JPH07100301B2 - アブレイシブウォータージェットの水中使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、高圧力水にガーネッ
トサンド等の研摩粉粒体を混入させてワークに噴出し、
そのジェットエネルギーにより所定の加工を行うように
した技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、種々の機械装置機器類は切
断，切削，剥離等の精密加工面を有しており、かかる加
工面は、旧来、カッター等の機械工具による切断やアー
ク等による溶断、そして、近時はレザービーム等による
切断加工等が用いられているが、母材に対する熱影響や
変質等が生ぜず、加工面も可及的に滑らかで、周辺に対
する干渉性等も少い等の理由で数百気圧〜数千気圧に加
圧された高圧水を用いてビーム状のウォータージェット
にしてワークに噴出させて、その動圧エネルギーにより
所定の切削，剥離，切断，溝掘り，穴開け等の加工を行
うようにした技術が実用化され、母材も木材や合成樹脂
等から石材，コンクリートまで幅広く対象とすることが
出来るようになり、更に、高圧の水中にガーネットサン
ド等の研摩粉粒体を混入させた所謂アブレイシブウォー
タージェットも研究開発され、金属，セラミックス，複
合材料等の加工が出来るようになり、さまざまな機械製
造分野等で実際に用いられてきている。

【０００３】而して、在来態様のアブレイシブウォータ
ージェットの作業状態にあっては、研摩粉粒体の高圧力
水に対する混入は、例えば、ホッパーから研摩粉粒体を
砂時計式に所定のダンパや絞りを介し、一種の空気輸送
方式によりミキシングチャンバで混合するような乾式態
様が広く一般的に用いられていた。

【０００４】しかしながら、アブレイシブウォータージ
ェット技術は各種の機械装置器具やプラント等の陸上施
設ばかりでなく、遠浅海岸等の海底や大陸棚等に構築さ
れる海中油田のリグ等の水中構造物や油送管等の海中構
造物に用いられることが可能であり、更には、これらの
解体，改修、更には災害時の沈船の解体，撤去等に用い
ることが好ましいようなケースが多くなり、アブレイシ
ブウォータージェットをかかる水中使用に供するに、在
来態様の所謂乾式使用においては、例えば、機械装置の
多くを施工近くに搬送した船上に設置したり、臨海陸上
部に設置しワークに対向するウォータージェットのノズ
ルヘッドを水中にセットして行うようにすると、ノズル
ヘッドまでの研摩粉粒体輸送のパイプやホースの水中設
置距離が著しく長くなり、継目リークや逆流等により安
定供給が出来なくなる可能性が高い等の基本的マイナス
点があり、更に、耐圧性等が実使用上は極めて難しいと
いう難点があり、相当頻度でサイクル裡に行われる発停
ごとに通路中に於ける研摩粉粒体の停滞，滞留，充満状
態が現出されて立上がり動作がうまくいかない、或い
は、応答に時間がかかる等という不具合があり、そこ
で、研摩粉粒体ホッパー、及び、ノズルヘッドを共にユ
ニット化して水中にセットして作動させる水中使用態様
が用いられるようになり、例えば、図５に略示するよう
なシステム１が開発されて実用に供せられるようになっ
ている。

【０００５】例えば、沈船等に対する水中使用におい
て、海水等の水面２より数百メートルの深深度にて研摩
粉粒体ホッパー３とアブレイシブウォータージェットノ
ズルヘッド４とを輸送管５で連結一体化して１ユニット
として水中に浸漬状態でセットし、ホッパー３に於いて
はガーネットサンド等の研摩粉粒体を水と所定濃度状態
にして充填し、外部環境の水圧と圧力的にバランスする
フローティング機構を有するプレート６で所定内圧状態
にし、ホッパー３での水と研摩粉粒体とのスラリー７の
沈降を阻止するように水密式駆動装置８によって攪拌翼
9 を所定に回動させ、所定濃度状態のスラリー７をホッ
パー３から図示しないバルブ、或いは、ダンパ等を介し
てノズルヘッド４へ送給し、該ノズルヘッド４のノズル
１０から所定にアブレイシブウォータージェット１１を
噴出するようにしていた。

