(57)【要約】      （修正有）【課題】大きな揺動に対しても揺動をより効果的に抑制する、減揺装置を提供する。【解決手段】風力により回転するプロペラ１と、前記プロペラを回転可能に支持するタワー２と、前記タワーを搭載する浮体３と、を備え、前記浮体が浮遊掘削船を構成し、前記プロペラの回転により前記浮遊掘削船の揺動を減揺することを特徴とする。海洋等では風により波が発生する。この風でプロペラを回転させることにより、波による浮体の揺動を抑制する。すなわち、前記タワーを介して、風のエネルギーが減衰力に変換され、前記浮体の揺動を抑制する。【選択図】図１
2011251675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力により回転するプロペラと、
前記プロペラを回転可能に支持するタワーと、
前記タワーを搭載する浮体と、を備え、
前記浮体が浮遊掘削船を構成し、前記プロペラの回転により前記浮遊掘削船の揺動を減揺することを特徴とする減揺装置。
【請求項２】
前記タワーが、掘削編成を保持降下させるためのタワーと兼用される請求項１に記載の減揺装置。
【請求項３】
前記浮遊掘削船がプラットホームを備え、
前記タワーが、プラットホーム上の、浮遊掘削船の重心から離れた位置に搭載された請求項１に記載の減揺装置。
【請求項４】
前記浮遊掘削船が半潜水型掘削リグである請求項１〜３のいずれか１つに記載の減揺装置。
【請求項５】
前記浮遊掘削船が半潜水型掘削リグであり、
前記半潜水型掘削リグが、プラットホームと、水中で浮遊する船体と、上端で前記プラットホームの周縁を支え、下端が前記船体に接続された複数の支柱とを備え、
前記タワーが、前記周縁に配置された請求項３に記載の減揺装置。
【請求項６】
前記浮遊掘削船が船型掘削リグである請求項１〜３のいずれか１つに記載の減揺装置。
【請求項７】
前記浮遊掘削船が船型掘削リグであり、
前記タワーが、船型掘削リグの船首又は船尾に配置された請求項３に記載の減揺装置。
【請求項８】
前記プロペラの中心点と前記浮遊掘削船の喫水線における中心点との距離が９０ｍであり、
前記プロペラの直径が１２０ｍである請求項１に記載の減揺装置。
【請求項９】
さらに、前記プロペラに接続された発電機を備えた請求項１〜８のいずれか１つに記載の減揺装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、減揺装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋等での石油、ガスの採掘は、一般に甲板昇降型装置又浮遊掘削船で行われている。甲板昇降型装置は、掘削機器が配置されたプラットホームと、海底又は湖底に固定され、ジャッキ装置で上下に動く脚とを備えた装置であり、水深が比較的浅い沿岸部で使用されている。これに対し、浮遊掘削船は、掘削機器が配置された浮遊型の船舶等であり、水深が深い大陸棚や深海等で使用されている（例えば、水深１００ｍ以上）。この浮遊掘削船は、甲板昇降型装置で対応することが難しい海域で石油、ガスの採掘を可能とするものとして期待されており、例えば、半潜水型掘削リグや船型掘削リグが知られている。
【０００３】
しかし、浮遊掘削船は、波や潮流の動きにより揺動するため、この揺動をできるだけ小さくし、安定して掘削できる構造が要求される。このため、浮遊掘削船には、ビルジキールや減揺タンク等の構造が採用されている。例えば、喫水線近傍に、開口部が形成された空間室を複数個形成し、これら各空間室に対応する上側開口部を開閉自在な蓋体をそれぞれ具備した半潜水型海洋構造物が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、浮遊掘削船の構造物ではないが、タワーに回転可能に取り付けられた発電機にシャフトを介して接続された風力タービンと、タワーを取り付けた、フロートの形の下部基礎とを有する沖合風力タービンの使用に関連した方法及び装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この沖合風力タービンの使用に関連した方法及び装置は、フロートに対する波の効果として風力タービンの動きが動きに減衰機構として作用し、これによりエネルギーを波から引き出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２５３８２号公報
【特許文献２】特表２００７−５０３５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の半潜水型海洋構造物は、空間室を用いて減揺させるので、例えば、大きな揺動に対して、その効果が十分でない。このため、揺動をより効果的に抑制する装置の開発が望まれている。
