(57)【要約】  長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための装置が記載される。本装置は、物体を物体の持ち上げ点で取り上げ、物体を水中底部に配置するように構成された持ち上げ手段と、船舶の縁部に接続されるとともに、持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第１の周囲部分に係合し、物体を上向きにすることができるピボットを提供するように構成された上向けツールと、船舶の縁部に接続されるとともに、持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第２の周囲部分に係合するように構成され、これにより第１および第２の周囲部分は、物体の長手方向において任意選択で離間される、把持ツールと、を備える。把持ツールは、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、船舶に対する、第１および第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御するように構成されたアクチュエータシステムを備える。この装置を用いる方法も記載される。
2021512831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための装置であって、
前記物体を前記物体の持ち上げ点で取り上げ、前記物体を前記水中底部に配置するように構成された持ち上げ手段と、
前記船舶の縁部に接続されるとともに、第１の周囲部分に係合し、前記持ち上げ手段から吊り下げられたときに前記物体を前記長手方向において支持するように構成され、これによって前記物体を上向きにすることができるピボットを提供する、上向けツールと、
前記船舶の縁部に接続されるとともに、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第２の周囲部分に係合するように構成される把持ツールであって、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において任意選択で離間される、把持ツールと、
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御するように構成されるアクチュエータシステムであって、前記制御は、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの前記少なくとも１つの前記移動の減衰を少なくとも含む、アクチュエータシステムと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において離間される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アクチュエータシステムは、前記把持ツールに作用するとともに、実質的に水平な平面において前記船舶に対して前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を並進させるように構成され、これによって船舶運動を補償する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記アクチュエータシステムは、水平面において（前記水中底部に対して平行に延在する平面において）前記水中底部に対して実質的に固定された位置に前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を保持するように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
鉛直軸に対する前記上向きにされた物体の傾斜を測定するように構成されたセンサシステムをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記センサシステムの出力に応答して、前記アクチュエータシステムのための制御信号を生成するように構成された制御システムをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記船舶は、浮遊船舶であり、ダイナミックポジショニング（ＤＰ）システムまたは係留システムを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記制御システムは、前記把持ツールと前記船舶に提供された前記ダイナミックポジショニング（ＤＰ）コントローラとの間にインターフェースを含み、前記インターフェースは、前記把持ツールから前記ＤＰコントローラへの力フィードフォワードループを任意選択で含む、請求項６を引用する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記把持ツールは、前記第２の周囲部分に係合するための把持ユニットと、前記把持ユニットのための支持フレームと、を含み、前記支持フレームは、前記船舶の前記縁部に接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記ツールを前記船舶の船内および船外に持っていくために、前記縁部に沿って延在する軸周りで前記船舶の前記縁部に回動可能に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記把持ツールは、前記船舶の前記デッキに対して垂直に延在する軸周りで前記船舶の前記縁部に回動可能に接続されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータシステムは、前記水中底部に対して平行に延在する平面において前記船舶に対して前記把持ユニットを並進させるように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータシステムは、前記船舶と前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つとの間で作用するピストンシリンダユニットを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータシステムの移動減衰手段は、ピストンシリンダユニットと、前記ピストンシリンダに存在する油圧液のためのスロットル手段と、を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記把持ツールには、騒音軽減システムが設けられている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記物体の前記第１の周囲部分および／または前記第２の周囲部分の周りに提供される開放可能で再閉鎖可能なリング構造を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記リング構造には、前記物体の前記長手方向に対してほぼ垂直な横断面に延在するとともに、前記横断面において、前記周囲部分から距離を置いた後退位置と、前記周囲部分に係合する伸張位置と、の間で移動可能な複数の案内アームが設けられている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数の案内アームは、前記物体の前記長手方向における並進、および前記物体の前記長手方向に対して平行な軸周りでの回転のうちの少なくとも１つを可能にするように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記上向けツールは、前記物体の前記長手方向において離間されて、ケージ状構造を形成する、２つの相互接続されたリング構造を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記上向けツールは、前記物体の下端に係合するフックが設けられた入れ子式伸長可能アームを含む、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の前記下端を支持するための手段を有する、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記持ち上げ点は、前記物体の上端を含み、前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記持ち上げ点から距離を置いて前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体に係合するように構成されている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記物体を前記水中底部へ打ち込むための手段をさらに備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記物体は、風力タービンのモノパイルを含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための方法であって、
ａ）物体と、請求項１から２３のいずれか一項に記載の装置と、を提供するステップと、
ｂ）前記物体を前記物体の持ち上げ点で前記持ち上げ手段により取り上げるステップと、
ｃ）前記物体を前記上向けツールの内側に持ち込み、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第１の周囲部分を前記上向けツールに係合させるステップと、
ｄ）前記上向けツールがピボット周りで回転する間、実質的に鉛直な位置へと前記物体を上向きにするステップと、
ｅ）前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第２の周囲部分を前記把持ツールに係合させるステップであって、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において任意選択で離間される、ステップと、
ｆ）前記水中底部上および前記水中底部内へ前記物体を降ろすステップと、
ｇ）前記物体を前記装置から切り離すステップと、
を含み、
