JP3970008B2 - スラグ流における輸送土量測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプラインなどの管路を利用して浚渫土などの含水比(水分量/乾燥土砂量)の比較的小さい土砂を高圧空気で圧送する際に、管内を流れる土砂量を測定する輸送土量測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、浚渫土などの含水比の比較的小さい土砂を高圧空気で圧送する場合、管内の土砂がスラグ流、すなわち、土砂が管内に充満して流動する固液スラグ部分と、空気と土砂が上下方向に2層となって流動する空気スラグ部分とが交互に存在する流動状態となることが知られている。
【0003】
また、固液スラグ部分の土砂と、空気スラグ部分の土砂との流動が大きく異なることに起因する土砂の攪拌混合効果があることも知られており、この攪拌混合効果を利用して埋立地における地盤改良、及び養生期間の短縮などを目的とした管中固化処理工法が行われている。
【0004】
この方法は、管路の途中でスラグ流動中の土砂に固化材であるセメントスラリーなどを添加する方法であるが、固化材の添加量を均一にするため、通過土砂量を正確に把握する必要がある。
【0005】
この通過土砂量を測定するため、従来、管路中の単管の1つを測定管に転用し、該測定管と管路とをフレキシブル管で接続するとともに、測定管の外底部にロードセルを、一定間隔を隔てて2個設置して通過土砂量の荷重を測定する方法が知られていた。
【0006】
一方、図6乃至図8に示すように、管路3の吐出口付近に、所定の間隔L(m)をおいて2つの定点X,Yに設けた各圧力計6,7により計測される1つのプラグ単体Pの圧力波形での時間差(T2 −T0 )からプラグ単体の速度Fp(m/s)を求め、このプラグ単体の速度Fp(m/s)と、2つの定点X,Yのうちのいずれかをプラグ単体Pが通過する時間(T1 −T0 )とからプラグ単体長さLp=Fp(T1 −T0 )を求め、更に、プラグ単体長さLp(m)と、管路3内の断面積A(m2 )とから求められた任意の計測時間T(hr)におけるプラグ体積Vpの合計ΣVpにより、そのプラグ流量Qp(m3 /hr)を、Qp=ΣVp/Tで求める土砂プラグ流の流量計測方法が知られている(特開平6−109511号公報)。なお、図中、1は浚渫船、2は軟泥圧送船、4は渦巻ポンプ、5は空気圧縮機、8は記録・分析装置、10は埋立地を示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合は、測定管の両側に接続させたフレキシブル管が良好に機能せず、ロードセルを配置した測定管への固液スラグの流入時刻の特定が明確でなかった。また、固液スラグが上流側のロードセルの部分を通過する時に下流側のロードセルが持ち上がることがあるため、下流側のロードセルがマイナス信号を発生するなどの問題があった。また、測定管の底部へロードセルを設置する作業が煩雑であり、更に、管路とロードセルとの支持方法が難しいなどの問題があった。
【0008】
また、後者の場合は、プラグ単体Pの長さLpを求める際に、プラグ単体Pが1つの圧力計を通過する時間(T1 −T0 )を用いているが、実測上の圧力波形は、図9のような波形になるから、圧力波形からプラグ単体Pの通過時間を求めるのが非常に困難である。
【0009】
その理由は、圧力波形が、圧力計を既に通過して下流側に存在するプラグ単体Pの圧力降下分を含んだ形で指示されるため、図8に示されているように、ゼロ点から立ち上がり、一定時間経過後に、再びゼロ点に戻るという、所謂、矩形波にならないからである。
【0010】
従って、後者の場合は、1つのプラグ単体Pの長さLp(m)、強いては、任意の計測時間におけるプラグ流量Qp(m3 /hr)を正確に求めることが困難である。
【0011】
本発明は、係る問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、プラグ単体長さ、すなわち、固液スラグの長さを正確に測定し、以って、輸送土砂量を正確に測定することができるスラグ流における輸送土量測定方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【0013】
すなわち、請求項1に記載の発明に係るスラグ流における輸送土量測定方法は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定するスラグ流における輸送土量測定方法おいて、前記管路に沿って2つの圧力計を、上流側と下流側とに所定の間隔Lを隔てて設置すると共に、前記管路に設置された2つの圧力計の間に位置するように1つの加速度計を前記管路に設置し、そして、前記管路内を空気圧送される固液スラグの圧力波形を前記2つの圧力計により計測し、この2つの圧力計により計測された2つの圧力波形a,a’の時間差ΔTによって固液スラグの速度Fpを求め、更に、前記管路内を空気圧送される固液スラグの加速度波形bを前記加速度計により計測し、この加速度計により計測された加速度波形の振幅の大きい部分の時間tを求め、前記固液スラグの速度Fpと固液スラグの振幅の大きい部分の時間tとから固液スラグの長さLpを求めることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
(イ)第1の実施形態
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明するが、図1は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統の概略図、図2は土砂圧送管の圧力波形及び加速度波形を示す図である。
