JP4322679B2 - 浚渫用の吸込みマニホルド - Google Patents

Description

本発明は、水マガジン（water magazine）などの中で海底を浚渫するための浚渫機に関する。より具体的には、本発明は、２個の入口又は２組の入口を含み、第一の入口又は入口の組が、浚渫機の最下部又はその近くに設けられ、海底から沈積物をいくらかの水とともに吸い込むように適合されており、第二の入口又は入口の組が、第一の入口又は入口の組から垂直に離間したところに設けられ、水だけを吸い込むように適合されている種類の浚渫機に関する。

背景
多くの状況で、海底の区域から沈積物を除去することが望ましい。それは、港、航路又は汚染した沈積物の区域であるかもしれない。沈積物を水中の他の場所に堆積することが望ましいこともあるし、沈積物を陸上に堆積したり、精製したのち堆積したりすることがより好都合であるかもしれない。

さらに、主に、河川が多量の沈積物を含む国には水マガジンがあるが、水マガジンはやがて、貯水能力が足りなくなる程度にまで沈積物で埋まる。さらには、沈積物を含む水が発電所に流れ込むならば、沈積物が、安定性に影響し、水門／関門などを閉塞し、望ましくないタービンの摩耗を招くおそれもある。沈積物は、大きな岩石などから非常に微細な粒子の沈泥及び粘土までの形態を有することができる。

吸込みマニホルドによって浚渫するとき、マニホルドが第一の既定場所で海底の沈積物と接する状態に配置され、沈積物を吸い込むと、底にクレータが形成される。実際の場所で沈積物がどれくらい緩いか圧密であるかにいくらか依存するが、クレータの周囲の沈積物は、クレータがより深くなり、その壁がより急峻になるにつれ、最終的にクレータに落ち込み始める。ときには、多量の沈積物が何の前ぶれもなくクレータに落ち込み、その結果、吸込みマニホルドが塞がったり詰まったりすることがある。

サックスヘッドと呼ばれるある特定の種類の吸込みマニホルドが浚渫に提案されている。サックスヘッドは、２個の入口又は２組の入口を備え、第一の入口又は入口の組が、マニホルドの最下部又はその近くに設けられ、底から沈積物をいくらかの量の水とともに吸い込むように適合されており、第二の入口又は入口の組が、前記第一の入口又は入口の組の上方に垂直に離間したところに設けられ、水だけを吸い込むように適合されている吸込みマニホルドの最初の公知の例である。この吸込みマニホルドは、かなりの程度まで、吸い込まれる沈積物の濃度に対して自己調節性であり、したがって、かなりの程度まで、放置しても塞がったりその効率が落ちたりする危険性が低いという利点を有する。他方、比較的嵩張り、マニホルドの屈曲部を通過させながら沈積物を運ばなければならず、大きな粒子が詰まるかもしれないという欠点を抱えている。加えて、スポット浚渫には特に適してはいない。

ある特定の問題は、海底の状態が大きく異なり、一般に、緩い沈積物で十分に働く吸込みマニホルドがより圧密な沈積物ではそれほどうまく働かないということである。したがって、海底の状態に合わせて吸込み性を調節する能力は限られ、従来のマニホルドの場合よりもサックスヘッドの場合にかなり良好である。このマニホルドの利点は以下のように要約することができる。マニホルド及びホース／チューブ中の沈積物が高濃度である場合には、マニホルド内の速度は低下し、ひいてはその吸込み力も低下する。したがって、次の期間には、比較的少量の沈積物及び比較的多量の水が吸い込まれる。それにより、マニホルド及びチューブ中の沈積物の濃度は低下し、速度は増大し、吸込み力は再び増大する。これに関する「吸込み力」とは、マニホルドの沈積物入口に存在する相対的な負圧をいう。

表面に硬い地殻がある場合、サックスヘッドは、それを貫通し、より吸い込みやすい、より緩い沈積物にアクセスするのに十分には適さない。

デンマーク国特許出願第１２００７０号は、２個の入口を備えたマニホルドを含む、水中の沈積物を浚渫するための吸込み装置を記載している。まっすぐなインナチューブが、加圧下で表面から水が注入される２個の開口をその上端に有する実質的に閉じたケーシングによって包囲されている。ケーシングの下端の近くには、インナチューブに通じる開口があり、インナチューブの長さは伸縮調節自在である。動作中、マニホルドは、供給される過度な水圧の使用により、沈積物に押し込まれ、沈積物の、マニホルドに近い部分を流動化したのち、沈積物をいくらかの量の水とともに吸い込み／汲み上げる。この装置の欠点は、詰まるおそれがあり、メンテナンスを要する可動部品と、加圧下で水を供給するためのシステムとを含むということである。

