JP4680801B2 - フロキュレータ用回転軸及びフロキュレータ用回転軸連結体 - Google Patents

Description

本発明は、フロキュレータ用回転軸及びフロキュレータ用回転軸連結体に関する。

浄水処理設備等では、河川水等の原水に凝集剤を加え濁質を凝集させてフロックを形成し、このフロックを含む原水をフロキュレータと呼ばれる緩速撹拌機で緩速撹拌することで当該フロックを成長させて粗大フロックとし、この粗大フロックを原水から沈降分離等により分離することで原水の浄化を図っている。

此処で、上記フロキュレータとしては、フロックを成長させる凝集槽内に、多数の撹拌羽根を備える回転軸を横向きで配置し、この回転軸を水中軸受により支持した状態で回転させることにより、撹拌羽根によって原水を緩速撹拌する構成のものが多用されている。

このようなフロキュレータとして、例えば非特許文献１に開示されたものがある。このフロキュレータでは、回転軸として鋼管等による中空軸を使用し、軸にフロートを取付けるなどして、可能な限り軸受にかかる荷重を少なくすることで、軸受の磨耗を低減しようとしている。なお、軸受としては、上部軸受と下部軸受とに分割された二つ割軸受を使用する旨が非特許文献１には記載されている。
「水道施設設計指針２０００」、日本水道協会、p.574-575

しかしながら、上記したフロキュレータでは、浮力により軸受にかかる荷重を軽減はしているものの、未だ回転軸は水中に沈むものであった。従って、下部軸受に荷重が集中して磨耗してしまうため、下部軸受を定期的に交換する必要があったが、下部軸受の交換には、上部軸受を取外した上で回転軸を持ち上げないといけなかったため、メンテナンス作業が面倒であった。また、回転軸に設けられた気密テスト用の開口部は、単にプラグによりシールテープ等を介して塞がれているだけであったので、振動等により緩みが生じて、回転軸内に処理水が浸入するおそれがあった。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、メンテナンス作業の容易化を図ると共に、気密性を高めることが可能なフロキュレータ用回転軸及びフロキュレータ用回転軸連結体を提供することを目的とする。

本発明に係るフロキュレータ用回転軸は、水中にて軸受により回転可能に支持されるフロキュレータ用の回転軸であって、当該回転軸は中空部を有し、浮力により軸受の上部に荷重がかかるように構成されており、中空部には気密テスト用の開口部と開口部を塞ぐプラグとが設けられており、更に開口部とプラグとの締結部周りを密閉する密閉蓋が設けられていることを特徴とする。

このフロキュレータ用回転軸によれば、水上に浮かぶように、すなわち浮力により軸受の上部に荷重がかかるように構成されているため、上部軸受に荷重が集中して磨耗してしまうが、上部軸受の交換には、上部軸受を取外すだけでよく、下部軸受を交換するときのように回転軸を持ち上げる必要がないため、メンテナンス作業の容易化が図られる。また、運転中に回転軸が軸受から外れても浮力により底部に沈まないため、修理作業が容易であり、この点からもメンテナンス作業が容易になる。また、気密テスト用の開口部とプラグとの締結部周りを密閉する密閉蓋が設けられているため、気密性を高めることが可能となる。

開口部とプラグとの締結部周りと密閉蓋との間の空間には充填材が充填されていると好ましい。このようにすれば、気密性をより高めることができる。

フロキュレータ用回転軸は、浮力調整用の調整ウェイトを備えると好ましい。このようにすれば、上部軸受にかかる荷重を微調整することができる。

フロキュレータ用回転軸連結体は、同軸的に複数連設される上記したフロキュレータ用回転軸と、隣接するフロキュレータ用回転軸同士を連結するリンク機構と、リンク機構に対するカウンタウェイトと、を備えると好ましい。このようにすれば、地震等による回転軸連結体の破損を防止することができる。また、カウンタウェイトによりリンク機構に対して重量バランスを保つことで、回転軸連結体の回転に必要な電力値の安定化を図ることができる。

本発明のフロキュレータ用回転軸及びフロキュレータ用回転軸連結体によれば、メンテナンス作業の容易化を図ると共に、気密性を高めることが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係るフロキュレータを示す平面図、図２は、図１に示すフロキュレータの要部側面図、図３は、図１に示すフロキュレータの要部平面図、図４は、フロキュレータ用回転軸同士のリンク機構を示す正面図、図５は、リンク機構の球面軸受による連結部分を抽出して示す一部破断側面図であり、図６は、フロキュレータ用回転軸が水中軸受により支持されている様子を示す側断面図であり、図７は、水中軸受の構成を示す側断面図であり、図８は、フロキュレータ用回転軸の断面図である。このフロキュレータ１は、例えば、浄水処理設備の凝集槽２に採用される。

