JPH03223023A - バラ材料の水力搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般に水力手段による材料搬送に関するもので
あり、さらに詳しくはバラ材料の水力搬送装置に関する
ものである。

本発明は、採鉱、土木、冶金および農業においてバラ材
料を長距離水力輸送するために応用可能である。

本発明は、特に露天掘りおよび地下採掘による砂鉱床お
よび地下鉱床の採掘の選鉱工程に際してまた水力構造物
の建造に際して、鉱物材料などのバラ材料の水力輸送に
好適である。

［従来技術と問題点］ 現今、バラ材料装入ユニットとスラリ排出ユニットとを
備えたチャンバを含み、水ポンプ、パイプライン、制水
弁および取り付は部材などの追加要素を有する水力搬送
プラントの一部を成すバラ材料の水力搬送装置は多くの
要件を満たさなければならない０例えば、バラ材料によ
る排出ユニットの閉塞またはチャンバ中のバラ材料の引
っかかりをチャンバの強化によって除去した確実な装置
動作、また充填中に排出れる液体に同伴されるバラ材料
粒子の量を最小限に成しまたチャンバ中に送入される空
気量を最小限に成す事によるバラ材料の効率的装入が必
要である。他の要件は、排出ユニットに対してバラ材料
を均一に送ってその分級を低下させる事による効率的ス
ラリ排出である。

技術水準のバラ材料の水力搬送装置（ＳＵ、Ａ、６１５
．０１５）は円筒形の垂直チャンバを有し、このチャン
バはスラリ状のバラ材料を装入しまたスラリをスラリ輸
送管の中に排出するための管と、圧下液流送入管と、チ
ャンバの上部に配置された液体排出管とを備える。

排出液によって同伴されるバラ材料粒子の量を最小限に
成すため、チャンバの中にバラ材料が上昇流を成して装
入され、排出される液体が装入されるバラ材料からスク
リーンによって分離され、このスクリーンはバラ材料が
下から装入される際にチャンバの長手方に移動させられ
て、液体によって同伴されるバラ材料の量を減少させる
。

チャンバの内部を移動するスクリーンを配備するので、
構造が複雑になり、その信頼性が低下する。ざらにスラ
リを上昇流として装入するので、バラ材料の密度とサイ
ズの強い分級が生じ、チャンバから排出する際にも同様
であって、これはスラリ密度の不安定性を伴う。

従って、前記の装置はスラリ輸送管に安定密度のスラリ
を搬送する事ができず、また排出液によって同伴される
バラ材料の量の減少は装置構造の信頼度の低下を伴う。

他の先行技術のバラ材料の水力搬送装置（ＳＯ，Ａ、３
９１，９７４）は垂直に配置された円筒形チャンバを含
む。排出液によって同伴されるバラ材料の量を減少させ
るため、バラ材料の装入の前に、液体の一部をチャンバ
の底部に備えられた管を通して排出する。

チャンバの排出に際して生じる分級作用を低減させるた
めに、圧液が２本の管を通してチャンバの中に送入され
て２流に分割され、一方の管はチャンバの上部に配置さ
れる。

装入前に液体を排出しまたバラ材料排出中に液流の一部
を送入する事は、装置の効率を著しく低下させ、またそ
の制御システムを複雑にする。スラリ輸送管の中にスラ
リを連続的に排出するためには、少なくとも３チヤンバ
が必要である。前記の装置は、チャンバの中に引っかか
る傾向のある乾燥材料または脱水された材料のみを装入
する事ができ、バラ材料の水分が低すぎればバラ材料排
出管の閉塞を生じるので信頼性が低い。

チャンバの上方に流れる圧液のバイパス部分はスラリ密
度の安定性を低下させる。排出中に圧液の上部流の割合
が増大するので液流の割合が変動するからである。圧液
の本流と上部流の比率の効果的な制御は実際上困難であ
る。

他の公知のバラ材料の水力搬送装置（ＳＵ、Ａ、６１２
．８７３；　ＳＵ、Ａ、　７９８，０００）においては
、排出中に同伴されるバラ材料粒子の量を低減させる種
々の試みが成されている。

