JPS6257558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 半沈下型浮遊プラツトホームは、科学的調査、
原油やガスの採堀及び製造を含め各種の海底作業
に要求される。これを使用するには安定したプラ
ツトホームが望ましい。併しながら波の作用は、
動揺（垂直方向の線形変位・以下同じ）、横揺れ
（縦軸中心の角度変位）、及び縦揺れ（横軸中心の
角度変位）から成るプラツトホームの好ましくな
い実質的な振動的変位を起す。荒海においてはプ
ラツトホームの安定性を得るために特に動揺を少
なくすることが望ましい。

半沈下型浮遊プラツトホームは共振システムで
あるので、プラツトホームの共振周期に実質的に
等しい波浪周期（このような波浪周期を本文では
度々共振波浪周期と呼ぶ）を有する海によつてプ
ラツトホームの好ましくない振動的変位が大きく
増加する。よつて共振波浪周期での動揺変位は他
の非共振波浪周期での似通つた波高に対する最高
動揺変位より数倍大きくなり得る。

浮遊プラツトホームの好ましくない振動的運動
を最小にするために従来提案された方法や装置
は、波の運動によつてプラツトホームに与えられ
る非常に大きい動揺力に対抗するには、何れも経
済的に発生し得ないような極めて大きな制御力の
行使を必要とする。半沈下型プラツトホームの場
合はもつと小さくもつと経済的に発生できる制御
力を必要とするが、これもあまり普通に起らない
長い波浪周期での共振がある。併しながら半沈下
型プラツトホームはなお普通に生じる短かい非共
振周期での重要な動揺変位が起る。更に、そのよ
うな短かい非共振波浪周期でのこの動揺変位を低
下させるための設計上の考慮がまたプラツトホー
ムをもつと普通に起るより短かい周期で共振する
ようにする。

本発明の原理により、プラツトホームの垂直速
度（即ち垂直方向の線形変位の変化率）の関数で
ある制動制御力をプラツトホームに与えることに
よつて、半沈下型プラツトホームのような浮遊構
造の好ましくない変位量を低下させる方法及び装
置を開示する。この速度制動技術は半沈下型プラ
ツトホームの変位量を、比較的小さくて経済的に
発生し得る制動制御力を用いることにより、共振
波浪周期において大きく低下させることができ
る。従つて、たとえプラツトホームがそれによつ
て更に短かい波浪周期で共振するようになるとし
ても、短かい非共振周期で実質的に増大した変位
量を有する半沈下型プラツトホームの設計が可能
になる。よつて本発明の更に別の原理により、短
かい非共振波浪周期でプラツトホームの変位量を
実質的に低下させるための方法及び装置をもここ
に開示する。

第１図は現在海底油田採堀作業に使用する半沈
下型プラツトホームであり、直立する４本の中空
の支柱１５及び水平に横たわり各々がその支柱の
２本ずつと連結したポンツーン１７によつて、水
面１９の上方に支持されたデツキ１３から成る。
図では只４本の支柱を示してあるが各ポンツーン
１７に沿つて支柱１５の中間に別の支柱を設けて
もよい。ポンツーン１７と支柱１５の一部分は水
面１９の下に沈んでいる。典型的なものとしてデ
ツキ１３は表面が61m平方であり支柱１５とポン
ツーン１７のそれぞれは約74.4m²の横断面をもつ
ている。ポンツーン１７は支柱１５を越えて距離
Ｅだけ延長しこれは通常約12.2mよりは小であ
る。プラツトホームの動作上の喫水は15.2ないし
21.3mである。波浪があると支柱１５とポンツー
ン１７に振動作用が働きプラツトホームの上下動
揺が起る。動揺振幅は波浪周期（即ち静止点から
測つた波頭間の時間）の関数である。

第２図は第１図のプラツトホームに対する典型
的動揺曲線を示す。曲線２１は横波及び正面波に
対するほぼ同じ曲線である。垂直軸は所定の振幅
（例えば4.6m）で測つた動揺振幅に対する波浪振
幅の比の絶対値を示し、水平軸は波の周期を秒で
示す。従つて所定の波浪周期に対しては動揺振幅
は曲線上の対応点の値に波浪振幅を乗じたものに
等しい。曲線２１はプラツトホームの物理的抵抗
力に対して修正した２つの主要分力の合成であ
る。これら２つの分力とは波浪によつて支柱の下
端に加わる振動力への応動及びポンツーンに加わ
る振動力への応動である。

ある波浪周期においては支柱の力はポンツーン
の力に対して反対である。このような力を第３図
に示してあり、これは第１図のような半沈下型プ
ラツトホームの側面を概略的に大きな波浪２６の
ある場合について示したものである。波頭３２が
過ぎ去ると波によつて起つた動圧力は波面の深さ
と共に減ずる。所定の垂直寸法Ｄのポンツーンに
おいては、支柱１５の上に向う力Fcに反してポ
ンツーンに下向きに働く動的差動圧Fpが生ず
る。