フロキュレータ１は、図１及び図２に示すように、凝集槽２内に横向きに配置される回転軸連結体Ａと、回転軸連結体Ａに装備される多数の撹拌羽根３と、を備えている。回転軸連結体Ａは、水平に同軸的に配列される複数のフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２を有し、撹拌羽根３は各フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２に装備されている。

これらのフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２には、軸線Ｘを中心として例えば十字等の形状で放射状に延在する支持部材５が固着され、この支持部材５の放射状部分に、軸線Ｘ方向に平行に延在する上記撹拌羽根３が多数取り付けられている。

これらのフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２同士は、後述のエキスパンション部７においてリンク機構８を介して連結され、フロキュレータ用回転軸Ａ１の一方端側は、その端部が所定の軸封手段を介して凝集槽２外に延出し、減速機１１を介して駆動源１３に連結されている。なお、減速機１１は直交軸型の減速機を採用することで、回転軸連結体Ａの軸線Ｘ方向について小型化が図られている。

凝集槽２は、その躯体が、エキスパンション部７により分割される分割構造とされている。このエキスパンション部７は、地震発生の際に、当該エキスパンション部７を境として凝集槽２をずらせ、地震による歪みを吸収して凝集槽２全体の破壊を防止するというものである。そして、このエキスパンション部７の直上に、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の対面する端部同士が位置し、これらフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２同士を連結するリンク機構８が配設されている。

このリンク機構８は、図１〜図５に示すように、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２同士の各々に連結される腕部材８ａ，８ｂと、これらの腕部材８ａ，８ｂ同士を連結する連結部材８ｃと、連結部材８ｃと腕部材８ａ，８ｂとの連結部分に各々介在する球面軸受８ｄと、を備えている。

具体的には、腕部材８ａ，８ｂは、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の半径方向に各々延出する形状で、その基端部がフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２に各々固定されている。これらの腕部材８ａ，８ｂ同士は、図２、図３及び図４に示すように、回転方向に互いに異なる位相に位置する（軸線方向から見て重ならない）ように各々装着されている。

これらの腕部材８ａ，８ｂの末端部には、円柱形状のピン８ｅ，８ｅがフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の軸線Ｘと略平行を成すようにして各々固定され、これらの腕部材８ａ，８ｂのピン８ｅ，８ｅと連結部材８ｃの各端部とが各球面軸受８ｄ，８ｄを介して連結される構成とされている。これにより、軸線Ｘ方向に直交する方向にフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２がずれても、当該ずれがリンク機構８により許容されて良好に回転軸連結体Ａが回転する。また、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の軸線Ｘ方向のずれや、これらフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の軸線Ｘ方向と軸線Ｘ方向に直交する方向との合成方向のずれも、リンク機構８により許容され、さらには、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の軸線Ｘ方向に対する傾き方向（軸線Ｘに対する全方位の傾き）のずれや、これらの方向の合成方向のずれもリンク機構８により許容される。

上記した構成のリンク機構８に対して、図２及び図４に示すように、カウンタウェイト１５が設けられている。このカウンタウェイト１５は、基端部がフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の各々に連結される腕部材９ａ，９ｂと、この腕部材９ａ，９ｂの末端部に固定される錘９ｃとを有している。腕部材９ａ，９ｂは、側面視において、基端部を挟んで腕部材８ａ，８ｂと対称になるように、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の半径方向に各々延出されている。

フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２は、図２及び図６に示すように、凝集槽２内の底部に立設される支持台６上で、両端部が水中軸受４，４に回転可能に支持されている。

水中軸受４は、いわゆる二つ割軸受であって、図７に示すように、上半部分４ａと下半部分４ｂとから成り、両者を図示しないボルトによって結合するようになっている。この水中軸受４は、内部に配設された薄肉のパイプ状のオイルレスメタル１７を有し、該オイルレスメタル１７によってフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２が包囲され、両者間に摺動面が形成される。

オイルレスメタル１７の内周面には、円周方向の３箇所に軸方向溝１７ａが、また、該軸方向溝１７ａと垂直の方向に横方向溝１７ｂが形成される。そして、オイルレスメタル１７の両端にはオイルシール１９が配設され、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２とオイルレスメタル１７との間を凝集槽２から密封し、処理水中のフロック等がフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２とオイルレスメタル１７との間に進入するのを防止している。

また、オイルシール１９が水中軸受４から外れないように、水中軸受４の両端におけるオイルシール１９の外側に環状のオイルシール押さえ２１が配設されている。オイルシール押さえ２１は、ボルト２３によって水中軸受４に固定されている。さらに、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２の回転に伴ってオイルレスメタル１７が回転することがないように、回り止めピン２５が配設されている。回り止めピン２５は、水中軸受４を貫通して先端をオイルレスメタル１７内に臨ませて配設されている。