前者の実施態様においては、排出中に円筒形チャンバの
上部に空気が強制送入される。その結果、排出後に、チ
ャンバは空状態であって、排水の必要がない。

しかし前記の装置は、チャンバの密封性が失われて圧縮
空気の爆発の危険を伴うので、安全度が低い。長距離の
水力輸送を実施するためには装置の電力消費が大きすぎ
る。そのためには、−水加圧ユニット、すなわち水ポン
プより大きな出力のコンプレツサを使用する必要がある
。さらにこの装置は、チャンバ内部の圧力が大気圧まで
低下した場合にのみ装入する事ができるので、生産効率
が低い。

前記の後者の実施態様においては、チャンバは水力サイ
クロンとして構成され、スラリかチャンバ中に装入され
る間に排出液を分離させ偏向させる。この実施態様にお
いてチャンバ上部は水力サイクロンとして作用し、強い
摩耗作用を受けるので、チャンバの強度特性に悪い影響
を与える。

前記の装置においては、チャンバ排出工程に際して、液
体によってチャンバからバラ材料が押し出される際にバ
ラ材料の分級が生じる。このような分級は−バラ材料が
下降する際に、分離して、小さい果粒粒子が懸濁する事
による。

他の公知のバラ材料水力搬送装置（ＳＵ、Ａ、１，１６
８、４９８）は円環形チャンバを備え、このチャンバは
子午面と赤道面とを有し、また前記子午面の一方の側に
配置されたバラ材料装入管および液体搬送液排出管と、
子午面の反対側に配置されたスラリ排出装置とを備え、
前記チャンバの赤道面は垂直に配置される。

前記チャンバの円環形の故に、チャンバの強度が増大し
、また金属消費量が低減される。

バラ材料はスラリの形でゝ、円環形チャンバの狭窄部の
内側面、すなわちチャンバ上部の内側面の静止区域の中
に装入される。バラ材料は前記の上部分内側面から拘束
された材料塊として滑落するので、排出液によって同伴
されるバラ材料粒子の量が最小限になる。粒子を材料塊
から引き離すためには追加エネルギーが必要だからであ
る。さらにバラ材料を装入するために使用される前記挟
窄部上方のチャンバ部分は、このチャンバと異なる形状
の同一容積の前記の各チャンバよりも大きな断面積を有
する。この故に排出液の上昇率が前記のいずれの装置よ
りも小となり、またこの上昇速度はチャンバの円筒部分
の間隔すなわち中心の狭窄部分の半径が増大するほど減
少する傾向かある。

しかし、このような装置の作動効率が増大し、処理され
るスラリの流量が増大するに従って、排出液によって同
伴されるバラ材料粒子の量も増大する。これは、チャン
バ狭窄部の材料装入部が装入されるバラ材料全部を受け
る事ができず、その結果としてバラ材料の一部が狭窄部
内側面によって反発されてスラリのうす流を生じるから
である。

前記の他の形状のチャンバと比較して、この円環形チャ
ンバはバラ材料を排出ユニットまで均一に送る事ができ
、バラ材料が狭窄部内側面の下側部分を下降流として還
流するのに対して、液体は同じ狭窄部分を上昇流として
還流するが故にバラ材料が分級される傾向が少ない。こ
のような流れの配置は、バラ材料に対する液体の抵抗を
低下させる。これは、液体流の大部分が挟窄部壁面の近
くに、すなわちチャンバの内側面の近くに形成されるか
らである。しかし前記の装置と同様に、チャンバの垂直
円筒形部分の高さが増大するに従って、バラ材料はこの
部分の高さに従って粒径および粒子密度について分離さ
れ、これは分級作用と、スラリ密度の安定性の低下を生
じる。

［発明の目的および効果］ 本発明はバラ材料がチャンバの中に装入される際に排出
液によって同伴されるバラ材料の量を低減させまた処理
されるスラリの密度安定性を増大するような円環形チャ
ンバの構造を有するバラ材料水力搬送装置を提供するに
ある。

