and the position where the water supply port is opened in the suction pipe is also the position where the sediment sprinkled during the suction of sediment does not enter the water supply port. It is desirable to set it (a position away from the suction port). Further, the fresh water provided to the suction pipe through the water supply port includes tap water, rainwater, purified water and the like supplied from the ground in addition to lake water.
また、本発明による浚渫装置の他の態様は、前記吸引管が外管と内管を備えた二重管であり、
前記給水口を介して前記吸引管に供給された清水が、前記外管と前記内管の間の外側流路を流れ、前記内管の吸引口を回り込んで該内管の内部の内側流路に導入され、該内側流路に取り込まれる浚渫土砂とともに前記ポンプにより吸引されることを特徴とする。
Further, another aspect of the dredging device according to the present invention is that the suction pipe is a double pipe including an outer pipe and an inner pipe.
The fresh water supplied to the suction pipe through the water supply port flows through the outer flow path between the outer pipe and the inner pipe, goes around the suction port of the inner pipe, and flows inside the inner pipe. It is characterized in that it is introduced into the road and sucked by the pump together with the dredged earth and sand taken into the inner flow path.
本態様によれば、給水口を介して供給された清水が、二重管からなる吸引管の外側流路を吸引口側へ流れ、内管の吸引口を回り込んで内管の内部の内側流路に導入されることにより、内管の吸引口から浚渫土砂と清水をともに吸引することができ、清水による浚渫土砂の土砂濃度をより一層効果的に低減することができる。吸引管が単管からなる場合には、吸引管の吸引口から清水の給水口までの過程で清水による土砂濃度低減を行うことはできないが、吸引管が二重管からなる場合には、内管の吸引口から清水による土砂濃度の低減を図ることが可能になるためである。 According to this aspect, the fresh water supplied through the water supply port flows through the outer flow path of the suction tube composed of the double pipe to the suction port side, goes around the suction port of the inner pipe, and is inside the inner pipe. By being introduced into the flow path, both the dredged earth and sand and the fresh water can be sucked from the suction port of the inner pipe, and the sediment concentration of the drenched earth and sand due to the fresh water can be reduced more effectively. When the suction pipe is made of a single pipe, it is not possible to reduce the sediment concentration by fresh water in the process from the suction port of the suction pipe to the water supply port of fresh water, but when the suction pipe is made of a double pipe, it is inside. This is because it is possible to reduce the sediment concentration by fresh water from the suction port of the pipe.
ここで、内管の有する吸引口が、前記外管の有する吸引口よりも吸引方向下流側に位置している形態が望ましい。この形態によれば、内管の有する吸引口が外管の有する吸引口よりも吸引方向下流側に位置していることにより、清水が二重管からなる吸引管の外側流路を流れ、内管の吸引口を回り込んで内管の内部の内側流路に導入される際に、内側流路に導入されずに外部に流れ出す清水を抑制して、効果的に清水を内側流路に導入することができる。「吸引方向下流側」とは、吸引管が取り付けられているポンプ側を意味している。尚、外管の吸引口と内管の吸引口のレベル差(外管の吸引口から内部に入り込んだ内管の吸引口までの距離)も、実際に適用されるポンプや二重管からなる吸引管を用いた試験施工を行い、効果的に清水が内側流路に導入されるレベル差を特定するのが望ましい。 Here, it is desirable that the suction port of the inner tube is located downstream of the suction port of the outer tube in the suction direction. According to this form, since the suction port of the inner pipe is located downstream of the suction port of the outer pipe in the suction direction, fresh water flows through the outer flow path of the suction pipe made of a double pipe and is inside. When it goes around the suction port of the pipe and is introduced into the inner flow path inside the inner pipe, it suppresses the fresh water that flows out without being introduced into the inner flow path, and effectively introduces the fresh water into the inner flow path. can do. The "downstream side in the suction direction" means the pump side to which the suction pipe is attached. The level difference between the suction port of the outer tube and the suction port of the inner tube (the distance from the suction port of the outer tube to the suction port of the inner tube that has entered the inside) also consists of the pump and double tube that are actually applied. It is desirable to carry out a test construction using a suction pipe to effectively identify the level difference at which fresh water is introduced into the inner flow path.
また、外側流路における給水口よりも吸引方向下流側の位置においては、外側流路における清水の流通を遮蔽する遮蔽部材が設けられている形態が望ましい。この形態によれば、外側流路における給水口よりも吸引方向下流側の位置に遮蔽部材が設けられていることにより、給水口を介して外側流路に供給された清水の一部が、内管の吸引口側と反対側に流れて内側流路に導入されなくなることを解消することができる。例えば、径の異なる二つの鋼管により形成された二重管からなる吸引管においては、外管の内径を有する円盤から内管の外径の円をくり抜いたドーナツ状の遮蔽部材を適用することができる。 Further, it is desirable that a shielding member for shielding the flow of fresh water in the outer flow path is provided at a position downstream of the water supply port in the outer flow path in the suction direction. According to this form, since the shielding member is provided at a position downstream of the water supply port in the outer flow path in the suction direction, a part of the fresh water supplied to the outer flow path through the water supply port is inside. It is possible to eliminate the fact that the pipe flows to the side opposite to the suction port side and is not introduced into the inner flow path. For example, in a suction pipe made of a double pipe formed of two steel pipes having different diameters, a donut-shaped shielding member obtained by hollowing out a circle having an outer diameter of the inner pipe from a disk having an inner diameter of the outer pipe can be applied. can.
また、本発明による浚渫システムの一態様は、
操作室を有する台船と、
前記台船にて保持されて、湖底まで延設するシャフトと、
前記シャフトに対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている、前記浚渫装置を構成する前記水中作業機と、を有し、
前記操作室に前記コントローラが配設され、前記水中作業機の旋回及び昇降と、前記アクチュエータの回転数の変更制御が実行されることを特徴とする。
Moreover, one aspect of the dredging system according to the present invention is
A pontoon with an operation room and
A shaft that is held by the pontoon and extends to the bottom of the lake,
It has the underwater work machine constituting the dredging device, which is attached to the shaft so as to be swivelable and ascendable.
The controller is arranged in the operation chamber, and is characterized in that the turning and raising / lowering of the underwater working machine and the change control of the rotation speed of the actuator are executed.
