JP2016159275A

JP2016159275A - 流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ

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Publication number: JP2016159275A
Application number: JP2015043024A
Authority: JP
Inventors: 浦上　不可止; Fukashi Uragami; 不可止浦上
Original assignee: Urakami LLC
Current assignee: Urakami LLC
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-05
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP6967182B2

Abstract

【課題】管内を流れる水や空気などの流体が持つ流体エネルギーを機械エネルギーなどに変換し、該エネルギーを利用して各種の作業や管内を自走することも可能な、電気ケーブルや動力用ホースを必要としない、自立型の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案する。【解決手段】メインフレームと、管内面接触シールと、回転ノズル付きロータから構成されており、回転ノズルから噴出する流体はロータを高速回転させ、ロータの回転軸に連結された流体ポンプから機械エネルギーを取り出し、又は、連結された発電機から電気エネルギーを取り出す。本発明の利用例として、ブラストホースやサクションホースを必要とすること無く、管内の研掃材ブラストを実施し、且つ、使用済みの研掃材を管の外部へ移送することが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、水力発電所の水圧鉄管や、給水用配管や、排水用配管あるいは石油プラント配管やガス配管などの各種配管の管内において実施される、例えば、点検作業を実施したり、サビ落とし作業や塗装作業を実施するなど、管内で実施されるいろいろな作業において、管内において作業を行う装置に必須の動力を得るために、従来においては、管の外部から管内へ、電源ケーブルや油圧ホース、水圧ホースまたは空圧ホースなどの動力ホースを引き込む必要があり、管の長さが長い場合には、電源ケーブルや動力ホースも長くかつ重くなり、よって、その取扱いが大変煩雑であった。
本発明においては、管内を流れる水や空気などの流体が持つ運動エネルギーを獲得し、該獲得した運動エネルギーを動力に変換して各種の作業を行い、あるいは、該動力を使用して管内を自走することも可能な、すなわち、電気ケーブルや動力用ホースを必要としない、いわゆる自立型の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案するものである。
なお、本発明の利用例として、ブラストホースやサクションホースを必要とすること無く、管内の研掃材ブラストを実施し、且つ、使用済みの研掃材を管の外部へ移送する方法についても簡単に説明を行う。

各種配管の内面において作業を実施する、この種の公知技術としては、特許公開２００３−２２５６２６号公報に記載の配管内作業方法および装置が知られている。
また特許公開平６−６６７７６号公報に記載の管内検査ピグが知られている。
また特許公開２０１４−１８７０２号公報に記載の管内を移動し且つ作業を行う装置が知られている。
特許公開２００３−２２５６２６号公報特許公開平６−６６７７６号公報特許公開２０１４−１８７０２号公報

特許公開２００３−２２５６２６号公報に開示された配管内作業方法および装置、および、特許公開平６−６６７７６号公報に開示された管内検査ピグにおいては次の通りの解決すべき問題が存在する。
上述の公知の装置においては、管内において作業を行う装置に必須の動力を得るために、管の外部から管内へ、電源ケーブルや動力ホースを引き込む必要があり、管の長さが長い場合には、電源ケーブルや動力ホースの取扱いが大変煩雑である。
従って、本発明の第１の技術的解決課題は次のとうりである。
管内において作業を行う装置に必須の動力を得るために、従来においては、管の外部から管内へ、電源ケーブルや油圧ホース、水圧ホースまたは空圧ホースなどの動力ホースを引き込む必要があり、管の長さが長い場合には、電源ケーブルや動力ホースも長くかつ重くなり、よって、その取扱いが大変煩雑であった。
本発明においては、管内を流れる水や空気などの流体が持つ運動エネルギーを獲得し、該獲得した運動エネルギーを動力に変換して各種の作業を行い、あるいは、該動力を使用して管内を自走することも可能な、すなわち、電気ケーブルや動力用ホースを必要としない、いわゆる自立型の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案する。
次に、従来の装置と本発明の装置との更なる違いを明確にするために、先ず、本発明の装置について説明すると、本発明の装置においては、管の内部の空間を低圧領域部分と高圧領域部分の二つの空間に分割するための、管内面接触シール部材を備えたタービンクローラを管の内壁に沿って移動させる機構を具備していることに起因して、該タービンクローラを構成する管内面接触シール部材と管の内壁との間の僅かな隙間を通って高圧領域部分の流体が低圧領域部分へ高速度で流入するので、而して、管の内壁を高効率で研掃し、清掃し、あるいは管の濡れた内壁を乾燥させることが可能である。しかしながら、上述の公知の装置においては、管内面接触シール部材を具備していないので、管の内壁を吹き飛ばして清掃し、あるいは管の濡れた内壁を乾燥させる能力が不十分である。
従って、本発明の第２の技術的解決課題は次のとうりである。
本発明の装置において、管の内部の空間を低圧領域と高圧領域の二つの空間に分割するための、管内面接触シール部材を備えたタービンクローラを管の内壁に沿って移動させる機構を具備していることに起因して、該タービンクローラを構成する管内面接触シール部材と管の内壁との間の僅かな隙間を通って、高圧領域の流体を低圧領域へ高速度で流入させ、而して、管の内壁を高効率で研掃し、清掃し、あるいは管の濡れた内壁を乾燥させることを可能とする、「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案する。

