JP7008705B2 - 沖合船舶、船舶における使用のための波によって誘発される運動を補償するクレーン、および積荷運搬方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば沖合風力タービンの1つ以上の構成部品の設置もしくは取り外しのために、沖合船舶における使用のための、波によって誘発される運動を補償するクレーンに関する。本発明は、このようなクレーンを備える船舶と、このようなクレーンを使用して積荷を運搬するための方法と、に関する。

積荷を船舶から運搬するとき、および積荷を船舶へと運搬するとき、船舶の波によって誘発される運動が、この作業の間に対処されるよく知られている問題である。この問題へのよく知られている解決策は、波が船舶への限定的な影響または最小限の影響を有するように船舶を少なくとも部分的に水から出すために、脚が水中へと下ろされるジャッキアップ式の船舶を利用することである。しかしながら、このようなジャッキアップ式の船舶の欠点は、脚を下ろすこと、船舶を水から持ち上げること、および積荷を運搬した後に逆の過程を経由することが多くの時間を取ることである。

別の先行技術の解決策は、クレーンを適宜動作させることで船舶の波によって誘発される運動を補償することである。つまり、例えばウインチといった、物体吊り下げ装置/積荷を位置決めするために通常使用されるクレーンの要素が、例えば同時に、波によって誘発される運動の補償のために使用されるように、クレーンが動作させられる。代替で、クレーンは、波によって誘発される運動が補償されるプラットフォームに位置決めされてもよく、その場合、プラットフォームの位置および配向は、船舶の波誘発運動を補償するように調節される。その利点は、任意の種類のクレーンがプラットフォームに位置決めできることであるが、主な欠点は、積荷を含むクレーンの全重量をプラットフォームが支えていることである。

さらなる先行技術の解決策は、例えば特許文献１に開示されているような装置を使用して、クレーンの先端部分において船舶の波によって誘発される運動を補償することである。しかしながら、例えば風力タービンブレード、歯車箱、発電機、およびナセルなどの風力タービン部品を持ち上げるときに直面させられるように、増加する積荷と増加する持ち上げ高さとがある場合、このような装置は、比較的大きい持ち上げ高さにおいて比較的大きい積荷を取り扱うことができなくなる。

国際公開第2015/199543号パンフレット

したがって、比較的大きい積荷を比較的大きい高さまで持ち上げるのに適する波によって誘発される運動を補償するクレーンを提供することが、本発明の目的である。

本発明の第1の態様によれば、この目的は、沖合船舶での使用のための波によって誘発される運動を補償するクレーンを提供することで達成される。クレーンは、
- 船舶に備え付けられるように適合される基礎構造と、
- 基礎構造に対して実質的に鉛直な回転軸の周りで回転するように適合される回転上部構造と、
- 上部構造に備え付けられ、上部構造に対して実質的に水平なブーム枢動軸の周りに枢動するように第1の端において枢動可能に連結されるブーム構造と、
- ブーム構造の先端部分に備え付けられる運動補償装置と、
- ホイストウインチ、ホイストケーブル、および、ホイストケーブルから吊り下げられる物体吊り下げ装置であって、ホイストウインチは回転上部構造またはブーム構造に備え付けられ、ホイストケーブルは、ホイストウインチからブーム構造の先端部分まで延び、さらに運動補償装置に沿って物体吊り下げ装置まで延びる、ホイストウインチ、ホイストケーブル、および物体吊り下げ装置と、
- ホイストケーブルに作用するヒーブ補償装置であって、ホイストウインチに組み込まれる、および/または、ホイストウインチとブーム構造の先端部分との中間でホイストケーブルに作用するように配置される、ヒーブ補償装置と、
- 制御ユニットと、
を備える。

運動補償装置は、
- 実質的に水平なブーム枢動軸と平行である実質的に水平な台座部材枢動軸の周りに枢動するようにブーム構造の先端部分に枢動可能に連結される台座部材と、
- ブーム構造と台座部材との間に配置され、台座部材を水平化された位置で設定するように適合される水平化設定装置と、
- その水平化された位置において前記台座部材に対して鉛直な回転軸の周りで回転するように台座部材に固定される回転ジブビーム支持部材と、
- 制御ユニットに連結され、鉛直な回転軸の周りでのジブビーム支持部材の制御された回転運動を引き起こすように適合される回転駆動部と、
- ジブビーム支持部材に対するジブビームの線形運動経路を定める1つ以上のジブビーム案内部を介してジブビーム支持部材によって支持される線形変位可能ジブビームであって、線形運動経路は、台座部材が水平化された位置にあるときに実質的に水平に延びる、線形変位可能ジブビームと、
- 制御ユニットに連結され、ジブビーム支持部材に対するジブビームの制御された線形運動を引き起こすように適合されるジブビーム駆動部と、
を備える。

ここで、ジブビームは、ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車へと延びるジブビームの前部分における前滑車と、前記前滑車から離された後滑車と、第1の案内滑車と、を伴う滑車配置を支える。この第1の案内滑車は、ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車から第1の案内滑車を介してジブビーム支持部材へと延び、ジブビーム支持部材に末端で連結されるように配置される。

さらに、ジブビーム支持部材は、前記ホイストケーブルがジブビームにおける後滑車へと延びる第2の案内滑車を支える。第1および第2の案内滑車は、ジブビーム支持部材における第2の案内滑車と末端との間のホイストケーブルの長さがジブビーム支持部材に対するジブビームの線形位置から独立して実質的に一定となるように配置される。

制御ユニットは、ジブビーム支持部材の回転駆動部と補償装置のジブビーム駆動部とが物体吊り下げ装置の所定のX-Y位置を維持するように動作させられる波誘発運動補償モードを提供する。

ヒーブ補償装置は物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である。

運動補償装置がブーム構造の先端部分に備え付けられるため、それによって達成される運動補償は、ホイストケーブルがクレーンと物体吊り下げ装置との間で延びる場所の近くで実行される。鉛直な回転軸の周りでの回転上部構造の角度配向と、前記ブーム枢動軸の周りでの前記ブーム構造の角度配向と、が運動補償の間に固定され得る。これは、クレーン全体またはクレーンの大きい部品が移動される先行技術の解決策と比較して、クレーンの小さい部品だけが補償のために移動されることを意味する。結果として、補償のために必要とされる駆動能力がより小さくできる。