【０００６】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、揺動をより効果的に抑制する減揺装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、風力により回転するプロペラと、前記プロペラを回転可能に支持するタワーと、前記タワーを搭載する浮体と、を備え、前記浮体が浮遊掘削船を構成し、前記プロペラの回転により前記浮遊掘削船の揺動を減揺することを特徴とする減揺装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
一般に、海洋等では風により波が発生する。この発明の減揺装置は、この風でプロペラを回転させることにより、波による浮体の揺動を抑制する。すなわち、この発明の減揺装置は、前記タワーを介して、風のエネルギーが減衰力に変換され、前記浮体の揺動を抑制する。このため、この発明の構成によれば、前記浮体を構成する浮遊掘削船の揺動をより効果的に抑制する減揺装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の一実施形態に係る減揺装置の構成を説明するための側面図及び正面図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る減揺装置の作用を説明するための側面図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る半潜水型掘削リグの構成を説明するための側面図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る半潜水型掘削リグの構成を説明するための正面図である。
【図５】この発明の一実施形態に係る半潜水型掘削リグの変形例を説明するための正面図である。
【図６】この発明の一実施形態に係る半潜水型掘削リグの他の変形例を説明するための正面図である。
【図７】この発明の一実施形態に係る船型掘削リグの構成を説明するための側面図である。
【図８】この発明の一実施形態に係る船型掘削リグの変形例を説明するための側面図である。
【図９】この発明の実証実験を説明するための側面図である。
【図１０】この発明の実証実験を説明するための上面図である。
【図１１】この発明の実証実験の結果を示すグラフである。
【図１２】この発明の実証実験の結果を示すグラフである。
【図１３】この発明の実証実験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明の減揺装置は、風力により回転するプロペラと、前記プロペラを回転可能に支持するタワーと、前記タワーを搭載する浮体と、を備え、前記浮体が浮遊掘削船を構成し、前記プロペラの回転により前記浮遊掘削船の揺動を減揺することを特徴とする。
ここで、浮遊掘削船は、洋上に浮遊する石油、ガス等の天然資源を掘削するための掘削船をいい、例えば、半潜水型掘削リグや船型掘削リグがこれに該当する。
前記浮遊掘削船は、前記プラットホーム及び前記浮体により構成されるが、前記プラットホームが前記浮体と一体的に形成されてもよく、また、前記プラットホームが支柱を介して前記浮体に固定されてもよい。
【００１１】
この発明の実施形態において、前記タワーが、掘削編成を保持降下させるためのタワーと兼用されてもよい。例えば、半潜水型掘削リグ又は船型掘削リグの掘削用ウェル上に配置されたタワーと兼用されてもよく、また、掘削用ウェル上に配置されたタワーと、このタワー上に設けられた第２のタワーとで構成されてもよい。
ここで、掘削編成には、例えば、海底又は湖底を掘削するドリルやライザー管が含まれ、前記タワーはこれらを水中に保持降下させるための機器が搭載される。
【００１２】
また、この発明の他の実施形態において、前記タワーが、前記浮遊掘削船の周縁部に設けられてもよいし、また前記浮遊掘削船がプラットホームを備え、前記タワーが、プラットホーム上の、浮遊掘削船の重心から離れた位置に搭載されてもよい。この発明の減揺装置は、前記プロペラの中心点と前記浮体の喫水線における中心点との距離が大きいほど、浮体の揺動を抑制する効果が大きい。例えば、浮体は浮力と重心との関係で揺動するので、前記喫水線における中心点は重心とその位置を近似してもとらえてもよい。このような近似関係によれば、前記タワーが、浮遊掘削船の重心から離れた位置に搭載されてもよい。
具体的な形態を挙げると、例えば、前記浮遊掘削船が半潜水型掘削リグの場合、前記半潜水型掘削リグが、プラットホームと、水中で浮遊する船体と、上端で前記プラットホームの周縁を支え、下端が前記船体に接続された複数の支柱とを備え、前記タワーが、前記周縁に配置されてもよい。
また、前記浮遊掘削船が船型掘削リグである場合、前記タワーが、船型掘削リグの船首又は船尾に配置されてもよい。
【００１３】
この発明の実施形態において、例えば、前記プロペラと、前記浮体の喫水線における中心点との距離が、９０ｍであり、前記プロペラの直径が１２０ｍである。