次に、本発明の第３の技術的解決課題は次のとうりである。
以下の本発明の第３の技術的解決課題は、本発明の目的とは異なるので本発明の技術的解決課題とは言えないが、本発明の利用例として、すなわち、本発明に付随して発生する利点に係る技術的解決課題であるので、本発明の第３の技術的解決課題として述べる。
上述の、特許公開２０１４−１８７０２号公報に開示された管内を移動し且つ作業を行う装置は、本発明者により提案された装置である。
該装置においては、管の内部の空間を低圧領域と高圧領域の二つの空間に分割するための、管内面接触シール部材を備えた管内移動体を管の内壁に沿って移動させる機構を具備していることに起因して、該管内移動体を構成する管内面接触シール部材と管の内壁との間の僅かな隙間を通って、高圧領域の流体を低圧領域へ高速度で流入させ、而して、管の内壁を高効率で研掃し、清掃し、あるいは管の濡れた内壁を乾燥させることを可能としているが、該装置には次の通りの解決すべき問題が存在する。
該装置を使用して、内径９０ｃｍ、長さ２０００ｍの水平に配置された鉄管の内面に対して、圧縮空気を使用した研掃材ブラストクリーニング作業を実施する場合に発生する問題を、従来装置において解決すべき問題の例として、以下に説明を行う。
該鉄管の内面積を計算すると５６５２ｍ２であり、１ｍ２あたり４５ｋｇの研掃材としてのガーネットを噴射するとすれば、該鉄管の内部で噴射されるガーネットの総量は約２５４トンである。
噴射済みのガーネットは該鉄管の外部へ排出される必要があるが、該ガーネットを空気輸送方式で移送するためには、該鉄管の内部を流れる空気の流速を毎秒４５ｍにする必要があり、よって該空気流速を得るために必要な該鉄管の内部を流れる空気の流量は毎分１７００ｍ３に達する。
該空気流量を得るために、最大吐出圧力が９０ｋｐａのルーツポンプを使用すると、該ルーツポンプの運転のために必要な動力は３５００ｋｗに達する。
すなわち、毎分１７００ｍ３のルーツポンプの入手は採算面と設置場所の見地から大変困難であり、また、３５００ｋｗの発電機の確保も採算面と設置場所の見地から大変困難である。
次に、圧縮空気の最大吐出圧力が１３ｋｇｆ／ｃｍ２、圧縮空気の吐出流量が１４ｍ３／ｍｉｎの、該鉄管の外部にあるエアコンプレッサを使用して、毎分３５ｋｇのガーネットを該鉄管の内部のブラストノズルまで空気輸送してブラスト作業を行うためには、該鉄管の外部かつ該エアコンプレッサの下流側に配置された研掃材圧送タンクと該ブラストノズルとを連通、連結する長さ２０００ｍのブラストホースが必要であるが、該ブラストホースの全圧力損失を２ｋｇｆ／ｃｍ２とすれば、該ブラストホースの内径は１０２ｍｍとなり、外径は１３２ｍｍとなり、該ブラストホースの１ｍあたりの重量は７ｋｇであるので、長さ２０００ｍのブラストホースの全重量は１４トンに達する。
すなわち、長さ２０００ｍで全重量が１４トンのブラストホースのハンドリングについて、該ブラストホースを巻き取って収納するホースリールを製作、設置するとしても、採算面と設置場所の見地から大変困難である。
本発明の第３の技術的解決課題は、上記に述べたような、すなわち特許公開２０１４−１８７０２号公報に開示された装置などの従来装置における問題を解決するためであるが、すなわち、本発明の第３の技術的解決課題は、上記の述べたような超大型のポンプと動力を必要とせず、また、長くて重いホースを全く必要としない「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案することである。

