JP2009521309A - 空気の流れから穿孔切削粉を分離する粒子分離装置及び穿孔リグ並びに粒子分離装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、吸引ノズルに接続できる空気入口（１７）と、上記空気入口（１７）の下流に設けられた空気フィルタ（１９）と、上記空気フィルタ（１９）の下流に設けられた空気出口（１８）とを備えた主分離装置（１５）を有し、上記空気入口（１７）から上記空気出口（１８）の方向へ空気の流れを発生させる発生手段を有して成る空気の流れから穿孔切削粉を分離する粒子分離装置に関する。本粒子分離装置は、上記空気の流れの量を測定する測定手段（４１）及び測定した量に基き空気の流れの発生手段を制御する制御手段を有する。本発明はまた、粒子分離装置を有する穿孔リグ及び該粒子分離装置を制御する方法に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、広義には、空気の流れから粒子を分離する分野に関するものであり、特に空気の流れから穿孔切削粉を分離する粒子分離装置に関する。本発明はまたかかる粒子分離装置を有する穿孔リグ及び該粒子分離装置の制御方法に関する。

上記粒子分離装置は、吸引ノズルに接続できる空気入口と、上記空気入口の下流に設けられた空気フィルタと、上記空気フィルタの下流に設けられた空気出口とを備えた主分離装を有する、空気の流れから穿孔切削粉を分離する粒子分離装置を包含し、粒子分離装置は、上記空気入口から上記空気出口の方向へ空気の流れを発生させる発生手段を有している。

本発明は、粒子分離装置を備えたあらゆる種類の建設／車両に応用できる。しかし、好ましくは、穿孔リグ、特に岩盤に穿孔する移動式穿孔リグ及び地上の岩盤に穿孔するあらゆる種類の穿孔リグに応用される。

本発明の背景としては、粒子分離装置に組込まれた空気フィルタ、並びにホースや吸引ノズルのような粒子分離装置の他の構成要素におけるハードウエアの寿命期間が短いことに関する問題である。

公知の粒子分離装置（また塵埃分離装置、塵埃収集機器などとしても知られている）ではファンの回転速度は、固定さており、そして空気フィルタが大変詰まってきても、空気フィルタの寿命期間の全ての段階を通して空気の流速が十分となるように十分に高く選択されている。空気フィルタの寿命期間の初期の段階では、空気の流速は、空気フィルタがきれいで空気抵抗が低いために極端に高い。しかし、空気の流速が高いために、塵埃／粒子は衝撃時に空気フィルタ内へ深く入り込み、その結果、空気フィルタは詰まり、比較的早く擦り切れることになる。その他、ファンの高速回転は他の構成要素も比較的強く磨耗させることになる。

本発明は、従来公知の粒子分離装置の上記欠点を解決して改良型の粒子分離装置を提供することにある。本発明の主目的は、空気の流速を制御して動作中の損傷を少なくすることで構成要素の寿命を長くのばした上記形式の改良型の粒子分離装置を提供することにある。本発明の別の目的は、空気の流速を制御することにより、空気フィルタの全寿命期間を通して有効で良好な分離ができる粒子分離装置を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、ファンの容量が小さく、それにより消費電力の小さい粒子分離装置を提供することにある。

本発明によれば、少なくとも主目的は、請求項１に記載の特徴を備えた上記形式の粒子分離装置によって達成される。さらに詳しくは、空気の流れの量を測定する測定手段及び測定した量に基き空気の流れの発生手段を制御する制御手段を有することを特徴とする上記形式の粒子分離装置が提供される。

従って、本発明は、空気フィルタの寿命期間を通して制御された空気の流速が空気フィルタ及びその他の構成要素の寿命機関をのばすことになるという重要な特徴に基いている。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明の好ましい実施形態では、測定手段は空気フィルタの上流に設けられ、また空気の流れの量は空気の圧力である。空気フィルタの上流側において予定の減圧が得られ、それにより特に空気フィルタに対してまた一般的には他の構成要素に対して比較的適合した環境が確立される。

