JPH0224967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は沖合にある構造物、例えば張力付加
脚架台（tension leg platform）、とくに沖合構
造物の係留要素として使用される鋼と繊維とから
なる軽量複合構造物に関する。

（従来技術） 地下や浅瀬において炭化水素類がしだいに涸渇
しているため、沖合の大陸棚の水面から深い所に
まで石油の探索がなされている。そして石油が深
海で発見されるため、この生産システムが複雑で
精巧なものとなつてきている。1990年までには、
沖合での探査設備や生産設備として6000フイート
以上の深さでも可能なものが計画されている。現
在の技術では一般に必要とする構造物のせん断寸
法に制限があるため、構造物の基礎となる底部
は、水深約1500フイート未満に制限される。この
ためいわゆる軟構造（conpliant structures）の
ものが開発されている。

注目される軟構造物の１つとして張力付加脚架
台（TLP）がある。TLPは半潜水タイプのフロ
ーテイング架台を備え、この架台は垂直方向部材
又は保留ライン（張力付力脚）を介して、くい打
ち固定された基礎に係留している。この張力付加
脚には、いかなる環境下でも、TLPの浮揚性が
操作重量を越えないようにするために、常に張力
が付加されている。このTLPは、構方向の動き
については揺れ、波動、振動を許容しながら柔軟
にこれらを抑制している。一方降起、ピツチやロ
ールなどの垂直面に関しては、張力付加脚によつ
て堅固に抑制されている。

水波に動きがあるため、軟構造物はその弾性を
考慮して設計されている。即ち振動を最少とする
ために、構造物の固有振動の周期が海の各種状態
での波の周期より大きく又は小さくなければなら
ない。固定架台のような固い構造ではその固有振
動の周期が波の周期より小さく設計されている。
しかし固定した架台の固有振動の周期は、水深の
増加にともなつて増加し、その結果波の周期に近
くなり架台が大きくゆれることとなる。TLPの
ような軟構造物は、その固有振動の周期を波の周
期より大きくなるように設計している。

現在のTLPは、係留要素に大重量の枠状鋼管
を用いている。これらの張力付加脚は浮遊架台の
かなり重量を占めることとなるため、この重量を
浮遊構造物の浮力と相殺しなければならない。例
えば世界最初に実用化されたTLPに使用された
張力付加脚は、485フイートの英国北海のハツト
ンフイールドに設置されているが、ここには外径
10.5インチ内径3.0インチの鋼管が用いられてい
る。従つて深海で使用するために張力付加脚の係
留要素を長くしていくと、係留要素の重量が過剰
となり、この過剰重量を相殺するために浮遊構造
物に所定の浮力を持たせる必要があるが、このよ
うにすると浮遊構造物が大きくなり不経済とな
る。更に長く、重い張力付加脚を取付けまた修繕
するための採作機器が加わるため張力付加脚のシ
ステムがより重量過剰となり複雑となる。浮揚シ
ステムを使用することもできるが、この場合信頼
性に問題がある。更に加えてこれらは構造物の静
水圧を増加する原因となる。

重い鋼管の強度を保持しつつ深い所での張力付
加脚の重量を下げるために、炭素繊維やアラミド
（aramid）繊維を用いた高弾性率の複合構造物が
提案されている。複合構造物の張力付加脚を用い
れば重量をかなり減少できるが、このものは衝撃
力を受けて損傷しやすいおそれがある。しかも原
材料のコストが高いため、複合材の使用が著しく
高くつくこととなり、とくに広い海域にある構造
物や深い所の構造物を作る際に不経済となる。

（発明が解決しようとする技術的課題） この発明は、水中で力の加わらない状態で浮揚
する張力付加脚架台中の張力付加係留要素に使用
する鋼と繊維の複合構造物を提供することにあ
る。この構造物は現在の重い壁面の鋼管より重量
が軽く、しかも損傷に対する対抗力が大きく、繊
維補強材よりもコストが低い。

この発明は、浮遊沖合構造物の張力付加係留要
素に使用される組立部品であつて、これは内側と
外側の金属管状部材の端部を互いに固着し、これ
らの間に環状の空間を形成している。外側の管状
部材は環状の空間を有する内壁を備え、樹脂マト
リツクス中に長手方向の繊維補強材を多数配置し
てこれを外側の管状部材の内面に結合して、その
抗張力を増加させている。

