JP4863136B2 - スクリュープレス型脱水機 - Google Patents

Description

本発明は、高含水の土砂を圧縮しつつ脱水するスクリュープレス型脱水機に関するものである。

スクリュープレス型脱水機は、例えば浚渫土や下水処理場で発生する汚泥のような高含水の土砂を脱水して減容化するか再利用するために一般に用いられている。

この種のスクリュープレス型脱水機として、図９に示す構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このスクリュープレス型脱水機１は、一端に土砂供給口２を有するホッパー３が設けられ他端に脱水された土砂排出口４を有する円筒型濾材の外筒５内に、スクリュー羽根６を外周に有するスクリュー軸７が回転自在に配置され、外筒５、スクリュー羽根６及びスクリュー軸７間の環状間隙容積８が土砂排出口４に向けて順次縮小され、土砂排出口４に近い側の外筒５の部分に外筒５内の土圧を計測する土圧計９が配置され、スクリュー軸７にはこれを回転するモータ１０が接続され、土圧計９の出力は回転制御器１１に接続され、回転制御器１１の制御出力はモータ１０に与えられていて、モータ１０によるスクリュー軸７の回転で土砂を圧縮しつつ脱水して土砂排出口６から排出させるようになっている。この場合、円筒型濾材の外筒５は、脱水を行わせるために周面に多数の排水孔があけられた金属円筒や金網筒等により構成されている。

ところで、例えば浚渫土は浚渫区域により粘土質のものとか、砂礫質のものとかに、いろいろに変化する。粘土質の浚渫土砂はスクリュープレス型脱水機１の外筒５内で圧縮されてもあまり問題なく土砂排出口４から排出できるが、砂礫質の浚渫土砂はスクリュープレス型脱水機１の外筒５内で圧縮されてその充填長さがある程度長くなると機械的抵抗が大きくなって外筒５内で詰まってしまい、土砂排出口４から排出できなくなる。
特公平２−２１９２０号公報

この種のスクリュープレス型脱水機１は、外筒５内の状況が見えにくく、特に外筒５の外周に保護カバーが被せされていると全く外筒５内の状況が見えず、このため外筒５内にある長さにわたって砂礫質の土砂が圧縮された場合には抵抗が大きくなり過ぎて外筒５内でのスクリュー軸７の回転ができなくなり、スクリュープレス型脱水機１を分解して詰まった土砂を取り出さなければならない面倒な作業が必要になる問題点があった。

本発明の目的は、外筒内での土砂の状況を監視しながら運転できるスクリュープレス型脱水機及びその運転方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、外筒内での土砂の状況の監視をモニタで見ながら運転できるスクリュープレス型脱水機及びその運転方法を提供することにある。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、一端に土砂供給口を有し他端に脱水された土砂排出口を有する円筒型濾材の外筒内に、スクリュー羽根を外周に有するスクリュー軸が回転自在に配置され、前記外筒、前記スクリュー羽根及び前記スクリュー軸間の環状間隙容積が前記土砂排出口に向けて順次縮小され、前記スクリュー軸の回転で前記土砂を圧縮しつつ脱水して前記土砂排出口から排出させるスクリュープレス型脱水機において、
前記外筒の長手方向を所要数のブロックに区画し、前記各ブロック毎に、スクリュー羽根６の回転による土砂の掻き上げ側であって、前記スクリュー軸の中心軸を通る水平面に対して上下大略４５度の各位置に、その箇所の前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサが配置され、
前記各土砂有無検出センサによりこれらセンサの位置での前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出し、前記外筒内の長手方向における前記土砂の存在状況を把握して前記土砂の供給と前記スクリュー軸の回転数を制御するようにしたことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、前記請求項１の構成に加え、前記外筒の土砂排出口に近い側からの複数のブロックにそれぞれ該外筒内の土圧を計測する土圧計を配置するとともに、前記各土砂有無検出センサによる前記外筒内の長手方向における前記土砂の存在状況を表示し且つ前記土圧計の計測値を表示するモニタを備え、該モニタには、現在から所定時間前までの前記各土圧計の計測値を表示させるようにしたことにある。

本発明によるスクリュープレス型脱水機によれば、下記のような優れた効果を得ることができる。

本発明に係るスクリュープレス型脱水機では、円筒型濾材よりなる外筒の長手方向に所要の間隔で、その箇所の前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサが配置されていることにより、外筒内での土砂の状況をこれら土砂有無検出センサで検出することができ、このため外筒内での土砂の状況を監視しながら運転することができる。それゆえ、外筒内にある長さにわたって例えば砂礫質の土砂が圧縮されて抵抗が大きくなり過ぎ、スクリュー軸の回転ができなくなり、スクリュープレス型脱水機を分解して詰まった土砂を取り出すような面倒な作業を回避することができ、作業性を改善することができる。

