(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台船上に起伏可能に取り付けたジブの先端からホイストロープを介して吊枠を吊り下げ支持するようにしてあるクレーン船における上記吊枠上に、アクチュエータの駆動で錘りを水平方向へ往復移動させ得るようにしてある制振機を設置し、且つ上記ジブの先端部に、該ジブ先端の揺れを加速度信号として検出する第１加速度計を取り付けると共に、上記吊枠に、該吊枠の揺れを加速度信号として検出する第２加速度計を取り付けて、該第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記各定数設定器の出力信号を演算して上記制振機のアクチュエータに駆動指令を送るようにした演算器とからなる制御装置を備えた構成を有することを特徴とするクレーン船の吊枠揺れ止め装置。
【請求項２】
第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号と第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の変位信号とから位相差を求めて該位相差に基づく定数可変指令を、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器へ与える位相検出器を設けた請求項１記載のクレーン船の吊枠揺れ止め装置。
【請求項３】
第１加速度計に代えて第１加速度計と第１積分器とからなる第１速度計を用い、且つ第２加速度計に代えて第２加速度計と第１積分器とからなる第２速度計を用いるようにした請求項１又は２記載のクレーン船の吊枠揺れ止め装置。
【請求項４】
ジブ先端の速度信号に基づく補正用定数設定器と、吊枠の変位信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの速度信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの変位信号に基づく補正用定数設定器とを備え、且つ上記各補正用定数設定器に位相検出器からの定数可変指令を与えるようにして、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正すると共に、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正するようにした請求項２又は３記載のクレーン船の吊枠揺れ止め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原油貯蔵船を沖合洋上石油備蓄基地内に入船させたり、基地外へ出船させたりする際のケーソン吊り上げ作業等に用いるクレーン船の吊枠揺れ止め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、図８に沖合洋上石油備蓄基地１の一例について示す如く、一般に沖合洋上石油備蓄基地１は、多数のケーソン２を並べて据え付けてなる防波堤３，４，５を、陸上６より張り出させて洋上７の一画を取り囲む如く構築してなるもので、基地１内に入船させた原油貯蔵船８を係留させることができるようにしてある。
【０００３】
上記沖合洋上石油備蓄基地１では、原油貯蔵船８を、基地１内へ入船（引き込み）させたり、基地１外へ出船（引き出し）させたりする場合、その都度、前面の防波堤４の一部のケーソン２をクレーン船にて吊り上げ移動させる作業を行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、波浪によりクレーン船に揺れが生じると、その揺れがクレーン船のジブの先端（頂部）から吊られる吊枠を介してケーソン吊ロープに伝わるため、揺れが大きいときには、ケーソン玉掛作業を安定した状態で行うことができない。したがって、海象条件によってはケーソンの移設作業の予定が立たなかったり、その作業に着手できない。又、作業を中断して波浪が治まるまでクレーン船を待機させなければならず、クレーン船の稼動率が低下するだけでなく、全体の工事コストが高くなる問題がある。
【０００５】
因に、最近、ケーソンの波浪による動揺を防止するようにしたケーソン据付時の動揺防止装置が提案されている（実開平７−３１９４２号）が、このケーソン据付時の動揺防止装置の場合には、ケーソンの揺れ止め力を水中でのみ発生させる据付時専用のものであるため、クレーン船で吊り上げた状態のケーソンの揺れを効果的に抑えることはできず、又、可動マスに水を使用するため非常に大きな体積を有するタンクが必要であり、しかも、水の注入、排出操作が必要であるため高速応答の制御を行うことが困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、波浪が大きくても高速応答にて吊枠の揺れを抑えて、ケーソンへのワイヤ玉掛け作業を容易に行うことができるようにし、更には、クレーン船によりケーソンの吊り上げ、吊り下し、移動を容易に行わせることができるようなクレーン船の吊枠揺れ止め装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