JP4070236B2 - 浮遊構造物用波減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求の範囲第１項の前置き部分に記載の浮遊構造物用波減衰装置に関する。
米国特許第５３３０２９３号では、断面が環状のオイル・プラットフォームについて記載している。このプラットフォームには、その下端部に水平方向に延びるスカートが設けてあり、このスカートには波によって生じる動きを抑制する働きがある。スカートには係留手段も固定してある。この波減衰スカートは全閉式になっている。
米国特許第３６７３９７４号は、プラットフォームからわずか下方に、大型の水平有孔プレートを設けたプラットフォームを教示している。そればかりではなく、この種の減衰装置を、ノルウェーの採掘産油船ペトロジャール（Ｐｅｔｒｏｊａｒｌ）に搭載しようという提案が、約１０年から１２年前に行われている。モデル実験においては、モデルの下方わずかの距離に、水平プレート全体を吊り下げて使用した。このプレートはほとんど効果がないことが証明された。この種のプレートを前記の採掘産油船に装備するのにかかる余分なコストに引き合うはずもなく、実際、ペトロジャールには、前記のような減衰プレートは装備されなかった。開口部があるプレートを装備すると減衰効果が若干向上するが、意味があるとはいえない。この種のプレートを効果的なものにするには、海面よりもかなり潮流が穏やかな水深、すなわち少なくとも水深４０ｍの位置にプレートを設置しなければならない。しかし、これではコストがかかりすぎて、利益が上がらないことは自明である。
英国特許第２２０００８２号は、上記の減衰装置に類似した減衰手段を教示しているが、この手段には、減衰装置と関連して大型のバラスト・タンクも設けてある。このバラスト・タンクは、構造物の重量を増加させるだけであり、波によって生じるプラットフォームの動きを減衰させる効果は小さい。
米国特許第３２２４４０１号は、二種類の減衰装置を装備したプラットフォームを教示している。一方の減衰装置は、水平支柱にそって配置した水平有孔プレートを備えている。本発明の出願人によるモデル実験から、速度７〜８ｍ／秒の動きに対しては、この種の減衰装置にわずかながら効果があることが明らかとなった。ところが、プラットフォームの通常の動作速度は、１〜４ｍ／秒である。この範囲では、前記米国特許による減衰装置の効果はほとんどない。もう一方の減衰装置は、垂直支柱を貫通する通路を備えている。この減衰装置によればプラットフォームの浮力は低下するが、プラットフォームの動きを減衰する効果はきわめて低い。米国特許第３２２４４０１号に記載の減衰装置は、メキシコ湾でよく経験するような比較的良好な天候に限って有効であり、例えば、北極海で遭遇するような悪天候ではほとんど効果がないものと思われる。
英国特許第２００９６９３号は、アーチ状をなして水平から約４５°の角度で上方に延びる通路を備えたコンクリート製タワーを教示している。この通路は上下動を減衰させ、タワーの傾斜を防止するものである。ところが、この減衰装置の構造はきわめて複雑であるため、コンクリートで成形しなければならない。したがって、メインテナンス上、大きな障害が生じ、この減衰装置は、コンクリート製タワーにしかふさわしくなく、プラットフォームには不向きである。実際、このコンクリート製タワーの負荷能力は非常に低い。コンクリート製コラムの底部には多数のセルが設けてあるが、セルには水塊が入り、構造物の重量が増加するだけであるため、セルの減衰効果はきわめて小さい。
米国特許第３９２１４０８号は、保護対象構造物の外側に位置する垂直および水平梁を備えた装置を教示している。この装置は、波から発生する飛沫を減衰するには最適であるが、波によって生じる浮遊構造物の動きを減衰する効果はまったくない。
米国特許第４２３２６２３号は、側部に複数の開口部を設けたはしけを教示している。この開口部は波の飛沫を吸収するが、波によって生じる動きを減衰する作用はごくわずかである。これは、外殻内にあってはしけとともに移動する余分な水塊により、はしけの重量が増加するためである。米国特許第４２３２６２３号に記載の装置は、はしけの浮力が非常に小さいため、穏やかな海上に限り効果がある。
