JP2019073387A - 水中設置システム及び水中設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潜水士の目視によらず吊荷の向きを変更できる水中設置システム等の提供。【解決手段】起重機船のクレーンから延びるワイヤにより吊荷を水中に吊り下げて目標位置に設置する水中設置システムにおいて、モータの駆動により前記吊荷の向きを変更制御可能なジャイロ機構と、前記吊荷の向きを検出可能な方位計と、前記モータの駆動により前記吊荷の向きを変更する制御装置とを備える水中設置システムが提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、起重機船のクレーンから延びるワイヤにより吊荷を水中に吊り下げて目標位置に設置する水中設置システム及び水中設置方法に関する。

従来の水中設置システムが、例えば、下記特許文献１に記載されている。起重機船のクレーンで水中に吊荷を目標位置に設置する際には、吊荷の向きが目標方向を向くように調整することが必要になる。同文献に記載の水中設置システムは、モータの駆動により吊荷の向きを変更制御可能なジャイロ機構（同文献では「水中吊荷旋回装置」）を備えている。この水中設置システムでは、潜水士が水中の吊荷を目視し、目視結果に基づいて自身の所持する水中仕様の操作リモコンを操作してジャイロ機構のモータを制御することで、吊荷が目標方向を向くように吊荷の向きを調整するようになっている。

上記従来の技術であれば、例えば、水中で潜水士が介錯ロープ等を用いて吊荷の向きを目標方向に調整する場合に比べて、潜水士の作業負担が軽減される。

特開2013-238002号公報

しかし、上記従来の技術では、水中における吊荷の向きの変更には、潜水士による吊荷の目視が依然として必要であった。

本発明は、上記実情に鑑み、潜水士の目視によらず吊荷の向きを変更できる水中設置システム及び水中設置方法を提供することを目的とする。

本発明の１つの実施形態によれば、
起重機船のクレーンから延びるワイヤにより吊荷を水中に吊り下げて目標位置に設置する水中設置システムにおいて、
モータの駆動により前記吊荷の向きを変更制御可能なジャイロ機構と、
前記吊荷の向きを検出可能な方位計と、
前記モータの駆動により前記吊荷の向きを変更する制御装置とを備える水中設置システムが提供される。

本発明の１つの実施形態によれば、潜水士の目視によらず吊荷の向きを変更できる水中設置システム及び水中設置方法が得られる。

水中設置システムの全体を示す概要図である。 ジャイロ機構の概要図であり、旋回モーメントが生じていない状態を示す図である。 ジャイロ機構の概要図であり、旋回モーメントが生じている状態を示す図である。 耐水圧容器内の構造等を模式的に示す模式図である。 操作リモコンを示す図である。 吊荷の制御構成図である。 吊荷を左旋回させる際に表示装置に表示する情報の一例を示す画面図である。 吊荷を右旋回させる際に表示装置に表示する情報の一例を示す画面図である。

以下、本発明の一例である実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は水中設置システムの全体を示す概要図である。図１には、海面がラインＷＬで模式的に示されている。

水中設置システム１は、起重機船２のクレーン３から延びるワイヤ４により吊荷５を水中に吊り下げて目標位置に設置するためのシステムである。吊荷５の一例としては、例えば、四脚形状をした消波ブロック５Ａがある。消波ブロック５Ａ（コンクリート製ブロック）は、海洋の護岸工事等に用いられる。

消波ブロック５Ａは、ジャイロ機構７に１点以上で吊り下げられるようになっていると好適である。消波ブロック５Ａをジャイロ機構７に１点で吊り下げる場合には、ジャイロ機構７と消波ブロック５Ａとの間は相対回転が生じないように剛結合とする。また、図1に示すように、消波ブロック５Ａをジャイロ機構７に２点以上で吊り下げる場合には、ジャイロ機構７と消波ブロック５Ａとの間は、ロープやチェーンのような索状の吊り具を用いることができる。

