JP2010115978A - 緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法 - Google Patents

緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法 Download PDF

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Abstract

【課題】曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できる緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法を提供する。
【解決手段】水面を貫通する中心柱状体１２ａと、この中心柱状体１２ａの周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体１２ｃと、前記中央柱状体１２ａと前記係留用柱状体１２ｃとを連結する連結部材１２ｂを有する緊張係留浮体１の曳航作業又は設置作業を支援するために、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で前記緊張係留浮体１に沿って配置される支援用浮体２０を、該支援用浮体２０を前記係留用柱状体１２ｃとの間で相対的に上下移動が可能な状態で前記係留用柱状体１２ｃに沿わせて配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電装置等の台座として使用される緊張係留浮体の曳航時及び設置時において曳航作業又は設置作業を支援できる緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法に関する。
風力発電に関して、海岸の大陸棚の比較的水深の大きい水域に、緊張係留浮体（ＴＬＰ：テンション・レグ・プラットホーム）を設けて、この緊張係留浮体に風力発電装置等の機器を搭載する提案がなされ始めている。例えば、図１０に示すように、この風力発電装置の台座１１を搭載する浮体１２は、この浮体１２に取り付けられた１本又は複数本（図１０では４本）のテンドンと呼ばれる緊張係留索１３で海底や湖底や川底等の水底２に設けられたアンカー等の固定用沈底部材１４に係留されている。
風力発電装置に限らず、一般的に、図１０に示すような緊張係留浮体１Ｘの設置は、浮体１２のバラストタンクにバラスト水を注入したり、バラストを積んだりして、浮体１２の喫水を設置状態の時よりも深くして沈めた状態で、予め設定水域に設置された固定用沈底部材１４の上に移動する。移動後、緊張係留索１３の上端を浮体１２の上側係留部１５ｃに結合し、緊張係留索１３の下端を固定用沈底部材１４の下側係留部１４ｃに結合する。
結合後、上部構造物１１を搭載している浮体１２の傾斜に注意しながら、バラスト水を排出したり、バラストを取り除いたりして、浮体１２の浮力を予め設定された浮力とする。更に、緊張係留索１３の長さを変更して上部構造物１１の傾斜と各々の緊張係留索１３の張力Ｔ１〜Ｔ４の大きさを調整する。この設置では、緊張係留浮体１Ｘが波浪中においても上下動揺や横傾斜や縦傾斜をしないように、また、水平方向に移動可能な範囲も許容範囲に入るように、緊張係留索１３に予め設定した初期張力Ｔ１〜Ｔ４を付与して係留する（例えば、特許文献１、２参照）。
また、上部構造物の搭載に広い面積を必要としない、風力発電装置を搭載するような場合には、図１１に示すような、水面を貫通する柱状体（センターコラム）１２ａと、この柱状体１２ａの下部に接続する水没浮力体（ポンツーン）１２ｂとを有する浮体１２に、複数本の緊張係留索１３の上端側を固定し、この緊張係留索１３の下端側を水底２に設置された固定用沈底部材１４の下側係留部１４ｃに連結して、緊張係留索１３に張力を作用させて緊張係留浮体１Ｙを位置保持することが提案されている（例えば、特許文献３、４参照）。
水面を貫通する柱状体１２ａと、この柱状体１２ａに接続する水没浮力体１２ｂとを有する浮体１２で構成される「ミニ・テンション・レグ・プラットホーム（ミニＴＬＰ）」と呼ばれる緊張係留浮体１Ｙでは、緊張係留索１３は水深Ｄの水没浮力体１２ｂの上側係留部１５ｃに係留されている。この緊張係留浮体１Ｙは、設置後は、水面を貫通する部分は柱状体１２ａのみとなるので、潮位変動や波による水面の上下による緊張係留索１３の張力への影響が少なくなる。
しかしながら、緊張係留浮体１Ｙの曳航時や設置時等の緊張係留索１３が取り付けられていない状態では、水面を貫通する部分が柱状体１２ａしかないため静的復原力が著しく小さく、緊張係留浮体の安定性能が非常に悪いという問題がある。そのため、曳航時及び設置時には緊張係留浮体１Ｙの姿勢を保持するために、クレーンの使用が不可欠となる。
この場合に、風力発電装置を搭載するような「ミニＴＬＰ」でも、発電容量が大きなものでは重量で千トンを越えるものもあるので、使用するクレーンは、大型洋上クレーンとならざるを得ない。この大型洋上クレーンは、市場での保有隻数が少ない上に、曳航時から設置完了時まで必要になるため、大型洋上クレーンの使用期間が長くなる。そのため、曳航及び設置工事の日程調整が難しい上に、コストが嵩むという問題がある。