前記アクチュエータシステムは、前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、ステップｄ）およびステップｆ）のうちの少なくとも１つの間、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御する、
方法。
【請求項２５】
前記アクチュエータシステムは、少なくともステップｄ）およびステップｆ）の１つの間、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの前記移動を減衰する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップｆ）は、実質的に水平な平面において前記船舶に対して前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を並進させながら、前記水中底部上および前記水中底部内へ前記物体を降ろし、これによって船体運動を補償するステップをさらに含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための装置および方法に関する。本発明は、特に、船舶、とりわけ浮遊船舶のデッキから風力タービンのモノパイルを水中底部内へ提供するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、洋上風力タービンを参照して説明される。しかしながら、そのような風力タービンの参照は、本発明が当該風力タービンに限定されることを意味するものではなく、装置および方法は、任意の他の大きく細長い物体、たとえば、他の洋上基礎構造、突堤、レーダおよび他のタワーなどを水中底部内へ提供するために適用され得る。
【０００３】
海上の風力タービンの基礎は、一般に、水中底部との高さの差を埋めなければならないため、細長い設計を有する。風力タービンの頻繁に適用される基礎は、上側に移行ピースが設けられたモノパイルを含み、移行ピースは、モノパイル上に配置されるタービンマストへの接続部を形成する。モノパイルは水中で担持され、下端が水中底部へ打ち込まれる。したがって、モノパイル基礎の大部分が、使用中、水中に配置されている。
【０００４】
モノパイルは通常、１００ｍまで、かつこれより長い長さ、１１ｍ以上までの直径、および２０００トン以上になり得る重量を有することがある鋼またはコンクリートの中空円筒構造を含む。また、風力タービンはより多くの電気エネルギーを生成するために絶えずスケールアップされているため、風力タービン用の基礎はますます重くかつ大きくなっている。ますます大きくなっているモノパイル基礎は、取り扱いがますます困難になっている。
【０００５】
モノパイルを水中底部に提供するための既知の方法は、クレーンのような持ち上げ手段を用いて船舶からモノパイルを取り上げ、水中底部上または水中底部内へモノパイルを降ろすステップを含み、モノパイルはここで、船舶に接続されたパイルグリッパによってほぼ鉛直に配向された位置において制御下に保たれる。船舶は通常ジャッキアップ船舶であるが、これはジャッキアップ船舶の脚部は要求される安定性を提供するためである。通常の動作順序において、モノパイルは、パイルグリッパを用いて持ち上げ手段によって海底まで降ろされる。持ち上げ手段から海底まで荷重が伝達されると、モノパイルは持ち上げ手段から切り離され、打ち込みハンマリングツールがモノパイル上に設置される。パイルグリッパによって提供される何らかの案内の下で、モノパイルは、所望の深さに達するまでさらに海底に打ち込まれる。モノパイルが海底に固定された後にのみ、モノパイルはパイルグリッパから切り離される。
【０００６】
Ｍａｎｆｒｅｄ  Ｂｅｙｅｒらによる非特許文献１は、風力タービンのモノパイルを水中底に配置するための装置を開示している。上向けツールまたはフレーム、およびその下に配置された把持ツールを含む上向けおよび案内システムが用いられている。このシステムは船の船尾に接続されており、モノパイルを上向け中に回転させることができるヒンジを形成している。
【０００７】
特許文献１は、海底に完全なモノカラムプラットフォームを置くための装置を開示している。このプラットフォームは、第１の船舶と、後ろに配置されてケーブルによってこの船舶に接続されたポンツーンと、によって水上に供給される。ポンツーンはプラットフォームの下から除去され、これによりプラットフォームはそれ自体の重量の影響下で牽引ケーブルを用いて水中へ回転することが可能になる。第１の船舶には、プラットフォームが水中に吊り下げられているときにこれと一緒に移動することによって多くの自由度を提供するプラットフォーム用の案内装置が装備されている。
【０００８】
ジャッキアップ船舶の使用により、船舶運動が制限されることが保証されるが、たとえば高さおよび大きさに関する、いくつかの欠点および制限がある。より大きな、重いモノパイルを設置することができるよう、浮遊船舶からのモノパイルの設置が要求されることが予想される。
【０００９】
ジャッキアッププラットフォームで用いられる、既知のパイルグリッパは、安定および静止した作業プラットフォームが浮遊船舶に欠けているため、浮遊船舶では使用可能でない。浮遊船舶はさらに、その位置がダイナミックポジショニング（ＤＰ）システムおよび／または係留システムによっていくらか制限されているときでさえ、比較的大きなフットプリントを有する。既知の方法および装置の他の欠点は、比較的穏やかな海において、比較的小さい物体サイズに対してしか実行することができないことである。大きい物体は実際、水中へ降ろされるとき、海（海流、波）および風からの大量のエネルギーにさらされる。海の状態が荒れているほど、ますます大きくなっているモノパイルのような大きい物体を制御下に保つことが困難になる。このような天候の制約で、貴重な時間が失われる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１４２４１８号パンフレット
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Manfred Beyerら、「New BAUER Fly Drill System Drilling Monopiles at Barrow Offshore Wind Farm, UK」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、先行技術の上述の欠点を少なくとも部分的に取り除く、長手方向を有する大きく細長い物体を水中底部内へ提供するための装置および方法を提供することである。本発明は、特に、風力タービンのモノパイルを浮遊船舶から水中底部内へ安全に提供するための改良された装置および方法を提供することを目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のため、本発明によれば、長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための装置が提供され、この装置は、
物体を物体の持ち上げ点で取り上げ、物体を水中底部に配置するように構成された持ち上げ手段と、
船舶の縁部に接続されるとともに、第１の周囲部分に係合し、持ち上げ手段から吊り下げられたときに物体を長手方向において支持するように構成され、これによって物体を上向きにすることができるピボットを提供する、上向けツールと、
船舶の縁部に接続されるとともに、持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第２の周囲部分に係合するように構成される把持ツールであって、第１の周囲部分および第２の周囲部分は、物体の長手方向において任意選択で離間される、把持ツールと、
上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、船舶に対する、第１および第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御するように構成されたアクチュエータシステムと、
を含む。
【００１４】
引用された先行技術文献のいずれも、特に特許文献１は、上向けフレームおよび／または把持ツールと係合して第１および／または第２の周囲部分の船舶に対する移動を減衰または制御するように適合されたアクチュエータシステムを示していない。よく見ても、特許文献１が開示しているシステムは、このシステムと係合して水中に吊り下げられたプラットフォームと一緒に移動するように構成されたものである。既知のシステムは、たとえばシステムと係合したプラットフォームの移動を減衰すること（受動補償）によって、またはプラットフォームに移動を能動的に課すこと（能動補償）によって、吊り下げられたプラットフォームに作用することができない。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、第１の周囲部分と第２の周囲部分とは実質的に一致し得る。このような一実施形態において、上向けツールおよび把持ツールは、物体の実質的に同じ周囲部分に作用するように位置的に調整されている。他の一実施形態において、把持ツールは、上向けツールとして機能するように構成することができる。この目的のため、把持ツールは、船舶の縁部に接続されるとともに、持ち上げ手段から吊り下げられたときに物体を長手方向において支持するように構成され、これによって物体を上向きにすることができるピボットを提供する。
【００１６】
本発明のさらに他の一実施形態によれば、上向けツールおよび把持ツールは、物体の長手方向において離間された第１および第２の周囲部分に係合することが可能になるように互いに対して位置的に調整されている。これには、以下でさらに説明するように、いくつかの利点がある。
【００１７】
アクチュエータシステムは、動作するフェーズに応じて異なるモードで動作することができる。通常の方法において、物体は、物体の持ち上げ点で持ち上げ手段により取り上げられ、上向けツールへ持ち込まれ、上向けツールが物体の第１の周囲部分に係合する。上向けツールがピボット周りで回転する間、物体は次いで実質的に鉛直な位置へと上向きにされる。動作のこのフェーズ中、アクチュエータシステムは通常、上向けツールに作用し、船舶に対する第１の周囲部分の移動を減衰することによってこの移動を制御するように構成されている。動作のこのフェーズにおいて、アクチュエータシステムは受動モードで動作すると言われる。船舶に対する第１の周囲部分の移動の減衰により、より制御された安全な動作が可能になる。
