JPS634130A - Drilling method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の背景〕
本発明は一般的には高速ガス流により土およびその他の
粒状材料を堀削することに関する。特に本発明は、例え
ば埋設対象物の周りの土のような粒状材料を堀削するた
めに好ましくは空気である超音速ガスの流れを利用する
方法と装置とに関する。本発明は、従来の機械式および
手動式堀削技術であれば埋設したパイプ、ワイヤあるい
はケーブルを傷つけ、かつある場合には爆発の危険性を
生せしめる個所で地下の公益事業配管、導管等に近接し
、かつ接触しての堀削に特に適している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to excavating soil and other particulate materials with high velocity gas streams. In particular, the present invention relates to a method and apparatus that utilizes a flow of supersonic gas, preferably air, to excavate particulate material, such as soil around a buried object. The present invention enables underground utility piping, conduits, etc. to be removed where conventional mechanical and manual excavation techniques would damage buried pipes, wires or cables, and in some cases create an explosion hazard. Particularly suitable for close and contact drilling.
従来ガス管、テレビジョンケーブル、電話線等に近接し
て堀削を要する場合、例えばパワーショベルあるいはバ
ックホー等の通常の機械設備を、flJ、tばピックや
ショベルのような手動工具に変えて工事を行う必要があ
った。手作業による堀削は材料の除去速度が極度に低下
するのみならず、埋設された公益事業配管を偶発的に衝
撃し、破壊させる問題を完全に解決しない。そのような
災害により潜在的に高価な財産を損傷させ、かつ厄介な
公益阻害を起因させる。さらに、天然ガス配管の場合、
鋳鉄管において、かつその囲りで手動工具を用いること
により発生する爆発の危険性から作業者に怪我をさせる
という恐怖が常にある。そのような環境においては、鋼
製の堀削工具がパイプあるいは石に当ることにより発生
する火花が、もしガス漏れの場合ガス爆発を発生させる
可能性がある。手動工具による堀削速度の低下を克服し
ようとして、例えばスクレーパ、パワーブラシ、流体噴
射等の各種の機械化した堀削手段を用いて手作業を最小
に、あるいは完全に排除しようとする試みがなされてき
た。しかしながらこれらの手段の作業現場での成功には
限度があり、せいぜいジレンマを表面的に解決したにす
ぎなかった。作動時、清浄機構は急速になまり、かつ摩
耗して頻繁に保守取替えを要した。土は通常清浄機構に
付着してその効力を低下させ、ブラシが詰まり、スクレ
ーパに土が固まる。さらに、清浄装置自体が清浄してい
る対象物の表面を痛め、スクレーパあるいはすきが、当
該装置の制御機構が不十分あるいは不適正にセットされ
ていたとすればパイプや弁を削りとりあるいは破壊させ
うる。例えば水のような液体噴射の場合、その欠点は明
らかである。If excavation is required in the vicinity of gas pipes, television cables, telephone lines, etc., conventional mechanical equipment such as power shovels or backhoes may be replaced with manual tools such as flJ, T-picks, or shovels. It was necessary to do this. Manual excavation not only severely slows material removal, but also does not completely solve the problem of accidental impact and destruction of buried utility piping. Such disasters can potentially damage valuable property and create troubling public nuisances. Furthermore, in the case of natural gas piping,
There is always a fear of injury to workers from the explosion hazards created by using hand tools in and around cast iron pipes. In such an environment, the sparks generated by the steel drilling tool hitting the pipe or stone can cause a gas explosion if there is a gas leak. In an attempt to overcome the reduced drilling speed caused by hand tools, attempts have been made to minimize or completely eliminate manual labor using various mechanized drilling means, such as scrapers, power brushes, fluid jets, etc. Ta. However, these measures have had limited success in the workplace, and at best they have only superficially resolved the dilemma. During operation, the cleaning mechanism quickly became dull and wore out, requiring frequent maintenance and replacement. Soil usually sticks to the cleaning mechanism and reduces its effectiveness, the brushes become clogged, and the scraper becomes caked with dirt. Additionally, the cleaning device itself can damage the surface being cleaned, and the scraper or plow can scrape or destroy pipes and valves if the device's control mechanism is inadequate or improperly set up. . In the case of liquid jets, such as water, the drawbacks are obvious.
−般的に大量の水が必要とされるが、そのため作業現場
において排水の問題が発生する。さらに、水を供給する
上で水が飛散し、周囲の設備を全体的に泥の層で覆って
しまう。冷寒時の作業においては、水は不凍剤で処理す
るか、あるいはその他の流体を用いて氷結問題を排除す
る必要がある。- Large amounts of water are generally required, which creates drainage problems at the work site. Furthermore, water splashes during the water supply, covering the entire surrounding equipment with a layer of mud. In cold weather operations, water must be treated with antifreeze or other fluids to eliminate icing problems.
本発明は公益事業配管、パイプ、導管等の周りを、ある
いは機械化した堀削設備により損傷を受ける可能性のあ
る建物の基礎のような破壊しやすい対象物即ち構造物に
隣接して、あるいは接触して堀削する場合にこれまで経
験されてきた問題の多くを解決する。The invention is suitable for use around utility piping, pipes, conduits, etc., or adjacent to or in contact with fragile objects or structures, such as building foundations, that may be damaged by mechanized excavation equipment. This solves many of the problems previously experienced when drilling.
本発明は、従来の前述の厄介な作業において高速で、効
率的でかつ安全な技術を提供するために超音速の流速で
好ましくは空気であるガスの噴射流を採用した、前述の
相対的にこわれやすい要素を、あるいはその囲って堀削
するための方法と装置とを指向する。本発明は手持ち工
具の形態で使用するの忙適し、あるいは堀削機のフレー
ムに装着するか、あるいは自動化したロボット堀削装置
と関連して使用することができる。本発明は空気の超音
速噴射を提供し、そのため土塊あるいは類似の粒状材の
塊に向けると裂目や空洞をつくる。The present invention employs a jet stream of gas, preferably air, at a supersonic flow rate to provide a fast, efficient and safe technique in the previously mentioned laborious task. A method and apparatus for excavating or enclosing fragile elements is directed. The invention is suitable for use in the form of a hand-held tool, mounted on the frame of an excavation machine, or used in conjunction with automated robotic excavation equipment. The present invention provides a supersonic jet of air so that when directed against a mass of earth or similar granular material it creates fissures or cavities.
衝撃性のある、高速の空気流が前記の土につくられた空
洞内に瞬間的に捕捉されるか、滞留することにより空洞
や裂目内に捕捉され、膨張しつつある高圧空気を急速に
解放することにより生じる大きな慣性流により局所を急
速に破壊させる。前記の封入、即ち捕捉空気は膨張せね
ばならず、膨張する際に土を張力によりその最も弱い場
所から崩れさせる。An impulsive, high-velocity air stream is either momentarily trapped in the cavities created in the soil, or trapped in the cavities or crevices by retention, rapidly displacing the expanding high-pressure air. The large inertial flow generated by the release causes rapid destruction of the local area. The enclosed or trapped air must expand, and as it expands it causes the soil to collapse from its weakest point under tension.
本発明はその対象を極めて移りゃすい、ガス管、水道管
、排出管、地下動カケープル、電話線等に極めて近接し
て土を安全に堀削する装置を提供する。本発明により提
供される超音速の空気流は土に対して極めて効力があり
、−方地下テレビジョンあるいは電話ケーブルのような
極めて脆性のものを含む埋設対象物に対して完全に無害
である。The present invention provides an apparatus for safely excavating soil in close proximity to gas pipes, water pipes, discharge pipes, underground cables, telephone lines, etc., which is extremely flexible. The supersonic air flow provided by the present invention is highly effective against soil and completely harmless to buried objects, including extremely fragile items such as underground television or telephone cables.
本発明は手作業による方法より著しく生産性があり、事
実上、埋設された対象物に対して超音速噴射が向けられ
ても偶発的な破壊を起すことはない。本発明は使用する
作動圧力とノズル径忙よるが好ましくは音速の11/2
から3倍あるいはそれ以上の超音速空気噴射を提供する
。空気噴射は土の表面に衝突し、土塊に侵入し、かつ破
壊し、−方例えばプラスチックパイプあるいは鉄パイプ
あるいは電気ケーブルおよび導管のような不透性表面は
それる。したがって、本発明は堀削の他に清浄作業にお
いても有用である。The present invention is significantly more productive than manual methods and virtually eliminates accidental destruction when a supersonic jet is directed at buried objects. The present invention preferably uses 11/2 the speed of sound, although it depends on the operating pressure and nozzle diameter used.
provides three times or more supersonic air jets. The air jet impinges on the soil surface, penetrates and destroys the soil mass, and deflects impermeable surfaces such as plastic or iron pipes or electrical cables and conduits. Therefore, the present invention is useful in cleaning operations as well as excavation.
さら忙、本発明は作動が簡単で、かつ安全に使用でき、
標準的な市販のニアコンプレッサと共に作動しうる堀削
あるいは清浄装置を提供する。本発明による装置は例え
ば乾燥した焼結粘土のような極めて硬いが脆いものから
極めて粘性のある土まで広範囲の種類の土に侵入し破壊
することのできる高速のガス流を提供する。本発明によ
る装置はノズルからの実用的な離隔距離において効果的
なので、手持ち装置の形態で実施されると作動しやすく
する超音速噴射を発生させる。Furthermore, the present invention is easy to operate and safe to use.
Provides a digging or cleaning device that can operate with standard commercially available near compressors. The device according to the invention provides a high velocity gas flow capable of penetrating and disrupting a wide range of soil types, from extremely hard but brittle soils, such as dry sintered clay, to extremely sticky soils. The device according to the invention is effective at practical separations from the nozzle and thus produces a supersonic jet which makes it easy to operate when implemented in the form of a hand-held device.
