(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浅瀬で作動する水底トレンチ掘削装置であって、当該装置は、トレンチ掘削高圧噴射ツールと、該噴射ツールと流体連通する流体出力が比較的高圧であり、流体入力が比較的低圧である１次ポンプと、取水口と流体連通する主吸水部を有し、該１次ポンプの流体入力に関連するとともに、前記取水口での周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に前記１次ポンプの流体入力の圧力を局所的に上昇させるように動作可能な噴射ポンプとを具え、前記噴射ポンプには入口と出口があり、前記入口が前記１次ポンプの前記高圧の流体出力と第１のラインを介して流体連通し、前記出口が、前記噴射ポンプの前記出口から前記１次ポンプの流体入力までの流体の流れを許容するように前記１次ポンプの流体入力と流体連通し、当該装置は、前記１次ポンプの前記高圧の流体出力用の出口から、前記噴射ポンプを隔絶させるために動作可能なアイソレータをさらに具え、前記アイソレータは、前記周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に十分な場合に動作し、前記１次ポンプは、前記高圧の流体出力の下流に設けられた制御可能な１つ以上のフロー制限バルブを具え、該バルブは、フロー制限状態及びフロー非制限状態を有し、前記フロー制限状態は、前記フロー非制限状態と比較し、前記１次ポンプへの入力フローを低減させるとともに前記１次ポンプの流体出力の排出圧を増加させ、前記制御可能な１つ以上のフロー制限バルブは、前記１次ポンプの流体出力との流体連通を許容するように第２のラインを介して前記１次ポンプの流体出力と前記噴射ツールとの間に接続されており、前記噴射ポンプは、前記１つ以上のフロー制限バルブが前記フロー制限状態であるとともに前記アイソレータが開いているときに、前記噴射ポンプの前記入口を介して高圧の流体入力を受ける水底トレンチ掘削装置。
【請求項２】
浅瀬で作動する水底トレンチ掘削装置の作動方法であって、当該装置が、トレンチ掘削高圧噴射ツールと、該噴射ツールと流体連通する流体出力が比較的高圧であり、流体入力が比較的低圧である１次ポンプとを具え、前記１次ポンプは、前記高圧の流体出力の下流に制御可能な１つ以上のフロー制限バルブを具え、該バルブは、フロー制限状態及びフロー非制限状態を有し、前記フロー制限状態は、前記フロー非制限状態と比較し、前記１次ポンプへの入力フローを低減させるとともに前記１次ポンプの流体出力の排出圧を増加させ、前記制御可能な１つ以上のフロー制限バルブは、前記１次ポンプの流体出力との流体連通を許容するように第１のラインを介して前記１次ポンプの流体出力と前記噴射ツールとの間に接続されており、当該装置は、取水口と流体連通する主吸水部を有するとともに前記１次ポンプの流体入力と流体連通する噴射ポンプをさらに具え、前記噴射ポンプには入口と出口があり、前記入口が前記１次ポンプの前記高圧の流体出力と第２のラインを介して流体連通し、前記出口が、前記噴射ポンプの前記出口から前記１次ポンプの流体入力までの流体の流れを許容するように前記１次ポンプの流体入力と流体連通し、当該方法は、前記取水口での周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に、前記噴射ポンプを用いて前記１次ポンプの流体入力の圧力を局所的に上昇させるステップを含み、当該方法は、前記周囲圧力がキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に１次ポンプを起動させて１つ以上のフロー制限バルブをフロー制限状態とするステップと、前記１次ポンプの流体入力の圧力が所定の閾値に達した場合に前記１つ以上のフロー制限バルブを非制限状態とするステップとをさらに含む、水底トレンチ掘削装置の作動方法。
【請求項３】
前記周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に十分な場合に、前記１次ポンプの高圧の流体出力用の出口から、前記噴射ポンプを隔絶するステップをさらに含む、請求項２に記載の水底トレンチ掘削装置の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプ装置に関し、特には、浅瀬にて高圧水を供給するポンプ装置に関する。本発明に係るポンプ装置は、特に、海底にトレンチを形成する噴射ツールを用いた装置に適用可能である。このようなトレンチは、例えば、海底にパイプやケーブルを埋設するのに必要とされる。
