サンドイッチベルトハイアングルコンベヤによる泥除去

サンドイッチベルトハイアングルコンベアコンセプトの開発は、1950 年代初頭に初めて導入されて以来、長い道のりを歩んできました。 1979 年までの約 30 年間、大きな進歩はほとんどなく、急激に進歩しただけでした。このような進歩は、以前の開発の上に築かれたものではありません。むしろ、それらは独立した開発であり、すぐに技術的な限界に達しました。サンドイッチベルトハイアングルコンベヤは、1979 年から 1981 年にかけてジョセフ A. ドスサントスによって開発され、長期的な成功を収めました。

ドスサントスサンドイッチベルトハイアングルコンベヤは、1984 年に最初の商用ユニットが稼働を開始し、現在業界で十分に確立されています。それ以来、世界中で 200 台以上のユニットが稼働しています。

最初の商業用トンネル掘削用サンドイッチベルトハイアングルコンベヤは、まさに最初の垂直設置でもありました。このシステムは、1980 年代後半のロサンゼルス地下鉄拡張の一部でした。この地域の掘削は、上の交通量の多い市街路を支えるために鉄骨の梁の上に木材を載せた開削で、掘削は下で進められました。材料の移動は、フロントエンドローダーを使用して、グリズリーで覆われたホッパーまでロードアンドキャリーによって行われました。ホッパーは、振動フィーダーを介してハイアングルコンベアのテールをロードしました。ハイアングルコンベアは、掘削した土を道路の下から上のトラックの積み込み箱まで連続的に上昇させました。

ゴミ箱に直接積み込むように設計されていましたが、トラックのアクセスと交通の流れの理由から、ゴミ箱を 2 つの交通量の多い通りの交差点からより遠くに配置するために、接続コンベアが追加されました。下のホッパーと上のビンのサージ容量により、ハイアングルコンベアの連続昇降を中断することなく、独立した不連続な掘削とトラックへの積み込みが可能になりました。このシステムは、掘削の初期段階で稼働を開始できるように設計されており、必要な揚程はわずか 25 メートルです。その後、設計最大深度と対応する設計揚程 32.3 メートルに達するまで、深さが増すにつれて 1.219 メートルずつ下に延長されました。

この初期のプロジェクトで学んだ貴重な教訓は次のとおりです。

システムはその任務を無事に完了しましたが、このようなプロジェクト向けの将来のサンドイッチベルトハイアングルコンベヤでは、幅広のベルト (ベルト幅 1200 mm 以上)、より厚い耐損傷性摩耗カバー、およびへこみを和らげるためにアイドラーにゴム製ディスクセンターロールを使用することが決定されました。大きな塊が遷移曲線に沿って移動する様子を観察します。

1993 年に、TBM (トンネルボーリングマシン) からトンネル土砂を持ち上げるための最初のサンドイッチベルト設備が設置されました。これはシカゴ TARP (トンネルおよび貯水池計画) プロジェクトの一部でした。掘削および土砂運搬システム全体は、TBM、地下のトレーリングコンベア、材料を地表まで持ち上げる垂直サンドイッチベルトコンベアシステム、そして最後にバッタコンベアとラジアルスタッカーで構成される移送およびスタッキングシステムで構成されていました。後続のシステムと同様に、主要な機器 (ドライブと巻取りシステム) は、簡単にアクセスして保守できるように、ヘッドエンドの表面に配置されました。中間構造物と尾滑車のみが地下にありました。さらに、中間構造は、70 メートル上空の地表にあるベルト保管ユニットまで上昇する後続コンベアの戻りベルトストランドのサポートおよびガイドとして機能しました。

これはパリのユニットの前身であり、同様のベルト幅と同様の機器を使用していましたが、材質や動作条件はそれほど過酷ではありませんでした。他のものと同様に、垂直搬送の成功を実証しました。

サンドイッチベルトハイアングルコンベヤ: パリ地下鉄拡張で選ばれたソリューション

1993 年に TBM に初めてサンドイッチベルトが適用されてから、次の設置までに何年もかかりました。サンドイッチベルトハイアングルコンベアの利点が十分に実証されていたにもかかわらず、いくつかのサンドイッチユニットが設置されましたが、ポケットベルトシステムが TBM から地表までトンネル土砂を持ち上げる任務を支配していました。