ホイストウインチが上部構造またはブーム構造に備え付けられ、運動補償装置に備え付けられないという事実は、クレーンの可動部品の重量をさらに減らす。特に運搬される積荷が増加するとき、ホイストウインチはそれに応じて重量が増加することになり、そのためホイストウインチが運動補償装置に配置される場合、ホイストウインチの重量は、運動補償のための駆動能力において不必要な増加を要求することになる。

物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するためにヒーブ補償装置を使用することは、波誘発Z運動を補償するためにブームの先端部分または運動補償装置(の一部)を上下に移動させることがもはや要求されないため、運動補償装置の要求される複雑性を低減する。

本発明に第1の態様によるクレーンの利点は、台座部材を水平化された位置偽ってすることで、ジブビームが実質的に水平な線形運動経路に沿って移動され得ること、およびジブビーム支持部材における第2の案内滑車と末端との間のホイストケーブルの長さがジブビーム支持部材に対するジブビームの線形位置から独立して実質的に一定であること、である。そのため、波によって誘発される水平方向の運動の補償は、水平平面におけるジブビームの運動が物体吊り下げ装置の鉛直方向の移動を実質的にもたらさないため、波によって誘発される鉛直方向の運動の補償から切り離される。

実質的に水平方向に延びるジブビームの別の利点は、物体吊り下げ装置がブーム構造から比較的大きい距離においてジブビームから吊り下げられることであり得る。したがって、物体吊り下げ装置は、例えば風力タービンまたはその一部といった沖合の船舶または構造の上に運動補償装置を位置決めすることで、沖合の船舶または構造の上方に位置決めされ得る一方で、ブーム構造は沖合の船舶または構造がないままであり、クレーンと沖合の船舶もしくは構造との間の衝突、または、クレーンを支える船舶と沖合の船舶もしくは構造との間の衝突の可能性がより少ない。

さらなる利点は、波によって誘発される船舶の運動が、例えば風力タービンの設置および維持といった間に許容できることであり得る。結果として、船舶はより小さく設計でき、操縦するのがより容易であり、そのため別の船舶または構造の近くに位置決めするのがより迅速になるという利点を有する。結果は、追加または代替で、より好ましくない天候および/または波の条件の間に船舶がなおも動作できるということである。

本発明の第1の態様によるクレーンのなおも別の利点は、運動補償装置が比較的大きい積荷を支えることができるということである。

実施形態では、水平化設定装置は制御ユニットに連結され、制御ユニットは、運動補償装置を支えるブーム構造部分の角度に対応して台座部材の水平化を設定するために、少なくとも波誘発運動補償モードにおいて動作する前に水平化設定装置を動作させるように構成される。その主な利点は、ジブビームの線形運動経路が実質的に水平であり、結果として、ジブビーム支持部材の回転軸は実質的な鉛直であり、そのため、水平および鉛直な運動の補償の実質的に最適な切り離しをもたらすことである。

実施形態では、制御ユニット、波誘発運動補償モードの間、台座部材をブーム部分に対して不動のままにするようにさらに構成される。これは、水平化設定装置についての動的な積荷要件を低減し、それによって、支えられ得る積荷の重量を増加させる。代替で、例えば特に比較的小さい積荷について、水平化設定装置は運動補償の間に台座部材を動的に水平化させたままにするために使用でき、これは、水平方向の運動と鉛直方向の運動との間の切り離しを向上させるが、クレーンおよび運動補償装置によって取り扱うことができる重量を減少させる可能性がある。

実施形態では、台座部材枢動軸は、ブーム構造の先端部分に対する台座部材の唯一の自由度を定める。これは、ブーム構造の先端部分と台座部材との間に堅牢な連結をもたらすことができる。

実施形態では、ヒーブ補償装置は、例えばホイストウインチのドラムのモータ装置と一体化されるといった、制御ユニットに連結される能動的なヒーブ補償装置である。ヒーブ補償装置は受動的なヒーブ補償であってもよいが、能動的なヒーブ補償装置はより良好な制御の可能性を提供できる。

実施形態では、ジブビーム支持部材は片持ち梁であり、その後部分が台座部材に回転軸受で連結され、片持ち梁はその前方向に延びる。これは、線形運動経路に沿うすべての位置においてジブビームを効果的に支持することを可能にする。

実施形態では、回転駆動部は、回転ギヤリングと噛み合う1つ以上のピニオンを駆動する1つ以上の回転駆動モータを備える。

実施形態では、ジブビーム駆動部は、ジブビームと平行に延びる1つ以上の線形油圧シリンダを備える。

実施形態では、ブーム構造は、例えば格子状ブームといった単一の剛体で固定された長さのブームである。

実施形態では、クレーンの持ち上げ能力は、例えば少なくとも120メートルトンといった、少なくとも40メートルトン、好ましくは少なくとも60メートルトン、より好ましくは少なくとも80メートルトン、最も好ましくは少なくとも100メートルトンである。

実施形態では、ブーム構造は、例えば少なくとも120mといった、少なくとも40m、好ましくは少なくとも60m、より好ましくは少なくとも80m、最も好ましくは少なくとも100mの長さを有する。

本発明の第1の態様は、本発明の第1の態様によるクレーンを備える船舶にも関する。

実施形態では、基礎構造は、波によって誘発される運動に曝される船舶と一体物を形成するように船舶に固定される。

実施形態では、船舶は半潜水可能船舶である。例えば、SWATH式船舶となるように、1つのフロート当たり1つの柱が設けられるフロートの構成を伴う半潜水可能船舶が使用されてもよい。代替で、より従来の半潜水可能船舶をもたらすために、例えば1つのフロート当たり2本または3本の柱といった、1つのフロート当たりに複数の柱が設けられてもよい。