【背景技術】
【０００２】
高圧水噴射によって海底にトレンチを形成する、トレンチ掘削装置は周知である。最近まで、このような高圧噴射によるトレンチ掘削装置は、比較的水深が深い場所（深海）での使用が主であったが、比較的水深の浅い場所（浅瀬）での使用を求める声が高まっている。しかしながら、噴射ツールを浅瀬で使用するにはいくつかの問題がある。
【０００３】
噴射ツールの出口に高圧水を供給するにあたっては、ポンプを用いて、噴射ツールの周囲から水を汲み上げる。一般に、当該ポンプは、水中に沈められて、噴射ツールの出口の比較的近くに配置される。例えば、便宜上、ポンプを水底トレンチ掘削車両の車体に搭載することができる。この種の適用例においては、多段軸ポンプ及び混合軸流ポンプのような高比速度ポンプを用いることが好ましい。なぜなら、これらのタイプのポンプは、一般に、遠心タイプのようなポンプよりもサイズが小さく且つ軽量であるからである。
【０００４】
高比速度ポンプにおける大量の取水フローは、ポンプの取水側の周囲圧力を低下させる効果がある。この周囲圧力の低下は、深海であれば許容できるが、浅瀬においては、当該周囲圧力の低下によってポンプ内にキャビテーションが発生する可能性が十分にある。周知のとおり、キャビテーションは、ポンプ性能を低減させ、また耐用年数を短縮する傾向にある。
【０００５】
浅瀬におけるキャビテーションの問題の一解決策としては、１次ポンプの上流に、低圧且つ大量のフローを提供することができる補助ポンプを導入することが提案されている。このような補助ポンプは、例えば、トレンチ掘削車両もしくはサービス船に搭載すること、又は海岸に設置することができる。しかしながら、補助ポンプの導入は不便である上、装置全体を複雑にしてしまう。１次ポンプとして低比速度ポンプを用いることもできるが、上記したように、かようなポンプは重量が大きく高価である。
【０００６】
本発明は、このような問題を未然に防ぐこと又は軽減すること、及び、それを達成し得るポンプ装置を提供することを目的とする。特には、浅瀬での使用に適当であり、キャビテーションの問題を低減又は回避し得るトレンチ掘削装置の噴射ツールを提供することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１態様はポンプ装置であり、該ポンプ装置は、流体入力が比較的低圧であり流体出力が比較的高圧である１次ポンプと、該１次ポンプの流体入力に関連する手段とを具え、該手段が、周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に、前記１次ポンプの流体入力の圧力を局所的に上昇させる。
【０００８】
流体入力の圧力を局所的に上昇させるために動作可能な手段は噴射ポンプである。
【０００９】
噴射ポンプには入口と出口があり、入口が１次ポンプの高圧の流体出力と流体連通し、出口が１次ポンプの流体入力と流体連通する。
【００１０】
ポンプ装置は、１次ポンプの高圧の流体出力用の出口から、噴射ポンプを隔絶させるために動作可能なアイソレータをさらに具える。
【００１１】
１次ポンプは、高圧の流体出力の下流に制御可能な１つ以上のフロー制限バルブを具え、該バルブは、フロー制限状態及びフロー非制限状態を有し、フロー制限状態は、フロー非制限状態と比較し、動作可能に、１次ポンプへの入力フローを低減させるとともに１次ポンプの流体出力の排出圧を増加させる。
【００１２】
本発明の第２態様は、浅瀬で動作する水底トレンチ掘削装置であり、当該装置は、トレンチ掘削高圧噴射ツールと、該噴射ツールと流体連通する流体出力が比較的高圧であり、流体入力が比較的低圧である１次ポンプと、該１次ポンプの流体入力に関連するとともに、周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に１次ポンプの流体入力の圧力を局所的に上昇させるように動作可能な手段とを具える。
【００１３】