曲線２１はプラツトホームの動揺が実質的に波
浪周期の関数として変化することを示している。
特に最大の動揺はＲで示したプラツトホームの共
振領域で起る。共振領域では支柱の下端に働く上
向きの力が支配的である。最も小さい動揺はＢ点
及びＣ点で起る。Ｃ点においては支柱の上向きの
力Fcとポンツーンの下向きの力Fpは、プラツト
ホームの小さい抵抗力があるため正味の値がゼロ
にならないとしても打消し合う。Ｂ点においても
支柱とポンツーンの力FcとFpは打消し合つて正
味の値はゼロになろうとする。領域Ｐにおいては
もつと小さい動揺の最大値が起り、ポンツーンに
働く下向きの力Fpが支配的となる。領域Ｐでの
動揺の最大値は波浪振幅の約0.4であり、領域Ｒ
での動揺の最大値は波浪振幅の約２倍位大であ
る。このようにして波浪周期約12秒で波高値が
3.05mの海ではプラツトホームの揺動は1.22mで
あるが、波高が同じでも波浪周期が約18秒の海で
は6.1mにも達する。

領域Ｐでの動揺最大値によつて重要な動揺の問
題が起る。なぜならそれはもつと普通にあらわれ
る波浪周期によつて起るからである。併しながら
領域Ｐでの動揺最大値を少なくしようとする設計
的考慮は領域Ｒでのもつと大きな動揺最大値を18
秒以下の短かい波浪周期に移す傾向をとる。この
ことは従来、18秒以下の波浪周期がより起りやす
いものであるため望ましくないことであり、プラ
ツトホームは上記理由で低下した共振周期におい
て波浪を受けやすくなる。併しながらプラツトホ
ームの動揺速度の関数でありそれと逆位相の振動
的制動力を、本発明の原理によつてプラツトホー
ムに加えることにより、共振的動揺を有効且つ経
済的に、比較的小さな力によつて妥当なレベルに
まで低下させることができる。本発明の原理によ
り、更にプラツトホームは非共振の振動的動揺を
妥当なレベルまで減ずるように再設計することも
できる。

速度減衰の効果および速度の関数であり速度と
逆位相の力を加えることは、例えば変位又は加速
度の関数である力から明らかなように、減衰共振
システムの次のような基本振動方程式を考察する
ことにより理解することができる。

ｍＸ¨＋ＣＸ〓＋KX＝Ｐ_{p sio}ωｔ (1) ここにＸ、Ｘ〓及びＸ¨は変位、速度及び加速度を
それぞれ示し、Ｋは反発係数（又はばね定数）、
Ｃは減衰定数、ｍはシステムの質量、Ｐ_pは加振
力の尖頭振幅、ωは掻乱作用の変動周波数、また
ｔは時間を示す。(1)式全体をｍで割ると、 Ｘ¨＋ＰＸ〓＋rX＝Ｆ_{p sio}ωｔ (2) ここにＰはC/m、ｒはK/mに等しくＦ_pはPo／
ｍに等しい。(2)式からシステムの変位は次のよう
に示すことができる。

Ｘ＝Ｆ_{ｐ ｓｉｏ}（ωｔ−ε）／〔（ｒ−ω^２）＋ｐ^２
ω^２〕^１／２(3) ここにωは位相角である。

システムの速度は次のように表わし得る。

Ｘ〓＝Ｆ_ｐ ω_ｃｐｓωｔ−ε）／〔（ｒ−ω^２）^２
＋ｐ^２ω^２〕^１／２(4) (2)式から制動力は次のようになる。

ＰＸ〓＝Ｆ_pｐω_ｃｐｓ（ωｔ−ε）／〔（ｒ−ω^２
）^２＋ｐ^２ω^２〕^１／２(5) 共振時はｒ−ω^２がゼロに等しく位相角ωは90
゜に等しい。従つて(5)式は次のようになる。

ｐＸ〓＝Ｆ_pｐω／（ｐ^２ω^２）^１／２cos（ωｔ−π／
２）＝Ｆ_{p s io} ωｔ (6) (6)式は共振時制動力ＰＸ〓が加振力Ｆ_{p sio}ωｔ
に等しいことを表わす。換言すればプラツトホー
ムに働く他のすべての力は、質量と加速度による
慣性も、ばね定数とその変位によるばね力も、プ
ラツトホームに対し影響をもたない（共振時は互
に等しく相反するので）。従つてもし、プラツト
ホームの速度の関数としてそれと逆の位相に制動
力が加えられるとそれは有効に波浪によつて起つ
た掻乱作用を防止する。(5)式から、他の周波数に
おいては（ｒ−ω^２）^２の項がゼロでなく常に正
であるので制動力ＰＸ〓の振幅はＦ_p sinωｔでな
くそれより小さいことが判る。即ち制動力は最も
有利な場合即ち共振時に確実に最大振幅となり他
の周波数においてはより小さい振幅となる。

(6)式を吟味すると、共振時にプラツトホームの
動揺速度に比例した正弦波の力が発生したとすれ
ば、それは確実にプラツトホームに加えられる正
弦波の、波浪による掻乱作用であることが判る。
更に制動力ＰＸ〓（システムの速度と制動係数の
積）は共振時制動係数に無関係に一定の尖頭値を
もつ。即ちもし制動係数Ｐが増加すると付随的に
速度Ｘ〓が減少しまたその逆も起るのでこの２つの
積は常に一定になる。上記システムにおいては、
共振時の制動力の一定尖頭値は、掻乱作用に反し
て働く必要のある力の大きさが、発生システムか
ら取り出し得る力の限度内にある限り、存在し続
ける。

