JP2000501043A - 浮遊構造物用波減衰装置 - Google Patents

浮遊構造物用波減衰装置

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Abstract

(57)【要約】 波によって生じる浮遊構造物の垂直方向運動成分を減衰する減衰装置である。減衰装置は、浮遊構造物11の底部から下方にスカートの形で突出し、ほぼ水平に延び、流入開口部27、28、36、37、38から、浮遊構造物11と離れた流出開口部16、46に集まる複数の経路47で構成されている。構造物11が下方に移動すると、水が下から経路47を通って導入され、構造物の垂直方向の運動を減衰する効果をともなう噴流効果を生じる。また、減衰装置は、浮遊構造物上にあって外側に突出するスカートの形をとり、複数の経路17で構成されていてもよく、この場合、いくつかの第一の通路27、28がほぼ垂直方向に延び、いくつかの第二の通路29と一体になっている。第二の通路は、少なくともほぼ水平方向に延び、減衰装置12を通過する時間の一部の間に第一の通路27、28を通るほぼ垂直な運動方向から第二の通路29を通る水平な運動方向に水を通す。減衰装置12を減衰装置13の直上に配置して二つの減衰装置を組み合わせることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 浮遊構造物用波減衰装置 本発明は、請求の範囲第1項の前置き部分に記載の浮遊構造物用波減衰装置に 関する。 米国特許第5330293号では、断面が環状のオイル・プラットフォームに ついて記載している。このプラットフォームには、その下端部に水平方向に延び るスカートが設けてあり、このスカートには波によって生じる動きを抑制する働 きがある。スカートには係留手段も固定してある。この波減衰スカートは全閉式 になっている。 米国特許第3673974号は、プラットフォームからわずか下方に、大型の 水平有孔プレートを設けたプラットフォームを教示している。そればかりではな く、この種の減衰装置を、ノルウェーの採掘産油船ぺトロジャール (Petrojarl)に搭載しようという提案が、約10年から12年前に行 われている。モデル実験においては、モデルの下方わずかの距離に、水平プレー ト全体を吊り下げて使用した。このプレートはほとんど効果がないことが証明さ れた。この種のプレートを前記の採掘産油船に装備するのにかかる余分なコスト に引き合うはずもなく、実際、ぺトロジャールには、前記のような減衰プレート は装備されなかった。開口部があるプレートを装備すると減衰効果が若干向上す るが、意味があるとはいえない。この種のプレートを効果的なものにするには、 海面よりもかなり潮流が穏やかな水深、すなわち少なくとも水深40mの位置に プレートを設置しなければならない。しかし、これではコストがかかりすぎて、 利益が上がらないことは自明である。 英国特許第2200082号は、上記の減衰装置に類似した減衰手段を教示し ているが、この手段には、減衰装置と関連して大型のバラスト・タンクも設けて ある。このバラスト・タンクは、構造物の重量を増加させるだけであり、波によ って生じるプラットフォームの動きを減衰させる効果は小さい。 米国特許第3224401号は、二種類の減衰装置を装備したプラットフォー ムを教示している。一方の減衰装置は、水平支柱にそって配置した水平有孔プレ ートを備えている。本発明の出願人によるモデル実験から、速度7〜8m/秒の 動きに対しては、この種の減衰装置にわずかながら効果があることが明らかとな った。ところが、プラットフォームの通常の動作速度は、1〜4m/秒である。 この範囲では、前記米国特許による減衰装置の効果はほとんどない。もう一方の 減衰装置は、垂直支柱を貫通する通路を備えている。この減衰装置によればプラ ットフォームの浮力は低下するが、プラットフォームの動きを減衰する効果はき わめて低い。米国特許第3224401号に記載の減衰装置は、メキシコ湾でよ く経験するような比較的良好な天候に限って有効であり、例えば、北極海で遭遇 するような悪天候ではほとんど効果がないものと思われる。 英国特許第2009693号は、アーチ状をなして水平から約45゜の角度で 上方に延びる通路を備えたコンクリート製タワーを教示している。