泥水輸送設備計画

別添資料−６
P.1
（還流計算書）
泥水輸送設備計画
工区名
区　間
No.
→ No.
BorNo.
[1] 仕様条件
1-1 施工条件
呼び径
掘削機外径
推進延長
立坑の深さ
立坑から調整槽までの距離
立坑から処理槽までの距離
G.Lからの処理吐出高さ
推進速度
切羽水圧
最小切羽水圧制御範囲
HPφ
Bs=
L =
H'=
L1=
L2=
h =
S =
Pw=
P1=
1500
1.800
436.23
11.12
20.0
20.0
3.0
6.00
89.85
69.85
m
m
m
m
m
m
cm/min
kN/㎡
kN/㎡
1-2 送排泥管の仕様
送泥管径
排泥管径
呼び径
呼び径
100
100
mm
mm
内径 d1=
内径 d2=
105.3
105.3
mm
mm
1-3 送泥流体仕様
液の種類
固形物真比重
送泥水比重
母液比重
ρs=
ρ1=
ρo=
泥水
2.745
1.20
1.00
Gs=
W =
2.745
19.4
FL
=
1-4 地山の仕様
土粒子の真比重
含水比
％
1-5 限界流速に関する係数
粒径と濃度から決る定数
1.345
（平均値）
1-6 その他諸元
水の比重
バルブ、エルボの相当直管長
大気圧
液の飽和水蒸気圧
重力加速度
電動機の電源
ρw=
L0=
Hb=
Hv=
g=
200 V
1.00
20.0 m
10.30 m水柱
0.24 m水柱
9.8
-
60 Hz
（砂の場合 1.33～1.36）
P.2
[2] 送泥・排泥流量の検討
2-1 地山の取込量
2
① 掘削断面積：A (m )
π
π
2
A =
×1.800
･Bs =
4
4
2
2.545 m2
=
② 地山の含泥率：K (vol%)
K =
1／{1 -
1
1 + e
=
1
1 + w/100
Gs
ρw
1
1 + 19.40/100
2.745
1.000
1／{1 =
×( 1 -
ρw
)} - 1
Gs
･( 1 - 1
1.000
2.745
)} - 1
×100 =
65.25
- 1
③ 掘削土量(真体積)：q (m3/min)
6.00
S
q = A･
= 2.545×
100
100
=
0.153
m3/min
ここに、
S ： 掘進速度
=
6.00
cm/min
④ 掘削土量中の乾砂量：G (m3/min)
G = q･
ここに、
K
100
w ：
ρw：
Gs：
Bs：
=
0.153×
65.25
100
地山の含水比
水の比重
地山土粒子の真比重
掘進機外径
=
=
=
=
=
0.100
19.40 %
1.000
2.745
1.800 m
3
m /min
vol%
P.3
2-2 送泥・排泥流量の決定
2
① 排泥管内断面積：a2 (m )
2
π
π
a2=
×0.1053
･d22 =
4
4
② 管内沈殿限界流速：VL (m/sec)
Gs - ρo
VL= FL･(2･g･d2･
ρo
=
1/2
2
m
（DURAND氏の公式）
)
= 1.345×(2×9.8×0.1053×
0.0087
2.745-1.00
1.00
)1/2
=
2.552
m/sec
3
③ 排泥流量：Q2 (m /min)
Q2= a2･VL･60 = 0.0087×2.552×60
3
=
1.332
m /min
=
1.179
m3/min
④ 送泥流量：Q1 (m3/min)
Q1=
Q2 - q
= 1.332 - 0.153
ここに、FL： 粒径と濃度から決る定数
g ： 重力加速度
d2： 排泥管内径
Gs： 土粒子の真比重
ρo： 母液比重
q ： 掘削土量
=
=
=
=
=
=
1.345
(砂の場合：1.33～1.36)
9.8 m/sec2
0.1053 m
2.745
1.000
0.153 m3/min
P.4
2-3 送排濃度、泥濃度の検討
① 送泥濃度：C1 (vol%)
C1=
ρ1 - ρo
ρs - ρo
･100
=
1.20 - 1.00
×100
2.75 - 1.00
=
11.46 vol%
② 排泥濃度：C2 (vol%)
C2=
C1･Q1 + 100･G