【００１８】
物体が実質的に鉛直な位置へと上向きにされたとき、通常のさらなるステップは次いで、持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第２の周囲部分を把持ツールで係合し、水中底部上および水中底部内へ物体を降ろすことを含む。動作のこのフェーズにおいて、アクチュエータシステムは通常、把持ツールに作用し、船舶に対する第２の周囲部分の移動を受動的に減衰することによって、または必要であれば、船舶に対して第２の周囲部分に移動を能動的に課すことによって、この移動を制限するように構成されている。他の一実施形態において、アクチュエータシステムはまた、上向けツールに作用し、船舶に対して第１の周囲部分に移動を能動的に課すことによって船舶に対する第１の周囲部分の移動を制御するように構成されている。アクチュエータシステムは、さらに他の一実施形態において、上向けツールおよび把持ツールの両方に同時に作用し、船舶に対して第１および第２の周囲部分に移動を能動的に課すことによって船舶に対する第１および第２の周囲部分の移動を制御するように構成することができる。
【００１９】
本発明の特に好ましい一実施形態は、把持ツールが、実質的に水平な平面において船舶に対して上向きにされた物体の第２の周囲部分を並進させるように構成され、これによって上記平面における船舶および物体の運動を補償するアクチュエータシステムを含む装置に関する。
【００２０】
この装置、より具体的には、上向けツールと把持ツールとの組合せは、好ましくは浮遊船舶から、水中底部内へ物体を制御可能かつ正確に提供するための信頼できるシステムを提供する。相互に位置を合わせた上向けツールと把持ツールとの組合せにより、特にクレーンのような持ち上げ手段から依存しているとき、物体の揺動を低減することが可能になる。クレーンは実際、いくつかの許容可能な制限を受ける。たとえば、吊り下げワイヤの通常の最大許容傾斜角度値は、５°のオフリードおよび３°のサイドリードである。このような制限を超えると、吊り下げワイヤがクレーンシーブを使い果たす可能性があり、かつ／またはクレーンの最大許容水平耐荷重を超える可能性がある。たとえば水平方向に対して約８０°の傾斜角度まで、上向けプロセスにおいて部分的に上向きにされたときに物体の「オーバースイング」を防止することは特に有用である。
【００２１】
発明された装置は、持ち上げ手段から吊り下げられた物体のエネルギーの少なくともいくらかを吸収することができ、物体が水中底部上へ降ろされている、または上記水中底部内へ提供されている間に水中底部に対して所望の位置に上向きにされた物体を保つように構成されている。
【００２２】
浮遊しながらモノパイルを設置する際の主な課題の１つは、要求される設置許容範囲内にパイルを設置することである。浮遊している（したがって動いている）船舶は実際、非常に限られた作業可能範囲を有し、または通常要求されるきつい許容範囲には対応することができないことさえある。一例として、鉛直方向に対するモノパイルの角度の最大偏差は、いくつかのプロジェクトにおいて０．２５°以内に制限されることがある。本発明の装置は、このような目標を達成するのに役立つ。
【００２３】
持ち上げ点は、好ましくは物体の上端を含み、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つは、持ち上げ点から距離を置いて持ち上げ手段から吊り下げられた物体に係合するように構成されている。
【００２４】
本発明の他の一態様は、長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための方法に関し、この方法は、
ａ）物体と、先行して記載された装置と、を提供するステップと、
ｂ）物体を物体の持ち上げ点で持ち上げ手段により取り上げるステップと、
ｃ）物体を上向けツールの内側に持ち込み、任意選択で持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第１の周囲部分および下端を上向けツールに係合させるステップと、
ｄ）上向けツールがピボット周りで回転する間、実質的に鉛直な位置へと物体を上向きにするステップと、
ｅ）持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第２の周囲部分を把持ツールに係合させるステップであって、第１の周囲部分および第２の周囲部分は、物体の長手方向において任意選択で離間される、ステップと、
ｆ）水中底部上および水中底部内へ物体を降ろすステップと、
ｇ）物体を装置から切り離すステップと、
を含み、
アクチュエータシステムは、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、ステップｄ）およびステップｆ）のうちの少なくとも１つの間、船舶に対する第１の周囲部分および第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御する。
【００２５】
上の方法ステップは、特定の順序を要求しないことが留意される。特に、持ち上げ手段から吊り下げられた物体の第２の周囲部分を把持ツールに係合させるステップｅ）は、ステップｄ）の一部、すなわち上向けツールがピボット周りで回転する間、実質的に鉛直な位置へと物体を上向きにするステップの前、またはこのステップと一緒に実行することが可能である。
【００２６】
実質的とは、示された量の多くとも２０％、より好ましくは多くとも１０％、さらにより好ましくは多くとも５％、最も好ましくは多くとも０．５％の偏差と理解される。
【００２７】
本発明の一実施形態は、アクチュエータシステムが、少なくともステップｄ）およびステップｆ）の１つの間、船舶に対する、係合された第１および第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を減衰するように構成されている装置および方法に関する。特に好ましいのは、アクチュエータシステムが、少なくともステップｄ）およびステップｆ）の１つの間、係合された第１の周囲部分および第２の周囲部分の両方の船舶に対する移動を減衰するように構成されている装置および方法である。このような実施形態はさらに、たとえば物体の下端が船舶の前後揺れ方向に動いているとき、上向けツールの鉛直軸周りでの上向け中の物体の回転を防止、または少なくとも制限する。これらはまた、物体がほぼ鉛直位置にあるとき、たとえば物体の下端が船舶の左右揺れ方向に動いているとき、物体の上端の突然の転倒を防止、または少なくとも制限することができる。
【００２８】
上向き中、または物体が降ろされている間、物体の第２の周囲部分が把持ツールによって係合されている。把持ツールは、物体が減衰された振り子のように物体の長手方向に対して横方向に移動することができる減衰モードで動作することができる。また、把持ツールと上向けツールとを組み合わせて用いて回転減衰を作り出すこともできる。上向けツールは次いで、第１の周囲部分の減衰ヒンジポイントとして用いられる一方、把持ツールは第２の周囲部分の横移動を減衰する。
【００２９】
減衰モードにおいて、上向けツールおよび把持ツールのうち少なくとも１つ、好ましくは両方が、装置および／または物体、および／または吊り上げ手段が損傷する可能性があるほどの大きい振幅にこの移動が達するのを回避する。
【００３０】
また、ピーク振幅を除去することによってより良く制御された動作を得ることができる。したがって、２ｍ〜２．５ｍまでの有意な波の高さおよびこれより荒い海の状態で作業することが可能になるが、先行技術の方法は、１．５ｍの有意な波の高さまでに適用することができるのみである。把持ツールはまた、船体運動補償モードで動作することもでき、このモードにおいて、上向きにされた物体の第２の周囲部分は、水中底部に対する船舶の移動にもかかわらず、水中底部に対して平行に延在する平面において水中底部に対して実質的に固定された位置に保持される。このモードは好ましくは、水中底部が接触される、または部分的に進入される程度に、上向きにされた物体が降ろされる直前に用いられる。
【００３１】
動作中、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つは船外に持っていかれ、係合された第１および／または第２の周囲部分は船舶の縁部を越えて延在するようになっている。持ち上げ手段から吊り下げられた上向きにされた物体は次いで、船舶の縁部に沿って水中または水上へ下向きにぶら下がる。
【００３２】
本発明のさらなる一実施形態は、ステップｆ）が、実質的に水平な面において船舶に対して上向きにされた物体の第２の周囲部分を並進させながら、水中底部上および水中底部内へ物体を降ろし、これによって船体運動を補償することをさらに含む装置を提供する。
【００３３】
本発明の他の一実施形態は、アクチュエータシステムが、水平面、すなわち水中底部に対して実質的に平行に延在する平面において、水中底部に対して実質的に固定された位置に上向きにされた物体の第２の周囲部分を保持するように構成されている装置に関する。水平面とは、水中底部に、またはあるいは水面に対して実質的に平行に延在すると定義される。
【００３４】
水に浮いているときの船舶は、３つの並進運動および３つの回転運動を含む、６自由度を示す運動にさらされている。船舶にリンクされたデカルト座標系において、鉛直に延在するとしてｚ軸を、船舶の長手方向に延在するとしてｘ軸を、そして船舶の横断方向に延在するとしてｙ軸を定義すると、ｘ軸並進運動は当該技術において前後揺れ（ｓｕｒｇｅ）と、ｙ軸並進運動は左右揺れ（ｓｗａｙ）と、そしてｚ軸並進運動は上下揺れ（ｈｅａｖｅ）と呼ばれる。ｘ軸周りでの船舶の回転運動は横揺れ（ｒｏｌｌ）と、ｙ軸周りでの回転は縦揺れ（ｐｉｔｃｈ）と、そしてｚ軸周りでの船舶の回転は船首揺れ（ｙａｗ）と呼ばれる。特に、船舶のデッキによって形成される（ｘ、ｙ）平面は、正確には水上での船舶の運動により、水中底部運動に平行に延在する平面に平行にはならないであろう。発明された装置のアクチュエータシステムは、実質的に水平な平面において船舶に対して上向きにされた物体の第２の周囲部分を並進させ、これによって船舶運動を補償し、一実施形態において、水平面、すなわち水中底部に対してほぼ平行に延在する平面において、水中底部に対して実質的に固定された位置において、物体、特に上向きにされた物体の周囲部分を保持することができる。これは、船舶の座標系の（ｘ、ｙ、ｚ）座標軸に平行に延在する（ｘ、ｙ、ｚ）軸を有する、把持ツールにリンクされたデカルト座標系において、把持ツール座標系のｘおよびｙ方向における水中底部に対する移動はないことを意味する。
