JP7063494B2

JP7063494B2 - 揚水装置

Info

Publication number: JP7063494B2
Application number: JP2020166813A
Authority: JP
Inventors: 和夫鈴木
Original assignee: 株式会社フルカワ
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2040-10-01
Also published as: JP2022059218A

Description

本発明は、ウェルポイント工法に採用される揚水装置に関する。

地下水の多い地盤を掘削する場合、真空吸引し強制排水して地下水位を低下させ、地盤を安定化させる補助工事が実施される。そのような補助工事として、ウェルポイント工法が広く実施されている。

図７に示すようにウェルポイント工法は、ウェルポイント６１と呼ばれる長さ７０ｃｍでφ５０ｍｍの濾過網が、１．８ｍ～５．５ｍの吸水管６２（ライザパイプ）の先端に設けられている。そして、多数の吸水管６２が地盤中６５に打ち込まれ、地上に設置した揚水装置１０で真空吸引し、地下水を汲み上げて地上に強制排水する。この排水は、一部が取水され、揚水装置１０に設けられた水封式真空ポンプの駆動に必要な封水として利用される。さらに、この封水は、真空ポンプの発熱により昇温するので、循環しながら冷却され冷媒として真空ポンプに再投入される。

特開２０１２－１８４７１９号公報

ウェルポイント工法は、砂地盤に適用されることも多く、この場合、濾過網で除去しきれない固形成分が、真空吸引された排水に含まれる場合がある。揚水装置の真空ポンプに供給された冷媒に固形成分が多く含まれると、機械部品の摩滅が進行し、真空ポンプの劣化が加速する課題があった。また、冷媒を真空ポンプに循環供給するにあたっても、除熱が不十分で真空ポンプが過熱してしまう課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、固形成分を多く含む排水の一部を冷媒として取水する場合、固形成分の含有量を減らし、さらに十分に除熱された冷媒を利用できる揚水装置を提供することを目的とする。

本発明の揚水装置は、ドラムの内部スペースを減圧し水を揚水させる真空ポンプと、前記内部スペースに保持された前記水を前記ドラムから外部送水する送水ポンプと、前記水を収容して固形成分を沈降させてから排水するタンクと、前記タンクに収容された前記水の一部を前記真空ポンプに冷媒として供給する供給ホースと、前記タンクに収容した前記水の排水に関与する排水スペースと前記冷媒の供給に関与する供給スペースとを区画すると共に前記固形成分を通過させずに前記水を通過させるストレーナと、を備え、前記タンクの前記排水スペースは、前記ドラムから送り出された前記水が注水される第１収容室と、前記第１収容室に収容された前記水が上層で分断され下層で連通する第２収容室と、前記第２収容室に収容された前記水が下層で分断され上層で連通し下層から前記排水される第３収容室と、から構成されている。

本発明により、固形成分を多く含む排水の一部を冷媒として取水する場合、固形成分の含有量を減らし、さらに十分に除熱された冷媒を利用できる揚水装置が提供される。

本発明の実施形態に係る揚水装置のＺ－Ｘ縦断面図。実施形態で適用される真空ポンプの概要図。実施形態に係る揚水装置のＸ－Ｙ水平断面図。（Ａ）タンクのＹ－Ｘ水平断面図、（Ｂ）タンクのＸ－Ｚ縦断面図。（Ａ）図３のＡ－Ａ断面における揚水装置のＹ－Ｚ縦断面図、（Ｂ）図３のＢ－Ｂ断面における揚水装置のＹ－Ｚ縦断面図。（Ａ）実施形態で適用される分離箱のＺ－Ｘ縦断面図、（Ｂ）Ｙ－Ｚ縦断面図、（Ｃ）Ｘ－Ｙ水平断面図。ウェルポイント工法の説明図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る揚水装置１０のＺ－Ｘ縦断面図（図３のI－I断面）である。このように、揚水装置１０は、ベース１６の上面に、ドラム２０と真空ポンプ３０とが固定されており、この真空ポンプ３０の上部にラック１７を介してタンク４０が固定されている。そして、地盤中６５（図６）の地下水２２は、吸水ポート２６から吸水されて、排水ポート４８から排水される。