その利点は、滑らかな表面のゴムベルトを継続的にこすってきれいにできるため、非常に湿った粘着性の物質を処理し、完全に排出できることです。この利点は、他の産業、特に多くのユニットで都市汚泥、汚泥とおがくずの混合物、および一部の産業汚泥を上昇させる都市廃棄物における多くのサンドイッチベルト設備で長い間実証されてきました。これらの設備のほぼすべては、粘着性の材料を垂直に搬送しました。対照的に、トンネル業界は、ポケットベルト昇降システムでのトンネル土砂の処理に引き続き苦労していました。ポケットベルトは、その排出端で、表面受け取りコンベヤーとの長い重なり距離、および固化した材料をポケットから下にある排出コンベヤー上に取り除くためにポケットベルトの背面を叩く一連の偏心ロールとの長い重なり距離を必要とした。

パリの地下鉄拡張プロジェクトでは、最終的にサンドイッチベルトハイアングルコンベアの明確な利点が認められ、サンドイッチベルトハイアングルコンベアのみが指定されました。これらの図は、パリ地下鉄拡張工事でこれまでに供給された 2 つのドスサントスインターナショナルユニットのそれぞれの図と技術概要を示しています。これらのユニットは基本設計は共通ですが、若干の違いがあります。一般的な設計速度 800 t/h の場合、ベルト幅は 1400 mm、ベルト速度は 3 m/s です。このベルト幅は、指定された素材サイズにも対応しており、非常にうまく処理されています。

底部での積み込みから上部での排出までの搬送経路をたどると、バルク材料がサンドイッチに入る前にトラフ付き底部ベルトに積み込まれることがわかります。積み込みポイントから、バルク材料を含む下部ベルトが上部ベルトと結合されて形成されるサンドイッチの中へ移動します。この時点以降、現在吊り下げられている下部ベルトは、それ自体と材料を、密に配置された反転トラフアイドラーによって支持されている上部ベルトに押し上げます。底部のベルトと材料は、式 P ラジアル = 張力/曲線の半径に従ったベルトの張力と湾曲したプロファイルによるラジアル荷重によって上方に押し上げられます。このラジアル荷重は、底部ベルトと搬送される材料の直線重量を克服する必要があり、さらに、重力による滑り戻り力に抵抗する内部摩擦を発生させるために必要な抱き込み圧力を提供する必要があります。

このようにして、バルクはサンドイッチの入口から下部の遷移曲線を通って垂直プロファイルの開始点まで移動します。直線的な垂直プロファイルに沿って、必要な抱き締め圧力が GPS (Gently Pressed Sandwich) セクションによって提供されます。各 GPS セクションは、8 つのロールすべてが均等化されるように、4 つの均等化されたロールからなる 2 つの均等化されたアイドラーのようなアセンブリで構成されます。右側にある均等化されたアイドラー状のアセンブリは、左側のトラフアイドラーの間に配置され、圧縮バネによって提供される計算された圧力で、材料を含む外側 (右側) ベルトを内側 (左側) ベルトに押し付けます。。途切れのないハグの連続性は、完全に均等化されたアイドラーロールの間隔が狭いことによって実現されます。アイドラーロールには優先配向がなく、外側 (右側) ベルトの材料表面の任意のトポグラフィーに完全に追従します。ラジアル荷重の場合と同様に、抱擁圧力は、重力による滑り戻り力に抵抗する必要な内部摩擦を発生させるのに十分なものでなければなりません。

直線プロファイルを超えて、ベルトサンドイッチ状の材料は短い遷移曲線、曲率反転点を通過し、次に別の遷移曲線を通って排出されます。下部の曲線と同様に、遷移曲線を通じて、外側ベルトは、密に配置されたトラフアイドラによって支持される内側曲線に対してバルク材料とともに半径方向に押し上げられます。排出ポイントでは、下部ベルトがそのヘッド/駆動プーリー上で偏向され、材料が排出シュート内に放出されます。トップベルトはヘッド/ドライブプーリーまで少し進みます。両方のベルトはそれぞれの巻き取り経路を通って独立して戻り、その後それぞれのテールプーリーに戻ります。