［発明の概要］ 子午面と赤道面とを有する円環形チャンバを含み、前記
チャンバは、その子午面に対して一方の側に配置された
バラ材料装入管および水力輸送用液体の排出管と、前記
子午面に対して反対側に配置されたスラリ排出ユニット
とを備えるバラ材料の水力搬送装置において、本発明に
よれば円環形チャンバの赤道面と水平面との成す角度が
下記の範囲内にあり、 φくα〈９０に こに、αは円環形チャンバの赤道面と水平面との成す角
度とし、 φは水力搬送用液体で飽和されたバラ材料の内部摩擦角
度とするバラ材料の水力搬送装置によって前記の目的が
達成される。

本発明によるバラ材料の水力搬送装置において、円環形
チャンバの赤道面と水平面との成す角度（α）は、 ４０＠　≦α≦４５″ の範囲内にある事が好ましい。

また本発明のバラ材料の水力搬送装置において、前記円
環形チャンバはその上部において実質的に赤道面に仕切
り板を取り付けられて、上下の２スペースを形成し、下
方スペースはバラ材料装入管に組合わされ、上方スペー
スは液体排出管に連通する事が好ましい。

また本発明のバラ材料の水力搬送装置において、前記そ
れぞれのスペースの中にそれぞれ収容されたバラ材料流
形成手段および／または排出液流形成手段を含む事が好
ましい。

また本発明のバラ材料の水力搬送装置において、バラ材
料流形成手段と排出液流形成手段はそれぞれ仕切り板に
対して鋭角に設定された少なくとも１枚の板の形状に構
成され、これらの板の頂点は円環形チャンバの上部に向
けられている事が好ましい。

また本発明のバラ材料の水力搬送装置において、バラ材
料流形成手段と排出液流形成手段はそれぞれ複数の板の
形状に構成され、これらの板は仕切り板に対して実質的
に同一の鋭角に設定される事が好ましい。

バラ材料の水力搬送装置において、円環形チャンバの赤
道面と水平面との角度が前記の範囲内にあれば、チャン
バが完全に充填されるまで、装入されるバラ材料流が赤
道面の下方に位置する壁体部分に沿って流下する２流に
分割される。液体が排出される際に、バラ材料の大部分
は懸濁していないのでバラ材料の強い同伴は生じない。

チャンバが前記の範囲内に傾斜していれば、排出に際し
てバラ材料はチャンバの下方壁体面に沿って排出ユニッ
トまで沈降し、このバラ材料はその上方をチャンバの土
壁体に沿って上昇する液体と交換されるので、チャンバ
容積中のバラ材料の分級が実質的に低下し、また処理さ
れるスラリ密度の安定性が向上する。この場合、液体と
バラ材料との相互作用が最小限になる。この相互作用が
低減される結果として、バラ材料は排出ユニットまで均
一に送られ、スラリ密度の安定性を増大する。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

バラ材料水力搬送装置は円環形チャンバ１（第１図）を
含み、このチャンバ１はバラ材料装入管２と、液体排出
管３とを有し、これらの管２．３はチャンバ１の子午面
に対して一方の側に配置されている（子午面と赤道面Ｈ
との交差線をｒＱＪで示す）。スラリ排出ユニット４は
子午面の反対側に配置されている。チャンバ１の赤道面
Ｈは水平面Ｇに対して下記の範囲内の角度αをもって傾
斜している： φ〈α〈９０゜ ここに、φは水力搬送のために使用される液体によって
飽和されたバラ材料の内部摩擦角度とすスラリ排出ユニ
ット４は、圧液流送入管５とススラリ排出管６とを含む
。

チャンバ１の最小傾斜角度は、バラ材料を重力作用でス
ラリ排出ユニット４まで確実に搬送する条件によって決
定される。

チャンバ１の赤道面Ｈがφと同等またはこれ以下の角度
αで傾斜していれば、粒子の移動が極度に低下し、これ
はスラリ排出ユニット４へのバラ材料の供給を妨害し装
置の動作を不可能にする。

研究によれば、赤道面Ｈと垂直面との間の僅少な角度差
も排出液流からのバラ材料流の急激な分離を生じ、これ
は排出液によって搬送されるバラ材料の量を減少させる
。しかしバラ材料の粒子は排出液の上昇流の作用で懸濁
状態に留まるが、垂直面からの角度差がさらに増大する
ならば、懸濁粒子量が低下する。α〈４５°であれば、
懸濁粒子量の実質的な低下が見られる。