また、この発明の減揺装置は、前記プロペラに接続された発電機をさらに備えてもよい。前記プロペラが風力により回転することにより、浮遊掘削船の揺動をより効果的に抑制するとともに、風力発電をすることができる。浮遊掘削船の揺動が抑制されるので、安定した発電をすることができる。例えば、発電された電力を掘削作業に用いてもよい。
【００１４】
以下、図面に示す実施形態を用いて、この発明を詳述する。なお、以下に記述する実施形態および実施例はこの発明の具体的な一例に過ぎず、この発明はこれらよって限定されるものではない。
【００１５】
〔実施形態１〕
図１は、この発明の一実施形態に係る減揺装置の構成を説明するための側面図及び正面図である。図１において、左側の図が減揺装置の側面図であり、右側の図が減揺装置の正面図である。図１に示すように、この減揺装置は、風車１と、タワー２と、浮体３とで構成されている。この減揺装置は、海洋・湖水等の水面に浮遊させて用いられる。
【００１６】
風車１は、複数の風車翼で構成され、その回転中心部がタワー２上端の風車ナセル部１１で回転可能に支持されている。風車１では、後述するように、風車により生じる抗力と風車中心部と浮体３との関係が重要である。この発明の実施形態において、この関係が満たされる限り、風車１の具体的な大きさや形態（風車翼の数等）は特に限定されない。例えば、風車１は、３枚の風車翼で構成され、その直径は、１２０ｍである。
【００１７】
また、風車１には、例えば、風力発電用途の風車が用いられてもよい。減揺装置であるため、特に発電機を設ける必要はないが、風車１を減揺装置の一部として用いるほかに、風力発電を実施するように構成されてもよい。すなわち、風車ナセル部１１に発電機を備え、その発電機がシャフトを介して風車１の回転中心部に回転可能に固定されてもよい。減揺作用は小さくなるものの、これにより、風車の回転から風力エネルギーを取り出すことができる。
【００１８】
風車ナセル部１１は、タワー２の軸方向に対して交差する方向に固定されている。この実施形態の風車ナセル部１１の場合、タワー２の軸方向に対して垂直方向に固定されている。この交差する方向は、揺動に応じて調整できるようにしてもよく、例えば、タワー２の軸方向に対して５°程度調整可能に固定してもよい。
【００１９】
タワー２は、その一端で風車ナセル部１１を回転可能に支持するとともに、もう一端で浮体３に固定されている。この実施形態の場合、浮体はその底面にほぼ平行な形で水面に浮遊するので、タワー２は、喫水線に対してほぼ垂直な方向に配置される。タワー２は、風車ナセル部１１と浮体３とを所定の距離で隔てる役割を果たせばよいので、図１に示す一本の柱による構成のほか、例えば、やぐらのように複数の柱が組み合わさって構成されてもよい。また、柱又は、やぐらに風車ナセル部１１が固定され、その上部にさらに支柱を備えて構成されてもよい。
【００２０】
浮体３は、タワー２を介して、風車１を支え、例えば、海洋に浮遊する。この実施形態では、円柱状の構造物で構成されているが、海水等の液体に浮く構造体であればよいので、その形状は円柱状に限られない。例えば、角柱状や船体形状であってもよい。
また、浮体３の上面には、プラットホーム３１が設けられ、このプラットホーム３１に掘削機器が搭載される。このプラットホーム３１と浮体３は、浮遊掘削船を構成し、これら構成が半潜水型掘削リグや船型掘削リグ等に対応する。
【００２１】
プラットホーム３１は、浮体３と一体的に構成され、浮体３の一部の面がプラットホーム３１に対応する構造であってもよいが、例えば、半潜水型掘削リグの場合、プラットホーム３１と浮体３とが支柱により連結されてもよい。すなわち、プラットホーム３１が浮体３と別の構造物（例えば、平面体）で構成されてもよい。
【００２２】
なお、浮体３は、海底（湖底）に設置されたアンカー４にケーブルを介して連結されて用いられる。これにより、浮体３が海流等に流されることを防止する。
【００２３】
この減揺装置は、その構成要素の風車１が風によって回転することにより、風のエネルギーが減衰力に変換され、前記浮体の揺動を抑制する。一般に、海洋等では風により波が発生する。このため、波による浮体の揺動を、波を発生させる風のエネルギーにより、減揺させることができる。次に、この実施形態に係る減揺装置における、風のエネルギーを減衰力に変換する機構について説明する。図２は、この実施形態に係る減揺装置の作用を説明するための側面図である。図２において、左上で風車１の正面図を示している。
【００２４】
図２に示すように、波向き１５０の波で浮体３が揺動し、かつ風が流速Ｖ（図２に示す２００。単位：ｍ／ｓ）で風車１に流入する場合で説明する。浮体３上面のプラットホームの縦揺れ２１をθ（ｒａｄ）、波向き角と風向き角の角度差をχ（ｒａｄ）とする。角速度は、
2011251675.tif 000003
と表されるので、浮体３が波を受けて揺動すると、風車１面に流入する空気の流速は、
