JP3238824U - Ｐｔｆｅ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置 - Google Patents

Abstract

本考案は、ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置とその応用を開示して海洋工程設備の技術分野に関する。当該装置は幾つかの現場組立可能なプレハブ式板組立部品を備える。板組立部品は単杭の外周に沿って４枚配列され、単杭に沿って海底以上から船着場構造物の下端までの口縁部分に複数配置される。板組立部品は、内弧両端の内側に一体的に形成された接続部材を備え、当該接続部材の長手方向の中央に接続ボルト穴及び接続ボルトが設けられ、隣接する板組立部品は、接続ボルトで互いに接続・固定される。ＰＴＦＥ膜は、板組立部品の外弧面に沿って貼り付けられ、隣接するＰＴＦＥ膜の先端と後端は互いに重ね継がれ、隣接する板組立部品の内部に設けられる。本考案は、ＰＴＦＥ膜に基づく低表面張力と高潤滑性の特性を利用してプレハブ式強化ガラス部材の表面にＰＴＦＥ膜を貼り付けることにより、洋上単杭に対して汚損を引き起こす海洋生物の物理的吸着と生物群落の粘膜付着によって引き起こされた防食問題を解決する。

Description

本考案は、海洋工程設備の技術分野、特にＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置とその応用に関する。

海洋環境の微生物が洋上風力発電や洋上プラットフォームやその他の静的海域における設備及び施設など、特に単杭に付着し腐食するのは、静的海域における設備及び施設、特に単杭材料に対して直接的又は間接的に引き起こされた腐食破損作用と破損現象の重要な特徴である。静的海域における海洋装備及び施設材料の腐食に対する海洋微生物の影響は、重大かつ複雑であり、一般的な腐食と異なる新たな問題を示し、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の腐食及び性能の低下につながる重要な要因である。これは、海上用金属材料、特に海上用高張力鋼やその他の材料が海洋資源の開発に広く使用されている場合、微生物腐食も特別な注意と分析の重要な要素の１つとして挙げられているわけである。ただし、微生物群落の基本的な構成に対する認識が非常に限られているため、微生物群落によって生成された嫌気性微生物の腐食作用と鉄鋼腐食の詳細な成り行きは、微生物学及び分子生物学上の深い研究を必要とする。

鉄鋼の腐食汚損を引き起こす海洋微生物は、主にフジツボや苔虫や石灰虫や貝の甲殻類、微生物、ビブリオ等を含み、飛沫帯や潮間帯に広く分布し、あらゆる海域の潮間帯から潮下帯の浅海区域に見られる。それらの生物は膨大な数量で密集しており、０～１７メートルの水深範囲において最も多くなる。その水深範囲に日光が足りるため、豊富な浮遊生物は、それらの汚損を引き起こす生物に十分な食料を提供する。それらの汚損を引き起こす生物は多くの独特な生活習性を持っており、出生時に幼虫が水域に浮いたり泳いだりし、次に幼虫の後期に適切な場所を見つけて固着し、動かない成虫になる。それらの汚損を引き起こす生物は、適切な環境に遭うと、海中の硬い物体に吸着して寄生し始め、一生固着して生息しており、風や波で洗い流せず、取り除き難いものとなる。また、０～１７メートルの水深範囲において微生物やビブリオは比較的多く生息しており、微生物やビブリオは密集して生体被覆を形成し、海中の物体に吸着する。汚損を引き起こす海洋生物は、自身吸盤の作用で機械的に付着した後、タンパク質を主成分とする接着性物質を分泌して付着力を高め、交叉結合により成体を形成して殻を石灰化することで自身の強力な吸着力及び付着力を確保する。

汚損を引き起こす海洋生物の付着は自然現象である。０～１７メートルの水深範囲の飛沫帯において汚損を引き起こす生物及び生物群落が密集した地域には、折りよく静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の水中部があり、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の運転モードにより、汚損を引き起こす海洋生物はちょうど良い付着及び寄生環境を得、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の表面に付着して厚い汚損層を形成する。静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設に対する汚損を引き起こす海洋生物の危害は、主に、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の直径を大きくし、波浪及び海流に対する抵抗を増大させ、構造物の静的及び動的負荷を増大させることで明らかになる。静的負荷は動的負荷に比べて取るに足らないほど微々たるものであるが、抵抗係数は約４分の１増加し、水中部の構造疲労損傷は６０％以上に達し、疲労寿命は５０％以上短縮される。尚、汚損層は静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の防食層を破壊し、炭素鋼の腐食を加速して除去し難くなる。汚損を引き起こす海洋生物によって引き起こされた静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の局所的な腐食又は穿孔腐食は、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の耐食性及び性能低下に影響を与える重要な要因である。したがって、現在、水中構造物の安全な操作を確保するために、静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設の設計について通常負荷の設計許容値を増やして鋼板を分厚くさせて用量を増やすという方法、又は水中部位の定期検査、詳細な目視検査及び非破壊検査で付着した汚損を引き起こす生物を除去するなどの措置を採用する。