目的
したがって、本発明の目的は、吸い込まれる沈積物の濃度に対して大きく自己調節性であり、チューブを閉塞する危険なく大きな粒子、たとえば大きな直径の岩石をも扱うことができる浚渫用の吸込みマニホルドを提供することである。

さらなる目的は、比較的コンパクトであり、遠隔操作車両（ＲＯＶ）によって制御しやすい、前記性質を備えた吸込みマニホルドを提供することである。

なおもさらなる目的は、海底の、一般的に圧密な上層を貫通して、その下にある、より緩い沈積物層からの浚渫を実施することができるようにする、上で定めた吸込みマニホルドを提供することである。

本発明
前述の目的は、請求項１によって定められる特徴を有する、最初に記載したタイプの吸込みマニホルドによって達成される。

本発明の好ましい実施態様は従属項によって開示される。

公知のサックスヘッドとの違いは、本発明の吸込みマニホルドが、比較的圧密な沈積物層を貫通することができることである。同時に、大きく自己調節性であり、比較的多量の沈積物が吸い込まれる期間ののち比較的少量の沈積物が吸い込まれる期間が続き、結果として、正常レベルの前後で変動する沈積物濃度がチューブ３内に得られるという、サックスヘッドと共通の好ましい性質をも示す。

その比較的コンパクトな設計のおかげで、本発明の吸込みヘッドは、ＲＯＶによって操作し、制御することができ、そのため、高い精度で制御し、位置決めすることが簡単である。これは、一部のタイプの浚渫状況にとって非常に重要であり、他の状況では、精密制御の必要はないかもしれない。したがって、本発明の吸込みマニホルドは、サックスヘッドよりも全般的に優れているわけではないが、浚渫作業にとって精度及び操作性が決定的な要因である状況では、より優れている。一例は、沈積物によって覆われている特定の物体又は区域、たとえば水門口、パイプ又はダム施設もしくは海面下の他の施設に関連して使用される他の設備を露出させるために実施される浚渫である。

本発明の吸込みマニホルドの詳細な設計は異なることができるが、吸込みマニホルドは、実質的にまっすぐであり、吸込みパイプ又は吸込みホースに接続されたとき、そのパイプ又はホースの主にまっすぐな軸方向延長部を構成することが好ましい。

さらには、インナチューブを包囲し、インナチューブの周囲に空隙を限定するケーシングが、その外形が実質的に円柱面になるような簡単かつ規則的な形状を有するということが好都合である。ケーシングをチューブに対して固定位置に保持する内部離間要素又は支持要素は、多くの異なる方法で設計することができる。同じことは、たとえばねじ、ボルト、リベット、接着手段、溶接、ロウ付け又は他の手段を含むことができる、ケーシングをチューブに取り付けるための手段に関しても言える。本発明は、ケーシングのためのこのような固着手段又は離間手段を設ける特定の方法に限定されない。

実際に、「インナ」チューブに沿って部分的に設けられ、したがってインナチューブを上入口から下入口までの全区域で包囲するわけではない特定のチューブなどによってケーシングの一部を交換することも可能である。このような解決方法は、本発明の好ましい実施態様と同じ流体力学原理に基づく限り、本明細書に記載される解決方法と等価である。

ケーシングは、その下端で、たとえば、インナチューブの断面のサイズに近く、おそらくは、圧密な沈積物層を破砕するのに適した壁又は歯で補強されている及び／又は壁又は歯を設けられている断面へと先細りすることにより、簡単な円柱形をわずかにずらすこともできる。さらには、ケーシングの下縁には、海底を貫通することが困難である場合に高圧フラッシングを可能にするよう、加圧下の水を供給するための手段に接続されたノズルを含む環状のフランジを設けてもよい。

図１は、環状空隙５の内側境界及び外側境界を画定するインナチューブ３及びアウタケーシング４を含む本発明の吸込みマニホルドを示す。吸込みマニホルドの下部には、チューブ３に通じる、チューブ３と同じ又はほぼ同じ断面を有する開口１が設けられている。ケーシング４の上端には、空隙５に通じる少なくとも１個の開口２が設けられている。ケーシングの垂直方向の延びを適切な使用又は用途に合わせることにより、開口２が常に水だけを吸い込み、開口１が沈積物をいくらかの量の水とともに吸い込むことを保証することができる。マニホルドの上端で、チューブ３は吸込みホース６に接続され、この吸込みホースを介して沈積物がさらなる処理又はどこか他の場所に堆積するために運ばれる。

図１ｂは、図１ａのＩ−Ｉ線から見た吸込みマニホルドの断面図である。図示する実施態様の場合、空隙５に通じる４個の入口２がある。図示する実施態様は、ケーシング４をチューブ３に取り付け、開口２を画定する８個の取り付け部材８を含む。取り付け部材８は、垂直方向の延びが限られていてもよいし、空隙５が対応する数の別個のチャンバに分割されるよう、ケースの延びと完全又は実質的に一致する延びを有してもよい。また、支持部材を、ケーシングの最上端に設けるのではなく、ずっと下の方に設けることが代替方法である。また、場合によっては、４よりも多い又は少ない支持部材を使用する。