また研究によれば、α〈４００であれば、同伴される材
料粒子の量が増大する。従って、チャンバ１の最適配置
はαが下記の範囲内にある時に達成される。

４０°　≦α≦４５゜ バラ材料が多量に装入された場合、またはチャンバ１が
完全に装入された後に、バラ材料流と排出液との間の乱
流相互作用が見られる。これらのの流の層流性を保持す
るため、チャンバ１はその上部に仕切り板７（第２図）
を備え、この仕切り板７は実質的に赤道面Ｈの中に配置
されて、その上下に２スペース８．９を画成する。下方
スペース８はバラ材料の装入管２と連通するが、上方ス
ペース９は液体排出管３と連通する。仕切り板の長さＱ
はチャンバ１の母線外周の直径と同等またはこれ以下で
ある。

排出されるバラ材料と液体とを層流に近い条件に保持す
るため、この装置はそれぞれのスペース８．９の中に収
容されたバラ材料流形成手段１０および／または排出液
流形成手段１１（第３図）を有する。これらの形成手段
１０．１１は、それぞれ仕切り板７に対して鋭角βで設
定された少なくとも１つの板の形状に構成され、その頂
点はチャンバ１の上部に向けられている。第２図に図示
のバラ材料流形成手段１０は１枚の板状に構成されてい
るが、第３図に図示のバラ材料流形成手段１０と排出液
流形成手段１１はそれぞれ複数の板１２（第４図）と板
１３（第４図、第５図）の形状に構成されている。

これらのすべての板１２３１３は実質的に同一鋭角βに
配置されている。本発明の他の実施態様によれば、バラ
材料流形成手段１０の板１２の傾斜角度は排出液流形成
手段１１の板１３の傾斜角度と相違している。

角度βの値は、材料装入中のバラ材料による板１２の閉
塞を防止し、また排出液の流れに対する板１３の抵抗を
除くように選定される。

板１２の下縁は仕切り板７の下縁のレベルまたはその上
方に配置されるが、上縁はチャンバ１の壁体から一定間
隔離間され、これによってバラ材料は板１２の間隙の中
に自由に分布される事ができる。

前記の間隔は、バラ材料装入管２の直径と同等とし、ま
たは処理されるバラ材料の最大部分の最大粒径の少なく
とも３乃至５倍とする事ができる。

本発明のバラ材料水力搬送装置は水力搬送プラントの一
部を成す。この装置の連続操作を実施するため、プラン
トは２基またはこれ以上の装置を含み、各装置は管２と
逆止め弁１５を備えたスラリ送りパイプライン１４（第
６図）とを通して低揚力浚渫ポンプ１６に接続され、管
３と仕切り弁１８を備えた排出パイプライン１７とを通
して前記低揚力浚渫ポンプ１６の排水だめ１９に接続さ
れ（図示されず）、また管５と仕切り弁２１を備えた圧
水導管２０とを通して高揚力水ポンプ２２に接続されて
いる。

ポンプ２２は、前記導管２０と仕切り弁２４を備えたバ
イパス導管２３とを通して主スラリ搬送パイプライン２
５に接続されている。チャンバ１は、管６と逆止め弁２
７を備えた排出パイプライン２６とを通して前記主スラ
リ搬送パイプライン２５に接続されている。

操作 本発明によるバラ材料水力搬送装置は下記のように作動
する。水射機によってえぐり取られた塊からバラ材料が
低揚力浚渫ポンプ１６の排水だめ１９（第６図）の中に
送られ、つぎにスラリパイプライン１４と管２（第１図
）とを通してチャンバ１の中にポンプ輸送される。この
チャンバ１はバラ材料を含まず、排出後に残った液体の
みを充填されている。装入されるバラ材料の流れは２流
を成して、チャンバ１の赤道面Ｈの下方のチャンバ部分
に送られ、バラ材料はチャンバの壁体に沿って滑ってチ
ャンバ１を満たす、チャンバ１の中にある余分の液体は
バラ材料によって置き換えられて、排出管３と排出パイ
プライン１７とを通して排水だめ１９に排出される。余
分の液体は最小限量のバラ材料粒子を含有する上層から
排出される。なぜかならば、バラ材料の装入中に、バラ
材料はチャンバ１の赤道面下方の壁体の上に沈澱し、懸
濁状態となる事を防止されるからである。このようにし
て、液体によるバラ材料粒子の同伴が最小限になる。

