JPH0586466U - 水中アブレ−シブジェット加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 効率の良い水中アブレ−シブジェット加工装
置を提供する。 【構成】 超高圧水の噴射流Ｎ中にスラリ−状の研磨材
Ｋを混合して分散させる混合室Ｍに空気Ｌを供給し、こ
の空気を超高圧水の噴射流Ａ中に研磨材と一緒に気泡と
して取り込ませ、気泡を大量に含むアブレ−シブジェッ
トを形成する。 【効果】 周囲の水による摩擦、分散、巻き込み等を抑
制して、アブレ−シブジェットの加工エネルギ−をより
遠くまで維持でき、従って、スタンドオフ距離（被加工
物とノズルの距離）を大きく採れ、ノズルを接近できな
い複雑な突起の谷底部分の加工や厚肉材料の切断も効率
良く遂行できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、スラリ−状に混練した研磨剤を超高圧水の噴射流中に分散させたア ブレ−シブジェットを水中に射出して被加工物に衝突させて、切削、切断、孔開 け、剥離、研磨、清掃等の水中加工を行う水中アブレ−シブジェット加工装置に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

スラリ−状に混練した研磨剤を超高圧水の噴射流中に分散させたアブレ−シブ ジェットを水中に射出して被加工物に衝突させ、切削、切断、孔開け、剥離、研 磨、清掃等の水中加工を行う水中アブレ−シブジェット加工装置は、例えば、沈 没船や海中石油施設の解体作業に採用されている。水中アブレ−シブジェット加 工装置は、一般的に、粉末状の研磨材を水とスラリ−状に混練するスラリ−供給 装置、水を１０００kg/cm²以上の超高圧にまで加圧する超高圧ポンプ、超高圧水 にスラリ−状の研磨剤を分散させて噴射するノズル部分、ノズル部分に超高圧ポ ンプおよびスラリ−供給装置を接続するフレキシブルな配管、ノズル部分を噴射 の反動に抵抗して位置決める支持機構等を含み、超高圧ポンプやスラリ−供給装 置を水上に設置して配管を延長することにより、他の機械的な装置に比較して水 中に持ち込む機械部分を少なくでき、噴射流量が少ない小型のノズルと少量の研 磨材の組合せでも強力な切削能力を発揮でき、噴射に伴なう反動が少なく手作業 でも正確な操作が可能で、ロボット操作する場合にも支持機構が簡単でよく、研 磨材による環境破壊等も最小限に留められる。

【０００３】 水中アブレ−シブジェット加工装置のノズル部分は、一般的に、超高圧水の噴 射口に対向させた出口噴射路とスラリ−状の研磨材の供給口とを設けて密閉され た混合室を内蔵し、この混合室内に超高圧水の噴射流を貫通させて一種のジェッ トポンプを形成し、このジェットポンプが発生する負圧によって、噴射流中にス ラリ−状の研磨剤が取り込まれ、分散され、その後水中にアブレ−シブジェット として噴射される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

水中アブレ−シブジェット加工装置は、超高圧水のアブレ−シブジェットを水 中に噴射するため、アブレ−シブジェットが周囲の水による減衰、攪乱、分散、 巻込み等の作用を受けて噴射後ごく短時間で加工エネルギ−を失い、ノズル部分 の先端からアブレ−シブジェット衝突点までの距離が大きいと切削能力が著しく 低下し、従って、被加工物にノズル部分をごく接近させたスタンドオフ距離の小 さな作業を採用する必要があり、ノズル部分を接近できない複雑な突起の谷底部 分や、アブレ−シブジェットを深く挿通させて行う厚肉材料の切断には不向きと されていた。

【０００５】 そこで、ノズル部分のアブレ−シブジェット噴射口の周囲に圧縮空気の噴射口 を設け、ここから水中に圧縮空気を噴射してアブレ−シブジェットを包み込むこ とにより、アブレ−シブジェットに対する周囲の水の影響を軽減しようとする試 み（図３(b) 参照）が行われたが、水中に噴射された圧縮空気は慣性力の欠如に よりアブレ−シブジェット以上に急速に減衰されて浮上を始めるため、相当に高 圧の圧縮空気を大量に供給する必要があり、それでも、アブレ−シブジェットを 十分に長距離に渡っては包み込めず、従って、スタンドオフ距離があまり改善さ れず、一方、圧縮空気の噴射による反動の拡大、ノズル部分に接続される配管本 数の増大、大量の気泡発生による視界の妨害等で作業性が著しく悪化した。