第４図は、プラツトホームの抵抗によつて得ら
れるようなごく小さい制動力をもつた第１図に示
すようなタイプの半沈下型プラツトホームの寸法
モデルの、実験的に求めた動揺応答曲線５０、及
び速度に比例する制動を与えた同一寸法モデル
の、実験的に求めた動揺応答曲線５２を示すもの
である。垂直軸は単位波浪振幅（実験の目的上
4.57mをとる）に対する動揺振幅の倍率を絶対値
で示し、水平軸は波浪周期を秒で表わす。曲線５
２は50％の臨界的制動に基づくものである。臨界
的制動とは共振システムを静止位置から変位した
とき静止位置を漸近線としてこれに向つて復帰さ
せ且つようやく反対向きの変位を避けるような制
動量である。数学的には(1)式で示すような制動調
波システムはC²＝4mKの時臨界制動が起る。速
度比例制動を用いることにより18秒の共振波周期
での最大プラツトホーム動揺振幅が波浪振幅の２
倍以上から約0.1倍まで有意的に減ずることが第
４図から判る。更に12ないし13秒の部分での非共
振周期での低い方での最大プラツトホーム動揺振
幅が、波浪振幅の約0.4から0.25以下まで低下す
る。

第４図において、第１図に示すような４支柱の
プラツトホームで波高値が4.57m（15フイート）
の場合の１支柱当りの制動力をトンで示したもの
を若干の波浪周期について水平軸の下に示してあ
る。相当に低下した動揺応動曲線５２を得るた
め、極めて容易に用い得る、また経済的に実現可
能な大きさの、制動力を利用できることが判る。
図示のような動揺振幅の低下を得るため、プラツ
トホームの共振の18秒の波浪周期において、１支
柱当り約24000Kgの尖頭制動力を用いてある。こ
の24000Kgの尖頭制動力は、18秒の波浪周期中に
動揺速度と波動力の正弦的変化と共に正弦的に変
化するであろう。12ないし13秒の非共振波浪周期
においては図示のような動揺振幅の低下を得るた
めに１支柱当り約86000Kgの尖頭制動力を用い
る。12mもの大きい支柱をもつた第１図のような
タイプのプラツトホームにおいては、支柱内部で
の平均水面から約0.45mの実際的な水位変化によ
り50000Kgの力が働くので、前記のような制動力
は極めて実現性のあるものであることが判る。

第５図において、第１図に示したような半沈下
型プラツトホームを速度制動する能動的水圧シス
テムを示す。このシステムは実際の水位を常にプ
ラツトホームの垂直速度に比例した量だけ平均水
位の上又は下に維持するように海水を移動させる
ため空気圧を使用する。このシステムは、この場
合底が開いた１つの支柱１５の中に設ける。プラ
ツトホームのそれぞれの支柱に同様なシステムを
設けることは望ましいことである。上下の横の隔
壁５６と５８、水位６４、及び縦の隔壁６０は支
柱１５の下方部分を空気（又は他のガス）を含ん
だ３つの空室６２，６６，及び６８に分割する。
望ましくはルーツ型（低圧大容量の送風機）の空
気ポンプ７０は、バルブ７８及び導管７４を経て
空室６２と、又導管７６を経て空室６８と通ずる
入力導管７２を備える。またポンプ７０はバルブ
８６及び導管８２を経て空室６２と、又導管８４
を経て空室６６と通ずる出力導管８０を備えてい
る。支柱１５の開いた底部で形成されたバラスト
タンク内の水位は空室６２内の空気圧によつて制
御される。支柱１５の下端近くにあるバラスト水
位検知器８８ははバラスト信号を発してプラツト
ホーム内のバラスト水量を示し、従つて作動する
反動揺力の大きさを示す。

図の装置においては空気は常に同一方向に送ら
れ、常時空室６６を比較的高圧力に、又空室６８
を比較的低圧力に維持する。もしバルブ８６が開
くと、空室６６からの高圧空気が空室６２に入つ
てバラストタンク内の水を押出し、それによりプ
ラツトホームの垂直上昇力を増加させる。もしバ
ルブ８が開くと空室６２からの空気が低圧の空室
６８に入り、それによりバラストタンクに向つて
水を送つて垂直下向分力を生ずる。例えばもし水
位６４が約21.3mの深さにあり空室６２内の圧力
が約3.2Kg/cm²（ほぼ周囲の水の圧力）であるとす
れば、空室６６は約3.8Kg/cm²の圧力をもち、又空
室６８は2.46Kg/cm²の圧力をもつ。この方式は空
室６６と６８のこの圧力差を維持するよう一方向
に一定の速度で連続的に運転させられるポンプ７
０の要求する仕事を少なくするのに役立つ。ポン
プ７０は水面７１の上方に位置するように示して
はあるが、これは空室６６と６８間の隔壁６０と
が、又は容易に手入ができるようにプラツトホー
ムのデツキとかの、他の場所に位置させてもよ
い。このポンプは海の状態で定まる一定の動作レ
ベルで運転し、高い海面では高いレベルで、又低
い海面では低いレベルで運転することが好まし
い。