水中設置システム１には、ジンバル用モータ１３（「モータ」に相当）の制御により水中で吊荷５の向きを変更させるジャイロ機構７と、吊荷５の向きを検出可能なジャイロコンパス６（方位計の一例）と、ジャイロコンパス６の検出結果に基づいてジャイロ機構７を操作可能な操作部２１と、が備えられている。

図２は、ジャイロ機構の概要図であり、旋回モーメントが生じていない状態を示す図である。図３は、ジャイロ機構の概要図であり、旋回モーメントＭが生じている状態を示す図である。図２及び図３には、第１回転軸心Ｘ、第１回転軸心Ｘと直交する第２回転軸心Ｙ、及び第１回転軸心Ｘ及び第２回転軸心Ｙに直交するモーメント軸心Ｚが示される。図４は、耐水圧容器内の構造等を模式的に示す模式図である。図４では、ジンバル１１が水平状態であるときのフライホイル１２が実線で示されるとともに、ジンバル１１が水平状態から回転されたときのフライホイル１２が一点鎖線で模式的に示されている。

ジャイロ機構７は、筐体７０に支持される。尚、筐体７０は、耐水圧容器２４内に固定されるが、耐水圧容器２４で代替されてもよい。

ジャイロ機構７には、第１回転軸心Ｘに固定されるジンバル１１、第２回転軸心Ｙに固定されるフライホイル１２、ジンバル１１を第１回転軸心Ｘを中心に回転させるジンバル用モータ１３、フライホイル１２を第２回転軸心Ｙを中心に回転させるフライホイル用モータ１４等が備えられている。ジンバル１１が水平状態であるとき、モーメント軸心Ｚは鉛直方向（重力方向）に一致する。

ジャイロ機構７は、繰り出しと巻き取りが可能なワイヤ４に吊り下げられている。なお、ワイヤ４には、スイベル機構１６が取り付けられている。

ジャイロ機構７の動作について説明する。ジャイロ機構７では、フライホイル１２が、フライホイル用モータ１４により第２回転軸心Ｙ周りに高速で回転している。そして、ジンバル用モータ１３を駆動して、ジンバル１１により第１回転軸心Ｘを支点としてフライホイル１２を傾動させることで（矢印Ｒ３参照）、モーメント軸心Ｚ周りに、ジャイロモーメントＭが発生する。ジャイロ機構７を支持する筐体７０は、フライホイル１２とジンバル１１とにより発生した旋回モーメントＭを受けて鉛直軸心周りに回転し、吊荷である吊荷５を鉛直軸心周りに旋回させる。

一方、ジャイロ機構７では、ジンバル１１を回転させて、フライホイル１２に係る第１回転軸心Ｘを鉛直向きに、モーメント軸心Ｚを水平向きにし、かつ、その後にジンバル１１をフリーにすることにより、吊荷５に作用する鉛直軸心周りのモーメントが消失する。これにより、吊荷５の旋回が停止する。そして、ジンバル１１をフリーにすると、潮流や波によって吊荷５が回転しようとするときは、フライホイル１２の回転軸（第２回転軸心Ｙ）が、常に水平となり、現状の向きに留まろうとする。

本実施例では、ジャイロ機構７は、耐水圧容器２４内に収容される。耐水圧容器２４は、例えば、水深５０ｍの圧力に耐えうるものであることが好ましい。本実施例では、一例として、耐水圧容器２４は、基台９に固定される。例えば、耐水圧容器２４は、基台９上の直方体状に骨材を組んだフレーム１０に固定される。耐水圧容器２４は、ジャイロ機構７のジンバル用モータ１３やフライホイル用モータ１４等の他、ジャイロコンパス６を収容する。

ジャイロコンパス６は、吊荷５の向きとして、具体的に、吊荷５の方位（絶対角度）を検出可能となっている。これにより、例えば、基準方位（例えば北Ｎ）に対する揺動角なども算出可能となる。

ジャイロコンパス６は、吊荷５の中心の鉛直上方に位置する箇所に配置されていると好ましい。ジャイロコンパス６は、基台９に対して固定される。ジャイロコンパス６は、基台９に対して回転不能な任意の部品や部材に設けられてよい。ジャイロコンパス６は、好ましくは、図４に示すように、耐水圧容器２４内に設けられる。