、台船上に起伏可能に取り付けたジブの先端からホイストロープを介して吊枠を吊り下げ支持するようにしてあるクレーン船における上記吊枠上に、アクチュエータの駆動で錘りを水平方向へ往復移動させ得るようにしてある制振機を設置し、且つ上記ジブの先端部に、該ジブ先端の揺れを加速度信号として検出する第１加速度計を取り付けると共に、上記吊枠に、該吊枠の揺れを加速度信号として検出する第２加速度計を取り付けて、該第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記各定数設定器の出力信号を演算して上記制振機のアクチュエータに駆動指令を送るようにした演算器とからなる制御装置を備えた構成とする。
【０００８】
波浪等によりクレーン船に揺れが発生してその揺れが吊枠に伝えられると、第２加速度計で検出された信号に基づく速度信号がフィードバック制御信号として演算器に入れられ、一方、ジブの先端の揺れが第１加速度計で検出され、その信号に基づく変位信号がフィードフォワード信号として上記演算器に入れられてフィードバック制御信号に付加されることにより、制振機のアクチュエータに駆動指令が送られるが、この際、ジブの先端変位と吊枠の変位との位相差に基づく定数がそれぞれ制御信号に掛けられることから吊枠の揺れが速やかに抑えられる。
【０００９】
又、第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号と第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の変位信号とから位相差を求めて該位相差に基づく定数可変指令を、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器へ与える位相検出器を設けた構成とすることにより、ジブの先端変位と吊枠の変位との位相差が位相検出器にて求められ、その値に基づく最適定数が各定数設定器に与えられることになる。
【００１０】
更に、第１加速度計に代えて第１加速度計と第１積分器とからなる第１速度計を用い、且つ第２加速度計に代えて第２加速度計と第１積分器とからなる第２速度計を用いるようにしてもよい。
【００１１】
更に又、ジブ先端の速度信号に基づく補正用定数設定器と、吊枠の変位信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの速度信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの変位信号に基づく補正用定数設定器とを備え、且つ上記各補正用定数設定器に位相検出器からの定数可変指令を与えるようにして、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正すると共に、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正するようにした構成とすることにより、各補正用定数設定器による補正用信号で制御信号が極め細かく補正されることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１乃至図３は本発明の実施の一形態を示すもので、台船９の船首部上にジブ１０を起伏可能に取り付け、ケーソン２を吊るための吊ロープ１１を備えた左右方向に延びる吊枠１２を、上記ジブ１０の先端部（頂部）よりホイストロープ１３、フック１４、吊ロープ１５を介して吊り下げ支持するようにしてあるクレーン船１６において、上記吊枠１２上に、吊枠１２の左右方向の揺れを減衰させるための制振機１７を装備させ、且つ上記ジブ１０の先端部に第１加速度計１８を、又、上記吊枠１２に第２加速度計１９をそれぞれ設置し、且つ該第１加速度計１８の検出信号と第２加速度計１９の検出信号１９とを基に上記制振機１７のアクチュエータに制振指令を送る制御装置２０を備えた構成とする。
【００１４】
上記制振機１７は、図２（イ）（ロ）（ハ）に詳細を示す如く、左右方向に延びるベースフレーム２１上に、２本１組とした前後のリニアガイドレール２２を敷設して、該リニアガイドレール２２上に、錘り２４を搭載した台車２５を、上記リニアガイドレール２２に係合させたリニアガイドブロック２３を介して移動自在に載置し、且つ上記前後のリニアガイドレール２２間の位置に、両端部を軸受２６により回転自在に支持されたボールねじ２７を平行に配置して、該ボールねじ２７に、上記台車２５の下面に固設したナットブロック２８を螺合させ、更に、上記ボールねじ２７の一端に、減速機２９を介してアクチュエータとしてのモータ３０を連結設置すると共に、上記ボールねじ２７の他端に、ブレーキ３１を連結設置して、上記モータ３０の駆動でボールねじ２７を回転させることにより錘り２４が台車２５と共にリニアガイドレール２２上を移動させられるようにしてある。３２は錘り２４の移動領域を規制するエンドバッファを示す。
【００１５】
