JP3839852B2 - 水中穴掘り装置の改良 - Google Patents

Description

本発明は、穴掘り装置の改良、また水中穴掘り装置の改良に関する。
水中穴掘り装置は、例えばGB2,240,568（CONSORTIUM RESOURCE等）で公知である。ここに記載されている水中穴掘り装置は、水を受け入れる入口と水を排出する出口とがついた中空体を有する。プロペラが、該中空体に回転可能に取り付けられ、前記入口から水を受け入れ、前記出口から水を排出する。水がジェットでプロペラに供給されると、その先端でジェットがプロペラを回転させる。
この回転で、水が前記入口から前記中空体に受け入られ、該中空体から前記出口を通して流れとして追い出される。この流れで、海底の物質を移動できる。
公知の水中穴掘り装置には多くの問題や欠点がある。
（ａ）例えば、流体ジェットの流体力学的制限のためにエネルギ効率が低く、このシステムを駆動するのに極度に大形で動力を喰うポンプを必要とする。
（ｂ）プロペラの回転の反動で装置が回転しやすい。
（ｃ）該装置の操縦及び配置が困難である。
本発明の目的の１つは、このような問題や欠点のすくなくとも一部を解決することである。
本発明の第１の特徴では、水中穴掘り装置は、１つ以上の入口と１つ以上の出口とを有し、一対以上のインペラが該中空体に回転可能に取り付けられ、該インペラを駆動する手段が設けられている。
利点として、この駆動手段により、インペラは使用中に相反対の回転方向に駆動できる。
前記１つ以上の入口は、前記１つ以上の出口の軸線に対してある角度に傾斜できる。
前記入口は一対以上あるのがよい。
前記一対以上の入口は出口から伸びる軸線に対して実質的に対称になっているのがよい。
一実施例では、水中穴掘り装置は、水平方向に向かい合う一対の入口と、これに連通する１つの出口とを有し、使用中、該出口は前記一対の入口の間の実質的に中央で垂直方向下向きに配置されている。この場合、水中穴掘り装置は、実質的にＴ形に見える。
他の実施例では、水中穴掘り装置は、一対の入口と、これに連通する１つの出口とを有し、該入口は出口から伸びる軸線に対して実質的に対称になっていて、使用中、該出口は前記一対の入口の間の実質的に中央で垂直方向下向きに配置されている。この場合、水中穴掘り装置は、実質的にＹ形に見える。
好ましくは、出口はそれぞれ出口から伸びる軸線に対して実質的に４５度離隔／傾斜している。
各入口内に／隣接して１以上のインペラを配置できる。
該／各インペラを駆動する手段は、１つ以上の穴あけモータを含みうる。
該１つ以上の穴あけモータは、ステータと、該ステータに回転可能に取り付けられたロータとを有する。ステータは、ロッド凹部と排出口を有し、ロータは、ロータチャネルと１つ以上の駆動流体チャネルとを有し、該１つ以上の駆動流体チャネルはロータチャネルからロータとステータ間のチャンバに駆動流体を導入し、ロッド凹部には、ロータとステータ間のシールを使用中に形成するロッドを設けている。
重要ではないが、ロータにはステータに接するシールを設けるのがきわめて望ましい。
好ましくは、該シールは、プラスチック材料、ポリエチルエチルケトン、金属、銅合金、ステンレス鋼からなる群から選ばれた材料から作られる。
前記ロッドは、プラスチック材料、ポリエチルエチルケトン、金属、銅金属、ステンレス鋼からなる群から選ばれた材料から作られるのがよい。
好ましくは、ステータは、互いに向き合う２つのロッド凹部を有し、また、互いに向き合う２つの排出口を有し、各ロッド凹部にはそれぞれロッドを配置し、ロータには互いに向き合う２つのシールを配置する。
好ましくは、２つの穴あけモータが設けられ、各モータがステータと該ステータに回転可能に取り付けられたロータを有し、該ロータが互いに結合していて、ステータがロッド凹部と排出口を有し、ロータは、ロータチャネルと１つ以上の駆動流体チャネルとを有し、該１つ以上の駆動流体チャネルはロータチャネルからロータとステータ間のチャンバに駆動流体を導入し、ロッド凹部には、ロータとステータ間のシールを使用中に形成するロッドを設けている。
好ましくは、穴あけモータは、平行に接続されるが、必要なら、直列でもよい。
