WO2006033441A1 - 水中堆積物の流送設備 - Google Patents

Abstract

屈曲部に開口部(1a)を有し、パイプ(1)の後方開放端部(1c)の圧力をパイプ(1)周囲の静水圧より低く維持し、屈曲部開口部(1a)からその周囲の沈殿物を吸引してパイプ後方開放端部(1c)へ排出するパイプ(1)において、パイプ屈曲部に粉砕・攪拌機能を有する水中攪拌翼(24a、24b)を備えた原動機(25)を設置し、水中攪拌翼を、パイプ屈曲部内部又は下方周辺の少なくとも一箇所に設け、パイプ屈曲部の内部では吸引物の粉砕、攪拌を、下方周辺では沈殿物および沈殿物中の木枝やゴミ等の雑物の粉砕、撹拌を可能とした。水中堆積物の流送設備において、沈殿物がその粘性で固結していたり、底に固着している場合、木枝などの雑物による障害物で、沈殿物が分離し分解しない場合、沈殿物の比重が重く分離しがたい場合でも、水の吸引作用のみで容易に分離し、水流と共に吸引することができるように、粉砕、撹拌可能とする。

Description

水中堆積物の流送設備 技術分野

この出願の発明は、 堆積物の吸引流送設備に関するものである。 さら に詳しくは、この出願の発明は、大型タンクや、浄水場及び下水処理場、 溜池、 沈砂池、 貯水池、 ダム湖、 湖、 海、 送水トンネル、 送水路など、 流体を貯留、 送水する施設や場所に溜まった堆積物、 集積物、 堆砂など の沈殿物を吸引 ·浚渫 ·流送するた の凌渫設備として、 静水圧を有 効に利用して又は付加的に流送装置を用いて、 水中堆積物を吸引流送す る、 堆積物の薪しい吸引流送設備に関するものである。 背景技術

従来より、 流体を貯留する施設などでは、 沈殿堆積物を排出すること ができる手段や設備を備え、 これを維持し、 運用することが欠かせない ものになっている。 特に近年では、 ダムの湖底沈殿物の問題は、 沈殿物 堆積による貯蔵水量の減少、 沈殿堆積物の排出作業の増大などに深刻な 影響を与えるようになつてきており、 これを解決するため、 沈殿物を効 率的に浚渫処理することが、 ダムの貯水量を増大させ、 ダムの利用寿命 を延ばす上で是非とも必要な重要課題となっている。

従来から行われているダム底に堆積する沈殿物を浚渫する方法とし ては、

< 1>貯留されている沈殿物を大量の水と共に放流するフラッシング排 砂による方法、

< 2>—時的にダム水位を低下させ、 露出した沈殿物上に水を流すこと により中流域の沈殿物をダム近傍の支水域へ移動させる方法、 < 3>ダム上流部に貯砂ダムなどを造成し、 土砂混じりの水を直接下流 に放流するためのバイパストンネルを設けて排砂する方法及ぴ

<4>浚渫船による掘削や水位低下で露出した沈殿物を直接掘削する方 法等

が存在している。

しかしながら、 < 1>フラッシシングによる排砂方法では、 時期的な 制限を受けて増水期に限られ、 またこの方法を実行する場合には、 大量 の水が消費されるためフラッシング期間中は都市用水、 農業用水、 発電 用水などの本来の水利用ができないなどの問題がある。 また、 <2>— 時期にダム水位を低下させる方法も、 実施時期を選ぶことができず、 し かも大量の水を消費するため本来の水利用に使用する水の水質が悪化 する問題がある。 そして、 <3>バイパストンネルを設けて排砂する方 法では、 パイパストンネルによる排出できる範囲は排出口近傍に限られ るだけでなく、 初期設備の投資額が非常に大きくなる等の問題がある。 さらに、 <4>浚渫による方法は、 ダム湖へ浚渫用の大型機械を設置す ることが必要になり、 これらの装置を分解搬送したり、 浚渫後の土砂輸 送や水切り揚土が必要となり、 処理費用が嵩むのに加え、 濁水が発生す るなどの問題がある。

以上のような従来方法による問題を解消するために、 この出願の発明 者は、 全く新しい方法とそのための装置をすでに発明として提案してい る （特許文献 1 )。 この先行の発明によれば、 ダム湖等へ大型機械を分 解搬送する必要がなく、 移動しながら、 浚渫、 流送可能な方法であり、 広範囲の沈殿物の掘削排出が可能であって、 沈殿物の流送に理想的なへ テロジーニアス流を実現し、 管材の磨耗低減に加え、 何らの制御装置を 用いることなく混泥率を調整しながら排砂することができ、 しかも、 貯 水池の濁流発生を抑えるとともに、 低コスト化が可能な新しい技術手段 を提供するものである。

