JPH0415188A - 浮遊構造物の動揺制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、海上なとに浮遊させて各種用途に使用され
る浮遊構造物の波浪などによる動揺を減少させる動揺制
御方法及び装置に関し、とのような波周期の場合にも動
揺を減少できるようにしたものである。

［従来の技術］ 石油、天然ガスなとの海洋鉱物資居、の開発、海洋空間
の有効利用などのため、その「１的に応した各種海洋構
造物の開発かすすめられている。

これら海洋構造物の多くは、ｌ￥遊させた状態で定位置
にチェーンやワイヤロープなどにより係留するのか一般
であり、浮遊状態で波の力を受けると動揺が生してしま
う。

そこで、海洋構造物の波浪中での動揺を軽減するため、
現在、主として採られている方法の一つは、海洋構造物
の形状を波無し形状にするものてある。

この波無し形状の採用によって、ある範囲の波周期の波
浪に対しては動揺を減らすことができるものの、その範
囲が狭く、どのような波に対しても動揺を減らすことは
できない。

一方、海洋構造物に類似する海洋を航行する船舶では、
その動揺を軽減するためアンチ・ピッチング・フィンや
アンチ・ローリング・フィン及びアンチ・ローリング・
タンクか実用化されて相当の実績もあり、浮遊構造物へ
の適用も考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、これらの動揺軽減方法は、前進速度を持つ船
舶などの構造物では、動揺軽減に有効に作用するが、常
に静止した状態にある海洋構造物などの浮遊構造物では
、前進速度がないため、船舶と同一の方法を採用しても
動揺を有効に減少させることができないという問題があ
る。

この発明はかかる従来技術の課題に鑑みてなされたしの
で、どのような波浪に対しても浮遊構造物の動揺を減少
させることができる浮遊構造物の動揺制御方法及び装置
を提供しようとするものである。

Ｃ課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するため、この発明の浮遊構造物の動揺
制御方法は、浮遊構造物の浮力を有する部分に可動部を
設けておき、浮遊構造物の動揺を検出し、この動揺を減
少するのに必要な前記可動部の移動量を求めてこの可動
部を制御してｆｉ！、遊構造物の動揺を減少するように
したことを特徴とするものである。

また、この発明の浮遊構造物の動揺制御装置は、浮遊構
造物の浮力を有する部分に設けられる可動部と、この浮
遊構造物の動揺を検出する動揺検出器と、この動揺検出
器の検出結果に基づき浮遊構造物の動揺を減少させるの
に必要な前記可動部の移動量を求めてこの可動部を制御
する制御手段とからなることを特徴とするものである。

［作　用］ この浮遊構造物の動揺制御方法によれば、浮遊構造物の
浮力を受ける部分に鉛直方向のシリンダとピストンなど
で構成される可動部を設け、この可動部のピストンを浮
遊構造物の動揺に応して制御し、波浪による力を受けな
いようにして浮遊構造物の動揺を軽減するようにし、あ
らゆる波周期の場合にも浮遊構造物の動揺を低減できる
ようにしている。

また、この浮遊構造物の動揺制御装置によれば、浮遊構
造物の浮力を受ける部分に鉛直方向のシリンダとピスト
ンなどて構成される可動部を設け、浮遊構造物の動揺を
加速度計などの動揺検出器で検出し、この検出結果に基
づき制御手段で動揺を低減する為に必要なピストンの動
きを求めてピストンを制御するようにしており、波浪に
よる力をピストン部分て逃がすようにして浮遊構造物の
動揺を軽減するようにしている。

したがって、特定の波周期たけてなく、どのような波周
期の場合にも浮遊構造物の動揺を低減することができる
。

［実施例］ Ｌｒ、この発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。

第１図〜第３図はこの発明の浮遊構造物の動揺制御装置
の一実施例にかかり、第１図は浮遊構造物とともに示す
断面図、第２図は浮遊構造物とともに示す平面図、第３
図は制御手段のブロック図である。

この浮遊構造物の動揺制御装置１０は、箱形の／Ｖ遊構
造物１１に設置されている。

この浮遊構造物１】には、浮力を受けるため水面に触れ
ることができる部分の左右の２箇所に可動部１２を構成
するシリンダ１３か鉛直方向に取付けられて上下の端部
が開口した状態となっている。これらシリンダ］３内に
は、可動部１２を構成するピストン１４か上下方向に摺
動可能に装６されており、ピストン１４の下面は常に水
面を切るように配置されるとともに、ピストン１４の上
部には空気室が形成されるようになっている。

このピストン１４は、浮遊構造物１１に支持されたボー
ルネジ１５と図示しないポールナツトを介して連結され
、ボールネジ１５を回転することによってピストン１４
を任意の位置に動かすことができるようになっている。