本態様によれば、台船にて保持されて湖底まで延設するシャフトに対して、浚渫装置を構成する水中作業機が旋回及び昇降自在に取り付けられていることにより、シャフトの延伸によって様々な深度の湖底に対しても浚渫装置による浚渫を行うことができる。この際、シャフトが台船と湖底の二点で安定的に支持されることから、水中作業機のアームの動作に伴う浚渫用アタッチメントによる堆砂の浚渫も安定的に行うことができ、浚渫施工計画に沿った効率的な堆砂の浚渫を実現することができる。
このシステムでは、水中作業機をシャフト周りに旋回させながらアームの伸長範囲までを浚渫することができ、台船を順次移動させながら同様に浚渫を行うことにより、広域な貯水池等であっても可及的に短工期にて堆砂の浚渫を行うことが可能になる。
According to this aspect, the underwater work machine constituting the dredging device is attached to the shaft held by the pontoon and extended to the bottom of the lake so as to be able to rotate and move up and down. Dredging can also be performed on the bottom of the lake at a depth using a dredging device. At this time, since the shaft is stably supported at two points, the pontoon and the bottom of the lake, it is possible to stably dred the sediment with the dredging attachment that accompanies the movement of the arm of the underwater work equipment. It is possible to realize efficient dredging of sediment according to the plan.
In this system, the underwater work equipment can be dredged up to the extension range of the arm while turning around the shaft, and by performing the same dredging while moving the pontoons in sequence, even a wide reservoir etc. is possible. It will be possible to dred the sediment in a short construction period.
また、本発明による浚渫方法の一態様は、
アームの先端に浚渫用アタッチメントが取り付けられている水中作業機を用いて浚渫する浚渫方法であって、
前記浚渫用アタッチメントは、
ポンプと、
前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有しており、
前記吸引管と前記輸送管の少なくとも一方の閉塞を生じさせないように、前記アクチュエータの回転数を調整しながら浚渫することを特徴とする。
Moreover, one aspect of the dredging method according to the present invention is
It is a dredging method that uses an underwater work machine with a dredging attachment attached to the tip of the arm.
The dredging attachment is
With a pump
A suction pipe and a transport pipe communicating with the pump,
A screen that surrounds the suction port of the suction tube and has a plurality of openings and cutting bits.
It has an actuator that rotates the screen and
It is characterized in that dredging is performed while adjusting the rotation speed of the actuator so as not to cause obstruction of at least one of the suction pipe and the transport pipe.
本態様によれば、アクチュエータの回転数の変更制御に応じて、吸引管の吸引口を包囲するスクリーンの回転数の変更制御を実行し、例えばスクリーンの回転数を低下させることにより、土砂濃度を低下させて配管やポンプの閉塞を抑制することができる。 According to this aspect, the sediment concentration is reduced by executing the control of changing the rotation speed of the screen surrounding the suction port of the suction pipe according to the change control of the rotation speed of the actuator, for example, by lowering the rotation speed of the screen. It can be lowered to suppress blockage of pipes and pumps.
本発明の浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法によれば、ポンプを用いて堆砂を浚渫するに際し、配管やポンプを閉塞させることなく、効率的な浚渫を実現することができる。 According to the dredging device, the dredging system, and the dredging method of the present invention, when dredging the sediment using a pump, efficient dredging can be realized without blocking the piping and the pump.
以下、実施形態に係る浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法の一例について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。 Hereinafter, an example of the dredging device, the dredging system, and the dredging method according to the embodiment will be described with reference to the attached drawings. In the present specification and the drawings, substantially the same components may be designated by the same reference numerals to omit duplicate explanations.
[実施形態に係る浚渫装置と浚渫システム、及び浚渫方法]
<浚渫装置と浚渫システム>
はじめに、図1乃至図4を参照して、実施形態に係る浚渫装置と浚渫システムの一例について説明する。ここで、図1は、実施形態に係る浚渫装置と浚渫システムの一例を示す全体構成図であり、図2は、実施形態に係る浚渫装置がシャフトに昇降自在でかつ旋回自在に取り付けられている状態を拡大して示す側面図である。また、図3は、操作室にあるコントローラのハードウェア構成の一例を周辺機器とともに示す図であり、図4は、操作室にあるコントローラの機能構成の一例を示す図である。尚、必要に応じて、図5を参照する。図5は、浚渫装置を構成する浚渫用アタッチメントの一例の側面図であって、内部を視認できるように一部を破断して示した図である。
[Dredging device and dredging system according to the embodiment, and dredging method]
<Dredging device and dredging system>
First, an example of the dredging device and the dredging system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. Here, FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an example of the dredging device and the dredging system according to the embodiment, and FIG. 2 shows the dredging device according to the embodiment attached to the shaft so as to be able to move up and down and to be swivelable. It is a side view which shows the state in an enlarged manner. Further, FIG. 3 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the controller in the operation room together with peripheral devices, and FIG. 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the controller in the operation room. If necessary, refer to FIG. FIG. 5 is a side view of an example of a dredging attachment constituting the dredging device, and is a view showing a part of the attachment so that the inside can be visually recognized.
