JPH0115439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 海洋航行船は、科学的調査、石油やガスの採掘
を含め、色々な海上作業を要求される。この種の
船は、通常、掘削船、はしけ、ジヤツクアツプ・
リグ（jack−up rig）あるいは補給船として建造
される。

周期的な波動を有する海に於いて船体のローリ
ング並びにピツチングを押えるべく、自然振動に
依る船体の変位を減衰させる為の能動的なあるい
は受動的な技術方法が提案されている。この種の
技術方法では、船に設けられた水タンク及び送風
機、ポンプ、弁、弁作動器、ローリング及びピツ
チング感応器、更にタンク内の水を動かして振動
的なローリング及びピツチングを減衰させる為の
電子制御回路を色々に組合せた機構を利用してい
る。従来良く知られている機構の共通の目的は、
タンク内の水による振動流の固有振動数を船体自
身の固有振動数と等しくして、タンクを船体に
“同調”させることである。一たび同調してしま
うと、タンク内の水流のパターンを船体の自然振
動と約90゜位相をずらすことにより、振動減衰作
用が達成される。この時、タンク内の水により生
ずる力は、船体にローリングやピツチングを起さ
せる力を低減させる傾向を有する。

上記の様な方法で船体を安定させる従来公知の
機構もしくはシステムは、そのシステムを有効に
作用させる為に相当大きな減衰力を発生させなけ
ればならないという欠点を有する。このように大
きな力を発生するのに必要な装置は複雑でありま
た高価である。能動的なシステムでは、高出力の
送風機とポンプが一般に必要とされる。また、受
動的なシステムでは、一般に、大容量弁、特殊な
減衰タンク構造及びタンク内の水流を制御する為
の制御回路が必要とされる。

本発明は、受動的なシステムにより海洋航行船
の航行安定を計るもので、船体の角運動を減衰さ
せる為の大きな対抗力を発生すべく、船体の固有
振動の周期と実質的に等しい固有周期を有するタ
ンクを利用する必要がない。その代りとしてタン
クは、以下に述べるように船体の復元モーメント
を低減させる為に利用されている。

本発明の図示の実施例に依れば、水タンクは、
船体の縦方向対称軸の両側に配設される。このタ
ンクは、吃水線より下に位置し、好ましくは、船
体の底もしくはその近くに配設される。このタン
クは、垂直方向の寸法よりも水平方向の寸法の方
が大きい浅い形状を有する。各タンクの底部は、
実質的に海中に開口しており、海水が船体の固有
振動の周期よりもはるかに短かい期間内にタンク
に侵入したりそこから排出されるようになつてい
る。開口管路によりこれらのタンクは互いに連結
され、これらの間に連続空気通路が形成される。
この空気通路に空気ポンプが連設されてタンク内
の圧力を一定のレベル迄加圧し、振動的な波動が
生じている間タンク内の水位を選択的に制御す
る。

作動中、水タンクには振動的波動と同期して交
互に水が満されたり引いたりする。例えば、船体
がその縦方向中心軸の回りに時計方向にローリン
グすると、船体の右側にあるタンクにはその大き
な底部開口から水が迅速に満される。空気はこの
タンクから管路を介して船体の左側のタンクへ押
される。左側のタンクの空気容量が増して、水が
そこから急速に排出される。一方、船体が反時計
方向にローリングする時には、左側のタンクに水
が満され、右側のタンクにはシステムの空気圧力
が作用して水が排出される。

本発明は、周期的な振動が生じている海に於い
て船体の復元モーメントを低減するよう作用す
る。例えば、船体が或る方向にローリングする時
に、船体が直立位置に復元しようとする船体自身
の復元性をシステムが低下させる。復元モーメン
トをこのように低下させることにより、船体の振
動周期は海の波動の周期よりも長くなる。従つ
て、ローリングの振幅が実質的に減少される。

第１図及び第２図には、海上石油採掘作業に使
用される型式のはしけ状の船１１が示されてい
る。吃水線１３の下方に、２つの細長いタンク１
５，１７がはしけ１１の底に配設されている。こ
れらのタンク１５，１７は、各々全体的に１９，
２１（第３Ａ図参照）で示される底部を有する。
これらの底部１９，２１は、実質的に海中に開口
しているのが好ましいが、構造上の強度を増す為
にこれらの底部を多孔板もしくは格子で覆つても
良い。タンク１５，１７は、各々浅く作られ、そ
の水平方向の寸法が垂直方向の寸法よりも大きく
構成される。このような構成により、海水はタン
ク内に迅速に流入しまた流出することが出来る。
より詳細には、周期的な波動を有する海に於い
て、はしけが１サイクルの固有振動性ローリング
もしくはピツチングを行うのに要する時間よりも
はるかに短かい時間内に海水がタンクを満したり
またそこから引いたりするようにタンクを構成す
る必要がある。