この通路は上 下動を減衰させ、タワーの傾斜を防止するものである。ところが、この減衰装置 の構造はきわめて複雑であるため、コンクリートで成形しなければならない。し たがって、メインテナンス上、大きな障害が生じ、この減衰装置は、コンクリー ト製タワーにしかふさわしくなく、プラットフォームには不向きである。実際、 このコンクリート製タワーの負荷能力は非常に低い。コンクリート製コラムの底 部には多数のセルが設けてあるが、セルには水塊が入り、構造物の重量が増加す るだけであるため、セルの減衰効果はきわめて小さい。 米国特許第3921408号は、保護対象構造物の外側に位置する垂直および 水平梁を備えた装置を教示している。この装置は、波から発生する飛沫を減衰す るには最適であるが、波によって生じる浮遊構造物の動きを減衰する効果はまっ たくない。 米国特許第4232623号は、側部に複数の開口部を設けたはしけを教示し ている。この開口部は波の飛沫を吸収するが、波によって生じる動きを減衰する 作用はごくわずかである。これは、外殻内にあってはしけとともに移動する余分 な水塊により、はしけの重量が増加するためである。米国特許第4232623 号に記載の装置は、はしけの浮力が非常に小さいため、穏やかな海上に限り効果 がある。 スウェーデン特許第421773号は、潜水艇の浮上および潜行経路内の水面 の動きを減衰する装置を教示している。経路の周囲には、多数の開口部を介して 経路と連通する室が設けてある。また、室内には、水平隔壁が設けてあり、この 隔壁には開口部が設けてある。この開口部の目的は、プラットフォームの動きを 減衰させることにあるのではなく、浮上および潜水経路内の水面の動きの減衰、 すなわち、いわゆる間欠効果を止めることにある。 デンマーク特許第129144号は、水平格子および傾斜格子から成る波よけ を教示している。この装置は、例えば、桟橋に波の飛沫がかかるの防止するのに 効果的である。ところが、この波よけを浮遊構造物に取り付けたにしても、波に よって生じる動きを減衰する効果が向上することはない。 本発明の目的は、小型であるにもかかわらず、既知の波減衰装置よりも波によ って生じる動きの減衰レベルが高い、より効果的な波減衰装置を提供することで ある。 この目的は、請求の範囲第1項に記載の特徴により達成される。その際に、浮 遊構造物の上昇運動および/または下降運動を横方向の水の噴流に変換すること ができる。水の噴流により、減衰装置が見かけ上大きくなり、浮遊構造物が安定 する。 本発明のその他の利点は、従属請求項に記載した特徴により実現される。水を 一定時間、減衰装置によって「保持」してから狭隘な通路に通すことができる点 は特筆すべきである。このようにすれば、浮遊構造物の垂直方向の動きの減衰に 利用できる水からエネルギーをより多く回収することが可能である。 以下、添付の図面を参照して、本発明につきさらに詳細に説明する。 第1図は、本発明による波減衰装置の第一の好ましい実施例の見取図である。 図中、明瞭化を図るため、下部減衰装置を上部減衰装置からわずかに離して示し てある。 第2図は、第1図の減衰装置の横方向断面図である。 第2a図から第2e図は、第1図の減衰装置の個々のプレート部分の平面図で ある。 第3図は、第1図の減衰装置の横方向断面図であり、水の流路を合わせて示し てある。 第4図は、本発明による波減衰装置の第二の好ましい実施例の見取図である。 図中、明瞭化を図るため、下部減衰装置を上部減衰装置からわずかに離して示し てある。 第5図は、第4図の減衰装置の横方向断面図である。 第1図に減衰装置10を示す。この減衰装置は、浮遊構造物11に固定されて いる。減衰装置は、二つの主要構成要素、すなわち、上部減衰装置12および下 部減衰装置13から構成されている。各減衰装置12および13は、二重壁構造 になっており、上部減衰装置12は上部プレート21および底部プレート22を 備えている。プレート21および22は、端部壁14と、プレート21および2 2の長さを横切るように垂直に延びている隔壁24とを介して前縁部33で接続 されている。浮遊構造物が、上部減衰装置の前部壁15を画定してもよいが、前 部壁は、独立したプレートで構成されていてもよい。プレート21、22と隔壁 24との間には、隔室25が画定されている。