好ましくは、穴あけモータは、使用中に、一方が他方に対して相がずれている。従って、好ましい態様では、各穴あけモータは、２つのチャンバを有し、第１の穴あけモータのチャンバは、第２の穴あけモータのチャンバに対して相が９０度ずれている。同様に、各穴あけモータが４つのチャンバを有する実施態様では、第１の穴あけモータのチャンバは、第２の穴あけモータのチャンバに対して相が４５度ずれている。これにより、パワー出力がなめらかになり、停動を防止できる。
代わりに、前記１以上の穴あけモータは"Moineau"か、流体か、適当な電気モータでよい。
インペラは、ギアボックスであるいはモータの駆動体への反動トルクの利用で駆動すればよい。
モータ本体への反動トルクが利用されるときは、１つ以上のインペラがモータの出口軸に接続され、他の１つ以上のインペラがモータ体に接続されうる。
代わりに、インペラは、反対方向に作動する一対のモータで駆動してもよい。
この場合、モータとインペラは、バランスされ、等しくされる。
水中穴掘り装置は、さらに撹拌装置を備えてよく、撹拌装置は機械的妨害手段と流体流妨害装置とを有する。
使用中、水中穴掘り装置は、水面の作業船から吊り下げてもよく、水中穴掘りに最近よく使われる型のそりに取り付けてもよい。
他の実施例では、水中穴掘り装置は、一対の入口と、これに連通する１つの出口とを備える中空体と、該中空体に回転可能に取り付けられた一対以上のインペラと、該インペラを駆動する手段とを有する。該入口は出口から伸びる軸線に対して実質的に対称になっているが、互いに水平方向には対向していない。
本発明を図面を参照してさらに例示として説明する。
図１は、本発明による水中穴掘り装置の第１実施例の断側面図である。
図２は、本発明による図１の水中穴掘り装置に使用する穴あけ装置の一実施例の縦断面図である。
図３Ａ〜３Ｄは、４つの異なる位置のモータのロータを示す図２のＡ−Ａ断面図である。
図４Ａ〜４Ｄは、４つの異なる位置のロータを示す図２のＢ−Ｂ断面図である。
図５は、本発明による水中穴掘り装置の第２実施例の断側面図である。
図６は、本発明による水中穴掘り装置の第３実施例の断側面図である。
図１を参照して、本発明に従う水中穴掘り装置３００ａの第１の実施例が示される。水中穴掘り装置３００ａは、水平方向に対向する一対の入口ダクト３７１ａおよび出口ダクト３７３ａを形成した中空本体、ドライブ・モータ３１０ａおよび一対のインペラ３３５ａ，３４０ａを含む。
水中穴掘り装置３００ａは、中空本体３７０ａ内の偏向バッフル３０２ａ、該装置３００ａが水面の作業船から吊るされるのを可能にするサスペンション・ブラケット３０６ａ、インペラ３３５ａ，３４０ａを過ぎる流体の流れを規制するための案内羽根３８６ａ、およびインペラ３３５ａ、３４０ａに損傷を与える可能性のある固体物の進入を防ごうとする安全格子３８５ａをさらに備えている。
この最初の実施例の中で、ドライブ・モータ３１０ａは、水平方向に対向する入口ダクト３７１ａおよびインペラ３３５ａ，３４０ａに共通の軸に沿って提供される。モータ３１０ａの出力シャフト３３０ａが、第１のインペラ３３５ａに接続し、第２のインペラ３４０ａは、スイベル３２５ａを通してドライブ・モータ３１０ａの外側ハウジングに接続しているシャフト３４２ａに取り付けられる。
使用中に、駆動流体は、流体入口３０８ａからモータ３１０ａに供給される。これにより、出力シャフト３３０ａおよびインペラ３３５ａが回転する。この回転からの反動的なトルクによって、ドライブ・モータ３１０ａの外側ハウジングが出力シャフト３３０ａの回転と反対方向に回転するようになる。これにより、次に第２のインペラ３４０ａが回転する。向かい合う方向に回転するにもかかわらず、インペラ３３５ａ，３４０ａは、中空本体３７０ａに各々等しい流量の水を提供するように構成される。このように中空本体３７０ａに引き入れられた水は、偏向バッフル３０２ａを通して出口ダクト３７３ａから海底４００ａの方へ導かれる。
代替実施例では、図５に関して先に記述されるように、直接インペラ３４０ａを駆動する第２のモータによって、シャフト３４２ａおよびスイベル３２５ａが置き換えられてもよい。
例えば、穴掘り装置３００ａは、船の船首あるいは船尾から、または専用の海底作業船のムーンプールを通して吊してもよい。