当該第２態様において、前記流体入力の圧力を局所的に上昇させるために動作可能な手段噴射はポンプである。
【００１４】
当該第２態様において、噴射ポンプが入口及び出口を有し、入口が１次ポンプの高圧の流体出力と流体連通し、出口が１次ポンプの流体入力と流体連通する。
【００１５】
水底トレンチ掘削装置は、１次ポンプの高圧の流体出力用の出口から、噴射ポンプを隔絶させるために動作可能なアイソレータをさらに具え、該アイソレータは、周囲圧力が１次ポンプ内のキャビテーションを回避するのに実質的に十分な場合に動作可能である。
【００１６】
当該第２態様において、１次ポンプは、高圧の流体出力の下流に設けられた制御可能な１つ以上のフロー制限バルブを具え、該バルブは、フロー制限状態及びフロー非制限状態を有し、フロー制限状態は、フロー非制限状態と比較し、１次ポンプへの入力フローを低減させるとともに１次ポンプの流体出力の排出圧を増加させる。
【００１７】
本発明の第３態様は、浅瀬で作動する水底トレンチ掘削装置の作動方法であって、当該装置が、トレンチ掘削高圧噴射ツールと、該噴射ツールと流体連通する流体出力が比較的高圧であり、流体入力が比較的低圧である１次ポンプとを具え、当該方法は、周囲圧力が前記１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に、前記１次ポンプの流体入力の圧力を局所的に上昇させるステップを含む。
【００１８】
流体入力の圧力を局所的に上昇させるステップでは、流体入力と流体連通する噴射ポンプを用いる。
【００１９】
噴射ポンプには入口と出口があり、入口が１次ポンプの高圧の流体出力と流体連通し、出口が１次ポンプの流体入力と流体連通する。
【００２０】
好適な実施形態において、当該水底トレンチ掘削装置の作動方法はさらに、周囲圧力が１次ポンプ内のキャビテーションを抑制するのに実質的に十分な場合に、１次ポンプの高圧の流体出力用の出口から、噴射ポンプを隔絶するステップをさらに含む。
【００２１】
１次ポンプは、高圧の流体出力の下流に制御可能な１つ以上のフロー制限バルブを具え、該バルブは、フロー制限状態及びフロー非制限状態を有し、フロー制限状態は、フロー非制限状態と比較し、１次ポンプへの入力フローを低減させるとともに１次ポンプの流体出力の排出圧を増加させ、当該水底トレンチ掘削装置の作動方法は、周囲圧力がキャビテーションを抑制するのに実質的に不十分である場合に１次ポンプを起動させて１つ以上のフロー制限バルブをフロー制限状態とするステップと、１次ポンプの流体入力の圧力が所定の閾値に達した場合に前記１つ以上のフロー制限バルブを非制限状態とするステップとを含む。
【００２２】
本発明の一例としての実施形態をさらに、添付の図面を参照しながら以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に従うポンプ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
さて、本発明に係るポンプ装置１０が記載される図面を参照すると、該ポンプ装置１０は、１次ポンプ２０及び噴射ポンプ５０を具える。１次ポンプ２０は、多段軸ポンプ及び混合軸流ポンプのような高比速度ポンプである。
【００２５】
図示例において、１次ポンプ２０は、１次ポンプモータ２２、１次ポンプ取水口２４及び排出マニホールド又は流体出力部（１次ポンプの出口）２６を具えることがうかがえる。１次ポンプの出口２６は、ライン６４及び６６を介して噴射ツール７０に連通している。詳細には、１次ポンプ２０は、高圧水を、ライン６４、６６を経由して噴射ツール７０に供給する。それから、高圧水を噴射ツール７０の１つ以上のノズルから放出することによって海底にトレンチを掘削する。
【００２６】
噴射ポンプそれ自体は当該分野において既知のものであり、適当な噴射ポンプの構成は当業者の知るところであろう。図１の噴射ポンプ５０は、取水口５２からライン６０を介する主吸水部を有する。取水口５２は、水中に含まれ得る瓦礫や岩屑が取り込まれるのを防ぐべく、ろ過器等を具えて役立てることができる。噴射ポンプ５０からの出力は、ライン６８を介して第１ポンプ２０と連通している。また、動力による噴射ポンプ５０への流体入力は、ライン６２を介して１次ポンプ２０の高圧の流体出力２６と流体連通している。
【００２７】