浚渫システム800は、ダム湖DLにおいて、雨水や河川水等とともに土砂が流れ込んで堆積した堆砂SEを、ポンプを用いて浚渫するシステムである。浚渫システム800は、操作室550が搭載された台船400と、台船400にて保持されて、湖底まで延設するシャフト200と、シャフト200に対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている水中作業機300と、水中作業機300の備えるアーム340の先端に取り付けられている浚渫用アタッチメント100とを有する。尚、水中作業機300は、図示例のようにシャフト200に旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている形態の他にも、例えば水底や陸上を走行可能な形態であってもよい。
The
また、浚渫用アタッチメント100を備えた水中作業機300と、操作室550の内部に配備されたコントローラ600(操作盤)により、浚渫装置700が形成される。浚渫用アタッチメント100は、図5に示すように、ポンプ30と、ポンプ30に連通する吸引管40及び輸送管35と、吸引管40の吸引口を包囲して複数の開口65と切削ビット64を備えているスクリーン60と、スクリーン60を回転させるアクチュエータ50とを有する。
Further, the
図1に戻り、台船400は、中空で直方体状の浮体ブロックを並設して平面視略矩形に構成され、台船400の上には、発電機510、係留ウィンチ520、油圧ユニット530、操作室550が載置されている。また、台船400の一部にはシャフト挿通用の入江410が設けられ、入江410を平面視コの字状に包囲するようにしてシャフト固定櫓500が設置されている。シャフト固定櫓500は、上下キーパーとシャフト固定ピン(いずれも図示せず)を備えており、台船400上に搭載されているクローラクレーン540にて吊り込まれたシャフト200を固定ピンにて保持しながら、延長シャフト201の継ぎ足しや取り外しが順次行わるようになっている。
Returning to FIG. 1, the
台船400は、牽引船(図示せず)にて牽引されたり、台船400に装備されている走行用のプロペラ(図示せず)を駆動することにより走行する。また、図示例の浚渫システム800は、浚渫用アタッチメント100が回転するスクリーンと堆砂を吸引するポンプにより主として構成されるものであるが、バケットやツインヘッダ、リッパー、水中ブレーカー、ドレッサー、エジェクター、エアードリフター等の他種のアタッチメントが適用されてもよく、使用可能性のあるアタッチメントが台船400に搭載され得る。
The
シャフト200は複数本の鋼管を接続することにより構成され、図2に示すようにシャフト200の先端近傍には水中オーガー203が装備され、水中オーガー203により先端のケーシングが湖底に固定されるようになっている。すなわち、湖底にある堆砂SEの浚渫に当たり、シャフト200は、その上端がシャフト固定櫓500により固定され、その下端が湖底に固定されることにより、安定的に二点支持される。
The
図2に示すように、水中作業機300がX1方向に昇降できるようにシャフト200の周囲には複数本のラック202が取り付けられている。
As shown in FIG. 2, a plurality of
水中作業機300は、シャフト200の備える各ラック202に係合するピニオン(図示せず)を内部に備えた昇降機構310と、昇降機構310の周囲においてX2方向に旋回自在に装備されている旋回機構320とを備え、旋回機構320が作業機本体を構成している。
The
作業機本体320には、ブーム330が回動自在に取り付けられ、ブーム330の先端にはアーム340が取り付けられ、作業機本体320とブーム330が油圧シリンダ機構350Aにて接続され、ブーム330とアーム340が別途の油圧シリンダ機構350Bにて接続されている。また、アーム340の先端には浚渫用アタッチメント100が取り付けられ、アーム340と浚渫用アタッチメント100がさらに別途の油圧シリンダ機構350Cにて接続されている。
A
台船400上にある発電機510から延びる電力ケーブル511が作業機本体320に電気的に接続され、水中作業機300の昇降駆動や旋回駆動、油圧シリンダ機構350A、350B,350Cの摺動駆動、浚渫用アタッチメント100を構成するポンプやアクチュエータの駆動等に要する電力が供給されるようになっている。
The
シャフト200の周囲を作業機本体320が所定角度旋回して停止し、ブーム330及びアーム340を逐次伸長しながら浚渫用アタッチメント100による浚渫を行い、これをシャフト200の全周に亘って繰り返すことにより、シャフト200周りの全方位において、ブーム330及びアーム340の伸長範囲における浚渫が可能になる。
The work machine
アーム340の先端には浚渫用アタッチメント100が取り付けられている。浚渫用アタッチメント100は、浚渫した堆砂SEを輸送する輸送管35を備えている。輸送管35の内部には、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38が設けられている。また、浚渫用アタッチメント100の備えるポンプ30には、負荷電流計31が設けられている。尚、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38の少なくとも一つ、もしくは二つが設けられていてもよいし、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38が吸引管40の内部に設けられていてもよい。
An
浚渫した堆砂SEが輸送管35を流通する際に、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38や、負荷電流計31は対応する物理量を計測し、各計器にて計測された計測データは、操作室550に装備されたコントローラ600に随時送信されるようになっている。コンピュータにより構成されるコントローラ600では、受信した各計測データと、自身の内部に格納されている各物理量に関する閾値を比較し、スクリーン60を回転させるアクチュエータ50の回転数を必要に応じて変更制御(回転数を低下させる制御)を実行する。尚、この制御内容に関しては以下で詳説する。
When the dredged sediment SE flows through the
固定されたシャフト200周りにおける堆砂SEの浚渫が終了した後、台船400を移動させて同様にシャフト200を湖底に吊り下ろして固定し、水中作業機300と浚渫用アタッチメント100による浚渫を同様に行い、この台船400の移動と堆砂SEの浚渫を順次繰り返すことにより、ダム湖DLの湖底に堆積する堆砂SEの浚渫を行うことができる。
After the dredging of the sediment SE around the fixed
図1に示すように、ダム湖DLの湖底の一角に例えば仮置きピット560を設けておき、浚渫用アタッチメント100から延設する輸送管35の先端を仮置きピット560に固定しておくことにより、浚渫用アタッチメント100にて浚渫された堆砂SEが仮置きピット560に輸送される。尚、浚渫された堆砂SEを仮置きピット560に輸送する代わりに、水上や地上に設けられている排泥ピットに輸送されてもよい。
As shown in FIG. 1, for example, a
また、ブーム330やアーム340には角度計が装備され(図示せず)、各角度計にて計測された角度データが操作室550にあるコントローラ600に送信されるようになっている。また、シャフト200の天端位置を、GPS(Global Positioning System)やトータルステーションにより計測し、シャフト200に取り付けられている傾斜計やロータリーエンコーダー(いずれも図示せず)からの計測データとともにコントローラ600に送信されるようになっている。そして、コントローラ600にて受信された各角度データや各計測データにより、水中作業機300のアーム340の先端位置(浚渫用アタッチメント100の取り付け位置)を正確に把握することができ、浚渫用アタッチメント100の位置を都度特定しながら漏れの無い浚渫作業を実施することが可能になる。
Further, the
さらに、水中作業機300には、マルチファンビームや超音波水中カメラ(いずれも図示せず)が搭載されており、マルチファンビームから操作室550にあるコントローラ600に湖底の三次元データが送信され、コントローラ600のモニタ画面上に湖底の三次元画像が表示されるようになっている。また、超音波水中カメラによる湖底の撮像データも操作室550にあるコントローラ600に送信されるようになっており、暗い湖底がコントローラ600のモニタ画面上で可視化され、水中作業機300のオペレータは、モニタ画面を見ながら水中作業機300や浚渫用アタッチメント100を遠隔操作できるようになっている。
Further, the
次に、図3及び図4を参照して、操作室550にあるコントローラ600のハードウェア構成と機能構成の一例について説明する。