この場合、外筒をその長手方向を所要数のブロックに区画し、前記各ブロックに、その箇所の前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサが配置することにより、外筒内の土砂の状況をブロック単位で監視することができる。

土砂有無検出センサを、スクリュー軸の中心軸を通る水平面に対して上下大略４５度の各位置に配置すると、これらの位置は排出方向に向かってスクリュー軸が回転している場合で、土砂が下半にしかないようなとき、土砂の掻き上げ方向になるので、土砂の検出の確実性が高くなる。

土砂有無検出センサは、エアーの圧力変化で作動する圧力スイッチで構成されていると、脱水を行う機器での使用なので水に阻害されずに作動させることができる。

圧力スイッチは、圧力エアーを供給する圧力エアー源と、該圧力エアー源から圧力エアーを供給するエアー配管と、該エアー配管の末端に設けられて外筒内に圧力エアーを排出するノズルとからなるエアー供給機構の圧力エアー源より離れていてノズルに近い側のエアー配管の途中に接続されていると、エアー配管の長手方向に沿った圧力勾配が圧力エアー源で高く反対側のノズルで低い傾斜勾配となっていて、この傾斜勾配のノズルに近い側のエアー配管の途中に接続された土砂有無検出センサの箇所のエアー圧力と圧力エアー源のエアー圧力とは差圧が大きくなって、ノズルの先端に土砂が存在してエアー圧力が上昇するのを確実に検出することができる。

前記外筒の土砂排出口に近い側の部分に該外筒内の土圧を計測する土圧計が配置され、該土圧計は前記土砂排出口に近い側から長手方向に所定の間隔で複数箇所に設けられていることにより、外筒内の土砂進行による圧縮状況の変化を適格に把握することができる。

各土砂有無検出センサによる外筒内の長手方向における土砂の存在状況を表示し且つ土圧計の計測値を表示するモニタを備えていると、外筒内の長手方向における土砂の存在状況を目視でき、制御を容易に行うことができる。

また、モニタは各土圧計の計測値を現在から所定時間前までの値を表示する構成になっていると、現在からそれに近い過去までの土圧の状態を目視でき、土圧の傾向がわかり、制御を容易に行うことができる。

本発明のスクリュープレス型脱水機は、各土砂有無検出センサによりこれらセンサの位置での外筒内に土砂が存在するか否かを検出し、外筒内の長手方向における土砂の存在状況と土圧計の計測値を把握して土砂の供給とスクリュー軸の回転数を制御するので、外筒内での土砂の状況をこれら土砂有無検出センサで検出することができ、このため外筒内での土砂の状況を監視しながら運転することができる。それゆえ、外筒内にある長さにわたって例えば砂礫質の土砂が圧縮されて抵抗が大きくなり過ぎ、スクリュー軸の回転ができなくなり、スクリュープレス型脱水機を分解して詰まった土砂を取り出すような面倒な作業を回避することができ、作業性を改善することができる。

各土砂有無検出センサによる外筒内の長手方向における土砂の存在状況を表示し且つ土圧計の計測値を表示するモニタを見ながら土砂の供給とスクリュー軸の回転数を制御すると、外筒内の長手方向における土砂の存在状況を目視しつつ、制御を容易に行うことができる。

モニタは土砂排出口に近い側から長手方向に所定の間隔で複数箇所に設けられた各土圧計の計測値を現在から所定時間前までの値を連続的に表示する構成になっていて、これら土圧計の計測値の現在から所定時間前までの表示を見ながら運転状況を制御すると、現在からそれに近い過去までの土圧の状態を目視でき、土圧の傾向がわかり、制御を容易に行うことができる。

以下、本発明に係るスクリュープレス型脱水機を実施する形態を図１〜図８について説明する。なお、前述した図９の従来例と対応する部分には、同一符号を付けて示している。

本例のスクリュープレス型脱水機１は、図１、図２に示すように、一端に土砂供給口２をもつホッパー３を有し、他端に脱水された土砂排出口４を有する円筒型濾材の外筒５内に、スクリュー羽根６を外周に有するスクリュー軸７が回転自在に配置され、外筒５、スクリュー羽根６及びスクリュー軸７間の環状間隙容積８が土砂排出口４に向けて順次縮小され、スクリュー軸７の回転で土砂を圧縮しつつ脱水して土砂排出口４から排出させる構成になっている。スクリュー軸７は、モータ１０で回転駆動されるようになっている。