ジャイロ機構７には、起重機船２上の制御室（図示せず）から延びるケーブル２５が電気的に接続される。

ケーブル２５は、着脱可能な耐水圧コネクタ２６により接続状態と分離状態に切り換え自在となっている。

耐水圧コネクタ２６には、雌コネクタ２６Ａと、雌コネクタ２６Ａに接続可能な雄コネクタ２６Ｂと、が備えられている。雄コネクタ２６Ｂは、耐水圧容器２４側に設けられる。但し、雄雌が逆であってもよい。即ち、雌コネクタ２６Ａが耐水圧容器２４側に設けられてもよい。耐水圧容器２４と、耐水圧コネクタ２６及びケーブル２５と、の間に、浸水防止用のシール処理が施される。

ケーブル２５は、モータ等に電力を供給する送電ケーブル２５Ａ（電源用のケーブル相当）と、モータ等に対する信号の送受信を行う信号ケーブル２５Ｂ（制御信号用のケーブル相当）と、に分離して別体に形成されている。なお、これに代えて、送電ケーブル２５Ａと信号ケーブル２５Ｂとを、多芯ケーブルとして一体的に形成してもよい。

なお、ジンバル用モータ１３やフライホイル用モータ１４に対する給電を送電ケーブル２５Ａで行う構成に代えて、耐水圧容器２４内にバッテリを備え、そのバッテリからジンバル用モータ１３やフライホイル用モータ１４に給電を行う構成としてもよい。

なお、クレーン３の中間部には、ケーブル２５を案内する滑車１８が設けられている。ケーブル２５は、ケーブル用リール装置１９により巻き取りと繰り出しを自在に行うことができる。

ワイヤ４の巻き取りと繰り出しを行う場合、ワイヤ４の繰り出し量にケーブル２５の繰り出し量が対応するように、ケーブル２５の巻き取りと繰り出しが行われる。これにより、ケーブル２５が弛むことが防止される。

また、信号ケーブル２５Ｂでジンバル用モータ１３やフライホイル用モータ１４へ制御信号を送信する構成に代えて、制御信号を送受信可能な無線機を備えるようにしてもよい。この場合、起重機船上の船上無線機と、耐水圧容器２４内の容器内無線機と、を備える。船上無線機と容器内無線機とは、超音波や電磁波等で通信を行う。尚、無線での制御は、ケーブル１８が無い場合に操作リモコン２２とジャイロ機構７とで通信する方法や、ケーブル１８がある場合に操作リモコン２２と起重機船２上の別の操作部２１（例えばパーソナルコンピュータなど）とで通信する方法がありえる。

図５は、操作リモコン２２の一例を示す図である。図６は、吊荷５の制御系の一例を示す構成図である。吊荷５の制御系は、例えば、起重機船２の制御室（図示せず）内に設置されてよい。

水中設置システム１には、ジャイロコンパス６の検出結果に基づく吊荷５の向き及び吊荷５の目標方向を表示する表示装置２０が備えられている。表示装置２０としては、例えば、モバイル端末のディスプレイが挙げられる。モバイル端末としては、例えば、ノートパソコン、タブレット端末等が挙げられる。なお、表示装置２０として、据置型のディスプレイを採用してもよい。

図７は、吊荷を左旋回させる際に表示装置に表示する情報の一例を示す画面図である。図８は、吊荷を右旋回させる際に表示装置に表示する情報の一例を示す画面図である。なお、図７には、吊荷５を左旋回させる際に表示装置２０に表示される情報の一例が示され、図８には、吊荷５を右旋回させる際に表示装置２０に表示される情報の一例が示される。図７及び図８では、吊荷５の向きを表す情報８０１、及び、フライホイル用モータ１４の状態（平面、正面、側面からの模式的な絵と、回転数や速度など）を表す情報８０２とともに、操作リモコン２２の操作状態を示す情報８００も表示されている。船上の作業員は、表示装置２０を通じて、吊荷５の現状の向き等を視覚的に認識できる。