2011251675.tif 000004
となる。ここで、ｌは、浮体３の喫水線上の中心点３５から風車１の回転中心（風車ナセル部１１中央）までの距離２０である（単位：ｍ）。ここで、喫水線は、浮体３単体での喫水線ではなく、プロペラ１がタワー２を介して浮体３に設けられた状態での喫水線を意味する。
【００２５】
このとき、風車３に発生する水平方向（図２におけるＸの方向）の力は、
【数１】
2011251675.tif 000005
である。ここで、ＣDは、風車による抗力、ρAは、空気の密度、Ｓは、風車面積１５（図１に示すＳ）である。
【００２６】
数１を展開すると、
【数２】
2011251675.tif 000006
となる。縦揺れ角速度
2011251675.tif 000007
に比例する項は、減衰力係数を意味するので、縦揺れの減衰係数をＢθとすれば、減衰係数Ｂθは次の数３のように表される。
【数３】
2011251675.tif 000008
この数３から、減衰係数Ｂθが減衰力として浮体３の減揺効果を生じさせることが理解できる。すなわち、風車１に風が流入すると、風車１に浮体３の揺動を減揺させる減衰力が生じることが理解できる。
なお、図２は、角度差χが０（ｒａｄ）の場合を示している。
【００２７】
〔実施形態２〕
次に、半潜水型掘削リグに係る形態について説明する。図３は、この発明の一実施形態に係る半潜水型掘削リグの構成を説明するための側面図である。図４は、この半潜水型掘削リグの構成を説明するための正面図である。これら図３及び図４は、半潜水型掘削リグの使用状態を示す図であり、半潜水型掘削リグが海上に浮かんでいる様子を示している。
図３及び図４に示すように、この半潜水型掘削リグは、実施形態１と同様に、プロペラ１と、タワー２０に相当する掘削用タワー２０と、浮体３に相当する半潜水型掘削リグ本体３Ａとで構成され、全体で減揺装置を構成している。半潜水型掘削リグは、浮遊掘削船の一態様として知られ、約１００ｍ以上の水深の海洋（例えば、大陸棚）で、石油やガスの掘削に用いられるリグである。
【００２８】
プロペラ１は、実施形態１と同様に３枚の風車翼で構成され、その回転中心部が風車ナセル部１１で回転可能に支持されるとともに、シャフトを介して掘削用タワー２上端に固定されている。さらに、シャフトは、掘削用タワー２０上部に設けられた回転機構１２によって掘削用タワー２０の軸（図１におけるライザー管５１の延びる方向とほぼ平行な軸）に対して回転可能に固定されている。回転機構１２によってプロペラ１が旋回され、プロペラ１は風に正対する。
【００２９】
また、掘削用タワー２０は、半潜水型掘削リグ本体３Ａに設けられたウェル上に、半潜水型掘削リグ本体３Ａに対して垂直方向に建てられている。掘削用タワー２０は、掘削編成であるライザー管５１（ガイドラインであってもよい）を海底に伸ばしかつ保持するために設けられており、ライザー管５１は、半潜水型掘削リグ本体３Ａを貫通するように設けられたウェルを介して、掘削用タワー２０から下方に延びる。例えば、掘削用タワー２０は、半潜水型掘削リグ本体３Ａ上面（つまりプラットホーム３１上面）からの高さが１００〜１５０ｍである。
【００３０】
また、半潜水型掘削リグ本体３Ａは、プラットホーム３１と、複数の支柱（コラム）３２と、下部船体（ロワーハル）３３とで構成されている。プラットホーム３１は、半潜水型掘削リグ本体３Ａ上面に配置され、掘削機器及び掘削用構造物５０が搭載されている。また、支柱３２は、プラットホーム３１下方に配置され、プラットホーム３１の周縁（例えば、プラットホームが四辺状であれば４隅）をその上端で支えている。この実施形態では、８本の支柱３２がプラットホーム３１を支えている。さらに、下部船体３３は、支柱３２の下端に接続され、支柱３２を介してプラットホーム３１を水面（例えば海面）上に浮かせる浮力体として機能している。
ここで、プラットホーム３１は、いわゆる作業甲板であり、下部船体３３は、浮体に相当する。
【００３１】
また、半潜水型掘削リグ本体３Ａにおける下部船体３３は、図３及び図４の半潜水型掘削リグの使用状態に示されるように、海中に沈められた状態となっている。このように、半潜水型掘削リグ本体３Ａは、その内部に海水を導入することにより、下部船体３３を海中に沈め、かつ支柱３２をその半ばまで海中に沈めることが可能な構造となっている。波力は深さ方向に小さくなるので半潜水型掘削リグの下部船体３３を海中に沈めて、半潜水型掘削リグの揺動を小さくすることができる。
【００３２】
なお、半潜水型掘削リグ本体３Ａは、支柱３２又は下部船体３３において、ワイヤーを介してアンカー４に接続され、海底に係留されている。
【００３３】