外筒５、スクリュー羽根６及びスクリュー軸７間の環状間隙容積８が土砂排出口４に向けて順次縮小される構造は、本例ではスクリュー軸７を土砂供給口２から土砂排出口４に向かって外径が徐々に太くなる円錐状に形成することにより形成されている。土砂排出口４において、外筒５の端部に対向するスクリュー軸７の外周には、出口コーン１２が固定されていて外筒５から出てくる土砂に圧力をかけるようになっている。スクリュー軸７の長手方向に出口コーン１２を移動させて、外筒５の端部と出口コーン１２との間隔を変えることにより外筒５から出てくる土砂の圧縮力を変えられるようになっている。

特に本例のスクリュープレス型脱水機１では、円筒型濾材よりなる外筒５の長手方向及び周方向に所要の間隔で、その箇所の前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサ１３が配置されている。本例では、外筒５がその長手方向に所要数、本例ではＮｏ．１〜Ｎｏ．８のリング状のブロックに区画し、その各ブロック毎にその位置の外筒５内に土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサ１３が配置されている。外筒５は、図２に示すように、各ブロックで上下に分割できるようになっている。

本例では土砂有無検出センサ１３は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の各ブロックで、スクリュー軸７の中心軸を通る水平面に対して上下大略４５度の各位置に配置されている。これら土砂有無検出センサ１３の外筒５に対する取り付け位置は、土砂の排出方向に向かって右側周部、即ちスクリュー羽根６の回転による土砂の掻き上げ側に取り付けられている。Ｎｏ．８のブロックでは、土砂有無検出センサ１３は、図３（Ｃ）に示すように、ホッパー３の上下方向に所定間隔で配置されている。ホッパー３のこれら土砂有無検出センサ１３は、ホッパー３内の土砂の充填レベルがわかるような所定の間隔で設けることが好ましい。

土砂有無検出センサ１３は図４〜図６に示すように、圧力エアーを供給する圧力エアー源１４と、該圧力エアー源１４から圧力エアーを供給するエアー配管１５と、該エアー配管１５の末端に設けられて外筒５内に圧力エアーを排出するノズル１６とからなるエアー供給機構１７と、該エアー供給機構１７の前記エアー配管１５の途中に接続され、該エアー供給機構１７のエアーの圧力変化で作動する圧力スイッチ１３Ａとで構成されている。

この土砂有無検出センサ１３のノズル１６を外筒５の内周面に開口させ、そのノズル１６部分に土砂の存在・不存在によってエアー配管１５内の内圧が変化することにより圧力スイッチ１３Ａがオン・オフされるようになっているものであり、圧力スイッチ１３Ａは、ある設定圧力よりエアー圧力が上昇すると接点がオンとなる構成になっている。

圧力スイッチ１３Ａは、圧力エアー源１４より離れていてノズル１６に近い側に設置されており、このような位置に圧力スイッチ１３Ａを設けることにより、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、エアー配管１５の長手方向に沿った圧力勾配ＰＳが圧力エアー源１４で高く反対側のノズル１６で低い傾斜勾配となっていて、この傾斜勾配のノズル１６に近い側のエアー配管１５Ａの途中に接続された圧力スイッチ１３Ａの箇所のエアー圧力と圧力エアー源１４のエアー圧力とは差圧が大きくなって、ノズル１６の先端に土砂が存在してエアー圧力が上昇するのを確実に検出することができる。

圧力エアー源１４としては、例えばコンプレッサーが用いられている。ノズル１６は外筒５を貫通して外筒５に取り付けられていて、外筒５内に圧力エアーを排出するようになっている。

本例では、エアー配管１５の途中に集中ヘッダー１８が設けられていて、この集中ヘッダー１８でエアー配管１５が複数の分岐エアー配管１５Ａに分岐されている。各分岐エアー配管１５Ａの先端にノズル１６がそれぞれ取り付けられている。集中ヘッダー１８側で各分岐エアー配管１５Ａには、該分岐エアー配管１５Ａの開閉を行う止め弁１９と、絞り弁２０とがそれぞれ設けられている。圧力エアー源１４に接続されているエアー配管１５にも、圧力エアー源１４と集中ヘッダー１８寄りの位置に止め弁２１，２２が接続されている。ノズル１６に近い側の分岐エアー配管１５の途中には、土砂の逆流を止める逆止弁２３が設けられている。