【００３５】
水平面において水中底部に対して実質的に固定された位置に物体を保持することは、アクチュエータシステムが、水中底部に対して平行に延在する平面において船舶に対して把持ツールを並進させるように構成されている、発明された装置の一実施形態において達成することができる。アクチュエータシステムは、船橋または船舶のデッキ制御室からオペレータによって制御して、たとえば上記の目標を少なくともある程度の精度で達成することができる。
【００３６】
本発明のさらなる改善は、把持ツールおよびダイナミックポジショニング／係留システムコントローラをインターフェースで連結する。このようなインターフェースの一実施形態は、把持ツールからＤＰコントローラへの力フィードフォワードループを含む。
【００３７】
本発明の改良された一実施形態は、鉛直軸に対する上向きにされた物体の傾斜を測定するように構成されたセンサシステムをさらに備える装置を提供する。このような一実施形態により、オペレータは、センサシステム出力に応答して適切な行動をとることが可能になる。オペレータはたとえば、把持ツールを船舶に対して並進させ、物体の垂直性からの逸脱に対応することができる。本発明の一態様において、物体の角度位置は、アクチュエータシステムによって把持ツールまたはその一部を能動的に移動させることによって、またはそのＤＰシステムまたはその係留システムを動作させることによって、船舶の位置を能動的に移動させることによって調整される。後者のシステムは、比較的大きいオフセットを修正するのに特に有用である。水中底部に配置された物体はしたがって、この物体が水中底部において固定される前に、正確な、ほぼ鉛直な位置に持ってくることができる。角度位置は、物体の長手方向が鉛直方向となす角度によって決定される。
【００３８】
本発明の一実施形態によるさらに改善された装置は、センサシステムの出力に応答して、アクチュエータシステムのための制御信号を生成するように構成された制御システムをさらに備える。このような一実施形態は、オペレータの介在を必要とせず、所望であれば、それ自体で動作することができる。
【００３９】
水中底部に設置されるモノパイルのような細長い物体の位置は、それ自体知られている、全地球測位システムのような、当該技術において知られている任意の手段によって決定することができる。物体の正確な位置決めは、船舶がダイナミックポジショニング（ＤＰ）または係留システムを含む、発明された装置の一実施形態によって強化することができる。このようなシステムにより、たとえばジャッキアッププラットフォームのように、スパッドポールを用いることなく、少なくともいくらかの許容範囲内で、水中底部に対して比較的一定の位置に船舶を保つことが可能になる。係留システムは、水中底部に接続するための適切な手段が一端に設けられ、ウィンチまたは他の適切な取り込み／繰り出し手段の周りに他端が設けられた多数の係留ラインを含むことができる。係留ラインの数は、１と任意の数、たとえば２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはさらに多くとの間で都合よく選択することができる。
【００４０】
本発明による把持ツールの実用的な一実施形態は、第２の周囲部分に係合するための把持ユニットと、把持ユニットのための支持フレームと、を含み、支持フレームは、船舶の縁部に接続されている。支持フレームは、把持ユニットを船舶に接続し、いくつかの実施形態において、アクチュエータシステムが、水中底部に対して平行に延在する平面において船舶に対して把持ユニットを並進させることを可能にする。
【００４１】
この装置の他の有用な一実施形態において、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つは、このツールを船内および船外に持っていくために、縁部に沿って延在する軸周りで船舶の縁部に回動可能に接続されている。
【００４２】
有利には、上向けツールおよび把持ツールの両方が、縁部に沿って延在する軸周りで船舶の縁部に回動可能に接続されている。
【００４３】
水平面における把持ユニットの移動を容易にするため、この装置の一実施形態は、船舶のデッキに対して垂直に延在する軸周りで船舶の縁部に回動可能に接続された把持ツールを含む。このような軸は、実質的に鉛直な方向に延在する。
【００４４】
本発明の他の一実施形態は、アクチュエータシステムが、船舶と上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つとの間で作用するピストンシリンダユニット、好ましくは油圧ピストンシリンダユニットを備える装置に関する。水平面において上向けおよび／または把持ツールの移動を制御することを可能にするため、ピストンシリンダユニットは好ましくは、水平面において伸長または短縮して、船舶に対する（ｘ、ｙ）平面における物体の第２の周囲部分の水平位置を調整する。アクチュエータシステムは主に、使用中のすべての水平船舶運動を補償する。これらは、前後揺れ、左右揺れ、横揺れ、縦揺れおよび船首揺れが誘発する水平運動のような、船舶自体の運動に関する１次運動を含む。実際、横揺れのような船舶の回転運動により、把持ツールの水平または鉛直並進成分が生じる可能性がある。
【００４５】
２次運動も、把持ツールのアクチュエータシステムによって、またはあるいはこの２次運動が把持ツールのアクチュエータシステムの補償境界を超える場合、ダイナミックポジショニング（ＤＰ）または係留フットプリントによって補償することができる。両方の組合せも用いることができる。
【００４６】
船舶のすべての鉛直運動は解放される（許可される）。これらは、船舶の上下揺れ、横揺れおよび縦揺れが誘発する鉛直運動を含む。これらは、したがって、把持ツールに伝送されない。
【００４７】
物体（回転点）周りでの船舶の船首揺れは同様に補償されても、または代替一実施形態において解放されてもよい。これは、物体に船舶によってトルクが印加されることを回避するためである。
【００４８】
特に、使用中、物体がまだ水中底部へ達していないとき、アクチュエータシステムが、把持ツールおよび把持ツールによって保持された物体の船舶に対する移動を減衰するように構成された移動減衰手段を含む装置の一実施形態を提供することは、有益であり得る。好ましい実施形態は、ピストンシリンダユニットの形態の移動減衰手段と、ピストンシリンダユニットに存在する油圧液のためのスロットル手段と、を提供する。実用的な一実施形態は、そのピストンシリンダユニットも移動減衰手段として構成されているアクチュエータシステムを提供する。このような実施形態において、アクチュエータシステムは、正確な位置決めシステムとして、および移動減衰手段として作用する。
【００４９】
移動減衰手段は、支持構造に対して移動する把持部材（およびその中に受容された物体）の運動エネルギーを熱エネルギーに変換するように構成することができる。生成された熱に起因する温度上昇はたとえば、周囲空気中の導管などの冷却によって制御下に保つことができる。可能な一実施形態において、この装置は、移動減衰手段またはその構成要素のための冷却手段を含む。
【００５０】
油圧液用のスロットル手段は、ピストンシリンダに存在し得る。流れている油圧液は、スロットル手段によって油圧抵抗を受け、これによって摩擦が増加するとともに温度が上昇する。生成された運動エネルギーはしたがって効果的に消散される。この実施形態は、所望のとき、任意選択で所望のプレストレス力を生成することができ、かつ／または油圧シリンダチャンバ内のあり得る容量差を補償することができる油圧アキュムレータと組み合わせて適用することができる。アクチュエータシステムのピストンシリンダユニットのプレストレスは、アキュムレータを適用することによって簡素な方法で制御することができる。適切なアキュムレータは、膜アキュムレータおよび／またはピストンアキュムレータを含む。モノパイルおよび把持ツールまたはその一部の横移動の場合、このような移動減衰接続における反作用応力は、アキュムレータ内のガス容量に依存する値まで増加することになり、これによって移動が打ち消される。
【００５１】
スロットル手段は、ピストンシリンダのピストンにおける開口として、および／または油圧導管における狭窄部として具現化することができる。適切なスロットル手段はたとえば、任意選択で制御可能なスロットルバルブを含む。
【００５２】
本発明によれば、アクチュエータシステムおよび任意選択の移動減衰手段のようなその構成要素は、物体の長手方向を横切って作用する。これは、上向けおよび／または把持ツールに受容された物体の長手方向を横切る揺動が、物体の長手方向を横切って作用する力成分と相殺されることを意味する。
【００５３】
他の一実施形態は、上向けツールおよび把持ツールのうちの少なくとも１つが、それぞれ物体の第１の周囲部分および／または第２の周囲部分の周りに提供される開放可能で再閉鎖可能なリング構造を含む装置を提供する。
【００５４】
リング構造には、好ましくは、物体の長手方向に対してほぼ垂直な横断面に延在するとともに、この横断面において、周囲部分から距離を置いた後退位置と、周囲部分に係合する伸張位置と、の間で移動可能な複数の案内アームが設けられている。
【００５５】
より好ましい一実施形態は、複数の案内アームが、物体の長手方向における並進、および物体の長手方向に対して平行な軸周りでの回転のうちの少なくとも１つを可能にするように構成されている装置を提供する。上向きにされた物体の長手方向における並進は、実質的に鉛直な並進に対応し、したがって船舶の上下揺れを調節することを可能にする。上向きにされた物体の長手方向周りでの回転は、実質的に鉛直な軸周りでの回転に対応し、したがって船舶の船首揺れを調節することを可能にする。後者の回転により、水中底部内へ固定される直前に、モノパイルのような上向きにされた物体を、鉛直軸周りで回転させることが可能になる。