また、従来技術の「ミニＴＬＰ」では、緊張係留索１３の上側係留部１５ｃが水中にあるため、緊張係留索１３の取り付け作業や張力調整作業及び保守点検作業等が水中での作業となる。そのため、作業性が悪く作業時間が長くなるので、これらの作業におけるコストが嵩む。また、設置後に下側係留部が地震等より不等沈下した場合に、この不等沈下に対して緊張係留索１３の長さを調整する必要が生じるが、この場合にも上側係留部１５ｃが没水しているので、水中での作業が必要になるという問題がある。
特開平１−１４５２９２号公報 特開平４−１９７８８７号公報 実開昭６４−２６９２号公報 特開２００５−６９０２５号公報
そのため、図１に示すような、水面３を貫通する柱状体１２ａと水没浮力体１２ｂとを有する浮体１２と水底２に設置された固定用沈底部材１４上の下側係留部１４ｃとを複数本の緊張係留索１３で連結して、緊張係留索１３に張力を作用させて位置保持する緊張係留浮体１において、水面貫通浮力部分を有する係留用柱状体１２ｃを水没浮力体１２ｂに接続して設けると共に、緊張係留索１３の上端側を係留用柱状体１２ｃの水面より上方に設けた上側係留部１５ｃに固定する緊張係留浮体１が考えられている。
この緊張係留浮体１では、曳航時と設置時における緊張係留浮体１の静的復原力を増大して安定性を確保して、これにより必要となる大型洋上クレーンの能力や使用頻度を減少でき、また、水域の気象・海象状態によっては不要にすることができる。その上、設置時及び設置後において、緊張係留索１３の取り付け作業及び長さ調整作業を水面３より上方で行うことができる。
しかしながら、この図１に示す緊張係留浮体１においても、重心が比較的高い位置にあるため、傾斜に対する復原力が十分では無く、特に、緊張係留浮体１の建造後に、バラスト水を積んでいない浮上状態から、緊張係留による設置のために半没水状態に移行する場合に、そのままでは、緊張係留浮体１が自立状態を維持できない状態になる恐れがあるので、洋上大型クレーン船等の支援を完全に不要とするには不安が残るという問題がある。
特に、緊張係留浮体が半没水型浮体構造をしている場合には、浮上状態から半没水状態に移行する際の喫水を深める途中段階の状態で転倒し易い不安定な状態になり易いので、この途中段階における緊張係留浮体の姿勢を安定化させることが重要となる。
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できる緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法を提供することにある。
上記の目的を達成するための緊張係留浮体のための支援用浮体は、水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の曳航作業又は設置作業を支援するために、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で前記緊張係留浮体に沿って配置される支援用浮体であって、該支援用浮体を前記係留用柱状体との間で相対的に上下移動が可能な状態で前記係留用柱状体に沿わせて配置されるように構成する。
この支援用浮体は、係留用柱状体(通常、コーナーコラムと呼ばれる)との相対的に上下移動が可能な状態、即ち、スライド可能な状態で係留用柱状体に沿わせて配置されるので、係留用柱状体の浮力に対しては、つまり、上下方向の動きに対しては影響を与えないが、係留用柱状体の傾斜を抑制し、係留用柱状体と共に傾斜する。そのため、支援用浮体により係留用柱状体の傾斜を抑制でき、復原力を確保できて緊張係留浮体の姿勢を安定化できる。言い換えれば、この支援用浮体を配置することにより、緊張係留浮体のヒール（横傾斜）、トリム（縦傾斜）を抑制することができる。
特に、緊張係留浮体が半没水型浮体構造で形成される場合には、水没浮力体部分での浮上状態から設置時の半没水状態に移行する際の喫水を深める途中段階で転倒し易い不安定な状態となるが、この支援用浮体により、緊張係留浮体の水面に対する傾斜に関する復原力を著しく高めることができるので、この喫水増加の際の各段階における緊張係留浮体の姿勢を安定化させることができ、転倒を防止できる。
その結果、緊張係留浮体の曳航作業及び設置作業において、緊張係留浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できるので、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
その上、この支援用浮体は曳航時と設置時以外では緊張係留浮体から取り外すので、緊張係留浮体を多数設置する場合には、この支援用浮体を繰り返し使用できる。その結果、緊張係留浮体の１基あたりの曳航及び設置の費用を低減することができる。
なお、この支援用浮体は、水面に浮上するように構成し、係留用柱状体の水面貫通部分の上下近傍に亘って設けると、支援用浮体が水面上部分を有することになって、配置作業や傾斜の抑制制御が容易となるので好ましい。また、相対的に上下移動可能とする構成は、例えば、支援用浮体側に係留用柱状体の案内ガイドに当接する回転体（例えば、弾性体ローラー）を上下に複数箇所設けることによって容易に構成できる。この回転体は、浮体の製作誤差やたわみ等に対応できるように、バネ等を用いて水平方向に微小移動が可能で、隙間の変化にも適合できるように構成することが好ましい。