操作部２１の一例としては、人為操作に基づいてジンバル用モータ１３を操作する操作リモコン２２である。操作部２１は、その他、起重機船２上のパーソナルコンピュータや、起重機船２上のユーザが備える携帯端末等により実現されてもよい。尚、操作リモコン２２は、図５に示すように、機械式のリモコンであってもよいし、表示装置２０に設定されるタッチスイッチによるリモコン（図７の情報８００参照）であってもよい。後者の場合、図７の情報８００は、タッチスイッチによるリモコンとして機能する。尚、図７の情報８００は、タッチスイッチに代えて、カーソルやポインタによる操作が可能なスイッチであってもよい。

操作部２１としては、ジャイロコンパス６の検出結果に基づいて吊荷５が目標方向となるようにジンバル用モータ１３を制御するコントローラ２３（図６参照）が備えられている。
〔水中設置システムの組み立て手順について〕
まず、ケーブル２５用のケーブル用リール装置１９を、クレーン３のジブの根元に設置する。

次に、クレーン３のジブの中間付近の箇所に、ケーブル２５用の滑車１８を設置する。

次に、ケーブル用リール装置１９からケーブル２５を繰り出して、ケーブル２５を滑車１８の上側に通して、ケーブル２５の端部を起重機船２の甲板に下ろす。

次に、ケーブル２５をジャイロ機構７に接続する。即ち、耐水圧コネクタ２６によりケーブル２５をジャイロ機構７に電気的に接続する。

次に、ジャイロ機構７を第２玉掛けワイヤ３１とフック３３で吊る。なお、ジャイロ機構７側の第２玉掛けワイヤ３１は、予め据え付けされている。
〔水中設置方法について〕
以下、起重機船２に設けられたクレーン３により吊荷５を吊り下げて水中に設置する水中設置方法を説明する。

先ず、ジャイロ機構７を起動する。即ち、ジャイロ機構７のフライホイル用モータ１４を駆動し、フライホイル１２を高速で回転させる。すると、フライホイル１２の慣性モーメントにより、吊荷５の旋回角度が保持される。

次に、ジャイロ機構７の下部の第１玉掛けワイヤ３０を使って、吊荷５を玉掛けする。図１には、二点鎖線でワイヤ４の巻取り前の状態が示される。

次に、クレーン３におけるワイヤ４を巻取って吊荷５を吊り上げ、クレーン３を旋回させて吊荷５を目標位置の直上に移動させる。目標位置の直上への旋回は、ＧＰＳ装置７１からの情報に基づいて実現されてもよい。尚、ジャイロ機構７の起動は、この段階で実行されてもよい。

次に、ワイヤ４を繰り出して、吊荷５を下降させて水没させる。この際、吊荷５の目標位置の水深が浅い場合は、耐水圧容器２４は水没しない。一方、吊荷５の目標位置の水深が深い場合は、耐水圧容器２４は水没する。

吊荷５を目標位置に設置するまでの工程において、水中設置方法は、ジャイロコンパス６を用いて吊荷５の向きを検出し、ジャイロ機構７のジンバル用モータ１３の駆動により吊荷５の向きを変更することを含む。吊荷５の向きの目標値（目標方向）は、吊荷５ごとに、予め設計図から導出又は設定される。具体的には、ジャイロコンパス６で検出される吊荷５の向きが目標方向となるように調整すべく、ジャイロ機構７を制御する。これにより、吊荷５を鉛直軸心周りに旋回させ、吊荷５の向きが目標方向になったところで、吊荷５の旋回を停止する。

吊荷５を目標位置に設置するまでの工程において、水中設置方法は、更に、検出された吊荷５の向きを表示装置２０上に表示することを含んでもよい。この場合、作業員は、表示装置２０の画面から各種情報を得ながら、操作リモコン２２を用いて吊荷５の向きを変更できる（図７及び図８参照）。この際、吊荷５の目標方向が表示装置２０上に表示されてもよい。この場合、作業者は、両者の関係を見ながら、操作リモコン２２を操作できる。また、変形例では、吊荷５毎に事前に方位設定しておくておくこともでき、自動制御することもできる。