上部プレート21および底部プレ ート22には、それぞれ開口部27および28が設けてある。この開口部は、上 部プレート21と底部プレート22とに交互に配置してあり、したがって隔室2 5は、一つおきに上向きの開口部27と下向きの開口部28とを備えている。隔 壁24には、開口部29も設けてある。端部壁14には開口部16が一箇所設け てある。このように、流動経路17は、浮遊構造物に対して水が上方に移動する か下方に移動するかにしたがい、水が開口部28または27から流入し、隔室2 5を経て開口部28または27から流出するように画定されている。 下部減衰装置13も二重壁構造であり、上部プレート31および底部プレート 32から構成されている。プレート31および32は、端部壁44と、プレート 31および32の長さを横切るように垂直に延びている隔壁34とを介して前縁 部33で接続されている。下部減衰装置13も、前部壁45を備えている。プレ ート31、32と隔壁34との間には、隔室35が画定されている。上部プレー ト31および底部プレート32には、それぞれ開口部37および38が設けてあ る。この開口部は、一つおきの隔室35で、上部プレート31と底部プレート3 2とに配置してあり、したがって隔室35は、一つおきに上向きの開口部37と 下向きの開口部38とを備えている。隔壁34には、開口部を設けていない。端 部壁44には、開口部46が一つ設けてある。前部壁45には、上向きの開口部 37と下向きの開口部38とをそれぞれ備えていない隔室35の内側に開口部3 6が設けてある。このように、流動経路47は、水が開口部36または37また は38、あるいは36、37の両方または38から流入し、隔室35を経て開口 部46から流出するように画定されている。 下部減衰装置13の開口部37は、上部減衰装置12の開口部28の直上に配 置してあり、下部減衰装置13を通過する自由通路または上部減衰装置の隔室2 5に入る自由通路を形成している。 第2図に、減衰装置10の横方向断面を示す。図には、隔壁24および34が 描いてあり、隔壁24には、開口部29が設けてある。 第2a図に、減衰装置10の端部壁14および46を示す。端部壁14および 16が、一枚の共通プレートで構成され、このプレートの上部に開口部16が一 列に配置され、下部に開口部46が一列に配置されていてもよい。大小二種類の 開口部46が、一つおきに配設してあり、最も大きい開口部は、前部壁45の開 口部36の直上に配置してある。 第2b図には、減衰装置の前部壁15および45が示してある。この前部壁も 、共通プレート一枚で構成されている場合もある。また、第2b図には、開口部 36も示してある。 第2c図には、開口部27を備えた上部プレート21を示してある。第2d図 には、上部減衰装置の底部プレート22および下部減衰装置の上部プレート31 を示してあり、この底部プレートおよび上部プレートは、共通プレート一枚でで きていると最も好都合である。このプレートには、開口部28、37も設けてあ る。 第2e図には、下部減衰装置の底部プレート32を示してある。このプレート には、開口部38が設けてある。 第3図は、減衰装置の機能を説明する図であり、実線は、浮遊構造物が下降す る場合に、開口部38、37、28、27、16、46を通過する水の流れを示 している。浮遊構造物が垂直方向に移動すると、周囲の水は、浮遊構造物に対し て垂直方向に移動する。水は、下部減衰装置13の底部プレート32にある開口 部38、開口部37、および上部減衰装置の下部プレート22にある開口部28 を通って上昇し、隔壁24の開口部29を通って水平方向に移動し、上部プレー ト21の開口部27から減衰装置外に出る。浮遊構造物11が逆方向に移動する 場合、水は前記と逆の順路で移動する。この流路は経路17として示してある。 このようにして、水は経路内を移動し、流出する前の一定時間、減衰装置10 によって「保持」される。したがって、浮遊構造物の垂直方向の動きを減衰する のに利用できる水からさらに多くのエネルギーを回収できる。減衰装置に開けた 開口部を最適な大きさに調整することが重要である。開口部が大きすぎると、減 衰装置は、効果を発揮するのに十分なエネルギーを水から回収できない。また、 開口部が小さすぎると、水は減衰装置を通過できず、減衰装置内に滞留し、減衰 装置の動きにしたがうだけになる。