上記の緊張係留浮体のための支援用浮体において、前記緊張係留浮体を緊張係留するための緊張係留索の巻取りシステム、前記緊張係留浮体に沿って配置された状態で該支援用浮体を仮係留するための仮係留システム、該支援用浮体自身のバラスト調整用システム、前記緊張係留浮体用の電源システム、該支援用浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される作業支援システムを備えて構成する。
緊張係留浮体側で、曳航時のみ、または、設置作業時のみに使用する付帯設備の一部又は全部を、支援用浮体側に設けるので、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できる。これにより、緊張係留浮体側の付帯設備の一部又は全部を省略することができ、緊張係留浮体の装置全体としてのコストを低減することができる。
上記の緊張係留浮体のための支援用浮体において、該支援用浮体は、前記係留用柱状体が入り込む凹部を有して、各係留用柱状体のそれぞれに沿って配置される作業用浮体と、この作業用浮体を結合する結合部材を有して構成され、作業支援時には、各係留用柱状体に沿って配置された前記作業用浮体が前記結合部材で結合され一体化されて該支援用浮体を形成すると共に、作業支援の終了後には、前記結合部材が前記作業用浮体と分離され、前記作業用浮体が前記緊張係留浮体から分離されるように構成する。
この構成によれば、作業用浮体が係留用柱状体が入り込む凹部を有しているので、作業用浮体が係留用柱状体に沿う部分が多くなり、作業用浮体が係留用柱状体から外れにくくなると共に、係留用柱状体の傾斜を抑制し易くなり、緊張係留浮体の復原力を補強できる。この凹部は係留用柱状体の外側又は内側等から、相対的に上下移動できるように、例えば、弾性体ローラー等の回転体等を介して互いに当接するように設けられる。
また、作業用浮体を取り外し可能な結合部材で結合して支援用浮体を一体に構成するので、緊張係留浮体への取り付けが容易となる。特に、凹部を係留用柱状体の外側から囲むようにすると、凹部を係留用柱状体の内側から囲むようにする場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部を内側から囲むようにする場合は、凹部を外側から囲むようにする場合よりも、支援用浮体の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で一体化作業することができ、また、狭い航路を曳航することができるようになる。これにより、少ない作業量で支援用浮体を配置でき、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できる。
また、上記の目的を達成するための緊張係留浮体の曳航方法は、水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の曳航に際して、上記の緊張係留浮体のための支援用浮体を前記緊張係留浮体に沿わせて配置した状態で曳航する方法である。
この曳航方法によれば、緊張係留浮体の曳航時に、支援用浮体を緊張係留浮体に沿わせて配置した状態で曳航するので、この支援用浮体により係留用柱状体の傾斜を抑制でき、復原力を確保できて緊張係留浮体の姿勢を安定化できる。その結果、緊張係留浮体の曳航時において、緊張係留浮体の姿勢を安定化でき、転倒を防止できるので、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、緊張係留浮体の曳航作業を十分に支援することができる。
また、上記の目的を達成するための緊張係留浮体の設置方法は、水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の設置において、上記の前記緊張係留浮体のための支援用浮体を用いる方法である。
この設置方法によれば、緊張係留浮体の設置時に、支援用浮体を緊張係留浮体に沿わせて配置した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体により係留用柱状体の傾斜を抑制しつつ、復原力を確保して緊張係留浮体の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。その結果、緊張係留浮体の設置作業時において、緊張係留浮体の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。これにより、緊張係留浮体の設置作業を十分に支援することができる。また、支援用浮体を作業台としても使用できるので、係留用柱状体における作業用面積を小さくすることができる。
上記の緊張係留浮体の設置方法において、前記支援用浮体を、前記緊張係留浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記緊張係留浮体の設置に際して、前記緊張係留浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより緊張係留索の下端が係留される固定用沈底部材を海底まで沈下させて、前記緊張係留浮体に沿って配置された前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除する。
この方法によれば、支援用浮体の仮係留は支援用浮体による転倒防止効果の元で行うので、転倒の恐れがなく容易に仮係留することができ、更に、支援用浮体側に設けた仮係留システムにより、アンカー等の固定用沈底部材をその重量を支えながら降ろしていくため、緊張係留浮体側や作業船側に固定用沈底部材を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。
