JPH11504589A - 広い海において停泊した浮遊構造物に波の方向を指向させる方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その前端部でブイなどに係留されている、波の方向に対して錨止めされている浮遊構造物（１）を指向させる方法とその装置である。浮遊構造物には、１個またはそれ以上の回転可能な風用ラダー（５）が設けられ、そのラダー（５）は浮遊構造物を安定な状態で波の方向に指向させて固定するように風の方向に対して調整することができる。１個の風用ラダーまたは複数の風用ラダーは翼形の外形または水滴状の形状を有するのが有利である。

Description

【発明の詳細な説明】 広い海において停泊した浮遊構造物に 波の方向を指向させる方法およびその装置 この発明は、その前端部（船体中央部の前部）において錨を下ろし（停泊し） あるいはブイに係留した浮遊構造物に波の方向を指向させる方法およびその装置 に関するものである。ここで、浮遊構造物には船、船舶、ボートあるいは広い海 で使用するために設計された浮遊構造物である。 例えば、北海などの海の底から開発された石油やガスは、海底に敷設されたパ イプラインによって、通常、陸上の精製施設や貯蔵タンクに輸送される。これに 加えて、多くの石油やガス、特に、海底にパイプラインによる流通を持って来ら れない、狭い遠距離の場所で生産される石油やガスは船舶によって輸送される。 この種の輸送に船舶を使用する場合には、船舶が、石油やガスの貯蔵されてい るプラットホームや海中貯蔵施設に接近して錨止めされているブイに係止された りあるいは係留されて、石油やガすの貯蔵施設からブイを通して配設された１本 以上のパイプにより石油やガスが船舶に移されることがある。 徐々に、貯蔵や生産用船舶が、海の狭い場所から、または海の深さが海底に使 用施設を作るのが不都合かまたは不可能な場所から石油やガスを生産あるいは貯 蔵のために使用されるようになっている。この種の船舶は、殆どの場合、船体の 前部に配設されたターレットによって錨止めされて停泊している。 強い風、強い海流や荒れた海の悪天候では、船舶、ブイ、係留点に働く力が非 常に強くなるものである。特に、強い力は、一方の側から他方の側へと大きな振 幅で係留点（ブイ、停泊点等）の周りに自由に揺動できる船に作用する。 広い海（次の説明を参照されたい。）においては、自由に揺動できるように係 留されている船舶に働く支配的な力は、通常、波によって持って来られ、揺動運 動の振幅が大きければ大きいほど、船舶はより大きな影響を波によって受けるも のである。このことは、船舶や係留物に消耗や損害をもたらす大きな負荷を与え る水平方向の大きな運動、力、水平ずれや横揺れ運動になって来る。 以前から、船舶の船尾に配設されたサイドスラスター（ｓｉｄｅ ｔｈｒｕｓ ｔｅｒ）によって錨止めされている船舶を波の方向に向けることは知られている 。しかしながら、このような装備は高価で、維持や補修作業に対して余分の費用 を再び要請する。 さらに、小さな船、特に、魚取り用の綱や網を備えた小さな漁船においてはス パンカー（ｓｐａｎｋｅｒ）を使用することが常識である。スパンカーは船の船 尾にマストによって支えられたセールであり、船を風の方向に向けて維持させる のと、船の横揺れ運動を減少させるのに役立っている。網や綱のような魚取り用 具を巻き上げる場合には、船が魚取り用具を横切って漂流することを避けるため に、船を風の方向に向けて維持することが重要である。 かくして、スパンカーは、通常、船と平行に（航行の場合を除いて）配設され るセールである。船舶が石油やガスの積込みや生産のために広い海で停泊したり 、ブイなどに係留されたりする場合に、基本的な課題は、前述のように、係留物 に大きな荷重を与える大きな振幅の揺動（かたゆれ運動）を船が始めるのを防止 するために、船を安定した状態で、波の方向に対して維持することである。さら に、横揺れ運動の大きな振幅は、船舶が方向の変化が殆どない位置付けの場合に 避けられる。 この発明は、このような問題に対する解決を持って来る方法とその装置を提供 する。この発明に従えば、方法は、請求項１に記載されるように、浮遊構造物を 波の方向に向けるような方法で風の方向に対して調節する、風用ラダー（舵）を 船尾に設けることを特徴としている。 