排出中に生じやすいバラ材料と液体との乱流を防止しま
たこれらの流れ間の相互干渉を防止するため、この装置
は仕切り板７を備える（第２図）。

装置の生産量を増大し、従って処理されるスラリと液体
の量を増大する場合、または微粒子状のバラ材料（ダス
ト状砂など）の水力搬送の場合、１枚の板の形のバラ材
料流形成手段１０が装置の中に配置され、この形成手段
１０はバラ材料流をチャンバ１の赤道面Ｈ下方の壁体に
向かって案内し、バラ材料の一部の沈澱手段として役立
ち、またチャンバ１の下側壁体と仕切り板７との間に形
成されるバラ材料層の撹拌を防止する。複数の板１２が
配置されれば（第３図、第４図）、前記の効果が強化さ
れ、従って排出液によって同伴されるバラ材料粒子の量
を最小限に成すと共に、装置の高い作動効率を保証する
。また、チャンバ１の装入が終了しかかつてバラ材料が
スペース８．９のレベルまで充填された時、仕切り板７
と成形板１３が凝縮器として作用し、液体によって同伴
されるバラ材料粒子がこれらの板の上に沈澱される。

スラリはチャンバ１から、スラリ排出ユニット４を通し
て主スラリパイプライン２５（第６図）の中に排出され
る。その際に、圧下液流が管５（第２図）を通してチャ
ンバ１の中に導入され、バラ材料と混合されて、排出管
６から排出されるスラリを形成する。チャンバ１からス
ラリか排出される際に、排出されるバラ材料に代わる液
体部分が管６の入口のスラリ形成区域からチャンバ１内
部の管６の上部に向かって流れ、さらにチャンバの下方
狭窄部を通して最小限の抵抗をもって上方に流れ、最後
にチャンバ下方部分の直上の、赤道面Ｈ上方の区域を通
る。このようにして液流は下降するバラ材料層の中を通
過する事なく、これらのバラ材料の分級を防止し、また
下降するバラ材料に対して抵抗しない、このようにして
スラリ密度が安定する。

一方のチャンバ１（第６図）が装入されいる時に他方の
チャンバ１が排出される。この場合、装入されるチャン
バ１において、仕切り弁２１と逆止め弁２７が閉鎖され
、これに対して仕切り弁１８と逆止め弁１５が開かれる
。排出されているチャンバ１においては、仕切り弁１８
と逆止め弁１５が閉じられ、仕切り弁２１と逆止め弁２
７が開かれる。一方のチャンバ１が完全に充填された後
に、しかしその仕切り弁１８と２１が切り替えられる前
に、バイパス導管２３の仕切り弁２４が開かれる。仕切
り弁１８．２１が切り替えられた後に、仕切り弁２４が
閉じられる。