更にこの発明によれば、組立部品は環状空間の
残りの部分にシンタツクチツクフオームを有し、
このことにより組立部品の浮揚性を確保し、更に
堅固するとともに耐崩壊性を高めている。

更にこの発明によれば、この組立部品の端部相
互を接続して、海のアンカー材と浮遊架台に接続
して張力付加状態で配置されて張力付加係留要素
を提供している。

従つてこの発明の目的は、浮遊沖合構造物に用
いる低コストで軽い係留要素を提供することにあ
る。

更にこの発明の目的は、軽くて、低コストの係
留要素を提供して、現在実用化されている鋼のみ
からなる張力付加係留要素よりも深海で張力付加
脚架台を使用できるようにすることにある。

（技術的課題を解決する手段） 以下この発明を図示する実施例を参照して説明
する。第１図は沖合張力付加脚架台（TLP）１
０を示す。このTLP１０は一般に水１４上に浮
遊する架台１２を備え、多数の張力付加係留要素
１８によつて海底１６に係留されている。この係
留要素１８は浮遊架台１２とアンカー手段２０と
の間にあり、アンカー手段２０は海底１６上にあ
る。アンカー手段２０は多数の張力付加係留要素
１８に接続するようになつており、海底１０内の
多数のくい材によつてその位置が固定されてい
る。

この発明の好ましい具体例によれば、張力付加
係留要素１８は多数の軽量の鋼と繊維の複合管組
立部品２２からなり、これら組立部品２２は多数
の金属コネクタ２４によりその端部を互いに接続
している。

張力付加係留要素１８は、浮遊架台２０の浮揚
性によつてアンカー手段２０と浮遊架台１２との
間に一定の張力で保持されている。この架台１２
はすべての条件下での操作重量を過剰として一定
に維持されている。

この発明によれば、係留要素１８を構成する鋼
と繊維を複合した管状組立部品２２は、金属製外
側管状部材２６を備え、この外側管状部材２６は
一端に雄ねじコネクター２８を他端に雌ねじコネ
クター３０を形成している。各コネクターは、他
の管状組立部品２２と互いに接続するものであ
る。外側の管状部材２６内には第２の小径の内側
管状部材３２が同軸状に配置されている。そして
端部近傍のコネクター２８，３０付近において溶
接３４，３４によつて取付けられている。

同軸の内外管状部材３２，２６はそれぞれ、そ
の間に環状空間３６を形成している。この発明に
よれば、環状空間３６の外壁３８には、樹脂マト
リツクス中に多数の長手方向の繊維補強材４０が
あり、これが管状空間の上部から下部にかけて配
置され、固着されている。図示する好ましい具体
例では、エポキシ樹脂中にアラミド繊維を配置し
て、これを外壁３８に固着している。繊維を加え
ることにより、管状組立部品２２の抗張力が著し
く増加する。アラミド繊維は抗張力が大きいので
好適であるが、カーボン、ボロン、ガラスなどの
他の繊維あるいは、これらとアラミド繊維とを組
合せたものでもよい。使用される繊維の量や種類
は適宜変更でき、このため繊維補強材が要求する
荷重負荷断面積に応じて、繊維補強材を環状空間
３６内に設ける。

繊維補強材４０を環状空間３６の外壁３８に結
合して、この繊維が管状組立部品２２と共同して
働くに十分な状態で保持されている。更に繊維補
強材と樹脂の複合材を管状組立部品２２の構造物
の残りと確実に結合させるために上部、下部クラ
ンプ材４２，４４が設けられている。第２図に示
す好適な例では、上下クランプ材４２，４４が延
びて内外の管状部材２６，３２とともに溶接３４
により固定されている。

この発明の他の好ましい具体例によれば、環状
空間３６の残りの部分には、組立部品２２の剛性
や破壊抵抗を付与する材料が充填されている。環
状空間３６にはポリウレタンフオーム、ポリスチ
レンフオーム、エポキシ樹脂中にガラス製微小中
空球を分散させたシンタクチツクフオームなど任
意の発泡体を充填することができ、その密度は適
宜変えることができる。