Q2
=
11.460×1.179 + 100×0.1000
1.332
排泥比重 (ρ2)
ρ2= ρo +
= 1.000 +
C2･(Gs - ρo)
100
17.65×(2.745 - 1.000)
100
ここに、ρ1： 送泥水比重
ρo： 母液比重
ρs： 固形物真比重
Q1： 送泥流量
Q2： 排泥流量
G ： 掘削土量中の乾砂量
Gs： 地山土粒子の真比重
=
=
=
=
=
=
=
=
1.308
1.200
1.000
2.745
1.179 m3/min
1.332 m3/min
0.1000 m3/min
2.745
=
17.65
vol%
P.5
[3] 管径と管内流速の検討
3-1 送泥管
2
① 送泥管内断面積：a1 (m )
a1=
π
･d12 =
4
2
π
×0.1053
4
=
0.0087 m2
② 管内流速：V1 (m/sec)
V1=
Q1
a1･60
=
1.179
0.0087×60
ここに、d1： 送泥管径
Q1： 送泥流量
=
=
=
0.1053 m
1.179 m3/min
3-2 排泥管
① 排泥管の管内流速：V2 (m/sec)
V2=
VL
=
2.552
m/sec
ここに、VL： 管内限界沈殿流速
=
2.552
m/sec
2.259 m/sec
P.6
[4] ポンプの特性検討
4-1 送泥ポンプの特性検討
3
① 送泥流量：Q1 (m /min)
Q1=
1.179
3
m /min
② 送泥管１ｍ当りの抵抗損失：hf1 (m液柱/m) (ヘーゼン・ウイリアムス公式）
98.9 ･ V12 ･ ρ1
C1.85 ･ d11/6 ･ V10.15 ･ d1 ･ 2 ･ 9.8
98.9
1.20
2.26 2 ×
×
=
1/6　1.85　0.15　0.1053
2.26
120
×
×
× 0.1053 × 2 × 9.8
hf1=
=
0.054
m液柱/m
ここに、 V1： 送泥流速
ρ1： 送泥水比重
C： 流速係数
d1： 送泥管内径
=
=
=
=
2.26 m/sec
1.20
120
0.1053 m
③ 送泥側ポンプ総揚程：TH1 (m液柱)
TH1=
(L + H' + L1 + L0)･hf1 - H' +
10-1･Pw
ρ1
-1
= (436.23 + 11.12 + 20.0 + 20.0)×0.054 - 11.12 +
10
×89.85
1.20
= 22.684 m
ここに、 L：
H'：
L1：
L0：
Pw：
ρ1：
436.23 m
推進延長
=
11.12 m
立坑の深さ
=
20.0 m
立坑から調整槽までの距離
=
20.0 m
バルブおよびエルボの相当直管長さ
=
2
89.85 kN/m
切羽水圧
=
1.20
送泥水比重
=
4-2 送泥ポンプの選定
200
V - 60 Hz
電動機
回転数
極数
ポンプ
型式
Kw
rpm
P
形式
Hz
410WES
定速
7.5
1740
4
415WES
定速
11.0
1750
4
60
420WES
定速
15.0
1740
4
60
430WES
定速
22.0
1750
4
60
30.0
より、実揚程 27 m のポンプを採用する。
TH1= 22.684 m
必要送泥流量＝
1.179 m3/min
1.4
ポンプ流量 =
送泥ポンプ選定表
送泥管径 実揚程
mm
m
12.0
17.0
100
22.0
27.0
電動機の電源
駆動方
式
流量
（m3/min）
直結
直結
直結
直結
1.40
1.40
1.40
1.40
回転数 =
1750
3
m /min
OK
採用
○
rpm
P.7
4-3 排泥ポンプの特性検討
① 排泥流量：Q2 (m3/min)
Q2=
1.332
3
m /min
② 排泥管１ｍ当りの抵抗損失：hf2 (m液柱/m) (ヘーゼン・ウイリアムス公式）
2
98.9 ･ V2 ･ ρ1
0.15
C
･ d2 ･ V2
･ d2 ･ 2 ･ 9.8
98.9
2.552 2 ×
1.308
×
=
1/6　0.15　0.1053
2.552
120 1.85　×
×
× 0.1053 × 2 × 9.8