本発明の好ましい実施形態では、粒子分離装置はまた、主分離装置の上流に設けられ、例えば空気の流れから比較的大きな粒子を分離する予備分離装置を有する。空気の低い流速の結果として、上記予備分離装置において粒子を良好にしかも比較的有効に分離することができる。公知の粒子分離装置では、一般的に、中間サイズの粒子は予備分離装置を通る空気の流れに追従したが、本発明では分離できる。

本発明によれば、また請求項１４に記載の穿孔リグ及び請求項１５に記載の方法が提供される。

添付図面と共に好ましい実施形態の以下の詳細な説明から本発明の上記の及び他の特徴及び利点がさらに完全に理解されることが明らかである。

本発明は、塵埃及び粒子分離／収集用の粒子分離装置を備えたあらゆる種類の車両、建設及び設備に応用できることが指摘されるべきである。これに関連して、特許請求の範囲及び明細書で使用した用語粒子分離装置は、作られた空気の流れから塵埃及び粒子を分離するように構成した種々の形式の装置を包含する。上記種々の形式の装置は、塵埃分離装置、塵埃収集機器、真空掃除機などを含めてそのように呼ばれ得る。本発明は以下では移動式穿孔リグに設けた場合について説明する。これは単に好ましい応用の一例としてみなされ、これに限定されるものはでない。

図１には、符号１で示す穿孔リグを斜視図で示している。この穿孔リグ１は車両本体２を有し、車両本体２は一対のキャタピラ３、接地要素、ホィールなどで担持されている。車両本体２は、車両本体２の後方部分に設けたエンジン仕切り室を形成しているシャシ４、及び車両本体２の前方部分に設けた、穿孔リグ１を操作する作業者の運転室５を備えている。好ましくは流体力シリンダ７、８の形態である一対のアクチュエータによって、車両本体２はキャタピラ３に対して軸６を中心として傾斜でき、又は逆にキャタピラ３は車両本体２に対して軸６を中心として傾斜できる。上記流体力シリンダ７、８は、例えば穿孔リグ１を極めて荒れた地上で作動し、キャタピラ３を車両本体２に対して種々の角度に向ける必要がある際に、互いに独立して伸縮され得る。

さらに、穿孔リグ１は機器９すなわちフィーダーを有し、この機器はバー装置で支持され、バー装置は一本以上のバー１０ａ、１０ｂを備えている。上記バー装置は車両本体２の前方部分に接続され、バー装置は、アクチュエータ１１によって、車両本体２に対して水平方向に旋回できる。さらに、第１のバー１０ａは、アクチュエータ１２によって垂直方向に旋回され得る。これに対して第２のバー１０ｂは、アクチュエータ１３によって上記第１のバー１０ａに対して垂直方向に旋回され得る。第２のバー１０ｂの前方端部には、上記フィーダー９が設けられ、このフィーダー９は穿孔機器１４を備え、そして前後左右に第２のバー１０ｂに対して動くことができる。従って、穿孔リグ１の作動半径及び接触範囲は、通常の形式のものであるバー装置及びフィーダー９によって決まる。

穿孔作業を行う前に、フィーダー９は下げられて、それの下方端部を地表に隣接させる。衝撃式試すい（穿孔）によってか又は一定接触圧力を用いた試すい（穿孔）によって穿孔を形成するために、カッターヘッド（図示していない）は地面に接触させながら回転される。カッターヘッドは掘り管（図示していない）の下方自由端部に設けられ、穿孔機器１４によって作動される。フィーダー９の下方端部は、作業中掘り管を案内する。カッターヘッドは例えば流体力によって、空気圧によって、機械的によってなどで駆動され得る。穿孔中、試すい掘削部片が穿孔の下方に生じ、連続した穿孔作業の妨げとならないようにするために除去する必要がある。穿孔の掘削部片は、例えばカッターヘッドにおいて穿孔内にフラッシュ流体を導入することによって穿孔から洗い流される。例えば本発明による粒子分離装置は穿孔のオリフィスから掘削部片を取り除くために用いられ得る。