そして揚水装置１０は、ドラム２０の内部スペース２１を減圧し水２２を揚水させる真空ポンプ３０と、この内部スペース２１に保持された水２２をドラム２０から外部送水する送水ポンプ２５と、水２２を収容して固形成分４１を沈降させてから排水するタンク４０と、このタンク４０に収容された水２２の一部を真空ポンプ３０に冷媒２２ａとして供給する供給ホース４２と、タンク４０に収容した水２２の排水に関与する排水スペース１５と冷媒２２ａの供給に関与する供給スペース１４（図４）とを区画すると共に固形成分４１を通過させずに水２２を通過させるストレーナ４５と、を備えている。

図２は、実施形態で適用される真空ポンプ３０の概要図である。この真空ポンプ３０は、一般に、水封式真空ポンプと呼ばれるもので、ケーシング３６と羽根車３５とから本体が構成されている。この羽根車３５は、ケーシング３６と偏心した位置に取り付けられ、モータ３７により回転する。なお、図示において真空ポンプ３０は、羽根車３５の位置のケーシング３６においてベース１６に固定されているものを例示しているが、モータ３７の位置のケーシング３６において固定される場合もある。

このケーシング３６には、ドラム２０を減圧した吸気３１を吸引する吸引ポート３８と、封水としても作用する冷媒２２ａを供給す供給ポート３３と、吸気３１と冷媒２２ａ（封水）の排液との混合体３２を排出する排出ポート３９とが設けられている。

このケーシング３６の内部で、適当量の封水の存在の下、羽根車３５を回転させると、この封水は遠心力によってケーシング３６と同心の円形状の水膜３４を作りながら運動する。ここで水膜３４はガスを押し出すピストンのような役割を果たし、吸引ポート３８から入った吸気３１は圧縮されて、排出ポート３９より排出される。羽根車３５の回転にしたがって、吸気３１の吸引、圧縮、混合体３２の排出を連続的に行い、ポンプとしての機能を発現する。

このように、真空ポンプ３０は、吸引した吸気３１の圧縮・排出を繰り返すため、封水の水膜３４の温度は上昇し続けてしまう。そこで、タンク４０に収容された水２２を、供給ポート３３からケーシング３６の内部に、冷媒２２ａとして連続的に供給する。同時に、封水の一部を排液とし吸気３１との混合体３２にして、排出ポート３９からケーシング３６の外部に連続的に排出する。

なお、真空ポンプ３０が、タンク４０の底部の下側に配置されていることにより、水頭圧を高めて冷媒２２ａを効率よくケーシング３６の内部に供給することができる。さらに、真空ポンプ３０とタンク４０の設置スペースを共有化できるので、省スペース化を達成できる。なお本発明の実施において、真空ポンプ３０の配置は、タンク４０の底部の下側に限定されることはなく、タンク４０の側壁に隣接する位置等、任意の位置とすることができる。

水封式の真空ポンプ３０は、このような原理を持つため、水蒸気や水滴を含んだ気体の吸気に適している。一方において、ケーシング３６の内部で水膜３４を形成する封水は、ケーシング３６や羽根車３５にダメージを与えないように、清浄であることが望ましい。このため、タンク４０から供給される冷媒２２ａ（封水）は、固形成分４１等が極力除去されていることが望ましい。

図１に戻って説明を続ける。ドラム２０は、地盤中６５（図６）のウェルポイント６１から吸水管６２を介して吸水された水２２の入り口となる吸水ポート２６と、上部が開口し内部スペース２１を形成すると共に送水ポンプ２５を収容する容体２３と、この容体２３の上部開口を閉止する蓋体２４と、から構成される。そして、真空ポンプ３０により内部スペース２１が減圧されることで、地盤中６５から揚水された水２２がドラム２０に溜まる。

蓋体２４には、送水ポンプ２５に接続される送水管２７と、下端が内部スペース２１に開口し外側からガスを吸気３１する吸気ポート２８と、が固定されている。そして、この吸気ポート２８の上端は、吸引ホース４６を介して真空ポンプ３０の吸引ポート３８（図２）に接続されている。送水管２７の基端は、送水ポンプ２５に接続され、ドラム２０の内部スペース２１から外部送水された水２２は、送水管２７の先端からタンク４０の排水スペース１５に注水される。