第２図を参照すると、はしけ１１は縦方向対称
軸２２を有する。タンク１５，１７は、前記対称
軸２２の両側に対称に隔置された状態で配置され
ている。各タンク１５，１７は、複数個の独立し
た室に分割されている。タンク１５は６個の室
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ及びｆを有し、各室は点線２
９により示される仕切壁により互いに隔離されて
いる。同様に、タンク１７は、壁３１により離隔
された独立した室a′，b′，c′，d′，e′、及びf′を
有
する。これらの室は、一対ずつ縦軸２２の両側に
対称的に隔てられて配置され、前記室ａとa′、ｂ
とb′等が各対を成す。本発明によればタンク１５
及び１７をこのように複数個の室に分割すること
により、波の励起を低減させることが出来、また
これに起因してタンクの水の自由表面に好ましか
らざる波の力が作用するのを極力押えることが出
来る。

各対の室は、点線でその外郭を示されたパイプ
３３により一般的に示された個々の管路装置によ
り連結されている。このように、一対の室ａと
a′は、第２図に示されるように、閉された加圧系
として連結される。他の対の室も同様に独立して
連結される。空気圧をこれらの対を成す室の総て
に供給すべく、通常型のブロワー及び管路構成
（図示せず）を使用して良い。

タンク１５，１７は、第３Ａ図に概略的に示さ
れる管路２３により互いに結合される。この管路
２３は連続した開管の形に構成され、上記両タン
クの間に空気通路を形成する。管路２３の一端
は、開口を介してタンク１５の頂部に連結され、
また管路２３の他端は開口を介してタンク１７の
頂部に連結されている。

管路２３及びタンク１５，１７内に空気圧を形
成すべく、ブロワーより成る空気ポンプ２５及び
空気弁２７を含む装置が管路２３に給合されてい
る。管路２３及びタンク１５，１７は閉システム
を構成し、その中に所定の空気圧が得られる迄、
弁２７を開きポンプ２５を作動させる。その後、
弁２７を閉じる。また、弁２７を除去もしくは開
いたままにしておき、空気ポンプ２５を連続的に
一定の速度で作動して、システム内の空気圧を所
定のレベルに維持しても良い。以下に述べるよう
に、海水の振動的波動中交互にタンクが海水で満
されるよう、空気圧を調整することが好ましい。

船が傾くと、海水が船体の一方の側に配設され
たタンク内に侵入し、また空気の満した連結管の
作用でこれとほぼ同量の海水が船体の反対側のタ
ンクから流出するので、船体の復元モーメントは
低減される。従つて、タンク１５及び１７の配置
並びに構成を、第３Ｂ，３Ｃ及び３Ｄ図に示され
るように変更させることが可能である。第３Ｂ図
の構成では、タンクは船体の底部に且つ船体の内
部に配設されている。このような構成は、建造中
の新しい船に適用するのが好ましい。第３Ｃ図の
構成では、タンク１５及び１７は、船体の両側部
の外側の底部もしくはその近傍に設けられてい
る。このような構成に於いては、船体の元々の状
態をほとんど変える必要がないので、第３Ａ図に
示される構成と同様、既存の船を改造して採用す
るのに適している。第３Ｄ図には別の構成の実施
例が示されており、ここではタンク１５及び１７
はその一部が船体の内側に、また一部が外側に位
置し、船底もしくはその近傍に設けられている。

船体が傾く時に、船体の沈んだ側に設けられた
タンクには海水が流入し、また反対側の上昇した
タンクからは海水が流出するという共通の原理
に、上記４つの構成の総てが基ずいている。この
ようにバラスト水の容量がタンク内で変化するこ
とにより、加えられたトルクと同じ方向に作用す
る傾斜トルクが発生する。従つて、或る一定の傾
船角度に対して必要とされる作用トルクは低下す
る。言え換えれば、復元トルクが低減し、それ故
ローリングの固有周期が長くなる。

第１図乃至第３Ｄ図に示されたシステムの作動
は、第３Ａ図及び第５図を参照して理解されるで
あろう。第３Ａ図に示されるように、船１１のタ
ンク１５，１７は、初めに空気ポンプ２５で加圧
し、静かな海に於いて水面３５に示されるように
各タンクの約半分程度迄海水が満ちているように
する。第４図に示すように、船体１１が軸２２の
回りに時計方向にローリングすると、タンク１７
は海水で満たされ、従つて空気がタンク１７から
管路２３を経てタンク１５に押し出される。タン
ク１５内の空気量が増加すると、タンク１５内の
水はそこから押し出され、上記水面３５のレベル
は新しい水位３７まで落ちる。この期間中、弁２
７は閉じていても良いし、また弁２７は開放して
おいて、両タンク及び管路２３内の空気圧を一定
に維持するようポンプ２５を駆動しておいても良
い。このように、タンク１７から排除された空気
は、そのままタンク１５に移送される。これに対
し、ローリングが反時計方向に生ずる時は、上記
と同様にタンク１５に海水が満され、タンク１７
からは海水が流出する。