Next, an example of the hardware configuration and the functional configuration of the
図3に示すように、コントローラ600は、CPU(Central Processing Unit)611、RAM(Random Access Memory)612、ROM(Read Only Memory)613、HDD(Hard Disc Drive)614、及びNVRAM(Non-Volatile RAM)615等を有し、それらがシステムバスによりデータ通信可能に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
ROM613には、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等が記憶されている。RAM612は、ROM613に記憶されているプログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域として用いられる。CPU611は、RAM612にロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。例えば、記憶されている最適なポンプ吸引量に応じてポンプ30の吸引制御が実行され、最適なスクリーン60の回転速度(堆砂SEを効果的に吸引管に取り込むことのできる回転速度)に応じたアクチュエータ50の回転制御が実行される。HDD614には、プログラムやプログラムが利用する各種のデータ等が記憶される。NVRAM615には、各種の設定情報等が記憶される。
The
操作室にある各種の操作レバー等をオペレータが操作すると、コントローラ600により、水中作業機300や浚渫用アタッチメント100を構成する各種機器(ハードウェア)の動作が制御される。すなわち、水中作業機300の昇降機構310の昇降駆動や、水中作業機300の旋回機構320の旋回駆動、水中作業機300の油圧シリンダ機構350A,350B,350Cの摺動駆動、浚渫用アタッチメント100のスクリーン60を回転させるアクチュエータ50の回転駆動、浚渫用アタッチメント100のポンプ30の吸引駆動等が制御される。
When the operator operates various operation levers and the like in the operation room, the
また、浚渫用アタッチメント100にて浚渫された堆砂SEが輸送管35を流通する際に、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38や、負荷電流計31にて計測された各計測データは、コントローラ600に随時送信される。
Further, when the sediment SE dredged by the
図4に示すように、コントローラ600は、受信部602と、格納部608と、比較演算部604と、制御部606とを有する。
As shown in FIG. 4, the
受信部602は、揚砂流量計36、土砂濃度計37、及び圧力計38や、負荷電流計31にて計測された計測データを受信し、格納部608に随時格納する。
The receiving
格納部608には、揚砂流量閾値、土砂濃度閾値、圧力閾値、揚砂流量と土砂濃度により特定される浚渫量の浚渫量閾値、負荷電流閾値が格納されている。これらの各種閾値は、実施工に先んじて予め試験施工を行い、吸引管40や輸送管35、ポンプ30が閉塞する際の各種物理量をこの試験施工にて特定しておき、特定された物理量を閾値として格納部608に格納しておく。尚、上記する浚渫量(m3/h)の特定方法は、次の通りとなる。例えば、揚砂流量が10(m3/分)、土砂濃度が10(%)の場合、浚渫土砂の体積は、10(m3/分)×60(分/時間)×0.1(10(%))=60(m3/時間)と算定される。浚渫土砂の空隙率を40%と仮定すると、浚渫量(m3/h)は、60(m3/時間)÷0.6=100(m3/時間)と特定することができる。
The
比較演算部604は、各種の計測データと、関連する閾値とを比較する。そして、比較演算部604における演算の結果、計測データが関連する閾値を超えている際には、制御部606により、アクチュエータ50の回転数を下げる制御を実行する。
The
ここで、比較演算部604では、各種計測データ及び特定された浚渫量と、それぞれに関連する閾値との比較演算がそれぞれに実行されるが、この際に、一つの要素でも閾値を超える場合にアクチュエータ50の回転数を低下させる制御が実行されてもよいし、例えば、全て要素が閾値を超えていなければ回転数を維持するような制御が実行されてもよく、これらの設定は管理者の裁量に基づく。例えば、一つの要素でも閾値を超える場合にアクチュエータ50の回転数を低下させる制御を実行する際には、格納部608にこの内容を設定しておき、設定内容に基づいて制御部606がアクチュエータ50の回転数の変更制御を実行する。
Here, the
例えばアクチュエータ50の回転数を低下させる制御を実行すると、ポンプ30による土砂吸引量が一定であるのに対して、スクリーン60の回転数が低下することにより、切削される土砂量が低下する。この結果、開口65を介して吸引管40に吸引され、輸送管35を輸送される土砂量が低下することになり、土砂濃度が低下する。この土砂濃度を低下させることにより、吸引管40や輸送管35,ポンプ30の閉塞を抑制することが可能になる。
For example, when the control for lowering the rotation speed of the
尚、実施形態に係る浚渫方法は、上記するように、吸引管40と輸送管35の少なくとも一方の閉塞を生じさせないように、アクチュエータ50の回転数を調整しながら浚渫する工程を含む方法となる。
As described above, the dredging method according to the embodiment is a method including a step of dredging while adjusting the rotation speed of the
<浚渫用アタッチメント>
次に、図5乃至図9を参照して、実施形態に係る浚渫装置を構成する浚渫用アタッチメントの一例について説明する。ここで、図5は、浚渫装置を構成する浚渫用アタッチメントの一例の側面図であって、内部を視認できるように一部を破断して示した図である。また、図6は、図5のVI方向矢視図であって、浚渫用アタッチメントの一例の正面図であり、図7は、図5のVII−VII矢視図であって、スクリーン取り付けられている傾斜板材の延設方向を説明する図である。さらに、図8は、吸引管の一例の縦断面図であって、堆砂を吸引するとともに清水が供給されている状態をともに示す図であり、図9は、図8のVIII−VIII矢視図である。
<Attachment for dredging>
Next, an example of the dredging attachment constituting the dredging device according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 9. Here, FIG. 5 is a side view of an example of the dredging attachment constituting the dredging device, and is a view in which a part of the attachment is broken so that the inside can be visually recognized. Further, FIG. 6 is a view taken along the VI direction of FIG. 5, which is a front view of an example of the dredging attachment, and FIG. 7 is a view taken along the line VII-VII of FIG. 5, which is attached to the screen. It is a figure explaining the extension direction of the inclined plate material. Further, FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of an example of a suction pipe, showing a state in which sediment is sucked and fresh water is supplied, and FIG. 9 is a view taken along the line VIII-VIII of FIG. It is a figure.