送水ポンプ２５は、ドラム２０の内部スペース２１に配置されることにより、送水ポンプ２５とドラム２０の設置スペースを共有化できるので、省スペース化を達成できる。また、一方において、本発明の実施において、送水ポンプ２５の配置は、ドラム２０の内部スペース２１に限定されることはなく、ドラム２０の側壁に隣接する位置等、任意の位置とすることができる。

また図３は、実施形態に係る揚水装置１０のＸ－Ｙ水平断面図（図１，図５のIII－III断面）である。図４（Ａ）はタンク４０のＹ－Ｘ水平断面図（図４（Ｂ）のＡ－Ａ断面）である。図４（Ｂ）はタンク４０のＸ－Ｚ縦断面図（図４（Ａ）のＢ－Ｂ断面）である。

このようにタンク４０には、第１仕切り板４３、第２仕切り板４４及びストレーナ４５が設けられている。第１仕切り板４３と第２仕切り板４４は、タンク４０の内部を互いに平行となるように配置されている。そして、ストレーナ４５は、第１仕切り板４３、第２仕切り板４４及びタンク４０の底面に対し、直角を成すように配置されている。

これによりタンク４０の排水スペース１５は、ドラム２０から送り出された水２２が注水される第１収容室１１と、第１収容室１１に収容された水２２が上層で分断され下層で連通する第２収容室１２と、第２収容室１２に収容された水２２が下層で分断され上層で連通し下層から排水される第３収容室１３と、から構成される。

タンク４０には、水２２を取水して供給ホース４２に冷媒２２ａとして供給する取水ポート４９が設けられている。この取水ポート４９が接続する供給スペース１４は、第１収容室１１、第３収容室１３に収容された水が連通することなく分断されると共に第２収容室１２に収容された水がストレーナ４５を介して連通する第４収容室１４として構成される。そして、第４収容室１４には、分離箱５０が配置されている。

図５（Ａ）は図３のＡ－Ａ断面における揚水装置１０のＹ－Ｚ縦断面図である。第１仕切り板４３は、第１収容室１１と第４収容室１４を分断するとともに、第１収容室１１と第２収容室１４を下層に設けた開口１８で連通させるとともにおいて上層において分断している。

図５（Ｂ）は図３のＢ－Ｂ断面における揚水装置１０のＹ－Ｚ縦断面図である。第２仕切り板４４は、第３収容室１３と第４収容室１４を分断するとともに、第２収容室１２と第３収容室１３の上層をＶ字切欠で連通させるとともに下層において分断している。

このように、タンク４０の内部が区画されることにより（ここで図１参照）、送水管２７からの注水２２は、排水スペース１５（１１，１２，１３）の内部を上下方向に蛇行しながら排水ポート４８から排水される。水２２に含まれる固形成分４１は、重力や遠心力により沈降し、タンク４０の底面に滞留する。

図５（Ｂ）に戻って説明を続ける。第２収容室１２に収容された水２２は、第２仕切り板４４の上部のＶ字切欠を超えて、第３収容室１３に流入し、排水ポート４８（図１）から排水される。

ストレーナ４５は、網目状の金属又は布メッシュで構成され、固形成分４１を通過させずに水２２を通過させる。そしてストレーナ４５は、第２収容室１２と第４収容室１４とを区画し、第４収容室１４に固形成分４１を除去した水２２を供給する。さらにストレーナ４５は、熱伝導率の大きい銅メッシュ等を用いることにより、第４収容室１４に収容される冷媒２２ａを冷却することができる。なおストレーナ４５の設置位置は、特に限定はなく、タンク４０に収容した水２２の排水に関与する排水スペース１５と冷媒２２ａの供給に関与する供給スペース１４とを区画する位置に適宜設置される。