このような構成になっていると、ノズル１６の位置により圧力勾配の違いがでるが、集中ヘッダー１８の絞り弁２０で個々に圧力勾配の違いを調整することができる。

土砂排出口４に近い側の外筒５の部分には、外筒５内の土圧を計測する土圧計９が配置されている。土圧計９は、土砂排出口４に近い側から長手方向に所定の間隔で複数箇所に設けられている。

本例の土圧計９は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各ブロックの箇所に、スクリュー軸７の中心軸を通る水平面の近くの外筒５の部分に設けられている。具体的な取り付け方は、図７に示すように、外筒５に環状の取付け座２４が貫通して取り付けられ、この取付け座２４に土圧計９が差し込まれてネジ等で固定されるようになっている。

また、図８に示すように、各土砂有無検出センサ１３による外筒５内の長手方向における土砂の存在状況を表示し且つ土圧計９の計測値を表示するモニタ２５が設けられている。各土砂有無検出センサ１３による外筒５内の長手方向における土砂の存在状況を表示する表示部２６は、外筒５のＮｏ．１〜Ｎｏ．８の各ブロックの土砂の存在状況を、土砂の存在、非存在を例えば色を変えて表示するようになっている。

土圧計９の計測値を表示する表示部２７は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の各ブロックの各土圧計９の計測値を現在から所定時間前、本例では２０分前までの値を色を変えて連続的に表示する構成になっている。また、モニタ２５には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の各ブロックの各土圧計９の現在の計測値をデジタル値で表示する表示部２７，２８，２９と、出口コーン１２の開度（外筒５の端部から出口コーン１２までの距離）をデジタル値で表示する表示部３０と、スクリュー軸７の回転数をデジタル値で表示する表示部３１と、モータ１０に流れる電流をデジタル値で表示する表示部３２とが設けられている。

次に、本例のスクリュープレス型脱水機の運転方法について説明する。運転開始時や終了時に、圧力エアー源１４から送り出すエアー圧力を少し高めにして、分岐エアー配管１５Ａを含めたエアー配管１５内及びノズル１６内のパージを行う。ただし、そのエアー圧力は圧力スイッチ１３Ａの耐圧以下とする。

本例のスクリュープレス型脱水機の運転方法は、各土砂有無検出センサ１３によりこれらセンサ１３の位置での外筒５内に土砂が存在するか否かを検出し、外筒５内の長手方向における土砂の存在状況と土圧計９の計測値を把握して土砂のホッパー３に対する供給とモータ１０によりスクリュー軸７の回転数を制御する。即ち、外筒５内の長手方向における土砂の存在状況（充填状況）とモータ１０に流れる電流値による負荷状況を比較しながら、ホッパー３に供給する土砂の供給量を増減し、モータ１０によりスクリュー軸７の回転数を増減し、適正な負荷状態になるように調整する。

このようにすると、外筒５内での土砂の状況をこれら土砂有無検出センサ１３で検出することができ、このため外筒５内での土砂の状況を監視しながら運転することができる。それゆえ、外筒５内にある長さにわたって例えば砂礫質の土砂が圧縮されて抵抗が大きくなり過ぎ、スクリュー軸７の回転ができなくなり、スクリュープレス型脱水機１を分解して詰まった土砂を取り出すような面倒な作業を回避することができ、作業性を改善することができる。

この場合、モニタ２５があり、このモニタ２５で各土砂有無検出センサ１３による外筒５内の長手方向における土砂の存在状況を表示部２６で表示し且つ土圧計９の計測値を表示部２７で表示する。表示部２６は、外筒５のＮｏ．１〜Ｎｏ．８の各ブロックの土砂の存在状況を、土砂の存在、非存在を例えば色を変えて表示する。

表示部２７は、土砂排出口４に近い側から長手方向に所定の間隔で３箇所に設けられた各土圧計９、本例ではＮｏ．１〜Ｎｏ．３の各ブロックの各土圧計９の計測値を、現在から所定時間前、本例では２０分前までの値を、色を変えて連続的に表示する。また、モニタ２５は、本例では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の各ブロックの各土圧計９の現在の計測値を表示部２７，２８，２９においてデジタル値で表示し、出口コーン１２の開度（外筒５の端部から出口コーン１２までの距離）を表示部３０においてデジタル値で表示し、スクリュー軸７の回転数を表示部３１においてデジタル値で表示し、モータ１０に流れる電流を表示部３２においてデジタル値で表示している。