このようにして吊荷５が目標位置に目標方向で設置されると、潜水士が、吊荷５に掛けられた第１玉掛けワイヤ３０を吊荷５から取り外す。これにより、水中の目標箇所に吊荷５を目標方向に設置する作業が完了する。なお、第１玉掛けワイヤ３０を自動的に接合解除する解除機構を設け、起重機船２上から解除機構に超音波等の無線通信で解除機構を作動させる構成にしてもよい。この場合、潜水士が第１玉掛けワイヤ３０を手操作で取り外す作業負担が削減される。

上記した水中設置方法であれば、潜水士が介錯ロープを操作して吊荷５の向きを手動調節することや、潜水士が吊荷５の向きの調整のために吊荷５の目視や水中リモコンの操作を行う作業負荷が削減される。

以上、本発明の好ましい実施形態の一例について説明したが、本発明は上記した内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において他にも種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施例では、方位計として、ジャイロコンパス６が用いられるが、これに限られない。例えば、基台９上の２点以上の位置を計測することで、方位が導出（計測）されてもよい。この場合、方位の計測に用いる位置の計測には、USBL(Ultra Short Base Line)方式測位装置等が使用されてもよい。

１ 水中設置システム
２ 起重機船
３ クレーン
４ ワイヤ
５ 吊荷
５Ａ 消波ブロック
６ ジャイロコンパス
７ ジャイロ機構
９ 基台
１０ フレーム
１１ ジンバル
１２ フライホイル
１３ ジンバル用モータ
１４ フライホイル用モータ
１６ スイベル機構
１８ 滑車
１９ ケーブル用リール装置
２０ 表示装置
２１ 操作部
２２ 操作リモコン
２３ コントローラ
２４ 耐水圧容器
２５ ケーブル
２５Ａ 送電ケーブル
２５Ｂ 信号ケーブル
２６ 耐水圧コネクタ
２６Ａ 雌コネクタ
２６Ｂ 雄コネクタ
３０ ワイヤ
３１ ワイヤ
３２ ワイヤ
３３ フック

Claims (7)

1. 起重機船のクレーンから延びるワイヤにより吊荷を水中に吊り下げて目標位置に設置する水中設置システムにおいて、
   モータの駆動により前記吊荷の向きを変更制御可能なジャイロ機構と、
   前記吊荷の向きを検出可能な方位計と、
   前記モータの駆動により前記吊荷の向きを変更する制御装置とを備える水中設置システム。
2. 前記起重機船に設けられ、前記方位計の検出結果に基づいて前記吊荷の向きを表示する表示装置を更に備える請求項１に記載の水中設置システム。
3. 前記起重機船に設けられ、前記モータへ駆動指令を送出可能な操作リモコンを更に備える請求項２に記載の水中設置システム。
4. 前記ジャイロ機構を収容する耐水圧容器を更に備え、
   前記方位計が、前記耐水圧容器に収容されている請求項２または３に記載の水中設置システム。
5. 前記モータが前記耐水圧容器に収容され、
   前記モータがケーブルにより前記耐水圧容器の外部に接続され、
   前記耐水圧容器の壁面に前記ケーブルを接続または分離自在な水中コネクタが設けられる請求項４に記載の水中設置システム。
6. 前記ケーブルが、電源用のケーブルと、制御信号用のケーブルとを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の水中設置システム。
7. 起重機船のクレーンから延びるワイヤにより吊荷を水中に吊り下げて目標位置に設置する水中設置方法において、
   モータの駆動により前記吊荷の向きを変更制御可能なジャイロ機構を介して、前記吊荷を水中に吊り下げ、
   方位計を用いて、前記吊荷の向きを検出し、
   前記モータの駆動により前記吊荷の向きを変更することを含む水中設置方法。

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