しかしながら、 この先行の発明においても、 沈殿物がその粘性によつ て固結している場合や底に固着している場合、 固結物の粒子が大きい場 合、 吸込水流の力のみでは、 固結物の剥離、 分離、 浮遊 （移動） が難し くなつたり、 開口部をふさぐ状態になったりする。 この状態が維続され ると、 吸引効率が低下するおそれがあった。 また、 木枝などの雑物が存 在したときには、 これが障害物となって、 吸込水流が阻害され、 吸込水 流速が低下し、 同様に固結物の剥離、 分離、 浮遊 （移動） が難しくなつ たり、 開口部を塞ぎ、 吸引効率が低下するおそれがあった。 さらに、 沈 殿物の比重が重く、 このため水の吸引作用のみで容易に分離する水流と 共に吸引できないため、 吸引効率をあげることができないおそれがあつ た。

特許文献 1 ：特開 2 0 0 3— 1 3 8 5 9 8号公報 発明の開示

以上から、 この出願の発明は、 それらの課題を解決するため、 沈殿物 がその粘性によって固結していたり、底に固着している場合でも、また、 木枝などの雑物による障害物で、 沈殿物が分離し分解しない場合でも、 さらに沈殿物の比重が重く分離しがたい場合でも、 水の吸引作用のみで 容易に分離し、 水流と共に吸引することを可能にする技術を提供する ものである。

この出願の発明は、 前記の課題を解決するものとして、 第 1には、 前 後両端を開放し且つその途中に屈曲部を設けてその屈曲部外側周面部 に開口部を配設したパイプを備え、 パイプの後方開放端部の圧力をパイ プ周囲の静水圧より低く維持することでパイプ内が周囲より低圧とさ れて、 屈曲部開口部からその周囲の沈殿物が吸引されてパイプ後方開放 端部へ流排出されるようにした屈曲部に開口部を有するパイプにおい て、 パイプ屈曲部内の吸引物を粉砕し、 攪拌するための水中攪拌翼を 設けたり、 又は、 パイプ屈曲部下方周辺の沈殿物および、 沈殿物中の木 枝ゃゴミ等の雑物を粉砕し、 バラバラに分離し撹拌するための水中攪拌 翼を設けたり、 或いは、 パイプ屈曲部内に吸引物を粉砕し、 パラパラに 分離し攪拌するための水中攪拌翼と、 パイプ屈曲部下方の周辺の沈殿物 および、 沈殿物中の木枝ゃゴミ等の雑物を粉砕し、 ラバラに分離し攪拌 するための水中攪拌翼の両方を設けたりしたすることのできる水中堆 積物の流送設備を提供し、 言い換えれば、 パイプ屈曲部に粉砕 ·攪拌機 能を有する水中攪拌翼を備えた原動機を設置し、 水中攪拌翼を、 パイプ 屈曲部内部又はパイプ屈曲部の下方周辺の少なくとも一箇所に位置し て設け、 パイプ屈曲部の内部では吸引物の粉砕、 攪拌を、 下方周辺では 沈殿物および沈殿物中の木枝ゃゴミ等の雑物の粉砕、 撹拌を可能とした ことを特徴とする水中堆積物の流送設備を提供する。

第 2には、 前記パイプ屈曲部に粉砕 ·攪拌機能を有する水中攪拌翼を 備えた原動機にインペラを備えて、 吸引物を流送するためのポンプとな し、 パイプ屈曲部内部および/またはパイプ屈曲部の下方周辺に設置の 水中攪拌翼により粉砕、 攪拌された吸引物の強制流送を可能とした水中. 堆積物の流送設備を提供する。 図面の簡単な説明

図 1は、 この発明の水中堆積物の流送設備を用いた場合の実施に係る 全体の模式図である。

図 2は、 水中堆積物の攪拌翼を供えた流送設備の一実施例に係り、 ( a ) は断面を示す概要図であり、 （b ) は図 2 ( a ) の A1— A1位置で 示した図である。

図 3は、 水中堆積物の攪拌翼と流送用ポンプを備えた流送設備の他の 実施例に係り、 （a ) は断面を示す概要図であり、 （b ) は図 3 ( a ) の A2— A2位置で示した図である。