上記の技術的解決課題を達成するために、請求項１に係る発明においては；
「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」において：
該タービンクローラは、メインフレーム部材と、管内面接触シール部材と、ロータから少なくとも構成されており；
該メインフレーム部材は、環状に形成されており、該メインフレーム部材の外周端部には該管内面接触シール部材が装着されており、該メインフレーム部材の中心部には、流体供給穴が形成されており、該メインフレーム部材の中心部には更に、該ロータを構成する部材であるロータ回転軸を保持するための軸受部材が装着されており；
該管内面接触シール部材は、全体の形状が環状で、且つ、変形することにより管の内面に密着できるように形成されており；
該ロータは、一方の側が該軸受部材に保持されたロータ回転軸と、該ロータ回転軸の他方の側に装着された第１ボス部材と、該第１ボス部材の外周部に配置された第２ボス部材と、該第２ボス部材の外周部に装着された単数または複数の回転ノズルから構成されており；
該ロータにおいては更に、該第１ボス部材の外周面と該第２ボス部材の内周面との間に、環状のロータ中心空間が形成されており、該ロータ中心空間において、その一方の端面である流体被供給穴は、メインフレームの流体供給穴と可能な限り気密に対面しており、すなわち、該流体供給穴と該流体被供給穴とは可能な限り気密に且つ互いに回転自在な状態で連通されており；
該ロータにおいては更に、該ロータ中心空間の他方の端面は気密に塞がれており；
該ロータにおいては更に、該回転ノズルの上流側の端部は該ロータ中心空間に連通されており、該回転ノズルの下流側の端部は管の内部の空間に開放されており；
かくして、該ロータにおいては、該メインフレームの該流体供給穴を上流側の起点として、該流体被供給穴、該ロータ中心空間、該回転ノズルを経由して下流側の終点としての回転ノズル出口に至るロータ流路が形成されており；
該ロータにおいて、回転ノズル出口から吹き出す噴流の軸線の配置について、該噴流が該ロータへ回転トルクを付与する位置に配置されており；、
該ロータ流路において、該流体被供給穴から該ロータ中心空間へ流入した流体の単位時間あたりの流量の値をQとし、流量Qの流体が通過する流路の断面積において最小面積の断面積の値をAとし；
以上のように構成されている「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」において、管内へ流体を供給する流体供給源の最大供給圧力の絶対値がP0である流体供給源から管内への流体の供給が開始された時以降の管の内部のいくつかの地点における絶対圧力の値とAの値の関係について述べると；
すなわち、管の上流側の端部の圧力の値をP1とし、タービンクローラの上流側の領域において該タービンクローラの直前部分の圧力の値をP2とし、タービンクローラの下流側の領域において該タービンクローラの直後部分の圧力の値をP3とし、管の下流側の端部の圧力の値をP4とし、P1−P4＝PL1とし、P2−P3＝PL2とし、PL1−PL2＝PL3とした時のAの値の設定方法について述べると；
全体の圧力損失値であるPL1が流体供給装置の最大吐出圧力値であるP0よりは小さいがP0に近い値となるように、且つ、タービンクローラにおける圧力損失値であるPL2がPL1よりは小さいがPL1に近い値となるように、すなわちAの値がより小さくなって而してPL２の値がより大きくなるようにAの値が設定されている：
以上のように構成されていることを特徴とする、「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」において；
該ロータ回転軸に、油圧ポンプ、水圧ポンプまたはエンコンプレッサなどの流体エネルギー生成ポンプや発電機などの動力を発生させる装置が連結されている:
以上のように構成されていることを特徴とする、「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」が提供される。