代替実施例の中で、穴掘り装置３００ａは、海底作業のために最近使われる型のそり（図示せず）に提供されてもよい。穴掘り装置３００ａは、さらに機械的妨害手段および流体流妨害手段を有する撹拌装置（図示せず）を備えていてもよい。
有益な実施例の中で、モータ３１０はWO95/19488の中で開示された穴あけモータを含む、それの内容は、ここで引用によって取り入れられる。
穴あけモータ３１０は、第１のモータ２０および第２のモータ５０を含んでもよい。
第１のモータ２０は、ステータ２１およびロータ２３を含む。スラスト・ベアリング２６およびシール２５を含む上側ベアリング組立部品２４を通して、ロータ２３の先頭部分２２は延びる。
駆動流体（例えば、加圧された水か、穴あけ泥か、ガス）は、中心のサブチャネル１２を通して、中心のロータ・チャネル２７に流下し、そしてロータ流れチャネル２８を通して出て、動作チャンバ３１および３２に入る。
モータ動力行程に続いて、駆動流体は、ステータ２１の排出口３３を通して流れ、それから、ステータ２１のまわりの環状のチャネルを通して下方へ流れ、そして下側のベアリング組立部品３４の流れチャンネル３５を通る。スラスト・ベアリング３７およびシール３８を含む下側のベアリング組立部品３４を通して、ロータ２３の一部分３６が延びる。
ステータ２１の端部は城郭風にされ、この部分は、ステータ２１の回転を抑制するそれぞれの上側のベアリング組立部品２４および下側のベアリング組立部品３４の中の凹部に係合する。上側のベアリング組立部品２４および下側のベアリング組立部品３４は、外側の管状部材１４にきついはめあいになっていて、ねじ付きスリーブ１６および８４の間で圧縮によって、回転しないように保持される。
スプラインをつけられたユニオン３９は、ロータ２３のスプラインをつけられた端部を第２のモータ５０のロータ５３のスプラインをつけられた端部につなぐ。第２のモータ５０は、ステータ５１を有する。
ロータ５３の先頭部分５２は、上側のベアリング組立部品５４を通して延びる。シール５５は、ベアリング組立部品５４とロータ５３の先頭部分５２の外側との間に配置される。ロータ５３は、スラストベアリング５６上で上側ベアリング組立部品５４に対して動く。
駆動流体が、中央のロータ・チャネル２７から中央のロータ・チャネル５７内に流れる、それから、ロータ流れチャネル５８を通して出て、動作チャンバ６１および６２に入る。
モータ動力行程に従って、駆動流体が、ステータ５１の中の排出口６３を通して流れ、それから、下方へステータ５１を取り囲む環状のチャネルを通っておよび下側ベアリング組立部品６４の流れチャネル６５を通る。ロータ５３の一部分６６は、下側ベアリング組立部品６４を通して延びる。ロータ５３が、スラスト・ベアリング６７上で下側ベアリング組立部品６４に対して動く。シール６８はロータ・ベアリング組立部品インタフェースを封じる。また、下側ベアリング組立部品３４の中の流れチャネル３５の中を流れる駆動流体は、下方へ上側ベアリング組立部品５４の中のチャネル７９の中を流れ、ステータ５１を過ぎて、および下側ベアリング組立部品６４の中の流れチャネル６５を通して流れる。
上側ベアリング組立部品５４および下側ベアリング組立部品６４が、外側の管状部材１８にきつくはめこまれ、ねじつきスリーブ８４および下側のねじつきスリーブ（図示せず）間の圧縮によって、回転しないように保持される。
図２Ａ−２Ｄおよび３Ａ−３Ｄは第１のおよび第２のモータ２０および５０のために、それぞれ典型的なサイクルを描写し、互いに関してサイクルのいろいろな時間にある２つのモータの状態を示す。例えば、図２Ｃが第１のモータ２０のために排出期間を示すと共に、図３Ｃが第２のモータ５０のためにパワー期間を示す。
図２Ａの中で示されるように、ロータ流れチャネル２８の中を流れている駆動流体は動作チャンバ３１および３２に入る。チャンバ（下で論議されるように）および結果として生じる力の幾何図形的配列のために、図２Ｂの中で見られるように、駆動流体は時計回りの方向にロータを動かす。ロータ２３の外側表面７２およびロッド凹部７５の一部分７４に接する回転羽根ロッド７１によって、動作チャンバ３１は、その一端が封じられる。