【0017】
図1は、例えば、図示しない浚渫船によって浚渫した土砂をパイプラインによって所定の埋立地(図示せず)に輸送する例を示しているが、この場合、管3内には、図示しないコンプレッサから供給される圧縮空気によって土砂dが管3内に充満して流動する固液スラグ部分Mと、空気Aと土砂d′が上下方向に2層となって流動する空気スラグ部分Nとが交互に存在する所謂スラグ流が形成されている。
【0018】
そこで、上記管3に、所定の間隔L(m)を隔てて圧力計6,7を2個設置すると共に、この2つの圧力計6,7の間に1つの加速度計11をマグネットなどを用いて設置し、これらの計測結果を制御装置12に伝送する一方、制御装置12の指令を伝送器13を経て図示しない固化材添加制御系に入力し、上記スラグ流内にセメントスラリーなどの固化材を添加するようになっている。
【0019】
ところで、固液スラグMの1つが圧力計6の箇所を通過すると、実線で示すような圧力波形a(図2参照)が表れるので、この圧力波形の各圧力計6,7における時間差ΔTから固液スラグM単体の速度Fp(m/s)は、制御装置11にて、Fp=L/ΔTで演算される。図2中、圧力計7における圧力波形a′は、一点鎖線で示している。
【0020】
更に、固液スラグM単体が加速度計11の箇所を通過すると、加速度波形b(図2参照)が表れ、その振動振幅が大きくなることから、振幅の大きな部分の時間t(s)と、上記固液スラグM単体の速度Fp(m/s)とから固液スラグM単体の長さLp(m)は、Lp=Fp×tで求められる。
【0021】
更に、パイプ3内の断面積をA(m2 )とすれば、固液スラグM単体の体積Vp(m3 )は、Vp=Lp×Aで求められる。
【0022】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間T(hr)について行い、固液スラグ体積Vpの合計ΣVpを求めることにより、固液スラグの流量Qs(m3 /hr)は、Qs=ΣVp/Tで求められる。
【0023】
上記のように、この発明によれば、加速度波形の振動時間t(s)から固液スラグM単体の通過時間が正確に分かるから、2つの圧力計のみを用いた従来のものより、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【0024】
なお、制御装置11の手前にFFTアナライザー14を設置することにより、圧力波形解析を効率的に行うことができる。
(ロ)第2の実施形態
図3は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図、図4は土砂圧送管の差圧波形を示す図である。
【0025】
この発明は、パイプラインを形成する管3に沿って4つの圧力計6,16,7,17を設けることに特徴がある。なお、第1の実施形態と同じ機器には同じ符号を付与して詳しい説明を省略する。
【0026】
すなわち、上記管3に沿って圧力計6,16,7,17を4個設置し、上流側の2個の圧力計6,16を1対として、その差圧(測定圧力の差)を計測する一方、下流側の2個の圧力計7,17を1対として、その差圧(測定圧力の差)を計測する。ここで、圧力計16及び7間の間隔をL(m)、圧力計6,16間及び圧力計7,17間の間隔を各々L′(m)とする。また、L>L′とする。
【0027】
このように、1対の圧力計の差圧を取ることにより、固液スラグMの圧力降下分がキャンセルされるので、実測差圧波形c,c′は、図4(a)及び(b)に示すような矩形波(又は鋸歯状波)に近い波形となる。
【0028】
この2つの差圧波形の時間差ΔTから固液スラグMの速度Fp(m/s)は、制御装置11にて、Fp=L/ΔTで算出される。
【0029】
更に、1つの差圧波形の立ち上がり時間tと、固液スラグMの速度Fpとが分かるので、固液スラグM単体の長さLp(m)は、Lp=Fp×tで求められる。
【0030】
更に、パイプ3内の断面積をA(m2 )とすれば、固液スラグM単体の体積Vp(m3 )は、Vp=Lp×Aで求められる。
【0031】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間T(hr)について行い、固液スラグ体積Vpの合計ΣVpを求めることにより、固液スラグの流量Qs(m3 /hr)は、Qs=ΣVp/Tで求められる。
【0032】
なお、図3中、18及び19は、差圧伝送器を示している。
【0033】
上記のように、本発明によれば、2つの圧力計を1組にして、その差圧を取ることにより、固液スラグの通過を矩形波、あるいは鋸歯状波として表わせるため、2つの圧力計を用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
(ハ)第3の実施形態
図5は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【0034】
この発明は、パイプラインを形成する管3に2つの加速度計11,21を設けることに特徴がある。なお、第1の実施形態と同じ機器には同じ符号を付与して詳しい説明を省略する。
【0035】
すなわち、2つの加速度計11,21は、管3に沿って所定の間隔L(m)隔てて設置されている。固液スラグM単体が各加速度計11,21の箇所を通過すると、各々加速度波形bが表れるので、この加速度波形の各加速度計11,21における時間差ΔTから固液スラグM単体の速度Fp(m/s)は、制御装置11にて、Fp=L/ΔTで演算される。
【0036】