単胴船舶に対するSWATH式または半潜水可能船舶を用いることの利点は、水面と交差する柱の全体の断面積がより小さくなることである。結果として、波によって誘発されるこのようなSWATH式または半潜水可能船舶の運動は、単胴船舶と比較してより小さくなる。しかしながら、波によって誘発される運動をすべての状況において全体で取り除くことはできない。

実施形態では、船舶は、ジャッキアップ脚を有するジャッキアップ船舶であり、クレーンは、上部構造がジャッキアップ脚の周りで回転する、脚周りのクレーンである。例えば、本発明は、吊り上げ動作の間に波の運動に曝される船舶が浮遊している状態でのクレーンの動作を可能にする。

実施形態では、船舶は、半潜水可能船舶と、半潜水可能船舶の対応する柱を通じて延びるジャッキアップ脚を有するジャッキアップ式船舶と、の両方である。これは、条件が浮遊状態において船舶を動作させるのに好ましくないとき、ジャッキアップ脚が船舶をジャッキアップ様態で動作させるために延ばされ得るという利点を有する。これは、船舶の多用途性を拡大する。

本発明の第1の態様は、本発明の第1の態様によるクレーンを使用して積荷を運搬するための方法にさらに関する。この方法は、以下のステップ、すなわち、
a) 積荷を、物体吊り下げ装置を伴う第1の船舶または構造から吊り上げるステップと、
b) 第2の船舶または構造の上方に積荷を位置決めするステップと、
c) 積荷を第2の船舶または構造に降下させるステップと、
を含み、
積荷の吊り上げおよび/または降下の間、少なくとも積荷が対応する船舶または構造と接触または近接しているとき、制御ユニットは波誘発運動補償モードで動作させられ、ヒーブ補償装置は、波によって誘発される物体吊り下げ装置の運動を補償するように動作させられる。

実施形態では、制御ユニットは波誘発運動補償モードで少なくとも動作させられ、ヒーブ補償装置は、例えば5m以内、好ましくは10m以内、より好ましくは20m以内といった、積荷が対応する船舶または構造から所定距離内にあるとき、波によって誘発される物体吊り下げ装置の運動を補償するように少なくとも動作させられる。

実施形態では、制御ユニットを波誘発運動補償モードで動作させることの前に、台座部材は、運動補償装置を支えるブーム構造部分の角度に対応して、水平化設定装置によって、水平化された位置で位置決めされる。

実施形態では、第1の船舶は、クレーンを支える船舶である。

実施形態では、第2の船舶は、クレーンを支える船舶である。

本発明の第1の態様は、本発明の第1の態様による船舶の使用が行われる、例えば風力タービンブレード、発電機、歯車箱、もしくはナセルといった風力タービンの構成部品を設置するための、または、前記構成部品への保守を実行するための方法にも関する。

実施形態では、船舶は構成部品の設置または保守の間に浮遊状態にある。

本発明の第2の態様によれば、沖合船舶での使用のための波によって誘発される運動を補償するクレーンが提供され、そのクレーンは、
- 船舶に備え付けられるように適合される基礎構造と、
- 基礎構造に対して実質的に鉛直な回転軸の周りで回転するように適合される回転上部構造と、
- 上部構造に備え付けられ、上部構造に対して実質的に水平なブーム枢動軸の周りに枢動するように第1の端において枢動可能に連結されるブーム構造と、
- ブーム構造の先端部分に備え付けられる運動補償装置と、
- ホイストウインチ、ホイストケーブル、および、前記ホイストケーブルから吊り下げられる物体吊り下げ装置であって、ホイストウインチは回転上部構造またはブーム構造に備え付けられ、ホイストケーブルは、ホイストウインチからブーム構造の先端部分まで延び、さらに運動補償装置に沿って物体吊り下げ装置まで延びる、ホイストウインチ、ホイストケーブル、および物体吊り下げ装置と、
- ホイストケーブルにおいて作用するヒーブ補償装置であって、ホイストウインチに組み込まれる、および/または、ホイストウインチとブーム構造の先端部分との中間でホイストケーブルに作用するように配置されるヒーブ補償装置と、
- 制御ユニットと、
を備える。

運動補償装置は、
- 実質的に水平なブーム枢動軸と平行である実質的に水平な台座部材枢動軸の周りに枢動するようにブーム構造の先端部分に枢動可能に連結される台座部材と、
- ブーム構造と台座部材との間に配置され、台座部材を水平化された位置で設定するように適合される水平化設定装置と、
- 台座部材に固定されるジブビーム支持部材と、
- 前記ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの線形運動経路を定める1つ以上のジブビーム案内部を介して前記ジブビーム支持部材によって支持される線形変位可能ジブビームであって、前記線形運動経路は、前記台座部材が前記水平化された位置にあるときに実質的に水平に延びる、線形変位可能ジブビームと、
- 前記制御ユニットに連結され、ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの制御された線形運動を引き起こすように適合されるジブビーム駆動部と、
を備える。

ここで、ジブビームは、ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車へと延びるジブビームの前部分における前滑車と、前記前滑車から離された後滑車と、前記ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車から第1の案内滑車を介してジブビーム支持部材へと延び、ジブビーム支持部材に末端で連結されるように配置される第1の案内滑車とを伴う滑車配置を支える。

さらに、ジブビーム支持部材は、前記ホイストケーブルがジブビームにおける後滑車へと延びる第2の案内滑車を支える。

第1および第2の案内滑車は、ジブビーム支持部材における第2の案内滑車と末端との間のホイストケーブルの長さが、ジブビーム支持部材に対するジブビームの線形位置から独立して実質的に一定となるように配置される。

制御ユニットは、補償装置のジブビーム駆動部が物体吊り下げ装置の所定の位置を線形運動経路と平行な方向において維持するように動作させられる波誘発運動補償モードを提供する。

ヒーブ補償装置は物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である。

本発明の第2の態様は、このようなクレーンを備える船舶と、このようなクレーンまたは船舶を使用して積荷を運搬する方法とにも関する。本発明の第2の態様は、船舶が好ましくは浮遊状態にある、本発明の第2の態様による船舶の使用が行われる、例えば風力タービンブレード、発電機、歯車箱、もしくはナセルといった風力タービンの構成部品を設置するための、または、前記構成部品への保守を実行するための方法にさらに関する。