浚渫用アタッチメント100は、アタッチメント本体10と、アタッチメント本体10の内部に配設されているポンプ30(浚渫ポンプ)と、ポンプ30の下端においてポンプ30と流体連通可能に取り付けられている吸引管40と、アタッチメント本体10の下端において回転可能に取り付けられているスクリーン60と、スクリーン60を回転させるアクチュエータ50と、ポンプ30に連通する輸送管35とを有する。
The
アタッチメント本体10は、左右一対の側板11と、側板11の下部の前後に横架されている横架板12と、側板11と横架板12の下端に固定されている角筒状の枠材13とを有し、全ての構成部材が鋼板や硬質の樹脂板等から形成されている。
The attachment
側板11は途中で屈曲した側面形状を有しており、その上端には、水中作業機300のアーム340の先端に対して回動自在に取り付けられる回動軸21,22を備えた取付け板20が固定されている。
The
ポンプ30にて吸引した堆砂SEは、輸送管35を介してポンプ外に輸送されるようになっている。また、ポンプ30の下端に取り付けられている吸引管40は、鋼製の直管とベント管のユニット管となっており、吸引管40の下端はアタッチメント本体10の枠材13よりも下方に突出している。尚、吸引管は直管のみから形成されてもよく、また、鋼管以外の鋳鉄管や塩ビ管等から形成されてもよい。
The sediment SE sucked by the
スクリーン60は、鉛直方向に間隔を置いて配設された複数の環状横材61と、複数の環状横材61の周方向に間隔を置いて配設されて各環状横材61と溶接等により接続されるU状の縦材62とを有した略半球状を呈している。複数の環状横材61と複数の縦材62が格子状に交差することにより、複数の開口65が形成されている。図示例のU状の縦材62は、その下方がスクリーン60の回転方向であるX3方向に傾斜する態様で環状横材61に接続されている。尚、スクリーンは、略半球状以外にも、円錐状や切頭円錐状、円柱状等を呈していてもよい。また、U状の縦材62は、傾斜せずに鉛直態様で環状横材61に接続されてもよい。さらに、縦材62は、U状に曲げ加工された図示例の形態以外にも、直線状もしくは若干湾曲した略直線状の形態であってもよい。
The
環状横材61は円環状の平鋼により形成され、広幅面が水平方向となるように配設されている。一方、U状の縦材62は、平鋼もしくは鋼棒により形成されている。平鋼からなる環状横材61及び縦材62の厚み面がスクリーン60の外周に面するように配設されることにより、各開口65における所望の開口面積が確保される。
The
開口65の形状は、スクリーン60の上段や中段においては略矩形であり、下段は略三角形状となっている。そして、開口65の最大寸法(略矩形の対角線の長さ)は、吸引管40やポンプ30が閉塞しない程度の大きさの異物(堆砂SE中に含まれる巨礫や流木、沈木、塵芥)の寸法に設定されており、例えば60mm程度に設定することができる。
The shape of the
スクリーン60においては、その回転方向であるX3方向に下端が傾斜した傾斜板材63が、複数の環状横材61に対して溶接等により接続されている。ここで、傾斜板材63は、湾曲状に傾斜してもよいし、直線状に傾斜してもよい。このように、複数の環状横材61に対して、複数の縦材62に加えて複数の傾斜板材63が取り付けられている。傾斜板材63も、例えば平鋼により形成されており、縦材62と同様にU状に加工されている。そして、縦材62と異なり、傾斜板材63はその広幅面がスクリーン60の外周に面するように配設されている。
In the
傾斜板材63のうち、スクリーン60の回転方向前側の端面には、傾斜板材63の長手方向に間隔を置いて複数の切削ビット64が取り付けられている。
Among the
ここで、図7に示すように、平面視(もしくは横断面視)において、外形が円形のスクリーン60において、その回転方向前側の端面63aが円形の接線方向から径方向外側に傾斜する(傾斜角度θ)ように傾斜板材63が取り付けられている。この構成により、端面63aに取り付けられている切削ビット64による切削性が高められる。
Here, as shown in FIG. 7, in the plan view (or cross-sectional view), in the
堆砂SEの浚渫は、吸引管40の先端の周囲においてスクリーン60が回転した状態で行われる。このことにより、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がスクリーン60に近接した際に、切削ビット64によって異物を弾いたり砕くことができるため、異物によるスクリーン60の開口65の閉塞や吸引管40の閉塞、さらにはポンプ30の閉塞が効果的に抑止される。また、回転する切削ビット64により、湖底にて固結した土砂を切り崩すこともできる。
The dredging of the sediment SE is performed in a state where the
また、スクリーン60において、その回転方向であるX3方向に下端が傾斜した傾斜板材63が取り付けられ、傾斜板材63におけるスクリーン60の回転方向前側の端面に複数の切削ビット64が取り付けられていることにより、回転させながら堆砂SE中にスクリーン60を挿入する際に、回転方向の前方の下方にある切削ビット64から順に堆砂SEに接することになる。そのため、可及的に負荷なくスクリーン60を堆砂SE中に入り込ませることができ、必要に応じて異物を効果的に切削しながら堆砂SEの浚渫を行うことが可能になる。
Further, in the
さらに、傾斜板材63はその広幅面がスクリーン60の外周に面するように配設されていることから、複数の切削ビット64が異物を切削する際に傾斜板材63に作用する反力に対して、傾斜板材63のせん断剛性を確保することができる(広幅面の厚みがせん断剛性に寄与する)。例えば、傾斜板材63が縦材62のようにその厚み面がスクリーン60の外周に面するように配設される場合は、切削ビット64が傾斜板材63の広幅面に取付けられることになるが、切削ビット64からの反力に対して、傾斜板材63の厚み面の幅がせん断剛性に寄与することになり、図示例のように広幅面の厚みがせん断剛性に寄与する場合と比べてせん断剛性は低くなる。
Further, since the
アクチュエータ50はモータにより形成され、モータ50の駆動軸51とスクリーン60の基部とが動力伝達ベルト52により連結されている。
The
図5に示すように、吸引管40の途中位置には、給水口43が開設されており、ポンプ30を作動させて吸引管40の吸引口から堆砂SEを吸引する際に、給水口43からは湖水等の清水を吸引し、吸引された清水により堆砂SEの土砂濃度を低減することを可能にしている。尚、地上や船上から浄水等を清水として供給する形態であってもよい。
As shown in FIG. 5, a
ここで、図8及び図9を参照して、吸引管40の構造と、吸引される堆砂SEの土砂濃度の低減について説明する。
Here, with reference to FIGS. 8 and 9, the structure of the
図8に示すように、吸引管40は、外管41と内管42とを備えた二重管により形成され、外管41と内管42の間には外側流路44が形成され、内管42の内部には内側流路45が形成されており、外管41の途中位置に給水口43が開設されている。尚、給水口43に対して所定長さの給水配管が接続され、吸引管40から給水配管が張り出していてもよい。
As shown in FIG. 8, the
外管41の内径はφ1、内管の内径はφ2、外管41に開設される給水口43の内径はφ3であり、外管41の吸引口41aから給水口43の中心までの距離はt1である。さらに、内管42の吸引口42aは、外管41の吸引口41aよりも吸引方向下流側であるL方向に位置しており、レベル差はt2である。
The inner diameter of the