なお、 図中の符号は次のものを示す。

1 J型形状で屈曲部に間口部を有するパイプ

l a 開口部

1 b 前方開放端部 C 後方開口端部

屈曲部

排出管

重量物

船または台船

クレーン

フローティングタンク

注水管

エアー抜きバルブ

a ストップバルブ

b ストップバルブ

0 ポンプ

1 流量調整パルプ

2 フローティングタンク内の水位を調整するためのバルブ

3 フローティングタンク内に排出された水を汲出することでタンク 内の水位を低く維持するためのポンプ

5 地盤

6 ダムや堰堤など

7 水などの流体物

8 水位

9 元地盤線や河床線

0 堆積物

1 現湖底線

2 フローティングタンク内の水位

3 噴出口

4 攪拌翼

4a パイプ内の攪拌翼

4b パイプ外の攪拌翼 25 油圧モー夕一、 電気モーター等の原動機

26a ポンプ

26 インペラ 発明を実施するための最良の形態

この出願の発明は上記のとおりの特徴を有し、 その実施の形態につい て、 以下詳細に説明する。 この出願の発明では、 両端が解放されたパイ プを J、 ϋ、 Vまたは L字状に屈曲加工し、 形成された屈曲部に開口部を 設けたものを利用することができる。 この場合の屈曲部の形成や開口部 の配設のための加工方法について限定されることはなく、 任意に設定す ることができる。 そして、 開口部については、 後述する図面の説明でも 明らかになるように、 パイプ屈曲部の内側ではなく、 膨出する外側の周 面部に配設される。

開口部の形成されたパイプは、 例えば、 水上の船、 台船などに設置し てあるクレーン等で吊られて、 又はパックホーのような掘削機械先端に 取り付けられて沈殿物の近くまで移動し、 パイプの屈曲部開口部を沈殿 物に近接させ、 沈殿物を粉砕してバラバラに分離し、 これを吸引するこ とによって沈殿物を吸引 ·攪拌 ·流送するものである。

この出願の発明のパイプの前後両端部は開放されており、 前方開放端 部の方が沈殿物を排出する側である後方開放端部より静水圧の高い水 中位置に配置される。 そして、 パイプの前方開放端部は沈殿物で埋没さ れることはない位置に開口し、 常に水中に開放維持されている。

後述するようにこのパイプ内に流れを発生させ、 流れが生じることに よって、 前方開放端部より水が吸い込まれ、 パイプ内が周囲の静流体圧 に比べて低圧となるために屈曲部の開口部からパイプ周囲の沈殿物を 水と共に吸い込み排出することになる。 そして、 たとえ 1ケ所の開口部 が閉塞しても、 更に前方の開口部や前方開放端部からの水の吸引が行わ れて常に水が供給されるために管内の閉塞は発生しない。 沈殿物の排出に際し、 沈殿物の濃度が濃過ぎるとパイプ内の抵抗が増 し、 流速が落ち、 吸引力が低下し、 吸引抵抗の少ないパイプの前方開放 端部から水を吸い込むことで、 結果的に希釈が起こる。 逆に、 沈殿物の 濃度が低過ぎると流速が速く、 吸引力が大きいことから、 これに伴って 吸い込む沈殴物の濃度が増大することになる。 従って、 流れが生じた以 後は、 パイプの前方開放端部を水中に位置させているだけで、 何らの制 御装置を用いることなく吸引力が自動調節されるものである。

また、 沈殿物が固結等によって吸引効率が低下することを防止する対 策として、 パイプ屈曲部内に吸引物を粉砕し、 パラパラに分離し攪拌す るための水中攪拌翼を備えることができる。 水中撹絆翼は、 攪拌効果の 大きなものがよい、 たとえば水底に沈殿した固形物を直接撹乱、 浮遊で きる撹乱羽根がよい。 この水中攪拌翼を取り付けることにより、 沈殿物 や、 沈殿物中の木枝などの雑物を粉砕、 分離、 攪拌し、 作業効率がよく なる。

さらに、 攪拌翼は、 攪拌効果をあげるためにパイプ屈曲部下方周辺の 沈殿物、 沈殿物中の木枝、 ゴミ等の雑物を粉砕し、 バラパラに分離し攪 拌するための水中攪拌翼を備えることもできる。 さらに、 攪拌効果をあ げるためにパイプ屈曲部内の吸引物を攪拌するための水中攪拌翼とパ イブ屈曲部下方周辺の沈殿物、 堆積物を攪拌するための水中攪拌翼を備 えることもできる。

この場合、 水中攪拌翼は、 各部に十分な肉厚をもたせ、 また耐磨耗性 があるもの、 たとえば主要部品は高クローム铸鉄を使用したものがょレ 水中攪拌翼の回転数は、 攪拌する沈殿物の質や性状、 最適な攪拌状況の 実施のため、 低速回転から高速回転まで、 任意に設計，製作できるもの とする。