本発明を手持ち装置の形で実施した場合、弁を高圧供給
配管に対して開放させやすくするパイロットとして高圧
のリザーバガスを採用する、独特の低トルク起動弁機構
を組入れる。弁体とカバーとが、ゴミ、泥および水ある
いはその他の劣悪環境に対する密封環境を提供し、その
ため作業現場で経験される過酷な作業に適するようにし
ている。When implemented in a hand-held device, the present invention incorporates a unique low torque activation valve mechanism that employs high pressure reservoir gas as a pilot to facilitate opening the valve to high pressure supply piping. The valve body and cover provide a sealed environment against dirt, mud and water or other adverse environments, thus making it suitable for the rigors experienced on the job site.
本発明の別の実施例においては、高速噴射に対して摩擦
清浄作用を提供するために固形粒体を捕捉して流すよう
少量の水、あるいはガス状COZを導入できる。このよ
うに、ホースの摩擦問題あるいは摩擦による汚染の問題
をもたらすことなく摩擦剤の利点を得ることができる。In another embodiment of the invention, a small amount of water or gaseous COZ can be introduced to trap and flush solid particles to provide a frictional cleaning effect for the high velocity jet. In this way, the benefits of a friction agent can be obtained without introducing hose friction or friction contamination problems.
また、本発明は使用したノズル形状に応じて各種断面形
状の超音速ガス流を発生させることのできる装置を提供
する。堀削用には円形あるいは四角のノズルが好ましく
、−方例えばバラ材料用コンベヤベルトから固まった物
体を清浄するような清浄作業に対しては薄いナイフ状の
長方形ノズルが特に適している。The present invention also provides an apparatus capable of generating supersonic gas flows with various cross-sectional shapes depending on the nozzle shape used. For digging, circular or square nozzles are preferred, while thin knife-shaped rectangular nozzles are particularly suitable for cleaning operations, such as cleaning solid objects from conveyor belts for bulk materials.
、本発明による方法と装置とは、約6.3−7に9/a
il (90−100psig )に保たれた、好まし
くは空気である、加圧されたガス用リザーバ全採用する
ことにより前述の利点ならび忙好ましい特徴を提供し、
該ガスの流量はその孔の端に収斂/分岐ノズルを嵌装し
た装置のバレルに対する適当な弁手段を介して調整され
る。ノズルは希望する空気噴射の形態に応じて円形、四
角あるいは長方形断面とすればよい。ノズルの収斂/分
岐形状は流体工学の周知の原理に基き超音速空気噴射全
発生させる上で重要である。このタイプのノズルにおい
ては、供給圧力と大気圧との境界状態によりノズルのス
カートにおける閉塞した音速流れと、分岐部分岐おける
超音速流れとを発生させる。分出部分は、空気が衝撃涙
金発生させることなく滑かに那速して最大速度とマツハ
数をノズル出口において発生させるよう広げられている
。閉塞流れ状態は既知の現象であり、温度と圧力につい
ての所定の上流状態において、ノズルのスロートの所定
面積に対して流体の流速が最大値を達成したときに発生
する。このように、収斂/分岐ノズルの出口における流
速はリザーバ内の空気の、大気圧に対する圧力比と共に
スロートとノズルの出口傾城の面積比を緊密に制御する
ことにより予測することができる。, the method and apparatus according to the present invention are about 6.3-7 9/a
provides the foregoing advantages and desirable features by employing a pressurized gas reservoir, preferably air, maintained at 90-100 psig;
The flow rate of the gas is regulated through suitable valve means to the barrel of the device fitted with a convergent/divergent nozzle at the end of its bore. The nozzle may have a circular, square or rectangular cross section depending on the desired form of air injection. The convergent/divergent shape of the nozzle is important in generating a supersonic air jet based on well-known principles of fluidics. In this type of nozzle, the boundary conditions between supply pressure and atmospheric pressure create a closed sonic flow in the nozzle skirt and a supersonic flow in the bifurcation branch. The dispensing section is widened so that the air speeds smoothly without impact droplets to produce maximum velocity and number at the nozzle exit. Blocked flow conditions are a known phenomenon that occur when the fluid flow rate reaches a maximum value for a given area of the nozzle throat at given upstream conditions of temperature and pressure. Thus, the flow velocity at the outlet of a convergent/divergent nozzle can be predicted by closely controlling the pressure ratio of the air in the reservoir to atmospheric pressure as well as the area ratio of the throat and nozzle outlet ramparts.
本発明によれば、はとんどの土、ドライロームから砂ま
での湿った粘土を堀削するために、音速より速いガス流
速が必要とされ、特に少なくとも約マツハ2の速度が、
より効率的な堀削手段を提供するために好ましい。マツ
ハ2の出口速度を発生させるノズルは約1:1.685
の出ロ面積対スロート面積の面積比および約7.8:l
のリザーバ圧力対大気圧の圧力比とを採用している。こ
のように、例えば毎分3.38m”(125立方フイー
ト)である十分な流速において6.3から7.7 Kg
lcrI(90から110psffl)のリザーバ圧を
通常発生させることのできる従来のニアコンプレッサを
用いてマツハ2の出口速度を達成することができる。According to the present invention, to excavate most soils, wet clays from dry loam to sand, gas flow velocities faster than the speed of sound are required, in particular velocities of at least about Matsuha 2.
This is preferred in order to provide a more efficient means of excavation. The nozzle that generates the exit velocity of Matsuha 2 is approximately 1:1.685
The area ratio of exit area to throat area and approximately 7.8:l
The pressure ratio of reservoir pressure to atmospheric pressure is adopted. Thus, at sufficient flow rates, for example 3.38 m" (125 cubic feet) per minute, 6.3 to 7.7 Kg
Matsuha 2 exit velocities can be achieved using conventional near compressors that can typically generate reservoir pressures of lcrI (90 to 110 psffl).
本発明による手持ち装置の実施例においては、通常閉鎖
即ち非作動位置に向かってばね弾圧され、るトリガ弁が
、通常弁を閉鎖位置に保持する、加圧されたリザーバ空
気の力金上廻るようにするために弁の周りで高圧のリザ
ーバ空気を流し始めるために設けられている。弁部材は
弁体、即ち弁ヘッドを加圧された入口空気と連通ずる入
口端の弁座に対して密封係合させて位置させたハウジン
グの孔に位置した弁心棒を含む。また、弁は弁ヘッドよ
り直径の大きいピストンを担持した第2の端部を含む。In an embodiment of a hand-held device according to the invention, a trigger valve, which is normally spring biased toward a closed or inoperative position, is configured to act on a force of pressurized reservoir air that normally holds the valve in the closed position. A provision is made to begin flowing high pressure reservoir air around the valve in order to The valve member includes a valve stem located in a bore in the housing positioned in sealing engagement with a valve seat at an inlet end that communicates the valve body, or head, with pressurized inlet air. The valve also includes a second end carrying a piston having a larger diameter than the valve head.
ハンドル部材の弁体内に空気入口分岐孔か形成されてお
り、第1の端部が弁ヘッドの上流の加圧空気のチャンネ
ルと連通し、第2の端部がピストンに隣接した弁ハウジ
ングの内側空間と連通している。空気入口孔の第1と第
2の端部の間の空間には4回転可能のトリガシャフトが
位置しており、該シャフトにはその直径にわたって孔が
形成され、トリガシャフトが起動即ち作動位置まで回転
すると前述の空気入口孔と連通ずる。作動位置において
、入口からの加圧された空気は直径のより大きいピスト
ンに隣接した空間まで送られ、弁を瞬時に離堅させ、リ
ザーバから加圧された空気が弁体を通ってバレルの孔へ
、次いで収斂/分岐ノズルまで流れることができるよう
にする。トリガ機構は、操作者がそのグリップ全解放す
ると閉鎖位置までばね弾圧される。また、トリガシャフ
トには抽気オリフィスが設けられており、該オリフィス
はピストン側の空気入口孔と連通してトリガ機構がその
閉鎖位置まで戻ると分岐孔を抽気できるよう忙する。さ
らに、堀削装置に空気圧計を設け、適正な作動空気圧が
確実に保持されるようにすることが好ましい。また、堀
削装置は非腐触性の非鉄材料から構成され、防錆性で、
火花を発生させないようにして、爆発性環境下での使用
に適したものにすることが好ましい。また、バレルにノ
ズルから外方に突出した、細長いピックエレメントを設
は操作者が堀削作業中の厄介な材料の塊りを外せるよう
にできる。当該装置のバレルはある真直な長さのパイプ
でつくるか、あるいは手の届きにくい用途に対しては湾
曲した出口部分?嵌装させてもよい。An air inlet branch hole is formed in the valve body of the handle member, a first end communicating with the pressurized air channel upstream of the valve head, and a second end communicating with the inside of the valve housing adjacent the piston. It communicates with space. A four-rotatable trigger shaft is located in the space between the first and second ends of the air inlet hole, the shaft having an aperture formed across its diameter to allow the trigger shaft to move to an activated or actuated position. When rotated, it communicates with the aforementioned air inlet hole. In the actuated position, pressurized air from the inlet is directed into the space adjacent to the larger diameter piston, causing the valve to instantly release, and pressurized air from the reservoir passes through the valve body and into the bore of the barrel. and then to the convergent/divergent nozzle. The trigger mechanism is spring biased to a closed position when the operator fully releases its grip. The trigger shaft is also provided with a bleed orifice which communicates with the piston side air inlet hole to allow the branch hole to bleed when the trigger mechanism returns to its closed position. Additionally, it is preferred that the excavation device be equipped with an air pressure gauge to ensure that proper operating air pressure is maintained. In addition, the drilling equipment is constructed of non-corrosive, non-ferrous materials and is rust-proof.
Preferably, it should not generate sparks, making it suitable for use in explosive environments. Additionally, the barrel can be provided with an elongated pick element that projects outwardly from the nozzle to allow the operator to remove troublesome chunks of material during excavation operations. Will the barrel of the device be made with a straight length of pipe, or with a curved exit section for hard-to-reach applications? It may also be fitted.