これらモニタ２５の表示を見ながら土砂のホッパー３に対する供給とスクリュー軸７の回転数を制御する。例えば、土圧計９の計測値を表示する表示部２７，２８，２９の表示値、またＮｏ．１〜Ｎｏ．３の各ブロックの各土圧計９の計測値を、現在から所定時間前、本例では２０分前までの値を、色を変えて連続的に表示する表示部２７の各表示、また表示部３２によるモータ１０に流れる電流の表示値を見ながら外筒５内の圧力が上昇傾向にあり、電流値に示す負荷の余裕がない場合は、ホッパー３に対する土砂の供給量を下げ、負荷状態に余裕があればスクリュー軸７の回転数を上げる。

また、処理対象物である土砂の粘土質か砂礫質か等の性状によっても土砂の充填状況を調整する。例えば、砂礫が混入した圧縮性の少ない土質の場合は、ホッパー３に対する充填量が多いと、急激に負荷が高くなり、外筒５内で内部閉塞を起こす可能性があるため、ホッパー３に対する充填量を少なくする。土砂が圧縮性の大きい粘土質では、全体に十分な圧縮を作用させる必要があるため、負荷の許す限りホッパー３に対する土砂の充填量を多くする。

このようにすると、外筒５内の長手方向における土砂の存在状況を目視しつつ、現在からそれに近い過去までの土圧の状態を目視しつつ、制御を容易に行うことができる。

本発明の実施の一例を示すスクリュープレス型脱水機の縦断面図である。 同側面図である。 （Ａ）は図２中のＬ−Ｌ線端面図、（Ｂ）は同Ｍ−Ｍ線端面図、（Ｃ）は同Ｎ−Ｎ線端面図である。 本例のスクリュープレス型脱水機の外筒に対する土砂有無検出センサ取り付け状態を示す断面図である。 本例で用いるエアー供給機構の説明図である。 （Ａ）はエアー配管と土砂有無検出センサの関係を示す系統図、（Ｂ）はこのエアー配管の長手方向に沿った圧力勾配図である。 本例のスクリュープレス型脱水機の外筒に対する土圧計の取り付け状態を示す断面図である。 本例で用いるモニタの一例の正面図である。 従来のスクリュープレス型脱水機の縦断面図である。

１ スクリュープレス型脱水機
２ 土砂供給口
３ ホッパー
４ 土砂排出口
５ 外筒
６ スクリュー羽根
７ スクリュー軸
８ 環状間隙容積
９ 土圧計
１０ モータ
１１ 回転制御器
１２ 出口コーン
１３ 土砂有無検出センサ
１３Ａ 圧力スイッチ
１４ 圧力エアー源
１５ エアー配管
１５Ａ 分岐エアー配管
１６ ノズル
１７ エアー供給機構
１８ 集中ヘッダー
１９ 止め弁
２０ 絞り弁
２１，２２ 止め弁
２３ 逆止弁
２４ 取付け座
２５ モニタ
２６〜３２ 表示部

Claims (2)

1. 一端に土砂供給口を有し他端に脱水された土砂排出口を有する円筒型濾材の外筒内に、スクリュー羽根を外周に有するスクリュー軸が回転自在に配置され、前記外筒、前記スクリュー羽根及び前記スクリュー軸間の環状間隙容積が前記土砂排出口に向けて順次縮小され、前記スクリュー軸の回転で前記土砂を圧縮しつつ脱水して前記土砂排出口から排出させるスクリュープレス型脱水機において、
   前記外筒の長手方向を所要数のブロックに区画し、前記各ブロック毎に、スクリュー羽根６の回転による土砂の掻き上げ側であって、前記スクリュー軸の中心軸を通る水平面に対して上下大略４５度の各位置に、その箇所の前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出する土砂有無検出センサが配置され、
   前記各土砂有無検出センサによりこれらセンサの位置での前記外筒内に前記土砂が存在するか否かを検出し、前記外筒内の長手方向における前記土砂の存在状況を把握して前記土砂の供給と前記スクリュー軸の回転数を制御するようにしたことを特徴とするスクリュープレス型脱水機。
2. 前記外筒の土砂排出口に近い側からの複数のブロックにそれぞれ該外筒内の土圧を計測する土圧計を配置するとともに、前記各土砂有無検出センサによる前記外筒内の長手方向における前記土砂の存在状況を表示し且つ前記土圧計の計測値を表示するモニタを備え、該モニタには、現在から所定時間前までの前記各土圧計の計測値を表示させるようにし、前記外筒内の長手方向における前記土砂の存在状況と前記土圧計の計測値を把握して前記土砂の供給と前記スクリュー軸の回転数を制御するようにしてなる請求項１に記載のスクリュープレス型脱水機。

Images