次に図２も参照する。本発明による粒子分離装置は、符号１５で示す主分離装置を有し、この主分離装置１５は穿孔リグ１に接続される。図示した実施形態では、主分離装置１５は穿孔リグ１の車両本体２の後方部分に設けられる（図１参照）。しかし、主分離装置１５は、穿孔リグ１の任意の適当な位置、例えば穿孔リグ１の車両本体２の前方部分、或いは車両本体２のシャシ４の下側に設けてもよい。上記主分離装置１５は、フィルタハウジングとしても知られたハウジング１６を有し、ハウジング１６には空気入口１７及び空気出口１８が設けられている。上記ハウジング１６は空気フィルタ１９によって入口仕切り室と出口仕切り室とに分割されている。空気フィルタ１９は、空気入口１７の下流でしかも空気出口１８の上流に設けられている。図示実施形態では、上記空気フィルタ１９は幾つかのフィルタ要素２０を有し、これらのフィルタ要素２０は仕切りプレート２１に接続されている。図示実施形態では、各フィルタ要素２０は管状形要素によって構成され、各フィルタ要素２０の一端部は上記仕切りプレート２１の相応した孔に取付けられ、各フィルタ要素２０の他端部は閉じられている。空気は、入口仕切り室からフィルタ要素２０の管壁を通り、フィルタ要素２０の内部に入り、仕切りプレート２１の上記孔を通り、出口仕切り室へ流れるようにされる。上記フィルタ１９は、個々の応用に適した任意の形状及びサイズのものであってよく、例えば入口仕切り室と出口仕切り室とを分ける平坦なフィルタ要素であってもよい。

さらに、粒子分離装置は、上記主分離装置１５の空気入口１７から空気出口１８への空気の流れを作る手段を有している。好ましくは、この手段は、主分離装置１５におけるファンハウジング２２に設けたファン又は同等のもの（図示していない）によって構成される。好ましくは、フィルタ１９を通る短い又は長い逆の空気パルス又は空気流を加えることによってフィルタ要素２０を清掃するために、ファンは反転可能であり、或いは別個の圧縮空気装置が設けられる。上記手段はまたエジェクタで構成されてもよく、それにより適当な方向の圧縮空気の流れが発生し、又は噴流効果により、空気入口１７から空気出口１８へ向う空気の流れが発生する。また空気の流れを発生する他の適当な手段が包含されることが指摘されるべきである。

好ましい実施形態では、空気入口１７はフィルタ１９には向けられてなく、代わりに、空気の流れはプレート２３又はバッフルに向けられ、空気の流れに含まれた粒子、固体、穿孔掘削部片などを上記プレート２３に衝突させるようにしている。衝突時に粒子は運動エネルギを失い、フィルタ１９から離れて下方へ落ちる。上記プレートは、空気入口１７に対してハウジング１６の反対側の壁に隣接して設けられ得るか、又は交叉梁２４などに接続することにより空気入口１７のより近くに設けられ得る。

さらに、粒子分離装置１５は、粒子出口２５と、空気の流れの発生手段が作動している時には上記粒子出口２５を閉じまた空気の流れの発生手段が非作動の時に上記粒子出口２５を開放する要素２６とを備えている。上記要素２６は、蓋、カバー或いは図示実施形態におけるように撓み性管（図１参照）であり得る。より良く理解するために、上記撓み性管２６は、トラクタータイヤの内管の一部のようなものであり得る。上記撓み性管２６は、粒子出口２５に設けられ得、そして管クランプ、偏心ロックまたは同等のもの４２によって固定され得る。空気の流れの発生手段の作動時には、上記撓み性管２６は、入口仕切り室に発生した減圧のために潰れて粒子出口２５を閉じる。

主分離装置１５の空気入口１７は、吸引フードとしても知られた吸引ノズル２７に接続できる（図１参照）。穿孔作業時に、上記吸引ノズル２７は穿孔のオリフィス（図示していない）に設けられる。吸引ノズル２７はフィーダー９の下方端部に接続され、そして穿孔掘削部片が開放空気へ流入しないようにして穿孔した孔と穿孔パイプとの間をシールするように設けられている。吸引ノズル２７は出口２８を備え、この出口２８には粒子分離装置１５の空気入口１７がホースなどによって接続され、穿孔した孔のオリフィスから穿孔掘削部片を吸引するようにしている。空気の流れが発生されると、穿孔掘削部片は主分離装置１５に吸引され、そしてプレート２３に衝突し、ハウジング１６の下方部分に集められる。空気の流れの発生手段の非作動時に、入口仕切り室内の減圧は止まり、その結果撓み性ホース２６は開放し、集められた粒子を排出させる。