静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設は、汚損を引き起こす海洋生物が吸着した後、海塩含有量や相対湿度や温度などの海洋大気環境の腐食要因に加えて、波浪の飛沫の影響も受けて飛沫帯の海塩粒子含有量が海洋大気よりもはるかに高くなる。静的海域における洋上風力発電や洋上プラットフォームの単杭等設備及び施設は、飛沫帯の下部の海水にいつも浸されて乾湿が頻繁に交代するため、飛沫帯における炭素鋼の腐食速度は他の区域よりもはるかに高くなる。飛沫帯では、炭素鋼が腐食ピークを示し、平均満潮位における腐食ピークの距離も様々な海域において異なる。最も深刻な被腐食部位は、平均満潮位以上の飛沫帯である。当該区域において酸素含有量が他の区域よりも高いため、酸素の脱分極が炭素鋼の腐食を促進するとともに、飛沫の衝撃も炭素鋼表面の塗料防食層を強く破壊し、当該部位において単杭表面の防食層の剥離を早め、深刻な局部腐食も引き起こして腐食速度を増加させる。

報告によると、中国の洋上風力発電所の稼働期間は１５年に達するほどではなく、一部の単杭には広範囲の腐食後防食層の損壊現象が現れた。英国北海の洋上プラットフォームにある溶接部（面積は３７，０００～１１２，０００ ｍ^２、長さは４，０００ ｍ）には汚損を引き起こす海洋生物が広く付着し、取り除くだけで１，６５０万ポンドもかかった。また、フジツボやカキなどの硬い汚損を引き起こす海洋生物も、水中検査中の潜水器材の使用を妨げ、潜水夫を迷わせる可能性がある。したがって、毎年、全球はこれらの汚損を引き起こす海洋生物の除去に莫大な人的資源及び資金を費やさなくてはいけない。

中国の４つの海域は、温帯、亜熱帯及び熱帯という３つの異なる気候帯にまたがり、広い海域や長く複雑な海岸線や星列している港湾を有する。環境条件や固有の生物特性の影響により、汚損を引き起こす海洋生物群落は様々な海域に応じて生物種の構成が異なって地域差異があるが、そのような地域差異は、無秩序及び予測不可能無いし、特定の規則性を有する。得られた研究データにより、東海及び南海の海洋構造物はほとんどの汚損を引き起こす海洋生物の繁殖及び生長に適することが明らかである。

単杭は、中国で洋上風力発電や洋上プラットフォームに広く使用され、防食設計の耐用年数が通常約２７年であり、塗装防食及び犠牲陽極防食を組み合わせた防食対策を採用する。関連技術的措置及び標準は、基本的に洋上石油試錐作業台の汚損を引き起こす海洋生物の付着対策並びに国家エネルギー局によって編集された「洋上風力発電所の鉄骨構造の防食技術基準」（ＮＢ／Ｔ３１００６：２０１１）により設計を行う。防食塗料の施工は、塗料供給業者の提供した施工技術及び工程に準拠しており、塗料乾燥膜厚の設計要件があり、防食の設計及び施工上の欠陥を排除する。ただし、それらの関連技術的措置及び標準は、主に単杭の防食を目指しており、汚損を引き起こす海洋生物の物理的吸着と生物群落の粘膜付着を防ぐのに明らか又は長期的な効果を備えない。特に、稼働している単杭における汚損を引き起こす海洋生物の粘着に対して解決対策はほとんどない。

本考案は、ＰＴＦＥ膜に基づく低表面張力と高潤滑性の特性を利用して、汚損を引き起こす海洋生物の付着を防ぐ目的を達成するだけでなく、プレハブ式強化ガラス部材の表面にＰＴＦＥ膜を貼り付けることにより、洋上風力発電又は洋上プラットフォームで使用された単杭に対して汚損を引き起こす海洋生物の物理的吸着と生物群落の粘膜付着によって引き起こされた防食問題を解決する。