船体１１が時計方向にローリングする時にタン
ク１７に水が満されると、船体の復元モーメント
を低下させることになる。言い換えれば、ローリ
ングの始まつた後船体が直立位置に復帰しようと
する傾向が遅延され、従つて船体の振動的横揺れ
運動がよりゆるやかになる。かくして、船体の横
揺れ周期は長くなる。波動の周期が７秒である一
般的な海に於いては、本発明のシステムにより形
成される船体の横揺れ周期は、好ましくは、約12
秒に長くされる。船体の横揺れ周期は海水の波動
の周期よりも可成り長いので、波は船体に対して
殆んど影響を及ぼさない。

本発明のシステムにより、静かな海に於いて船
体の復元モーメントが低下すると、周期的な波動
を有する海に於いても横揺れトルクを低減させる
ことが出来る。タンク１５，１７内に空気が送り
込まれた時に、傾きの中心の高さ、即ち、復元モ
ーメントが依然として正であるようにタンク１
５，１７の寸法が定められる。周期的な波動を有
する海を航行中、復元モーメントが小さくなりす
ぎると、船体１１が転覆してしまう恐れがある。
船体が強い風を受ける場合には、特にこのような
恐れがある。この点に鑑み、本発明のシステムの
重要な特徴として、タンクの高さ及びタンク（例
えば、タンク１７）内の初期静止水位は、船体が
極度に大きくローリングした時にはタンクが完全
に海水で満されるよう選定されており、以つて船
体の安全を計つている。一たびタンクに海水が満
されると、正規の浮力が船体に戻り、船の転覆を
阻止する附加的な横揺れ変位の関数として復元モ
ーメントが急激に増加する。

第３Ｃ図及び第３Ｄ図に示されるタンクの横成
に於いては、底部開口タンクは水中外方張り出し
として形成される。前記のように、これらのタン
クは空気で加圧され、船がローリングしたり波が
存在するとタンク内の水位が上昇したり下降した
りして、復帰トルク（即ち、復元モーメント）が
減少しまた横揺れの固有周期が長くなる。しか
し、これらの場合に於いて、侵水タンクの頂部に
波により誘起された力に基因するトルクは、波の
力により船体自体に生ずるトルクに対抗する。こ
れらを総合すると、内方タンク構造のものと同
様、船体に作用する波により誘起されるトルクは
全体として低下する結果になる。

第５図には、本発明のシステムにより船体１１
に及ぼされる復元モーメントの減少を比較により
示してある。曲線３８は、不安定な船の波傾斜に
対する横揺れ振幅の比を示し、一方、曲線３９は
本発明の原理により安定された船１１の横揺れ振
幅の特性を示す。安定化されていない船の横揺れ
振幅特性では、その共振ピークが７秒にある。公
海に於ける波動の周期も一般に７秒である。従つ
て、安定化対策を施さなければ、船は共振ピーク
の頂点Ｐもしくはこの近傍の横揺れ振幅を有する
ことになる。これに対し、安定化された船１１の
場合は、共振ピークは大体12秒周期で起るが、こ
れは公海に於ける一般的な波動の７秒周期よりも
可成り長い。従つて、７秒周期の波動に対し、安
定化された方の船は曲線３９の点Ｓで作動するこ
とになり、その横揺れ振幅は安定化されていない
船の６分の１以下に減少される。

船１１は、全長約114.3メートルのはしけであ
る。各タンク１５，１７はその長さが約83.8メー
トルであり、同じ大きさの６個の小室に分割され
ている。各タンクの幅は、３乃至3.66メートル
で、その高さは1.83乃至2.13メートルである。両
タンクの小室間を連結する管路装置２３は、各々
その直径が0.91乃至1.22メートルである。