以上のように、半潜水型掘削リグの形態の減揺装置は、掘削用タワー２０を備えている。この実施形態では、図４に示すように、掘削用タワー２０上にプロペラ１が配置されているので、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌが大きい。具体的な例を挙げると、掘削用タワー２０の高さが１００〜１５０ｍであり、喫水線近傍からプラットホーム３１上面までの距離が２０〜４０ｍである場合、上記距離ｌは、１２０〜１９０ｍとなる。
ここで、喫水線とは、半潜水型掘削リグの使用状態での喫水線、すなわち、プラットホーム３１上に掘削機器及び掘削用構造物５０が搭載され、下部船体３３が海中に沈められた半潜水型掘削リグの使用状態における喫水線である。
【００３４】
このように、この実施形態に係る半潜水型掘削リグは、掘削用タワー２０を備えて減揺装置を構成し、かつプロペラ１を掘削用タワー２０上に配置しているので、新たなタワーを設けることなく、上記距離ｌを大きくすることができる。このため、プロペラ１と、掘削用タワー２０と、半潜水型掘削リグ本体３Ａとで構成される減揺装置において減衰係数Ｂθが大きな値をとる。従って、掘削用タワー２０を備える減揺装置は、大きな減衰力を発生させ、半潜水型掘削リグの揺動を大幅に小さくすることができる。また、半潜水型掘削リグの揺動を大幅に小さくするので、タワー２の揺動も小さくなり、タワー２の疲労破壊を防止できる。このため、減揺装置や掘削設備の稼働年数及び安全性を向上させることができる。
【００３５】
なお、この減揺装置においても、実施形態１と同様にプロペラ１に接続された発電機を設けて、この減揺装置で風力発電をしてもよい。例えば、プロペラ１の回転中心部が回転可能に発電機に接続され、風車ナセル部１１に発電機が配置されてもよいし、プロペラ１に接続されたシャフトが回転可能に発電機に接続されてもよい。このような形態であれば、プロペラ１が風力で回転して浮遊掘削船の揺動を抑制するのみならず、この減揺装置により発電をすることができる。また、プロペラ１の向きが安定し、その回転が安定する。一般的にはプロペラ１の揺動は発電量に大きな影響を与えないとされているが、タワー２の揺動が小さくなるので、風力発電機を構成する減揺装置の稼働年数や安全性を向上させることができる。
【００３６】
〔タワーの変形例〕
この実施形態では、掘削用タワー２０上にプロペラ１を配置しているが、半潜水型掘削リグの大きさを考慮して、半潜水型掘削リグの周縁部にプロペラ１を配置してもよい。すなわち、半潜水型掘削リグは一般にその長さが１００〜１６０ｍ，その幅が５０〜１００ｍであるので、半潜水型掘削リグの周縁部にプロペラ１を配置して、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌを大きくすることができる。上記の一般な半潜水型掘削リグの場合、例えば、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５と半潜水型掘削リグ周縁部（例えば、４隅の各支柱）との距離が２５〜４０ｍにもなり、上記距離ｌの値を十分な大きさにすることができる。このため、掘削用タワー２０や実施形態１で示したタワーのような、比較的大型のタワーを設けることなく、半潜水型掘削リグの揺動を減衰させることができる。
【００３７】
図５及び図６に、実施形態２の半潜水式掘削リグの変形例を示す。図５は、この発明の一実施形態に係る半潜水式掘削リグの変形例を説明するための正面図である。図６は、この半潜水式掘削リグの他の変形例を説明するための正面図である。これらの図は、図３及び図４と同様に、半潜水型掘削リグの使用状態を示す図であり、半潜水型掘削リグが海上に浮かんでいる様子を示している。
【００３８】
図５に示すように、この半潜水式掘削リグの変形例は、半潜水式掘削リグの隅に配置された支柱３２Ａの延長線上に形成されたタワー２Ａを備え、タワー２Ａ上にプロペラ１が配置されている。また支柱３２Ａは、一方の端でプラットホーム３１の周縁部（又は周縁部に配置された掘削用構造物５０）を支え、他方の端が下部船体３３に接続されている。プロペラ１の風車ナセル部、回転機構１２及びシャフトの構造は、実施形態２と同様である。
【００３９】
タワー２Ａが配置された支柱３２Ａは、半潜水式掘削リグの４隅に配置された支柱のひとつであり、半潜水式掘削リグの周縁部にあるため、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５と離れて配置され、その距離が大きい。従って、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌを大きくすることができる。このため、この変形例に係る減揺装置に、揺動を抑えるような大きな減衰力が生じて、半潜水型掘削リグの揺動を大幅に小さくすることができる。
なお、この変形例では、８本の支柱３２を備える半潜水式掘削リグで説明しているが、支柱の本数は、これに限らず、例えば、４本であってもよい。また、４隅に配置された支柱のひとつで説明しているが、プラットホーム３１の周縁部を支える支柱であれば、特に４隅に限られない。