【０００６】 本考案は、水中に噴射したアブレ−シブジェットのスタンドオフ距離を従来に 比較して大きく採れ、従って、ノズル部分を接近できない複雑な突起の谷底部の 加工や肉圧材料の切断を効率良く遂行でき、しかも、アブレ−シブジェットの周 囲に圧縮空気を噴射させる場合ほどには作業性を損なわず、さらに有効な水中ア ブレ−シブジェット加工装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 請求項１の水中アブレ−シブジェット加工装置は、超高圧水の噴射流中にスラ リ−状の研磨剤を供給して分散させる混合室を有する水中アブレ−シブジェット 加工装置において、気体を供給して前記噴射流中に分散させる気体供給手段を前 記混合室に付設したものである。

【０００８】 請求項２の水中アブレ−シブジェット加工装置は、超高圧水の噴射流中にスラ リ−状の研磨剤を供給して分散させる混合室を有する水中アブレ−シブジェット 加工装置において、気体を供給して前記噴射流中に分散させる気体混合室を、前 記混合室とは独立させて、前記混合室の上流側または下流側に別個に設けたもの である。

【０００９】 請求項３の水中アブレ−シブジェット加工装置は、超高圧水の噴射流中にスラ リ−状の研磨剤を供給して分散させる水中アブレ−シブジェット加工装置におい て、超高圧水を発生する過程の水中に気体を分散して溶解させる超高圧水発生手 段を有するものである。

【００１０】 請求項４の水中アブレ−シブジェット加工装置は、超高圧水の噴射流中にスラ リ−状の研磨剤を供給して分散させる水中アブレ−シブジェット加工装置におい て、前記スラリ−状の研磨剤に気体を混合して気泡状態で分散させるスラリ−供 給手段を有するものである。

【００１１】

【作用】

本考案の水中アブレ−シブジェット加工装置では、水中に射出されるアブレ− シブジェットの中に気体を気泡状態で混合分散しており、アブレ−シブジェット 噴射口の周囲から別個に気体を噴射させてアブレ−シブジェットを包み込む場合 に比較して、気体（気泡）は水中に射出されたアブレ−シブジェットの流れに乗 ってアブレ−シブジェット本体とともに遠くまで運搬される。また、アブレ−シ ブジェット内に分散した気泡は、アブレ−シブジェット断面内の流れとともに断 面内を移動し、また、噴射の前後の圧力差によって膨張収縮し、さらに、アブレ −シブジェット本体が外側部分から順番に周囲の水に減衰され散乱される状況下 において、高速のアブレ−シブジェットの表面に沿って減速されて滞留した気体 層または気泡層を形成し、この滞留した気体層または気泡層は、内側のアブレ− シブジェットから継続的に気泡が追加供給されて、水中での浮上やアブレ−シブ ジェットの周囲の散乱流による持ち去られを補い、安定して内側のアブレ−シブ ジェットを包み込み、内側のアブレ−シブジェットに対する外側の水の影響、す なわち、摩擦、散乱、巻込み等を軽減する。

【００１２】 ここで、気泡状態の気体を混合分散したアブレ−シブジェットを形成する方法 としては、超高圧水を発生する段階で予め気体を溶解しておき、噴射による圧 力低下を利用して一気に気泡を形成する、研磨剤を水と混練してスラリ−状に する際に、少量の界面活性剤とともに気体を混ぜ込んで、予め気泡状態で分散さ せておく、超高圧水の噴射流にスラリ−状の研磨材を分散させる混合室の上流 側または下流側に気体混合室を追加し、ここで噴射流中に気体を混合して気泡状 態に分散させる、超高圧水の噴射流にスラリ−状の研磨材を分散させる混合室 に気体を供給し、超高圧水の噴射流にスラリ−状の研磨材と一緒に混合して分散 させる等、各種の方法がある。

【００１３】

【実施例】

本考案の実施例を図面を参照して説明する。

【００１４】 図１は実施例の水中アブレ−シブジェット加工装置の模式図、図２は図１にお けるアブレ−シブジェットの説明図である。ここでは、潜水夫による水中作業に 用いられる切断銃の先端部分が図示されており、従来のノズル部分の混合室に圧 縮空気の供給路を追加し、混合室内で圧縮空気を超高圧水の噴射流中にスラリ− 状の研磨材と一緒に混合し、これにより、研磨材とともに気泡を分散させたアブ レ−シブジェットを形成している。