【０００６】ところで、ガーネットサンド等の研摩粉粒
体は、例えば、比重が４等と水よりも重いために、それ
をノズルヘッドのミキシングチャンバに所定時間所定濃
度で連続的に供給する技術が極めて重要であり、又、ノ
ズルヘッドのミキシングチャンバに搬送する中途で搬送
媒体の流速よりも研摩粉粒体の重力が大きい場合には輸
送管内部で沈降することがないように所定の運動エネル
ギーを有する搬送媒体の技術も極めて重要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で考えられてきたアブレイシブウォータージェットの水
中使用態様においてはホッパーに対する水と研摩粉粒体
とのスラリーを所定濃度に予め混合して充填して使用す
る所謂バッチ式処理であるために、大量連続使用態様が
採れない欠点があり、ホッパーに対する所定量づつのス
ラリーの所定タイミングでの充填が水中作業であること
から、著しく困難性を伴うという難点があり、又、予め
の所定濃度のスラリー化が著しく困難であるというマイ
ナス点があった。

【０００８】又、輸送管へのホッパーからの詰りや凝結
を防止するために、常時回動状態を維持しなければなら
ない攪拌翼等は経時的に摩耗が激しく、それらの保守点
検，整備，交換等の作業が著しく煩瑣であるという不具
合もある。

【０００９】更に、スラリー化を促進するためにポリマ
ー溶液等を添加する場合は調合操作が煩瑣であったり、
環境上問題が生じる場合もある。

【００１０】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく近時需要が高まりつつある、水中におけるアブレ
イシブウォータージェットの需要に充分応えられない従
来技術の研摩粉粒体のノズルヘッドへの供給輸送の問題
点を解決すべき技術的課題とし、本来的な浸漬状態の利
点を充分生かし、水中に於ける研摩粉粒体ホッパーの浸
漬状態の研摩粉粒体の輸送通路への充填供給がスムース
に行われ、アブレイシブウォータージェットが充分に機
能出来るようにして機械製造産業等における加工技術利
用分野に益する優れたアブレイシブウォータージェット
の水中使用方法を提供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、海中等深深度に於ける
水中でのアブレイシブウォータージェットの実使用に際
し、ノズルヘッドを所定深度の水中にセットすると共に
該ノズルヘッドと共に研摩粉粒体ホッパーをも水中にセ
ットし、該ホッパー中に所定の研摩粉粒体を水中に浸漬
状態で収納してスタティックにし、重力式、或いは、自
吸式にノズルヘッドに輸送し、その際、環境周辺の水圧
や状況によりホッパーや輸送通路に水圧を加圧して助勢
する等し、更には、蒸気，空気等の気体の混入や通路径
を所定に絞る等して流速を所定に保持し、又、水中に於
ける研摩粉粒体の挙動を利用してホッパーから輸送通路
への詰り等なく連続的に研摩粉粒体を砂時計式に送給す
ることが出来るようにし所定のアブレイシブウォーター
ジェットをワークに対し噴出して所定の加工を行うこと
が出来るようにした技術的手段を講じたものである。

【００１２】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図１〜図４
を参照して説明すれば以下の通りである。

【００１３】図１に示す実施例において、１' はこの出
願の発明に用いられる水中アブレイシブウォータージェ
ットシステムであり、例えば、海底に設けられる海中油
田のリグ等のワーク１２の所定の切断加工等に供せられ
る態様であって、アブレイシブウォータージェットノズ
ルヘッド４はそのノズル１０がワーク１２に臨ませられ
て海面２から所定深度、及び、ワークから所定距離にセ
ットされると共に研摩粉粒体ホッパー３もまた該ノズル
ヘッド４と共に所定深度に設置されるようにされてい
る。

【００１４】而して、該アブレイシブウォータージェッ
トシステム１' は海面２上に停泊する船１３と所定のケ
ーブルホース等のエネルギーラインで所定に接続連結さ
れている。

【００１５】尚、この出願の発明の加工に用いられるガ
ーネット等の研摩材粉粒体は水中に浸漬状態で砂時計式
に自由落下することが出来ることが分っており、これを
利用することによって乾式態様における粉粒体供給量調
節、及び、輸送と全く等価のシステムが水中浸漬状態に
おいても実現出来る。

【００１６】又、ノズルヘッド４のミキシングチャンバ
内の圧力はウォータージェットの圧力が１０００kgf/cm
² 時に、環境外圧よりも充分低くなり、したがって、研
摩材の吸収力を充分有している。

【００１７】これらの結果、水中浸漬状態でホッパーか
ら基本的に自由落下した研摩材のガーネット等の粉粒体
は、研摩材ホース５に生じるノズルヘッド４に向かう流
れに乗って該ノズルヘッド４のミキシングチャンバ内に
輸送され、ウォータージェットと混合される。