回り止めピン２５は中心に注水路２７が形成された筒状体から成り、筒状体の頭部に拡径部２７ａが形成されている。また、注水路２７の拡径部２７ａに対応する部分には収容室が形成され、該収容室にろ材としてのセラミックフィルタ２９が配設されている。セラミックフィルタ２９は凝集槽２内の処理水をろ過し、注水路２７を介して清澄水をフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２とオイルレスメタル１７との間に注水する。この場合、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２とオイルレスメタル１７との間は、常時清澄水が充満させられた状態になり、水潤滑が行われる。したがって、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２を水中軸受４に対して円滑に回転させることができるので、駆動源１３が過負荷になることがなくなる。

ここで、上記した構成の水中軸受４により回転可能に支持される回転軸連結体Ａは、浮力により水中軸受４の上部に荷重がかかるように構成されている。すなわち、各フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２は、ステンレス鋼等からなる筒状体から構成され、図８に示すように、内部に中空部３０を有している。この筒状体の周壁３２は、必要な強度を維持できる範囲で可能な限り薄厚に形成されている。これにより、十分な浮力を生じさせて、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２、リンク機構８、及びカウンタウェイト１５を含む回転軸連結体Ａ全体として、浮力が自重よりも大きくなるように構成されている。

浮力により１個当たりの上部軸受４ａにかかる荷重は、１４７０〜１９６０Ｎ（１５０〜２００ｋｇｆ）であると好ましい。ここで、水中軸受４自体にかかる荷重をゼロにするように回転軸連結体Ａの比重調整をするのが理想的であるが、このように比重調整したのでは、誤差等により荷重が下部軸受４ｂにかかってしまうおそれが高い。従って、上部軸受４ａに上記した程度の荷重を敢えてかけることで、下部軸受４ｂに荷重がかからないようにしている。なお、図１に示すように、浮力調整用の調整ウェイト３６を設けて、回転軸連結体Ａに働く浮力を微調整してもよい。このとき、複数の調整ウェイト３６をフロキュレータ用回転軸Ａ１の両端で水中軸受４に近い位置に均等に配置すると、調整ウェイト３６の設置に伴う回転軸連結体Ａの曲げモーメントの増加を抑えることができる。

このような構成のフロキュレータ１によれば、通常運転時には、駆動源１３によるフロキュレータ用回転軸Ａ１の回転が、リンク機構８を介して隣接するフロキュレータ用回転軸Ａ２に伝達される。これより、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２が一体的に回転し、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２と共に回転する撹拌羽根３により、凝集槽２内の凝集剤が加えられた処理水が緩速撹拌されて、フロックの粗大化が図られる。

このとき、回転軸連結体Ａは浮力により上部軸受４ａに荷重がかかるように構成されているため、上部軸受４ａに荷重が集中して磨耗してしまうが、上部軸受４ａの交換には、上部軸受４ａを取外すだけでよく、下部軸受４ｂを交換するときのように回転軸連結体Ａを持ち上げる必要がないため、メンテナンス作業の容易化が図られる。また、運転中に回転軸連結体Ａが水中軸受４から外れても浮力により底部に沈まないため、修理作業が容易であり、この点からもメンテナンス作業が容易になる。

また、回転軸連結体Ａの各回転軸Ａ１，Ａ２は、中空部３０を有する。この中空部３０には、図９に示すように、気密テスト用の開口部４０と、開口部４０を塞ぐプラグ４２とが設けられている。この開口部４０に図示しない圧力計を接続し、中空部３０内にエアを流し込んで圧力の変化の有無を検知することで、溶接欠陥などによるクラック等による回転軸Ａ１，Ａ２の気密性の破れを検知することができる。これら開口部４０及びプラグ４２は、各回転軸Ａ１，Ａ２の両端において、同じ回転角度位置に設けられている。開口部４０は、内面にプラグ４２の雄ネジと噛合する雌ネジが刻設された筒部材４４を含み、この筒部材４４が回転軸Ａ１，Ａ２の外面に溶接固定されている。筒部材４４の上端は順に拡径されて第１及び第２の段差部４４ａ，４４ｂが設けられており、第１の段差部４４ａのところでシールテープを介してプラグ４２が締結されている。また第２の段差部４４ｂのところで、開口部４０とプラグ４２との締結部周りを密閉するように、密閉蓋４６が設けられている。この密閉蓋４６は、筒部材４４に対して全周溶接されている。そして、開口部４０とプラグ４２との締結部周りと密閉蓋４６との間の空間には、樹脂などの充填材３４が充填されている。このように、開口部４０とプラグ４２との締結部周りを密閉蓋４６により覆い、更にこの締結部周りと密閉蓋４６との間の空間に充填材を充填することで、回転軸Ａ１，Ａ２の気密性が高められている。また、回転軸連結体Ａは中空部３０を有するため軽量である。このため、各フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２をそれぞれ長尺にすることができ、水中軸受４の数を減らすことができる。また、回転軸連結体Ａは浮力調整用の調整ウェイト３６を備えるため、上部軸受４ａにかかる荷重を微調整することができる。