バルブ７８と８６を操作するため、第６図に示
すような閉回路制御システムを使用する。このシ
ステムではプラツトホームの垂直動揺速度を検知
してそれに比例する信号を発生する垂直速度検知
器９０を含んでいる。垂直速度検知器９０は、出
力が速度信号を示すように積分される加速度検知
デバイスとか、又は出力が速度信号を示すように
微分される垂直変位検知デバイスのような、在来
のいくつかの方式の１つから成るものでよい。こ
のような垂直変位検知デバイスは第７図に示すよ
うにケーブル９２から成り、それは一端が海底の
重錘９４に固定せられ、プラツトホームのデツキ
１３上の索車９６を経て上に延長し、他端がプラ
ツトホームのデツキに固定せられ、よつて索車の
軸回転が直接プラツトホームの垂直動揺偏差に比
例するものである。索車の軸回転はポテンシヨメ
ータ９８のアームを駆動し、導線１００に直接プ
ラツトホームの垂直変位に比例する出力信号を供
給する。この出力信号は微分回路１０２により微
分され、出力導線１０４に直接プラツトホームの
変位の一次導関数（即ちプラツトホームの速度）
に比例する速度信号を供給する。この信号はまた
プラツトホームの変位方向（上又は下）によつて
定まるセンス又は極性をもつ。

第６図に示すように導線１０４上の速度信号は
利得制御回路１０６に供給され、この制御回路１
０６は差動回路１０８に１つの入力を与える。第
５図のバラスト水位検知器８８からの導線１１０
上のバラスト信号は差動回路１０８に他の入力を
与える。このバラスト信号は、一定断面のバラス
トタンクに対する平均水位の上方又は下方への相
違量（または平均水位の上方又は下方の水の容
積）に比例し、且つ実際の水位が平均水位の上に
あるか下にあるかによつて定まるセンス又は極性
を備えている。差動回路１０８は２つの入力間の
代数差に比例する差動信号出力を出す。この差動
信号は増幅器１１２で増幅せられて極性回路１１
４に供給され、この極性回路は差動回路１０８か
らの差動信号のセンス又は極性によつて定まる出
力信号を導線１１６又は１１８に供給する。導線
１１６または１１８上の出力信号はバルブ制御器
１２０または１２２にそれぞれ供給せられてバル
ブ７８または８６をそれぞれ制御するので、バラ
ストタンク内の水位が差動回路１０８からの差動
信号を低下させるような方向に変化する。制御回
路は在来のオンオフのサーボループ式動作でよい
ので、バルブ制御器１２０及び１２２に供給する
出力信号は差動回路１０８からの差動信号に比例
する必要はない。

ある瞬間にプラツトホームの動揺運動が上向き
であると仮定すると、バラストタンク内の実際の
水位が、上向き（正）のプラツトホーム速度に比
例（線形制動に対し）する量だけ平均水位より高
い（正）なら、適切な方向の制動力が発生する。
もし実際の水位が充分に高くないなら、正のプラ
ツトホーム速度信号は正のバラスト信号より大き
く、差動回路１０８によつて正の差動信号が発生
し、センス回路１１４によりバルブ制御器１２０
を動作させる。これによつてバルブ７８を開き空
室６２の圧力を低下させてバラストタンクに多く
の水を入れ、遂にその中の平均水位を越える水量
がセンスをもつたプラツトホーム速度に比例する
までになり、それにより差動信号がゼロになつて
バルブ７８が閉じる。もしバラストタンク内の実
際の水位が高過ぎプラツトホームの速度が正であ
るなら差動信号は負（より大きい正のバラスト信
号をより小さい正の速度信号から代数学的に差引
く）となりセンス又は極性回路１１４によつてバ
ルブ制御器１２２を動作させる。これによりバル
ブ８６を開いて空室６２内の圧力を増加させ、バ
ラストタンクから多くの水を出し遂に差動信号が
再びゼロになる。バラストタンク内の水位が平均
水位より低いプラツトホームの下向動揺運動に対
しても制御システムは同様に動作をする。

第８図は第１図に示すような半沈下型プラツト
ホームの支柱の１つ又はそれ以上に使用するため
の、別の水圧安定システムを示すものであり、プ
ラツトホームの極性ある垂直動揺速度に比例した
反動揺力を発生するものである。内部に本システ
ムを備えた各支柱１５はその底で周囲の海に開放
され、且つ上下に横方向の隔壁１２８と１３０を
備えており、この２つは水位面１３６と共に支柱
１５の下方部分を、空室１３２と１３４に区分す
る。空室１３４の内部に取付けたバラスト水位検
知器１３８は第５図のバラスト水位検知器８８と
同様に作動する。支柱１５内又はその近くに適当
に取付けるか、好ましくは周囲の水位１４２の上
方に取付けた空気ポンプ１４０は、空室１３２に
通ずる第１管路１４４及び空室１３４に通ずる第
２管路１４６を備えている。このシステムにおい
ては平均空気圧は空室１３２と１３４で同じであ
り、且つ空室１３４の平均水位と同じ深さでの支
柱１５外の海水の周囲圧に等しい。このことは空
気をどちらの方向にでも送り得るポンプ１４０の
要する仕事量を最小にする。ポンプ１４０は、空
室１３４内の空気圧を高め又は低下させ、従つて
所要の制動力を得るように空室内の水位を低下又
は上昇させるために用いてある。

第９図で示すようにポンプ１４０を制御するた
めの制御システムは、出力信号（大きさが偏位に
比例しセンス又は極性が変位方向により定まる）
を発生するための垂直動揺検知器１５０、及び利
得制御器１５４に動揺速度に比例した信号を送る
ため前記出力信号を微分する微分器１５２によつ
て形成される垂直速度検知器から成る。システム
の有効制動係数は利得制御器１５４の利得を変え
ることにより容易に変化させることができる。１
つの入力を利得制御器１５４から、他の入力をバ
ラスト水位検知器１３８から受けて差動回路１５
６として作動するサーボ制御器は、これら２つの
入力信号間の代数差のセンスに従つて、サーボモ
ータ１５８を一方向に又は他方向に操作する。バ
ラスト水位によつて起り且つプラツトホームの動
揺速度に比例するところの反動揺力を維持するた
め、水位１３６を所要の如く変えるようにサーボ
モータ１５８は、第６図について述べたのと実質
的に同様にして、ポンプ１４０を一方向又は他の
方向に駆動する。