発明の効果 本発明によるバラ材料水力搬送装置は、排出液によって
同伴されるバラ材料粒子の量を低減させ、また処理され
るスラリの密度の安定性を増大する事が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるバラ材料水力搬送装置の全体斜視
図、第２図は第１図の装置の子午面に沿ってとられた断
面図であって、チャンバの赤道面に配置された仕切り板
と、チャンバの下方スペースの中に前記仕切り板に対応
して取り付けられたバラ材料流形成板とを示す図、第３
図は装置の子午面に沿ってとられた上方断面を示し、仕
切り板と、それぞれのスペースの中に配置されたバラ材
料流形成板と排出液流形成板とを示す図、第４図は第３
図のＩＶ−ＩＶ線に沿ってとられた断面図、第５図は第
４図のｖ−■線に沿ってとられた断面図、第６図は本発
明による２基のバラ材料水力搬送装置を備えた水力搬送
プラントの概略図である。 １１１１円環形チャンバ、２６０．バラ材料装入管、３
００．水力搬送液排出管、４００．スラリ排出ユニット
、５００．圧液導入管、６１０．スラリ排出管、８１０
．下方スペース、９１０．上方スペース、１０．、、バ
ラ材料流形成手段、１１．、、排出液流形成手段、α９
０．赤道面Ｈと水平面との角度、φ８０．水力輸送用液
で飽和されたバラ材料の内部摩擦角度。 出頴人代理人　　佐　　藤 雄。 Ｆｌ（３，３ １５９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、子午面と赤道面（Ｈ）とを有する円環形チャンバ（
   １）を含み、前記チャンバ（１）は、その子午面に対し
   て一方の側に配置されたバラ材料装入管（２）および水
   力輸送用液体の排出管（３）と、前記子午面に対して反
   対側に配置されたスラリ排出ユニット（４）とを備える
   バラ材料の水力搬送装置において、円環形チャンバ（１
   ）の赤道面（Ｈ）と水平面（Ｇ）伴の成す角度（α）が
   下記の範囲内にあり、 φ＜α＜９０° ここに、φは水力搬送用液体で飽和されたバラ材料の内
   部摩擦角度とする事を特徴とするバラ材料の水力搬送装
   置。 ２、子午面と赤道面（Ｈ）とを有する円環形チャンバ（
   １）を含み、前記チャンバ（１）は、その子午面に対し
   て一方の側に配置されたバラ材料装入管（２）および水
   力輸送用液体の排出管（３）と、前記子午面に対して反
   対側に配置されたスラリ排出ユニット（４）とを備える
   バラ材料の水力搬送装置において、円環形チャンバ（１
   ）の赤道面（Ｈ）と水平面（Ｇ）との成す角度（α）が
   下記の範囲内にあり、 φ＜α＜９０° ここに、φは水力搬送用液体で飽和されたバラ材料の内
   部摩擦角度とし、また前記円環形チャンバ（１）はその
   上部において実質的に赤道面（Ｈ）に仕切り板（７）を
   取り付けられて、上下の２スペース（８、９）を形成し
   、下方スペース（８）はバラ材料装入管（２）に組合わ
   され、上方スペース（９）は液体排出管（３）に連通す
   る事を特徴とするバラ材料の水力搬送装置。 ３、子午面と赤道面（Ｈ）とを有する円環形チャンバ（
   １）を含み、前記チャンバ（１）は、その子午面に対し
   て一方の側に配置されたバラ材料装入管（２）および水
   力輸送用液体の排出管（３）と、前記子午面に対して反
   対側に配置されたスラリ排出ユニット（４）とを備える
   バラ材料の水力搬送装置において、円環形チャンバ（１
   ）の赤道面（Ｈ）と水平面（Ｇ）との成す角度（α）が
   下記の範囲内にあり、 φ＜α＜９０° ここに、φは水力搬送用液体で飽和されたバラ材料の内
   部摩擦角度とし、また前記円環形チャンバ（１）はその
   上部において実質的に赤道面（Ｈ）に仕切り板（７）を
   取り付けられて、上下の２スペース（８、９）を形成し
   、下方スペース（８）はバラ材料装入管（２）に組合わ
   され、上方スペース（９）は液体排出管（３）に連通し
   、また前記バラ材料の水力搬送装置はスペース（８、９
   ）の中にそれぞれ収容されたバラ材料流形成手段（１０
   ）および／または排出液流形成手段（１１）を含む事を
   特徴とするバラ材料の水力搬送装置。 ４、円環形チャンバ（１）の赤道面（Ｈ）と水平面（Ｇ
   ）との成す角度（α）は、 ４０°≦α≦４５° の範囲内にある事を特徴とする請求項１、２、３のいず
   れかに記載のバラ材料の水力搬送装置。 ５、バラ材料流形成手段（１０）と排出液流形成手段（
   １１）はそれぞれ仕切り板（７）に対して鋭角（β）に
   設定された少なくとも１枚の板（１２、１３）の形状に
   構成され、これらの板の頂点は円環形チャンバ（１）の
   上部に向けられている事を特徴とする請求項３または４
   のいずれかに記載のバラ材料の水力搬送装置。 ６、バラ材料流形成手段（１０）と排出液流形成手段（
   １１）はそれぞれ複数の板（１２、１３）の形状に構成
   され、これらの板（１２３１３）は仕切り板（７）に対
   して実質的に同一の鋭角（β）に設定される事を特徴と
   する請求項５に記載のバラ材料の水力搬送装置。