（実施例） 第２図に示す複合組立部品では、外側の管状部
材は外径24インチ、壁厚0.25インチであり、内側
の管状部材は外径10.75インチ、壁厚0.25インチ
である。ケブラー（kevlar）アラミド繊維は外側
の管状部材の内面に結合している。環状空間の残
りの個所には先に述べた固い発泡材の１つが充填
されている。仮に張力負荷を構造物の鋼部分での
み支え、この構造物に降伏強度50000psiが加えら
れるとすると、構造物の許容張力は約1345000ポ
ンドである。この発明の複合材は72平方インチ
（断面積）のアラミド繊維を有し、50000psiの降
伏強度を加えた場合3600000ポンドの許容張力を
有する。これはアラミド繊維が18000000psiの弾
性率を有することにもとづいており、各材料で支
える軸荷重は、この材質の面積と弾性率の積の関
係であるという仮定にもとづく。各材料の断面積
は各種用途に応じて適宜選定される。

環状空間の残りには１立方フイート当り15ポン
ドの密度を有する発泡体が充填されている。１立
方フイート当り90ポンドの密度のアラミド繊維を
用いた場合、空気中での複合組立部品の１フイー
ド当りの重量は164.7ポンドである。管状体の内
部が満たされている場合、水中での組立部品は１
フイート当り164.4ポンドの密度となる。従つて
この発明に係る鋼と繊維の複合係留要素は、実質
的に水中での浮揚力が力の加わらないニユートラ
ルの状態となる。

内側及び外側の管状部材は好ましくは鋼である
が、他の材料的複合材も使用できる。更によごれ
止め及び／又は陰極保護被膜を構造物にほどこし
てもよい。

以上の発明の好適な具体例について述べたが、
この発明はこれに限らず特許請求の範囲に記載さ
れた発明の範囲で各種変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る混合複合係留要素中の
張力付加脚架台を示す側面図、第２図はこの発明
に係る係留組立部品の断面図である。 １０……TLP、１２……架台、１４……水、
１６……海底、１８……係留要素、２０……アン
カー手段、２２……組立部品、２４……コネクタ
ー、２６……外側管状部材、２８……雄ねじコネ
クター、３０……雌ねじコネクター、３２……内
側管状部材、３４……溶接、３６……環状空間、
３８……外壁、４０……繊維補強材、４２，４４
……クランプ材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側管状部材と外側管状部材とを備え、両管
   状部材の端部を互いに固定して取付け、両管状部
   材間に管状空間を形成して、この空間内のうち外
   側管状部材の内面にその上端部から下端部にかけ
   て配置された多数の縦方向の繊維補強材を結合し
   て、組立部品の引張強度を高めるようにした深海
   用浮遊沖合構造物の張力付加係留要素に用いる組
   立部品。 ２ 内側管状部材及び外側管状部材が金属で形成
   されている特許請求の範囲第１項記載の組立部
   品。 ３ 内側及び外側の金属製管状部材は鋼製である
   特許請求の範囲第２項記載の組立部品。 ４ 繊維補強材が樹脂マトリツクス内にあり、こ
   のマトリツクスが外側管状部材の内側表面に結合
   している特許請求の範囲第１項記載の組立部品。 ５ 繊維補強材はアラミド繊維である特許請求の
   範囲第１項記載の組立部品。 ６ 繊維補強材は炭素繊維である特許請求の範囲
   第１項記載の組立部品。 ７ 繊維補強材はボロン繊維である特許請求の範
   囲第１項記載の組立部品。 ８ 繊維補強材はグラスフアイバーである特許請
   求の範囲第１項記載の組立部品。 ９ 繊維補強材を堅固に接合するクランプ手段を
   備え、このクランプ手段が内側管状部材と外側管
   状部材とに固着している特許請求の範囲第１項記
   載の組立部品。 １０ 管状空間に堅い発泡体充填物を入れている
   特許請求の範囲第１項記載の組立部品。 １１ 堅い発泡体充填物はポリウレタンフオーム
   である特許請求の範囲第１０項記載の組立部品。 １２ 堅い発泡体充填物はポリスチレンフオーム
   である特許請求の範囲第１０項記載の組立部品。 １３ 堅い発泡体充填物はエポキシ樹脂中にガラ
   ス製微小中空球を分散させたシンタクチツクフオ
   ームからなる特許請求の範囲第１０項記載の組立
   部品。