これまで述べたシステムはプラツトホームの動
揺速度の線形関数（速度に比例し位相が反対）で
ある反動揺制動力（ニユートン反動力）を発生す
るものであつたが、動揺速度の非線形関数である
ような反動揺制動力も益するところがあり使用す
ることができる。例えば反動揺制動力は極性を有
する速度の２乗に比例させることができ、その場
合低速度においては比較的小さい制動を行ない、
高速度においては極めて大きい制動を行なう。反
動揺制動力は予め定めた速度範囲で速度に直接比
例するようにすることもでき、その速度の上又は
下では制動力の発生が飽和する（即ち、それ以上
大きい制動力を発生できないか又は発生しようと
しない）。

第１０図において、多くの場所でプラツトホー
ムの能動的水圧安定システムを示す。このシステ
ムは実質的に水位２５２の位置で支柱１５内に取
付けたバラストタンク２５０を使用し、この場合
プラツトホームは浮いており、支柱の底まで延長
して外の海水に通ずる水を満たした導管２５４を
備えている。可逆ポンプ２５６は一方に導管２５
８を経て外気に通じ、他の側で導管２６０を介し
てバラストタンク２５０に接続する。このように
この方式においてはポンプの荷重を少なくするた
めの独立した圧力空室を必要としない。ポンプ２
５６は第９図に示したものと同様な制御システム
により制御することができる。既に述べたように
ポンプ２５６は、極性あるプラツトホームの動揺
速度の差、及びバラスト検知器２６２で検知した
平均容積に対するバラストタンク２５０の水の容
積の差に応じて制御される。

第１１Ａ図及び第１１Ｂ図において更に他のプ
ラツトホームの能動的水圧安定システムを示して
あり、これは第１図に示したような既設のプラツ
トホームに外からの追加が可能であり、プラツト
ホームの内部構造を変更することなく又プラツト
ホームの受動的応動特性を変えることなく、本発
明による利益を得ることができる。これは小価格
の空気ポンプによつて使用でき加圧した空気を貯
える蓄圧槽の使用を必要としない。このシステム
は、底部で海水に向つて開き且つ外の水位が記号
１１で示すようにほぼタンクの側面を２分するよ
うな位置で、プラツトホームの支柱に取付けたタ
ンク１０から成る。例えば遠心型又はその他の低
圧大容量の送風機から成る空気ポンプ１２が、プ
ラツトホームの運動を抑制するに要する大きさと
位相で、タンクの空室１８に空気圧を与える。送
風機に対しての送風の指令は只制御制動力を与え
るに要するものだけである。第１１Ａ図に示すよ
うに、下向きの制御制動力を与えるにはバルブ１
４を介して空室１８から空気を抜きバルブ２０に
よつて大気に放出する。反対に、上向きの制御制
動力を与えるには第１１Ｂ図に示すように、バル
ブ１６によつて大気から空気を吸込みバルブ２２
を介して空室１８に送り込む。その時により、タ
ンク１０内の下向きの制御力のための水位は周囲
の水位より高く、上向きの制御力のための水位は
周囲の水位よりも低い。もしバルブ１４，１６，
２０、及び２２が開いたとすればタンク１０内の
水位は、タンクの底での変化する波の圧力に応じ
て自由に上昇し下降する。よつてこのようなタン
クを追加することはプラツトホームの受動的応答
特性を変えるものではない。

第１２図において、明瞭にするためプラツトホ
ームのデツキ１３の一部を破断して、タンク１０
が支柱１５の外側円周面に取付けられたものを示
す。タンク１０は任意の形でよく、それはプラツ
トホームの特殊な支柱設計に適合する。円筒状の
支柱１５に対してはタンク１０は三日月形であり
支柱の水面位置でフエンダーのような形となる。

第１３図において、デツキ４０とポンツーン４
４の間で４本の支柱の各々にタンク１０を取付け
た半沈下型プラツトホームを示す。タンク１０は
任意の形でよいとはいえ、プラツトホームを安定
にするためにそれぞれの位置で充分な制御力を発
揮するように、充分大きいものでなければならな
い。大きさ約3720m²の典型的プラツトホームに対
しては各々が約23.3m²の断面積をもち0.42Kg/cm²
まで圧力を加えられたタンク１０が求める量の制
御制動力をもつであろう。タンク１０はまたその
底が、使用される場所の水の変化する表面状態の
中に沈められるように設計せねばならない。

タンク１０のバルブ及び送風機は第６図に示す
ような動的制御システムによつて制御してもよ
い。このようなシステムにおいては第１４図で示
すように、遠隔ユニツト（RU）４６によりバル
ブ及び送風機に指令信号を発し、それによりプラ
ツトホームの安定化に必要な制御制動力を生ずる
ための空気圧を発生する。遠隔ユニツト（RU４
６はまたフイードバツク信号を受信し、それは、
計算機がプラツトホームの運動の抑制のため計算
操作を行なつている間に、タンク１０の圧力のリ
アルタイム状態をオンライン計算機に伝送する。