本発明の緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法によれば、緊張係留浮体の曳航時や設置時において、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体により、緊張係留浮体の曳航及び設置作業を十分に支援できる。
特に、支援用浮体を、係留用柱状体との相対的に上下移動が可能な状態、即ち、上下方向に互いにスライド可能な状態で係留用柱状体に沿わせて配置することにより、緊張係留浮体の傾斜に対する復原力を発生できることができる。これにより、係留用柱状体の傾斜を抑制して姿勢を安定化でき、転覆の危険性を著しく減少できる。その結果、緊張係留浮体の曳航作業及び設置作業において、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができ、コスト削減を図ることができる。
以下、図面を参照して本発明に係る緊張係留浮体のための支援用浮体、及び、これを用いた緊張係留浮体の曳航方法と設置方法について説明する。ここでは、特に浮体が支持する上部構造物に風力発電装置を搭載した緊張係留浮体を例にして説明するが、本発明は風力発電装置に限定されず、上部構造物に、油井掘削装置、その他のプラントや計測装置等を搭載する緊張係留浮体にも適用することができる。
図３に示すように、本発明に係る実施の形態の緊張係留浮体のための支援用浮体２０は、図１に示すような緊張係留浮体（ミニ・テンション・レグ・プラットホーム）１に、曳航作業又は設置作業を支援するために、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で、この緊張係留浮体１に沿って、緊張係留浮体１の係留用柱状体１２ｃとの相対的に上下移動が可能な状態で係留用柱状体１２ｃに沿わせて配置される。
最初に、この支援用浮体２０が用いられる緊張係留浮体１について説明する。この緊張係留浮体１は、図１及び図２に示すように、風力発電装置１０を搭載した上部構造物１１と、この上部構造物１１を支持するための浮体１２と、この浮体１２を係留するための複数本（図１では２本ずつ３ヶ所で計６本）のテンドンと呼ばれる緊張係留索１３と、この緊張係留索１３を海底や湖底や河底などの水底２に固定するための固定用沈底部材１４とを備えて構成される。
この浮体１２は、上部構造物１１の重量を浮力で支持して、上部構造物１１を水上の予め設定した高さに維持するものである。この浮体１２は、上部構造物１１を支持するための円柱や多角柱で形成される中央柱状体１２ａと、この中央柱状体１２ａの下部から放射状に水平方向に伸びる３本以上（図１では３本）の柱状体で形成される水没浮力体（連結部材）１２ｂとからなる。この中央柱状体１２ａはセンターコラムと呼ばれ、水没浮力体１２ｂはポンツーンと呼ばれる。この中央柱状体１２ａと水没浮力体１２ｂは中空構造とし、鋼やプレストレストコンクリート（ＰＣ）等で浮力を生じるように構成される。また、図６に示すように、水没浮力体１２ｂにはバラストタンク１２ｂａが設けられる。また、この水没浮力体１２ｂを中空構造で形成する代わりに、その一部又は全部をトラス構造で形成する場合もある。
図１に示すように、この水没浮力体１２ｂの中央柱状体１２ａと反対の端部に、コーナーコラムと呼ばれる係留用柱状体１２ｃを接続して配置する。この係留用柱状体１２ｃは、水面貫通浮力部分を有して構成され、緊張係留浮体１の設置時において、その上方の一部が水面３の上に突出するように設けられる。
この係留用柱状体１２ｃは、図１及び図２に示すように、中空部１２ｈを有する柱状浮力体で形成されると共に、緊張係留索１３の上側部分を中空部１２ｈに通して、緊張係留索１３の上端部を係留用柱状体１２ｃの水面より上方の部位に設けた上側係留部１５ｃに取り付けて固定支持する。これは、緊張係留索１３の長さ及びその緊張力を調整する作業を水中ではなく、空中で行えるようにするためである。これにより、設置工事や点検保守作業を容易とし、これらのコストを低減する。なお、係留用柱状体１２ｃの水平断面形状としては、図２に示す円形の他、四角形等の多角形、及び角をアールで丸めた多角形等が考えられる。
つまり、この緊張係留浮体１は、水面を貫通する中心柱状体（センターコラム）１２ａと、この中心柱状体１２ａの周囲に配置される係留用柱状体（コーナーコラム）１２ｃと、中央柱状体１２ａと係留用柱状体１２ｃとを連結する連結部材である水没浮力体（ポンツーン）１２ｂを有して構成される。
この構成によれば、係留用柱状体１２ｃを、水面３を貫通して水面３より上方まで達するように設けることにより、新たにこの係留用柱状体１２ｃの水面部分１２ｄにより、静的復原力が発生する。この復原力に関しては、上側係留部１５ｃが、平面視で中央柱状体１２ａから離間することにより、上部構造物１１の傾斜に関するモーメントレバーが大きくなるので、浮体１２と上部構造物１１に作用する転倒モーメントによって生じる緊張係留索１３の張力の変化量が少なくなる。
この離間距離が大きい程、モーメントレバーが大きくなるので、同じ水面面積で大きな復原力が得られる。しかしながら、離間距離を大きくするのには限度があるので、水没浮力体１２ｂの端部に接続して、係留用柱状体１２ｃを設ける。