スウェーデン特許第４２１７７３号は、潜水艇の浮上および潜行経路内の水面の動きを減衰する装置を教示している。経路の周囲には、多数の開口部を介して経路と連通する室が設けてある。また、室内には、水平隔壁が設けてあり、この隔壁には開口部が設けてある。この開口部の目的は、プラットフォームの動きを減衰させることにあるのではなく、浮上および潜水経路内の水面の動きの減衰、すなわち、いわゆる間欠効果を止めることにある。
デンマーク特許第１２９１４４号は、水平格子および傾斜格子から成る波よけを教示している。この装置は、例えば、桟橋に波の飛沫がかかるの防止するのに効果的である。ところが、この波よけを浮遊構造物に取り付けたにしても、波によって生じる動きを減衰する効果が向上することはない。
本発明の目的は、小型であるにもかかわらず、既知の波減衰装置よりも波によって生じる動きの減衰レベルが高い、より効果的な波減衰装置を提供することである。
この目的は、請求の範囲第１項に記載の特徴により達成される。その際に、浮遊構造物の上昇運動および／または下降運動を横方向の水の噴流に変換することができる。水の噴流により、減衰装置が見かけ上大きくなり、浮遊構造物が安定する。
本発明のその他の利点は、従属請求項に記載した特徴により実現される。水を一定時間、減衰装置によって「保持」してから狭隘な通路に通すことができる点は特筆すべきである。このようにすれば、浮遊構造物の垂直方向の動きの減衰に利用できる水からエネルギーをより多く回収することが可能である。
以下、添付の図面を参照して、本発明につきさらに詳細に説明する。
第１図は、本発明による波減衰装置の第一の好ましい実施例の見取図である。図中、明瞭化を図るため、下部減衰装置を上部減衰装置からわずかに離して示してある。
第２図は、第１図の減衰装置の横方向断面図である。
第２ａ図から第２ｅ図は、第１図の減衰装置の個々のプレート部分の平面図である。
第３図は、第１図の減衰装置の横方向断面図であり、水の流路を合わせて示してある。
第４図は、本発明による波減衰装置の第二の好ましい実施例の見取図である。図中、明瞭化を図るため、下部減衰装置を上部減衰装置からわずかに離して示してある。
第５図は、第４図の減衰装置の横方向断面図である。
第１図に減衰装置１０を示す。この減衰装置は、浮遊構造物１１に固定されている。減衰装置は、二つの主要構成要素、すなわち、上部減衰装置１２および下部減衰装置１３から構成されている。各減衰装置１２および１３は、二重壁構造になっており、上部減衰装置１２は上部プレート２１および底部プレート２２を備えている。プレート２１および２２は、端部壁１４と、プレート２１および２２の長さを横切るように垂直に延びている隔壁２４とを介して前縁部３３で接続されている。浮遊構造物が、上部減衰装置の前部壁１５を画定してもよいが、前部壁は、独立したプレートで構成されていてもよい。プレート２１、２２と隔壁２４との間には、隔室２５が画定されている。上部プレート２１および底部プレート２２には、それぞれ開口部２７および２８が設けてある。この開口部は、上部プレート２１と底部プレート２２とに交互に配置してあり、したがって隔室２５は、一つおきに上向きの開口部２７と下向きの開口部２８とを備えている。隔壁２４には、開口部２９も設けてある。端部壁１４には開口部１６が一箇所設けてある。このように、流動経路１７は、浮遊構造物に対して水が上方に移動するか下方に移動するかにしたがい、水が開口部２８または２７から流入し、隔室２５を経て開口部２８または２７から流出するように画定されている。
下部減衰装置１３も二重壁構造であり、上部プレート３１および底部プレート３２から構成されている。プレート３１および３２は、端部壁４４と、プレート３１および３２の長さを横切るように垂直に延びている隔壁３４とを介して前縁部３３で接続されている。下部減衰装置１３も、前部壁４５を備えている。プレート３１、３２と隔壁３４との間には、隔室３５が画定されている。上部プレート３１および底部プレート３２には、それぞれ開口部３７および３８が設けてある。この開口部は、一つおきの隔室３５で、上部プレート３１と底部プレート３２とに配置してあり、したがって隔室３５は、一つおきに上向きの開口部３７と下向きの開口部３８とを備えている。隔壁３４には、開口部を設けていない。端部壁４４には、開口部４６が一つ設けてある。前部壁４５には、上向きの開口部３７と下向きの開口部３８とをそれぞれ備えていない隔室３５の内側に開口部３６が設けてある。このように、流動経路４７は、水が開口部３６または３７または３８、あるいは３６、３７の両方または３８から流入し、隔室３５を経て開口部４６から流出するように画定されている。