動作チャンバ３１の他端で、ロータ２３のローブ７７の上のシール７６は、ステータ２１の内部表面を密封接触する。
図２Ｂの中で示されるように、ロータ２３はパワー期間の端近くの点へ移動している。
図２Ｃの中で示されるように、駆動流体はモータ・サイクルのこの点で排出口３３を通して排出することを始める。
図２Ｄの中で示されるように、回転羽根ロッド７１およびシール７６が、動作チャンバをシールし、シール７６が排出口３３を通過するまで、その中に流れている駆動流体はロータ２３を回転する。
第２のモータ５０が、第１のモータ２０と同様に動作する；しかし、好ましいのは、図３Ａ−３Ｄの中で示されるように、２つのモータの相が、９０度ずれ、一方のモータが駆動流体を排出しているときに、もう一方はパワーを提供していることである。
シール７６は、１つの実施例では、ポリエチルエチルケトン（PEEK）でできている。また、回転羽根ロッド７１は、ＰＥＥＫから作られる。ロータ（２３、２５）およびステータ（２１、５１）は、好ましくはステンレス鋼のような腐食に抵抗力がある材料から作られる。
第１のモータ２０の中のシール７６が排出口３３を回転通過するとき、回転している駆動流体は流出して、下方へ流れ、そしてチャネル７９を通って、排出口６３および流れチャネル６５を通過する。
開示された実施例の中で、適切に適合するように、穴あけモータ３１０が２つのモータ２０，５０を含むことは、認められなければならない。穴あけモータ３１０は、１つのモータ２０または５０だけを含んでもよい。
次に、図５を参照して、水中穴掘り装置３００ｂの第２の実施例が本発明に従って示される。当該装置３００ａと同様部には、図１の装置３００ａの同様部分を識別するために使われた数字が使用されるが、「ａ」ではなく「ｂ」を添え字とする。
シャフト３４２ａおよびスイベル３２５ａが第２のモータ３１０’ｂおよびＴ−カップリング３２６ｂによって置き換えられた点で、装置３００ｂは装置３００ａと異なる。このようにこの実施例の中でインペラ３３５ｂ、３４０ｂはそれぞれのモータ３１０ｂ，３１０’ｂによって動かされる。使用中に、駆動流体は、流体の入口３０８ｂおよびＴ−カップリング３２６ｂを経てモータ３１０ｂ、３１０’ｂに供給される。
次に、図６を参照して、水中穴掘り装置の第２の実施例３００ｃが本発明に従って示される。装置３００ｂの同様部分は、「ｂ」ではなく「ｃ」を添え字とすることを除いて、図５の装置３００ｂの同様部分を識別するために使われた数字が使用される。
その水中穴掘り装置３００ｃが、装置３００ｂと異なるのは、装置３００ｂの中で入口３７１ｂが水平方向に対向するのに対し、装置３００ｃの中では、出口３７３ｃから延びている軸のまわりに実質的に対称に配置されて、装置３００ｃが実質的に「Ｙ」形になる点でである。したがって、この実施例では、Ｙ−カップリング３２６ｃが提供される。
ここに記述された発明の実施例は、例示にすぎないのであって、どんな形であれその発明の範囲を制限するためではない。穴あけモータ３１０が開示された実施例のいずれにでも使用にふさわしいことは、特に認められなければならない。

Claims (23)

1. ２つ以上の入口と１つ以上の出口を備えた中空体と、該中空体に回転可能に取り付けられた一対以上のインペラと、該インペラを駆動できる手段を有し、前記２つ以上の入口が、前記出口から延びる軸線の回りに実質的に対称的に配置されている水中穴掘り装置。
2. 前記駆動手段が相反対の回転方向に前記インペラを駆動できる請求項１に記載の水中穴掘り装置。
3. 一方のインペラが一方の入口内に備えられ、他方のインペラが他方の入口内に備えられている請求項１または２に記載の水中穴掘り装置。
4. 前記入口が一対である請求項１〜３の何れかに記載の水中穴掘り装置。
5. 水平方向に対向する一対の入口と、該入口に連通する単一の出口とからなり、使用中に、該一対の入口の実質的に中間にて垂直方向に下向きに出口が配置され、全体に実質的にＴ形になっている請求項１〜４のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