【００４０】
また、図６に示すように、この半潜水式掘削リグの他の変形例は、半潜水式掘削リグの隅に配置された支柱３２Ｂがプラットホーム３１よりも上方に延びて配置されており、この支柱３２Ｂ上に配置された支持棒１２Ａを介してプロペラ１が配置されている。なお、プロペラ１の風車ナセル部及びシャフトの構造及び支柱３２と下部船体３３との接続関係は、実施形態２と同様である。
【００４１】
支柱３２Ｂも、支柱３２Ａと同様に、半潜水式掘削リグの４隅に配置された支柱のひとつであるが、プラットホーム３１の上面よりも上方に延び、その端部に支持棒１２Ａが設けられている。すなわち、支柱３２Ｂは、その上部近傍でプラットホーム３１の周縁部を貫通し、この貫通部でプラットホーム３１を支えるとともに、その上端で、その延長方向に支持棒１２Ａが設けられている。下端で下部船体３３に接続されている。ここで、支持棒１２Ａは、プロペラ１を支える支持棒であるとともに、支柱３２Ｂの軸に対して回転可能にプロペラ１のシャフトを支持する回転機構を備えている。
【００４２】
この支柱３２Ｂも、半潜水式掘削リグの周縁部にあるため、半潜水型掘削リグ本体３Ａの喫水線近傍の中心点３５と離れて配置され、その距離が大きい。このため、上記変形例と同様に距離ｌを大きくすることができる。従って、支柱３２Ｂを備える変形例に係る減揺装置にも、揺動を抑えるような、大きな減衰力が生じて、半潜水型掘削リグの揺動を大幅に小さくすることができる。
【００４３】
なお、半潜水式掘削リグのこれら変形例では、プロペラ１がタワー２Ａや支持棒１２Ａを介して支柱３２に配置されているが、プロペラ１が支柱３２又はプラットホーム３１にシャフト、回転機構を介して配置されてもよい。この場合、プロペラ１は、その先端がプラットホーム３１よりも下方に達して回転することになるので、回転機構の回転可能な角度を制限してプラットホーム３１の外周部にプロペラ１がほぼ平行になるように構成する。
【００４４】
〔実施形態３〕
次に、船型掘削リグに係る形態について説明する。図７は、この発明の一実施形態に係る船型掘削リグの構成を説明するための側面図である。この図は、実施形態１及び２と同様に、船型掘削リグの使用状態を示す図であり、船型掘削リグが海上に浮かんでいる様子を示している。
図７に示すように、船型掘削リグは、実施形態１及び２と同様に、プロペラ１と、タワー２に相当する掘削用タワー２０と、浮体３又は半潜水式掘削リグに相当する船型掘削リグ３Ｂとで構成され、全体で減揺装置を構成している。船型掘削リグは、半潜水式掘削リグと同様に、浮遊掘削船の一態様として知られ、約１５００ｍ以上の水深が深い海洋で、石油やガス等の資源探索や掘削に用いられるリグである。
【００４５】
船型掘削リグ３Ｂは、掘削機器等が配置された船であり、掘削用のドリル軸やライザー管５１を海中に伸ばすためのウェルが配置されている。この実施形態では、図７に示すように、ウェル上に掘削用タワー２０が配置され、実施形態２と同様に、掘削用タワー２０上部にプロペラ１が配置されている。
【００４６】
この実施形態においても、実施形態２と同様に、船型掘削リグが掘削用タワー２０を備えて減揺装置を構成し、かつプロペラ１が掘削用タワー２０上に配置されている。このため、新たなタワーを設けることなく、船型掘削リグ３Ｂの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌを大きくすることができる。従って、実施形態２と同様に、この実施形態の減揺装置においても減衰係数Ｂθが大きな値をとる。このように、この実施形態の減揺装置にも、揺動を抑えるような大きな減衰力が生じて、船型掘削リグの揺動を大幅に小さくすることができる。
一般に船型掘削リグは、単一の船体で一般船舶と同様の構造であるため、移動性に富むが、一方で波による揺動を受けやすい。この実施形態に係る船型掘削リグは、掘削用タワー２０を備えて減揺装置を構成し、上記のように船型掘削リグの揺動を抑えるので、波により揺動しやすい船型掘削リグに、特に効果的である。
【００４７】
次に、実施形態に係る船型掘削リグの変形例を説明する。図８は、実施形態３に係る船型掘削リグの変形例を説明するための側面図である。
図８に示すように、この変形例に係る船型掘削リグは、プロペラ１と、タワー２と、船型掘削リグ３Ｂとで構成されているが、実施形態３と異なり、掘削用タワー２０上ではなく、船尾に設けられたタワー２上にプロペラ１が配置されている。
【００４８】