外管41の吸引口41aから給水口43の中心までの距離t1は、堆砂SEを吸引する際に、撒き上がった堆砂SEが給水口43に入り込まない距離に設定されるのがよく、実施工に先んじて実施される試験施工にて設定されるのがよい。例えば、距離t1として、1m程度を設定することができる。
The distance t1 from the
ポンプ30を駆動してY1方向に吸引すると、給水口43を介してY2方向に供給された清水は、外側流路44を吸引口41a側へ流れ、内管42の吸引口42aをY3方向に回り込んで内側流路45に導入される。そして、内管42の吸引口42aから内側流路45にY4方向へ吸引された浚渫土砂SEが清水とともに交じり合い、この際に当初の浚渫土砂の土砂濃度が清水により低減された濃度低減土砂が生成され、濃度低減土砂がポンプ30へY5方向に吸引される。
When the
このように、給水口43を介して供給された清水が、外側流路44を吸引口41a側へ流れ、内管42の吸引口42aを回り込んで内側流路45に導入されることにより、内管42の吸引口42aから浚渫土砂と清水をともに吸引することができ、清水による浚渫土砂の土砂濃度を効果的に低減することができる。このことにより、高い土砂濃度の泥水によるポンプ30や吸引管40の閉塞を解消することができる。
In this way, the fresh water supplied through the
また、内管42の有する吸引口42aが外管41の有する吸引口41aよりも吸引方向下流側に位置していることにより、清水が外側流路44を流れ、内管42の吸引口42aを回り込んで内側流路45に導入される際に、内側流路45に導入されずに外部に流れ出す清水を抑制して、二重管40に供給された清水を効果的に内側流路45に導入することができる。ここで、吸引口42aと吸引口41aのレベル差t2により、清水の外部への流れ出し量が変わることから、ポンプ30による吸引力とレベル差t2に関する最適な組み合わせも試験施工により設定されるのがよい。
Further, since the
また、図8に示すように、外側流路44における給水口43よりも吸引方向下流側の位置において、外側流路44における清水の流通を遮蔽する遮蔽部材46が設けられている。図9に示すように、遮蔽部材46はドーナツ状の平面形状を有しており、中空環状の外側流路44を完全に遮蔽している。
Further, as shown in FIG. 8, a shielding
給水口43よりも吸引方向下流側の位置に遮蔽部材46が取り付けられていることにより、図8に示すように給水口43を介して供給された清水が、外側流路44において、内側流路45側と反対側の吸引方向下流側へ流れたとしても、遮蔽部材46に流れが遮られ、内側流路45側への流れであるY6方向に流されることになる。このことにより、給水口43を介して供給された清水を効果的に内側流路45に提供することができる。
Since the shielding
尚、外管41の内径φ1、内管の内径φ2、及び給水口43の内径φ3はいずれも、ポンプ30による吸引力との関係において目標とする土砂濃度まで低減できるように、それぞれの内径が試験施工等により設定されるのがよい。例えば、清水の供給がない場合に20%程度の土砂濃度であって、この土砂濃度ではポンプ30や吸引管40が閉塞する恐れがある場合に、目標とする土砂濃度である例えば10%程度となるように、内径φ1、φ2、φ3がポンプ30の吸引力との関係において設定される。
The inner diameter of the
例えば、ポンプ30の仕様として、揚程28m、流量6m3/分でスクリーン60の開口65の最大寸法60mmの場合に、外管41の内径φ1を200mm、内管の内径φ2を150mm、給水口43の内径φ3を100mmに設定することができる。
For example, as the specifications of the
[実証実験]
<実験概要>
本発明者等は、試験水槽を水と砂で満たし、実施形態に係る浚渫装置700を模擬した浚渫装置を用いて浚渫を行い、配管を経由させて水槽にリターンさせる連続運転を行った。配管には、流量計、土砂濃度計、圧力計、ポンプケーブルには電流センサを設置し、土砂流量、圧力(揚程)、土砂濃度、電流値を記録した。これらの値に基づき、目標土砂濃度10%平均を得られる形状として、適正なスクリーンの開口、スクリーンの回転数(rpm)を求めるべく、浚渫装置の性能試験と運転可能範囲の検証を行った。
[Demonstration experiment]
<Experimental outline>
The present inventors filled the test water tank with water and sand, dredged using a dredging device simulating the
浚渫用アタッチメントの能力:浚渫能力(m3/h)=平均流量(m3/分)×60(分)×平均土砂濃度(%)÷100÷0.6(空隙率40%)にて算定した。また、ポンプは、定格電流値以下(105A)の運転が望ましく、定格電流値を超える場合は定格電流値の125%(131A)を閾値として、この範囲内に抑えることとした。
Capability of dredging attachment: Dredging capacity (m 3 / h) = average flow rate (m 3 / min) x 60 (minutes) x average sediment concentration (%) ÷ 100 ÷ 0.6 (
<実験方法>
まず、試験砂を投入し、充水し、水槽内浚渫を行う。具体的には、試験水槽に砂80m3を充填し、充水する。浚渫用アタッチメントを装着したバックホウにて試験水槽内を旋回動作にて5分乃至6分程度浚渫する。浚渫用アタッチメントの吸引管の先端開口度は、開口度調整板にて調整する。ケーシング回転数はバックホウ操作席手元のコントロールボックスにてバックホウ配管部の油量をコントロールし、任意の回転数に調整する。
<Experimental method>
First, test sand is added, filled with water, and dredged in the water tank. Specifically, the test water tank is filled with 80 m 3 of sand and filled with water. Dredging the inside of the test water tank with a backhoe equipped with a dredging attachment for about 5 to 6 minutes by swirling. The opening degree of the tip of the suction pipe of the dredging attachment is adjusted by the opening degree adjusting plate. The number of rotations of the casing is adjusted to an arbitrary number by controlling the amount of oil in the backhoe piping with the control box at the backhoe operation seat.
次に、配管計測を行う。浚渫した土砂はサクションホース20mを経由して計測配管にて各項目の計測を行う。ここで、各項目とは、圧力(MPa)、流量(m3/分)、土砂濃度(%)、及び電流値(A)である。 Next, the piping is measured. For the dredged earth and sand, each item is measured by the measurement pipe via the suction hose 20 m. Here, each item is a pressure (MPa), a flow rate (m 3 / min), a sediment concentration (%), and a current value (A).