hf2=
1.85
=
0.074
1/6
m液柱/m
ここに、 V2： 送泥流速
ρ2： 排泥水比重
C： 流速係数
d2： 送泥管内径
=
=
=
=
2.552 m/sec
1.308
120
0.1053 m
③ 排泥側ポンプ総揚程：TH2 (m液柱)
-1
TH2=
(L + H' + L2 + h + L0)･hf2 + H' + h +
10 ･Pw
ρ2
-1
=
(436.23 + 11.12 + 20.0 + 3.0 + 20.0)×0.074 + 11.12 + 3.0 -
10
×69.85
1.31
= 45.066 m
ここに、 L：
H'：
L2：
h：
L0：
Pw：
ρ2：
436.23 m
推進延長
=
11.12 m
立坑の深さ
=
20.0 m
立坑から処理槽までの距離
=
3.0 m
処理吐出高さ(+GL)
=
20.0 m
バルブおよびエルボの相当直管長さ
=
2
69.85 kN/m
切羽最小水圧
=
1.308
排泥水比重
=
4-4 排泥ポンプの選定
排泥ポンプ選定表
排泥管径 実揚程
mm
m
22.0
27.0
100
28.0
電動機の電源
ポンプ
型式
420VES
430VES
640VFS
形式
可変速
可変速
可変速
200
電動機
Kw
15.0
22.0
30.0
V - 60 Hz
回転数
rpm
Hz
1710
1710
60
1710
60
極数
P
4
4
4
より、実揚程 28 m のポンプを採用する。
TH2= 45.066 m
必要排泥流量＝
1.332 m3/min
ポンプ流量 = 1.40
呼び径φ600以下の場合は施工不可能。
流量
駆動方
式
（m3/min）
直結
直結
直結
1.4
1.4
1.4
回転数 =
1710
3
m /min
OK
採用
○
rpm
P.8
4-5　中継ポンプの検討（送泥）
中継ポンプの仕様
管径
実揚程
mm
m
100
12.0
ポンプ
型式
410WES
形式
定速
電動機
Kw
7.5
回転数
Hz
60
駆動方
式
1740
極数
P
4.0
流量
直結
1.40
-0.320
＝
0
（台）
（m3/min）
①ポンプ実揚程による中継ポンプの台数ｎ1（台）
ｎ1＝
TH1 － P1ｈ
PXｈ
ｎ1
TH1
P1ｈ
PXｈ
：
：
：
：
＝
22.68 - 27.00
13.5
＝
中継ポンプの台数（小数点第一位切り上げ、負の場合は０）
22.684 ｍ
送泥側ポンプ総揚程
送泥ポンプＰ１の実揚程
27.0
ｍ
13.5
中継ポンプ１台当りの実揚程
ｍ
4-6　中継ポンプの検討（排泥）
中継ポンプの仕様
管径
実揚程
mm
m
100
13.5
ポンプ
型式
415WES
電動機
Kw
形式
11.0
定速
回転数
Hz
60
1740
極数
P
4.0
駆動方
式
直結
流量
（m3/min）
1.40
中継ポンプの台数は、ポンプ実揚程による台数ｎ1と吸込可能揚程による台数ｎ2との比較
し、大なる方を採用する。
①ポンプ実揚程による中継ポンプの台数ｎ1（台）
ｎ1＝
TH2 － P2ｈ
PXｈ
ｎ1
TH2
P2ｈ
PXｈ
：
：
：
：
＝
45.07 - 28.00
13.5
＝
1.2641
＝
2
中継ポンプの台数（小数点第一位切り上げ、負の場合は０）
45.066 ｍ
排泥側ポンプ総揚程
排泥ポンプＰ2の実揚程
28.0
ｍ
13.5
中継ポンプ１台当りの実揚程
ｍ
（台）
P.9
4-7 排泥ポンプ吸込可能距離の検討（キャピテーションの検討）
① 吸込管内損失：Hsf (m液柱)
Hsf=
-1.3･RNPSH +
=
-1.3×2.005 +
2
Hb - Hv
P1
V2
+
ρ2
ρ2･10.0
2･g
10.30 - 0.24
69.85
+
1.308
1.308×10.0
-
2.552
2×9.8
2
= 10.093 m液柱
ここに、
RNPSH： 要求NPSH
ポンプが正常に運転する為に必要最小の押込揚程
= 8.1 ･ Q22/3 ･ N4/3 ･10-5
1710 4/3 × 10-5
= 8.1 × 1.332 2/3 ×