この変形例においても、実施形態２の変形例と同様に、船型掘削リグ３Ｂの大きさに着目してタワー２上に配置している。具体的には、この変形例は、プロペラ１を、船型掘削リグ３Ｂの周縁部である船尾のタワー２上に配置している。すなわち、船型掘削リグ３Ｂは、一般にその長さが１００〜２５０ｍ，その幅が２０〜４０ｍであるので、この長さを考慮して、船型掘削リグ３Ｂの喫水線近傍の中心点３５と離れた位置にある船尾にタワー２を設けるとともに、その上部にプロペラ１を配置している。この変形例の場合、船型掘削リグ３Ｂの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌは、例えば、６０〜１００ｍにもなる。このように、船型掘削リグ３Ｂの船尾に設けられたタワー２上にプロペラ１を配置することにより、船型掘削リグ３Ｂの喫水線近傍の中心点３５とプロペラ１の回転中心部との距離ｌを大きくすることができる。このため、実施形態２で示した掘削用タワー２０ような、比較的大型のタワーを設ける必要がない。この変形例によれば、比較的小型のタワーであっても、半潜水型掘削リグの揺動を減衰させることができる。
なお、この変形例では、船尾にタワー２を設けているが、船首にタワーを設けても、減揺効果の点では同様である。
【００４９】
次に、この発明の実施形態に係る実証実験について説明する。図９及び図１０は、この発明の実施形態に係る実証実験の側面図及び上面図である。図９において、中央に風車の正面図を示し、右下に浮体の上面図を示している。
図９に示すように、この実証実験では、減揺装置（実機）の１／１００スケールの模型を用いた。この模型の浮体（浮体模型）における総高さ等のパラメータの値とこれに対応する実機のパラメータの値とを表１に示す。
【００５０】
【表１】
2011251675.tif 000009
なお、表１の総高さは、図９のＥとＧとを合計した高さであり、表１のＧＭは、図９のＥに対応する。ここで、図９のＥ〜Ｇの各値は、それぞれ、１００，３００，３４０ｍｍである。なお、図９のＩの値は、１３０ｍｍである。
【００５１】
また、図９に示すように、この模型の浮体（浮体模型）は、初期設計であるためＧＭ１００ｍｍを基準値として設定した。また、初期テンションは、実機において１５００ｔｏｎｆを想定したが、モデルでは設計値の約２／３の１．０ｋｇｆとなった。
【００５２】
また、この模型の風車（風車模型）における総高さ等のパラメータの値とこれに対応する実機のパラメータの値とを表２に示す。
【００５３】
【表２】
2011251675.tif 000010
なお、表２の総高さは、図９のＡとＤとを合計した高さである。ここで、図９のＡ〜Ｄの各値は、それぞれ、１２００，８００，１５００，１８０ｍｍである。
【００５４】
この模型の風車（風車模型）は、風力発電の５ＭＷスケールの大型水平軸プロペラ風車を実機に想定して設計した。風車模型のブレード（翼）は、ＰＳフォームとＣＦＲＰで製作した。
【００５５】
実験条件は、北太平洋全季節の統計データを参考にして設定した。波浪及び風速の条件を表３に示す。なお、実機が配置されると想定される海域の条件から、波高をスケールダウン比により１／１００に、波周期をフィールド則により１／１０に、設定した。また、風速は風車に生じる水平風抗力が一致するよう翼素理論及び運動量理論により算出して定めた。
【００５６】
【表３】
2011251675.tif 000011
【００５７】
また、この実証実験では、風・波浪共存場実験のほか、風単独実験、波浪単独実験も実施した。なお、風・波浪共存場実験において、送風装置３００及び造波装置３１０を用いて浮体模型及び風車模型前方から風及び波浪を生じさせた（図１０）。
このような実験は、図１０に示す実験設備を用いて行った。模型の運動（ピッチング、サージング、ヒービング）は、図１０に示すＣＣＤカメラ３０６で、図９に示すＬＥＤセンサー３０１及び３０２（風車ナセル部、タワー２基部に設置）の変位を追跡して計測した。また、模型風車に生じる風抗力は、図９に示す歪みゲージ３０３（タワー２基部に設置）を用いて曲げモーメントを測定して算出した。係留索に生じる緊張力は、図９のリングゲージ３０４を用いて測定した。
なお、図１０において、浮体（浮体模型）３の配置は、ＣＣＤカメラ３０６からの距離Ｊが２５００ｍｍ，造波装置３１０からの距離Ｋが２１５０ｍｍである。また、図９及び図１０において、浮体本体から横方向に張り出した３本の脚部からなる浮体下部３６を設け、それぞれの脚に２箇所のアンカー４係留部を設けている。図９に示すように、３０４Ａ，３０４Ｃ，３０４Ｅとアンカー４との間にリングゲージを設けた（３０４Ｂ，３０４Ｄ，３０４Ｆとアンカー４との間にはリングゲージを設けていない）。
【００５８】
図１１〜図１３に実証実験の結果を示す。図１１は、風・波浪共存場実験及び波浪単独実験における模型の１次ピッチング振幅を示すグラフである。また、図１２は、図１１と同じ風・波浪共存場実験及び波浪単独実験における曲げモーメント振幅を示すグラフである。また、図１３は、風・波浪共存場実験及び波浪単独実験において、同調時における浮体模型の係留索に生じる張力のＦＦＴ解析結果を示すグラフである。
図１１〜図１３における各点は、風・波浪共存場実験又は波浪単独実験における各条件に対応している。