【００５６】
本発明の一実施形態による上向けツールは、物体の長手方向において離間されて、物体を受容するように好ましくは開放可能なケージ状構造を形成する、２つの相互接続されたリング構造を含むことができる。リング構造は、たとえば長手方向に延在するリブによって相互接続することができる。
【００５７】
本発明によれば、上向けツールは、持ち上げ手段から吊り下げられたときに長手方向に物体を支持するように構成されている。これは、一実施形態において、物体の下端に係合するフックが設けられた１つまたは複数の入れ子式伸長可能アームを上向けツールに設けることによって達成することができる。入れ子式伸長可能アームにより、細長い物体の下端と第１の周囲部分との間の長手方向距離を調整することが可能になり、これによって異なる物体サイズを収容する可能性を提供する。単一のアームが通常、物体の下端と船舶のサイドシェルとの間に配置されている。
【００５８】
フックを備えた上述のアームの代替として、たとえば係合された第１の周囲部分が上向けツールに対して下向きに摺動することを防止する摩擦要素を上向けツールに設けることによって、上向け中に物体を摩擦で締め付けることもできる。摩擦要素を含む上向けツールを持ち上げ手段として用いることさえでき、この実施形態においてはクレーンのような別個の持ち上げ手段を省略することができる。適切な摩擦要素は、たとえばゴムトラックを含むことができる。
【００５９】
水中底部に向かって下降して最終的にこの底部に接触するときに、上向きにされた物体は次いで、それ自体の重量の影響下で上記底部にさらに進入することができる。しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、物体を水中底部へ打ち込むための手段をさらに含む。したがって、それ自体知られている油圧ハンマリングユニットを利用することによって、掘削によって、または他の適切な技術によって、モノパイルを底面へ打ち込むことが可能である。好ましい方法において、物体が水中底部へ打ち込まれている間、物体は把持ツールによって支持される。
【００６０】
本発明による他のさらなる改善された装置は、騒音軽減システム（ＮＭＳ）を装備した把持ツールを含む。この実施形態は、物体を水中底部へ打ち込む間の騒音公害を低減することが必須である状況において有用であり得る。把持ツールには、このようなＮＭＳを用いることを可能にする適切なインターフェースが設けられている。ＮＭＳが把持ツールに接続されている実施形態が好ましいが、ＮＭＳは、把持ユニットの近くの水中へ持ち込まれるべき別個の構造として提供することもできる。把持ツールに接続されているとき、物体が把持ツールおよびＮＭＳに入ることを可能にするため、ＮＭＳは好ましくは開放可能である。
【００６１】
この装置は、添付の特許請求の範囲において説明される方法に従って、船舶、好ましくは浮遊船舶のデッキから水中底部内へモノパイル基礎を提供するのに特に有用である。
【００６２】
この特許出願に記載された発明の実施形態は、これらの実施形態の任意の可能な組合せで組み合わせることができ、各実施形態は、分割特許出願の主題を個別に形成することができるということが明示的に述べられる。
【００６３】
以下の図面を参照して、特にこれらに限定されることなく、本発明を次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態による装置が設けられた浮遊船舶の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による上向けツールおよび把持ユニットを備える装置の概略斜視図である。
【図３Ａ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図３Ｂ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図３Ｃ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図３Ｄ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図３Ｅ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図３Ｆ】動作の異なる段階中の図２の実施形態の概略斜視図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による把持ツールの概略斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による把持ツールの概略斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による把持ツールの概略斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による把持構造において用いられる距離保持要素の概略斜視図である。
【図６Ａ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｂ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｃ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｄ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｅ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｆ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｇ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｈ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｉ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｊ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｋ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｌ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｍ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｎ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【図６Ｏ】発明された方法の一実施形態による動作の異なる段階を概略的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による装置１が装備された船舶１０が示されている。装置１は、長手方向軸４０を有するモノパイル４を水中５の底部内へ提供するために用いられる。たとえば多数の移行ピース６およびモノパイル４のような、配置されるべきコンポーネントを、船舶１０の作業デッキに提供することができる。船舶１０の作業デッキはさらに、ベース７２上で鉛直軸周りで回動可能に設けられた、クレーン７の形態の持ち上げ手段を支持する。クレーン７には、吊り上げケーブル７０が設けられ、そしてその自由外端に、フックを備えた吊り上げブロック７１が設けられ、吊り上げブロック７１から、使用時、モノパイル４を、モノパイル４の上端に設けられた持ち上げ点４６で吊り下げることができる。
【００６６】
船舶１０には、それ自体知られている、ダイナミックポジショニングおよび／または係留システム（図示せず）が装備されている。
【００６７】
装置１の一実施形態が、より詳細に図２に示されている。装置１は、船舶１０の縁部１０ａに接続されるとともに、第１の周囲部分４ａに係合してモノパイル４の下端４ｃを支持するように構成された上向けツール２を含む。以下でより詳細に説明するように、上向けツール２は、モノパイル４を上向きにすることができるピボットを提供する。装置１はまた把持ツール３を含み、これも船舶１０の縁部１０ａに接続されている。把持ツール３は、図６Ｅから図６Ｍに示すように、モノパイル４の第２の周囲部分４ｂに係合するように構成されている。図示のように、第１の周囲部分４ａおよび第２の周囲部分４ｂは、モノパイル４の長手方向４０においていくらかの距離４１にわたって離間している。第１および第２の周囲部分（４ａ、４ｂ）は、持ち上げ点４６からゼロでない距離に配置されている。
【００６８】
把持ツール３は、上向き位置にあるモノパイル４の第２の周囲部分４ｂを実質的に水平な面において船舶１０に対して並進させるように構成された多数の油圧ピストンシリンダ３５（図４参照）を含むアクチュエータシステムを含む。波の作用の結果としての船舶１０の運動が、以下でより詳細に示すように、これによって補償される。
【００６９】
船舶１０の作業デッキ１０ｂには一対のスキッドレール（２１０、３１０）が設けられている。スキッドレール２１０は、図６Ａから図６Ｉに示す船外位置から、図６Ｋから図６Ｏに示す船内位置まで、上向けツール２を持ってくるため、船舶１０に関連する（ｘ、ｙ）座標系におけるｙ軸に平行な横（船を横切る）方向に上向けツールを並進させるために用いられる。スキッドレール３１０は、たとえば図４Ｂに示す船外位置から、図４Ｃに示す船内位置まで、把持ツール３を持ってくるため、船舶１０の縁部１０ａに平行に延在する船舶のｘ軸周りに把持ツール３を回転させるために用いられる。船舶の座標系におけるｘ軸は、船舶１０の船体中央方向に平行に延在する。
【００７０】
船舶１０の作業デッキ１０ｂに立っている人５０が、装置１の大きさを示す。
【００７１】