パイプの形状は、 先行技術と同様、 例えば J、 ϋ、 Vまたは L字状に屈 曲加工されているものとすることができるが、 特に限定せずに屈曲形状 のものであればその他各種の形状のものでもよい。 また屈曲部開口部の形状も、 連続した開口、 あるいは円形、 角型. 楕 円形などが間歇的でも連続したものでもよく、 開口部の数、 開口部の大 きさや位置には一般的な限定はないが、 排出させる堆積沈殿物に開口部 が対向するようにする必要があるため、 パイプの下側、 つまり、 湖底や 河床等の水底に対向した屈曲部の外側周面部に開口部を設ける。

パイプ材料については特に限定はなく、 鋼管、 ライニング鋼管、 铸鉄 管などの金属、 塩化ビニールや高密度ポリエチレンなどの各種の高分子 材料等を、 適用場所や目的等に対応して適宜選択して使用することがで きる。

また、 パイプには、 別途油圧または電動駆動装置を取り付け、 水中で スイングさせたり、 また平行に移動させたり、 さらに回転させたりする こともできる。

パイプの径は、 排出する容量や場所の条件、 大きさに応じて 25〜 3500nm程度のものを使用することが好ましい。

もちろん、 この発明の形態としては、 単独でパイプを利用した上述の 例に限らず、 既存の他の方法と組み合わせて使用することもできる。 例 えば、 従来工法 （浚渫、 陸上構械による掘削） で掘削したものをこの発 明で流送することや、 この発明の方法で排出したものを、 従来方法で運 搬することも可能である。 実施例

図 1は、 この出願の発明の沈殿物の排出方法をダム湖へ適用した場合を 例示する概要図であり、 水中堆積物の流送設備を用いた場合の全体を模 式的に示す図である。

地盤 15に建設されたダム 16に水 17が水位 18をなして貯蔵されてい る。 地盤 15の元地盤線 19には堆積物 20が現湖底線 21をなして堆積し ている。 そして、 堆積物 20には、 これを排出しょうとする部分に J字 型形状の屈曲部 B外側周面に開口部 laを有するパイプ 1が対向位置し ている。 ，

パイプ 1は、 水上の船 4に設置してあるクレーン 5で吊り下ろして、 固定してある。 そこで、 船 4を移動することによってパイプ 1を自由に 移動させ、 I字型形状の屈曲部 Βを目的の場所に移行させ、 その移行位 置で吸引 ·攪拌 ·流送を行うことができる。

パイプ 1内に水の流れを発生させるためのエネルギーとして、 ここで は、 湖内に水を入れたフローティングタンク 6を浮かべ、 タンク 6内の 水の水位と湖面の水位との水位差を利用する。

パイプ 1の開口部 laの後方側には、注水管 7及びエアー抜きバルブ 8 及びストップパルプ 9a、 ストップバルブ 9bが接続され、 注水管 7には ポンプ 10が取り付けられる。

また、 排出量を調整するために、 パイプ 1の開口部 laの後方側には 流量調節パルプ 11が取り付けられる。

さらに、 フローティングタンク 6には、 タンク内の水位を調整するた めのバルブ 12及びポンプ 13が設けられる。

この例の場合のパイプ 1による沈殿堆積物 20の排出方法は、例えば、 図 1において、 以下の手順 （1 ) 〜 （5 ) にしたがって行われる。

( 1 ) ストップバルブ 9a、 ストップバルブ 9bを閉じる。

( 2 ) 注水管 7より注水しながら、 エアー抜きバルブ 8でパイプ内の エアーを抜く。 終了したら、 注水管 7、 エアー抜きバルブ 8を 閉じる。

( 3 ) ストップバルブ 9aを開く。

( 4 ) ストップバルブ 9bを聞くと、 同時に堆積物 20 は、 開口部 la を通して吸い込まれ水と共にフローティングタンク 6に排出さ れる。

J字型形状の屈曲部 Bを有するパイプ 1は、 たとえば、 任意の外形状 とすることができる。 例えば、 開口部 laは、 パイプ 1の屈曲部 Bの下 側、 つまり湾曲する外側の周面部を断続的に切り欠いた状態で配置する ことができる。 前方開放端部 lbは、 この開口部 laよりも上方の水中に 位置して設けられる。