本発明の第3の態様によれば、
- 船舶または構造に備え付けられるように適合される基礎構造と、
- 基礎構造に対して実質的に鉛直な回転軸の周りで回転するように配置される上部構造と、
- 上部構造に対して実質的に水平なブーム枢動軸の周りに枢動するように第1の端において上部構造に枢動可能に備え付けられるブーム構造と、
- 第1の端の反対でブーム構造の先端部分に備え付けられる運動補償装置と、
- ホイストウインチ、ホイストケーブル、および前記ホイストケーブルから吊り下げられる物体吊り下げ装置であって、ホイストケーブルは、少なくとも運動補償装置に沿って物体吊り下げ装置まで延びる、ホイストウインチ、ホイストケーブル、および物体吊り下げ装置と、
- ホイストケーブルにおいて作用するヒーブ補償装置と、
- 制御ユニットと、
を備えるクレーンが提供される。

そこでは、運動補償装置は、
- ブーム構造の先端部分に備え付けられる台座部材と、
- 台座部材に備え付けられるジブビームであって、ジブビームは、台座部材に対して実質的に鉛直な回転軸の周りに回転可能であり、ジブは、実質的に水平な方向において、実質的に鉛直な回転軸から離れるように延び、ホイストケーブルは、ジブビームにおける吊り上げ場所と、実質的に鉛直な回転軸からある距離における物体吊り下げ装置との間で延び、前記距離は調節可能である、ジブビームと、
を備える。

ここで、制御ユニットは、ジブビームが回転させられ、前記距離が物体吊り下げ装置の所定のX-Y位置を維持するように調節させられる波誘発運動補償モードを提供する。

ヒーブ補償装置は物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である。

実施形態では、距離は、例えば本発明の第1の態様に関して記載されているように、ジブビーム全体を移動させることで調節可能である。しかしながら、前記距離は、移動可能な滑車もしくは滑車ブロックを提供することで、または、伸縮式ジブビームを提供することで調節可能でもあり得る。

本発明の第3の態様は、このようなクレーンを備える船舶と、このようなクレーンまたは船舶を使用して積荷を運搬する方法と、にも関する。本発明の第3の態様は、船舶が好ましくは浮遊状態にある、本発明の第3の態様による船舶の使用が行われる、例えば風力タービンブレード、発電機、歯車箱、もしくはナセルといった風力タービンの構成部品を設置するための、または、前記構成部品への保守を実行するための方法にさらに関する。

本発明の第4の態様は、沖合船舶での使用のための波および/または風によって誘発される運動を補償するクレーンに関し、そのクレーンは、
- 船舶に備え付けられるように適合される基礎構造と、
- 基礎構造に対して実質的に鉛直な回転軸の周りで回転するように適合される例えば回転上部構造といった回転上部構造と、
- 上部構造に備え付けられ、上部構造に対して実質的に水平なブーム枢動軸の周りに枢動するように第1の端において枢動可能に連結されるブーム構造と、
- ブーム構造の例えば先端部分といった一部分に備え付けられる運動補償装置と、
- ホイストウインチ、ホイストケーブル、および、前記ホイストケーブルから吊り下げられる物体吊り下げ装置であって、ホイストウインチは回転上部構造またはブーム構造に備え付けられ、ホイストケーブルは、ホイストウインチからブーム構造の先端部分まで延び、さらに運動補償装置に沿って物体吊り下げ装置まで延びる、ホイストウインチ、ホイストケーブル、および物体吊り下げ装置と、
- ホイストケーブルにおいて作用するヒーブ補償装置であって、ホイストウインチに組み込まれる、および/または、ホイストウインチとブーム構造の先端部分との中間でホイストケーブルに作用するように配置される任意選択のヒーブ補償装置と、
- 制御ユニットと、
を備え、
運動補償装置は、
・ 例えば、実質的に水平なブーム枢動軸と平行である実質的に水平な台座部材枢動軸の周りに枢動するように、ブーム構造の部分に、例えば枢動可能といった移動可能に連結される台座部材と、
・ ブーム構造と台座部材との間に配置され、台座部材を水平化された位置で設定するように適合される水平化設定装置と、
・ その前記水平化された位置において前記台座部材に対して鉛直な回転軸の周りで回転するように台座部材に固定される回転ジブビーム支持部材と、
・ 前記制御ユニットに連結され、前記鉛直な回転軸の周りでの前記ジブビーム支持部材の制御された回転運動を引き起こすように適合される回転駆動部と、
・ 前記ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの線形運動経路を定める1つ以上のジブビーム案内部を介して前記ジブビーム支持部材によって支持される線形変位可能ジブビームであって、前記線形運動経路は、前記台座部材が前記水平化された位置にあるときに実質的に水平に延びる、線形変位可能ジブビームと、
・ 前記制御ユニットに連結され、ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの制御された線形運動を引き起こすように適合されるジブビーム駆動部と、
を備える。

ここで、ジブビームは、ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車へと延びる前滑車と、前記前滑車から離された後滑車と、前記ホイストケーブルが物体吊り下げ装置の滑車から第1の案内滑車を介してジブビーム支持部材へと延び、ジブビーム支持部材に末端で連結されるように配置される第1の案内滑車とを伴う滑車配置を支える。

ここで、ジブビーム支持部材は、前記ホイストケーブルがジブビームにおける後滑車へと延びる第2の案内滑車を支える。

ここで、好ましくは、第1および第2の案内滑車は、ジブビーム支持部材における第2の案内滑車と末端との間のホイストケーブルの長さがジブビーム支持部材に対するジブビームの線形位置から独立して実質的に一定となるように配置される。

ここで、制御ユニットは、ジブビーム支持部材の回転駆動部と補償装置のジブビーム駆動部とが物体吊り下げ装置の所定のX-Y位置を維持するように動作させられる波誘発運動補償モードを提供する。

ここで、任意選択で提供されるヒーブ補償装置が、存在する場合に物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である。