次に、図３を参照する。本発明の好ましい実施形態では、主分離装置１５と吸引ノズル２７との間に中間の予備分離装置２９が設けられる。好ましくは、上記予備分離装置２９は吸引ノズル２７に近接して配置され、吸引ノズル２７の出口２８から予備分離装置２９に向って、より正確には予備分離装置２９の空気入口３１に向ってホース３０又は回路がのび、そして予備分離装置２９の空気入口３１に接続される。図示実施形態では、予備分離装置２９はフィーダー９に接続されている。予備分離装置２９は任意に選択できることが指摘されるべきである。

予備分離装置２９の主目的は、早い段階で空気の流れから粒子を分離して、さらに下流に位置した他の構成要素を保護すること及び特に空気の流れから大きな粒子を分離することにある。予備分離装置２９は本体３２を有し、本体３２は図示実施形態ではほぼ管状形である。本体３２の第１上方端部は蓋３３で閉じられ、蓋３３から外方へ予備分離装置２９の空気出口３４がのびている。蓋３３は予備分離装置２９の本体３２一体に構成してもよいことが理解されるべきである。予備分離装置２９の空気出口３４は、ホース３５、導管などによって主分離装置１５の空気入口１７に接続される。空気出口３４は、好ましくは蓋３３及び予備分離装置２９の本体３２と同心であるが、任意の他の適当な仕方で配置してもよい。蓋３３から内方へ出口管３６がのびており、この出口管３６は本体３２内で終端している。予備分離装置２９の空気入口３１は、予備分離装置２９の本体３２の中心線及び上記出口管３６に対して偏心して配置されている。好ましくは、空気入口３１は、上記出口管３６の自由端より蓋３３に近接して配置されている。予備分離装置２９はサイクロンとして働き、粒子は本体３２の内側にぶつかって、運動エネルギ即ち速度が失われる。続いて、粒子は予備分離装置２９の本体３２内を下方へ落下し、空気の流れは出口管３６内へ吸い込まれるまでらせん状の流れで下向きに移動していく。

本体３２の内側でそれの第１上方端部の近くに、より正確には空気入口３１のレベルに、好ましくは、入ってくる粒子の衝撃に対する耐力を強めるために、補強部材３７が設けられる。本体３２の第２下方端部には粒子出口３８が設けられ、粒子出口３８は格子３９又は同等部材が設けられている。本体３２の第２下方端部には要素４０（図１参照）が接続できる。要素４０の機能は、空気の流れの発生手段が作動している際には、本体３２の第２下方端部における粒子出口３８を閉じ、空気の流れの発生手段が作動してない際には、粒子出口３８を開くことにある。主分離装置１５の要素２６に関して上記した事項は予備分離装置２９の要素４０に適用できる。また主分離装置１５の粒子出口２５には、予備分離装置２９の粒子出口３８に設けたもののような格子が設けられる。格子の目的は、撓み性ホース２６、４０が空気の流れの発生手段の動作中にそれぞれハウジング１６及び本体３２内に引き込まれるのを防止することにある。

粒子分離装置はまた、空気の流れの量を測定する測定手段４１を有している。好ましくは、この測定手段４１は空気圧、空気の流速、又は空気の流れの任意の他の適当な量を測定するセンサーである。好ましい実施形態では、センサー４１は、空気フィルタ１９の上流、より正確には主分離装置１５の入口仕切り室に設けられる。センサー４１は、空気の流れの直接衝撃から保護されるように配置されるべきである。

センサー４１が空気入口１７と直線に配置されると、センサー４１は入ってくる粒子によって損傷されて、利用の測定をし損なう恐れがある。従って、センサー４１は空気入口１７に隣接して配置するのが好ましい。センサー４１は代わりに予備分離装置２９に設けることができ、その場合には好ましくは出口管３６に隣接して蓋３３に設けることができることが理解されるべきである。