本発明は下記の効果をもたらすものである。
本発明は、例えば、水力発電所の水圧鉄管や、給水用配管や、排水用配管あるいは石油プラント配管やガス配管などの各種配管の管内において実施される、例えば、点検作業を実施したり、サビ落とし作業や塗装作業を実施するなど、管内で実施されるいろいろな作業において、管内において作業を行う装置に必須の動力を得るために、従来においては、管の外部から管内へ、電源ケーブルや油圧ホース、水圧ホースまたは空圧ホースなどの動力ホースを引き込む必要があり、管の長さが長い場合には、電源ケーブルや動力ホースも長くかつ重くなり、よって、その取扱いが大変煩雑であった。
本発明においては、管内を流れる水や空気などの流体が持つ運動エネルギーを獲得し、該獲得した運動エネルギーを動力に変換して各種の作業を行い、あるいは、該動力を使用して管内を自走することも可能な、すなわち、電気ケーブルや動力用ホースを必要としない、いわゆる自立型の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を提案するものであるが提供される。

以下、本発明に従って構成された装置の好適実施例について、添付図を参照して更に詳細に説明する。
なお本発明への理解を深めるために、以下の好適実施例の説明においては、管の直径や長さや流体の流速などの値を具体的に例示して説明を行う。

図１乃至図４を参照して説明すると、本発明に従って構成された、請求項１に係る好適実施例の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」は、気体または液体の単相流体、または、気体と液体との２相混相流体、または、気体または液体と研掃材などの固体粒子との２相混相流体、または、気体と液体と固体粒子との３相混相流体などの流体が流れる管１の内部に配置されている。
該タービンクローラは、メインフレーム部材２２と、管内面接触シール部材２１と、ロータ２３から少なくとも構成されている。
該メインフレーム部材２２は、その中心線が管１の中心線とほぼ同心である環状に形成されており、該メインフレーム部材２２の外周端部には該管内面接触シール部材２１が装着されており、該メインフレーム部材２２の中心部には、流体供給穴２２３が形成されており、該メインフレーム部材２２の中心部には更に、該ロータ２３を構成する部材であるロータ回転軸２３１を保持するための軸受部材２２４が装着されており；
該管内面接触シール部材２１は、全体の形状が環状で、且つ、変形することにより管１の内面に密着できるように形成されており；
該ロータ２３は、一方の側が該軸受部材２２４に保持されたロータ回転軸２３１と、該ロータ回転軸２３１の他方の側に装着された第１ボス部材２３２と、該第１ボス部材２３２の外周部に配置された第２ボス部材２３４と、該第２ボス部材２３４の外周部に装着された単数または複数の回転ノズル２３５から構成されており；
該ロータ２３においては更に、該第１ボス部材２３２の外周面と該第２ボス部材２３４の内周面との間に、環状のロータ中心空間２３６が形成されており、該ロータ中心空間２３６において、その一方の端面である流体被供給穴２３３は、メインフレームの流体供給穴２２３と可能な限り気密に対面しており、すなわち、該流体供給穴２２３と該流体被供給穴２３３とは可能な限り気密に且つ互いに回転自在な状態で連通されており；
該ロータ２３においては更に、該ロータ中心空間２３６の他方の端面は気密に塞がれており；
該ロータ２３においては更に、該回転ノズル２３５の上流側の端部は該ロータ中心空間２３６に連通されており、該回転ノズル２３５の下流側の端部は管１の内部の空間に開放されており；
かくして、該ロータ２３においては、該メインフレームの該流体供給穴２２３を上流側の起点として、該流体被供給穴２３３、該ロータ中心空間２３６、該回転ノズル２３５を経由して下流側の終点としての回転ノズル出口に至るロータ流路が形成されており；
該ロータにおいて、回転ノズル出口から吹き出す噴流の軸線の配置について、該噴流が該ロータへ回転トルクを付与する位置に配置されており；、
該ロータ流路において、該流体被供給穴２３３から該ロータ中心空間２３６へ流入した流体の単位時間あたりの流量の値をQとし、流量Qの流体が通過する流路の断面積において最小面積の断面積の値をAとし；
以上のように構成されている「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」において、管内へ流体を供給する流体供給源の最大供給圧力の絶対値がP0である流体供給源から管内への流体の供給が開始された時以降の管の内部のいくつかの地点における絶対圧力の値とAの値の関係について述べると；
すなわち、管１の上流側の端部の圧力の値をP1とし、タービンクローラの上流側の領域において該タービンクローラの直前部分の圧力の値をP2とし、タービンクローラの下流側の領域において該タービンクローラの直後部分の圧力の値をP3とし、管の下流側の端部の圧力の値をP4とし、P1−P4＝PL1とし、P2−P3＝PL2とし、PL1−PL2＝PL3とした時のAの値の設定方法について述べると；
全体の圧力損失値であるPL1が流体供給装置の最大吐出圧力値であるP0よりは小さいがP0に近い値となるように、且つ、タービンクローラにおける圧力損失値であるPL2がPL1よりは小さいがPL1に近い値となるように、すなわちAの値がより小さくなって而してPL２の値がより大きくなるようにAの値が設定されている：
以上のように構成されていることを特徴とする、「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」において；
ロータ回転軸２３１に、プラネットギヤ減速機２４１を介して、油圧ユニット／発電ユニット２８２が連結されている。