下部減衰装置１３の開口部３７は、上部減衰装置１２の開口部２８の直上に配置してあり、下部減衰装置１３を通過する自由通路または上部減衰装置の隔室２５に入る自由通路を形成している。
第２図に、減衰装置１０の横方向断面を示す。図には、隔壁２４および３４が描いてあり、隔壁２４には、開口部２９が設けてある。
第２ａ図に、減衰装置１０の端部壁１４および４６を示す。端部壁１４および１６が、一枚の共通プレートで構成され、このプレートの上部に開口部１６が一列に配置され、下部に開口部４６が一列に配置されていてもよい。大小二種類の開口部４６が、一つおきに配設してあり、最も大きい開口部は、前部壁４５の開口部３６の直上に配置してある。
第２ｂ図には、減衰装置の前部壁１５および４５が示してある。この前部壁も、共通プレート一枚で構成されている場合もある。また、第２ｂ図には、開口部３６も示してある。
第２ｃ図には、開口部２７を備えた上部プレート２１を示してある。第２ｄ図には、上部減衰装置の底部プレート２２および下部減衰装置の上部プレート３１を示してあり、この底部プレートおよび上部プレートは、共通プレート一枚でできていると最も好都合である。このプレートには、開口部２８、３７も設けてある。
第２ｅ図には、下部減衰装置の底部プレート３２を示してある。このプレートには、開口部３８が設けてある。
第３図は、減衰装置の機能を説明する図であり、実線は、浮遊構造物が下降する場合に、開口部３８、３７、２８、２７、１６、４６を通過する水の流れを示している。浮遊構造物が垂直方向に移動すると、周囲の水は、浮遊構造物に対して垂直方向に移動する。水は、下部減衰装置１３の底部プレート３２にある開口部３８、開口部３７、および上部減衰装置の下部プレート２２にある開口部２８を通って上昇し、隔壁２４の開口部２９を通って水平方向に移動し、上部プレート２１の開口部２７から減衰装置外に出る。浮遊構造物１１が逆方向に移動する場合、水は前記と逆の順路で移動する。この流路は経路１７として示してある。
このようにして、水は経路内を移動し、流出する前の一定時間、減衰装置１０によって「保持」される。したがって、浮遊構造物の垂直方向の動きを減衰するのに利用できる水からさらに多くのエネルギーを回収できる。減衰装置に開けた開口部を最適な大きさに調整することが重要である。開口部が大きすぎると、減衰装置は、効果を発揮するのに十分なエネルギーを水から回収できない。また、開口部が小さすぎると、水は減衰装置を通過できず、減衰装置内に滞留し、減衰装置の動きにしたがうだけになる。その結果、減衰装置は、減衰装置自体の重量とその内部の水の重量とを合計した重量の剛性構造物として機能する。開口部の最適な大きさは、特に浮遊構造物の動きの垂直方向速度に左右される度合が高い。
開口部の大きさを調整するために、開口部を完全あるいは部分的に閉鎖する閉鎖手段を設けてもよい。
ところで、水の一部は開口部１６から流出して水の噴流を生じ、垂直方向の動きに対する水の抵抗の発生を促す。この流路は、経路４７として示してある。
破線は、水が開口部３６を通って流入し、開口部４６から流出することを示している。浮遊構造物１１が下降する場合、構造物の直下にある水を大量に排出する。通常、この水は、構造物１１から八方に自由に流れる。下部減衰装置１３の働きにより、この水の大部分は、開口部３６、チャンバ３５を通って開口部４６から流出する。この流路も、経路４７として示してある。