図６（Ａ）は実施形態で適用される分離箱５０のＺ－Ｘ縦断面図であり、図６（Ｂ）はそのＹ－Ｚ縦断面図であり、図６（Ｃ）はそのＸ－Ｙ水平断面図である（以下、適宜図１参照）。このように分離箱５０は、下部が開口する空洞５１を持つ箱体５２と、ドラム２０を減圧した吸気３１と冷媒２２ａの排液との混合体３２を真空ポンプ３０から空洞５１の上部に導入する導入ポート５５と、混合体３２から分離した吸気３１を空洞５１から外部放出する放出ポート５６と、を有している。この分離箱５０は、フック５７によりタンク４０の縁に係止されている。

図５（Ｂ）に戻って説明を続ける。真空ポンプ３０から排出された、吸気３１と冷媒２２ａ（封水）の排液との混合体３２は、排出ホース４７を介して導入ポート５５から分離箱５０に導入される。導入された混合体３２は、空洞５１において吸気３１と冷媒２２ａ（水２２）に分離され、吸気３１は放出ポート５６から外部放出され、冷媒２２ａ（水２２）は第４収容室１４に戻される。

このように、冷媒２２ａは、供給ホース４２及び排出ホース４７を介して、第４収容室１４と真空ポンプ３０とを循環している。そしてこの循環している冷媒２２ａは、時間とともに、温度上昇し蒸発等で消失するが、ストレーナ４５の機能により、冷却され補充される。

以上説明したように、本発明に係る揚水装置は、排水を収容するタンクの一部のスペースをストレーナで区画することにより、固形成分の含有量を減らしさらに十分に冷却された状態で、排水を取水して真空ポンプの冷媒として利用することができる。

１０…揚水装置、１１…第１収容室、１２…第２収容室、１３…第３収容室、１４…第４収容室（供給スペース）、１５…排水スペース、１６…ベース、１７…ラック、１８…開口、２０…ドラム、２１…内部スペース、２２…水、２２ａ…冷媒、２３…容体、２４…蓋体、２５…送水ポンプ、２６…吸水ポート、２７…送水管、２８…吸気ポート、３０…真空ポンプ、３１…吸気、３２…混合体、３３…供給ポート、３４…水膜、３５…羽根車、３６…ケーシング、３７…モータ、３８…吸引ポート、３９…排出ポート、４０…タンク、４１…固形成分、４２…供給ホース、４３…第１仕切り板、４４…第２仕切り板、
４５…ストレーナ、４６…吸引ホース、４７…排出ホース、４８…排水ポート、４９…取水ポート、５０…分離箱、５１…空洞、５２…箱体、５５…導入ポート、５６…放出ポート、５７…フック、６１…ウェルポイント、６２…吸水管、６５…地盤。

Claims

ドラムの内部スペースを減圧し水を揚水させる真空ポンプと、
前記内部スペースに保持された前記水を前記ドラムから外部送水する送水ポンプと、
前記水を収容して固形成分を沈降させてから排水するタンクと、
前記タンクに収容された前記水の一部を前記真空ポンプに冷媒として供給する供給ホースと、
前記タンクに収容した前記水の排水に関与する排水スペースと前記冷媒の供給に関与する供給スペースとを区画すると共に前記固形成分を通過させずに前記水を通過させるストレーナと、を備え、
前記タンクの前記排水スペースは、
前記ドラムから送り出された前記水が注水される第１収容室と、
前記第１収容室に収容された前記水が上層で分断され下層で連通する第２収容室と、
前記第２収容室に収容された前記水が下層で分断され上層で連通し下層から前記排水される第３収容室と、から構成される揚水装置。
請求項１に記載の揚水装置において、
前記タンクの前記供給スペースは、
前記第１収容室、前記第３収容室に収容された前記水が連通することなく分断されると共に前記第２収容室に収容された前記水が前記ストレーナを介して連通する第４収容室として構成される揚水装置。
請求項２に記載の揚水装置において、
前記第４収容室に配置される分離箱は、
下部が開口する空洞を持つ箱体と、
前記ドラムを減圧した吸気と前記冷媒の排液との混合体を前記真空ポンプから前記空洞の上部に導入する導入ポートと、
前記混合体から分離した前記吸気を前記空洞から外部放出する放出ポートと、を有する揚水装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の揚水装置において、
前記送水ポンプは、前記ドラムの前記内部スペースに配置されている揚水装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の揚水装置において、
前記真空ポンプは、前記タンクの底部の下側に配置されている揚水装置。