本発明の装置においては、管１の内部の空間を低圧領域部分と高圧領域部分の二つの空間に分割するための、管内面接触シール部材２１、メインフレーム部材２２及びロータ２３を備えていることに起因して、該タービンクローラは高圧領域部分から低圧領域部分の方向へ作用する強い圧力、すなわち、強い流体エネルギーを受圧している。該流体エネルギーは、ロータ２３を高速回転させて機械エネルギーに変換し、ロータ２３に連結された油圧ユニット・発電ユニット２８２を回転駆動させて動力を発生させるものである。
管１の内部へ多量の空気を供給するための、管外に配置されたルーツポンプ（図示していない）が作動すると、管１の上流側入口から管１の内部へ、多量の空気が注入される。管１の内部に配置されているタービンクローラの回転ノズル２３５の内部の流路は狭いので空気の流れが阻害され、また、管１の内面と管内面接触シール部材２１とは最大限気密に接触しているので、管１の内部において回転ノズル２３５の上流側の領域の圧力が上昇する。
本発明に従って構成された好適実施例の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」を使用して、内径９０ｃｍ、長さ２０００ｍの水平に配置された鉄管の内面に対して、研掃材ブラストクリーニング作業を実施する場合の作業例について、以下に説明を行う。
該鉄管の内面積を計算すると５６５２ｍ２であり、１ｍ２あたり４５ｋｇの研掃材としてのガーネットを噴射するとすれば、該鉄管の内部で噴射されるガーネットの総量は約２５４トンである。
噴射済みのガーネットは該鉄管の外部へ排出される必要があるが、該ガーネットを空気輸送方式で移送するためには、該鉄管の内部を流れる空気の流速を毎秒４５ｍにする必要があり、よって該空気流速を得るために必要な該鉄管の内部を流れる空気の流量は毎分１７００ｍ３に達する。
ところが、これから噴射するガーネット及び噴射済みのガーネットを、空気輸送方式ではなく水力輸送方式で移送するとすれば、該鉄管の内部を流れる水の流速は毎秒３ｍで良く、この時、水とガーネットとの２相混相流体の流量に占めるガーネットの流量を２０％とすれば必要な水の量は毎分１８０ｋｇである。
すなわち、管１の内部を流れる水とガーネットとの２相混相流体の流速について、水の中でガーネットが沈殿せずに浮遊可能な限界流速は毎秒約３ｍである。
該鉄管の内部を流れる空気の作用により、水とガーネットとの２相混相流体に対して毎秒３ｍの流速を付与するとすれば、必要な空気の流量は毎分１１５ｍ３であり、該空気流量を得るために、最大吐出圧力が９０ｋｐａのルーツポンプを使用すると、該ルーツポンプの運転のために必要な動力は２４０ｋｗである。
該ルーツポンプにより管１の上流側入口から管１の内部へ、毎分１１５ｍ３の空気が注入されるが、同時に、毎分１８０ｋｇの水と毎分４５ｋｇのガーネットが注入される。
該ルーツポンプから注入された空気は、管１の内部を流れる水とガーネットとの混相流体に対して速度を付与し、管１の内部を流れる水とガーネットとの混相流体の流速は、該水の中で該ガーネットが沈殿せずに浮遊可能な限界流速と同じかあるいは該限界流速を超えた流速に設定されており、かく設定された該混相流体の流速について、管１の内部を流れる空気の流量と圧力に起因して発生する空気の作用により該流速が付与され、且つ、設定されている。
管１と管内面接触シール部材２１との隙間は非常に僅かであるので、管１の上流側の端部にある上流側流体入口９０２から注入された毎分１１５ｍ３の流量の空気、毎分１８０ｋｇの水のほとんどとガーネットの流量のほぼ全流量は、回転ノズル２３５のノズル口を通過して下流方向へ流れるものであるが、２個のノズル口の流路断面積の合計を７２ｃｍ２とすれば、該ノズル口を通過する３相混相流体の流速は毎秒２６５ｍとなり、該流体がロータ２３を高速回転させるとともに、高速度のガーネットが管１の内面に衝突して該内面に対して研掃作用を施す。なお、該ノズル口において発生する圧力損失は７８ｋｐａであり、２０００ｍの長さの管１の圧力損失は０に近い値である。
なお、研掃作業を終えたガーネットは、空気と共に管１の下流方向へ流れて下流側出口から流体セパレータ（図示していない）に到り、該流体セパレータにより分離されたガーネットは廃材容器（図示していない）に貯留され、一方、清浄な空気は大気中へ放出される。
流路断面積の合計が７２ｃｍ２である２個のノズル口から、毎秒２６５ｍの流速にて、毎分１１５ｍ３の空気が噴出している場合に、該空気の噴流の力は６２ｋｇｆである。
該噴流の軸線の接円の直径を６００ｍｍとすれば、該噴流がロータ２３を回転させるトルクは約１９ｋｇｆ・ｍである。また、この時のロータ２３の回転数は、約８４００ｒｐｍである。すなわち、ロータ２３は、約１６４ｋｗの機械エネルギーを有している。
該機械エネルギーは、プラネットギヤ減速機２４１の機械抵抗により減衰されるが、プラネットギヤ減速機２４１の機械効率を６０％とすれば、約９８ｋｗを正味動力として、すなわち、タービンクローラを自走させるための動力や、各種の作業装置の動力などとして、十分に活用することが出来る。