通常、空隙５ならびに上入口２及び下入口１の断面積は、吸込み力と、上入口２に入る水の量との関係によって決まり、その関係を決定するように設計される。

図２ａ及び２ｂは、本発明の吸込みマニホルドの代替態様を示す。違いは大したものではなく、ケーシング４とチューブ３との間の上寄り区域が、空隙５に通じる開口２を制限する「ふた」７によって部分的に閉じられることにある。また、開口２のサイズを使用面積に応じて作動中でさえも変えることができ、遠隔制御されるように設けられている弁（図示せず）を備えたふたを利用することが代替方法である。あるいはまた、弁は、負圧が十分に大きくなったときに開く「安全弁」として設計されていてもよい。

図３は、本発明の吸込みマニホルドの、場合によって用いられるさらなる詳細を示す。この場合、ケーシング４の下縁には、特に硬い沈積物層を貫通するのに適した特別な縁９が設けられている。均一な縁の代わりに、摩耗したとき１個ずつ又はすべてをセットとして交換可能である歯を使用することもできる。

また、そのような縁又はそのような歯に代えて又はそれに加えて、特に硬い又は圧密な沈積物層を緩めるため、吸込みマニホルドの同じ区域に、図４ａ及び４ｂに示すような、沈積物の高圧フラッシングのためのノズル１１を設けることもできる。ノズルは、開口１の周囲の環状フランジ１０に設けることができ、作動中の水噴射が、図４ａの矢印によって示すようにチューブ３に対して軸方向に向けられるような方法で設けることができる。

図４ｂは、任意の数のノズル１１が、開口１を包囲する環状フランジ１０の周囲に分布している、図４ａの吸込みマニホルドを端面図で示す。図４ａ及び４ｂの構造は、加圧下の水を供給するための手段を吸込みマニホルドに又はその近くに含むため、他に示した実施態様よりも一般にいくらか複雑である。

本発明の装置の利点は、とりわけ、そのもっとも簡単な形態で、可動部品を何ら含まず、簡単な流体力学的原理のみによって作用するということである。また、目的によっては、圧密な沈積物塊を破砕するために加圧下の水又は機械的装置を使用することが有利であるとしても、加圧された水の供給を要しない。

作動モードにおける本発明の実施態様の長手方向断面図である。 図１のマニホルドをII−II線から見た拡大断面図である。 本発明のマニホルドの異なる実施態様の長手方向断面図である。 図２ａのマニホルドをII−II線から見た拡大断面図である。 本発明のさらに別の実施態様の長手方向断面図である。 本発明のさらに別の実施態様の長手方向断面図である。 図４ａの実施態様の端面図である。

Claims (7)

1. 浚渫用の吸込みマニホルドであって、それぞれ少なくとも１個の開口を有する下入口（１）と上入口（２）とを含み、下入口（１）が、吸込みマニホルドの下端に又はその近くに設けられ、底から沈積物をいくらかの量の水とともに吸い込むように適合されており、上入口（２）が、下入口（１）の上方に垂直に離間したところに設けられ、水だけを吸い込むように適合されており、水及び沈積物を運ぶように適合されたインナチューブ（３）を含み、その上端が、ほぼ同じ直径の吸込みホースに接続されるように適合されており、その下部が、ケーシング（４）によって包囲されて、前記インナチューブ（３）の下部と前記包囲するケーシング（４）との間に実質的に環状の空隙（５）が画定され、
   空隙（５）が、上入口（２）及び下入口（１）の両方を介して周囲の水に対して開口しており、
   ケーシング（４）の下端が、インナチューブ（３）の下端よりも下側にまで伸びて、インナチューブ（３）の断面サイズに近いサイズまで先細りになっていることを特徴とする吸込みマニホルド。
2. 実質的にまっすぐである、請求項１記載の吸込みマニホルド。
3. 包囲するケーシング（４）が実質的に円柱形である、請求項１記載の吸込みマニホルド。
4. 吸込みマニホルドの下入口（１）に高圧外部フラッシングのための手段（１０、１１）を含む、請求項１記載の吸込みマニホルド。
5. 圧密な沈積物を貫通するための歯をその下端に備えた縁（９）を含む、請求項１記載の吸込みマニホルド。
6. 上入口（２）が調節自在弁を設けられている、請求項１記載の吸込みマニホルド。
7. 上入口（２）が、負圧が所定レベルに達したときに開くように配置されている常閉弁を設けられている、請求項１記載の吸込みマニホルド。

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