【００１５】 図１において、切断銃Ｇの先端部分には、アブレ−シブノズルＡが取り外し可 能に装着され、ミキサ−Ｍが内蔵され、アブレ−シブ供給口Ｋにはスラリ−配管 Ｊが、超高圧水導入部Ｗには超高圧配管Ｈが、空気供給口Ｌには空気配管Ｉがそ れぞれ接続される。ミキサ−Ｍには、超高圧水導入部Ｗに固定したウォ−タノズ ルＮに対向させてアブレ−シブノズルＡを配置し、アブレ−シブ供給口Ｋと空気 供給口Ｌはミキサ−Ｍの空間に開口し、それぞれの延長線がウォ−タノズルＮか らアブレ−シブノズルＡに至る軸線に斜め前方向きに交差するように配置されて いる。ミキサ−Ｍは、ウォ−タノズルＮから噴射されてアブレ−シブノズルＡに 補足される超高圧水の噴射流の運動エネルギ−を利用した一種のジェットポンプ を形成しており、ミキサ−Ｍの空間を貫通する超高圧水の噴射流がミキサ−Ｍの 空間内の物質をアブレ−シブノズルＡ内に押し流すとともに、ミキサ−Ｍの空間 内の圧力を低下させてアブレ−シブ供給口Ｋおよび空気供給口Ｌから後続のスラ リ−および空気を吸入する。

【００１６】 スラリ−配管Ｊ、超高圧水配管Ｈ、空気配管Ｉは、必要な耐圧性能を有して折 曲げ自在な素材で製作され、それぞれ水上に設置されたスラリ−供給装置Ｒ、超 高圧ポンプＰ、コンプレッサＱに接続されている。

【００１７】 このように構成された水中アブレ−シブジェット加工装置では、水上に設置さ れたスラリ−供給装置Ｒ、超高圧ポンプＰ、コンプレッサＱから切断銃Ｇにスラ リ−状の研磨材、超高圧水、圧縮空気がそれぞれ供給され、切断銃Ｇの先端部分 に内蔵されたミキサ−室Ｍでは、スラリ−状の研磨材と気泡が超高圧水の噴射流 に混合されて分散したアブレ−シブジェットが形成され、アブレ−シブジェット はアブレ−シブノズルＡを貫通して水中に射出される。

【００１８】 図２において、アブレ−シブノズルＡを貫通して水中に射出されたアブレ−シ ブジェットＢには周囲の水の水圧Ｓが作用する。アブレ−シブジェットＢは、内 部に気泡を分散し、気泡はアブレ−シブジェットＢの流れに乗って、アブレ−シ ブノズルＡの周囲から圧縮空気を前方に噴射させる場合よりも、効率的に遠くま で運搬される。アブレ−シブジェットＡ内に分散した気泡は、アブレ−シブジェ ットＡ断面内の流れとともに断面内を移動し、噴射の前後の圧力差によって膨張 収縮し、アブレ−シブジェットＡ本体が外側部分から順番に周囲の水に減衰され 散乱される状況下において、より内側の高速のアブレ−シブジェットＡの表面に 沿って減速されて滞留した気体層または気泡層を形成し、この滞留した気体層ま たは気泡層は、内側のアブレ−シブジェットＡから継続的に気泡が追加供給され て、気泡の水中における浮上やアブレ−シブジェットＡの周囲の散乱流による持 ち去られを補い、内側に位置する加工エネルギ−が維持されたアブレ−シブジェ ットＡを包み込み、周囲の水による摩擦、散乱、巻込み等の影響を軽減し、これ により、水中をより遠くまで減衰少なく到達できる。

【００１９】 図３は、従来の水中アブレ−シブジェット加工装置の説明図である。ここでは 図１と同様な、潜水夫による水中作業に用いられる切断銃の先端部分が図示され ており、(a) には、超高圧水の噴射流中にスラリ−状の研磨材のみを分散させる 切断銃、(b) には、アブレ−シブジェットの噴射口の周囲から圧縮空気を前方に 噴射させる切断銃がそれぞれ示される。