各種の公益事業配管の周りを迅速かつ安全に堀削するこ
との他に、本発明はまた、深溝堀り、詰ったサイロやシ
ュートの掃除、歩道や道路の堀削、基礎作りのための基
礎下堀削、道路修理の前の道路のくぼみの掃除および困
難な地形における電柱孔の堀下げ等にも用いられる。In addition to quickly and safely excavating around various utility pipes, the present invention is also useful for deep trench excavation, cleaning clogged silos and chutes, excavating sidewalks and roads, and foundations for foundation building. It is also used for digging, cleaning potholes before road repairs, and digging utility pole holes in difficult terrain.
要約すれば、本発明による方法によれば、好ましくは空
気である圧縮ガスを入れたリザーノくが少なくとも約5
.3 Kg/ craの圧力に保持される。加圧された
空気が調整され、適当なダクトあるいは孔手段を介して
ダクトあるいは孔の排出端に位置した収斂/分岐ノズル
へ案内される。収斂/分岐ノズルは抑制されたスロート
部分と、出口部分で終る分岐部分と全含む。出口部分の
断面積と、ノズルのスロート部分の断面積との間の比率
は1.0より大きく、好ましくは1.2より大きく、−
方出口圧力に対するリザーバ圧力の比は約1.9より大
きく、好ましくは約3.7より大きく、そのため空気噴
射は°マツハ1より大きく、好ましくはマツハ1.5よ
り大きい計算上の等エントロピー速度を有する。超音速
空気噴射は土塊等に向けられ、その際空気噴射は土塊へ
侵入し、捕捉され、次いで膨張して生材料を破壊させる
。ノズルの前方の空気の流れに水あるいはガス状CO2
が導入され、ノズルを通る際の急速な温度変化の結果超
音速空気噴射に捕捉された冷凍粒体即ち固形のCO2粒
体全発生させる。In summary, according to the method according to the invention, a gas tank containing a compressed gas, preferably air, is charged with at least about 5
.. It is maintained at a pressure of 3 Kg/cra. The pressurized air is conditioned and guided through suitable duct or hole means to a convergent/divergent nozzle located at the discharge end of the duct or hole. A convergent/divergent nozzle includes a restrained throat portion and a bifurcated portion terminating in an exit portion. The ratio between the cross-sectional area of the outlet part and the cross-sectional area of the throat part of the nozzle is greater than 1.0, preferably greater than 1.2, -
The ratio of reservoir pressure to outlet pressure is greater than about 1.9, preferably greater than about 3.7, so that the air injection has a calculated isentropic velocity greater than 1°, preferably greater than 1.5°. have The supersonic air jet is directed at a soil mass, etc., where the air jet penetrates the soil mass, becomes trapped, and then expands to destroy the green material. Water or gaseous CO2 in the air stream in front of the nozzle
is introduced, producing frozen or solid CO2 particles that are trapped in the supersonic air jet as a result of the rapid temperature change as it passes through the nozzle.
本発明のその他の目的や利点については添付図面と関連
して以下の説明を読めば直ちに明らかとなる。Other objects and advantages of the present invention will become readily apparent from the following description in conjunction with the accompanying drawings.
図を通して同じ部材は同じ参照番号で指示している図面
を参照すれば本発明により構成した手持ち作動装置が全
体的に参照番号2で指示されている。堀削装#2は、第
8図に示す水道ガス管220)あるいはテレビジョン、
電気、電話等のケーブル22′のような埋設した公益事
業配管全手作業で堀削するのK特に適している。第1図
と第8図とを参照すれば、装置2は高圧空気ホース16
により、コンプレッサ20が発生する高圧空気のりザー
バに作動接続されている。ニアコンプレッサは通常建設
工事に用いられ、出口において少なくとも6.3 Kv
/cn (90psig )のリザーバ圧力において毎
分3.38m(125立方フイート)の材料を送ること
のできる従来のタイプのものが好ましい。空気ホース1
6は所期の堀削目的に必要とされる空気量を提供するた
めに最小内径が約2.54センチ(1インチ)であるこ
とが好ましい。装置2は第2図と第3図とに示す基本導
管24においてハンドル部材10にねじ嵌合しうる従来
の急速取外しカップリング18f:介して空気ホース1
6に作動接続されている。前記装置2はさらに、高圧空
気の流れを制御するためにトリガ機構12を備えた制御
弁体4全さらに含む。前記装置2はまた、出口端8にお
けるバレル6の孔7内に嵌合した収斂/分岐ノズル50
を含む。以下詳細に説明するように、コンプレッサ20
からの所定の供給空気圧におけるノズル50のスロート
径に対スル出口径の比によって、ノズルスロートにおい
て閉塞された音速流状態と、ノズル50の出口における
分岐部分岐おいて超音波空気流を発生させ、堀削に必要
なエネルギを提供する。また、前記装置2は操作者が掴
みやすくしたハンドル14と、作動空気圧を視れるよう
弁体4の後面に取付けられた圧力計21とを含むことが
好ましい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the drawings in which like parts are designated by like reference numerals throughout the drawings, a hand-held actuator constructed in accordance with the present invention is generally designated by the reference numeral 2. Drilling device #2 is a water and gas pipe 220 shown in FIG. 8) or a television,
It is particularly suitable for excavating buried utility pipes, such as electrical, telephone cables 22', entirely by hand. Referring to FIGS. 1 and 8, apparatus 2 includes high pressure air hose 16.
The compressor 20 is operatively connected to the generated high pressure air reservoir. Near compressors are usually used in construction works and have at least 6.3 Kv at the outlet.
A conventional type capable of delivering 125 cubic feet of material per minute at a reservoir pressure of 90 psig is preferred. air hose 1
6 preferably has a minimum inner diameter of about 1 inch to provide the air volume required for the intended drilling purpose. The device 2 includes a conventional quick-disconnect coupling 18f threadably fitable to the handle member 10 in the elementary conduit 24 shown in FIGS. 2 and 3;
6. The device 2 further includes a control valve body 4 with a trigger mechanism 12 for controlling the flow of high pressure air. The device 2 also includes a convergent/divergent nozzle 50 fitted into the bore 7 of the barrel 6 at the outlet end 8.
including. Compressor 20, as described in detail below.
Generating a blocked sonic flow state at the nozzle throat and an ultrasonic air flow at a branch branch at the outlet of the nozzle 50 according to the ratio of the throat diameter to the throat outlet diameter of the nozzle 50 at a predetermined supply air pressure from the nozzle 50; Provides the energy necessary for excavation. Preferably, the device 2 includes a handle 14 that is easy for the operator to grasp, and a pressure gauge 21 attached to the rear surface of the valve body 4 so that the operating air pressure can be viewed.
手持作動堀削装置2を通る高圧空気流量を調整するため
の弁機構を第2図、第3図および第4図に示す。導管2
4は空気ホース16と、コンプレッサ20が発生するリ
ザーバ内の高圧空気とに連通ずる孔25を有する。前記
導管24はハンドル10に嵌装され、気密嵌合を提供す
るためにねじ、はんだ付は等により弁体4に取付けられ
る。弁体4の内側孔5は導管24に隣接した内端からバ
レル6に隣接した外端まで全体的に1字形に延びる。A valve mechanism for regulating the flow of high pressure air through the hand-actuated excavation device 2 is shown in FIGS. 2, 3, and 4. conduit 2
4 has a hole 25 communicating with the air hose 16 and with the high pressure air in the reservoir generated by the compressor 20. The conduit 24 is fitted into the handle 10 and attached to the valve body 4 by screws, soldering, etc. to provide an airtight fit. The inner bore 5 of the valve body 4 extends generally in the shape of a letter from an inner end adjacent the conduit 24 to an outer end adjacent the barrel 6.
バレル6の孔7も弁体の孔5と連通している。バレル6
はねじ部分83を介して弁体4に固定されたスリーブ装
具82により気密に弁体4にしっかりと取り付けられて
いる。−対のOリングシール84と86とがスリーブ装
具82とバレル6との周りに設けられ、機械的に強力な
気密シールを提供する。The bore 7 of the barrel 6 also communicates with the bore 5 of the valve body. Barrel 6
is firmly attached to the valve body 4 in a gas-tight manner by means of a sleeve fitting 82 which is fixed to the valve body 4 via a threaded portion 83. - A pair of O-ring seals 84 and 86 are provided around the sleeve fitting 82 and the barrel 6 to provide a mechanically strong airtight seal.
、孔25内の高圧入口空気は弁体の孔5内に運動可能に
位置した弁部材28を介してバレルの孔7から密封され
ている。弁28はベンチュリタイプの孔5内に着堅した
スリーブ32の堅34と密封係合するテーパ状縁部を有
するヘッド部分30を含む。スリーブ32には円筒形孔
が貫通して形成され、該孔は弁30が第2図に示す閉鎖
位置にあるとき密封される。弁ヘッド30のテーパ状縁
部はその閉鎖位置においてテーパ状の弁壁34と密封係
合し加圧された空気がバレルの孔7へ入らないようにす
る。全体的に円筒形のピストン38はヘッド30とは反
対側の端部において弁28の弁心棒36に取付けられて
いる。ピストン38は弁体4の上部分内に形成されたチ
ャンバ80内に摺動可能に位置し、ナツトとワッシャ4
0とにより弁心棒36に固定されている。またピストン
38はその下側に形成されコイルばね42を受入れる環
状の切欠部分44を含むことが好ましい。円筒形の弁ガ
イド46が弁体4内に嵌装され、その中で弁心棒36を
気密状態で受入れる。0リング48は弁ガイド46内に
嵌装され、その中で摺動可能に運動する弁心棒の周りか
らの空気の漏れを阻止する。コイルばね42は弁ガイド
46の頂部と、部分44内のピストン38の底部と圧縮
係合し、弁28と、取付けられたヘッド部分30とをス
リーブ32の密封堅34に対して閉鎖位置まで弾圧する
。また、ピストン38の周囲にOリング47が設けられ
、その周りの空気の漏れを最小にする。, high pressure inlet air in bore 25 is sealed from bore 7 in the barrel via a valve member 28 movably positioned within bore 5 in the valve body. Valve 28 includes a head portion 30 having a tapered edge that sealingly engages a stud 34 of sleeve 32 secured within venturi-type bore 5 . A cylindrical hole is formed therethrough in the sleeve 32, which hole is sealed when the valve 30 is in the closed position shown in FIG. The tapered edge of the valve head 30 sealingly engages the tapered valve wall 34 in its closed position to prevent pressurized air from entering the bore 7 of the barrel. A generally cylindrical piston 38 is attached to the valve stem 36 of the valve 28 at the end opposite the head 30. The piston 38 is slidably located within a chamber 80 formed in the upper portion of the valve body 4 and is connected to the nut and washer 4 .