上記の能動的水圧安定システム又はそのバラス
トタンク部分の一部は、支柱でなくプラツトホー
ムのポンツーン内に取入れてもよい。能動的流体
力学的及び受動的システムなど、他のシステム
も、プラツトホームの共振時の動揺振動に対し有
効に作動する速度比例制動力を発生するために使
用することができる。このような受動的システム
は、一端を海底に固定し、プラツトホームのデツ
キに固定したシリンダーで支持するピストン上に
取付けた索車を通過し、他端をプラツトホームの
デツキに固定した伸張ケーブルから成るものでも
よい。このシリンダーはピストンの下側にオイル
を満しピストンの上側に通気孔をもつた空気室を
設けたもので、制油口をもつ導管を介して与圧油
溜に接続する。動乱する波によつてプラツトホー
ムが上昇すると、ピストンはシリンダー内で下方
に移動しようとするが、シリンダーから油溜への
油流の制限により部分的に抑制される。よつてピ
ストンは索車と伸張したケーブルの間にあつて、
ケーブルの張力を増すように働き、上向きに運動
しつつあるプラツトホームに増大した下向きの力
を与える。この制油口による増大した下向きの力
はプラツトホームの上昇速度の関数である。プラ
ツトホームが下方に運動するとケーブルの張力が
減じ油溜の与圧オイルはピストンを上向きに、ケ
ーブルの張力減少に反するように動かそうとす
る。併しながら、油溜からシリンダーへのオイル
の流れも制限を受け、従つて伸張したケーブルと
与圧されたオイルによつてプラツトホームに加わ
る下向きの力は減少する。このことは、下向きの
動揺運動に抗しまたプラツトホームの垂直速度の
関数でもある正味の上向きの分力をあらわす。こ
の受動システムによつて発生した反動揺制動力
は、ピストンと油溜間に設けた制油口の方式によ
り線形にも非線形にもすることができる。

垂直動揺速度の関数としての反動揺制動力を発
生する上記説明を行なつたシステムは、普通に行
なわれるものより短かい自然動揺周期をもつた半
沈下型プラツトホームの設計を可能にする。この
ような設計は比較的大きい支柱断面と比較的小さ
いポンツーン断面によつて特徴づけられる。この
ような設計によれば自然動揺周期よりも実質的に
短かい周期で小さい揺動となり、またプラツトホ
ームはより大きく変化し得るデツキの荷重容量を
もつ。その上プラツトホームは支柱寸法に比し小
形化したポンツーン寸法により、より小さい横揺
れ及び縦揺れ運動を行なう。上記で説明したシス
テムをプラツトホームの４隅の支柱の各々に設け
ることにより、又それらを各支柱の垂直運動を抑
制する制御力を更に発生するため、それぞれ支柱
の垂直速度の関数として使用することにより、横
揺れ及び縦揺れ運動はもつと減ずることができ
る。

プラツトホームの共振波浪周期での望ましくな
い振動的動揺を抑制するため、上記安定システム
の何れかを採用したプラツトホームも、第２図の
動揺特性曲線２１のＰ領域での小さい方の動揺最
大値によりなお非共振波浪周期での大きな動揺運
動を起すかも知れない。本発明の別の観点に従つ
て第１５図は、曲線２１のＰ領域の揺動特性を実
質的に減ずる改良式半沈下型プラツトホームの設
計図を示すものである。この改良式半沈下型プラ
ツトホームの設計においては、デツキ４１が４本
の支柱４３，４５，４７及び４９により、又支柱
４３，４５及び４７，４９の下端にそれぞれ連結
する非均一の断面をもち水面下に沈んだポンツー
ン５１と５３により、支持されている。例えば、
ポンツーン５１は距離Ｌだけ支柱４３及び４５の
外方に延長する部分５７と５９、及びこれら支柱
の内側に延びる小断面部分５５を有し、従つてこ
の部分は外側部分５７と５９より単位長について
はより小容積である。ポンツーン５３の内側及び
外側の各部分は同様な形態である。

支柱直径が12.2m、支柱の中心から中心の間隔
が61mのものについては、各ポンツーンに連結し
た２支柱の中心がポンツーン末端からほぼポンツ
ーン全長の1/4だけ内側に位置し、又各支柱を越
えて延長する各ポンツーンの外側部分の距離Ｌが
約24.4mのとき、第２図の曲線２１のＰ領域での
プラツトホームの有効な揺動減小が、各々ポンツ
ーンが直径7.93mの内側部分をもち、直径が各々
10.4mの外側部分５７及び５９をもつときに、生
ずることが判明した。各ポンツーンの全長は
122m程度でなければならない。

ポンツーンは上記のものとは異なる形状寸法を
もつことができることを知らねばならない。一般
的にプラツトホーム構造は１つの基準点をもち、
そのまわりに構造の各区画が配置される。各区画
内でポンツーンの長さの１部分が、その区画内で
ポンツーンに取付けたすべての支柱に配分され
る。本発明に従えば、ポンツーンの設計は次のよ
うにしなければならい。即ち例えば20秒の波浪周
期をもつ波長の長い波に対しては、１区画内の１
つのポンツーンの配分された部分に働く動的力の
有効中心は、その区画と関係する支柱の排除部の
重心の外側になる。これはポンツーンの外側部分
の直径を伸長するか或は増加することによつて得
られる。第１５図においてプラツトホームの基準
点は点３１で指定されその区画はデツキ４１の表
面の４つの象限に相当する。１つの区画に位置す
る支柱４５の重心はその縦軸にあり、又支柱４５
に配分でき同一区画内に位置するポンツーン部分
Ａに働く動的力の有効中心は支柱４５の重心の外
側でポンツーン５１の縦軸に沿つて配置される。
もし追加の支柱３３を支柱４３と４５の間（また
支柱４７と４９の間にも）に入れると支柱３３の
縦方向の1/2の部分３５はポンツーン５１の1/2の
部分Ａに配分できる。この形状においては支柱４
５と支柱３３の1/2の部分３５の重心は支柱３３
と４５の縦軸の中間でポンツーン５１に沿つて位
置する。ポンツーン部分Ａに働く動的力の有効中
心はなお支柱４５の重心の外側に位置する。