さらに、この発明によれば、装置は、請求項２に記載されるように、船舶の長 軸に対して如何なる所望の角度位置にも調節できるように利用する風用ラダーを 設けることを特徴としている。請求項３と請求項４はこの発明の有利な特徴を記 載している。 以下に、この発明は、この発明の具体例を示す図面によって詳細に説明される だろう。 図１は、この発明による風用ラダーを備えた船の側面図と平面図である。 図２は、この発明において備えられた風用ラダーの一つの具体例を示している 。 図３は、風と波とが異なった方向から船に向かって来る場合に、図１に示され るようなターレットによって係留された船の理論的な位置を示す説明図である。 図４は、模型実験に基づく、グラフを示すものであり、４ａ図は、風用ラダー が設けられていない船であって、風の方向が海流と波に対して２０度であるとき の模型船のかたゆれ運動を示し、４ｂ図は、船の長軸に３０度の角度で配置され た風用ラダーを有する船であって、風の方向が海流と波に対して２０度であると きの４ａ図と同じ模型船のかたゆれ運動を示すものである。 上述のように、図１は、船１の側面と平面とを示している。船の前端には、回 転運動のために船体に配設された、ターレット４が設けられ、錨綱３（図示され ていない）によって海底に係留されている。かくして、船はターレットの周りに 自由に回転し、揺動できるように配置されている。 この発明による一つの基本的な特徴は、船の船尾に回転可能な風用ラダーが配 設され、そのラダーが甲板あるいは甲板の設備の上方に広がっていることである 。風用ラダー５は、電気モータまたは流体モータにより駆動され、船の長軸に対 しどのような所望の位置（角度）にも回転できるようにされているのが好ましい 。ラダーの断面は、図に示されるように、好適には、“揚力（ｌｉｆｔ）”を増 大し、空気抵抗を減ずるように、翼形の外形あるいは水滴状を有しなければなら ない。一方、平面あるいはほぼ平面形の形状も利用することができる。 図２は、船の両側からやって来る風の方向に対してほぼ浮き上げ表面効果を達 成できる形を有する代替のラダーの断面を示している。この図においては、次の 符号が使用されている。 α_R ＝船に対するラダーの角度 β ＝船に対する風の方向 τ ＝ラダーに対する風の角度 ｃ ＝ラダーの方向に対する前方フィンの角度 ｄ ＝ラダーの方向に対する後方フィンの角度 ＦＲ＝ラダーによる浮き上げ力 ＤＲ＝ラダーによるドラグ力（抵抗力） 図２ａにおいて、ラダーは、風が船の左舷（ｐｏｒｔｓｉｄｅ）から来る場合 には、左舷（図においてＰＳ）に対して“揚力”を維持するように形付けられて いる。図２ｂには逆の場合が示され、このラダーの外形は、風が船の右舷からや って来る場合で、右舷に対する“揚力”があるときに好ましい。このようなラダ ーの外形は、風のアタック角が０度である場合にも大きな“揚力”を維持し、外 形に基づいて約８−１５度における横側方向の最大力を提供するものである。ラ ダーは、翼の形を特性づける湾曲（そり）を形成するように外形の中心線を考慮 するように、互いに対して揺動できる３個の枢着部に分けられている。主枢着部 １０は船１によって支持されるマスト１１の周りに回転するのを許容している。 最前枢着部８は外形の“リーディングエッジ”であり、軸９の周りに回転するの を許容する。後部枢着部７の“トレイルエッジ”は軸６の周りに回転するのを許 容する。軸６と軸９の両方は、主枢着部１０に固着されている。 広い海における波は主に風によって発生し、一般的に、強い風（強風でより強 い）の状態下では、波の方向は両側で１５度から２０度の角度の帯の範囲内で風 の方向と類似するだろう。この角度は“穏やかな海”と呼ばれるような弱い風の 状態の下では大きくなるだろう。 海流も主に風によって発生する。この風によって発生する海流は、地球の回転 の結果、風の方向に対して２０度まで位の角度進んでいるだろう。しかしながら 、潮の満干、地球的−（湾岸海流）と地域的海流によって生じる海流に対してこ の海流に寄与するものである。このようにして、海流と波の間の角度は強風の下 でも４０から６０度であろう。 風と海流とは、一般的に、波の方向と異なった角度で作用しているので、風用 ラダーの設けられていない船は、波の方向と異なった平均的な方向方向を指向す るだろう。波の力は、上述のように、波が船の横方向に大きな荷重を起こす場合 に、顕著である。