0 to the valve stem 36. Preferably, the piston 38 also includes an annular cutout 44 formed on its underside for receiving a coil spring 42. A cylindrical valve guide 46 is fitted within the valve body 4 and receives the valve stem 36 therein in a gas-tight manner. An O-ring 48 is fitted within the valve guide 46 to prevent air leakage around the valve stem that slidably moves therein. Coil spring 42 compressively engages the top of valve guide 46 and the bottom of piston 38 within section 44 to bias valve 28 and attached head section 30 against sealing ring 34 of sleeve 32 to a closed position. do. Additionally, an O-ring 47 is provided around the piston 38 to minimize air leakage around it.
第2図に示す閉鎖位置くおいて、弁ヘッド30は孔25
内の高圧空気圧により弁堅34に対して適所にしっかり
と保持されている。例として、もし弁ヘッド30の面積
6.45平方センチ(1平方インチ)であり、孔25内
の入口圧力が7Kv/ci(100psig )である
とすれば、弁ヘッド30を離堅させて空気がバレル6の
孔7へ入れるようにするには45Kf(100ポンド)
以上の力が必要とされる。弁28を開放するに要する相
対的に大きな離堅力を上廻るようにするために、導管2
5内の主空気供給源から供給されるパイロット圧により
作動する制御弁が設けられている。パイロット空気の流
量はトリガ機構12を運動させることにより制御される
。該トリガ機構はトリガ12の位置に応じて給気、排気
を選択的に行うようにされている。弁体4には小径の空
気入口孔62が形成されており、該孔は一端において孔
5と連通し、かつ円筒形のトリガシャフト26に形成さ
れた孔64の第1の端部と連通ずるようにされている。In the closed position shown in FIG.
It is held securely in place against the valve stud 34 by high pressure air pressure within. As an example, if the valve head 30 has an area of 6.45 square centimeters (1 square inch) and the inlet pressure in the bore 25 is 7 Kv/ci (100 psig), then the valve head 30 can be separated and the air 45 Kf (100 lbs.) to fit into hole 7 of barrel 6.
More force is required. In order to overcome the relatively large release force required to open valve 28, conduit 2
A control valve is provided which is actuated by pilot pressure supplied from the main air supply within 5. The flow rate of pilot air is controlled by moving the trigger mechanism 12. The trigger mechanism is configured to selectively supply or exhaust air depending on the position of the trigger 12. A small diameter air inlet hole 62 is formed in the valve body 4 and communicates with the hole 5 at one end and with a first end of a hole 64 formed in the cylindrical trigger shaft 26. It is like that.
トリガが第2図に示す非作動位置にあると、孔64は孔
62とは連通せず、したがって弁28を開放させる加圧
されたパイロット空気は何ら供給されない。第3図に示
す作動位置においては、トリガ12と、その−体のシャ
フト26とは反時計方向に回転して孔62と64と全整
合させて、パイロット空気を貫流させろことができる。When the trigger is in the inoperative position shown in FIG. 2, hole 64 is out of communication with hole 62 and therefore no pressurized pilot air is provided to open valve 28. In the actuated position shown in FIG. 3, trigger 12 and its body shaft 26 can be rotated counterclockwise into full alignment with holes 62 and 64 to allow pilot air to flow therethrough.
また、弁体4は、トリガ12がその作動位置にあるとき
トリガシャフトの孔64の第2の端部と連通ずるよう形
成された孔66を含む。孔66はこれも弁体4に形成さ
れた垂直方向に延びる孔68と連通し、鎖孔68はスリ
ーブ32の円筒形外壁の周りに形成された円周方向に延
びる溝72と連通ずる横方向に延びた孔70と連通し、
前記溝は孔74と連通ずる。孔74は弁体4に形成され
た孔76と連通し、鎖孔76の方は弁体4の頂部近くの
通路78と連通ずる。通路78は弁28のピストン38
の上方のチャンバ80と連通ずる。Valve body 4 also includes a bore 66 configured to communicate with the second end of trigger shaft bore 64 when trigger 12 is in its actuated position. The bore 66 communicates with a vertically extending bore 68 also formed in the valve body 4, and the chain bore 68 communicates laterally with a circumferentially extending groove 72 formed around the cylindrical outer wall of the sleeve 32. communicates with a hole 70 extending into the
The groove communicates with the hole 74. The hole 74 communicates with a hole 76 formed in the valve body 4, and the chain hole 76 communicates with a passage 78 near the top of the valve body 4. Passage 78 is connected to piston 38 of valve 28.
The upper chamber 80 communicates with the upper chamber 80 .
チャンバ80に露出されるピストン38の面の表面積は
弁ヘッド30のそれより大きい。したがって、トリガ1
2が第3図に示す作動位置にあるとき、配管圧であるパ
イロット空気が孔62,64゜66.68,70,72
,74,76.78を介してチャンバ80に供給される
。チャンバ80も弁体4に固定されたねじ付きキャップ
45とOリングシール49と全弁して気密体内に収容さ
れている。トリガ12の作動により供給される、加圧さ
れたパイロット空気が弁に昨月する不均衡の力により弁
28を直ちに下方へ運動させる。この運動はピストン3
8の表面積が弁ヘッド300表面積より大きいために発
生する。弁28の下方運動により弁ヘッドを離堅させ、
かつ孔25と5内のコンプレッサ20からの加圧された
空気がバレル6の孔へ、それからノズル50と堀削装置
2の出口8とへ入るととができるようにする。The surface area of the face of piston 38 exposed to chamber 80 is greater than that of valve head 30. Therefore, trigger 1
2 is in the operating position shown in FIG.
, 74, 76, 78 to the chamber 80. The chamber 80 is also housed in an airtight body with a threaded cap 45 fixed to the valve body 4 and an O-ring seal 49. The pressurized pilot air provided by actuation of trigger 12 immediately causes valve 28 to move downward due to the unbalanced force exerted on the valve. This movement is piston 3
This occurs because the surface area of the valve head 300 is larger than the surface area of the valve head 300. The downward movement of the valve 28 causes the valve head to release;
and allows the pressurized air from the compressor 20 in the holes 25 and 5 to enter the hole in the barrel 6 and then into the nozzle 50 and the outlet 8 of the drilling device 2.
第2図忙示すようにトリガ機構12が非作動となると、
チャンバ80内の加圧された空気が前述の孔78,76
.74,72,70,68.66を介して抽気され、次
いでトリガシャフト26内に形成された孔87,88t
−通り、トリガシャフト26の方は弁体4内に形成され
た孔89と連通ずる。したがって、ピストン38上方の
チャンバ80内の加圧された空気は、トリガ機構が非作
動となって弁ヘッド30を瞬間的に上方へ運動させスリ
ーブ32の密封面34に対して着堅して、堀削装置2内
の空気の貫流を止めると瞬時に大気へ抽気される。As shown in Figure 2, when the trigger mechanism 12 becomes inactive,
The pressurized air within chamber 80 flows through the aforementioned holes 78, 76.
.. 74, 72, 70, 68, 66 and then holes 87, 88t formed in the trigger shaft 26
-, the trigger shaft 26 communicates with a hole 89 formed in the valve body 4. The pressurized air in the chamber 80 above the piston 38 thus causes the trigger mechanism to deactivate causing the valve head 30 to momentarily move upwardly and become firmly against the sealing surface 34 of the sleeve 32. When the flow of air inside the excavation device 2 is stopped, the air is instantly extracted to the atmosphere.
第4図に示すように、トリガ機構12とトリガシャフト
26とはトリガシャフト26に取付けられた捩りばね2
7により非作動位置において外方へ弾圧される。孔64
と70とからの加圧された空気の漏れは複数の0リング
33.35および35′を介して最小とされ、該Oリン
グはトリガシャフト26の周囲忙形成されたスロットに
嵌装されて弁体4内に形成された着堅孔37に対して密
封係合する。ねじ付取付具31により一対のカバープレ
ート29と29′とが弁体4に固定されている。前記プ
レート29,29′はシールシャフト26と弁機構の孔
64とを周囲から密封する。As shown in FIG. 4, the trigger mechanism 12 and the trigger shaft 26 are connected to a torsion spring 2 attached to the trigger shaft 26.
7 in the inactive position. hole 64
Pressurized air leakage from and 70 is minimized through a plurality of O-rings 33, 35 and 35', which fit into slots formed around the trigger shaft 26 to close the valve. It sealsly engages with a fastening hole 37 formed in the body 4. A pair of cover plates 29 and 29' are fixed to the valve body 4 by means of a threaded fixture 31. Said plates 29, 29' seal the sealing shaft 26 and the bore 64 of the valve mechanism from the surroundings.