上記の技術的課題を解決するために、本考案はＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置を提供する。当該装置は幾つかの現場組立可能なプレハブ式板組立部品を備える。板組立部品は単杭の外周に沿って４枚配列され、単杭に沿って海底以上から船着場構造物の下端までの口縁部分に複数配置される。板組立部品は、内弧両端の内側に一体的に形成された接続部材を備え、当該接続部材の長手方向の中央に接続ボルト穴及び接続ボルトが設けられ、隣接する板組立部品は、接続ボルトで互いに接続・固定される。
ＰＴＦＥ膜は、板組立部品の外弧面に沿って貼り付けられ、隣接するＰＴＦＥ膜の先端と後端は互いに重ね継がれ、隣接する板組立部品の内部に設けられる。

本考案によって更に限定された技術案が、
更に、凹型防摩耗ゴムパッドも備え、前記防摩耗ゴムパッドの凹部は、前記接続ボルトで接続された隣接する前記接続部材を包んでいる。

前記ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置であって、管胴装置の内側と前記単杭の外側との間に１００ｍｍの隙間がある。

本考案にもう一つの目的は実際に応用されている洋上風力単杭の外径サイズの設計により、プレハブ式強化ガラスの鋳造成形プロセスを通じて、洋上応用現場において組み立てに適したプレハブ式強化ガラス板組立部品を鋳造し、
プレハブ式板組立部品の外弧面にはＰＴＦＥ膜を外弧長方向に沿って貼り付け、ＰＴＦＥ膜の開始端及び終了端がゴムの剥離により脱落しないように隣接する板組立部品の接続部材の内部にＰＴＦＥ膜の開始端及び終了端を固定させ、
前記板組立部品は、船上で組み立てられたか、陸上で組み立てられた後、海上に取り付けられ、取り付けている時、単杭の外側を囲んで板組立部品を組み立て、単杭の海底以上から飛沫帯までの高度範囲以上において単杭の外周にかぶせられた管胴装置の全体構造を形成する請求項１－３のいずれかに記載の前記管胴装置の応用を提供する。

前記ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置の応用、組み立てる前に、単杭の外側にかぶせられた管胴装置の完全性を確保するように管胴装置の沈下に影響を与える部材が単杭の外側にあるかどうかを検出し、各板組立部品の高さを算出する。

前記ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置の応用、単杭の外側に他の部材がある場合、前記板組立部品が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの前記接続ボルトを接続して固定し、フランジの外側面が管胴装置と単杭との間の隙間を超えて管胴装置の沈下に影響を及ぼす場合、前記板組立部品が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの前記接続ボルトを接続し固定する。

前記ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置の応用、フランジの外側面が管胴装置と単杭との間の隙間を超える場合、フランジ部分をすべて空け、フランジの外側面が管胴装置と単杭との間の隙間を超えない場合、管胴装置をフランジの外側にかぶせ、
犠牲陽極塊のコーベルに位置する管胴装置を一部切り離して犠牲陽極塊のコーベルを露出させるが、管胴装置の少なくとも３分の２を切断していないことを確保する必要がある。

前記ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置の応用、退潮するか、波風が収まって静かな期間に管胴装置を取り付ける。

本考案の有益な効果は次のとおりである：
（１）本考案は、取り付けられた洋上風力発電または洋上プラットフォームの単杭に対する付着防止及び腐食防止の技術向上に特に適しており、すでに使用される且つ海水で使用できない、海洋生物の付着を防ぐためにＰＴＦＥ膜が貼り付けられた水中単杭が海洋生物によって吸着され、汚染され腐食される問題を解決できる。
（２）海洋生物の付着を防ぐために本考案で使用されたＰＴＦＥ膜は、汚損を引き起こす海洋生物の長期的な付着防止用高分子膜材料に属し、海洋生物群落が洋上風力単杭の表面に粘着する吸着力を大幅に低減し、海洋生物群落が膜表面に非常に低い吸着力しか持たず、それ自体が膜表面から落ちるようにすることができることにより、海水で洋上風力発電を長期的に使用している中でその性能の変化、低下又は障害が発生しにくくなることに加えて、単杭の表面の防食機能を強化し、単杭の防食に対して二重の保護的役割を果たす。

本考案における板組立部品の概略図である。 本考案における板組立部品の組立及びＰＴＦＥ膜の貼り付けの概略図である。 本考案における防摩耗ゴムパッドの概略図である。

１－単杭；２－板組立部品；３－ＰＴＦＥ膜；４－防摩耗ゴムパッド。

実施例１
本考案はＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置を提供する。当該装置は、図１－３に示されたように幾つかの現場組立可能なプレハブ式板組立部品２を備える。板組立部品２は単杭１の外周に沿って４枚配列され、単杭１に沿って海底以上から船着場構造物の下端までの口縁部分に複数配置される。