上記制御装置２０は図３に示す如くである。すなわち、第１加速度計１８で検出した加速度信号α１  を積分する第１積分器３３と、該第１積分器３３の出力信号である速度信号ｖ１  を更にもう１回積分して変位信号ｌ１  とする第２積分器３４と、変位信号ｌ１  に所要の定数を掛ける定数設定器３５と、上記速度信号ｖ１  を基とする補正信号を演算器３７に入れて上記定数設定器３５の出力を補正するための補正用定数設定器３６とを備え、又、第２加速度計１９で検出した加速度信号α２  を積分する第１積分器３８と、該第１積分器３８の出力信号である速度信号ｖ２  に所要の定数を掛ける定数設定器３９と、上記第１積分器３８からの速度信号ｖ２  を更にもう１回積分して変位信号ｌ２  とする第２積分器４０と、上記変位信号ｌ２  を基とする補正信号を演算器４２に入れて上記定数設定器３９の出力を補正するための補正用定数設定器４１と、モータ３０の回転数から錘り２４の変位を求める変位計としてのパルスジェネレータ４３と、該パルスジェネレータ４３の出力信号である変位信号ｌ３  を微分して速度信号ｖ３  とする微分器４４と、上記速度信号ｖ３  を基とする補正信号を演算器４５に入れて上記演算器４２の出力を補正するための補正用定数設定器４６と、上記変位信号ｌ３  を基とする補正信号を演算器４７に入れて上記演算器４５の出力を補正するための補正用定数設定器４８とを備え、且つ上記演算器３７からの制御信号と演算器４７からの制御信号とを演算して演算後の制御信号をモータ３０のドライブユニット４９への駆動指令として送るようにした演算器５０を備え、更に、上記第１加速度計１８系の変位信号ｌ１  と第２加速度計１９系の変位信号ｌ２  との位相差を検出して最適な定数値指令信号を各定数設定器３５，３９及び補正用定数設定器３６，４１，４６，４８に与えるようにした位相検出器５１を備えてなる構成としてある。
【００１６】
本発明の揺れ止め制御の原理は次の如くである。
【００１７】
すなわち、上記において、錘り２４を直線的に往復移動させる制振機１７の場合、吊枠１２の揺れだけを考えると、錘り２４を吊枠１２の変位に対し９０°の遅れ位相で作動させれば、吊枠１２の揺れを効果的に減衰させることができることは既に知られている。しかし、クレーン船では、ジブ１０の先端も揺れるので、ジブ１０の先端揺れ周期ωと、μ（吊枠１２の変位／ジブ１０の先端変位）及び位相との関係を示す図４（イ）（ロ）の如く、ジブ１０の先端揺れ周期がω０  で吊枠１２が同じ周期ω０  で揺れているときはジブ１０の先端と吊枠１２との間には−９０°の位相差が生じる通常の振動モードとなるが、ジブ１０の先端揺れ周期がω０  よりも大きいω１  になると、ジブ１０の先端と吊枠１２との間には−９０°〜−１８０°の位相差が生じることになる。今、ジブ１０の先端と吊枠１２が−１８０°の位相差があるとすれば、ジブ１０の先端揺れ周期ω１  は吊枠１２の揺れ周期よりも短いため、ジブ１０の先端と吊枠１２と錘り２４の変位は図５に示す如き結果となる。したがって、ジブ１０の先端の揺れを直接検知し、錘り２４の変位を吊枠１２の変位と同相でジブ１０の先端変位に対して１８０°の遅れ位相で動かすことによって、吊枠１２の揺れを低減することができる。又、ジブ１０の先端揺れ周期がω０  に近付くと、図６（イ）（ロ）に示す如く、吊枠１２とジブ１０の先端変位は同相になるので、錘り２４を吊枠１２に対して−９０°の位相で動かせばよく、逆に、ジブ１０の先端揺れ周期がω２  になると、進み位相になるので、上述とは逆の位相差でもって錘り２４を制御すればよい。
【００１８】
詳述すると、たとえば、今、波浪により図１に示すクレーン船１６の台船９に揺れが発生すると、その揺れは、ジブ１０からホイストロープ１３、フック１４、吊ロープ１５を介して吊枠１２に伝わることになる。なお、通常、クレーン船１６の揺れを考える場合、その形状特性から、前後方向の揺れは小さいので、主として左右方向の揺れを考えればよく、上記吊枠１２は左右方向に揺れることになる。図３に示す如く、吊枠１２の揺れは第２加速度計１９で加速度信号α２  として検出され、この加速度信号α２  が第１積分器３８で積分されることにより速度信号ｖ２  が求められ、この速度信号ｖ２  に定数設定器３９にて定数が掛けられてモータ３０のドライブユニット４９へ駆動指令が送られることになるが、この際、上記速度信号ｖ２  は分岐されて第２積分器４０に入れられることにより変位信号ｌ２  に変換される。一方、ジブ１０の先端の揺れは第１加速度計１８で加速度信号α１  として検出され、この加速度信号α１  が第１積分器３３で積分されることにより速度信号ｖ１  が求められ、この速度信号ｖ１  が第２積分器３４で更にもう１回積分されることにより変位信号ｌ１  が求められる。
【００１９】