弁の内部への唯一の近接は、小径のパイロット排気ポー
ト(図示せず)を介してであり、該ポートはトリガシャ
フト26と弁体4の着堅孔37の内面の間から滲出する
一定の外方へ流れる空気を放出させることによりゴミが
入ってこないよう阻止する。また弁体4には従来の空気
圧計21が嵌装され、該圧力計は弁体4の後面において
孔23に作動接続され、鎖孔23は堀削装#2の使用時
弁体の内部5と連通して操作者が配管圧をモニタできる
ようにする。もし圧力がある値、例えば6.3Kg/f
fl (90psiy ) を下廻ると、操作者にニ
アコンプレッサが適正に作動するように修正作業をする
よう警告する。The only access to the interior of the valve is through a small-diameter pilot exhaust port (not shown), which allows a certain amount of fluid to ooze from between the trigger shaft 26 and the inner surface of the anchoring hole 37 of the valve body 4. By releasing the air flowing outward, it prevents dirt from entering. A conventional pneumatic pressure gauge 21 is also fitted into the valve body 4, and the pressure gauge is operatively connected to a hole 23 on the rear surface of the valve body 4, and the chain hole 23 is connected to the inside of the valve body when the drilling device #2 is in use. to allow the operator to monitor the pipe pressure. If the pressure is a certain value, for example 6.3Kg/f
If the near compressor falls below 90 psi, the operator is alerted to corrective action to ensure proper operation of the near compressor.
弁体4、内部弁要素、トリガ組立体ならびにバレル6の
構成材料は例えば鉤裂青銅、ステンレス鋼、および高衝
撃プラスチックのような非腐触性材料であることが好ま
しい。火花が天然ガスの煙霧の周りで爆発の危険性をか
もし出すような状況においては、バレル6ならびにチッ
プ58は例えば青銅のような非鉄の、火花を発生させな
い材料で構成すればよい。堀削装置2の掴持部分である
ハンドル10と14とは硬質ゴム、プラスチック、硬質
の木等で構成すればよい。The materials of construction of the valve body 4, internal valve element, trigger assembly, and barrel 6 are preferably non-corrosive materials such as, for example, barbed bronze, stainless steel, and high impact plastics. In situations where sparks create an explosion hazard around natural gas fumes, barrel 6 and tip 58 may be constructed of non-ferrous, non-sparking materials, such as bronze. The handles 10 and 14, which are gripping parts of the excavating device 2, may be made of hard rubber, plastic, hard wood, or the like.
第5図から第7図までを参照する。超音速堀削装置2の
出口端8には所期の特定の作業に適した各種形状の装具
を設けることができる。第1図と第5図とは異常に頑固
な材料塊を鋭い先端で操作者がほぐすことができるよう
にするピック状のチップ58を嵌装した出口端8を示す
。バレル6は真直にしてもよく、あるいは第7図に示す
ように出口端8に湾曲あるいは角度をつけた部分60全
含めてもよい。前記の湾曲した部分60はトンネル作業
とか、パイプや導管の下の届きにくい領域での堀削装置
の作業性を付刀口させる。Please refer to FIGS. 5 to 7. The outlet end 8 of the supersonic drilling device 2 can be provided with various shapes of equipment suitable for the particular task desired. 1 and 5 show the outlet end 8 fitted with a pick-like tip 58 which allows the operator to loosen unusually stubborn lumps of material with a sharp point. Barrel 6 may be straight or may include a full curved or angled portion 60 at outlet end 8 as shown in FIG. The curved portion 60 allows the excavation device to work better in tunneling operations or in hard-to-reach areas under pipes and conduits.
収斂/分岐ノズル50は例えば銀ロウあるいは微細ねじ
によりバレル6の端にしっかりと装着され、ノズルの収
斂部分の入口端52がバレルの孔7と滑らかに合流する
ようにさせる。収斂部分は徐々にスロート部分54まで
テーパがつけられ、該スロート部分の直径はノズル内で
最小である。The convergent/divergent nozzle 50 is securely attached to the end of the barrel 6, for example by silver solder or fine screws, so that the inlet end 52 of the convergent portion of the nozzle merges smoothly with the bore 7 of the barrel. The converging portion gradually tapers to a throat portion 54, which has the smallest diameter within the nozzle.
次いで、ノズルは直径が徐々に大きくなって出口部分5
6で終る。ノズル50はその内端52において外径を小
さくした部分51を有し、該内端はバレル6の孔7に滑
合して受入れられている。第5図に示すように、ピック
状チップ58が用いられた場合、ノズル50はその出口
端56の周りに第2の外径を小さくした部分53が形成
され、チップ58を取付けできるようにしている。その
取付けはろう付け、ねじ接続等により行いうる。The nozzle then gradually increases in diameter until it reaches the exit section 5.
Ends with 6. The nozzle 50 has a portion 51 of reduced outer diameter at its inner end 52 which is received in a sliding fit in the bore 7 of the barrel 6. As shown in FIG. 5, when a pick-shaped tip 58 is used, the nozzle 50 is formed with a second reduced outer diameter portion 53 around its outlet end 56 to allow the tip 58 to be attached thereto. There is. The attachment can be done by brazing, screw connections, etc.
流体工学においては、収斂ノズルにおける(熱の派別、
あるいは除去を伴わずに)摩擦のない断熱流あるいは等
エントロピ流における理想的なガスの最大流量はマツハ
1であることが知られており、これはノズルの最小部分
即ちスロートにおいて発生する。マツハ数はノズル50
の出口における空気噴射速度のその点における音速の比
として本明細書では規定する。また、ノズルスロートの
下流のノズル面積が増力口して本明細書において採用す
るタイプの収斂/分岐ノズルを形成する場合に超音速の
流れが得られることも知られている。In fluid engineering, convergent nozzles (heat splitting,
It is known that the ideal maximum gas flow rate in frictionless adiabatic or isentropic flow (or without removal) is Matsuha 1, which occurs at the smallest part of the nozzle, or throat. Matsuha number is 50 nozzles
is defined herein as the ratio of the air injection velocity at the exit of the air to the sound velocity at that point. It is also known that supersonic flow is obtained when the nozzle area downstream of the nozzle throat is intensified to form a convergent/divergent nozzle of the type employed herein.
したがって、流体力学の分野においては、例えばリザー
バ内で休止している空気のようなガスから、ガスをまず
ノズルの収斂部分を通し、次いでノズルの分出部分を通
すことにより超音速の着実な流れを得ることが可能なこ
とが知られている。まな、収斂/分岐ノズルの出口にお
ける空気噴射により達成されるマツハ数は例えば、供給
圧、大気圧のような圧力の境界状態ならびにノズル出口
の面積のノズルスロートの面積に対する比のような多数
の変動要素によって影響金受けることも知られている。Therefore, in the field of fluid mechanics, a steady flow of supersonic speeds can be created from a gas, e.g. It is known that it is possible to obtain However, the Matsuzha number achieved by air injection at the outlet of a convergent/divergent nozzle is subject to a number of variations, such as the supply pressure, pressure boundary conditions such as atmospheric pressure, and the ratio of the area of the nozzle outlet to the area of the nozzle throat. It is also known that money is influenced by certain factors.
供給圧が所定の限界値に達すると、図中54で示すよう
に、ノズルのスロートにおいて閉塞された音速の流れが
得られる。ガスはスロート54における音速状態からノ
ズルの分岐部分55まで等エントロピ膨張され、圧力と
温度条件が満足するとすればノズルの分岐部分岐おいて
超音速領域へ入る。When the supply pressure reaches a predetermined limit value, a closed sonic flow is obtained at the throat of the nozzle, as shown at 54 in the figure. The gas is expanded isentropically from the sonic state at the throat 54 to the nozzle branch 55 and enters the supersonic region at the nozzle branch, assuming pressure and temperature conditions are satisfied.
音速限界値に達するためには、出口56の面積のスロー
ト540面積に対する比を1の値以上にする必要がある
。周知の公式や計算方法全通して、ノズルの収斂/分岐
部分を通るドライエアの等エントロピ流に対して、所定
の圧力および温度比において所定のマツハ値を達成する
に必要な、あるノズル比を列挙した表をつくってみた。In order to reach the sonic speed limit, the ratio of the area of the outlet 56 to the area of the throat 540 must be greater than or equal to one. All known formulas and calculation methods enumerate certain nozzle ratios required to achieve a given Matsuha value at a given pressure and temperature ratio for an isentropic flow of dry air through the convergent/divergent section of the nozzle. I tried making a table.
局部圧力に対するリザーバ圧力の比が増力口し、かつノ
ズルのスロート面積に対する出口部分の面積の比が増加
するにつれて、より高度のマツハ数が達成される。表I
はドライエアの等エントロピ流に対する前記の原理を示
す。As the ratio of reservoir pressure to local pressure increases and as the ratio of outlet area to throat area of the nozzle increases, higher Matsch numbers are achieved. Table I
illustrates the above principle for an isentropic flow of dry air.
表 1
1.0 1.895 1.00
1.5 3.675 1.176
2.0 7.830 1.685
2.5 17.075 2.629
3.0 36.644 4.213
3.5 75.926 6.739
4.0 150.796 10.612PO=リザーバ
圧
P =出口側の大気圧
A =ノズルの出口面積
A*=ノズルのスロートの面積
本発明者は、マツハ1以上の速度で流れている空気のよ
うなガス流は、土やその他の粒状材料に小さい裂目や空
洞をつくりその中に侵入できるためそれら材料の堀削に
対する驚異的に有効な媒体を提供すること全発見した。Table 1 1.0 1.895 1.00 1.5 3.675 1.176 2.0 7.830 1.685 2.5 17.075 2.629 3.0 36.644 4.213 3.5 75.926 6.739 4.0 150.796 10.612 PO = Reservoir pressure P = Atmospheric pressure on the outlet side A = Nozzle outlet area A* = Nozzle throat area The present inventor has determined that It has been discovered that flowing air-like gas streams can create and penetrate tiny cracks and cavities in soil and other granular materials, providing an incredibly effective medium for the excavation of those materials. .