第１６図は第１５図の半沈下型プラツトホーム
について、波が通過するときの波浪周期の関数と
しての動揺力を示すものであり、プラツトホーム
に作用する小さい抗力の影響は無視してある。曲
線６１は支柱に作用する合計の波の力を表わし、
曲線６３はポンツーンに作用する合計の力を示
す。この２つの曲線の合計は曲線６５で示してあ
る。曲線６５は周期が約13秒のP′の領域で最大値
をもつた負のハンプ（プラツトホームの正味の下
向きの力を示す）のあることが見られる。

第３図を参照すれば判るように、プラツトホー
ム中心に表われる波頭を考えて解折を行なうと、
ポンツーンの各部分は全体の動的な力に対して同
じようには作用していない。特に内側の部分は波
頭近辺にあるため単位容積について動的な力が大
きく作用するのに、外側部分は波の谷に近い位置
にあるため単位容積について作用する動的な力が
小さい。波頂から1/4波長の距離でのポンツーン
部分に作用する力はゼロである。第１５図に示す
形状のポンツーンについては、支柱の内側のポン
ツーンの排水量は支柱の外側のポンツーンの排水
量より小である。従つて波があるとき、ポンツー
ンの内側部分は、ポンツーンがその全長に亘つて
均一な断面である場合よりも、ポンツーン全体の
動的な力のより少ない割合いを受持つことにな
る。更にこのポンツーンの長さと形状はその各部
分に作用する波の力を位相の異なつたものにす
る。結局波の頂点があつてもポンツーンの全体の
動的な力は減じ従つてP′の領域での動揺を抵下さ
せることになる。

第１５図に示すような半沈下型プラツトホーム
に対する動揺特性曲線３９を、第１図に示すよう
な普通の半沈下型プラツトホームに対する動揺特
性曲線２１と比較して第２図に示してある。この
比較図は約９〜15秒の範囲の短かい非共振の波浪
周期での揺動作用が実質的に改善されたことを示
している（９〜15秒の範囲では外界で発生する制
動力は約18秒の共振周期の点よりもあまり効果的
に作用しない）。第１図のような在来のプラツト
ホームにおいては、13秒の波浪周期に対する動揺
作用は0.4である。よつて9.15mの波長の波による
プラツトホームの垂直偏位は3.66mである（即ち
プラツトホームを油田の採掘作業に使用できない
ような大きい偏位である）。それに引換え第１５
図の改良型プラツトホームでは、同じ波浪周期に
対し動揺量が0.2よりも小で、波長9.15mの波によ
る垂直偏位は1.8mより小さい。この程度の偏位
は海底採掘作業の可能な範囲内のものである。第
１５図の改良型プラツトホームについての動揺特
性曲線３９は前からの波及び後からの波がある場
合に求められる。斜方向の波に対する動揺量は、
たとえ在来のプラツトホームに対するものより実
質的になお小さいとはいえ、やや大きいことが判
つた。

第１７図に示すように、ポンツーン７７に取付
けた２つの支柱７３、及びポンツーン７９に取付
けた２つの支柱７５によつて支持したデツキ６９
を有し、そのポンツーンの中心線８１と８３がそ
れぞれこれらポンツーンに結合した支柱の中心線
８５と８７から距離Ｓだけ横に外方に移動するよ
うにポンツーンを配置したプラツトホームを採用
することによつて、その横波に対する揺動量を更
に改善することができる。このようにして各ポン
ツーンの動的な力の有効中心（軸方向に対称的な
ポンツーンに対して排水容積の有効中心）は関連
する支柱の中心の外側に位置する。第１５図につ
いて前に述べた支柱及びポンツーンの寸法に対し
ては、各ポンツーンの中心線と対応する支柱の中
心との間の喰違い寸法Ｓはほぼ3.66〜4.57mであ
ることが好ましい。このようにしたポンツーンの
喰違いは、第１５図の型式の場合よりも、プラツ
トホームの中心の基準に対し又相互に対しもつと
位相のずれた動的な力を発生し、それによつて横
波のある場合のポンツーンの合計の動的な力を低
下させる。

第１８図は横波のある場合に改善された揺動作
用を得るための他のプラツトホームを示す。この
場合デツキ９１はポンツーン９７に取付けた２つ
の支柱９３及びポンツーン９９に取付けた２つの
支柱９５によつて支持される。支柱９３と９５
は、上記の喰違い距離Ｓによつて得たと同じ結果
を得るため、充分な距離だけ外方に傾斜してい
る。各支柱の水面１０１下の部分はポンツーンと
して作用する。なぜならそれは支柱容積１０３の
典型的インクリメントによつて示すように、動的
な波の力を受ける上下の表面を完全に沈めている
からである。