上述のようにしてジブ１０の先端変位信号ｌ１  と吊枠１２の変位信号ｌ２  とが求められると、これらは位相検出器５１に入れられ、位相差が求められる。これにより、位相差に基づく最適な定数が定数設定器３５と３９に与えられるので、定数設定器３５から出た制御信号と定数設定器３９から出た制御信号とが演算器５０で演算されてからモータ３０のドライブユニット４９へ駆動指令として与えられる。すなわち、位相検出器５１は、求めた位相差により、第１加速度計１８系の制御信号と第２加速度計１９系の制御信号との比率を可変調整し、フィードフォワードの制御信号とフィードバックの制御信号の重み付けを最適に変更させるようにする。したがって、図２に示す制振機１７のドライブユニット４９への駆動指令によりアクチュエータとしてのモータ３０が駆動されるため、ボールねじ２７の回転により錘り２４が台車２５と共にリニアガイドレール２２上を所要のタイミングで左右に往復移動させられる。該制振機１７はモータ３０による駆動方式であるため、揺れの周波数が変動しても高速応答で吊枠１２の揺れを抑えることができる。
【００２０】
更に、上記の場合、位相検出器５１からの指令は、補正用定数設定器３６，４１，４６，４８にも与えられるため、ジブ１０の先端の速度信号ｖ１  に基づく補正用信号が演算器３７に入れられることにより、定数設定器３５からの制御信号が補正され、一方、吊枠１２の変位信号ｌ２  に基づく補正用信号が演算器４２に入れられ、又、パルスジェネレータ４３を介し微分器４４で求めた錘り２４の速度信号ｖ３  を基にする補正用信号が演算器４５に入れられると共に、パルスジェネレータ４３で求めた錘り２４の変位信号ｌ３  を基にする補正用信号が演算器４７に入れられることにより、定数設定器３９からの制御信号が極め細かく補正される。このため、錘り２４を正確に動かすことができて吊枠１２を更に精度よく減衰させることができる。なお、上記補正用定数設定器３６，４１，４６，４８は必要不可欠なものではない。又、ジブ１０の先端揺れ周期ω１  とω０  が計測により決まっているときには、予め、定数設定器３５，３９に定数を固定値として設定しておくことによって、上記位相検出器５１を不要とすることができる。
【００２１】
本発明においては、上述したように吊枠１２の揺れを素早く抑えることができるので、図８に示す如き沖合洋上石油備蓄基地１内に原油貯蔵船８を入船させる際に波浪があったとしても、ケーソン２の吊り上げ移動作業を安定して行うことができる。この際、波浪によりクレーン船１６の台船９が揺れ、その揺れがジブ１０に伝わったとしても、上述したように、ジブ１０からホイストロープ１３、フック１４、吊ロープ１５を介して吊られる吊枠１２の揺れを制振機１７によって減衰させることができるため、吊枠１２に取り付けられている吊ロープ１１の揺れも抑えることができる。これにより、ケーソン２への吊ロープ１１の玉掛けを容易に行うことができ、ケーソン２に揺れを伝えることなくケーソン２を吊り上げて移動させることができる。
【００２２】
一方、原油貯蔵船８を入船させた後、ケーソン２を据え付ける場合にも、同様にケーソン２に揺れを伝えることなくケーソン２を吊り下すことができる。したがって、従来では、海象が悪い場合、波浪が治まるまで作業を中止してクレーン船１６を待機させるようにしていたが、待機時間を不要とすることができ、クレーン船１６の稼動率を向上させることができ、そのため、用船日数を短くすることができて全体の工事コストを大幅に低減することができる。
【００２３】
なお、上記ケーソン２の吊り上げ作業時において、波浪に伴う台船９の上下動による吊枠１２の上下動は、ホイストロープ１３の巻上下制御によって容易に吸収することができる。
【００２４】
次に、図７（イ）（ロ）（ハ）はいずれも本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）は左右方向に延びる吊枠１２上の中央部に、制振機１７を前後方向に沿うように設置した場合を、又、（ロ）は左右方向に延びる吊枠１２上の中央部に、制振機１７を左右方向と前後方向にそれぞれ沿うように設置した場合を、更に、（ハ）は左右方向に延びる吊枠１２上の中央部に、制振機１７を左右方向に沿うように設置すると共に、両端部に、制振機１７を前後方向に沿うようにそれぞれ設置した場合を示す。なお、制振機１７を複数台設置する場合は、各制振機１７の設置方向と対応する加速度計や演算器等をそれぞれ用いるものである。
【００２５】
図７（イ）に示すようにした場合は、吊枠１２の前後方向の揺れを抑えることができ、図７（ロ）に示すようにした場合は、吊枠１２の前後、左右方向の揺れを抑えることができ、図７（ハ）に示すようにした場合は、吊枠１２の前後左右方向の揺れを抑えることができ、且つ吊枠１２の水平方向のねじれをも抑えることができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、沖合洋上石油備蓄基地のケーソン吊り上げ移動作業に用いるクレーン船の吊枠への適用例を示したが、他のクレーン船の吊枠に対しても同様に適用できること、又、実施の形態では、ジブ１０の先端に第１加速度計１８を取り付け、吊枠１２に第２加速度計１９を取り付けるようにした場合を示したが、図３において二点鎖線で示す如く、ジブ１０の先端に、第１加速度計１８と第１積分器３３とからなる第１速度計５２を取り付け、吊枠１２に、第２加速度計１９と第１積分器３８とからなる第２速度計５３を取り付けるようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のクレーン船の吊枠揺れ止め装