本発明者は超音速の流れは局部的な空洞内で完全に滞留
し、実際に高圧の、減速した空気を瞬間的に貯えるリザ
ーバとして作用するようになるまで土構造へ侵入してい
くものと仮定している。次いで滞留空気は膨張せねばな
らず、膨張する際に土を張力で、その最も弱い方向に破
壊させる。高圧の前記の局部的なリザーバを形成する個
所が当該材料を張力で最終的に破壊させるためのエネル
ギ源を提供し、高圧空気が大気へ急速に膨張して解放さ
れるので空気的な爆発を概ね瞬時にして開始する。この
ように、本発明はニアコンプレッサ20により発生した
圧力エネルギを、破壊力が利用される局部的な堀削個所
へ伝達し、さらに、その大きな慣性流動を介してそのよ
うな圧力エネルギを瞬間的に貯え、かつ解放する前述の
空洞をつくる方法と装置とを提供することが理解される
。The inventors believe that the supersonic flow penetrates the soil structure until it becomes completely lodged within the local cavity and actually acts as a momentary reservoir of high-pressure, decelerated air. I'm assuming. The stagnant air must then expand, and as it expands it forces the soil to break in tension in its weakest direction. The point forming the localized reservoir of high pressure provides the energy source for the final rupture of the material under tension, causing a pneumatic explosion as the high pressure air is rapidly expanded and released into the atmosphere. It starts almost instantly. Thus, the present invention transfers the pressure energy generated by the near compressor 20 to the localized excavation location where destructive forces are utilized, and also transfers such pressure energy instantaneously through its large inertial flow. It will be appreciated that there is provided a method and apparatus for creating the aforementioned cavities that store and release.
前述の原理を図示するために、本発明による、土堀削に
使用するに適したノズル50全第9図と第10図とに詳
細に示す。ノズル50−の断面は円形であって、バレル
の孔7と同じ直径の孔を有する入口52を含み、該孔径
はこの例では約2.22センナ(0,875インチ)で
よい。ノズル形状は、例えば直径rAJが0.64セン
チ(0,250インチ)であるスロート部分54へ収斂
する。次いで、ノズル孔は徐々に分岐部分55へ広がる
。別の例として、rDJの寸法は0,68センチ(0,
269インチ)でよく、rEJは0.44センチ(0,
172インチ)罠等しい。図示したノズルの出口56の
直径はrBJで示され、0.72センチ(0,283イ
ンチ)である。スロート54と出口56との間の距離で
ある「C」の寸法は、この場合、1.08センチ(0,
425インチ)である0周囲温度21.1℃(70’F
)において、リザーバ圧の周囲圧に対する比(po/p
)が約4.5で、流量容量0.068に?/秒(0,1
5βb−,1秒) (1,20CFMの自由空気)のコ
ンプレッサ20を用いて計算したところ、前述のノズル
50は約マツハ1.64の速度で超音速空気噴射を発生
させうろことを示している。To illustrate the foregoing principles, a complete nozzle 50 suitable for use in earth excavation according to the present invention is shown in detail in FIGS. 9 and 10. The nozzle 50- is circular in cross-section and includes an inlet 52 having a hole of the same diameter as the bore 7 of the barrel, which may be about 2.22 centas (0.875 inches) in this example. The nozzle shape converges to a throat portion 54 having a diameter rAJ of 0.250 inches, for example. The nozzle hole then gradually widens into the branched portion 55. As another example, rDJ has dimensions of 0,68 cm (0,68 cm).
269 inches), and the rEJ is 0.44 cm (0,
172 inches) Trap equal. The diameter of the outlet 56 of the illustrated nozzle is designated rBJ and is 0.72 centimeters (0.283 inches). The dimension "C", which is the distance between the throat 54 and the outlet 56, is in this case 1.08 centimeters (0,
0 ambient temperature 21.1°C (70'F)
), the ratio of reservoir pressure to ambient pressure (po/p
) is about 4.5, and the flow capacity is 0.068? / second (0,1
Calculations using a compressor 20 of (1,20 CFM free air) (1,20 CFM free air) indicate that the aforementioned nozzle 50 can generate a supersonic air jet at a velocity of approximately 1.64 cm. .
再度繰返すが、計算は流れが等エントロピ、即ち摩擦な
く、かつ熱の追加や除去なしに流れが発生するとの想定
に基いている。本発明者の試験では、離隔距離対流れの
減衰に関連する摩擦作用に関しては円形ノズルが他の形
状のものより有利であることを示している。また、本発
明者は、それ以下では多くの土は効率的な堀削ができな
い限界圧力というものがあると考えている0この限界圧
は約5、6 K9/ era (80psig )のよ
うである。リザーバ圧力(Po)が増力口するにつれて
堀削能力は驚異的に向上し、5.6にダ/cyt (8
0psig )から7Ky/CI?L(100psig
)まテ上昇すルトjlll能力は25%向上した。Once again, the calculations are based on the assumption that the flow is isentropic, ie, the flow occurs without friction and without the addition or removal of heat. The inventor's tests have shown that circular nozzles have advantages over other shapes with respect to friction effects related to separation versus flow attenuation. The inventor also believes that there is a critical pressure below which many soils cannot be excavated efficiently.This critical pressure is approximately 5,6 K9/era (80 psig). . As the reservoir pressure (Po) increases, the drilling ability improves amazingly, reaching 5.6 da/cyt (8
0psig) to 7Ky/CI? L (100 psig
) The ability to raise the mate has been increased by 25%.
希望に応じて、超音波噴射の形状は前述の円形から四角
あるいは長方形に変えることができる。If desired, the shape of the ultrasonic jet can be changed from the aforementioned circular shape to a square or rectangle.
第11図と第12図とは、例えばバラ材料を連設するゴ
ベヤベルトのような平坦な表面を清浄にする上で用途の
ある長方形の超音速空気流を発生させることのできるノ
ズル94を示す。ノズル94は、間にテーパ付きの分割
プレー)104’i介装したテーパ付きの側板102と
102’とを備えた体部95を含む。プレート102.
102’および104はカバープレート101と103
とによって適所に保持され、該カバープレートは取付具
106により固定されている。第11図から判るように
、テーパ付のプレート102と104とは、ノズルの収
斂部分98と、スロート96と、出口100で終る分出
部分とを形成する。同一のノズル形状がテーパ付プレー
)102’と104とによって隣接して形成され、出口
100’から長方形の空気噴射を放出させる。作動時、
出口100と100′とから出てくる並列の噴射がノズ
ルから短い距離をおいて合流し、土あるいはその他の粘
着あるいは固着した材料を平坦な表面から除去する必要
のある清浄作業に対して理想的に適した一本のナイフ状
の薄い形状を提供する。円形ノズル50に関して前述し
たのと同様に、同じスロート面積に対する出口面積の比
が長方形ノズル94にも適用される。Figures 11 and 12 illustrate a nozzle 94 capable of generating a rectangular supersonic air stream that has utility in cleaning flat surfaces, such as gobey belts carrying loose materials. Nozzle 94 includes a body 95 with tapered side plates 102 and 102' with tapered split plates 104'i interposed therebetween. Plate 102.
102' and 104 are cover plates 101 and 103
The cover plate is held in place by a fixture 106. As can be seen in FIG. 11, tapered plates 102 and 104 define a converging portion 98, a throat 96, and a dispensing portion terminating in an outlet 100 of the nozzle. Identical nozzle shapes are formed adjacently by tapered plates 102' and 104, causing a rectangular air jet to be emitted from the outlet 100'. When activated,
Parallel jets emerging from outlets 100 and 100' meet at a short distance from the nozzle, making it ideal for cleaning operations where soil or other sticky or stuck materials need to be removed from flat surfaces. Provides a thin knife-like shape suitable for The same exit area to throat area ratio applies to rectangular nozzle 94 as described above with respect to circular nozzle 50.
第6図に示すように、本発明のさらに別の実施例におい
ては、例えば液状の水あるいはガス状の二酸化炭素のよ
うに冷却されると固化する物質がノズル50′の前方の
孔7へ、図において鎖線で示す送り通路59を介して導
入できる。前記通路59からの水噴霧あるいはガス状の
二酸化炭素の流れが空気の流れの中で捕捉され、空気の
流れがノズルを通して那速されるにつれて当然発生する
大きな温度低下により、収斂/分岐ノズル50’を通過
するにつれて概ね瞬間的に固化する。次いで、高速の空
気噴射を伴って氷結粒体、即ち固形CO2粒体が放出さ
れ、堀削および清浄作業において付加的な摩擦を提供す
る。本明細書で用いる「堀削」と「清浄」という用語は
本発明の所期の利用環境に関して互換的に使用しうる。In a further embodiment of the invention, as shown in FIG. 6, a substance that solidifies when cooled, such as liquid water or gaseous carbon dioxide, enters the hole 7 in front of the nozzle 50'. It can be introduced via a feed passage 59, which is shown in dotted lines in the figure. The water spray or gaseous carbon dioxide flow from said passage 59 is trapped in the air stream and the convergent/divergent nozzle 50' due to the large temperature drop that naturally occurs as the air stream is forced through the nozzle. As it passes through, it solidifies almost instantaneously. The frozen granules, ie solid CO2 granules, are then ejected with a high velocity air jet to provide additional friction in excavation and cleaning operations. As used herein, the terms "digging" and "cleaning" may be used interchangeably with respect to the intended use environment of the invention.
二酸化炭素は溶解した後は何ら使留物、即ち処理問題を
もたらさないので独特の添加物であることが認められる
。Carbon dioxide is recognized as a unique additive since it does not pose any residuals or treatment problems once dissolved.
本発明の効果上さらに示しておくために、本発明による
手持ち堀削装置と、ピックおよびショベルを用いた従来
の手作業とを比較する試験を現場で行った。比較のため
に、3種類の一般的な形態の堀削孔、即ち地表の切込み
、垂直の孔および水平方向のトンネルとをつくった。そ
の結果を、従来の手作業に対する本発明の装置2につい
て、同じ時間で堀削した材料の量の向上をパーセントで
示す。その結果が表Hに示されている。To further demonstrate the effectiveness of the present invention, tests were conducted in the field comparing a hand-held excavation device according to the present invention with conventional manual excavation using a pick and shovel. For comparison, three common types of boreholes were created: surface notches, vertical holes, and horizontal tunnels. The results show the percentage improvement in the amount of material excavated in the same amount of time for the device 2 of the present invention over conventional manual operation. The results are shown in Table H.