装置１により、浮遊船舶１０からの真っすぐな杭打ちが可能になる。上向けツール２は、モノパイル４の上向けのために構成され、モノパイル４を実質的に水平な輸送位置（図１に示すような）から実質的に鉛直な配向にする。上向けツール２は、図示の実施形態において、把持ツール３と合致して配置され、モノパイル４を制御下に保つ際に把持ツール３と協働し、下降中のモノパイル４の振動を防止する。上向けツール２および把持ツール３の作業は、両ツール（２、３）において受容されるべきモノパイルの長手方向４０において合わせられる。しかしながら、所望であれば、両ツール（２、３）は合致させずに用いることもできる。
【００７２】
図３Ａから図３Ｆを参照すると、上向けツール２は、上向けツール２に受容されたときのモノパイル４の長手方向４０において離間した２つの相互接続リング構造（２０、２１）を有する。リング（２０、２１）は、長手方向リブ２２によって相互接続されてケージ状構造を共に形成し、この中にモノパイル４を受容することができる。リング構造（２０、２１）は、たとえば図３Ｂに示すように、ヒンジ２３周りに回転することによって開放可能および再閉鎖可能である。モノパイル４は、装填され、そして上向けケージ状構造（２０、２１、２２）から解放することができ、これはこの目的のために設けられた油圧シリンダ２７でケージドアを開くことによって行われる。ロックシリンダを用いて、上向け中、ケージ状構造のドアを拘束することができる。
【００７３】
上向けケージ状構造（２０、２１、２２）は、スキッドレール２１０に沿って摺動可能なハングオフフレーム２８によって支持されている。ケージ状構造（２０、２１、２２）は、上向けツール２に受容されたときのモノパイル４の長手方向４０に対して横方向に延在する軸４１周りの自由回転を可能にするヒンジ２９によってハングオフフレーム２８に接続されている。ハングオフフレーム２８は、スキッドシステム２１０によって船内へ移動することができ、（低容量）油圧シリンダによって動作するロックピンによって所定の位置にロックされる。ヒンジ２９周りの、船舶（またはハングオフフレーム２８）に対する上向けフレーム２の回転は、ケージ状構造（２０、２１、２２）の各側にハングオフフレーム２８とヒンジ２９に設けられたヨークとの間に配置された一対の油圧シリンダ２９ａによって駆動される。油圧シリンダ２９ａは、アクチュエータシステムを含む油圧回路の一部である。モノパイル４が実質的に鉛直位置へと上向きになるとき、上向けツール２はピボット２９周りで回転する。動作のこのフェーズ中、アクチュエータシステムは通常、上向けツール２に作用して、船舶１０に対する係合されたモノパイル４の移動を減衰することによってこの移動を制御するように構成されている。動作のこのフェーズにおいて、アクチュエータシステムは、受動モードで動作すると言われる。他の一実施形態において、能動的制御も可能である。
【００７４】
ケージ状構造（２０、２１、２２）は、モノパイル４の第１の周囲部分４ａの周りに提供されてモノパイル４を保持する。リング構造（２０、２１）にはさらに複数の案内アーム２４が設けられ、案内アーム２４は、ケージ状構造（２０、２１、２２）に提供されたモノパイル４の長手方向４０に対してほぼ垂直な横断面において延在する。案内アーム２４は、その詳細図を図５に示すが、周囲部分４ａから距離を置いた後退位置と、周囲部分４ａに係合する伸長位置と、の間で、この横断面において移動可能である。案内アーム２４の係合端で、アームには、使用中、係合されたモノパイル４のｚ方向（船舶１０の上下揺れに対応する鉛直方向）における比較的邪魔されない移動を可能にするローラ２４ａと、使用中、船舶１０の左右揺れに対応する、モノパイル４の長手方向４０に平行な軸周りでの係合されたモノパイル４の比較的邪魔されない回転を可能にするローラ２４ｂと、が設けられている。
【００７５】
上向けツールにはさらに、モノパイル４の下端４ｃを吊り下げ位置において支持するための手段が装備されている。この手段は、たとえば図２に示すように、モノパイル４の長手方向４０に延在するとともに、長手方向４０を横切る平面において延在して下端４ｃに係合することができるフック２６が設けられた、入れ子式伸長可能アーム２５を含むことができる。図３Ｆを参照すると、フック２６は、アーム２５の端部周りで、モノパイル４の下端４ｃを解放する位置まで回動することができる。フック２６はたとえば油圧シリンダによって開くことができる。図３Ｃおよび図３Ｄは、アーム２５の長さを入れ子式に調整して、異なるモノパイルサイズを収容することができるということを示す。入れ子式フック２６は、換言すれば、モノパイルの異なる突き刺し長さを収容するように調整することができる。上向けのため、フック２６は機械的にロックすることができる。入れ子式フック２６は、上向け中、モノパイル４の底端部４ｃを拘束するために用いられる。入れ子式フック２６は、詳細には示していないが、スキッドシリンダおよび２つのロックシリンダによってそれぞれ動作する。
【００７６】
上向けツール２の目的は、上向け中、モノパイル４の底端部４ｃを支持および拘束することである。モノパイル４の上向き後、パイル４は通常、把持ツール３によって捕捉され、ここで上向けツール２のケージ状構造（２０、２１、２２）が開かれてモノパイル４が解放される。モノパイル４を解放した後、上向けツール２は、一対のスキッドレール２１０に沿って上向けツール２を船内へ滑らせることによってその船内位置に戻すことができる。
【００７７】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、把持ツール３の一実施形態が示されている。把持ツール３は、モノパイル４の第２の周囲部分４ｂに係合するための把持ユニット３０と、把持ユニット３０のための支持フレーム３１と、を含む。支持フレーム３１は、船舶１０の作業デッキ１０ｂに設けられるとともに縁部１０ａに沿って延在する軸周りの回転を可能にする多数のヒンジ３２によって船舶１０の縁部１０ａに回動可能に接続されている。このような接続により、図４Ｃに示すような船内位置と図４Ｂに示すような船外位置との間で把持ツール３を移動させることが可能になる。
【００７８】
支持フレーム３１は、摺動フレーム３８および折り畳みフレーム３９を形成する多数のブレースをさらに含む。摺動フレーム３８は、把持ユニット３０を所定の位置に保つことを目的とする。補償中、把持ユニット３０は、摺動フレーム３８と、把持ユニット３０に設けられた摺動インターフェース６１と、の間に延在する油圧シリンダ６０を作動させることによって摺動フレーム３８上を摺動する。摺動フレーム３８は、ヒンジ３２で折り畳みフレーム３９に接続され、油圧シリンダ６２の作動によって折り畳みフレーム３９に対して移動することができる。折り畳みフレーム３９は、動作中、摺動フレーム３８を船外に配置するために用いられる。折り畳みフレーム３９はさらに、ヒンジ３２によって作業デッキ１０ｂに接続されている。折り畳みフレーム３９は、図４Ｃに示すように、把持ツール３のスキッドシステム３１０を利用して作業デッキ１０ｂ上へ折り畳むこともできる。折り畳みフレーム３９は、折り畳みフレーム３９とスキッドレール３１０との間に設けられたブレース６３を後方へ滑らせることによって下げられる。
【００７９】
把持ユニット３０は、メインフレーム要素３３と、メインフレーム要素３３にヒンジ接続された、モノパイル４が把持ユニット３０の内側に装填された後、所定の位置にロックされる２つのフレームアーム要素（３７ａ、３７ｂ）と、を含む案内リングとして形成されている。案内リングのアーム要素（３７ａ、３７ｂ）は、メインフレーム要素３３とアーム（３７ａ、３７ｂ）との間にそれぞれ設けられた油圧シリンダ（３５ａ、３５ｂ）によって作動する。アーム要素（３７ａ、３７ｂ）は、アーム（３７ａ、３７ｂ）における穴（３６ａ、３６ｂ）を通して設けられるとともに、たとえば油圧シリンダによって挿入されたピンによってロックすることができる。
【００８０】
上向けツール２のように、メインフレーム要素３３およびアーム（３７ａ、３７ｂ）には複数の案内アーム３４が設けられ、案内アーム３４は、把持ユニット３０の周囲に沿って設けられるとともに、把持ユニット３０に提供されたモノパイル４の長手方向４０に対してほぼ垂直な横断面において延在する。案内アーム３４は、図５を参照して上述した案内アーム２４と同じであり得る。案内アーム３４（ローラボックスとも呼ばれる）は、モノパイル４を把持ユニット３０内の中央位置に維持するために用いられる。油圧シリンダは、ローラボックスの内側に配置され、ローラ３４ａを押し出す、または引き込むことによって把持ユニット３０における支持直径を調整する。追加の（水平）配向ローラ３４ｂをモノパイル４に押し付けて、モノパイルを鉛直（船首揺れ）軸に対して所望の配向に配置することができる。図４には４つのローラが描かれているが、ローラの総数は随意に選択することができ、モノパイル４の支持の必要性に応じて、４つより多く、たとえば６つまたは８つ、またはさらに多くすることもできる。
【００８１】
アクチュエータシステムは、少なくとも油圧ピストンシリンダユニット（６０、６２）、および好ましくは、油圧回路（図示せず）に適切に組み込まれた油圧シリンダ２９ａも含む。油圧シリンダ６２により、把持ユニット３０を、したがって、把持ユニット３０に提供された上向きにされたモノパイル４の第２の周囲部分４ｂを、実質的に水平な平面において船舶１０に対して並進させることが可能になり、これによってこの平面における船舶運動を補償する。ｘおよびｙ方向における並進は、ヒンジ３２周りでの回転によって引き起こされる。これは、把持ツール３が、船舶１０のデッキ１０ｂに対して垂直に延在する軸周りで船舶１０の縁部１０ａに回動可能に接続されているためである。水平面とは、水中底部に、またはあるいは水面に実質的に平行に延在するとして定義される。
【００８２】
油圧ピストンシリンダユニット（６０、６２）には、ピストンシリンダに存在する油圧液用のスロットル手段を設けることができ、これによって船舶１０に対する把持ツール３の移動を減衰するように構成された移動減衰手段として作用することが可能になる。これらは任意選択で冷却することができる。
【００８３】