より大きな素材を想定して、ベルトは、摩耗、衝撃、切断に対する最高の耐性グレードであるグレード 1 ゴムの厚さ 10 mm のキャリングカバーで保護されています。さらに、移行曲線に沿って、すべての CEMA D6 アイドラーにはゴム製ディスクセンターロールとスチール製ウイングロールが装備されています。ゴムディスクのセンターロールは、外側ベルトによって内側ベルトに対して半径方向に押し付けられる大きな塊の乗り心地を和らげます。すべてのプーリーはゴム製のラグが付いており、非駆動プーリーでは平らで、ヘッド駆動プーリーではトラクションのためにダイヤモンドの溝が付いています。非駆動プーリーにもクラウンが付けられています。ラギングとクラウニングの組み合わせにより、ベルトの位置合わせが良好になります。また、ラギングはより柔らかく、ベルトとプーリー面の間の挟み込み部分に材料が入った場合にもより寛容です。

両方のベルトは、ヘッド/排出プーリーのシャフトに取り付けられたドライブによって同様に駆動されます。両方のベルトを駆動すると、駆動張力が均等に共有され、一方のベルトだけを駆動してもう一方のベルトを単に追従させるよりもベルトの位置合わせが容易になります。両方のドライブでの可変周波数制御により、均等な負荷分散が促進され、ソフトスタートが実現し、実際の材料と流量特性に応じて適切と思われるベルト速度の変更が可能になります。張力制御は、ほぼ一定の圧力の油圧によって行われます。各ベルトの張力シリンダーが巻き取りプーリーキャリッジを引っ張り、狭い油圧範囲内で動作し、下限動作限界でポンピングし、上限動作限界で停止します。

パリの 2 つのコンベアの共通設計は、現在の要件と長期的なものに対応しています。トンネル掘削や建設プロジェクトは期間が短く、長くても数年、通常は 2 年未満であることが多いため、カスタムの専用機器のコストを正当化するのは困難です。したがって、現在の要件と将来のプロジェクトの要件に対応する共通の設計を提供することが重要でした。したがって、DSI は、垂直揚力を最低 19.6 メートル、最高 43 メートルまで簡単に増減できるようにシステムを設計しました。これは、各 GPS ハグ圧力モジュールの長さの範囲である 1676 mm の倍数の長さの垂直構造 (およびベルトの長さ) を減算または追加することによって実行できます。

したがって、システムと機器は最大揚力を考慮して設計する必要があります。拡張と縮小を容易にするために、システムはモジュール式になっており、ほとんどの機器が表面に配置されており、簡単にアクセスして保守できます。中間構造は単純な平行チャネルセクションからなり、ヘッドエンドから垂れ下がります。底部では、積込みステーションとアプローチ構造は、地盤上の積込み端 (左側) と垂直方向 (右側) で吊り下げられた中間構造によって支持されています。垂直方向に沿った戦略的なボルト接続ポイントにより、後続の設置の必要に応じて垂直構造の追加および削除が容易になります。この配置と構造により、下部積載セクションと垂直中間セクションはシンプルに保たれ、最も重要な機器はヘッドエンドに配置されます。

同じ共通の設計を持っていますが、ユニットはそれぞれの要件への適応がわずかに異なります。 1 つのユニットで必要な垂直揚力は、1 つの GPS セクションの長さである 1676 mm 減少しました。

もう 1 つのユニットには、TBM の初期開発に関連する別の要件がありました。初期の掘削では、仮設のトレーリングコンベアが使用されました。このコンベアからの排出が上部ベルトの戻りの上に位置するように、トンネルの中心に沿って整列されました。このために、インパクトアイドラーとローディングスカートを備えたローディングテーブルがトップベルトの返却用に設計されました。したがって、泥は底部ベルトの積載エリアに戻される可能性があります。底部のベルトに到達すると、泥は方向を逆転し、ベルトのサンドイッチ内に移動し、次に上部の排出口に移動します。スケッチは、初期のトンネル開発中の上部リターンベルトの荷重を示しています。この初期開発中にドライブの VFD 制御を使用すると、ドスサントスサンドイッチベルトコンベアを低速で動作させ、材料の流れの突然の逆転の影響を軽減できることが特に便利です。この機能はいずれかのユニットでのみ使用されていましたが、将来のインストールで必要になった場合はどちらのユニットでも使用できます。