揺動車輪ユニット２６の構成について述べると、
揺動車輪ユニット２６は、ロッド非回転式シリンダ旋回用アクチュエータ２６４の外周部に放射状に配置されて固定された４個のロッド非回転式シリンダ２６３と、
該４個のロッド非回転式シリンダ２６３の各々のピストンロッドの先端部に装着された各々２個、合計４式すなわち合計８個の従動車輪２６２、から構成されており、
該各々２個の従動車輪２６２の軸線は、図１及び図４において、管１の軸線と平行では無く、やや傾いた状態で配置されている。
４個のロッド非回転式シリンダ２６３は、４式の従動車輪２６２を管１の内壁に強く押し付ける機能を有している。各々のロッド非回転式シリンダ２６３のシリンダケースは、ロッド非回転式シリンダ旋回用アクチュエータ２６４に連結されており、各々のロッド非回転式シリンダ２６３のシリンダケースは、図４における白矢印２６６の方向に、任意の時に且つ任意の角度で旋回せられ、すなわち、従動車輪２６２の軸線と管１の軸線との相対角度が、任意の時に且つ任意の角度で変更せられ、而して、タービンクローラの自走方向と自走速度が設定されるものである。

プラネットギヤ減速機２４１の出力軸２４２が、図１において右から左を見た状態において時計方向へ回転駆動されると、揺動車輪ユニット２６は時計方向へ回転駆動され、揺動車輪ユニット２６に装着された従動車輪２６２は回転する。
この時、従動車輪２６２の軸線が、管１の外周部の方向から見て反時計方向に僅かに傾いていることに起因して、揺動車輪ユニット２６には管１の軸線に沿って右から左へ向かう走行駆動力が発生する。
この時、メインフレーム部材２２には反時計方向へ回転させようとする反作用が作用するが、シリンダ２７３により管１へ押付けられた従動車輪２７２の軸線は管１の軸線と直交する面上に在るので、従動車輪２７２は回転せず、而してメインフレーム部材２２の反時計方向へ回転は阻止される。
すなわち、図１において右から左を見た状態において、プラネットギヤ減速機２４１が時計方向へ回転駆動されると、タービンクローラは白矢印方向８５へ走行する。