遮断弁（アイソレータ）３０はライン６２に具えられ、該遮断弁３０によって、噴射ポンプ５０を１次ポンプの出口２６から隔絶することができる。すなわち、遮断弁３０によって隔絶された状態では、１次ポンプの出口２６からジェットポンプ５０への動力流体のフローが停止する。
【００２８】
１次ポンプの出口２６から延びるライン６４は、１つ以上のスロットバルブ（フロー制限バルブ）４０と流体連通して終端している。また、１つ以上のスロットバルブから延びるライン６６は、噴射ツール７０と連通している。このように、噴射ツール７０は、１次ポンプ２０の出口２６から高圧水を受ける。
【００２９】
１つ以上のスロットバルブ４０は、例えば、アクチュエータ４２等を用いて、スロット状態（フロー制限状態）又はノンスロット状態（フロー非制限状態）を選択的に適用するよう操作可能である。
【００３０】
１次ポンプ２０は、水中で作動する。例えば、１次ポンプ２０は、トレンチ装置の本体に取り付けることができる。１次ポンプ内にキャビテーションが生じる恐れのない、従来の深海にて動作する場合は、噴射ポンプ５０が１次ポンプ２０の流体出力２６に連通するのを防ぐべく、遮断弁３０を閉鎖することができる。
遮断弁３０を閉鎖した状態では、第１ポンプ２０の取水口２４は、周囲の水圧に応じた流体（すなわち、１次ポンプ２０が沈んでいる水域の圧力）を受ける。噴射ポンプ５０が（遮断弁３０が閉じているため）動作していない状態であっても、当該噴射ポンプから１次ポンプの取水口２４に流体フローを送ることができる点に留意されたい。
深海で動作する場合、１次ポンプ２０近傍の水圧は、ポンプ内のキャビテーションを回避するのに十分である。深海おいて噴射ポンプ５０を１次ポンプ２０の高圧の流体出力２６から隔絶することは、かかる場合におけるポンプ装置の作動効率の向上に有利に働く。
【００３１】
しかしながら、浅瀬では、１次ポンプ２０近傍の水圧がポンプ内のキャビテーションを抑制するのに十分でない場合がある。
【００３２】
本発明のポンプ装置１０は、遮断弁３０を開いた状態にすることによって浅瀬でも作動する。このように、噴射ポンプ５０は、ライン６２を介して１次ポンプ２０の高圧の流体出力２６と連通している。すなわち、高圧の流体出力２６のフローの一部は、ライン６２を介して噴射ポンプ５０に流れ込む。ライン６２を介して、噴射ポンプ５０が受ける高圧の流体フローは、噴射ポンプ５０の動力流体を生じさせる。このようにして、かかる作動状態においては、１次ポンプ２０の取水口２４が受ける水の局所圧力が、ポンプ内のキャビテーションを低減又は解消可能な程度にまで上昇される。
【００３３】
遮断弁３０は、手動で操作することができ、又は、アクチュエータ３０Ａを用いて操作することができる。極めて水深の浅い浅瀬にてポンプ装置１０を用いる場合、アイソレータ２０は不要である。
【００３４】
本発明のポンプ装置１０は、作動中に、作動状態のまま、深海から浅瀬へと移動することができ、その逆も然りである。浅瀬から深海へと移動する際は、１次ポンプ２０近傍の水域が十分に深くなり、該１次ポンプ２０内にキャビテーションが生じるリスクが十分に低減されると、遮断弁３０を閉じることができる。
【００３５】
反対に、深海から浅瀬へと移動する際は、１次ポンプ２０近傍の水域が依然として十分に深く、該１次ポンプ２０内にキャビテーションが生じるリスクがまだ十分に低い段階で、遮断弁３０を開くことができる。すなわち、遮断弁は、キャビテーションのリスクが生じる程度に水深が浅くなる前に開く、ということである。
【００３６】
深海から浅瀬へ、又は、浅瀬から深海へと移動する場合のいずれにおいても、１次ポンプ２０の動作は中断されない。
【００３７】
本発明に従うポンプ装置１０が深海で（停止状態から）作動する場合、１次ポンプの動作が開始する前に、遮断弁３０を閉じ位置にセットすることができる。
【００３８】