また、回転軸連結体Ａは複数のフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２に分けられており、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２同士は上記したリンク機構８により連結されている。このため、リンク機構８によりあらゆる方向のフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２のずれが許容されることから、地震等によるフロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２、リンク機構８の破損を防止することができる。また、カウンタウェイト１５によりリンク機構８に対して重量バランスを保つことができるため、回転軸連結体Ａの回転に必要な電力値の安定化を図ることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、開口部４０は、内面に雌ネジが刻設された筒部材４４を含み、筒部材４４の上端は順に拡径されて第１及び第２の段差部４４ａ，４４ｂが設けられており、第１の段差部４４ａのところでシールテープを介してプラグ４２が締結される一方、第２の段差部４４ｂのところで、密閉蓋４６が設けられていた。これに限られず、図１０に示すように、開口部４０は、内面に雌ネジが刻設された段差部を有さない筒部材４４を含み、この筒部材４４にシールテープを介してプラグ４２を締結する一方、この筒部材４４の全体の周りを有底箱状の密閉蓋４６により被覆し、回転軸Ａ１，Ａ２の外面に溶接固定してもよい。そして、密閉蓋４６内に充填材を充填してもよい。このようにしても、回転軸Ａ１，Ａ２の気密性を高めることができる。

また、上記実施形態では、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２を連結して回転軸連結体Ａを構成したが、フロキュレータ用回転軸Ａ１（又はＡ２）による一連長で回転軸を構成してもよい。この場合でも、フロキュレータ用回転軸Ａ１（又はＡ２）は、浮力が自重よりも大きくなるように構成されて、水中軸受４の上部に荷重がかかるように構成されているため、メンテナンス作業の容易化が図られる。

また、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２はそれぞれ長尺とすることができるが、材料の調達又は運搬等で制約がある場合には、フロキュレータ用回転軸Ａ１，Ａ２を更に複数分割してフランジ接続等により接続してもよい。

また、上記実施形態においては、腕部材８ａ，８ｂと連結部材８ｃを球面軸受８ｄ，８ｄを介して連結しているが、球面軸受８ｄに代えて自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いても良い。また、リンク機構８の構成も上記実施形態の構成に限定されるものではない。

本実施形態に係るフロキュレータを示す平面図である。 図１に示すフロキュレータの要部側面図である。 図１に示すフロキュレータの要部平面図である。 フロキュレータ用回転軸同士のリンク機構を示す正面図である。 リンク機構の球面軸受による連結部分を抽出して示す一部破断側面図である。 フロキュレータ用回転軸が水中軸受により支持されている様子を示す側断面図である。 水中軸受の構成を示す側断面図である。 フロキュレータ用回転軸の断面図である。 フロキュレータ用回転軸の開口部とプラグとの締結部周りを密閉蓋で覆う一例を示す断面図である。 フロキュレータ用回転軸の開口部とプラグとの締結部周りを密閉蓋で覆う他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…フロキュレータ、２…凝集槽、４…水中軸受、４ａ…上部軸受、４ｂ…下部軸受、８…リンク機構、１５…カウンタウェイト、３０…中空部、３４…充填材、３６…調整ウェイト、４０…開口部、４２…プラグ、４４…筒部材、４６…密閉蓋、Ａ…回転軸連結体、Ａ１，Ａ２…フロキュレータ用回転軸。

Claims (4)

1. 水中にて軸受により回転可能に支持されるフロキュレータ用の回転軸であって、
   当該回転軸は中空部を有し、浮力により前記軸受の上部に荷重がかかるように構成されており、
   前記中空部には気密テスト用の開口部と該開口部を塞ぐプラグとが設けられており、
   更に前記開口部と前記プラグとの締結部周りを密閉する密閉蓋が設けられていることを特徴とするフロキュレータ用回転軸。
2. 前記開口部と前記プラグとの締結部周りと前記密閉蓋との間の空間には充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のフロキュレータ用回転軸。
3. 浮力調整用の調整ウェイトを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のフロキュレータ用回転軸。
4. 同軸的に複数連設される請求項１〜３のいずれかに記載のフロキュレータ用回転軸と、
   隣接する前記フロキュレータ用回転軸同士を連結するリンク機構と、
   前記リンク機構に対するカウンタウェイトと、を備えることを特徴とするフロキュレータ用回転軸連結体。
   

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