図１乃至図４に図示のタービンクローラにおいては、該タービンクローラが管１の内面に沿って走行する方法として、揺動車輪ユニット２６による自走方式を提案している。
タービンクローラが管１の内面に沿って走行する方法として、揺動車輪ユニット２６による方法に代えて、管１の外部に配置したウインチ（図示していない）によりタービンクローラを牽引する方法を適用することも出来る。
該ウインチを適用した場合のタービンクローラの走行速度のコントロール方法について、該ウインチに巻き取られるワイヤロープの端部にタービンクローラを連結し、ワイヤロープを該ウインチによって巻き取り、または繰り出すことによりタービンクローラを管１に沿って走行させ、ワイヤロープの巻き取り、繰り出し速度をコントロールすることにより、タービンクローラの走行速度をコントロールするものである。

本発明に従って構成されたタービンクローラにおいては、タービンクローラが管１の内部を移動するのに伴い、タービンクローラに装着され且つ管１の内壁に密着した管内面接触シール部材２１が管１の内壁を擦り、而して、該内壁に付着した錆などの異物が剥離される。
実際の管１の内壁には錆などにより腐食された凹凸があり、管内面接触シール部材２１の表面にも細かい傷が有るので、これ等の凹凸や傷に起因する僅かな隙間を通って、高速の空気流が下流の領域へ流入する。
該高速空気流は、管１の内面に付着する汚れを吸引清掃し、あるいは、管１の内面に付着する水分を乾燥させるために大変効果的である。
本発明に係る「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」においては、研掃作業が終了後、管１の内面の清掃と乾燥作業が実施され、続いて塗装作業が実施される。
管１の内壁に対して作用を施す手段について、研掃材や塗料の吹付けに限定されない。例えば、塗装ノズルの代わりに超高圧水噴射ノズルなどを具備することもできる。

以上に本発明の装置の好適実施例について説明したが、本発明の装置は該好適実施例の他にも特許請求の範囲に従って種々実施例を考えることができる。
該好適実施例の装置の説明においては、装置も管も大気中にあるものとして説明を行ったが、装置と管が水中にある場合においても本発明の装置を適用することができるものである。

本発明は、例えば、水力発電所の水圧鉄管や、給水用配管や、排水用配管あるいは石油プラント配管やガス配管などの各種配管の管内において実施される、例えば、点検作業を実施したり、サビ落とし作業や塗装作業を実施するなど、管内で実施されるいろいろな作業において、管内において作業を行う装置に必須の動力を得るために、従来においては、管の外部から管内へ、電源ケーブルや油圧ホース、水圧ホースまたは空圧ホースなどの動力ホースを引き込む必要があり、管の長さが長い場合には、電源ケーブルや動力ホースも長くかつ重くなり、よって、その取扱いが大変煩雑であった。
本発明においては、管内を流れる水や空気などの流体が持つ運動エネルギーを獲得し、該獲得した運動エネルギーを動力に変換して各種の作業を行い、あるいは、該動力を使用して管内を自走することも可能な、すなわち、電気ケーブルや動力用ホースを必要としない、いわゆる自立型の「流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ」として好都合に用いることができる。

本発明に従って構成された、流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラの正面断面図。図１に示す該タービンクローラの右側面図。図１におけるＡ−Ａ矢視の断面図。図１におけるＢ−Ｂ矢視の断面図。

管１
管内面接触シール部材２１
メインフレーム部材２２
円錐筒形ケース２２１
円筒形ケース２２２
流体供給穴２２３
軸受部材２２４
従動車輪２２５
軸受部材取付ブラケット２２９
ロータ２３
ロータ回転軸２３１
第１ボス部材２３２
流体被供給穴２３３
第２ボス部材２３４
回転ノズル２３５
ロータ中心空間２３６
プラネットギヤ減速機２４１
プラネットギヤ出力軸２４２
ユニバーサルジョイント２５
揺動車輪ユニット２６
揺動車輪ユニット回転軸２６１
従動車輪２６２
従動車輪押出用ロッド非回転式シリンダ２６３
ロッド非回転式シリンダ旋回用アクチュエータ２６４
ロッド非回転式シリンダのロッドが動く方向２６５
ロッド非回転式シリンダのシリンダケースが旋回する方向２６６
ピン２７１
従動車輪２７２
シリンダ２７３
動力ユニット２８
動力ユニット入力軸２８１
油圧ユニット・発電ユニット２８２
軸受ブロック２８３
車体フレーム２８４
従動車輪２８５
管内を流体が流れる方向８１
ロータ回転方向８３
揺動車輪ユニットの回転方向８４
図１に図示の揺動車輪ユニットの状態においてタービンクローラが走行する方向８５