このボールネジ１５の回転駆動のため、浮遊構造物１１
のシリンダ１３の上部には、サーボモータ１６が設置さ
れてボールネジ１５と連結しである。

このサーボモータ１６には、制御演算器】−７か接続さ
れて制御され、ピストン１４の位置を任意に変えること
ができるようになっている。

この制御演算器１７には、浮遊構造物１１の動揺を検出
するための動揺検出器としてシリンダ１３上部に設置さ
れた加速度計１８の検出信号が人力されるようになって
いる。

制御演算器１７は、例えば第３図に示すように、加速度
計１８からの検出信号を増幅するアンプ１９、加速度か
ら速度を演算する積分器２０、速度から変位を演算する
積分器２１及びこれらの係数器２２〜２４及びサーボモ
ータ１６への制御信号を出力するサーボアンプ２５て構
成されている。

次に、このように構成された浮遊構造物の動揺制御装置
１０の動作とともに、動揺制御方法について説明する。

この浮遊構造物の動揺制御装置１０ては、浮遊構造物１
１の動揺を加速度計１８で検出し２、これより得られる
浮遊構造物１］の変位を無くす（０にする）ようにピス
トン１４のシリンダ１３内での位置を調整制御する。

今、浮遊構造物１］が波浪中で波の力（波強制力）を受
けて上下に揺れたし、かつピストン１４がサーボモータ
］６によって駆動されて上下動する場合について考える
と、浮遊構造物１１に対する運動方程式は次式（１）で
示すことができる。

（Ｗ／ｇ＋ｍ）　　Ｚ’　　（ｔ）＋Ｎ　Ｚ’　　（ｔ
）　　＋　９ｇ　　Ａ　Ｚ　（ｔ）＋（Ｗ／ｇ）　　η
′　（ｔ）＋ρｇＡ　　　η（ｔ）−Ｆ　（ｔ）ｐ ここて、 ρ　；流体の密度、 ｇ　　９重力加速度、 Ｗ　：浮遊構造物の重量、 ｍ　：浮遊構造物の付加質量、 Ｎ　・浮遊構造物の減衰係数、 Ａ　：浮遊構造物の水線面積、 Ｗ　：ピストン重量、 Ａ　：ピストン水線面積、 Ｆ（ｔ）：波強制力、 Ｚ　（ｔ）：浮遊構造物の上下揺れ、 η（ｔ）：ピストンの上下動、 である。

この（１）式の左辺の第１項〜第３項は波強制力による
浮遊構造物１１の運動による流体力を示し、第４項及び
第５項はピストン１４の運動による力を示しており、波
強制力が浮遊構造物１１の運動とピストン１４の運動と
に分解されることを示している。

そこで、浮遊構造物１１に波強制力が加わった場合、波
強制力を全てピストン１４の運動に基づく力に変換し、
浮遊構造物１１に伝えないようにすれば、浮遊構造物１
１の動揺を無くすことかできる。

すなわち、次式（２）が動揺を無くすための条件となる
。

（ｗ　　　／ｇ）　　η′　（ｔ）＋ρｇＡ　　　η（
ｔ）　　−Ｆ　（ｔ）ｐ ・・・（２） したかって、この（２）式か成り立つように制御演算器
１７からサーボモータ１６に制御信号を出力するように
してフィートバンク制御し、ピストン１４の位置を調整
する。

すなわち、第４図にフィート・／ｘラック御のブロック
線図を示すように、浮遊構造物１１の加速度を検出する
とともにピストン１４の変位を検出し、この両者から波
強制力か演算によって求められるから、浮遊構造物１１
の動揺を止めるのに必要なピストン１４の運動か演算で
きる。

この結果、波強制力で浮遊構造物１１を持ち」−げられ
ようとする場合には、ピストン１４か上Ｉｊｌ′されて
波強制力を受けないようにし、逆に波強制力で浮遊構造
物１１か下降しようとする場合には、ピストン１４を水
面に突き出すようにして動揺を抑えるようにすることが
できる。

また、このような浮遊構造物の動揺制御装置１０によっ
て動揺を制御することで、従来、浮遊構造物１】ては行
われていない波浪中での動揺の低減を図ることが可能と
なった。

さらに、波浪の計測など、海洋環境の情報を直接前る必
要がなく、浮遊構造物１１の加速度を検出するたけて、
簡単に動揺の低減を図ることができる。

さらに、演算制御器１７で波強制力を演算し、その結果
に基づきピストン１４の移動すべき位置を求めるように
しているので、どのような波周期に対しても動揺の低減
を図ることかできる。

次に、この発明の浮遊構造物の動揺軽減装置による動揺
軽減の効果を水槽実験によって確認した。

この実験では、第５図（ａ）中に示すように、双胴形ｌ
平遊構造物の模型か使用され、長さし−７０（、）ｍＩ
ｌｌ、幅４００Ｉとし、長さの中央部に２８０１１ＩＩ
１１の空間を形成して両側を双胴部とした。