本発明の第1の態様の特徴および実施形態が、適切な場合に本発明の第2、第3、および第4の態様のいずれかと容易に組み合わされ得ることは明らかであり、逆もまた同じである。さらに、本発明の第3の態様において調節可能である距離に関連して記載されている特徴および実施形態は、ジブビーム全体を移動させる代わりに、本発明の第1および第2の態様で用いられてもよい。

ここで、本発明は、同様の部品が同様の符号によって参照されている添付の図面を参照して非限定的な方法で記載される。

風力タービンの隣に位置決めされたクレーンを備える船舶を概略的に描写する側面図である。 船舶の前面と図1のクレーンの一部とを概略的に描写する図である。 図1の船舶、クレーン、および風力タービンを概略的に描写する斜視図である。 図1のクレーンの運動補償装置の側面図を概略的に描写する図である。 図1のクレーンにおけるホイストケーブルのリービングを概略的に描写する図である。 図4の運動補償装置のジブビームのいくつかの位置を概略的に描写している側面図である。 図4の運動補償装置のジブビームのいくつかの位置を概略的に描写している上面図である。 図4の運動補償装置の斜視図を概略的に描写する図である。

図1～図3では、船舶1が概略的に描写されている。例示の船舶1は、2つの細長いフロート2、3と、2つのフロート2、3から2つのそれぞれの柱5、6によって支持されるプラットフォームまたはデッキボックス4と、を備える。1つのフロート当たり1つだけの柱が図中に描写されており、それによってSWATH式船舶をもたらしているが、例えば1つのフロート当たり2つまたは3つの柱が設けられる他の構成が提供され、それによって、より従来の半潜水可能船舶をもたらすことも実現可能で想定されていることは明らかであろう。

先に言及したように、従来の単胴船舶に対するSWATH式または半潜水可能船舶の利点は、水面7と交差する柱の全断面積が、SWATH式または半潜水可能船舶において、水面と交差する従来の単独船舶の全断面積より小さいことであり、そのため、このようなSWATH式または半潜水可能船舶の波によって誘発される運動は、単胴船舶と比較してより小さい。しかしながら、波によって誘発される運動をすべての状況において全体で取り除くことはできない。

船舶1は、風力タービン100に関連するこの場合に、沖合吊り上げ動作を実行するように適合されるクレーン10を支えている。

クレーン10は、基礎構造20と、回転上部構造30と、ブーム構造40と、運動補償装置50と、吊り上げシステムと、ヒーブ補償装置と、制御ユニットと、を備える。

基礎構造20は、船舶1に備え付けられるように適合されるか、または船舶1に備え付けられ、この場合では、前記船舶1に固定されることで備え付けられ、そのため、前記基礎構造20は、波によって誘発される運動に曝される船舶1とのユニットを形成する。

図2および図13において最もよく見られるように、基礎構造20は、ここでは、船舶の上方デッキ4aの角に配置され、例えば、風力タービンマスト、風力タービンブレード、ナセル、歯車箱、および/または発電機などの風力タービン構成要素を船舶に輸送させるために、ならびに、したがって別の輸送船舶の使用を排除するために、他の機器または構成要素のための空けられた空間をできるだけ残している。

回転上部構造30は、基礎構造20に対して実質的に鉛直な回転軸31の周りで回転するように適合される。回転軸31は図2において最良に見ることができる。上部構造30を基礎構造に対して回転軸31の周りで回転させるために、回転軸受32が基礎構造20と上部構造30との間に設けられてもよい。

ブーム構造40は、上部構造30に対して実質的に水平なブーム枢動軸42の周りに枢動するように第1の端41において上部構造30も枢動可能に備え付けられる。この実施形態では、ブーム構造は、格子状ブームの形態での単一の剛体で固定された長さのブームである。

しかしながら、代替の実施形態では、ブーム構造は、実質的に水平なブーム枢動軸42の周りで枢動するように上部構造30に枢動可能に備え付けられる主ブーム部分と、主ブーム部分に対して実質的に水平なジブ枢動軸の周りで枢動可能に備え付けられるジブ部分と、を備え得る。

好ましくは、主ブーム部分は、下方端が実質的に水平なブーム枢動軸の周りで枢動するように上部構造に枢動可能に備え付けられるブーム部材と、端がブーム部材の上方端に備え付けられ、ブーム部材に対して本質的に垂直に延びる主ブーム支柱と、主ブーム支柱とブーム部材の下方部分との間に延びるブームステイと、を備え、ジブ部分は、下方端が実質的に水平のジブ枢動軸の周りで枢動するためにブーム部材の上方端に枢動可能に備え付けられるジブ部材と、端がジブ部材の下方端に備え付けられ、ジブ部材に対して実質的に垂直に延びるジブ支柱と、ジブ支柱とジブ部材との間で延びるジブステイと、を好ましくは備え、可変長さステイ機構が、ジブ部材とブーム部材との間に角度を設定するために、主ブーム支柱とジブ支柱との間に設けられる。

ラフィング組立体が、上部構造に対してブーム構造40の角度を設定するために提供される。ラフィング組立体は、上部構造に備え付けられるラフィングウインチ33と、上部構造30とブーム構造40の先端部分43との間で延びるラフィングケーブル34と、を備える。ブーム構造が主ブーム部分とジブ部分とを備える場合、ラフィングケーブルは好ましくは上部構造30と主ブーム部分の上方端との間で延びる。

図1では、運動補償装置とラフィングケーブル34とを備えるブーム構造40は、ブーム構造40が実質的に水平であり、ブーム枢動軸42からある距離において船舶によって支持されている待機位置において、描写されてもいる。

船舶1の波によって誘発される運動のため、ブーム構造40の先端部分43が風力タービン100に対して望ましくない移動をすることになる。クレーンが、例えば風力タービンマスト110の上部において、ナセル、風力タービンブレード120、歯車箱、および/または発電機などの構成要素を設置または除去するために使用されるとき、クレーン10のこれらの望ましくない運動は、この動作をこのような船舶1での課題とさせる。

運動補償装置50は、このような動作を成功裏に実行させるために、波によって誘発される船舶の運動をできるだけ補償するように提供されている。運動補償装置50は、ブーム構造40の先端部分43に備え付けられ、例えば図4および図6～図8においてより詳細に描写されている。運動補償装置50は、これらの図面を参照して後でより詳細に記載されている。