上部減衰装置１２を水上に設けてもよい。この場合、上部減衰装置は水面の波を打ち消す働きをするため、波が強くなって構造物を危険にさらしたり、デッキを洗うことがない。減衰装置１２は、必ずしも閉鎖構造物になっている必要はなく、例えば、開口部を設けた水平プレートで形成し、この水平プレートの外縁部から、ある角度で上方に突き出しているプレートと、浮遊構造物の方向に向かって下方に突き出しているプレートとを開口部と一直線状にして多数交互に設けてもよい。したがって、傾斜プレートの間および開口部を通る経路が形成される。
減衰装置１２および１３は、単独で使用しても良好な結果が得られることを強調しておかなければならない。ただし、前記の実施例について述べたように、両方の減衰装置を併用した場合に最も高い効果が得られる。
減衰装置の別の実施例を第４図に示す。第４図でも、参照番号１０を付して減衰装置全体を示してある。第１図から第３図に示した第一の実施例の部分に相当する箇所には、同じ参照番号を付してある。
第４図の減衰装置１０も、二つの主要構成要素である上部減衰装置１２と下部減衰装置１３とで構成されている。各減衰装置１２および１３は、二重壁構造になっており、上部減衰装置１２は上部プレート２１および底部プレート２２を備えている。プレート２１および２２は、端部壁１４と、プレート２１および２２の長さを横切るように垂直に延びている隔壁２４とを介して前縁部２３で接続されている。浮遊構造物が、上部減衰装置の前部壁１５を画定してもよいが、前部壁は、独立したプレートで構成されていてもよい。プレート２１、２２と隔壁２４との間には、隔室２５が画定されている。上部プレート２１には、開口部２７が設けてあるが、第一の実施例とは異なり、底部プレートは閉鎖してある。この開口部２７は上部プレート２１に位置しているため、各隔室２５は、上向きの開口部２７を備えている。本実施例では、隔壁２４を閉鎖してある。上部プレート２１および底部プレート２２には、それぞれ湾曲プレート部分２１ｂおよび２２ｂがある。この湾曲プレート部分は前縁部２３に向かって上方に湾曲しているので、各隔室２５は、湾曲したテーパ状経路４７を形成する。湾曲プレート部分は楕円状になっていることが好ましい。
端部壁１４には、開口部１６が設けてある。水が浮遊構造物に対して下方に移動する場合、開口部２７から流入し、隔室２５を通って開口部１６から流出するように流動経路４７が画定されている。
下部減衰装置１３も二重壁構造になっており、上部プレート３１および底部プレート３２で構成されている。プレート３１および３２は、端部壁４４と、プレート３１および３２の長さを横切るように垂直に延びている隔壁３４とを介して前縁部３３で接続されている。下部減衰装置１３にも、前部壁４５がある。プレート３１、３２と隔壁３４との間には、隔室３５が画定されている。第一の実施例とは異なり、上部プレート３１は閉鎖してある。隔壁３４には開口部がない。上部プレート３１および底部プレート３２には、それぞれ湾曲プレート部分３１ｂおよび３２ｂがある。この湾曲プレート部分は前縁部３３に向かって下方に湾曲しているので、各隔室３５は、湾曲したテーパ状経路４７を形成する。この湾曲プレート部分も楕円状になっていることが好ましい。
浮遊構造物１１の側面に減衰装置１３を取り付ける場合、底部プレート３２に開口部３８を設ける。この開口部３８は、底部プレート３２に配置してあるため、各隔室３５には、下向きの開口部３８がある。この場合、端部壁４４は閉鎖してある。構造物１１の底部の下に延びるスカートとして減衰装置１３を取り付ける場合、端部壁４４には開口部４６が設けてある。この場合、底部プレートは閉鎖してある。
前部壁４５には、各隔室３５の内部に通じる開口部３６が設けてある。水が開口部３６または３８から流入し、隔室３５を通って開口部４６から流出するように流動経路４７が画定されている。
第二の実施例では、上部減衰装置１２と下部減衰装置１３との間に液体の流動はない。
第５図には、第４図の減衰装置の機能が示してあり、実線は、浮遊構造物が上方または下方に移動する場合に開口部３８、２７、１６、および４６を通る水の流れを示している。浮遊構造物が垂直方向に移動すると、水は浮遊構造物に対して垂直方向に移動する。浮遊構造物１１が下方に移動すると、取り巻く水は、下部減衰装置１３の底部プレート３２の開口部３８を通って上方に移動するとともに、構造物１１の底部の下から隔室２５に流入し、開口部４６から流出する。この流路は、経路４７として示してある。隔室３５が下方に湾曲し、テーパ状になっているため、水は高圧で横方向および下方に射出される。第一の実施例に関していえば、スラストの横方向成分により見かけ上大きな減衰効果が生じ、スラストの下向き成分により、構造物の動きとは逆方向に作用する力が生じる。