本発明に係るポンプ装置１０が浅瀬で（停止状態から）作動する場合、動作の初期段階、すなわち、噴射ポンプ５０が１次ポンプの取水口２４への入力圧力を高めるのに有効になる前の段階において、キャビテーションを抑制するためのステップを講じなければならない。その目的で、１次ポンプ２０の高圧の流体出力２６は、ライン６４を介して、フロー制限状態とフロー非制限状態とを選択的に適用可能な１つ以上のフロー制限バルブ４０と連通している。ポンプ装置１０を浅瀬で作動し始めるにあたっては、１つ以上のフロー制限バルブ４０は、例えばアクチュエータ４２等によって制限状態にセットされる。１つ又は複数のフロー制限バルブ４０を制限状態にセットすると、１次ポンプ２０への流体フローが減少し、１次ポンプの流体出力２６における排出圧が増す。これにより、キャビテーションの発生が回避されるか、少なくとも著しく低減する。噴射ポンプ５０は、（遮断弁３０が開いているため）ライン６２を介して高圧の入力を受け、１次ポンプの取水口２４における圧力を増し、キャビテーションの発生をさらに低減する。その後、１つ以上のフロー制限バルブ４０が開かれて、ポンプ装置１０は完全な動作状態となる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、本発明に係るポンプ装置１０は、複数のフロー制限バルブ４０を有する。かかる実施形態では、複数のフロー制限バルブ４０の各々は、噴射ツール７０が有する複数のノズルと個々に連通することができる。各バルブ４０は、上に概説したように、個々に、制限又は非制限状態に適用可能である。有利には、噴射ツール７０の複数のノズルを、複数のフロー制限バルブ４０と組み合わせて用いると、噴射ツール７０から排出される流体の圧力低下を最小限に留められる。噴射ツール７０のノズルの各々は、フロー制限バルブ４０ではなく噴射ツール７０のノズルで生じるいかなる圧力低下をも補填する、別々のフロー制限バルブ４０からフローを受けることができる。このような実施形態におけるポンプ装置１０の効率は、フロー制限バルブ４０の各々を、完全に開いた状態、又は、完全に閉じた状態とすることによって最適化することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、本発明に係るポンプ装置１０の構成要素は、キャビテーションのリスクをさらに低減するべく、異なる速度で動作することができる。従って、１次ポンプ２０に、可変速度駆動システムを組み込むことができる。こうして、本発明に係るポンプ装置１０が浅瀬で（静止状態から）作動開始される場合、１次ポンプ２０の速度を落として、動作の初期段階におけるキャビテーションのリスクを低減することができる。
【００４１】
本明細書の記載及び特許請求の範囲を通して、「具える」、「含む」、及びその類の用語は、「具える又は含むが、それに限定されない」ことを意味し、他の部分、他の追加物、他の構成要素、他の数値又は他のステップを除外すること、又は、除外しないことを意図していない。本明細書の記載及び特許請求の範囲を通して、特に断りのない限り、単数形は複数形を包含する。特には、文脈から他の解釈が必要でない限り、不定冠詞は、単数と同様に複数を意図するものとして解釈されるよう使用されている。
【００４２】
本発明の特定の態様、実施形態又は事例に関連して記載される特徴、数値、特性、化合物、化学部分又はグループは、矛盾しない限り、本明細書に記載される他のすべての態様、実施形態又は事例に適用可能であると理解される。本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示されるすべての特徴、及び／又は、同様に開示されるいずれの方法又は工程のすべてのステップは、相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せにて組み合わせることができる。本発明は、前述の任意の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書（添付の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示された特徴の任意の新規なものの１つ、又は、任意の新規の組合せ、又は、記載された任意の方法又は任意の工程のステップの、新規のもの又は新規の組合せに及ぶ。
【００４３】
本明細書の読者の注意・関心は、本出願に関連して、本出願と同時に又は以前より出願され、本明細書とともに公衆の閲覧に付されているすべての論文及び文書に向けられており、かような論文及び文書の内容は、参照により本明細に組み込まれる。
【図１】
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