図5において概略的に描写されているように、吊り上げシステムは、ホイストウインチ60と、ホイストケーブル61と、ホイストケーブル61から吊り下げられた物体吊り下げ装置62と、を備えている。この実施形態では、ホイストウインチ60が上部構造30の内側に備え付けられ、そのためホイストケーブル61はホイストウインチ60からブーム構造40および運動補償装置50に沿って物体吊り下げ装置62へと延びる。図5は後でより詳細に記載されている。

図4および図6～図8を再び参照すると、この実施形態でのヒーブ補償装置は、ホイストウインチ60を介してホイストケーブル61に作用するために、ホイストウインチ60に組み込まれた能動的なヒーブ補償装置となっている。代替で、ヒーブ補償装置は、ホイストウインチ60とブーム構造40の先端部分43との中間でホイストケーブル61に作用するように配置され得る。また、ヒーブ補償装置は、能動的なヒーブ補償装置の代わりに受動的なヒーブ補償装置であり得る。

制御ユニット70が、図5に概略的に描写されているようにヒーブ補償装置に連結され、図4に概略的に描写されているように運動補償装置50に連結されている。制御ユニット70のより詳細な記載は後で見出すことができる。

運動補償装置50は、台座部材51と、水平化設定装置52と、回転ジブビーム支持部材53と、回転駆動部54と、線形変位可能ジブビーム55と、ジブビーム駆動部56と、を備える。

台座部材51は、実質的に水平なブーム枢動軸42と平行である実質的に水平な台座部材枢動軸51aの周りに枢動するようにブーム構造40の先端部分43に枢動可能に連結される。この実施形態では、台座部材枢動軸51aは、ブーム構造40の先端部分43に対する台座部材51の唯一の自由度を定める。

水平化設定装置52は、この実施形態では2つの油圧アクチュエータ52によって形成され、ブーム構造40と台座部材51との間に配置され、台座部材枢動軸51aの周りでの台座部材51の角度配向を設定するように適合されており、それによって、運動補償装置を支えているブーム構造部分の角度配向に対応して台座部材を水平化された位置に設定することができる。

回転ジブビーム支持部材53は、台座部材51に対して鉛直な回転軸53aの周りで回転するように台座部材51に固定される。この実施形態では、ジブビーム支持部材53は片持ち梁であり、その後部分が台座部材51に回転軸受53bで連結され、片持ち梁は、矢印Aによって支持されているその前方向に延びる。

回転駆動部54は、制御ユニット70に連結され、回転軸53aの周りでのジブビーム支持部材53の制御された回転運動を引き起こすように適合される。この実施形態では、回転駆動部は、回転ギヤリングと噛み合う1つ以上のピニオンを駆動する1つ以上の回転駆動モータ54を備える。

線形変位可能ジブビーム55は、ジブビーム支持部材53に対するジブビーム55の線形運動経路を定める1つ以上のジブビーム案内部57を介してジブビーム支持部材53によって支持される。

ジブビーム駆動部56は、制御ユニット70に連結され、ジブビーム支持部材53に対するジブビーム55の制御された線形運動を引き起こすように適合される。この実施形態では、ジブビーム駆動部56は、ジブビーム55と平行に延びる線形油圧シリンダ56を備える。

ジブビーム55は、前滑車80、後滑車82、および第1の案内滑車83を伴う滑車配置を支える。図4および図6～図8に加えて、図5は、この滑車配置と、ホイストケーブル61の通りを概略的に描写している。

前滑車80は、ホイストケーブル61が物体吊り下げ装置62の滑車81へと延びるジブビーム55の前部分に配置されている。後滑車82は前滑車80から離して配置されている。第1の案内滑車83は、前記ホイストケーブル61が物体吊り下げ装置62の滑車81から第1の案内滑車83を介してジブビーム支持部材53へと延び、ジブビーム支持部材53に末端61aで連結されるように配置されている。第1の案内滑車83は、この実施形態では、ホイストケーブル61の末端部分61aがジブビーム55および関連する線形運動経路と平行に延びるように配置されている。

ジブビーム支持部材53は、前記ホイストケーブルがジブビーム55の後滑車82へと延びる第2の案内滑車84を支える。この実施形態では、第2の案内滑車84は、第2の案内滑車84と後滑車との間のホイストケーブル部分がジブビーム55と平行に延びるように配置されている。さらに、この具体的な実施形態では、第1の案内滑車83および第2の案内滑車84は、線形運動経路に沿ったジブビームのすべての位置において前滑車80と後滑車82との間に配置されている。

ジブビーム支持部材における滑車と、ホイストケーブルの末端がジブビーム支持部材に連結されるという事実と組み合わされたジブビームにおける滑車と、の構成は、ジブビーム支持部材53における第2の案内滑車84と末端61aとの間のホイストケーブルの長さがジブビーム支持部材に対するジブビームの線形位置から独立して実質的に一定となるようになっている。

好ましくは、図示した実施形態における場合として、滑車87と第2の案内滑車84との間におけるホイストケーブルの部分が回転軸53aと一致し、そのため、ジブビーム支持部材を回転軸53aの周りで回転させることは物体吊り下げ装置のZ運動をもたらさない。

制御ユニット70は、ジブビーム支持部材53の回転駆動部54と補償装置50のジブビーム駆動部56とが物体吊り下げ装置の所定のX-Y位置を維持するように動作させられる波誘発運動補償モードを提供する。このX-Y位置は、固定された地盤に対する絶対位置であり得るが、代替で別の船舶に対する相対位置であってもよい。

少なくとも波誘発運動補償モードの間、しかし、制御ユニットの他のモードの間も、ヒーブ補償装置は、物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である。

以前に記載しているように、ホイストウインチ60は上部構造30の内側に位置付けられている。図5におけるホイストケーブル61の通りの概略から確認され得るように、ホイストケーブルの一方の末端がホイストウインチ60のドラムに巻き付けられている。そのため、ホイストケーブルはホイストウインチ60から上部構造の上方端における滑車85へと延び、滑車85は図1において指示および図示されてもいる。ホイストケーブル61は、滑車85からブーム構造40の下方端における滑車86へとさらに延びている。次に、ホイストケーブルは、ブーム構造40を通ってブーム構造40に沿ってブーム構造の上方端における滑車87まで延びており、この滑車はホイストケーブルを第2の案内滑車84に向けて案内する。