浮遊構造物が上方に移動すると、水は、上部プレート２１の開口部２７を通って隔室２５に流入し、開口部１６から流出する。この流路は、経路４７として示してある。隔室２５が上方に湾曲し、テーパ状になっているため、水は高圧で横方向および上方に射出される。第一の実施例に関していえば、スラストの横方向成分により見かけ上大きな減衰効果が生じ、スラストの上向き成分により、構造物の動きとは逆方向に作用する力が生じる。
上部減衰装置および下部減衰装置の両方を用いた場合に最も効果が高くなるが、二つのうちいずれか一方のみを浮遊構造物に採用することも可能である。
本発明による減衰装置を利用すれば、船舶、オイル・プラットフォームなど、どんな浮遊構造物についても、波によって生じる動きを減衰させることができる。減衰装置は、少なくとも船体／構造物の周囲の一部にそってほぼ水平に延びる単独の減衰装置として構成してもよいが、複数の減衰装置を、キール／最下縁部からデッキにかけて積み重ねて構成してもよい。
大型の波減衰装置は、最下縁部／キールに配置するのが最も適しているのに対して、小型の波減衰装置は、もっと浅く喫水線近くに配置することができる。
本発明による上記の装置は、減衰装置としたが、本発明には、その他にも用途がある。例えば、水流のエネルギーを利用して電力を発生する小型水車を経路４７に配置することも可能である。

Claims (15)

1. 浮遊構造物の垂直方向運動成分、特に波によって生じる動きを減衰させる減衰装置であって、
   前記減衰装置（１０）は、少なくとも前記浮遊構造物の側部から外方に突出するように配置され、また
   前記減衰装置（１０）は、水が流入する入口開口部（２７、２８、３６、３７、３８）と、前記水が流出する出口開口部（１６、４６）と、前記入口開口部および前記出口開口部の間に延びる経路とを有し、前記入口開口部は、上方、下方、または前記浮遊構造物の方向を向くように設けられ、前記出口開口部は、前記浮遊構造物から離れた方向を向くように設けられ、前記経路は、前記入口開口部から前記出口開口部までの間の少なくとも一部において断面積が減少していることを特徴とする減衰装置。
2. 前記経路（４７）が、互いに平行な２つの側壁（３４）、上部プレート（２１、３１）、および下部プレート（２２、２３）によって画定されており、前記上部プレート（２１、３１）および前記下部プレート（２２、２３）の間の距離は、前記浮遊構造物に近い前記上部および下部プレートの端縁部よりも、前記浮遊構造物（１１）から離れた前記上部および下部プレートの端縁部において短く、それによって前記経路の断面積が減少していることを特徴とする請求項１に記載の減衰装置。
3. 複数の前記経路（４７）が一列に並べて配置されており、前記側壁（２４、３４）が、隣接する前記経路間で隔壁を形成しており、前記上部および前記下部プレート（２１、２２：３１、３２）が複数の前記経路（４７）を横切って連続的に延在していることを特徴とする請求項２に記載の減衰装置。
4. 前記減衰装置（１３）が、前記浮遊構造物の側部から外方であって、前記浮遊構造物（１１）の底部より下に延びるように設けられており、前記経路が、前記浮遊構造物に近接した側の前部壁（４５）と前記浮遊構造物から離れた側の端部壁（４４）とをさらに有しており、前記前部壁には入口開口部（３６）を、また前記端部壁には出口開口部（４６）をそれぞれ任意に設けてあることを特徴とする請求項３に記載の減衰装置。
5. 前記上部プレート（３１）および前記下部プレート（３２）が、少なくとも部分的に下方に湾曲して経路（４７）を形成しており、該経路は下方に湾曲して、前記出口開口部（４６）から流出する流れの少なくとも一部を下方に導くことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の減衰装置。