その結果、減衰装置は、減衰装置自体の重量 とその内部の水の重量とを合計した重量の剛性構造物として機能する。開口部の 最適な大きさは、特に浮遊構造物の動きの垂直方向速度に左右される度合が高い 。 開口部の大きさを調整するために、開口部を完全あるいは部分的に閉鎖する閉 鎖手段を設けてもよい。 ところで、水の一部は開口部16から流出して水の噴流を生じ、垂直方向の動 きに対する水の抵抗の発生を促す。この流路は、経路47として示してある。 破線は、水が開口部36を通って流入し、開口部46から流出することを示し ている。浮遊構造物11が下降する場合、構造物の直下にある水を大量に排出す る。通常、この水は、構造物11から八方に自由に流れる。下部減衰装置13の 働きにより、この水の大部分は、開口部36、チャンバ35を通って開口部46 から流出する。この流路も、経路47として示してある。 上部減衰装置12を水上に設けてもよい。この場合、上部減衰装置は水面の波 を打ち消す働きをするため、波が強くなって構造物を危険にさらしたり、デッキ を洗うことがない。減衰装置12は、必ずしも閉鎖構造物になっている必要はな く、例えば、開口部を設けた水平プレートで形成し、この水平プレートの外縁部 から、ある角度で上方に突き出しているプレートと、浮遊構造物の方向に向かっ て下方に突き出しているプレートとを開口部と一直線状にして多数交互に設けて もよい。したがって、傾斜プレートの間および開口部を通る経路が形成される。 減衰装置12および13は、単独で使用しても良好な結果が得られることを強 調しておかなければならない。ただし、前記の実施例について述べたように、両 方の減衰装置を併用した場合に最も高い効果が得られる。 減衰装置の別の実施例を第4図に示す。第4図でも、参照番号10を付して減 衰装置全体を示してある。第1図から第3図に示した第一の実施例の部分に相当 する箇所には、同じ参照番号を付してある。 第4図の減衰装置10も、二つの主要構成要素である上部減衰装置12と下部 減衰装置13とで構成されている。各減衰装置12および13は、二重壁構造に なっており、上部減衰装置12は上部プレート21および底部プレート22を備 えている。プレート21および22は、端部壁14と、プレート21および22 の長さを横切るように垂直に延びている隔壁24とを介して前縁部23で接続さ れている。浮遊構造物が、上部減衰装置の前部壁15を画定してもよいが、前部 壁は、独立したプレートで構成されていてもよい。プレート21、22と隔壁2 4との間には、隔室25が画定されている。上部プレート21には、開口部27 が設けてあるが、第一の実施例とは異なり、底部プレートは閉鎖してある。この 開口部27は上部プレート21に位置しているため、各隔室25は、上向きの開 口部27を備えている。本実施例では、隔壁24を閉鎖してある。上部プレート 21および底部プレート22には、それぞれ湾曲プレート部分21bおよび22 bがある。この湾曲プレート部分は前縁部23に向かって上方に湾曲しているの で、各隔室25は、湾曲したテーパ状経路47を形成する。湾曲プレート部分は 楕円状になっていることが好ましい。 端部壁14には、開口部16が設けてある。水が浮遊構造物に対して下方に移 動する場合、開口部27から流入し、隔室25を通って開口部16から流出する ように流動経路47が画定されている。 下部減衰装置13も二重壁構造になっており、上部プレート31および底部プ レート32で構成されている。プレート31および32は、端部壁44と、プレ ート31および32の長さを横切るように垂直に延びている隔壁34とを介して 前縁部33で接続されている。下部減衰装置13にも、前部壁45がある。プレ ート31、32と隔壁34との間には、隔室35が画定されている。第一の実施 例とは異なり、上部プレート31は閉鎖してある。隔壁34には開口部がない。 上部プレート31および底部プレート32には、それぞれ湾曲プレート部分31 bおよび32bがある。この湾曲プレート部分は前縁部33に向かって下方に湾 曲しているので、各隔室35は、湾曲したテーパ状経路47を形成する。この湾 曲プレート部分も楕円状になっていることが好ましい。 浮遊構造物11の側面に減衰装置13を取り付ける場合、底部プレート32に 開口部38を設ける。