【００２０】 図３(a) において、切断銃Ｅの先端部分には、アブレ−シブノズルＡが取り外 し可能に装着され、ミキサ−Ｕが内蔵される。ミキサ−Ｕには、超高圧水導入部 Ｗに固定したウォ−タノズルＮとアブレ−シブ供給口Ｋとアブレ−シブノズルＡ とが開口し、アブレ−シブノズルＡは、ミキサ−Ｕの空間を介してウォ−タノズ ルＮに対向する。ミキサ−Ｕは、ミキサ−Ｕの空間を貫通する超高圧水の噴射流 の運動エネルギ−を利用した一種のジェットポンプを形成し、ミキサ−Ｕの空間 内の物質をアブレ−シブノズルＡ内に押し流すとともに、ミキサ−Ｕの空間内の 圧力を低下させてアブレ−シブ供給口Ｋから後続のスラリ−状の研磨材を吸入す る。

【００２１】 このように構成された切断銃Ｅでは、ミキサ−Ｕで超高圧水の噴射流にスラリ −状の研磨材が取り込まれ、分散されてアブレ−シブジェットが形成され、アブ レ−シブジェットはアブレ−シブノズルＡから水中に射出される。水中に射出さ れたアブレ−シブジェットは水圧Ｓの作用を受け、周囲の水による摩擦、分散、 巻き込み等の作用を受けて急速に減衰する。ここで、切断銃Ｅの使用深度が浅い 場合には、噴射されたアブレ−シブジェットの速度が非常に大きいのに対して外 周水圧が小さいため、ジェットの境界にキャビテ−ション状の断層ができ、使用 深度が深い場合に比較して、アブレ−シブジェットによる切断能力の低下は少な いが、図１の実施例のように積極的に気泡を混合させた場合ほどではない。また 、スラリ−状に混練した研磨剤の代りに空気搬送されたパウダ−状の研磨剤をミ キサ−Ｕに供給する場合、アブレ−シブジェットには必然的に気泡が分散される が、パウダ−状の研磨剤の空気搬送は、研磨剤の供給量の制御が困難で、停止、 噴射の繰返しの際の立上りが遅く、ミキサ−Ｕ内で閉塞する可能性も高い。

【００２２】 図３(b) において、切断銃Ｆの先端部分には、アブレ−シブノズルＡが取り外 し可能に装着され、ミキサ−Ｖが内蔵される。ミキサ−Ｖには、超高圧水導入部 Ｗに固定したウォ−タノズルＮとアブレ−シブ供給口Ｋとアブレ−シブノズルＡ とが開口し、アブレ−シブノズルＡは、ミキサ−Ｖの空間を介してウォ−タノズ ルＮに対向する。ミキサ−Ｖは、ミキサ−Ｖの空間を貫通する超高圧水の噴射流 の運動エネルギ−を利用した一種のジェットポンプを形成し、ミキサ−Ｖの空間 内の物質をアブレ−シブノズルＡ内に押し流すとともに、ミキサ−Ｖの空間内の 圧力を低下させてアブレ−シブ供給口Ｋから後続のスラリ−状の研磨材を吸入す る。一方、アブレ−シブノズルＡの周囲にはスカ−トＤが取付けられ、スカ−ト Ｄの空気供給口Ｅには圧縮空気が供給され、スカ−トＤに案内された圧縮空気は アブレ−シブノズルＡの周囲から前方に勢いよく噴射される。

【００２３】 このように構成された切断銃Ｆでは、ミキサ−Ｖで超高圧水の噴射流にスラリ −状の研磨材が取り込まれ、分散されてアブレ−シブジェットが形成され、アブ レ−シブジェットは、アブレ−シブノズルＡから射出され、スカ−トＤに案内さ れた圧縮空気によって形成された水中のトンネル内を貫通する。しかし、水中に 噴射された圧縮空気は慣性力の欠如によりアブレ−シブジェット以上に急速に減 衰されて浮上を始め、アブレ−シブノズルＡから余り遠くない位置でアブレ−シ ブジェットは水中に入射し、その後は周囲の水による摩擦、分散、巻き込み等の 作用を受けて急速に減衰する。ここで、アブレ−シブノズルＡを射出したアブレ −シブジェットがスカ−トＤの内側の圧縮空気を貫通する際に、いくらかの空気 を気泡状態で取り込み、この気泡がアブレ−シブジェットの流れに乗って運搬さ れるため、図３(a) の場合よりも、アブレ−シブジェットによる切断効果が多少 改善されるが、図１の実施例のように積極的に気泡を混合させた場合ほど効率の 良い改善は得られない。