油圧ピストンシリンダユニット（６０、６２）を少なくとも含むアクチュエータシステムは、水平面、すなわち水中底部に対して平行に延在する平面において、水中底部に対して実質的に固定された位置に上向きにされたモノパイル４の第２の周囲部分４ｂを保持するように構成することができる。これは、アクチュエータシステムによって上記水平面において船舶１０に対して把持ツール３を並進させることによって達成することができる。さらに、鉛直軸に対する上向きにされたモノパイル４の傾斜を測定するように構成されたセンサシステム（図示しないが、それ自体知られている）が提供され、センサシステム出力は、鉛直方向からの許容偏差内に傾斜角を保つため、アクチュエータシステムのための制御信号を生成するために用いられる。傾斜計のような角度測定システムはそれ自体知られており、任意の適切なタイプを用いることができる。傾斜計以外の手段によって傾斜角を測定することも可能であり、好ましい。たとえば、物体の上端および底端の位置測定によって物体の傾斜を導出し、水中底部に対して決定されたこれらの２つの位置から傾斜を導出することが可能である。
【００８４】
この装置にはさらに、油圧ハンマリングユニットのような、上向きにされたモノパイル４を水中底部へ打ち込むための手段を装備することができる。騒音軽減システム（ＮＭＳ）を、好ましくは把持ユニットに取り付けて、用いることもできる。
【００８５】
発明された装置１は、浮遊船舶１０のデッキから水中底部内へモノパイル４を提供するための方法において有利に用いることができる。
【００８６】
図６Ａから図６Ｏを参照すると、この方法はいくつかのステップを含むことができる。これらは通常次のようであり得る。
【００８７】
第１のステップにおいて、上向けツール２のケージが開かれ、モノパイル４の装填のために準備される（図６Ａ）。上向けツール２のケージは、この段階において実質的に水平に配向されている。入れ子式伸長可能アーム２５がモノパイル４の長手方向４０において延在し、モノパイル４の下端４ｃを支持するように構成されたフック２６は閉じている。
【００８８】
モノパイル４が次いで、クレーン７の形態の持ち上げ手段によって取り上げられ、その下端面４ｃが閉じたフック２６に到達するまで、上向けツール２の内側に装填される。あるいは、モノパイル４が上向けツール２の内側に装填された後、フック２６を下端面４ｃの方へ持っていくこともできる。上向けツール２のケージを閉じて、上向けツール２のケージ内にモノパイル４を装填および保持する（図６Ｂ）。モノパイル４は、船舶１０の作業デッキ１０ｂに対してほぼ平行な、実質的に水平な位置に配向されている。
【００８９】
図６Ｃに示すように、アーム（３７ａ、３７ｂ）を外向きに回転させることによって把持ツール３の把持ユニット３０が開かれ、モノパイル４がクレーン７によって上向きにされる。これにより、上向けツール２の、ハングオフフレーム２８を介して船舶１０に接続しているそのピボット２９周りでの自由回転が起きる。この実施形態において、モノパイル４に把持ユニット３を通過させるため、把持ツール３の開放が要求される。
【００９０】
モノパイル４は、鉛直方向に比較的近い、特定の傾斜角度に達するまで、クレーン７および上向けツール２で上向きにされる（図６Ｄ）。
【００９１】
モノパイル４を実質的に鉛直な方向に近づけるため、図６Ｅに示すように、把持ツール３の把持ユニット３０は、モノパイル４の第２の周囲部分４ｂの周りでアーム（３７ａ、３７ｂ）を回転させることによって閉じられる。
【００９２】
モノパイル４は、図６Ｆに示すように、実質的に鉛直な位置に配置されるまでさらに上向きにされる。把持ツール３の把持ユニット３０は、上向けのこの最後の段階中に追加の安定性を提供する。
【００９３】
図６Ｇは、入れ子式フック２６が開かれ、少なくともｚ軸に対してほぼ平行な鉛直方向において、モノパイル４を上向けツール２から取り除く次のステップを示す。モノパイル４はここで、クレーン７にのみ吊り下げられている。
【００９４】
フック２６を備えた入れ子式アーム２５は上向けツール２のケージ内に引き込まれてモノパイル４はさらに降ろされ、把持ユニット３および上向けツール２の両方によって案内が提供され、ケージはモノパイル４の周りでまだ閉じている（図６Ｈ）。
【００９５】
水中底部表面の真上の位置までモノパイル４を降ろした後、上向けツール２のケージを開いてモノパイル４を少なくとも上向けツール２から解放する。このステップを図６Ｉに示す。
【００９６】
ここで図６Ｊを参照すると、上向けツール２は、船舶１０とのそのヒンジ接続部周りで作業デッキ１０ｂに向かって回転し、スキッドレール２１０に沿って船舶１０のデッキ上の静止位置まで並進する。
【００９７】
モノパイル４は次いで、図６Ｋに示すように、モノパイル４を水中底部内へ突き刺す前に、ローラボックス３４のローラ３４ｂを用いることによって船首揺れ矢印の方向にその長手方向軸４０周りで配向される。ローラ３４ｂが第２の周囲部分４ｂにおいてモノパイル４の表面に接触するよう、把持ツール３の把持ユニット３０は明らかにモノパイル４の周りにまだ提供されている。
【００９８】
図６Ｌを参照すると、モノパイル４は次いで、水中底部との接触点がモノパイル４用のヒンジを形成するまで、好ましくはそれ自体の重量下で、底部へさらに打ち込まれる。この位置において、アクチュエータシステムおよび特に油圧ピストンシリンダ（６０、６２）は、水中底部にさらに進入する間、実質的に鉛直な位置にモノパイル４を持ってきて保持するため、把持ユニット３０およびこのユニットによって捕捉された第２の周囲部分４ｂを水平面において並進させることによって能動的になる。アクチュエータシステムは好ましくは、傾斜または位置センサの出力から生じる信号に応答して動作する。アクチュエータシステムは、モノパイル４の第２の周囲部分４ｂを水中底部に対して安定した位置に保つ際に動作可能であり、これによって水平面における船舶移動を補償する。モノパイル４の下端４ｃの目標位置は、ダイナミックポジショニングシステムで船舶１０の位置、クレーン７の位置、および把持ユニット３０の位置を測定することによって決定することができる。
【００９９】
図６Ｍに示す次のフェーズにおいて、モノパイル４が海底へ打ち込まれる一方、把持ツール３およびアクチュエータシステムはその運動補償動作を継続する。
【０１００】
モノパイル４がその所望の程度まで水中底部に進入すると、図６Ｎに示すように、ハンマリングが中断され、アーム（３７ａ、３７ｂ）を後退させることによって把持ツール３を開く。ハンマーが把持ツール３の高さレベルに達しようとしているときに把持ツール３を開くこともできる。この状況において、モノパイル４は通常、その最終的な所望の進入深さに達していなくても、把持ツール３によって支持されなくても十分に安定することになる。
【０１０１】
把持ユニット３は次いで、ほぼ鉛直位置に達するまで、船舶の作業デッキ１０ｂに向かって把持ユニット３を回転させることによって静止位置へともたらされる（図６Ｏ）。船舶１０は次いで、他の場所へと帆走することができ、上述のステップを繰り返して他のモノパイル４を水中底部内へ提供することができる。
【０１０２】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、以下に添付の特許請求の範囲内に収まる限りにおいて、その変形例も含む。
【符号の説明】
【０１０３】
１  装置
２  上向けツール
３  把持ツール
４  モノパイル
４ａ  第１の周囲部分
４ｂ  第２の周囲部分
４ｃ  下端
５  水中
６  移行ピース
７  クレーン
１０  船舶
１０ａ  縁部
１０ｂ  作業デッキ
２０  リング構造
２１  リング構造
２２  リブ
２３  ヒンジ
２４  案内アーム
２４ａ  ローラ
２４ｂ  ローラ
２５  アーム
２６  フック
２７  油圧シリンダ
２８  ハングオフフレーム
２９  ヒンジ
２９ａ  油圧シリンダ
３０  把持ユニット
３１  支持フレーム
３２  ヒンジ
３３  メインフレーム要素
３４  案内アーム
３４ａ  ローラ
３４ｂ  ローラ
３５ａ  油圧シリンダ
３５ｂ  油圧シリンダ
３６ａ  穴
３６ｂ  穴
３７ａ  アーム要素
３７ｂ  アーム要素
３８  摺動フレーム
３９  折り畳みフレーム
４０  長手方向
４１  距離
４１  軸
４６  持ち上げ点
５０  人
６０  油圧シリンダ
６１  摺動インターフェース
６２  油圧シリンダ
６３  ブレース
７０  吊り上げケーブル
７１  吊り上げブロック
７２  ベース
２１０  スキッドレール
３１０  スキッドレール
【図１】
2021512831.tif 000003
【図２】
2021512831.tif 000004
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2021512831.tif 000006
【図３Ｃ】
2021512831.tif 000007
【図３Ｄ】
2021512831.tif 000008
【図３Ｅ】
2021512831.tif 000009
【図３Ｆ】
2021512831.tif 000010
【図４Ａ】
2021512831.tif 000011
【図４Ｂ】
2021512831.tif 000012
【図４Ｃ】
2021512831.tif 000013
【図５】
2021512831.tif 000014
【図６Ａ】
2021512831.tif 000015
【図６Ｂ】
2021512831.tif 000016
【図６Ｃ】
2021512831.tif 000017
【図６Ｄ】
2021512831.tif 000018
【図６Ｅ】
2021512831.tif 000019
【図６Ｆ】
2021512831.tif 000020
【図６Ｇ】
2021512831.tif 000021
【図６Ｈ】
2021512831.tif 000022
【図６Ｉ】
2021512831.tif 000023
【図６Ｊ】
2021512831.tif 000024
【図６Ｋ】
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【図６Ｌ】
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【図６Ｍ】
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【図６Ｎ】
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【図６Ｏ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月2日(2020.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための装置であって、