表 ■
地表切込み 260チ
垂直の孔 240%
トンネル 327%
表Iに示す試験はニアコンプレッサ20を約7Ky/c
rl (100psig )で作動させ、マツハ2の計
算空気噴射速度で行ったものである。したがって、前述
の結果から、−般に使用されている手作業による方法に
対する本発明の利点は自明である。Table ■ Surface cut 260 inches Vertical hole 240% Tunnel 327% The test shown in Table I uses near compressor 20 at approximately 7 Ky/c.
rl (100 psig) and the calculated air injection rate of the Matsuha 2. Therefore, from the foregoing results, the advantages of the present invention over commonly used manual methods are self-evident.
さらに当該技術分野の専問家には、手持ち作動装置2は
例えばバックホー等の機械化された堀削設備に装着する
よう修正可能なことが明らかである。また、本発明によ
る装置は自動化されたロボット堀削設備への組込みも可
能であって、この点本発明は特に適している。勿論、弁
機構を手持作動式から空気、油圧等の作動手段に修正す
ることも好ましいし、また必要であろう。Furthermore, it will be clear to those skilled in the art that the hand-held actuator 2 can be modified to be mounted on mechanized excavation equipment, such as a backhoe. The device according to the invention can also be incorporated into automated robotic excavation equipment, and the invention is particularly suitable in this respect. Of course, it may also be desirable or necessary to modify the valve mechanism from hand-actuated to pneumatic, hydraulic, or other actuation means.
本発明の特定実施例を詳細に説明してきたが、当該技術
分野の専問家には、本明細書の開示が教示することに照
して詳細において各種の修正や代案が展開しうろことが
認められる。したがって、開示した特定の配備は例示の
みであって、本発明の範囲を限定するものではなく、本
発明の範囲は特許請求の範囲とその均等物の最大範囲忙
よって規定されるべきである。Although specific embodiments of the invention have been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and alternatives to the details will occur in light of the teachings of this disclosure. Is recognized. Accordingly, the specific arrangements disclosed are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention, which should be defined by the following claims and their full scope of equivalents.
第1図は本発明により構成された手持作動装置の側面図
、
第2図は第1図に示す装置のハンドルとトリガ弁組立体
の拡大断面図、
第3図は第4図の線ト」に沿って視たハンドルと弁組立
体との断側面図、
第4図は第2図の# IV −IVに沿って視たトリガ
組立体の部分断面図、
第5図はビック状チップを適所に備えたバレル上の適所
にある収斂/分岐ノズルの部分断側面図、第6図は第5
図に類似のノズルとバレルとの部分断側面図、
第7図は角度付きの排出部分を備えたバレルの部分側面
図、
第8図は埋設された公益事業配管や電線の周りでの堀削
に使用されている本発明による手持ち作動装置の斜視図
、
第9図は本発明に採用される形式の輪台/分出ノズルの
細部を示す、第10図のMIX−IXに沿って視た拡大
、部分断面図、
第10図は第9図に示すノズルの端面図、第11図は本
発明に採用しうる長方形ノズルの部分平面図、および第
12図は第11図に示す長方形ノズルの端面図である。
図において、
2・・・堀削装置 4・・・弁体 6・・・バレ
ル8−出口端 10・・・ハンドル12・・・
トリガ機構 2o・・コンプレッサ25・・・導
管 26・・・トリガシャフト28・・弁
30・・・弁ヘッド34・・・弁 堅
50.94・・・ノズル
(外4名)
FIG、81 is a side view of a hand-held actuating device constructed in accordance with the present invention; FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the handle and trigger valve assembly of the device shown in FIG. 1; and FIG. 3 is a view taken along the line of FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the trigger assembly taken along #IV-IV of FIG. 2; FIG. Partially sectional side view of the convergent/divergent nozzle in place on the barrel in preparation for the
Figure 7 is a partial side view of a barrel with an angled discharge section similar to Figure 7. Figure 8 is a partial side view of a barrel with angled discharge section. FIG. 9 is a perspective view of a hand-held actuator according to the invention as used in the present invention; FIG. 10 is an end view of the nozzle shown in FIG. 9, FIG. 11 is a partial plan view of a rectangular nozzle that can be adopted in the present invention, and FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the rectangular nozzle shown in FIG. 11. FIG. In the figure, 2...Drilling device 4...Valve body 6...Barrel 8-outlet end 10...Handle 12...
Trigger mechanism 2o... Compressor 25... Lead
Pipe 26...Trigger shaft 28...Valve
30... Valve head 34... Valve hardness 50.94... Nozzle (4 people outside) FIG, 8
Claims (1)
とも約1.9倍の圧力のガス用リザーバを設け、 前記リザーバから収斂/分岐タイプのノズル手段までダ
クト手段を介してガスを伝達し、その貫流するガスを加
速してマツハ1以上の計算速度で前記ノズルの出口から
出るガス流を発生させ、 前記ガスの流れを前記土あるいは粒状材料塊に導くこと
によつて、前記ガスの流れが前記塊に侵入して破壊させ
る; 段階を含む土塊等粒状材料の塊を堀削する方法。 (2)特許請求の範囲第1項に記載の方法において、前
記リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約3.
675倍の圧力で提供される堀削方法。 (3)特許請求の範囲第2項に記載の方法において、前
記ノズルが、該ノズルの断面積を画成するスロートと出
口部分とを含み、前記出口部分の断面積は前記スロート
の断面積より少なくとも約1,176倍であつて、前記
ノズルを出る前記ガス流の計算速度は約マツハ1.5よ
り大きい堀削方法。 (4)特許請求の範囲第1項に記載の方法において前記
リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約7.8
3倍の圧力で提供される堀削方法。 (5)特許請求の範囲第4項に記載の方法において、前
記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
断面積より少なくとも約1.685倍であつて、前記ノ
ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ2.0より
大きい堀削方法。 (6)特許請求の範囲第1項に記載の方法において、前
記リザーバのガスが周囲の圧力より少なくとも約36.
644倍の圧力で提供される堀削方法。 (7)特許請求の範囲第6項に記載の方法において、前
記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
断面積より少なくとも約4.213倍であつて、前記ノ
ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ3.0以上
である堀削方法。 (8)特許請求の範囲第1項に記載の方法において、前
記リザーバ内のガスが周囲の圧力より少なくとも約15
0.796倍の圧力で提供される堀削方法。 (9)特許請求の範囲第8項に記載の方法において、前
記ノズルが該ノズルの断面積を画成するスロートと出口
部分とを含み、前記出口部分の断面積が前記スロートの
断面積の少なくとも約10.612倍であつて、前記ノ
ズルを出る前記ガス流の計算速度が約マツハ4.0以上
である堀削方法。 (10)特許請求の範囲第1項に記載の方法において、
前記ガスが空気である堀削方法。 (11)特許請求の範囲第1項に記載の方法において、
液体およびガスからなる群から、冷却すると固化する材
料を選定し、前記材料をノズル手段より前にダクト手段
に導入することによつて、前記材料が前記ノズル手段を
通過するにつれて冷却されて固化し、超音速ガス流に捕
捉された固形粒体が拡散された形で前記ノズル手段を出
る過程を含む堀削方法。 (12)特許請求の範囲第11項に記載の方法において
、前記ガスが空気であり、前記の導入された材料が水で
ある堀削方法。 (13)特許請求の範囲第11項に記載の方法において
、前記ガスが空気であり、前記の導入された材料が二酸
化炭素であり、周囲の圧力が大気圧である堀削方法。 〔14〕土塊等粒状材料塊を堀削する方法において、土
塊等粒状材料塊に隣接した周囲の圧力より約2から37
倍の圧力のガス用リザーバを設け、 前記リザーバから、スロート部分と出口部分とを含む収
斂/分岐タイプのノズル手段までダクト手段を介してガ
スを伝達し、前記ノズル手段を介してガスを加速して、
約マツハ1と約マツハ3との間の計算速度で前記ノズル
を出ていくガス流を発生させ、 前記ガス流を前記土等粒状材料塊に導き、 前記ガス流を前記土等粒状材料塊に侵入させて前記塊に
裂目や空洞を発生させ、 前記ガス流を前記裂目や空洞内で滞留させ、および 前記の滞留したガスを周囲の圧力まで膨張させて、その
膨張により発生する力で前記塊の部分を破壊させる、 段階を含む土等粒状材料塊を堀削する方法。 (15)特許請求の範囲第14項に記載の方法において
、前記ノズル手段の出口部分の断面積が前記スロート部
分の断面積の約1から約10.6倍の間である堀削方法
。 (16)特許請求の範囲第15項に記載の方法において
、前記ガスが空気であり、前記の周囲の圧力が大気圧で
ある堀削方法。 (17)特許請求の範囲第14項に記載の方法において
、液状の水とガス状の二酸化炭素とからなる群から選定
した材料を導入することによつて、該材料がノズル手段
を通過するにつれて冷却されて固化し、前記ガス流に捕
捉された固形粒体として前記ノズル手段を出ていく堀削
方法。 〔18〕土塊等粒状材料塊を堀削するに適した装置にお
いて、加圧されたガスを収容するリザーバと連通するよ
うにされたダクト手段と、前記ダクト手段内に位置し、
それぞれ断面積を画成するスロート部分と出口部分とを
有し、前記スロート部分の断面積に対する前記出口部分
の断面積の比が1.0以上であるノズル手段とを含み、
前記リザーバからの前記の加圧されたガスが前記ノズル
手段を通過する際マツハ1以上の計算速度のガス流を発
生するようにされている土塊等粒状材料塊を堀削する装
置。 (19)特許請求の範囲第18項に記載の装置において
、前記リザーバは土塊等粒状材料塊に隣接した周囲の圧
力より少なくとも約1.9倍の圧力で前記の加圧された
ガスを収容するようにされている堀削装置。 (20)特許請求の範囲第18項に記載の装置において
、前記のノズルのスロートの断面積に対する出口部分の
断面積の比が約1.685以上で、前記リザーバは土塊
等粒状材料塊に隣接した周囲の圧力より少なくとも約7
.83倍の圧力で前記ガスを収容するようにされており
、約マツハ2以上の計算速度でガス流を発生させるよう
にされている堀削装置。 (21)特許請求の範囲第18項に記載の装置において
、固化可能の材料を前記ノズル手段の前にダクト手段へ
導入する通路手段を含み、前記材料が固化して、前記ガ
ス流に捕捉されて前記ノズルを通過するようにされてい
る堀削装置。 (22)特許請求の範囲第18項に記載の装置において
、前記ダクト手段に関連し、前記リザーバから前記ノズ
ル手段までのガスの流量を調整するようにされた弁手段
を含む堀削装置。 (23)特許請求の範囲第22項に記載の装置において
、前記弁手段は貫通孔を有し、前記堀削装置と作動接続
されると前記ダクト手段と前記リザーバとに連通するよ
う位置した弁体を含み、前記弁手段はさらに、ヘッド部
分と心棒により相互に接続されたピストン部分とを有す
る弁部材を含み、前記ヘッド部分は前記弁手段が非作動
位置に来ると前記弁の孔の加圧されたガスを密封するよ
うにされ、前記弁手段はさらに、該弁手段が作動位置に
あると加圧されたガスと弁部材のピストン部分との間で
連通するようにされたパイロット孔手段を含み、そのた
め前記の加圧されたガスは前記パイロット孔手段を貫流
して前記ピストン部分に作用し前記弁部材を運動させ、
かつ前記ヘッド部分を離堅させ、加圧されたガスが前記
弁体の孔を通つてダクト手段まで流れることができるよ
うにする堀削装置。 (24)特許請求の範囲第23項に記載の装置において
、前記弁手段がトリガ手段を含み、該トリガ手段は作動
位置にあると前記パイロット孔手段と連通して、加圧さ
れた空気を貫流させて前記弁ヘッドと離堅させ、かつ非
作動位置にあると前記パイロット孔手段を閉鎖するよう
にされたパイロットポートを有する回転可能の円筒形部
分を含む堀削装置。 (25)特許請求の範囲第24項に記載の装置において
、前記トリガ手段の円筒形部分はまた、該トリガ手段が
非作動位置まで運動すると加圧された空気をパイロット
孔手段から大気へ逃すようにした抽気ポートを形成して
いる堀削装置。 (26)特許請求の範囲第18項に記載の装置において
、前記ダクト手段とノズル手段とが火花を発生させない
材料から構成されている堀削装置。[Scope of Claims] [1] A method for excavating a mass of granular material, such as a clod of soil, comprising: providing a reservoir for gas at a pressure at least about 1.9 times the pressure of the surrounding area adjacent to the soil or mass of granular material; conveying gas through duct means from a reservoir to convergent/divergent type nozzle means, accelerating the gas flowing through it to produce a gas stream exiting the outlet of said nozzle at a calculated speed of not less than Matsuha 1; A method of excavating a mass of granular material, such as a soil mass, comprising the steps of: directing a flow into the soil or mass of granular material so that the gas flow penetrates and destroys the mass. (2) The method of claim 1, wherein the gas in the reservoir is at least about 3.0 mm below ambient pressure.