図１１及び図１２の各条件は、（１）がレギュラー（Ｒｅｇｕｌａｒ），波高２．０ｃｍ，風速１．３２ｍ／ｓ、（２）が、ミドル（Ｍｉｄｄｌｅ），波高４．０ｃｍ，風速１．６７ｍ／ｓ、（３）が、カットアウト（Ｃｕｔ−Ｏｕｔ），波高６．０ｃｍ，風速２．１５ｍ／ｓ、（４）がレギュラー（Ｒｅｇｕｌａｒ），波高２．０ｃｍ、（５）が、ミドル（Ｍｉｄｄｌｅ），波高４．０ｃｍ、（６）が、カットアウト（Ｃｕｔ−Ｏｕｔ），波高６．０ｃｍ、である。
また、図１３の各条件は、（１）が波周期０．９秒、波高６．０ｃｍ、風速２．１７ｍ／ｓ、（２）が波周期０．９秒、波高６．０ｃｍである。
ここで、図１１及び図１２の（１）〜（３）が、この発明の実施例に相当し、（４）〜（６）が従来の浮体（プロペラが配置されていない状態）に相当している。また、図１３の（１）が、この発明の実施例に相当し、（２）が従来の浮体（プロペラが配置されていない状態）に相当している。
なお、図１１及び図１２の（４）〜（６）及び図１３の（２）は、風車模型の風車の回転軸を固定して、従来の浮体の状態を再現している。
【００５９】
図１１を参照すると、（１）〜（３）の、どの風・波浪共存場実験でも、１次ピッチング振幅が１度〜２度程度で推移し、（４）〜（６）の波浪単独実験と比較して、その振幅が大きく減少していることがわかる。
この結果から、風車とタワーと浮体とで構成される装置に浮体の揺動を抑える効果があることが理解できる。また、疲労破壊の原因となるピッチング運動が小さくなるので、この装置の寿命が延びるとともに安全性が向上することが理解できる。
【００６０】
図１２を参照すると、図１１と同様に、波浪単独実験（４）〜（６）と比較して、（１）〜（３）の、どの風・波浪共存場実験でも、その曲げモーメント振幅が大きく減少していることがわかる。これは風抗力によりピッチング運動が減少したためと考えられる。
タワー２基部に生じる曲げモーメント振幅が減少するので、図１１と同様に、この装置の寿命が延びるとともに安全性が向上することが理解できる。
【００６１】
また、図１３を参照すると、（１）の風・波浪共存場実験では、定常的な索張力が増加しているが、（２）の波浪単独実験と比較して、その振幅が大きく減少している。また２倍周期、３倍周期のスプリキング応答の原因となる振幅も減少している。
この結果からも、風車とタワーと浮体とで構成される装置に浮体の揺動を抑える効果があることが理解できる。
【００６２】
以上の実証実験から、風車とタワーと浮体とで構成される減揺装置は、風車が風で回転することにより、波による浮体の揺動を抑制することがわかる。このような構成によれば、浮体の揺動を抑制する減揺装置を提供できる。
【００６３】
以上の実施形態で示した種々の特徴は、互いに組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合、そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して、単独で又は組み合わせて、この発明に採用することができる。単独で又は組み合わせた構成もこの発明の技術的範囲に含まれる。例えば、船型掘削リグに適用された減揺装置がさらに発電機を備える構成を採用してもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６４】
１  風車（プロペラ）
２  ２Ａ  ２Ｂ  タワー
３  浮体
４  アンカー
３Ａ  半潜水式掘削リグ
３Ｂ  船型掘削リグ
１１  風車ナセル部
１２  回転機構
１５  風車面積（Ｓ）
２０  喫水線近傍の中心点３５から風車１の回転中心までの距離（ｌ）
２１  浮体３上面のプラットホームの縦揺れ（θ）
３１  プラットホーム（浮体上面）
３２  ３２Ａ  ３２Ｂ  支柱
３３  下部船体
３５  喫水線近傍の中心点
３６  浮体下部
５０  掘削機器及び掘削用構造物
５１  ライザー管
１００  水面
１５０  波向き
２００  風向き
３００  送風装置
３０１，３０２  ＬＥＤセンサー
３０３  歪みゲージ
３０４  リングゲージ
３０５  波高計
３０６  ＣＣＤカメラ
３０７  計測装置
３０８  消波装置
３０９  曳航台車
３１０  造波装置
【図１】
2011251675.tif 000012
【図２】
2011251675.tif 000013
【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】
2011251675.tif 000019
【図１１】
2011251675.tif 000020
【図１２】
2011251675.tif 000021
【図１３】
2011251675.tif 000022
【図９】
2011251675.tif 000023
【図１０】
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