第１９Ａ図及び第１９Ｂ図は、どの方向からの
波（即ち前方、後方、斜方向及び横方向）があつ
ても揺動作用が抑制されるように、斜め外向きの
ポンツーン１１５を備えたプラツトホームを示
す。この場合はポンツーンの動的な力１２１の有
効中心をそれぞれの支柱の中心線１１９の外側に
距離S′だけ移すように、デツキ１１１の対角軸１
１７と一致して斜め外方に延長するポンツーン１
１５にそれぞれ取付けた４つの支柱１１３によつ
てデツキ１１１を支持する。支柱１１３は対角軸
１１７に一致して垂直に又は外に傾けて配置して
もよい。この配置においてはポンツーンの動的な
力は、プラツトホームの中心での基準に対し又相
互間で一層位相がずれ、それによりポンツーンの
総合的動的力を減じてどの方向からの波があつて
も揺動作用を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は海底採掘作業に現在使用されている型
式の普通の半沈下型プラツトホームの斜視図であ
る。第２図は第１図に示すような普通の半沈下型
プラツトホームの（上下）動揺量、及び本発明の
原理を実施した第１５図に示すような改良式半沈
下型プラツトホームの動揺量を波浪周期の関数と
して示した図表である。第３図は第１図に示すよ
うな普通の半沈下型プラツトホームのポンツーン
及び関連の支柱に与えられる波の力の図式的説明
である。第４図は第１図に示すような普通の半沈
下型プラツトホームの動揺量を波浪周期の関数と
して、速度制動したものとしないものの双方につ
いて示す図表である。第５図は本発明の一実施例
によつて半沈下型プラツトホームを水圧速度制動
するための装置を示す。第６図は第５図の装置の
ための閉回路制御システムのブロツク図を示す。
第７図は第６図の垂直速度検知器の典型的様式を
示す。第８図は本発明の他の実施例によつて半沈
下型プラツトホームを水圧速度制動するための別
途の装置を示す。第９図は第８図の装置のための
閉回路制御システムのブロツク図である。第１０
図は本発明の他の実施例によつて半沈下型プラツ
トホームを水圧速度制動するための更に別の装置
を示す。第１１Ａ図及び第１１Ｂ図は本発明の他
の実施例によつて半沈下型プラツトホームを水圧
速度制動するための、制御タンクの動作原理を示
す断面図である。第１２図は第１１Ａ図及び第１
１Ｂ図の制御タンクを備えた半沈下型プラツトホ
ームの一部分の破り取つた平面図である。第１３
図は第１１Ａ図及び第１１Ｂ図に示す型式の４つ
の制御タンクを備えた半沈下型プラツトホームの
斜視図である。第１４図は動的作動抑制制御シス
テムにおける第１１Ａ図及び第１１Ｂ図の制御タ
ンクの機能説明図である。第１５図は本発明の他
の実施例による改良式半沈下型プラツトホームの
斜視図である。第１６図は第１５図の改良式半沈
下型プラツトホームの動揺力を説明する図表であ
る。第１７図と第１８図は本発明の他の実施例に
よる改良式半沈下型プラツトホームの概略的な側
面図である。第１９Ａ図と第１９Ｂ図は本発明の
更に別の実施例による改良式半沈下型プラツトホ
ームのそれぞれ概略的な平面図と側面図である。 １３…デツキ、１５…支柱、１７…ポンツー
ン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デツキと、該デツキを支持するよう該デツキ
   に取り付けられた複数の支柱と、該支柱の各々の
   下端部が水中に浸されるようになつていること
   と、該支柱の下端部に取り付けられ全部が水中に
   浸される複数のポンツーンとからなり、水域にお
   いて使用される半沈下型浮遊構造体において、前
   記支柱及びポンツーンの各々は前記デツキを水面
   の上方に支持し且つ構造体の基準点のまわりの区
   画に配分可能であり、各区画内にある支柱の部分
   が該支柱の排水容量の重心を有し、及び各区画内
   にあるポンツーンの部分がそこに働く長波の動的
   ポンツーン力の有効中心を有し、該有効中心は同
   じ区画内にある支柱の部分の排水容量の前記重心
   の外側に配置されており、 前記支柱がデツキの四隅付近に取り付けられる
   ４つの主支柱を含み、ポンツーンが平行関係に配
   置された２つのポンツーンを含み、これら２つの
   ポンツーンが前記主支柱の別々の組のうち関連す
   るものに各々に取り付けられており、 前記ポンツーンの各々は関連する組の主支柱の
   間を延伸する内側の部分と、より大きな排水容量
   を有し関連する組の主支柱の外側に延伸する外側
   の部分とを有する、半沈下型浮遊構造体。 ２ 前記ポンツーンの各々は関連する組の主支柱
   の間を延伸する内側の部分と、該内側の部分より
   大きな断面領域を有する外側の部分とを有する、
   特許請求の範囲第１項記載の半沈下型浮遊構造
   体。 ３ 前記２つのポンツーンのそれぞれの中心線が
   そのポンツーンの取り付けられた支柱の中心から
   外方に横方向へとずれており、横波のある場合に
   ポンツーンの合計の動的な力を低下させる、特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の半沈下型浮遊
   構造体。 ４ 前記支柱は前記デツキから外方に傾斜し、前
   記ポンツーンは関連する支柱の各々に対し支柱の
   外端に取り付けられており、横波のある場合にポ
   ンツーンの合計の動的な力を低下させる、特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の半沈下型浮遊構
   造体。