【００１８】そして、ホッパー３内ではその上部６' が
水中に解放され、更に、その上部に設けられている所定
のフィルタ１５（無くても良い）等により船１３から連
続、或いは、間歇的にガーネットサンド等の所定の研摩
粉粒体が適宜導管等を介して落下されてホッパー３内に
水中浸漬状態のスタティックにされて相当高い濃度での
充填ではなく、各粒子が自由状態でホッパー３内にて砂
時計式に落下することが出来るようにされたスタティッ
クな研摩粉粒体７とされるようにされ、該研摩粉粒体７
のホッパーの下部テーパー部分に於いて詰りや凝結が生
じないように船１３に設けられたウォーターポンプに接
続されたホース１６から分岐された通路１６' がホッパ
ー内に臨まされてホッパー３内で研摩粉粒体７を適宜に
部分的に浮遊攪拌状態にして好ましくない詰りや凝結を
防止するようにされている。

【００１９】尚、通路１６から更に分岐する通路１６''
はホッパー３の下部の絞り８' の下部のエゼクター部
８''に臨まされ、必要に応じて所定圧に増圧した加圧水
を送給し、ノズルヘッド４における吸引負圧に更に助勢
を加えてプッシュプル裡に研摩粉粒体７のノズルヘッド
４へのスムースな輸送供給を保証するようにされてい
る。

【００２０】而して、ホッパー３からの研摩粉粒体７の
ノズルヘッド４への輸送供給量の調整は絞り８' による
ばかりでなく、更に、ノズルヘッド４の手前の輸送管５
の径を絞り調整する可変ダンパ２０により行われるよう
にされ、更には、船上に於けるポンプ１８からそれぞれ
通路１６' ，１６''への水量調節、及び、ポンプ１８'
から空気を必要量供給混入して行うようにされ、これら
は船１３の所定の制御装置１８''よる流量調整装置１
７，１７' ，１７''により最適制御が行われるようにさ
れている。

【００２１】そして、これらの制御プログラムは当業者
のそれまでの経験，実験，理論等の蓄積データに基づい
て適宜に行われるものである。

【００２２】したがって、当該実施例においてホッパー
３内でのガーネットサンド等の研摩粉粒体７はそれらの
粒子が自由挙動を保証されるスタティックなものにさ
れ、在来態様のバッチ式の態様の如く各粒子が攪拌状態
にはされていないものである。

【００２３】そして、研摩粉粒体７はバッチ式の如く作
業を中断することなく、船１３からの連続供給されるこ
とにより連続作業に充分に供せられるものである。

【００２４】而して、水中所定深度であっても、ノズル
ヘッド４とホッパー３より海底のリグ等の所定構造部分
のワーク１２に対するアブレイシブウォータージェット
１１による所定の加工に際しては船１３からの制御装置
１８''を介しての作動によりノズル１０からアブレイシ
ブウォータージェット１１が所定に噴出されて所定の加
工が行われ、その際、ノズルヘッド４のミキシングチャ
ンバに対するホッパー３からの研摩粉粒体７の供給は先
述したノズルヘッド４内の負圧（環境圧に対する）、及
び、ホッパー３内での重力を介し、更には、所定の加圧
水による助勢、及び、混入空気等により、更に、可変ダ
ンパ２０によるパイプ径の変化による所定の流速確保を
介し充分に供給され、又、ホッパー３内での部分的浮遊
状態現出を介し、詰りや凝結は防止されスムースに供給
される。

【００２５】しかも、当該システム１' においては連続
稼働が長時間可能であり、大規模な水中加工も中断する
ことなく行われ、又、バッチ式等によるサイクル裡の不
必要な発停が繰り返し行われることがないために、輸送
管５等における充満閉塞等も生じ難い。

【００２６】次に、図２に示す実施例は上述実施例がホ
ッパー３内に於ける研摩粉粒体７のノズルヘッド４に対
する供給がホッパー３としては重力落下方式を採るのに
対しサイフォンによる差圧方式を用いた態様であり、該
ホッパー３の上部解放部６'の中央に環境水供給パイプ
２１が設けられ、該供給パイプ２１に略同心的にノズル
ヘッド４のミキシングチャンバに対する輸送管５が設け
られ、下端部５' はリング状の間隙を介し、ホッパー３
の底部に臨まされ、研摩粉粒体は上部解放部６' 近傍に
印加される環境水圧、及び、吸引負圧との差圧により供
給され、その供給流量の調整はダンパ２０により行われ
るようにしたものであり、通路１６が流量可変にしてホ
ッパー３の下部内に臨まされてホッパー３内で研摩粉粒
体７を適宜に部分的に浮遊攪拌状態にして好ましくない
詰りや凝結を防止するようにされ、その実質的作用効果
は上述実施例と変りはなく、連続的に研摩粉粒体７の供
給が保証されるものである。