Claims

流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラにおいて：
該タービンクローラは、メインフレーム部材と、管内面接触シール部材と、ロータから少なくとも構成されており；
該メインフレーム部材は、環状に形成されており、該メインフレーム部材の外周端部には該管内面接触シール部材が装着されており、該メインフレーム部材の中心部には、流体供給穴が形成されており、該メインフレーム部材の中心部には更に、該ロータを構成する部材であるロータ回転軸を保持するための軸受部材が装着されており；
該管内面接触シール部材は、全体の形状が環状で、且つ、変形することにより管の内面に密着できるように形成されており；
該ロータは、一方の側が該軸受部材に保持されたロータ回転軸と、該ロータ回転軸の他方の側に装着された第１ボス部材と、該第１ボス部材の外周部に配置された第２ボス部材と、該第２ボス部材の外周部に装着された単数または複数の回転ノズルから構成されており；
該ロータにおいては更に、該第１ボス部材の外周面と該第２ボス部材の内周面との間に、環状のロータ中心空間が形成されており、該ロータ中心空間において、その一方の端面である流体被供給穴は、メインフレームの流体供給穴と可能な限り気密に対面しており、すなわち、該流体供給穴と該流体被供給穴とは可能な限り気密に且つ互いに回転自在な状態で連通されており；
該ロータにおいては更に、該ロータ中心空間の他方の端面は気密に塞がれており；
該ロータにおいては更に、該回転ノズルの上流側の端部は該ロータ中心空間に連通されており、該回転ノズルの下流側の端部は管の内部の空間に開放されており；
かくして、該ロータにおいては、該メインフレームの該流体供給穴を上流側の起点として、該流体被供給穴、該ロータ中心空間、該回転ノズルを経由して下流側の終点としての回転ノズル出口に至るロータ流路が形成されており；
該ロータにおいて、回転ノズル出口から吹き出す噴流の軸線の配置について、該噴流が該ロータへ回転トルクを付与する位置に配置されており；、
該ロータ流路において、該流体被供給穴から該ロータ中心空間へ流入した流体の単位時間あたりの流量の値をQとし、流量Qの流体が通過する流路の断面積において最小面積の断面積の値をAとし；
以上のように構成されている流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラにおいて、管内へ流体を供給する流体供給源の最大供給圧力の絶対値がP0である流体供給源から管内への流体の供給が開始された時以降の管の内部のいくつかの地点における絶対圧力の値とAの値の関係について述べると；
すなわち、管の上流側の端部の圧力の値をP1とし、タービンクローラの上流側の領域において該タービンクローラの直前部分の圧力の値をP2とし、タービンクローラの下流側の領域において該タービンクローラの直後部分の圧力の値をP3とし、管の下流側の端部の圧力の値をP4とし、P1−P4＝PL1とし、P2−P3＝PL2とし、PL1−PL2＝PL3とした時のAの値の設定方法について述べると；
全体の圧力損失値であるPL1が流体供給装置の最大吐出圧力値であるP0よりは小さいがP0に近い値となるように、且つ、タービンクローラにおける圧力損失値であるPL2がPL1よりは小さいがPL1に近い値となるように、すなわちAの値がより小さくなって而してPL２の値がより大きくなるようにAの値が設定されている：
以上のように構成されていることを特徴とする、流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラにおいて；
該ロータ回転軸に、油圧ポンプ、水圧ポンプまたはエンコンプレッサなどの流体エネルギー生成ポンプや発電機などの動力を発生させる装置が連結されている、ことを特徴とする、流れのある管内を走行し且つ該流れから動力を得るタービンクローラ。