なお、風力発電装置１０を搭載する場合には、曳航時や設置時においても、風力の作用点が水面から高くなるので転倒しやすく、傾斜による転倒の恐れが大きいので、この静的復原力の効果は重要となる。
緊張係留浮体１を固定用沈底部材１４に緊張係留するための緊張係留索（テンドン）１３は、鋼製の鎖（チェーン）やケーブルおよびロープ等で形成され、その上端部を係留用柱状体１２ｃの上側係留部１５ｃに、その下端部は固定用沈底部材１４の下側係留部１４ｃに取り付けられる。係留時には、緊張係留索１３の長さを調整して、この緊張係留索１３に常時張力（テンション）が加わっている状態にして、浮体１２の浮力に抗して、浮体１２を水中に引き込むように構成する。
固定用沈底部材１４は、テンプレートとも呼ばれる、スチールやコンクリート等で形成される錘であり、水底２に沈められ自重により固定される重力式のアンカーとして使用される。なお、水底２の地盤に固定されるパイリング（杭）を固定用沈底部材として使用してもよい。この固定用沈底部材１４は、下側係留部１４ｃと緊張係留索１３と上側係留部１５ｃを介して浮体１２を予め設定された位置に係留するためのものであり、緊張係留索１３の下端部が下側係留部１４ｃに固定される。
この緊張係留浮体１の大きさは、例えば、発電量が２ＭＷを想定した場合で、かつ、大陸棚の水深１００ｍから２００ｍ程度の所に設置される場合には、風車１０ａの回転直径が８０ｍ程度で、風車１０ａの回転軸１０ｂは水面３の上が７５ｍ程度となり、浮体１２の中央柱状体１２ａの直径は６ｍ程度で高さは３５ｍ程度であり、係留用柱状体１２ｃの直径は４ｍ程度で、３つの固定用沈底部材１４の中心を通る円の直径は６０ｍ程度である。
次に、本発明に掛かる実施の形態の緊張係留浮体のための支援用浮体２０について説明する。この支援用浮体２０は、図３に示すように、緊張係留浮体１の係留用柱状体１２ｃが入り込む凹部２１ａを有して形成されて各係留用柱状体１２ｃのそれぞれに沿って配置される作業用浮体２１と、この作業用浮体２１を結合する結合部材２２とを有して構成される。この凹部２１ａは、例えば、各係留用柱状体１２ｃの水平断面が四角形に近い場合はそれを取り囲むコの字型の切り欠きで形成される。また、結合部材２２は、例えば、図４に示すように、取り外し可能なパイプ構造（断面は円に限らない）で形成される。
作業支援時には、各係留用柱状体１２ｃに沿って配置された作業用浮体２１の接続用筒状体２１ｂの接続フランジ２１ｃ（盲フランジ）と、結合部材２２の接続フランジ２２ａ（盲フランジ）とが結合されることで一体化されて支援用浮体２０が形成される。また、作業支援の終了後には、接続フランジ２１ｃ、２２ａ同士の結合が外されて結合部材２２が作業用浮体２１と分離されることにより、それぞれの作業用浮体２１が緊張係留浮体１２ｃから個々に分離される。
この構成により、係留用柱状体１２ｃが入り込む凹部２１ａを作業用浮体２１が有しているので、作業用浮体２１が係留用柱状体１２ｃに沿う部分が多くなり（図３では３面）、作業用浮体２１が係留用柱状体１２ｃから外れ難くなる。これにより、結合部材２２との接合作業を容易とする。それと共に、上下移動ができるように凹部２１ａが係留用柱状体１２ｃに当接することにより、係留用柱状体１２ｃの傾斜を作業用浮体２１で抑制して、最終的には、支援用浮体２０によって緊張係留浮体１の傾斜を抑制する。
また、作業用浮体２１を取り外し可能な結合部材２２で結合して支援用浮体２１を一体に構成することにより、緊張係留浮体１への取り付けが容易となる。これにより、少ない作業量で支援用浮体２０を配置することができる。
また、図３〜図９に示すように、凹部２１ａを係留用柱状体１２ｃの外側から囲むようにすると、凹部２１ａを係留用柱状体１２ｃの内側から囲むようにする場合よりも一体化作業の作業性がよくなる。一方、凹部２１ａを係留用柱状体１２ｃの内側から囲むように形成する場合は、凹部２１ａを外側から囲むようにする場合よりも、支援用浮体２０の水平面における占有面積を小さくすることができるので、狭い場所で一体化作業することができるようになる。また、狭い航路を曳航することができるようにもなる。
また、この凹部２１ａは、係留用柱状体１２ｃとの間で相対的に上下移動できるように、図５に示すような回転体２１ｄ等を介して、係留用柱状体１２ｃのガイド部分等に当接させて配置される。この回転体２１ｄは、上下に分けて数箇所に設けられる。この回転体２１ｄとしては、例えば、回転可能に設けられた弾性体ローラー等を使用することができる。
この支援用浮体２０の作業用浮体２１は、この傾斜を妨げる方向の復原力を有するように、水面３に浮かせるように構成し、係留用柱状体１２ｃの水面貫通部分の上下近傍に亘って設ける。これにより、作業用浮体２１は水面３の上に水面上の部分を有することになるので、係留用柱状体１２ｃへの配置作業や結合部材２２との結合作業が容易となる。
この支援用浮体２０は、係留用柱状体１２ｃとの相対的に上下移動が可能な状態、即ち、スライド可能な状態で係留用柱状体１２ｃに沿わせて配置されるので、係留用柱状体１２ｃの浮力に対しては影響を与えないが、係留用柱状体１２ｃの傾斜を抑制し、係留用柱状体１２ｃと共に傾斜する。これにより、緊張係留浮体１の復原力が補強される。
この支援用浮体２０を緊張係留浮体１に固定させずに、係留用柱状体１２ｃに沿ってスライドさせて、常に水面３付近に浮上させた状態とすることにより、支援用浮体２０の分解及び取り外し作業が必要な部分を常に水面３近傍に維持することができる。そのため、緊張係留浮体１の設置後、即ち、緊張係留後における支援用浮体２０の取り外しに際して、作業が困難となるような深い水深における取り外し用の水中作業を無くすことができる。