2.005 m液柱
=
1.332 m3/min
Q2： 排泥流量
=
1710 rpm
N: 排泥ポンプ回転数
=
10.30 m水柱
Hb： 大気圧
=
0.24 m水柱
Hv： 液の飽和水蒸気圧(20℃) =
69.85
切羽最小水圧
P1：
=
kN/m2
1.308
ρ2： 排泥水比重
=
2.552 m/sec
V2： 排泥管内流速
=
9.8 m/sec2
g： 重力加速度
=
② 吸込可能距離：Ls (m)
Ls=
Hsf
hf2
=
10.093
0.074
=
ここに、
hf2： 排泥管摩擦抵抗値
136.39 m
=
0.074
m液柱/m
③ 推進最大距離
L= 436.23 m
今回の掘進距離は、 436.23 mより
中継ポンプは必要。
P.9
4-7 排泥ポンプ吸込可能距離の検討（キャピテーションの検討）
（中大口径に適用）
① 吸込可能揚程による中継ポンプの台数ｎ2（台）
2
ｎ2＝（Ｐ２の要求ＮＰＳＨ＋2.0＋Ｌ×ｈｆ２＋
－
＝
＝
ｎ2
1.745
2
Ｖ2
2×ｇ
10.09＋10-1×Ｐｗ
ρ２
）／Ｐｘｈ
（台）
（台）
： 中継ポンプの台数（小数点第一位切り上げ、負の場合は0）
2/3
2.005
3
1.332
（ｍ ／min）
1710
（rpm）
436.226
（ｍ）
0.074
（ｍ液柱／ｍ）
2.552
（ｍ／sec）
9.8
（ｍ／sec2）
69.850
（kN／ｍ2）
1.308
13.500
（ｍ）
要求ＮＰＳＨ＝8.1×Ｑ２ ×Ｎ4/3×10-5
Ｑ２
： 排泥流量
Ｎ
： 排泥ポンプ回転数
Ｌ
： 推進延長
ｈｆ２
： 排泥管摩擦抵抗値
Ｖ２
： 排泥管内流速
ｇ
： 重力加速度
Ｐｗ
： 切羽最小水圧
ρ２
： 排泥水比重
Ｐｘｈ
： 中継ポンプ１台当りの実揚程
ポンプ実揚程による台数ｎ1と吸込可能揚程による台数ｎ2との比較により
2 台となる。
P.11
4-8 中継ポンプの設定位置
中継ポンプの設置位置は、切羽からＰ３ポンプ迄の延長Ｌ１とそれ以後の中継ポ
ンプ間の延長Ｌｎを計算し決定する。
排泥ポンプ（Ｐ２）は立坑下に設置する。
Ｐ２
Ｐ３
Ｐn
Ｌ１
Ｌｎ
117.162 ｍ
中間ポンプの設置位置図
Ｐ3の設置位置：Ｌ1
Ｌ１＝ （
＝
10.09＋10-1×Ｐｗ
ρ２
117.162
－Ｐ３の要求ＮＰＳＨ－2.0－
Ｖ２2
2×ｇ
）／ｈｆ２
（ｍ）
Ｌ１ ： 切羽からＰ３ポンプまでの延長
2/3
4/3
-5
要求ＮＰＳＨ＝8.1×Ｑ２ ×Ｎ ×10
Ｑ２ ： 排泥流量
Ｎ
： 排泥ポンプ回転数
Ｐｗ ： 切羽最小水圧
ρ２ ： 排泥水比重
Ｖ２ ： 排泥管内流速
ｇ
： 重力加速度
ｈｆ ： 排泥管摩擦抵抗値
Ｐｘｈ ： 中継ポンプ１台当りの実揚程
2.052
1.332
1740
69.850
1.308
2.552
9.8
0.074
13.500
（ｍ3／min）
（rpm）
（kN／ｍ2）
（ｍ／sec）
（ｍ／sec2）
（ｍ液柱／ｍ）
（ｍ）
Ｐｎポンプ（Ｐ3ポンプ以降の中継ポンプ）の間隔
Ｌｎ＝ Ｐｘｈ ／ ｈｆ２ ＝
182.432
（ｍ）
P.12
4-9 ポンプ仕様の決定
以上の検討より、次表にポンプ仕様を示す。
項　目
口
単　位
径
mm
ポンプ型式
濃 度
排泥ポンプ
送泥ポンプ
立坑内 P2
中継ポンプ
送泥 P1
中継ポンプ
100
100
100
-
640VFS
415WES
430WES
-
Vol %
液 比 重
3
17.65
11.46
1.308
1.200
必要流量
m /min
1.332
1.179
必要揚程
m
45.066
22.684
3
ポンプ流量
m /min
1.40
1.40
1.40
-
ポンプ実揚程
m3/min
28.00
13.50
27.00
-
台　数
台
1
2
1
0
回 転 数
rpm
1710
1740
1750
-
可変速
定速
定速
-
電 動 機
電　源
V-Hz
出　力
Kw
30.0
11.0
22.0
-
極　数
P
4
4
4
-
直結
直結
直結
-
駆動方式
200
※上記以上のポンプを選定する。
V - 60
Hz