板組立部品２は、内弧両端の内側に一体的に形成された接続部材を備え、当該接続部材の長手方向の中央に接続ボルト穴及び接続ボルトが設けられ、隣接する板組立部品２は、接続ボルトで互いに接続・固定される。板組立部品２は１８ｍｍの壁厚を有し、接続部材は５０ｍｍの長さ及び１８ｍｍの厚さを有し、接続ボルト穴は接続部材の両端からそれぞれ２０ｍｍ離れており、接続ボルトはφ１２ｍｍのステンレス鋼ボルトである。

ＰＴＦＥ膜３は、板組立部品２の外弧面に沿って貼り付けられ、隣接するＰＴＦＥ膜３の先端と後端は互いに重ね継がれ、隣接する板組立部品の内部に設けられる。重ね継ぎ幅は３０ｍｍである。

管胴装置は、海波から頻繁な衝撃を受けている中で管胴装置が単杭１の防食層にぶつかったことで引き起こされた防食層の摩擦損傷を防止するように凹型防摩耗ゴムパッド４も備える。防摩耗ゴムパッド４の凹部は、接続ボルトで接続された隣接する接続部材を包んでいる。防摩耗ゴムパッド４は、帯状であり、７８０ｍｍの長さ、１００ｍｍの高さ及び８０ｍｍの幅を有し、凹部は４０ｍｍの幅及び５０ｍｍの深さを有し、凹部の両側は２０ｍｍの壁厚を有し、その両端から長さ方向に沿って１５０ｍｍ離れる処は、脱落防止のためにφ５ｍｍ×１００ｍｍのステンレス製タッピングねじで接続部材に固定されている。取り付け後の防摩耗ゴムパッドは、海波から頻繁な衝撃を受けている中で管胴装置が単杭１の防食層にぶつかったことで引き起こされた防食層の摩擦損傷を防止するように２枚の板組立部品２の接続部材と単杭１の外側との間に挟み込まれている。

取り付けられた単杭１の表面に吸着された汚損を引き起こす海洋生物を除去しにくいとか、単杭１を取り付け易いとか、管胴装置が単杭１の防食層に直接擦られないという要因を考慮すると、管胴装置の内側と単杭１の外側との間に１００ｍｍの隙間がある。単杭１は８０００ｍｍの外径及び２５１２０ｍｍの外周を有し、管胴装置の内側と単杭１の外側との間に１００ｍｍの隙間がある場合、管胴装置は、８２００ｍｍの内径及び２５７４８ｍｍの内周を有し、板組立部品２の内弧の長さは６４３７ｍｍである。

実施例２
本実施例は、具体的に以下のような実施例１の応用を提供する。

実際に応用されている洋上風力単杭１の外径サイズの設計により、プレハブ式強化ガラスの鋳造成形プロセスを通じて、洋上応用現場において組み立てに適したプレハブ式強化ガラス板組立部品２を鋳造する。

プレハブ式板組立部品２の外弧面にはＰＴＦＥ膜３を外弧長方向に沿って貼り付け、ＰＴＦＥ膜３の開始端及び終了端がゴムの剥離により脱落しないように隣接する板組立部品２の接続部材の内部にＰＴＦＥ膜３の開始端及び終了端を固定させる。

板組立部品２は、船上で組み立てられたか、陸上で組み立てられた後、海上に取り付けられる。取り付けている時、単杭１の外側を囲んで板組立部品２を組み立て、単杭１の海底以上から飛沫帯までの高度範囲以上において単杭１の外周にかぶせられた管胴装置の全体構造を形成する。

退潮するか、波風が収まって静かな期間に管胴装置を取り付けると、取り付け品質だけでなく、生産の安全性にも有利になる。組み立てる前に、単杭１の外側にかぶせられた管胴装置の完全性を確保するように管胴装置の沈下に影響を与える部材（犠牲陽極塊のコーベルやフランジなど）が単杭１の外側にあるかどうかを検出し、各板組立部品２の高さを算出する。単杭１の外側に他の部材がある場合、板組立部品２が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの接続ボルトを接続して固定する。フランジの外側面が管胴装置と単杭１との間の隙間を超えて管胴装置の沈下に影響を及ぼす場合、板組立部品２が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの接続ボルトを接続し固定する。フランジの外側面が管胴装置と単杭１との間の隙間を超える場合、フランジ部分をすべて空ける。フランジの外側面が管胴装置と単杭１との間の隙間を超えない場合、管胴装置をフランジの外側にかぶせる。犠牲陽極塊のコーベルに位置する管胴装置を一部切り離して犠牲陽極塊のコーベルを露出させるが、管胴装置全体の強度に影響を与えないように管胴装置の少なくとも３分の２を切断していないことを確保する必要があることにより、単杭１の周辺にある管胴装置の完全性を満たして海水の衝撃に耐えることができる。