前記物体を前記物体の持ち上げ点で取り上げ、前記物体を前記水中底部に配置するように構成された持ち上げ手段と、
前記船舶の縁部に接続されるとともに、第１の周囲部分に係合し、前記持ち上げ手段から吊り下げられたときに前記物体を前記長手方向において支持するように構成され、これによって前記物体を上向きにすることができるピボットを提供する、上向けツールと、
前記船舶の縁部に接続されるとともに、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第２の周囲部分に係合するように構成される把持ツールであって、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において任意選択で離間される、把持ツールと、
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御するように構成されるアクチュエータシステムであって、前記制御は、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの前記少なくとも１つの前記移動の減衰を少なくとも含む、アクチュエータシステムと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において離間される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アクチュエータシステムは、前記把持ツールに作用するとともに、実質的に水平な平面において前記船舶に対して前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を並進させるように構成され、これによって船舶運動を補償する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記アクチュエータシステムは、水平面において（前記水中底部に対して平行に延在する平面において）前記水中底部に対して実質的に固定された位置に前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を保持するように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
鉛直軸に対する前記上向きにされた物体の傾斜を測定するように構成されたセンサシステムをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記センサシステムの出力に応答して、前記アクチュエータシステムのための制御信号を生成するように構成された制御システムをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記船舶は、浮遊船舶であり、ダイナミックポジショニング（ＤＰ）システムまたは係留システムを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記制御システムは、前記把持ツールと前記船舶に提供された前記ダイナミックポジショニング（ＤＰ）コントローラとの間にインターフェースを含み、前記インターフェースは、前記把持ツールから前記ＤＰコントローラへの力フィードフォワードループを任意選択で含む、請求項６を引用する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記把持ツールは、前記第２の周囲部分に係合するための把持ユニットと、前記把持ユニットのための支持フレームと、を含み、前記支持フレームは、前記船舶の前記縁部に接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記ツールを前記船舶の船内および船外に持っていくために、前記縁部に沿って延在する軸周りで前記船舶の前記縁部に回動可能に接続されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記把持ツールは、前記船舶の前記デッキに対して垂直に延在する軸周りで前記船舶の前記縁部に回動可能に接続されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータシステムは、前記水中底部に対して平行に延在する平面において前記船舶に対して前記把持ユニットを並進させるように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータシステムは、前記船舶と前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つとの間で作用するピストンシリンダユニットを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータシステムの移動減衰手段は、ピストンシリンダユニットと、前記ピストンシリンダに存在する油圧液のためのスロットル手段と、を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記把持ツールには、騒音軽減システムが設けられている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記物体の前記第１の周囲部分および／または前記第２の周囲部分の周りに提供される開放可能で再閉鎖可能なリング構造を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記リング構造には、前記物体の前記長手方向に対してほぼ垂直な横断面に延在するとともに、前記横断面において、前記周囲部分から距離を置いた後退位置と、前記周囲部分に係合する伸張位置と、の間で移動可能な複数の案内アームが設けられている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記複数の案内アームは、前記物体の前記長手方向における並進、および前記物体の前記長手方向に対して平行な軸周りでの回転のうちの少なくとも１つを可能にするように構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記上向けツールは、前記物体の前記長手方向において離間されて、ケージ状構造を形成する、２つの相互接続されたリング構造を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記上向けツールは、前記物体の下端に係合するフックが設けられた入れ子式伸長可能アームを含む、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の前記下端を支持するための手段を有する、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記持ち上げ点は、前記物体の上端を含み、前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つは、前記持ち上げ点から距離を置いて前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体に係合するように構成されている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記物体を前記水中底部へ打ち込むための手段をさらに備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記物体は、風力タービンのモノパイルを含む、請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
長手方向を有する大きく細長い物体を船舶のデッキから水中底部内へ提供するための方法であって、
ａ）物体と、請求項１から２３のいずれか一項に記載の装置と、を提供するステップと、
ｂ）前記物体を前記物体の持ち上げ点で前記持ち上げ手段により取り上げるステップと、
ｃ）前記物体を前記上向けツールの内側に持ち込み、前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第１の周囲部分を前記上向けツールに係合させるステップと、
ｄ）前記上向けツールがピボット周りで回転し、前記物体が、前記持ち上げ手段から吊り下げられたときに前記長手方向において前記上向けツールによって支持されている間、実質的に鉛直な位置へと前記物体を上向きにするステップと、
ｅ）前記持ち上げ手段から吊り下げられた前記物体の第２の周囲部分を前記把持ツールに係合させるステップであって、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分は、前記物体の前記長手方向において任意選択で離間される、ステップと、
ｆ）前記水中底部上および前記水中底部内へ前記物体を降ろすステップと、
ｇ）前記物体を前記装置から切り離すステップと、
を含み、
前記アクチュエータシステムは、前記上向けツールおよび前記把持ツールのうちの少なくとも１つに作用し、ステップｄ）およびステップｆ）のうちの少なくとも１つの間、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの移動を制御する、
方法。
【請求項２５】
前記アクチュエータシステムは、少なくともステップｄ）およびステップｆ）の１つの間、前記船舶に対する、前記第１の周囲部分および前記第２の周囲部分のうちの少なくとも１つの前記移動を減衰する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップｆ）は、実質的に水平な平面において前記船舶に対して前記上向きにされた物体の前記第２の周囲部分を並進させながら、前記水中底部上および前記水中底部内へ前記物体を降ろし、これによって船体運動を補償するステップをさらに含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【国際調査報告】
2021512831.tif 000030
2021512831.tif 000031
2021512831.tif 000032