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(１)台船上に起伏可能に取り付けたジブの先端からホイストロープを介して吊枠を吊り下げ支持するようにしてあるクレーン船における上記吊枠上に、アクチュエータの駆動で錘りを水平方向へ往復移動させ得るようにしてある制振機を設置し、且つ上記ジブの先端部に、該ジブ先端の揺れを加速度信号として検出する第１加速度計を取り付けると共に、上記吊枠に、該吊枠の揺れを加速度信号として検出する第２加速度計を取り付けて、該第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、上記各定数設定器の出力信号を演算して上記制振機のアクチュエータに駆動指令を送るようにした演算器とからなる制御装置を備えた構成としてあるので、吊枠のフィードバック信号にジブ先端のフィードフォワード制御信号を付加することができ、これにより吊枠の揺れを素早く抑えることができる。したがって、沖合洋上石油備蓄基地でのケーソン吊り上げ移動作業にクレーン船を用いた場合、波浪中でもケーソンのワイヤ玉掛け作業やケーソンの吊り上げ移動作業を容易に行うことができ、クレーン船の待機時間を不要にできてクレーン船の稼動率を向上させることができ、これにより、用船日数を短くすることができて、全体の工事コストを大幅に低減することができる。
(２)第１加速度計の検出信号に基づくジブの先端変位信号と第２加速度計の検出信号に基づく吊枠の変位信号とから位相差を求めて該位相差に基づく定数可変指令を、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器と、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器へ与える位相検出器を設けた構成とすることにより、位相検出器にてジブの先端変位と吊枠の変位との位相差に基づく最適定数を各定数設定器に与えることができるので、高速応答で吊枠の揺れを精度よく減衰させることができる。
(３)第１加速度計に代えて第１加速度計と第１積分器とからなる第１速度計を用い、且つ第２加速度計に代えて第２加速度計と第１積分器とからなる第２速度計を用いるようにしても、上記(１)(２)項と同様な効果を発揮することができる。
(４)ジブ先端の速度信号に基づく補正用定数設定器と、吊枠の変位信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの速度信号に基づく補正用定数設定器と、錘りの変位信号に基づく補正用定数設定器とを備え、且つ上記各補正用定数設定器に位相検出器からの定数可変指令を与えるようにして、ジブの先端変位信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正すると共に、吊枠の速度信号に所定の定数を掛ける定数設定器からの制御信号を補正するようにした構成とすることにより、制振機の錘りの動きを正確に制御することができ、吊枠の揺れを更に高精度に減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクレーン船の吊枠揺れ止め装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は全体の側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ概略矢視図である。
【図２】制振機の構造を示すもので、（イ）は一部切断正面図、（ロ）は平面図、（ハ）は切断側面図である。
【図３】制御装置のブロック図である。
【図４】制御原理を説明するためのもので、（イ）は吊枠変位／ジブの先端変位とジブの先端揺れ周期との関係を示す図、（ロ）は位相とジブの先端揺れ周期との関係を示す図である。
【図５】ジブの先端変位と吊枠の変位と錘りの変位との関係を示す図である。
【図６】ジブの先端と吊枠とが同相時の錘りとの関係を示すもので、（イ）は変位について、又、（ロ）は速度についてそれぞれ示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）（ロ）（ハ）はいずれも吊枠上に異なる配置で制振機を設置した状態を示す概略平面図である。
【図８】沖合洋上石油備蓄基地の一例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
９  台船
１０  ジブ
１２  吊枠
１３  ホイストロープ
１６  クレーン船
１７  制振機
１８  第１加速度計
１９  第２加速度計
２０  制御装置
２４  錘り
３０  モータ（アクチュエータ）
３５  定数設定器
３６  補正用定数設定器
３９  定数設定器
４１，４６，４８  補正用定数設定器
５０  演算器
５１  位相検出器
５２  第１速度計
５３  第２速度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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