次に、配管を介して輸送し、排砂を行う。計測配管より先をSTK鋼管にて配管延長し、ポンプに適切な抵抗負荷を与える。公知のダルシーの式に基づき、揚砂時8(m3/h)確保できる配管長として、最初の実験条件は配管総延長120mとした。次いで、配管を伸ばして配管長150mにて実験を行った。鋼管区間を通る排水は試験水槽にリターンして連続循環させる。排水部はバックホウの相番機にて固縛し、ホースの振れ止めを行う。本実験では、排水部が水面まで沈めるため、実揚程は0mとなる。 Next, it is transported via a pipe to remove sand. Extend the pipe with STK steel pipe beyond the measurement pipe to give an appropriate resistance load to the pump. Based on the known Darcy formula, the first experimental condition was a total pipe length of 120 m as a pipe length that could secure 8 (m 3 / h) when sand was lifted. Next, the pipe was extended and an experiment was conducted with a pipe length of 150 m. The wastewater passing through the steel pipe section returns to the test tank and is continuously circulated. The drainage part is tied up with a backhoe phase number machine to prevent the hose from swaying. In this experiment, the actual head is 0 m because the drainage part is submerged to the water surface.
<実験結果>
吸引管の先端開口度とスクリーンの回転数の変化による、土砂濃度の変化を求めた。まず、配管長120mにて各先端開口度とスクリーンの回転数にて連続浚渫を行い、各項目の計測を行った。各データは、土砂濃度が安定している区間の平均値により算出した。各条件ともに清水吸引した場合、概ね流量が9.5(m3/分)前後であり、吸引管の先端開口度とスクリーンの回転数がポンプ吸引性能に影響を及ぼしていないことが確認できた。実験結果を以下の表1に示す。
<Experimental results>
The change in sediment concentration due to the change in the tip opening of the suction pipe and the number of rotations of the screen was determined. First, continuous dredging was performed at each tip opening degree and screen rotation speed at a pipe length of 120 m, and each item was measured. Each data was calculated by the average value of the section where the sediment concentration is stable. When fresh water was sucked under each condition, the flow rate was about 9.5 (m 3 / min), and it was confirmed that the opening degree of the tip of the suction pipe and the rotation speed of the screen did not affect the pump suction performance. .. The experimental results are shown in Table 1 below.
砂を吸引した場合の計測値傾向として下記が特定された。
(傾向1)土砂濃度が上昇すると、圧力と電流値が上昇し、流量は低下する。
(傾向2)吸引管の先端開口度が大きくなると、土砂濃度が上昇する。
(傾向3)ケーシング回転数(スクリーン回転数)が高くなると、土砂濃度が上昇する。
(傾向4)土砂濃度10%で清水流量からの流量低下率は一割となる。
The following was identified as the tendency of measured values when sand was sucked.
(Tendency 1) When the sediment concentration increases, the pressure and current values increase, and the flow rate decreases.
(Tendency 2) As the opening degree of the tip of the suction pipe increases, the sediment concentration increases.
(Tendency 3) As the casing rotation speed (screen rotation speed) increases, the sediment concentration increases.
(Tendency 4) When the sediment concentration is 10%, the rate of decrease in the flow rate from the fresh water flow rate is 10%.
ケーシング(スクリーン)が中心の吸引管まで確実に土砂を掻き込むことにより、吸引管の先端開口度が大きくなると、より一層土砂を吸引し、土砂濃度が高くなることが特定された。また、ケーシング(スクリーン)回転数と土砂濃度はほぼ比例関係にあるため、様々な配管条件下においても、吸引管の先端開口度とケーシング回転数により土砂濃度が調整可能になることが特定された。 It was identified that when the casing (screen) surely scrapes the earth and sand up to the suction pipe in the center, and the opening degree of the tip of the suction pipe becomes large, the earth and sand are sucked further and the earth and sand concentration becomes high. In addition, since the casing (screen) rotation speed and the sediment concentration are almost proportional to each other, it was specified that the sediment concentration can be adjusted by the tip opening degree of the suction pipe and the casing rotation speed even under various piping conditions. ..
本実験では、ケーシング回転数が40rpmを超えた場合に、土砂濃度が高くなり、ポンプ電流値が定格電流値105Aの125%以上となり、現場作業時は過負荷によるポンプの停止や劣化が懸念される結果が得られている。 In this experiment, when the casing rotation speed exceeds 40 rpm, the sediment concentration becomes high and the pump current value becomes 125% or more of the rated current value 105A, and there is a concern that the pump may stop or deteriorate due to overload during on-site work. Results have been obtained.
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 It should be noted that the configuration or the like described in the above embodiment may be another embodiment in which other components are combined, and the present invention is not limited to the configuration shown here. .. This point can be changed without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form thereof.
10:アタッチメント本体
30:ポンプ
31:負荷電流計
35:輸送管
36:揚砂流量計
37:土砂濃度計
38:圧力計
40:吸引管(二重管)
41:外管
41a:吸引口
42:内管
42a:吸引口
43:給水口
44:外側流路
45:内側流路
46:遮蔽部材
50:アクチュエータ(モータ)
60:スクリーン
61:環状横材
62:縦材
63:傾斜板材
64:切削ビット
65:開口
100:浚渫用アタッチメント
200:シャフト
300:水中作業機
310:昇降機構
320:旋回機構(作業機本体)
330:ブーム
340:アーム
400:台船
550:操作室
560:仮置きピット
600:コントローラ(操作盤)
602:受信部
604:比較演算部
606:制御部
608:格納部
700:浚渫装置
800:浚渫システム
DL:ダム湖
SE:堆砂
10: Attachment body 30: Pump 31: Load ammeter 35: Transport pipe 36: Sand lift meter 37: Sediment concentration meter 38: Pressure gauge 40: Suction pipe (double pipe)
41:
60: Screen 61: Circular cross member 62: Vertical member 63: Inclined plate material 64: Cutting bit 65: Opening 100: Dredging attachment 200: Shaft 300: Underwater work machine 310: Elevating mechanism 320: Swivel mechanism (working machine body)
330: Boom 340: Arm 400: Vessel 550: Operation room 560: Temporary storage pit 600: Controller (operation panel)
602: Receiver 604: Comparison calculation unit 606: Control unit 608: Storage unit 700: Dredging device 800: Dredging system DL: Dam lake SE: Sedimentation
Claims (7)
コントローラと、を有し、
前記浚渫用アタッチメントは、
ポンプと、
前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有し、
前記コントローラにより、前記アクチュエータの回転数の変更制御が実行されることを特徴とする、浚渫装置。 An underwater work machine with a dredging attachment attached to the tip of the arm,
With a controller,
The dredging attachment is
With a pump
A suction pipe and a transport pipe communicating with the pump,
A screen that surrounds the suction port of the suction tube and has a plurality of openings and cutting bits.