センサー４１の主目的は、空気の速度について及び空気フィルタ１９のひずみについて指示することにある。例えば、入口仕切り室における実際に高い減圧、又は実際に低い圧力は空気の高い流速を表している。空気の流速が高いと、粒子の運動エネルギも高い。その結果、空気フィルタ１９、又は吸込みノズル２７、予備分離装置２９及び主分離装置１５を接続するホース３０、３５や予備分離装置２９及び主分離装置１５のような粒子分離装置の他の構成要素を損傷させる危険が高い。そのため、粒子における空気の流れによる浮遊力が重力より高いので、予備分離装置２９に置いて行われる粒子分離は十分ではない。さらに、入口仕切り室内の殆んど限りない減圧は、空気の流速が低いことを表している。ファンの回転速度が高くても、空気の流速が低いと、空気フィルタ１９は殆んど非常に詰まった状態にあり、交換が必要である。

さらに、粒子分離装置はまた、測定した量に基づいて空気の流れの発生手段を制御する制御手段を有している。好ましくは、制御手段は、ＣＰＵのような制御ユニット（図示していない）であり、制御ユニットは、粒子分離装置用の別個のものであるか又は穿孔リグ１に既にあるものである。制御ユニットはプログラム可能であり、信号を伝送する多数の入力及び出力を備えている。センサー４１は、好ましくは有線又は無線通信によって制御ユニットに動作上接続される。制御ユニットの機能は、空気の流れの測定した量を予定のレベルにさせるために、空気の流れの発生手段の出力を制御及び調整することにある。例えば、主分離装置１５の入口仕切り室内の減圧が予定の値以上である場合には、センサー４１は、測定した値に相応する信号を制御ユニットに伝送し、ファンの出力を低減すべきであること及びその逆であること決める。センサー４１からの信号は連続してか或いは決まった間隔で伝送され得る。

発明の可能な変更
本発明は、上記で説明し、図面に示した実施形態にのみ限定されるものではない。それで、粒子分離装置は、特許請求の範囲内であらゆる仕方で変更され得る。

ファン又は空気の流れの発生手段が流体力によって又は空力などによって駆動されル場合には、測定手段は、バルブに機械的に作用する、主分離装置に設けたベロー又はダイヤフラム、或いは油又は空気のファンへの流れに影響を及ぼして、ファンの出力を制御する制御手段でもよいことが理解されるべきである。言い換えれば、空気の流れの発生手段を制御する機能は完全に機械的でもよい。

また、用語上方、下方などについての／関する全ての情報は、符号が適切に読まれうるように図示したとおり、装置の通常の動作の仕方において解釈されるべきであることが理解される。

本発明による粒子分離装置を有する穿孔リグの斜め上方から見た斜視図。 本発明による粒子分離装置に組込んだ主分離装置の斜め上方から見た部分切り欠き斜視図。 本発明による粒子分離装置に組込んだ予備分離装置の斜め上方から見た部分切り欠き斜視図。

Claims (7)

1. 吸引ノズル（２７）に接続できる空気入口（１７）と、上記空気入口（１７）の下流に設けられた空気フィルタ（１９）と、上記空気フィルタ（１９）の下流に設けられた空気出口（１８）とを備えた主分離装置（１５）を有し、上記空気入口（１７）から上記空気出口（１８）の方向へ空気の流れを発生させる発生手段を有して成る空気の流れから穿孔切削粉を分離する粒子分離装置において、
   上記空気の流れの量を測定する測定手段（４１）及び測定した量に基き空気の流れの発生手段を制御する制御手段を有すること
   を特徴とする粒子分離装置。
2. 空気の流れの上記量が空気の圧力であることを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
3. 空気の流れの上記量が空気の流速であることを特徴とする請求項１記載の粒子分離装置。
4. 上記測定手段（４１）が、空気フィルタの上流に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の粒子分離装置。
5. 上記測定手段（４１）が、主分離装置（１５）に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の粒子分離装置。
6. 空気の流れの発生手段がフィルタの下流に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の粒子分離装置。
7. 空気の流れの発生手段がファンであることを特徴とする請求項６記載の粒子分離装置。

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