これにより、係留用柱状体１２ｃの傾斜を抑制でき、緊張係留浮体１の復原力を補強することができて緊張係留浮体１の姿勢を安定化できる。言い換えれば、この支援用浮体２０を配置することにより、緊張係留浮体１のヒール（横傾斜）、トリム（縦傾斜）を抑制することができる。特に、緊張係留浮体１が図１〜図９に示すような半没水型浮体構造で形成される場合には、浮上状態から設置時の半没水状態に移行する際の喫水を深める途中段階で転倒し易い不安定な状態となるが、この支援用浮体２０により、緊張係留浮体１の復原力を著しく補強することができるので、この喫水増加の際の各段階における緊張係留浮体１の姿勢を安定化させることができ、転倒を防止できる。その結果、緊張係留浮体１の曳航作業及び設置作業において、緊張係留浮体１の曳航及び設置作業を十分に支援できて、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
更に、緊張係留浮体１のために、支援用浮体２０に作業支援システムを備えて構成する。この作業支援システムは、緊張係留浮体１を緊張係留するための緊張係留索１３の巻取りシステム、緊張係留浮体１に沿った状態で支援用浮体２０を仮係留するための仮係留システム、支援用浮体２０自身のバラスト調整用システム、緊張係留浮体用の電源システム、支援用浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される。
巻取りシステムは、図５に示すような、緊張係留索１３を巻き取る巻取りドラム２３ａと緊張係留索１３の向きを変更するプーリー２３ｂを有して構成され、緊張係留索１３を巻取りドラム２３ａに巻き取った状態で曳航し、設置水域では、この巻取りドラム２３ａからプーリー２３ｂ経由で緊張係留索１３を繰り出して、上側係留部１５ｃに緊張係留索１３の上端を固定した後、バラスト水を排水して緊張係留する。この緊張係留後のプーリー２３ｂの取り外し支援のために、支援用浮体２０に小型クレーン（図示していない）等の吊り揚げ装置を搭載しておくと便利である。
また、仮係留システムは、図５に示すような、仮係留用のウィンチ２４ａと仮係留索２４ｂとを備えて構成され、設置水域で、緊張係留浮体１を緊張係留する前に、仮係留する。この仮係留システムは、海底２に設置する固定用沈底部材１４の重量を支えつつ、海底２へと吊りながら降ろして行くことができるように構成する。
また、バラスト調整用システムは、図６に示すような、バラストポンプ２５ａとバラストタンク２５ｂ、２５ｃと、海水の取り入れ口であるシーチェスト２５ｄとこれらを連結する配管及び制御弁等から構成される。支援用浮体２０の喫水を深める必要があるときには、バラストポンプ２５ａにより、シーチェスト２５ｄからバラスト水となる海水を導入してバラストタンク２５ｂ、２５ｃに注入する。また、支援用浮体２０の喫水を浅くする必要があるときには、バラストポンプ２５ａを用いてバラストタンク２５ｂ、２５ｃからバラスト水を排出する。これらのバラストタンク２５ｂ、２５ｃのバラスト量の調整により、支援用浮体２０自身の沈下量と姿勢の制御を行う。
電源システムとしては、緊張係留浮体用と支援用浮体用とがあるが、特に別に設ける必要もなく共通としてよい。この電源システムは、例えば、図６に示すように、燃料タンク２６ａ、発電用エンジン２６ｂ、発電装置２６ｃ、配電盤２６ｄ、制御装置、充電装置等を有して構成され、緊張係留浮体１への給電のための電源、又は、支援用浮体２０自身の各装置への給電のための電源として使用する。
緊張係留浮体１のバラスト調整システムは、例えば、図６に示すように、係留用柱状体１２ｃの下部に配置したバラストポンプ１２ｃａと水没浮力体１２ｂに設けたバラストタンク１２ｂａとシーチェスト１２ｃｂと配管と制御弁等を有して構成される。緊張係留浮体１の喫水を深める必要があるときには、シーチェスト１２ｃｂからバラスト水となる海水を導入してバラストポンプ１２ｃａによりバラストタンク１２ｂａに注入する。また、緊張係留浮体１の喫水を浅くする必要があったり、緊張係留索１３の張力を高めるために浮力より浮体全体重量を小さくする必要があったりするときには、バラストポンプ１２ｃａを用いてバラストタンク１２ｂａからバラスト水を排出する。この各水没浮力体１２ｂのバラスト量を調整することにより緊張係留浮体１の姿勢の調整を行う。
この作業支援システムを支援用浮体２０側に備えることにより、曳航作業時や設置作業時において十分に支援できるようになる。また、支援用浮体２０のスペースを曳航時及び設置作業時の作業台として機能させることができる。これにより、従来技術では、電源供給等の支援を行っていた作業船を、移動のための曳航のみに限定して使用することができるようになるので、作業船側に作業支援システムが不要となり、使用できる作業船の選択範囲が広がることになる。
また、付帯設備の一部又は全部を支援用浮体２０側に設けるので、緊張係留浮体１側の付帯設備の一部又は全部を省略して、緊張係留浮体１の装置全体としてのコストを低減することができる。更に、緊張係留浮体１を多数設置する場合には、この支援用浮体２０を繰り返し使用して、緊張係留浮体の１基あたりの曳航及び設置費用を低減することができる。