【００２７】勿論、当該実施例において供給管５に海上
等からの空気を適宜混入させることが出来ることは勿論
のことである。

【００２８】そして、図３に示す実施例の様に、ホッパ
ー３の内部に於いては研摩粉粒体７はその上部から自由
落下させて、ノズルヘッド４のミキシングチャンバに対
する輸送管５のみを略中心的に上部から下延してその下
端部をホッパー３に対しリング状の所定間隙５''にした
負圧式サイフォン態様にしても良く、更には、当該図３
の実施例の設計変更態様として図４に示す様に、略中心
的に下延する輸送管５の下端部に吸い出しポート５'''
，５''' …を設けるようにしても良い。

【００２９】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、サイ
フォンを用いた差圧式の態様において、その下端の吸引
間隙に間隙量調整装置を設けたり、研摩粉粒体ホッパー
を密閉式にして水圧を加圧して研摩粉粒体のホッパーか
ら輸送管への供給、並びに、輸送管からノズルヘッドへ
の輸送等を助勢すると共に、船からホッパー３への研摩
粉粒体７の供給も適宜加圧する等種々の態様が採用可能
である。

【００３０】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に海底や大陸棚に設けられる海中油田のリグ，各種構造
物、或いは、戦争，災害による沈船等の解体処理に用い
られる有力な手段としての水中アブレイシブウォーター
ジェットの使用方法において、ノズルヘッドとホッパー
を共に所定深度に設置し、該ノズルヘッドのミキシング
チャンバに対する研摩粉粒体の供給を搬送媒体としてポ
リマー溶液等を添加しない単純な水を用いることにより
周辺環境の海水等を用いることで無尽蔵に使用出来、環
境的にも問題なく、且つ、コスト的にも安くつくという
利点があり、固液二相流による輸送によって充分な流速
を得ることが出来、輸送管中の研摩粉粒体の沈降現象等
も生ぜず、輸送中は一種の管内混合現象等が保持出来、
該研摩粉粒体の均一分散状態でのミキシングチャンバで
のウォータージェットとの混合が行われ、設計通りの精
細度の高い切断剥離，掘削等の加工が行われるという優
れた効果が奏される。

【００３１】そして、研摩粉粒体の供給が在来態様のバ
ッチ式等にすることなく連続的に出来、大型構造物等に
対する連続加工がスムースに行われるという優れた効果
が奏される。

【００３２】そして、機械的な攪拌翼等を用いることな
くホッパー内での詰りや凝結防止を現出出来ることから
機械的摩耗発生の心配がなく、装置の耐久性が向上する
という利点もある。

【図面の簡単な説明】図１〜図４はこの出願の発明の実
施例の説明図である。

【図１】１実施例のシステムの模式図である。

【図２】他の実施例のシステムの模式図である。

【図３】別の実施例のホッパーの部分拡大断面図であ
る。

【図４】更に他の実施例のホッパーの部分断面図であ
る。

【図５】在来態様に基づく水中アブレイシブウォーター
ジェットのシステム模式図である。

【符号の説明】

１１ アブレイシブウォータージェット ４ ノズルヘッド ７ 研摩粉粒体 ３ ホッパー ２ 水中 １２ ワーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アブレイシブウォータージェットのノズル
   ヘッドと研摩粉粒体ホッパーとを共に水中に浸漬状態で
   セットしてジェットを水中のワークに噴出するようにし
   たアブレイシブウォータージェットの水中使用方法にお
   いて、上記研摩粉粒体ホッパーに研摩粉粒体を水中に非
   スラリー状態で浸漬状態に貯留して混合流で上記ノズル
   ヘッドに供給するようにしたことを特徴とするアブレイ
   シブウォータージェットの水中使用方法。
2. 【請求項２】上記混合流のノズルヘッドへの供給を水圧
   加圧の助勢で行うようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のアブレイシブウォータージェットの
   水中使用方法。
3. 【請求項３】上記混合流のノズルヘッドへの供給中に気
   体を混入するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のアブレイシブウォータージェットの水中
   使用方法。
4. 【請求項４】上記混合流のノズルヘッドへの供給を自吸
   式にして行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のアブレイシブウォータージェットの水中使用方法。
5. 【請求項５】上記混合流のノズルヘッドへの供給を流量
   調整して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のアブレイシブウォータージェットの水中使用方法。
6. 【請求項６】上記流量調整を供給部に設けたオリフィ
   ス、或いは輸送管の径変化、或いは両者の組合わせで行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のアブレ
   イシブウォータージェットの水中使用方法。