さらに、干満の時における非常に多くの波では、船は、係留物 に大きな力学的な荷重を生じさせる、大きなかたゆれ運動を起こすだろう。 図３には、船が、図１に示されるように、ターレットによって係留されており 、矢印によって示されるように、風と波とが異なった方向から船に向かって来る ところの理論的な位置が示されている。 この図における符号は次のようである。 ＦＳ ＝船に対する風の力の横方向の要素 ＦＣ ＝船に対する海流の荷重の横方向の要素 ＦＷ ＝船に対する波の力の横方向の要素 ＤＳ ＝船に対する風の力の長さ方向の要素 ＤＣ ＝船に対する海流の荷重の長さ方向の要素 ＤＷ ＝船に対する波の力の長さ方向の要素 ＦＴ ＝ターレットの係留力 γ ＝波の向きに対する船の方向 Ｍ_s ＝船に対する風力のかたゆれ回転モーメント Ｍ_c ＝船に対する海流荷重のかたゆれ回転モーメント Ｍ_w ＝船に対する波の力のかたゆれ回転モーメント ＦＲ ＝風用ラダーにおける風力の横方向の要素 ＤＲ ＝風用ラダーにおける風力の長さ方向の要素 ＣＤＧ＝船の重心 ＦＷ、ＦＣおよびＦＳによって示される矢印は、船に作用する波と、海流と風 とによって方向付けられた横方向の要素をそれぞれ表している。ＦＲとＤＲは、 風用ラダーに作用する風力の横方向と長さ方向の要素を表している。 船に作用する、風と、波と海流の力の長さ方向の要素は、矢印ＤＳ＋ＤＷ＋Ｄ Ｃによって同様に示されている。風と、波と海流は、さらに、船の重心（ＣＯＧ ）の周りに作用する、矢印Ｍ_s＋Ｍ_w＋Ｍ_cによって図に表されるような、（船の 垂直軸の周りの）かたゆれ力のモメンタム（運動量）を生じさせる。船に作用す る力の大きさと力のモメンタムは海水上と海水中の船の形状に依存し、船と、風 、波および海流のそれぞれの間の相対的な方向によるものである。 ＦＲによって示される係留力は、ターレットの中心によって作用する。ターレ ット係留装置に対して働く力の運動量は、無視できる程小さなものである。 小さい横方向からの力（妨害）の影響によって、最初の位置から他の位置へも しもある最初の位置を変わるならば、船は方向的に不安定な状態に係留されるも のと定義される。この特徴は、静的に不安定な状態に対する特性である。力学的 に不安定な状態は、船に小さな横方向の妨害（時間の限定された周期の力によっ て影響される）が与えられるならば、振幅の増大によって船が回転し始める（か たゆれし始める）ことによって特徴付けられる。 船の不安定な行動を発生させる力は、風、波、海流または船に作用するたの種 類の影響によって起こるものである。係留された船は、風、波と海流とによって ターレットの位置やその係留力に起こる横方向の力とトルクの独立係数として、 その方向に対して安定あるいは不安定である。力学的な方向安定性の基準は、さ らに、船のかたゆれ運動や横方向運動に対する船の慣性モーメントによって決定 される。 船に働く波、風および海流によって起こされる力の大きさは、船の幾何学的形 状と波、風および海流に対する平均的な方向とに依存している。所定の位置にお いて、もしも船が方向的に不安定であれば、上述のように、大きなかたゆれ運動 が予測されなければならない。もしも、船が方向的に安定の場合には、フィード バックされる力（風、海流および波から）は、船の慣性力に比較して一般的に小 さいだろう。かくして、かたゆれ運動に対する応答周期は、風、海流および波の 力に依存し、長く、１００秒以上になる。このことは、さらに、一つの力の要素 （例えば波の力）が、大きさと方向で変わるならば、船の方向は大いに変わるだ ろう。特に、かたゆれ運動は（ゆっくりと変化する）波の力によって影響される だろう。 風は波の方向に対して異なった方向でしばしば働き、船の方向に影響する最も 支配的な力を表し、風用ラダーを備えられなかった船の平均的な方向は風の方向 によって決定されるだろう。かくして、船の方向は、波の方向に対していくらか 斜めになるだろう。これは、波が船の舳先に斜めの方向からやって来るので、停 泊している船の係留綱に対して非常に大きな力学的な負荷をもたらすところのか たゆれ運動を発生する大きな力学的な力を生じさせる、不都合な位置である。さ らに、斜めの角度で船にやって来る波は、船に大きな横揺れ運動を生じさせる。 この発明による１個またはそれ以上の風用ラダーの使用は、力ＦＷ，ＦＣおよ びＦＳの総合の逆である方向に作用し、次のように貢献する。 