次に、上記の構成の支援用浮体２０を用いた緊張係留浮体１の曳航方法について説明する。この曳航では、図７に示すように、緊張係留浮体１の曳航に際して、支援用浮体２０を緊張係留浮体１に沿わせて配置した状態で曳航する。
それより以前のドック内の建造においては、固定用沈底部材１４の上部に緊張係留浮体１を組み上げ、仮係留索２４ｂと緊張係留索１３の下端を取り付ける。支援用浮体２０の配置は、ドック内で固定用沈底部材１４の上部に必要に応じて架台等を介して緊張係留浮体１に対して、個々に分離した作業用浮体２１をその凹部２１ａに係留用柱状体１２ｃが入り込むように配置した後、作業用浮体２１の接続用筒状体２１ｂの接続フランジ２１ｃと結合部材２２の接続フランジ２２ａをボルト等によって結合して、結合部材２２を作業用浮体２１に接合する。その後、ドックに注水し、ドック出しを行う。
図７は、緊張係留浮体１を建造ドック等から引き出し、曳航するときの状態であり、緊張係留浮体１のバラストタンク１２ｂａにバラスト水を積まない浮上させた状態で、支援用浮体２０を緊張係留浮体１に沿わせて配置している。それと共に、支援用浮体２０の下部に、緊張係留索１３と仮係留索２４ｂとで固定用沈底部材１４を吊り下げている。この固定用沈底部材１４にはバラスト水を半分程注入して緊張係留浮体１の水没浮力体１２ｂが水面３にある状態としている。この状態では、中央柱状体１２ａと水没浮力体１２ｂと係留用柱状体１２ｃの下部部分が水面３を貫通し、傾斜に対する復原力を発生しているが、水面３からの緊張係留浮体１の重心の高さが大きく転倒し易いので、支援用浮体２０により更に大きな復原力を発生し、転倒を防止する。この状態で設置水域まで曳船等の作業船により曳航する。
この方法によれば、緊張係留浮体１の曳航時に、支援用浮体２０を緊張係留浮体１に沿わせて配置した状態で曳航するので、この支援用浮体２０により係留用柱状体１２ｃの傾斜を抑制でき、復原力を確保できて緊張係留浮体１の姿勢を安定化できる。従って、曳航作業を十分に支援でき、大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
次に、上記の構成の支援用浮体２０を用いた緊張係留浮体１の設置方法について説明する。この設置作業では、図７の曳航状態から図８の半没水状態に沈めた後に、緊張係留を行って、図９の設置状態にする。
図８は、図７の状態から、固定用沈底部材１４への更なるバラスト水の注入と、水没浮力体１２ｂのバラストタンク１２ｂａへのバラスト水の注入とにより、緊張係留時の喫水まで沈下させたものであり、係留用柱状体１２ｃの上部の一部が水面上に出ている状態である。
この状態では、図７の状態よりも、水面３からの緊張係留浮体１の重心の高さは低くなってはいるが、水面３を貫通する部分は中央柱状体１２ａと係留用柱状体１２ｃの上部部分と少なくなっており、傾斜に対する復原力も小さくなっている。この状態でも転倒し易いので、図７の浮上状態から図８の半没水状態まで支援用浮体２０により大きな復原力を 発生し、転倒を防止する。この図８の状態まで、緊張係留浮体１を沈めた後に、吊り下げていた固定用沈底部材１４を仮係留索２４ｂで支持しながら、仮係留索２４ｂと緊張係留索１３を延ばして海底２に降ろす。その後、固定用沈底部材１４にコンクリートを注入し、固定用沈底部材１４を海底２に固定する。この固定後、仮係留索２４ｂを緩めて、緊張係留索１３を張り、緊張係留索１３の長さと緊張係留浮体１の沈下量を調整し、緊張係留索１３の上端側を係留用柱状体１２ｃの上側係留部１５ｃに固定する。
その後、水没浮力体１２ｂのバラストタンク１２ｂａのバラスト水を排水し、浮力より浮体全体重量を軽くして、緊張係留索１３に所定の張力を発生させる。所定の張力を発生させて、緊張係留浮体１が緊張係留されたら、支援用浮体２０を緊張係留浮体１から分離する。
この支援用浮体２０の分離は、作業用浮体２１と結合部材２２との結合部ができるだけ水面上に出て分離作業が行い易い状態で行うことが好ましい。作業用浮体２１と結合部材２２を分離し、その後、作業用浮体２１を作業船などにより移動させて、係留用柱状体１２ｃから作業用浮体２１を分離する。この緊張係留索１３による緊張係留と、支援用浮体２０の分離により、図９に示すような設置状態となる。
この設置方法によれば、緊張係留浮体１の設置時に、支援用浮体２０を緊張係留浮体１に沿わせて配置した状態で設置作業を行うので、この支援用浮体２０により緊張係留浮体１の傾斜を抑制しつつ、復原力を確保して緊張係留浮体１の姿勢を安定化した状態で設置作業を行うことができる。従って、緊張係留浮体１の姿勢を安定化し、転倒を防止するための大型洋上クレーンによる支援を不要とすることができる。
更に、この設置方法によれば、支援用浮体２０側に設けた仮係留システムにより、固定用沈底部材１４をその重量を支えながら降ろしていくため、緊張係留浮体１側や作業船側に固定用沈底部材１４を水底に降下させるためのウィンチ等の設備が不要となる。
従って、上記の緊張係留浮体１のための支援用浮体２０及びこの支援用浮体２０を用いた緊張係留浮体１の曳航方法と設置方法によれば、緊張係留浮体１を設置水域に曳航する曳航作業においては、復原力を増大させて緊張係留浮体１の姿勢をより安定化できるとともに、緊張係留浮体１の洋上設置においては、緊張係留を行う前の浮上状態から半没水状態に移行するときに、支援用浮体２０により十分な復原力を付加して、緊張係留浮体１の転倒を防止したり、緊張係留浮体１の緊張係留索１３を固定するための固定用沈底部材１４の水底２への沈降作業や緊張係留索１３の緊張力調整等の設置作業において、電源システムを稼動させて、仮係留用ウィンチ２４ａ、姿勢調整用のバラストポンプ１２ｃａ、２５ａを作動させる等、作業台として機能させることができ、これらにより、緊張係留浮体１の曳航時や設置時において、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で一時的に配置される支援用浮体２０により、緊張係留浮体１の曳航及び設置作業を支援することができる。