6. 前記上部プレート（２１）および前記下部プレート（２２）が、少なくとも部分的に上方に湾曲して経路（４７）を形成しており、該経路は上方に湾曲して、前記出口開口部（１６）から流出する流れの少なくとも一部を上方に導くことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の減衰装置。
7. 前記経路（４７）が、前記出口開口部（１６、４６）と連通する上方または下方を向いた前記入口開口部（２７、２８、３７）を有していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の減衰装置。
8. 前記経路（４７）の一方または両方の側壁（２４）に、隣接する経路（４７）へと延びる開口部（２９）をさらに設けてあることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の減衰装置。
9. 前記隣接する経路（４７）のうちの一つおきの経路が、前記前部壁（４５）に入口開口部（３６）を備えており、前記隣接する経路（４７）のうちのその他の一つおきの経路が、前記入口開口部を備えていない閉鎖された前部壁（４５）を備えており、前記閉鎖された前部壁（４５）を有する経路（４７）が、前部壁を閉鎖した代わりに、前記上部プレート（３１）に上方を向いた前記入口開口部（３７）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の減衰装置。
10. 上向きの開口部（３７）を備えた前記経路（４７）が、下方を向いた前記入口開口部（３２）をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の減衰装置。
11. 浮遊構造物の垂直方向運動成分、特に波によって生じる運動を減衰させる減衰装置であって、前記浮遊構造物から外側に突出するように前記浮遊構造物上に配置される減衰装置において、
    前記減衰装置（１２）は、水中で垂直方向に運動する場合、または波が減衰装置にぶつかった場合に、水が減衰装置（１２）を通過できるようにする複数の経路（１７）から成り、
    いくつかの第一の通路（２７、２８）が垂直方向に延び、且つ少なくとも水平方向に延びるいくつかの第二の通路（２９）に合流しており、それによって前記減衰装置（１２）を通る水の通路の一部において、該水が、前記第一の通路（２７、２８）を通る前記浮遊構造物に対して垂直な方向から、前記第二の通路（２９）を通る主に水平な方向に向きを変えさせられることを特徴とする減衰装置。
12. 前記減衰装置が、ほぼ水平に延びる、互いに間隔を置いて配置した二枚のプレート（２１、２２）で構成されており、前記いくつかの第一の通路（２７、２８）が、前記プレート（２１、２２）内に形成されており、また前記二枚のプレート（２１、２２）のうちの一方のプレート内に形成された第一の通路と、他方のプレート内に形成された第一の通路とが、相互に垂直方向に整列しないように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の減衰装置。
13. 前記それぞれのプレート（２１、２２）内の垂直方向に整列していない隣接する前記第一の通路（２７、２８）の対の間に、前記プレート（２１、２２）間に延びる、前記第二の通路（２９）を備えた隔壁（２４）が配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の減衰装置。
14. 前記浮遊構造物（１１）から離れた方向を向いた出口開口部（１６）を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の減衰装置。
15. 前記経路（４７）、または前記経路（４７）の流入口あるいは流出口に、水流からエネルギーを回収する手段、例えば水車を配置してあることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の減衰装置。

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