船１１は、はしけとして示されているが、本発
明の原理に基ずいて他の種類の船も安定化させる
ことが出来る。例えば、この安定化システムは、
三角形もしくは四角形の石油採掘用ジヤツクアツ
プ・リグ（Jack−up rig）にも適用することが
出来る。タンクは、船の幾何学的中心に対して対
称的に、例えば、三角形状のリグの各頂部あるい
は四角形状のリグの各隅に配置することが出来
る。ローリング並びにピツチングに対する安定化
を計る為に、総てのタンクを管路により一つの共
通の空気圧源に結合することも可能である。この
ような構成により、ローリング並びにピツチング
の復元モーメントを共に減少させることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に基ずいて構成された
システムの安定タンクの一実施例を示す船体の側
面図である。第２図は、安定タンクの配置及び結
合状態を示す第１図の船の底面図である。第３Ａ
図乃至第３Ｄ図は、本発明の原理に基ずいて構成
された安定化システムの他の実施例を示す、第１
図の船の概略端面図である。第４図は、本発明に
よるシステムの一実施例の作動を示す、第１図の
船の概略端面図である。第５図は、本発明のシス
テムを装備した船と装備しない船の、波傾斜に対
する横揺れ振幅の比を波動周期の関数として示す
グラフである。 図面中、１１……船、１５，１７……タンク、
２２……対称軸、２３……管路装置、２５……ポ
ンプ、２７……弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水面より下方に且つ船体の対称軸の両側に配
   置されていて水中に開口した底部１９，２１を有
   する少なくとも２つのタンク１５，１７を有する
   海洋航行船１１について、該船の復元モーメント
   を低減させ該船の振動周期を海の波の周期よりも
   長くすることにより、反復する振動的運動サイク
   ルに際して海洋航行船を安定化させるための受動
   的方法であつて： 前記２つのタンクを管路装置２３により相互に
   結合して該２つのタンクの間に常時開放した空気
   通路３３を構成し； 船体の振動的運動の１サイクルの間に前記タン
   クの一方が海中へと移動するのに同期して、該一
   方のタンクに水を第１の水位迄満たし； 前記一方のタンクから押し出された空気を前記
   管路装置を経て他方のタンクへ導くことにより、
   船体の振動的運動の前記１サイクルの間に前記一
   方のタンクに水が満たされるのに応じて同時に前
   記他方のタンクから水を第２の水位３７迄流出さ
   せ； 前記一方のタンクに水を満たす段階は、前記一
   方のタンクが完全に満たされる場合に前記船の復
   元モーメントを船体の付加的な角変位の関数とし
   て急速に増加させることにより前記船が転覆する
   ことを防ぐべく、前記船体がその対称軸２２の周
   囲で所定の角度だけ変位するのに応じて前記一方
   のタンクに水を完全に満たすことを含む、海洋航
   行船の安定化方法。 ２ 前記タンク１５，１７内に水が流入する時並
   びにタンクから水が流出する時にタンク内に形成
   される前記第１の水位と第２の水位を選択すべ
   く、前記２つのタンク及び前記管路装置２３を一
   定の空気圧力で加圧することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３ 対称軸２２を有する海洋航行船１１を安定化
   させるための受動的システムであつて： 水面より下方で前記対称軸の両側に隔置された
   対をもつて船体に配置された複数個のタンク１
   ５，１７と、該タンクは前記船が水面に対して振
   動的に運動するサイクルの各々と同期して水が満
   たされたり排出されたりするよう水中に開口した
   底部１９，２１を有することと； 前記タンクの各対について独立した空気通路を
   形成するよう前記タンクの頂面に連結された管路
   装置２３と； 前記管路装置は前記タンクの各対のタンクを相
   互に結合する常時開放したパイプ３３を含んでい
   ることと； 前記船体の振動的運動の１サイクルの間に前記
   タンクの一方が完全に満たされて前記船体の復元
   モーメントを該船体の付加的な角変位の関数とし
   て急速に増加させることにより該船体の転覆を防
   ぐべく、前記各タンクの高さは前記サイクルの間
   にタンクに完全に水が満たされまた排出されるよ
   う選定されていることと；及び 前記タンク内の水位３５を、前記船体の復元モ
   ーメントを低下させて該船体の振動周期を該船体
   に作用する波の周期よりも長くするよう選択され
   たレベルに保つべく、前記タンク及び管路装置に
   所定の空気圧を加えるために前記管路装置に連結
   されたポンプ装置２５，２７を含む、海洋航行船
   の安定化システム。 ４ 前記完全に水が満たされるタンクは、前記船
   体の対称軸に関し、船体が傾いている方にあるタ
   ンク１７である、特許請求の範囲第３項記載のシ
   ステム。 ５ 前記タンクに所定の空気圧を加える前記ポン
   プ装置２５，２７が、前記船の振動的運動の１サ
   イクルの一部の間に前記タンクの一方が水で完全
   に満たされるように調節自在である、特許請求の
   範囲第３項記載のシステム。 ６ 前記完全に水が満たされるタンクは、前記船
   体の対称軸に関し、船体が傾いている方にあるタ
   ンクである、特許請求の範囲第５項記載のシステ
   ム。 ７ 前記タンクに所定の空気圧を加える前記ポン
   プ装置２５，２７が、空気ポンプ２５とこの空気
   ポンプを前記管路装置２３から離隔するよう配設
   された弁２７を含むことを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載のシステム。 ８ 前記各々のタンクの少なくとも一部は前記船
   体の外側に配置されている、特許請求の範囲第３
   項記載のシステム。