ラダーが船の“かたゆれ角度のスプリング硬さ”を増大するように作用する ので、船の方向的安定性を改善し、力の増大は揺動した後に、船を平均的な方向 に回転して戻すだろう。 船の舳先に対する波の方向がその向きに真っすぐになるような方法で船の平 均的な方向を変え、船のかたゆれ角度と平均的な波負荷の両方に影響する力学的 な力を減じることができる。 風用ラダーは代替的な手段と方法によって調整され、制御されることができる 。 例えば、 風と波に対する船の平均的な方向の変化にしたがってラダーを周期的に調節 する。 ラダー能力を最大に利用するために、船のかたゆれ運動のためにラダーを連 続的に調整する。 さらに、ラダーは、荷積みされたときと空荷の場合の両方で、風、波および海 流のほぼ可能な負荷の組合せの下で波に対して船の舳先を維持するように、充分 強い横方向の力を維持できるように寸法づけられなければならない。 さらにまた、ラダーの調整と制御は、例えば、船、風、海流および波の方向の 連続的な記録に基づくデータ制御によって行われる、力学的に位置付けられた船 のサイドスラスターと同様な方法で、手動または自動で実施される。 実験はターレットに係留された模型船にによって実施され、その船にはこの発 明による固定の風用ラダーガ設けられた。実験は、波が風の方向に対し２０度の 方向から伝播し、海流の方向が波の方向と同じであった模型タンクの中で行われ た。風用ラダーは、模型船の長軸に対して３０度の角度に形成された位置に固定 され、船の断面積の約２０％が海水上ににあった。 実験行程において、波の方向に対して３．３°の平均的な角度に位置付けられ た船は、風用ラダーに対する風のフタック角度は３０−２０＋３．３＝１３．３ °であった。このような条件において、船の最大かたゆれ角度は１１．４３°で あり、最小かたゆれ角度は−４．１°であった。この場合において、風用ラダー に対する風のアタック角度を３０−２０−４．１＝５．９°、そして、最初の場 合には、同様の角度は、３０−２０＋１１．４°＝２１．４°であった。 風用ラダーを備えない模型船に対する実験も行われた。この実験において、風 と波の方向は前の実験と同じであった。この場合、船は波の方向に対し平均的な １３．０°の角度を有した。さらに、最大かたゆれ角度は２８°であり、最小か たゆれ角度は０．４°であった。 図４ａと図４ｂとは、実験下で時間の経過が記録された、風用ラダーを備えな い船と風用ラダーを備えた船のかたゆれ運動を表すグラフである。 図４ａと図４ｂの数値にから見られるように、かたゆれ運動（サイドからサイ ドへの揺動運動）は、風用ラダーを設けられた船が実質的に小さい。この状態に おいて、最大振幅間の相違は３０％以上である。かたゆれ運動の振幅の減少は、 係留物への負荷の減少をもたらし、風用ラダーを備えた船に対しては約２５％の 減少が測定された。しかしながら、この実験に使用された風用ラダーについては 、このラダーが寸法及び形状においても最適化されたものではなかったことを指 摘しておく。一方、実験の結果は、この発明による風用ラダーの使用によって専 ら得られる運動と力の積極的な影響を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．その前端部がブイなどに係留されている、錨止めされている浮遊構造物（１ ）を波の方向に指向させる方法において、浮遊構造物には、１個あるいはそれ以 上の回転可能な風用ラダー（５）をその後端部に設け、浮遊構造物が安定状態で 波の方向を指向するように風の方向に対して調整することを特徴とする浮遊構造 物を波の方向に指向させる方法。 ２．その前端部がブイなどに係留されている、錨止めされている浮遊構造物（１ ）を海流および／または波の方向に指向させる装置において、１個またはそれ以 上の回転可能でかつ積極的に駆動される風用ラダーが浮遊構造物（１）の前端部 に配置され、その浮遊構造物の長軸に対する所望の角度が調節できることを特徴 とする浮遊構造物を波の方向に指向させる装置。 ３．１個または複数の風用ラダーが翼形の外形あるいは水滴状断面を有すること を特徴とする請求項２記載の装置。 ４．ラダー（５）が、反りを形成する中心線を可能とするように、交互に対して 揺動できるところの３個の枢着部（７，８，９）に分けられていることを特徴と する請求項２または３のいずれかに記載の装置。