【００２４】 以上の実施例では、潜水夫による水中作業に用いられる切断銃についてのみ説 明したが、本考案は、スラリ−状に混練した研磨剤を超高圧水の噴射流中に分散 させたアブレ−シブジェットを水中に射出して被加工物に衝突させて、切削、切 断、孔開け、剥離、研磨、清掃等の水中加工を行う、小型の手作業用から大型の ロボット装置まで、また、海中作業用から水槽内作業用まで、種々の水中アブレ −シブジェット加工装置に応用できる。また、実施例では、コンプレッサによる 圧縮空気を混合室に供給したが、動作中の混合室は超高圧水の噴射流によるジェ ットポンプ効果で負圧になっているため、空気配管Ｉの水上側を大気中に開放し ても気泡の混合と分散は有効に遂行される。しかし、水中アブレ−シブジェット 加工装置の使用深度が深い場合には、この深度における水圧に打ち勝って気泡を 形成し、必要十分な気泡をアブレ−シブジェットの周囲に確保するために、この 圧力を高めた圧縮空気を供給するのが望ましい。さらに、通常の空気のみならず 、炭酸ガスボンベや加熱による水蒸気で気泡を発生させてもよい。

【００２５】

【考案の効果】

本考案の水中アブレ−シブジェット加工装置によれば、水中に射出されたアブ レ−シブジェットを気泡層が周囲の水から効果的に保護するから、アブレ−シブ ジェットの加工エネルギ−を水中で遠くまで維持できる。従って、スタンドオフ 距離を従来に比較して大きく採れ、ノズル部分を接近できない複雑な突起の谷底 部分の加工や厚肉材料の切断も効率良く遂行でき、しかも、必要な空気供給量は アブレ−シブジェットの周囲に圧縮空気を噴射させる場合ほどには多くない。

【００２６】 請求項１の水中アブレ−シブジェット加工装置によれば、従来のノズル部分に 対する最小限の設計変更で実用化でき、部品の多くを共用でき、気体供給経路に 簡単な絞り弁を設けるだけで、アブレ−シブジェットに混合する空気の割合を広 い範囲で安定して維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の水中アブレ−シブジェット加工装置の
模式図である。

【図２】図１におけるアブレ−シブジェットの説明図で
ある。

【図３】従来の水中アブレ−シブジェット加工装置の説
明図である。

【符号の説明】

Ａ アブレ−シブノズル Ｂ アブレ−シブジェット Ｇ 切断銃 Ｈ 超高圧配管 Ｉ 空気配管 Ｊ スラリ−配管 Ｋ スラリ−供給口 Ｌ 空気供給口 Ｍ ミキサ− Ｎ ウォ−タノズル Ｐ 超高圧ポンプ Ｑ コンプレッサ Ｒ スラリ−供給装置 Ｗ 超高圧水導入部

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超高圧水の噴射流中にスラリ−状の研磨
   剤を供給して分散させる混合室を有する水中アブレ−シ
   ブジェット加工装置において、気体を供給して前記噴射
   流中に分散させる気体供給手段を前記混合室に付設した
   ことを特徴とする水中アブレ−シブジェット加工装置。
2. 【請求項２】 超高圧水の噴射流中にスラリ−状の研磨
   剤を供給して分散させる混合室を有する水中アブレ−シ
   ブジェット加工装置において、気体を供給して前記噴射
   流中に分散させる気体混合室を、前記混合室とは独立さ
   せて、前記混合室の上流側または下流側に別個に設けた
   ことを特徴とする水中アブレ−シブジェット加工装置。
3. 【請求項３】 超高圧水の噴射流中にスラリ−状の研磨
   剤を供給して分散させる水中アブレ−シブジェット加工
   装置において、超高圧水を発生する過程の水中に気体を
   分散して溶解させる超高圧水発生手段を有することを特
   徴とする水中アブレ−シブジェット加工装置。
4. 【請求項４】 超高圧水の噴射流中にスラリ−状の研磨
   剤を供給して分散させる水中アブレ−シブジェット加工
   装置において、前記スラリ−状の研磨剤に気体を混合し
   て気泡状態で分散させるスラリ−供給手段を有すること
   を特徴とする水中アブレ−シブジェット加工装置。