図6および図7は、ジブビームが線形運動経路に沿って異なる位置と回転軸53aの周りの異なる角度位置とにある状態での運動補償装置の側面図および上面図をそれぞれ描写している。図7において最良に示されているような水平平面では、これは、破線とされた成分59によって描写されているようなX-Yにおける水平方向の運動補償範囲をもたらす。

船舶が、例えば風力タービンの構成要素を設置するために、または前記風力タービンの構成要素に保守を実行するために、積荷を運搬するために使用されるとき、クレーンは最初に第1の船舶または構造に対して位置決めされ得る。第1の船舶に対して位置決めするとき、第1の船舶は、クレーンを支える船舶であり得るが、別の船舶であってもよい。第1の構造に対して位置決めするとき、第1の構造は、風力タービンまたはその一部、風力タービンのための基礎であってもよいが、例えば、固定されたプラットフォームであってもよい。

積荷が第1の船舶または構造から物体吊り下げ装置で吊り上げられ、その後、積荷は、例えば沖合風力タービンのナセルにおいてといった、第2の船舶または構造の上方で位置決めされ得る。ここでも、第2の船舶は、クレーンを支える船舶であり得るが、別の船舶であってもよい。第2の構造は、風力タービンまたはその一部、風力タービンのための基礎、または固定されたプラットフォームであり得る。次に、積荷は第2の船舶または構造へと降下させられ得る。

波によって誘発される相対的な運動が、クレーンを支える船舶と第1の船舶もしくは構造との間に、および/または、クレーンを支える船舶と第2の船舶もしくは構造との間に存在する場合、制御ユニットは波誘発運動補償モードにおいて動作させられ、ヒーブ補償装置は、少なくとも積荷が対応する第1または第2の船舶または構造と接触または近接しているとき、波によって誘発される物体吊り下げ装置の運動を補償するように動作させられる。

先の実施形態は単一の滑車を伴う滑車配置を記載しているが、運ばれる積荷に依存して、1つ以上の滑車の位置において、一致する滑車回転軸を伴う複数の滑車を有することが実施形態において可能でもある。したがって、例えば、複数の滑車を含む複数の降下配置が、ジブビームと物体吊り下げ装置との間に設けられてもよい。

示した船舶は非ジャッキアップ式の船舶であるが、船舶を海底において位置決めし、ジャッキアップ脚が延ばされていない場合に運動補償装置が船舶の波によって誘発される運動を完全に補償できない条件においてもクレーンが使用できるように、船舶を少なくとも部分的に水から持ち上げることができるジャッキアップ脚を船舶が備えることが、実施形態において想定されてもいる。

図示した例では、ジブビームは2つの方向で移動可能であり、つまり、回転軸の周りで回転することができることで、および、線形運動経路に沿って並進することで移動可能であるが、ジブビームが線形運動経路に沿って移動可能なだけであり、回転する能力が提供されていないか、または上部構造を代わりに回転させることで提供されることは、実施形態において想定されている。その場合、クレーンおよび船舶は本発明の第2の態様に従って提供される。さらに、ジブビームが並進可能であることが示されているだけであるが、同じ機能は、伸縮式ジブビームを用いて、または、移動可能な滑車もしくは滑車ブロックを提供することで、得ることができる。その場合、クレーンおよび船舶は本発明の第3の態様に従って提供される。

1 船舶
2、3 フロート
4 プラットフォーム、デッキボックス
5、6 柱
10 クレーン
20 基礎構造
30 回転上部構造
31 鉛直な回転軸
33 ラフィングウインチ
34 ラフィングケーブル
40 ブーム構造
41 第1の端
42 実質的に水平なブーム枢動軸
43 先端部分
50 運動補償装置
51 台座部材
51a 実質的に水平な台座部材枢動軸
52 水平化設定装置、油圧アクチュエータ
53 回転ジブビーム支持部材
53a 鉛直な回転軸
53b 回転軸受
54 回転駆動部、回転駆動モータ
55 線形変位可能ジブビーム
56 ジブビーム駆動部、線形油圧シリンダ
57 ジブビーム案内部
59 水平方向の運動補償範囲
60 ホイストウインチ
61 ホイストケーブル
61a 末端
62 物体吊り下げ装置
70 制御ユニット
80 前滑車
81 滑車
82 後滑車
83 第1の案内滑車
84 第2の案内滑車
85、86 滑車
100 風力タービン

Claims (15)