この開口部38は、底部プレート32に配置してあるため 、各隔室35には、下向きの開口部38がある。この場合、端部壁44は閉鎖し てある。構造物11の底部の下に延びるスカートとして減衰装置13を取り付け る場合、端部壁44には開口部46が設けてある。この場合、底部プレートは閉 鎖してある。 前部壁45には、各隔室35の内部に通じる開口部36が設けてある。水が開 口部36または38から流入し、隔室35を通って開口部46から流出するよう に流動経路47が画定されている。 第二の実施例では、上部減衰装置12と下部減衰装置13との間に液体の流動 はない。 第5図には、第4図の減衰装置の機能が示してあり、実線は、浮遊構造物が上 方または下方に移動する場合に開口部38、27、16、および46を通る水の 流れを示している。浮遊構造物が垂直方向に移動すると、水は浮遊構造物に対し て垂直方向に移動する。浮遊構造物11が下方に移動すると、取り巻く水は、下 部減衰装置13の底部プレート32の開口部38を通って上方に移動するととも に、構造物11の底部の下から隔室25に流入し、開口部46から流出する。こ の流路は、経路47として示してある。隔室35が下方に湾曲し、テーパ状にな っているため、水は高圧で横方向および下方に射出される。第一の実施例に関し ていえば、スラストの横方向成分により見かけ上大きな減衰効果が生じ、スラス トの下向き成分により、構造物の動きとは逆方向に作用する力が生じる。 浮遊構造物が上方に移動すると、水は、上部プレート21の開口部27を通っ て隔室25に流入し、開口部16から流出する。この流路は、経路47として示 してある。隔室25が上方に湾曲し、テーパ状になっているため、水は高圧で横 方向および上方に射出される。第一の実施例に関していえば、スラストの横方向 成分により見かけ上大きな減衰効果が生じ、スラストの上向き成分により、構造 物の動きとは逆方向に作用する力が生じる。 上部減衰装置および下部減衰装置の両方を用いた場合に最も効果が高くなるが 、二つのうちいずれか一方のみを浮遊構造物に採用することも可能である。 本発明による減衰装置を利用すれば、船舶、オイル・プラットフォームなど、 どんな浮遊構造物についても、波によって生じる動きを減衰させることができる 。減衰装置は、少なくとも船体/構造物の周囲の一部にそってほぼ水平に延びる 単独の減衰装置として構成してもよいが、複数の減衰装置を、キール/最下縁部 からデッキにかけて積み重ねて構成してもよい。 大型の波減衰装置は、最下縁部/キールに配置するのが最も適しているのに対 して、小型の波減衰装置は、もっと浅く喫水線近くに配置することができる。 本発明による上記の装置は、減衰装置としたが、本発明には、その他にも用途 がある。例えば、水流のエネルギーを利用して電力を発生する小型水車を経路4 7に配置することも可能である。
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  1. 【特許請求の範囲】 1.浮遊構造物の垂直方向運動成分、特に波によって生じる動きを減衰させる 減衰装置であって、ほぼ水平に延在する多数の開口部を備えた減衰装置であり、 浮遊構造物(11)底部の下部にスカートの形で突出するか、浮遊構造物の側部 から突出するような配置に構成してあり、少なくとも長さの一部がほぼ水平に延 在し、上向き、下向き、または浮遊構造物に面した経路壁部のいずれか一つに位 置する流入開口部(27、28、36、37、38)から、浮遊構造物(11) と離れた出口開口部(16、46)に収束する複数の経路(47)から構成され ていることを特徴とする減衰装置。 2.相互にほぼ平行に延在する側壁(34)と、浮遊構造物(11)から離れ たプレート端縁部よりも、浮遊構造物に近い端縁部において相互の距離が短くな るように収束する上部プレート(21、31)および下部プレート(22、23 )とによって各経路(47)が画定されることを特徴とする請求の範囲第1項に 記載の装置。 3.複数の上記のような経路(47)が一列に並べて配置され、側壁(24、 34)が、対になった経路間に隔壁を形成し、上部および下部プレート(21、 22:31、32)が複数の経路(47)を横切って連続的に延在していること を特徴とする請求の範囲第2項に記載の装置。 4.