更に、固液スラグM単体が何れか一方の加速度計11(21)の箇所を通過する時の振動検知時間t(s)と、上記固液スラグM単体の速度Fp(m/s)とから固液スラグM単体の長さLp(m)は、Lp=Fp×tで求められる。
【0037】
更に、パイプ3内の断面積をA(m2 )とすれば、固液スラグM単体の体積Vp(m3 )は、Vp=Lp×Aで求められる。
【0038】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間T(hr)について行い、固液スラグ体積Vpの合計ΣVpを求めることにより、固液スラグの流量Qs(m3 /hr)は、Qs=ΣVp/Tで求められる。
【0039】
上記のように、この発明によれば、2つの加速度計を用いることにより、2つの圧力計を用いる従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【0040】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って2つの圧力計を、所定の間隔Lを隔てて設置すると共に、各圧力計により計測される圧力波形の時間差ΔTから固液スラグの速度Fpを求め、この固液スラグの速度Fpと、前記管路に設置した加速度計から得られる加速度波形の振動時間tとから固液スラグの長さLpを求めることを特徴としている。すなわち、本発明は、加速度波形の振動時間tから、固液スラグ単体の通過時間が正確に分かるから、2つの圧力計のみを用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【0041】
また、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って4つの圧力計を設置すると共に、上流側の2つの圧力計の差圧と、下流側の2つの圧力計の差圧との時間差ΔTから固液スラグの速度Fpを求め、この固液スラグの速度Fpと、いずれか1つの差圧波形の立ち上がり時間tとから固液スラグの長さLpを求めることを特徴としている。すなわち、本発明は、2つの圧力計を1組にして、その差圧を取ることにより、固液スラグの通過を矩形波、あるいは鋸歯状波として表わせるため、2つの圧力計を用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【0042】
また、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って2つの加速度計を、所定の間隔Lを隔てて設置すると共に、各加速度計により計測される加速度波形の時間差ΔTから固液スラグの速度Fpを求め、この固液スラグの速度Fpと、前記管路に設置した加速度計から得られる加速度波形の振動時間tとから固液スラグの長さLpを求めることを特徴としている。すなわち、2つの加速度計を用いることにより、2つの圧力計を用いる従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統の概略図である。
【図2】図2は土砂圧送管の圧力波形及び加速度波形を示す図である。
【図3】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【図4】(a)第1,第2の圧力計の差圧波形を示す図、(b)第3,第4の圧力計の差圧波形を示す図である。
【図5】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【図6】従来の圧送管土砂量測定系統の概略図である。
【図7】プラグの各時間ごとの移動を示す説明図である。
【図8】圧力と時間との関係線図である。
【図9】圧力と時間との関係線図である。
【符号の説明】
3 管路
6,7 圧力計
11 加速度計
d 土砂
M 固液スラグ
Claims (1)
- パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定するスラグ流における輸送土量測定方法おいて、前記管路に沿って2つの圧力計を、上流側と下流側とに所定の間隔Lを隔てて設置すると共に、前記管路に設置された2つの圧力計の間に位置するように1つの加速度計を前記管路に設置し、そして、前記管路内を空気圧送される固液スラグの圧力波形を前記2つの圧力計により計測し、この2つの圧力計により計測された2つの圧力波形a,a’の時間差ΔTによって固液スラグの速度Fpを求め、更に、前記管路内を空気圧送される固液スラグの加速度波形bを前記加速度計により計測し、この加速度計により計測された加速度波形の振幅の大きい部分の時間tを求め、前記固液スラグの速度Fpと固液スラグの振幅の大きい部分の時間tとから固液スラグの長さLpを求めることを特徴とするスラグ流における輸送土量測定方法。
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JP2001374368A JP3970008B2 (ja) | 2001-12-07 | 2001-12-07 | スラグ流における輸送土量測定方法 |
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CN102426040A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-04-25 | 辽宁省水土保持研究所 | 一种沟壑水土流失实时监测装置 |
CN102426040B (zh) * | 2011-11-01 | 2012-10-03 | 辽宁省水土保持研究所 | 一种沟壑水土流失实时监测装置 |
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