また、 図 3に示されるように、 インペラ 26 により強制流送を行うこ とも考慮される。 さらに、 詳細に説明すれば、 図 2 ( a ) ( b ) のよう に、 パイプ屈曲部 Bに粉砕 ·攪拌機能を有する水中攪拌翼 24 を備えた 原動機 25を設置し、 水中攪拌翼 24を、 パイプ屈曲部 B内部又はパイプ 屈曲部 Bの下方周辺の少なくとも一箇所に、 パイプ内攪拌翼 2 4 a、 パ イブ外下の攪拌翼 2 4 bのように設け、 パイプ屈曲部 Bの内部では吸引 物の粉砕、 攪拌を、 下方周辺では沈殿物および沈殿物中の木枝やゴミ等 の雑物の粉砕、 撹拌を可能とした水中堆積物の流送設備を構成すること ができる。 また、 図 3 ( a ) ( b ) のように、 攪拌機 25にボンンプ 2 6 aをさらに追加し、 このポンプ 2 6 aのインペラ 2 6 bにより吸引物を 流送する構成とすることもできる。 パイプ屈曲部 B内部おょぴ Zまたは パイプ屈曲部 Bの下方周辺に設置の水中攪拌翼 2 4 a、 2 4 bにより粉 砕、 攪拌された吸引物はポンプ 2 6 aのインペラ 2 6 bにより強制的に 流送し、 水中堆積物の流送をより一層効率的に実行することができる。 産業上の利用可能性

この出願の発明によれば、 沈殿物がその粘性によって固結していたり、 底に固着している場合であっても、 また、 木枝などの雑物による障害物 で、 沈殿物が分離し分解しない場合であっても、 さらに沈殿物の比重が 重く分離しがたい場合であっても、 パイプ屈曲部内部おょぴノまたはパ イブ屈曲部の下方周辺に設置の水中攪拌翼により粉砕、 攪拌されるので、 その後は、 水の吸引作用のみで容易に分離し、 水流と共に吸引すること ができる。 また、 さらにポンプを形成したときには吸引物の強制流送を 可能とし、 一層効果的に水中堆積物を流送することができる。

また、 以下に詳しく記述するように、 この出願の発明によれば、 湖底 の任意の位置で効率的に沈殿物、 堆積物を低損失で排出できるために、 排出のための使用流体の量を少なく、 排出距離を長く、 また、 磨耗を小 さくすることができる。 このことは、 非常に安いコストで排出を可能に する流送設備を提供する。 また、 吸い込み口では濁水を発生させないた めに、 吸い込み、 排出と同時に他の取水口からの上水、 農業用水、 工業 用水、 発電用水などの利用が平行的にできる。

さらに、 新設の貯水池などの堆砂、 沈殿物、 堆積物の排出が随時可能 であるため、 これによつて、 沈殿物や堆積物の堆積容量を減らすことが できる。 すなわち、 沈殿物や堆積物の底浚いを適宜実行し、 沈殿物等の 堆積を最小限に維持管理することによって、 貯水池など貯水量を新設時 の有効貯水量のままに減少させることなく維持することが可能となる。 したがって、 従来のように、 沈殿物や堆積物の堆積容量を見込んで貯水 池の容量を設計する必要がなくなり、 その分、 貯水池の容量を減らし、 ダムの高さなどの規模を縮小することができ、 ダムの小型化によっても、 従来と同様の効果を得ることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 前後両端を開放し且つその途中に屈曲部を設けてその屈曲部外側 周面部に開口部を配設したパイプを備え、 パイプの後方開放端部の圧力 をパイプ周囲の静水圧より低く維持することでパイプ内が周囲より低 圧とされて、 屈曲部開口部からその周囲の沈殿物が吸引されてパイプ後 方開放端部へ流排出されるようにした屈曲部に開口部を有するパイプ において、 パイプ屈曲部に粉砕 ·攪拌機能を有する水中攪拌翼を備えた 原動機を設置し、 水中攪拌翼を、 パイプ屈曲部内部又はパイプ屈曲部の 下方周辺の少なくとも一箇所に位置して設け、 パイプ屈曲部の内部では 吸引物の粉砕、 攪拌を、 下方周辺では沈殿物および沈殿物中の木枝ゃゴ ミ等の雑物の粉砕、 撹拌を可能としたことを特徴とする水中堆積物の流 送設備。

2 . 請求項 1において、 前記パイプ屈曲部に粉砕 ·攪拌機能を有する 水中攪拌翼を備えた原動機にインペラを備えて、 吸引物を流送するため のポンプとなし、 パイプ屈曲部内部おょぴ またはパイプ屈曲部の下方 周辺に設置の水中攪拌翼により粉砕、 攪拌された吸引物の強制流送を可 能としたことを特徴とする水中堆積物の流送設備。