1. 沖合船舶(1)における使用のための、波によって誘発される運動を補償するクレーン(10)であって、
   前記船舶に備え付けられるように適合される基礎構造(20)と、
   前記基礎構造に対して略鉛直な回転軸(31)の周りで回転するように適合される回転上部構造(30)と、
   前記上部構造に備え付けられ、前記上部構造に対して略水平なブーム枢動軸の周りに枢動するように第1の端(41)において枢動可能に連結されるブーム構造(40)と、
   前記ブーム構造の先端部分(43)に備え付けられる運動補償装置(50)と、
   ホイストウインチ(60)、ホイストケーブル(61)、および前記ホイストケーブルから吊り下げられる物体吊り下げ装置(62)であって、前記ホイストウインチは前記回転上部構造または前記ブーム構造に備え付けられ、前記ホイストケーブル(61)は、前記ホイストウインチから前記ブーム構造の前記先端部分へと延び、さらに前記運動補償装置(50)に沿って前記物体吊り下げ装置まで延びる、ホイストウインチ(60)、ホイストケーブル(61)、および物体吊り下げ装置(62)と、
   前記ホイストケーブルに作用するヒーブ補償装置であって、前記ホイストウインチ(60)に組み込まれる、および/または前記ヒーブ補償装置のヒーブ補償作用が、前記ホイストウインチと前記ブーム構造の前記先端部分との中間で前記ホイストケーブルへの作用が実行されるように配置されるヒーブ補償装置と、
   制御ユニット(70)と
   を備え、
   前記運動補償装置は、
   前記略水平なブーム枢動軸と平行である略水平な台座部材枢動軸(51a)の周りに枢動するように、前記ブーム構造の前記先端部分(43)に枢動可能に連結される台座部材(51)と、
   前記ブーム構造と前記台座部材との間に配置され、前記台座部材を水平化された位置で設定するように適合される水平化設定装置(52)と、
   その前記水平化された位置において前記台座部材に対して鉛直な回転軸(53a)の周りで回転するように前記台座部材(51)に固定される回転ジブビーム支持部材(53)と、
   前記制御ユニット(70)に連結され、前記鉛直な回転軸の周りでの前記ジブビーム支持部材の制御された回転運動を引き起こすように適合される回転駆動部(54)と、
   前記ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの線形運動経路を定める1つ以上のジブビーム案内部(57)を介して、前記ジブビーム支持部材(53)によって支持される線形変位可能ジブビーム(55)であって、前記線形運動経路は、前記台座部材(51)が前記水平化された位置にあるときに略水平に延びる、線形変位可能ジブビーム(55)と、
   前記制御ユニットに連結され、前記ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの制御された線形運動を引き起こすように適合されるジブビーム駆動部(56)と、
   を備え、
   前記ジブビームは、前記ホイストケーブル(61)が自身から前記物体吊り下げ装置の滑車へと延びる前記ジブビームの前部分における前滑車(80)と、前記前滑車から離された後滑車(82)と、前記ホイストケーブルが前記物体吊り下げ装置の滑車(81)から第1の案内滑車(83)を介して前記ジブビーム支持部材(53)へと延び、前記ジブビーム支持部材(53)に末端で連結されるように配置される第1の案内滑車(83)と、を伴う滑車配置を支え、
   前記ジブビーム支持部材(53)は、前記ホイストケーブル(61)が自身から前記ジブビームの前記後滑車(82)へと延びる第2の案内滑車(84)を支え、
   前記第1および第2の案内滑車(83、84)は、前記ジブビーム支持部材の前記第2の案内滑車(84)と前記末端(61a)との間のホイストケーブル(61)の長さが、前記ジブビーム支持部材に対する前記ジブビームの線形位置から独立して略一定となるように配置され、
   前記制御ユニット(70)は、前記ジブビーム支持部材の前記回転駆動部(54)と前記補償装置の前記ジブビーム駆動部(56)とが、前記物体吊り下げ装置の所定のX-Y位置を維持するように動作させられる波誘発運動補償モードを提供し、
   前記ヒーブ補償装置(60)は、前記物体吊り下げ装置の波誘発Z運動を補償するように動作可能である、波によって誘発される運動を補償するクレーン(10)。
2. 前記水平化設定装置(52)は前記制御ユニット(70)に連結され、前記制御ユニットは、前記運動補償装置(50)を支える前記ブーム構造部分の角度に対応して、前記台座部材(51)の水平化を設定するために、少なくとも前記波誘発運動補償モードにおいて動作する前に前記水平化設定装置を動作させるように構成される、請求項1に記載のクレーン。
3. 前記制御ユニット(70)は、前記波誘発運動補償モードの間、前記台座部材(51)を前記ブーム構造部分に対して静止状態に維持するようにさらに構成される、請求項2に記載のクレーン。
4. 前記台座部材枢動軸(51a)は、前記ブーム構造の前記先端部分(43)に対する前記台座部
   材の唯一の自由度を定める、請求項1から3のいずれか一項に記載のクレーン。
5. 前記ヒーブ補償装置は、前記制御ユニット(70)に連結される能動的なヒーブ補償装置(60)である、請求項1から4のいずれか一項に記載のクレーン。
6. 前記ジブビーム支持部材(53)は片持ち梁であり、その後部分が前記台座部材に回転軸受と共に連結され、前記片持ち梁はその前方向に延びる、請求項1から5のいずれか一項に記載のクレーン。
7. 前記回転駆動部(54)は、回転ギヤリングと噛み合う1つ以上のピニオンを駆動する1つ以上の回転駆動モータを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のクレーン。
8. 前記ジブビーム駆動部(56)は、前記ジブビームと平行に延びる1つ以上の線形油圧シリンダを備える、請求項1から7のいずれか一項に記載のクレーン。
9. 前記ブーム構造(40)は、例えば格子状ブームといった単一の剛体で固定された長さのブームである、請求項1から8のいずれか一項に記載のクレーン。
10. 請求項1から9のいずれか一項に記載のクレーンを備える船舶(1)。
11. 前記基礎構造(2)は、波によって誘発される運動に曝される前記船舶と一体のユニットを形成するように前記船舶に固定される、請求項10に記載の船舶。
12. 前記船舶(1)は半潜水可能船舶である、請求項10または11に記載の船舶。
13. 前記船舶は、ジャッキアップ脚を有するジャッキアップ船舶であり、前記クレーンは、ジャッキアップ脚の周りで回転する前記上部構造を備える、脚周りのクレーンである、請求項10から12のいずれか一項に記載の船舶。
14. 請求項1から9のいずれか一項に記載のクレーンを使用して積荷を運搬するための方法であって、
    a. 前記積荷を、前記物体吊り下げ装置によって第1の船舶または構造から吊り上げるステップと、
    b. 第2の船舶または構造の上方に前記積荷を位置決めするステップと、
    c. 前記積荷を前記第2の船舶または構造に降下させるステップと、
    を含み、
    前記積荷の吊り上げおよび/または降下の間、少なくとも前記積荷が対応する船舶または構造と接触または近接しているとき、前記制御ユニット(70)は波誘発運動補償モードで動作させられ、前記ヒーブ補償装置は、波によって誘発される前記物体吊り下げ装置の運動を補償するように動作させられる、方法。
15. 前記制御ユニット(70)を前記波誘発運動補償モードで動作させることの前に、前記台座部材は、前記運動補償装置を支える前記ブーム構造部分の角度に対応して、前記水平化設定装置によって、前記水平化された位置に位置決めされる、請求項14に記載の方法。

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