その上、この支援用浮体２０は曳航時と設置時以外では緊張係留浮体１から取り外すので、緊張係留浮体１を多数設置する場合には、この支援用浮体２０を繰り返し使用できる。その結果、緊張係留浮体１の１基あたりの曳航及び設置の費用を低減することができる。
本発明に係る実施の形態における緊張係留浮体の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態における水面貫通浮力部分を有する係留用柱状体を示す図である。 本発明に係る実施の形態における支援用浮体の構成を示す平面図である。 支援用浮体の結合部材を示す斜視図である。 支援用浮体の作業用浮体と係留用柱状体との配置関係を示す部分断面図である。 支援用浮体の作業用浮体と係留用柱状体の設備を示す部分断面図である。 支援用浮体を配置した緊張係留浮体の曳航状態を示す側面図である。 支援用浮体を配置した緊張係留浮体の半没水状態を示す側面図である。 緊張係留浮体の緊張係留状態と、支援用浮体の分離状態を示す側面図である。 従来技術の緊張係留浮体の構成を示す図である。 従来技術のミニＴＬＰと呼ばれる緊張係留浮体の状態を示す図である。
符号の説明
１、１Ｘ、１Ｙ 緊張係留浮体
２ 水底
３ 水面
１０ 風力発電装置
１１ 上部構造物
１２ 浮体
１２ａ 中央柱状体（センターコラム）
１２ｂ 水没浮力体（ポンツーン：連結部材）
１２ｂａ バラストタンク
１２ｃ 係留用柱状体（コーナーコラム）
１２ｃａ バラストポンプ
１２ｃｂ シーチェスト
１３ 緊張係留索（テンドン）
１４ 固定用沈底部材
１４ｃ 下側係留部
１５ｃ 上側係留部
２０ 支援用浮体
２１ 作業用浮体
２１ａ 凹部
２１ｂ 接続用筒状体
２２ 結合部材
２３ａ 巻取りドラム
２３ｂ プーリー
２４ａ 仮係留用のウィンチ
２４ｂ 仮係留索
２５ａ バラストポンプ
２５ｂ、２５ｃ バラストタンク
２５ｄ シーチェスト
２６ａ 燃料タンク
２６ｂ 発電用エンジン
２６ｃ 発電装置
２６ｄ 配電盤

Claims (6)

  1. 水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の曳航作業又は設置作業を支援するために、曳航時又は設置作業時の少なくとも一方で前記緊張係留浮体に沿って配置される支援用浮体であって、該支援用浮体を前記係留用柱状体との間で相対的に上下移動が可能な状態で前記係留用柱状体に沿わせて配置されることを特徴とする緊張係留浮体のための支援用浮体。
  2. 前記緊張係留浮体を緊張係留するための緊張係留索の巻取りシステム、前記緊張係留浮体に沿って配置された状態で該支援用浮体を仮係留するための仮係留システム、該支援用浮体自身のバラスト調整用システム、前記緊張係留浮体用の電源システム、該支援用浮体用の電源システムの少なくとも一つ、又は、いくかの組み合わせで構成される作業支援システムを備えていることを特徴とする請求項１に記載の緊張係留浮体のための支援用浮体。
  3. 該支援用浮体は、前記係留用柱状体が入り込む凹部を有して、各係留用柱状体のそれぞれに沿って配置される作業用浮体と、この作業用浮体を結合する結合部材を有して構成され、作業支援時には、各係留用柱状体に沿って配置された前記作業用浮体が前記結合部材で結合され一体化されて該支援用浮体を形成すると共に、作業支援の終了後には、前記結合部材が前記作業用浮体と分離され、前記作業用浮体が前記緊張係留浮体から分離されることを特徴とする請求項１又は２に記載の緊張係留浮体のための支援用浮体。
  4. 水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の曳航に際して、請求項１、２又は３に記載の前記緊張係留浮体のための支援用浮体を前記緊張係留浮体に沿わせて配置した状態で曳航することを特徴とする緊張係留浮体の曳航方法。
  5. 水面を貫通する中心柱状体と、この中心柱状体の周囲に配置され、かつ、緊張係留索の上端側端部が固定される係留用柱状体と、前記中央柱状体と前記係留用柱状体とを連結する連結部材を有する緊張係留浮体の設置において、請求項１、２又は３に記載の前記緊張係留浮体のための支援用浮体を用いることを特徴とする緊張係留浮体の設置方法。
  6. 前記支援用浮体を、前記緊張係留浮体を仮係留するための仮係留システムを備えて形成し、該仮係留システムで前記緊張係留浮体の設置に際して、前記緊張係留浮体の設置水域において、前記仮係留システムにより緊張係留索の下端が係留される固定用沈底部材を海底まで沈下させて、前記緊張係留浮体に沿って配置された前記支援用浮体を仮係留した後に、前記緊張係留索による係留を行い、この前記緊張係留索による係留をした後に、前記仮係留を解除することを特徴とする請求項５記載の緊張係留浮体の設置方法。
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