6. 一対の入口と、該入口に連通する単一の出口とからなり、該入口が出口から延びる軸線の回りに実質的に対称的に配置され、使用中に、該一対の入口の実質的に中間にて垂直方向に下向きに出口が配置され、全体に実質的にＹ形になっている請求項１〜４のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
7. １つ以上のインペラが各入口内に配置されている請求項１〜６の何れかに記載の水中穴掘り装置。
8. インペラを駆動する手段が１つ以上の穴あけモータを有する請求項１〜７のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
9. １つ以上の穴あけモータは、ステータと、該ステータに回転可能に取り付けられたロータとを有し、ステータは、ロッド凹部と排出口を有し、ロータは、ロータチャネルと１つ以上の駆動流体チャネルとを有し、該１つ以上の駆動流体チャネルはロータチャネルからロータとステータ間のチャンバに駆動流体を導入し、ロッド凹部には、ロータとステータ間のシールを使用中に形成するロッドを設けている請求項８に記載の水中穴掘り装置。
10. ステータに係合するシールをロータに設ける請求項９に記載の水中穴掘り装置。
11. シールは、プラスチック材料、ポリエチルエチルケトン、金属、銅合金、ステンレス鋼からなる群から選ばれた材料から作られる請求項１０に記載の水中穴掘り装置。
12. ステータは、互いに向き合う２つのロッド凹部を有し、また、互いに向き合う２つの排出口を有し、各ロッド凹部にはそれぞれロッドを配置し、ロータには互いに向き合う２つのシールを配置する請求項９〜１１のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
13. ロッドは、プラスチック材料、ポリエチルエチルケトン、金属、銅合金、ステンレス鋼からなる群から選ばれた材料から作られる請求項９〜１２のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
14. ２つの穴あけモータが設けられ、各穴あけモータが、ステータと該ステータに回転可能に取り付けられたロータを有し、該ロータが互いに結合していて、ステータがロッド凹部と排出口を有し、ロータは、ロータチャネルと１つ以上の駆動流体チャネルとを有し、該１つ以上の駆動流体チャネルはロータチャネルからロータとステータ間のチャンバに駆動流体を導入し、ロッド凹部には、ロータとステータ間のシールを使用中に形成するロッドを設けている請求項１〜１３に記載の水中穴掘り装置。
15. 穴あけモータは、平行に、あるいは直列に接続される請求項１４に記載の水中穴掘り装置。
16. 穴あけモータは、使用中に、一方が他方に対して相がずれている請求項１４または１５に記載の水中穴掘り装置。
17. インペラは、ギアボックスで、あるいはモータの駆動体への反動トルクの利用で駆動される請求項１〜１５のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
18. モータ本体への反動トルクが利用されるときは、１つ以上のインペラがモータの出口軸に接続され、他の１つ以上のインペラがモータ本体に接続される請求項１７に記載の水中穴掘り装置。
19. インペラは、相反対方向に作動する一対のモータで駆動される請求項１〜１８の何れかに記載の水中穴掘り装置。
20. さらに撹拌装置を備え、該撹拌装置は機械的妨害手段と流体流妨害手段とからなる請求項１〜１９のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
21. 使用中、水面の作業船から吊り下げられ、または、そりに取り付けてられる請求項１〜２０のいずれかに記載の水中穴掘り装置。
22. 出口はそれぞれ出口から伸びる軸線に対して実質的に４５度傾斜している請求項１に記載の水中穴掘り装置。
23. 一対の入口と、これに連通する１つの出口とを備える中空体と、該中空体に回転可能に取り付けられた一対以上のインペラと、該インペラを駆動する手段とを有し、該入口は出口から伸びる軸線に対して実質的に対称になっているが、互いに水平方向には対向していない水中穴掘り装置。

Images