この模型浮遊構造物の両側の双胴部にそれぞれ直径１８
０Ｉのシリンダを鉛直方向に形成し１、ピストンを装着
した。

加速度計はそれぞれの双胴部に設置し、制御演算器もそ
れぞれに設けて独立してピストンを制御するようにした
。

こうして動揺制御を行う場合と行わない場合について実
験を行い、その結果を第５図（ａ）　、　（ｂ）に示し
た。

第５図（ａ）は上下揺れの振幅特性を示し、第５図（１
））は横揺れの振幅特性をそれぞれ示しており、各図の
横軸は波長と浮遊構造物の長さとの比（λ／Ｌ）であり
、（ａ）図の縦軸は上下揺れ振幅と波振幅との比（Ｚ＾
／ζＡ　）　、（ｂ）図の縦軸は横揺れ振幅と波傾斜と
の比（ΦＡ／にζＡ１ここて、Ｋ：波数）である。

この実験結果から明らかなように、浮遊構造物の動揺を
低減することかでき、上下揺れを相当低減できるととも
に、横揺れについては半減させることができることが確
認された。

なお、上記実施例では、浮遊構造物の両側２箇所に動揺
制御装置を設けるようにしたか、これに限らす、さらに
設置数を増大するようにすれば、−層動揺低減効果を増
大させることができる。

また、上記実施例では、それぞれの可動部であるピスト
ンを独立して制御するようにしたか、相方モ渉の影響を
加味した相互干渉補償形の制御系としたり、座標軸を分
離して相互に制御する１土標軸分離制御系なとにしても
良い。

さらに、ｉ＋７動部をシリンダとピストンで構成し、こ
れをホールネジとサーボモータで動かすようにしたか、
これに限らす、他の駆動機構を用いるようにしても良い
。

また、ｌｆ遊構造物の内部にシリンダとピストンで構成
された可動部を形成するようにしたか、ｌｆ遊構造物の
外部に可動部を設け、シリンダなどを浮遊構造物の外側
に突き出して固定するようにしても良い。

さらに、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素
に変更を加えても良いことは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの発
明の浮遊構造物の動揺制御方法によれば、浮遊構造物の
浮力を受ける部分に可動部を設け、この可動部を浮遊構
造物の動揺に応して制御するようにしたので、波浪によ
る力を受けないようにしてｌ♀遊構造物の動揺を軽減す
ることができるとともに、制御の際の演算によりあらゆ
る波周期の場合にも浮遊構造物の動揺を低減することか
できる。

また、この発明の浮遊構造物の動揺制御装置によれば、
ｉＦｆ遊構造物の浮力を受ける部分に可動部を設け、ｌ
？遊構造物の動揺を動揺検出器で検出し、この検出結果
に基づき制御手段で動揺を低減するために必要な可動部
の動きを求めて制御するようにしたので、波浪による力
を可動部で逃がすようにして浮遊構造物の動揺を軽減す
るごとができる。

また、動揺制御のために必要な検出情報が浮遊構造物の
運動たけで良く、波の状部などの海洋環境の情報を必要
としないので、簡単な構造となり、浮遊構造物にユニッ
トとして取付けることも可能であり、既存設備への適用
も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図はこの発明の浮遊構造物の動揺制御装置
の一実施例にかかり、第１図は浮遊構造物とともに示す
断面図、第２図は浮遊構造物とともに示す平面図、第３
図は制御手段のブロック図、第４図はこの発明の浮遊構
造物の動揺制御方法のフィードバック制御のブロック線
図、第５図はこの発明による動揺制御結果を示す上下揺
れ及び横揺れの振幅特性の説明図である。 （Ｇ） １０：浮遊構造物の動揺制御装置、１１：浮遊構造物、
１２二可動部、１３ニジリンダ、１４：ビストン、１５
：ボールネジ、１６ニサーボモタ、１７：制御演算器（
制御手段）、１８：加速度計（動揺検出器）、１９・ア
ンプ、２０．２１＋積分器、２２〜２４：係数器、２５
．サーボアンプ。 （ｂ） 第５図 波（彌走嶋敷（≠） 万も／ｊ鼻迭ゴｔ１ツ□１さ（〜４ン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）浮遊構造物の浮力を有する部分に可動部を設けて
   可動部の移動により浮力を有する部分の体積を変化させ
   るようにしておき、浮遊構造物の動揺を検出し、この動
   揺を減少するのに必要な可動部の移動量を求めて可動部
   の移動を制御して浮遊構造物の動揺を減少するようにし
   たことを特徴とする浮遊構造物の動揺制御方法。
2. （２）浮遊構造物の浮力を有する部分に設けられその移
   動により浮力を有する部分の体積を変化させる可動部と
   、この浮遊構造物の動揺を検出する動揺検出器と、この
   動揺検出器の検出結果に基づき浮遊構造物の動揺を減少
   するのに必要な可動部の移動量を求めて可動部の移動を
   制御する制御手段とからなることを特徴とする浮遊構造
   物の動揺制御装置。