パリの地下鉄拡張工事は、泥を持ち上げる業務用のサンドイッチベルト高角度コンベヤの独自仕様で十分に証明されています。以前のユニットのせいで、泥がベタつくことは知られていましたが、これほど濡れてベタつくとは誰も予想していませんでした。

プロジェクトの仕様には、見つかった資料に対処するための十分なガイドラインが提供されていませんでした。このプロジェクトに従来のコンベヤーを供給した人も含め、誰も準備ができていませんでした。この泥は、ネバネバまたは非常に濡れたネバネバと表現するのが最も適切です。地表格納容器に積み上げられると、泥は一緒に運ばれてきた水の下に沈んでしまいます。上部ベルトドライブベースの下側に投げられた泥はそこに留まりました。

ドラッグまたはプラグでシュートワークを通過する流れ。皮肉なことに、材料を動かし続けるために、より多くの水が材料に噴霧されました。シュートカバーが取り外され、ホースで放水できるようになりました。元の電源には、排出をガイドするために一般的なプロファイルの偏向板が含まれていました。これも邪魔になったので、吊り下げ式のチェーンカーテンに取り替えました。後者のはためくような動きにより、自浄作用が生じました。

泥を持ち上げることは決して問題ではありませんでしたが、ベルトをきれいにこすり落とすのは困難であることがわかりました。スクレーパーメーカーの代表者による現場での調整では、性能が十分に改善されませんでした。最終的に、これらはベルトをきれいにするより良いスクレーパーに置き換えられました。成功したスクレーパーは、正の迎え角を備えた個別のスプリングブレードを備えています。ベルトの汚れた表面に追従するのに十分な可動範囲があります。これは、上部ベルトの表面が材料の負荷によって中央で上方にたわむため、特に上部ベルトで重要です。

上記の変更と調整により、サンドイッチベルトの動作が大幅に改善され、中断することなく動作し続けています。 TBM では、特に湿った粘土の塊が滑り、停滞する傾向にあった排出コンベアの傾斜部分で、生産と材料の流れの問題が続きました。 DSI はお客様とともに、垂直サンドイッチベルトユニットの設計能力が問題になっていないことに気づきました。そこで、VFD の速度制御を利用して、動作速度を 3 m/s から 2.4 m/s (50 Hz から 40 Hz) に低減しました。これにより、ベルト速度に伴う磨耗を軽減しながら、生産を非常にうまく処理できることがわかりました。

パリ地下鉄プロジェクトの 2 つのユニットの成功を受けて、ドスサントスインターナショナルは、チャンギ国際空港のターミナル 1 にサンドイッチベルトハイアングルコンベヤを提供する契約を獲得しました。 T1 の拡張は、T1 のさらなる成長を確実にしながら、増加する乗客輸送に対処するために開始されました。計画では、ターミナルビル前の屋外駐車場の再開発によりターミナルの敷地を拡大する予定です。

TBM からの垂直汚物運搬用のポケットベルトの長い伝統にもかかわらず、サンドイッチベルトハイアングルコンベヤの明確な利点が認識され、パリ地下鉄拡張およびチャンギ国際空港拡張で指定されました。この文書は、最も不利な状況に直面した成功を記録しました。これに倣い、材料が特に粘着性の高い場合の昇降作業にサンドイッチベルト高角度コンベヤを指定した他のプロジェクトもあります。パリの地下鉄拡張工事やこれに続く他の工事により、特に最大規模の TBM によって大量生産される建設プロジェクトやトンネル工事プロジェクトにおけるサンドイッチベルトハイアングルコンベヤに大きな飛躍をもたらす機会が到来しています。

この記事は Dos Santos International から寄稿されました。詳細については、www.dossantosintl.com をご覧ください。