It has an actuator that rotates the screen.
A dredging device, characterized in that the controller executes change control of the rotation speed of the actuator.
前記ポンプには負荷電流計が取り付けられており、
前記コントローラは、受信部と、格納部と、比較演算部と、制御部とを有し、
前記受信部は、前記揚砂流量計、前記土砂濃度計、前記圧力計及び前記負荷電流計の少なくとも一つにて計測された計測データを受信し、
前記格納部は、揚砂流量閾値、土砂濃度閾値、圧力閾値、揚砂流量と土砂濃度により特定される浚渫量の浚渫量閾値、負荷電流閾値の少なくとも一つが格納されており、
前記比較演算部により、前記計測データと、該計測データに関連する閾値とが比較され、
前記計測データが関連する前記閾値を超えている際に、前記制御部により、前記アクチュエータの回転数を下げる制御が実行されることを特徴とする、請求項1に記載の浚渫装置。 At least one of a sand flow meter, a sediment concentration meter, and a pressure gauge is attached to the suction pipe and the transport pipe.
A load ammeter is attached to the pump.
The controller has a receiving unit, a storage unit, a comparison calculation unit, and a control unit.
The receiving unit receives measurement data measured by at least one of the sand lifting flow meter, the earth and sand concentration meter, the pressure meter, and the load ammeter.
The storage unit stores at least one of a sand flow threshold, a sediment concentration threshold, a pressure threshold, a dredging amount threshold of a dredging amount specified by the sand flow and the sediment concentration, and a load current threshold.
The comparison calculation unit compares the measurement data with the threshold value associated with the measurement data.
The dredging device according to claim 1, wherein when the measurement data exceeds the related threshold value, the control unit executes a control for lowering the rotation speed of the actuator.
鉛直方向に間隔を置いて配設された複数の環状横材と、
複数の前記環状横材の周方向に間隔を置いて配設されて各環状横材と接続される複数のU状の縦材と、を有した略半球状を呈し、複数の該環状横材と複数の該縦材が格子状に交差することにより複数の前記開口が形成されており、
前記スクリーンの回転方向に下端が傾斜した傾斜板材が、複数の前記環状横材に接続されており、該傾斜板材のうち、前記スクリーンの回転方向前側の端面には複数の切削ビットが取り付けられており、
前記スクリーンの平面視形状は円形であり、該スクリーンの平面視において、前記傾斜板材における前記回転方向前側の端面が該円形の接線方向から径方向外側に位置していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の浚渫装置。 The screen is
A plurality of annular cross members arranged at intervals in the vertical direction,
It exhibits a substantially hemispherical shape having a plurality of U-shaped vertical members arranged at intervals in the circumferential direction of the plurality of annular cross members and connected to each annular cross member, and the plurality of annular cross members. And the plurality of the vertical members intersect in a grid pattern to form the plurality of the openings.
An inclined plate material whose lower end is inclined in the rotation direction of the screen is connected to the plurality of annular cross members, and among the inclined plate materials, a plurality of cutting bits are attached to the end faces on the front side in the rotation direction of the screen. Ori,
The plan view shape of the screen is circular, and in the plan view of the screen, the end face on the front side in the rotation direction of the inclined plate material is located radially outward from the tangential direction of the circle. The dredging device according to Item 1 or 2.
前記ポンプの作動により、前記スクリーンの有する前記開口を介して前記吸引管に浚渫土砂が取り込まれ、かつ前記給水口を介して前記吸引管に清水が取り込まれ、該清水と前記浚渫土砂がともに前記吸引管を介して前記ポンプに吸引され、前記輸送管を介して輸送されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の浚渫装置。 The dredging attachment is further provided with a water supply port in the middle of the suction pipe.
By the operation of the pump, the dredged earth and sand are taken into the suction pipe through the opening of the screen, and the fresh water is taken into the suction pipe through the water supply port, and both the fresh water and the dredged earth and sand are said to be said. The dredging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the dredging device is sucked into the pump via a suction pipe and transported through the transport pipe.
前記給水口を介して前記吸引管に供給された清水が、前記外管と前記内管の間の外側流路を流れ、前記内管の吸引口を回り込んで該内管の内部の内側流路に導入され、該内側流路に取り込まれる浚渫土砂とともに前記ポンプにより吸引されることを特徴とする、請求項4に記載の浚渫装置。 The suction pipe is a double pipe having an outer pipe and an inner pipe.
The fresh water supplied to the suction pipe through the water supply port flows through the outer flow path between the outer pipe and the inner pipe, goes around the suction port of the inner pipe, and flows inside the inner pipe. The dredging device according to claim 4, wherein the dredging earth and sand introduced into the road and taken into the inner flow path are sucked by the pump.
前記台船にて保持されて、湖底まで延設するシャフトと、
前記シャフトに対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の浚渫装置を構成する前記水中作業機と、を有し、
前記操作室に前記コントローラが配設され、前記水中作業機の旋回及び昇降と、前記アクチュエータの回転数の変更制御が実行されることを特徴とする、浚渫システム。 A pontoon with an operation room and
A shaft that is held by the pontoon and extends to the bottom of the lake,
The underwater working machine constituting the dredging device according to any one of claims 1 to 5, which is attached to the shaft so as to be rotatable and elevating.
A dredging system in which the controller is arranged in the operation chamber, and the turning and raising / lowering of the underwater working machine and the change control of the rotation speed of the actuator are executed.
前記浚渫用アタッチメントは、
ポンプと、
前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有しており、
前記吸引管と前記輸送管の少なくとも一方の閉塞を生じさせないように、前記アクチュエータの回転数を調整しながら浚渫することを特徴とする、浚渫方法。 It is a dredging method that uses an underwater work machine with a dredging attachment attached to the tip of the arm.
The dredging attachment is
With a pump
A suction pipe and a transport pipe communicating with the pump,
A screen that surrounds the suction port of the suction tube and has a plurality of openings and cutting bits.
It has an actuator that rotates the screen and
A dredging method comprising dredging while adjusting the rotation speed of the actuator so as not to cause obstruction of at least one of the suction pipe and the transport pipe.
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