上記の実施形態に加えて、本発明は他の実施形態も有し得る。同一の置換又は同一の変換によって形成されたすべての技術的解決策は、本考案による請求項の保護範囲内に入る。

本考案は、海洋工程設備の技術分野、特にＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置に関する。

Claims (8)

1. ＰＴＦＥ膜に基づいて海洋汚損生物付着を防ぐ洋上風力発電用単杭管胴装置であって、
   幾つかの現場組立可能なプレハブ式板組立部品（２）を備え、前記板組立部品（２）は前記単杭（１）の外周に沿って４枚配列され、前記単杭（１）に沿って海底以上から船着場構造物の下端までの口縁部分に複数配置され、前記板組立部品（２）は、内弧両端の内側に一体的に形成された接続部材を備え、前記接続部材の長手方向の中央に接続ボルト穴及び接続ボルトが設けられ、隣接する前記板組立部品（２）は、前記接続ボルトで互いに接続・固定され、
   ＰＴＦＥ膜（３）は、前記板組立部品（２）の外弧面に沿って貼り付けられ、隣接する前記ＰＴＦＥ膜（３）の先端と後端は互いに重ね継がれ、隣接する前記板組立部品の内部に設けられることを特徴とする管胴装置。
2. 凹型防摩耗ゴムパッド（４）も備え、前記防摩耗ゴムパッド（４）の凹部は、前記接続ボルトで接続された隣接する前記接続部材を包んでいることを特徴とする請求項１に記載の管胴装置。
3. 前記管胴装置の内側と前記単杭（１）の外側との間に１００ｍｍの隙間があることを特徴とする請求項１に記載の管胴装置。
4. 実際に応用されている洋上風力単杭（１）の外径サイズの設計により、プレハブ式強化ガラスの鋳造成形プロセスを通じて、洋上応用現場において組み立てに適したプレハブ式強化ガラス板組立部品（２）を鋳造し、
   プレハブ式板組立部品（２）の外弧面にはＰＴＦＥ膜（３）を外弧長方向に沿って貼り付け、ＰＴＦＥ膜（３）の開始端及び終了端がゴムの剥離により脱落しないように隣接する板組立部品（２）の接続部材の内部にＰＴＦＥ膜（３）の開始端及び終了端を固定させ、
   前記板組立部品（２）は、船上で組み立てられたか、陸上で組み立てられた後、海上に取り付けられ、取り付けている時、単杭（１）の外側を囲んで板組立部品（２）を組み立て、単杭（１）の海底以上から飛沫帯までの高度範囲以上において単杭（１）の外周にかぶせられた管胴装置の全体構造を形成することを特徴とする請求項１－３のいずれかに記載の前記管胴装置の応用。
5. 組み立てる前に、単杭（１）の外側にかぶせられた管胴装置の完全性を確保するように管胴装置の沈下に影響を与える部材が単杭（１）の外側にあるかどうかを検出し、各板組立部品（２）の高さを算出することを特徴とする請求項４に記載の応用。
6. 単杭（１）の外側に他の部材がある場合、前記板組立部品（２）が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの前記接続ボルトを接続して固定し、フランジの外側面が管胴装置と単杭（１）との間の隙間を超えて管胴装置の沈下に影響を及ぼす場合、前記板組立部品（２）が所定位置に沈んだ後、水中で最後の２つの前記接続ボルトを接続し固定することを特徴とする請求項４に記載の応用。
7. フランジの外側面が管胴装置と単杭（１）との間の隙間を超える場合、フランジ部分をすべて空け、単杭（１）のフランジの外側面が管胴装置と単杭（１）との間の隙間を超えない場合、管胴装置をフランジの外側にかぶせ、
   犠牲陽極塊のコーベルに位置する管胴装置を一部切り離して犠牲陽極塊のコーベルを露出させるが、管胴装置の少なくとも３分の２を切断していないことを確保する必要があることを特徴とする請求項６に記載の応用。
8. 退潮するか、波風が収まって静かな期間に管胴装置を取り付けることを特徴とする請求項４に記載の応用。

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