Drilling method provided with 675 times more pressure. (3) The method of claim 2, wherein the nozzle includes a throat and an outlet portion defining a cross-sectional area of the nozzle, the cross-sectional area of the outlet portion being less than the cross-sectional area of the throat. A method of drilling, wherein the calculated velocity of the gas flow exiting the nozzle is at least about 1,176 times greater than about 1.5. (4) The method of claim 1, wherein the gas in the reservoir is at least about 7.8 m below ambient pressure.
Drilling method provided with triple pressure. (5) The method of claim 4, wherein the nozzle includes a throat and an outlet portion defining a cross-sectional area of the nozzle, the cross-sectional area of the outlet portion being at least less than the cross-sectional area of the throat. A method of drilling where the calculated velocity of the gas flow exiting the nozzle is about 1.685 times greater than about Matsuha 2.0. (6) A method as claimed in claim 1, wherein the gas in the reservoir is at least about 36.6 mm below ambient pressure.
A drilling method provided with 644 times the pressure. (7) The method of claim 6, wherein the nozzle includes a throat and an outlet portion defining a cross-sectional area of the nozzle, the cross-sectional area of the outlet portion being at least less than the cross-sectional area of the throat. 4.213 times, and the calculated speed of the gas flow exiting the nozzle is about 3.0 or more. (8) The method of claim 1, wherein the gas in the reservoir is at least about 15% below ambient pressure.
Drilling method provided at 0.796 times the pressure. (9) The method of claim 8, wherein the nozzle includes a throat and an outlet portion defining a cross-sectional area of the nozzle, the cross-sectional area of the outlet portion being at least as large as the cross-sectional area of the throat. 10.612 times and the calculated velocity of the gas flow exiting the nozzle is about 4.0 or more. (10) In the method according to claim 1,
A drilling method in which the gas is air. (11) In the method according to claim 1,
Selecting a material from the group consisting of liquids and gases that solidifies on cooling, and introducing said material into the duct means before the nozzle means so that said material cools and solidifies as it passes through said nozzle means. . A method of excavating, comprising the step of solid particles trapped in a supersonic gas flow exiting said nozzle means in diffused form. (12) The method according to claim 11, wherein the gas is air and the introduced material is water. (13) The method according to claim 11, wherein the gas is air, the introduced material is carbon dioxide, and the surrounding pressure is atmospheric pressure. [14] In a method for excavating a lump of granular material such as a lump of soil, the pressure of the surrounding area adjacent to the lump of granular material such as a lump of soil is about 2 to 37
providing a reservoir for gas at double pressure, communicating gas from said reservoir via duct means to a convergent/divergent type nozzle means comprising a throat portion and an outlet portion, and accelerating the gas through said nozzle means; hand,
generating a gas flow exiting the nozzle at a calculated speed of between about 1 and about 3, directing the gas flow to the mass of granular material such as soil, directing the gas flow to the mass of granular material such as soil; creating fissures or cavities in the mass, causing the gas flow to stagnate within the fissures or cavities, and expanding the stagnant gas to ambient pressure such that the force generated by the expansion A method of excavating a mass of granular material, such as soil, including steps, wherein portions of the mass are destroyed. 15. The method of claim 14, wherein the cross-sectional area of the exit portion of the nozzle means is between about 1 and about 10.6 times the cross-sectional area of the throat portion. (16) The method according to claim 15, wherein the gas is air and the surrounding pressure is atmospheric pressure. (17) A method according to claim 14, by introducing a material selected from the group consisting of liquid water and gaseous carbon dioxide, as the material passes through the nozzle means. A method of drilling which cools and solidifies and exits the nozzle means as solid particles trapped in the gas stream. [18] In an apparatus suitable for excavating a lump of granular material such as a clod of earth, a duct means configured to communicate with a reservoir containing pressurized gas, and located within the duct means,
nozzle means having a throat portion and an outlet portion each defining a cross-sectional area, the ratio of the cross-sectional area of the outlet portion to the cross-sectional area of the throat portion being greater than or equal to 1.0;
Apparatus for excavating a mass of granular material, such as a clod of earth, wherein said pressurized gas from said reservoir is adapted to generate a gas flow with a calculated velocity of greater than or equal to Matsuha 1 when said pressurized gas passes through said nozzle means. 19. The apparatus of claim 18, wherein the reservoir contains the pressurized gas at a pressure of at least about 1.9 times the ambient pressure adjacent to the mass of particulate material, such as a clod of earth. A drilling device that is designed to (20) The apparatus according to claim 18, wherein the ratio of the cross-sectional area of the exit portion to the cross-sectional area of the throat of the nozzle is about 1.685 or more, and the reservoir is adjacent to a mass of granular material such as a clod of soil. at least about 7° below the ambient pressure
.. A drilling device adapted to contain said gas at 83 times the pressure and to generate a gas flow at a calculated speed of approximately Matsuha 2 or more. (21) An apparatus as claimed in claim 18, including passage means for introducing solidifiable material into duct means before said nozzle means, wherein said material solidifies and becomes trapped in said gas stream. The excavating device is adapted to pass through the nozzle. (22) An excavating device according to claim 18, including valve means associated with the duct means and adapted to adjust the flow rate of gas from the reservoir to the nozzle means. (23) The device according to claim 22, wherein the valve means has a through hole and is positioned to communicate with the duct means and the reservoir when operatively connected to the excavation device. the valve means further includes a valve member having a head portion and a piston portion interconnected by a mandrel, the head portion being adapted to press the bore of the valve when the valve means is in an inoperative position. The valve means is adapted to seal the pressurized gas, and the valve means further includes pilot hole means adapted to communicate between the pressurized gas and the piston portion of the valve member when the valve means is in the actuated position. so that said pressurized gas flows through said pilot hole means and acts on said piston portion to move said valve member;
and a drilling device for releasing said head portion to allow pressurized gas to flow through the hole in said valve body to the duct means. (24) The apparatus of claim 23, wherein the valve means includes a trigger means which, when in the actuated position, communicates with the pilot hole means to allow pressurized air to flow therethrough. A drilling device comprising a rotatable cylindrical portion having a pilot port adapted to be spaced apart from the valve head and to close the pilot hole means when in an inoperative position. (25) The apparatus of claim 24, wherein the cylindrical portion of the trigger means is also configured to allow pressurized air to escape from the pilot hole means to the atmosphere upon movement of the trigger means to an inactive position. The drilling device that forms the bleed port. (26) The excavating device according to claim 18, wherein the duct means and the nozzle means are made of a material that does not generate sparks.
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