浮遊構造物(11)の底部の下部に延在するスカートの形をした減衰装置 (13)が設けてあり、各経路が、浮遊構造物に近接した前部壁(45)と浮遊 構造物から離れた端部壁(44)とを備え、前部壁には流入開口部(36)を、 また端部壁には流出開口部(46)をそれぞれ任意に設けてあることを特徴とす る請求の範囲第2項または第3項に記載の装置。 5.上部プレート(31)および下部プレート(32)が、少なくとも部分的 に下方に湾曲して経路(47)を形成し、この経路が下方に湾曲して、流出開口 部(46)から流出する流れの少なくとも一部を下方に導くことを特徴とする請 求の範囲第1項から第4項のいずれか一項に記載の装置。 6.上部プレート(21)および下部プレート(22)が、少なくとも部分的 に下方に湾曲して経路(47)を形成し、この経路が上方に湾曲して、流出開口 部(16)から流出する流れの少なくとも一部を上方に導くことを特徴とする請 求の範囲第1項から第3項のいずれか一項に記載の装置。 7.経路(47)が、流出開口部(16、46)と連通する上向きまたは下向 きの流入開口部(27、28、37)を備えていることを特徴とする請求の範囲 第1項から第4項のいずれか一項に記載の装置。 8.一方または両方の経路(47)の側壁(24)に、隣接する経路(47) 内に延在する開口部(29)を設けてあることを特徴とする請求の範囲第2項、 第3項、第4項、および第7項のいずれか一項に記載の装置。 9.経路(47)の一部、すなわち好ましくは隣接する経路(47)一つおき に、前部壁(45)に流入開口部(36)を設け、その他の経路(47)、やは り好ましくは経路(47)一つおきに、閉鎖された前部壁(45)を設け、前部 壁(45)を閉鎖した経路(47)が、前部壁を閉鎖した代わりに、上部プレー ト(31)に上向きの開口部(37)を備えていることを特徴とする請求の範囲 第4項に記載の装置。 10.上向きの開口部(37)を備える経路(47)が、下向きの開口部(3 2)も備えることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の装置。 11.浮遊構造物の垂直方向運動成分、特に波によって生じる運動を減衰させ 、表面の波を打ち消すのに任意に使用する減衰装置であって、減衰装置(12) を外側に突出するスカートとして浮遊構造物上に配置するように構成した減衰装 置において、減衰装置(12)が水中で垂直方向に運動する場合、または波が減 衰装置にぶつかる場合に、水が減衰装置(12)を通過できるようにする複数の 経路(17)から成り、いくつかの第一の通路(27、28)がしばしば垂直方 向に延在し、少なくともほぼ水平方向に延在するいくつかの第二の通路(29) と一体となり、それによって水が減衰装置(12)を通過する時間の一部の間に 、浮遊構造物に対してほぼ垂直な運動方向から、第一の通路(27、28)を通 って、第二の通路(29)を通る主に水平な運動方向に水を通すことを特徴とす る減衰装置。 12.ほぼ水平に延び、相互に間隔を置いて配置した二枚のプレート(21、 22)で構成され、プレート(21、22)に通路(27、28)を形成し、こ の通路を、相互に一直線状にならないように配置したことを特徴とする請求の範 囲第11項に記載の減衰装置。 13.各対応するプレート(21、22)にある一直線状になっていない対の 通路(27、28)の間に、プレート(21、22)間に延在し、通路(29) を設けた隔壁(24)を配置したことを特徴とする請求の範囲第12項に記載の 減衰装置。 14.浮遊構造物(11)から遠ざかる方向に延在する開口部(16)を設け たことを特徴とする、請求の範囲第13項に記載の減衰装置。 15.波減衰装置(12)において、上向きの開口部(37)が、開口部(2 8)の内部まで延在していることを特徴とする請求の範囲第7項または第9項の いずれか一項、あるいは請求の範囲第11項から第14項のいずれか一項に記載 の装置。 16.経路(47)、または経路(47)の流入口あるいは流出口に、水流か らエネルギーを回収する手段、例えば水車を配置してあることを特徴とする請求 の範囲第1項から第15項のいずれか一項に記載の装置。
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