(57)【要約】【課題】波の影響によって生ずる動揺の固有周期を変化させ、波の周期や付帯構造物等との共振を防ぐことのできる浮体構造物の動揺抑制方法と動揺抑制機構及びそれを用いた海水汲み上げ装置を提供する。【解決手段】海洋肥沃化装置１は、バラストタンク５１を備える本体部１０の上側に、バランスタンク５２を備える管塔部２０が立設されると共に、バラストタンク５１とバランスタンク５２の間を管路５３を介して送水する動揺抑制機構５０を備えており、バラストタンク５１とバランスタンク５２の間で水を移動させることによって、上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を変化させて共振の発生を防ぐ。【選択図】              図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮遊設置される浮体構造物において、
上下方向の重量バランスを変化させることによって重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を変化させて共振の発生を防ぐことを特徴とする浮体構造物の動揺抑制方法。
【請求項２】
水面に浮遊設置される浮体構造物において、
バランスウェイト部材と、該バランスウェイト部材を上下方向に移動させるウェイト移動手段とを備え、ウェイト移動手段によるバランスウェイト部材の上下方向の移動によって上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を変化させて共振の発生を防ぐように構成されていることを特徴とする浮体構造物の動揺抑制機構。
【請求項３】
上記浮体構造物はその下部にタンクを備え、
上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記タンクと前記バランスタンクを結んで配管された液体移動管路と、前記タンクと前記バランスタンク間で液体を移動駆動する液体移動手段と、により構成され、前記タンク内の液体を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物の動揺抑制機構。
【請求項４】
上記浮体構造物はその下部に注排水によって浮沈調整を行うバラストタンクを備え、
上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記バラストタンクと前記バランスタンクを結んで配管された送水管路と、前記バラストタンクと前記バランスタンク間で水を移動駆動する送水手段と、により構成され、前記バランスタンク内の水を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の浮体構造物の動揺抑制機構。
【請求項５】
上記バラストタンクと汲み上げ機構とを備える装置本体と、該装置本体に所定高さに立設され上記バランスタンクを備える塔部と、前記装置本体の下部に垂下接続された所定深度に至る取水管とを備え、
前記バラストタンクへの注排水による浮力調節によって、汲み上げ作用時には前記装置本体を運転時海面に位置させると共に、保守点検時には前記装置本体を保守点検時海面に位置させるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の浮体構造物の動揺抑制機構を用いた海水汲み上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋上等水面に浮上設置される浮体構造物の、波浪によって惹起される動揺を抑制する方法と機構及びそれを用いた海水汲み上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海上石油掘削設備や海上プラント等、水面に浮遊設置される浮体構造物では、波の周期と浮体構造物の振動の固有周期が一致すると、共振を生じて大きく動揺し、不安定となって危険であるため、設置海域において卓越する波の周期に対して浮体構造物の固有周期を予めずらすように設計される。また、付帯構造物との固有振動の共振も避ける必要がある。
【０００３】
しかし、波の周期は季節や天候によって一定ではないため、異なる周期の波に対する対策が必要となる。これは、曳航移動が可能で設置海域が特定されない浮体構造物においても同様である。
【０００４】
浮体構造物の波による動揺を抑制し得る構成としては、特許文献１に開示のごときものがある。
【０００５】
これは、水面下に浮遊する浮体に立設された水面を貫通する支柱体で作業台を支持して成る半潜水式海洋構造物において、支柱体の喫水線近傍の周囲に、底面が水面下に開口すると共に上面が蓋によって開閉可能な複数の空間室を形成し、個々の空間室の蓋を開閉操作することによって喫水線の形状を変化させ、入射波により発生する波強制力を減衰させて、海洋構造物の動揺を抑制しようとするものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２５３８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のごとく喫水線の形状を変化させる動揺抑制構成では、上下方向の動揺を抑制することは可能であるものの、構造物の重心を中心として前後又は左右に揺動する縦揺れ又は横揺れを抑制することはできないという問題がある。
【０００８】
動揺の固有周期と波の周期が一致すると、共振を生じて振幅が漸次増大し、最終的には転覆に至る危険がある。また、連結された付帯構造物等がある場合には、連結部の破損に至る虞もある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、特に波の影響によって生ずる縦揺れ及び横揺れの固有周期を変化させ、波の周期や付帯構造物等との共振を防ぐことのできる浮体構造物の動揺抑制方法と動揺抑制機構及びそれを用いた海水汲み上げ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成する本発明の浮体構造物の動揺抑制方法は、水面に浮遊設置される浮体構造物において、上下方向の重量バランスを変化させることによって重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を適正に変化させて共振の発生を防ぐことを特徴とする。
【００１１】
この方法では、上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させることで、重心と浮心の距離と相関関係にある縦揺れ及び横揺れの固有周期を変化させ、共振域外として動揺を抑制することができる。
【００１２】
また、浮体構造物の動揺抑制機構は、水面に浮遊設置される浮体構造物において、バランスウェイト部材と、該バランスウェイト部材を上下方向に移動させるウェイト移動手段とを備え、ウェイト移動手段によるバランスウェイト部材の上下方向の移動によって上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を適正に変化させて共振の発生を防ぐように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成により、ウェイト移動手段によってバランスウェイト部材を上下方向の移動させることで、上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、重心と浮心の距離と相関関係にある縦揺れ及び横揺れの固有周期を変化させ、共振域外として動揺を抑制することができる。
【００１４】
また、上記浮体構造物はその下部にタンクを備え、上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記タンクと前記バランスタンクを結んで配管された液体移動管路と、前記タンクと前記バランスタンク間で液体を移動駆動する液体移動手段と、により構成され、前記タンク内の液体を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、タンク内の水を送水手段によって液体移動管路を介して上部に配設されたバランスタンクに移送することで、全体の重量を変化させることなく上下方向の重量バランスを変化させ、浮体構造物の喫水位置を維持したまま固有周期を変化させることができる。
【００１６】
また、上記浮体構造物はその下部に注排水によって浮沈調整を行うバラストタンクを備え、上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記バラストタンクと前記バランスタンクを結んで配管された送水管路と、前記バラストタンクと前記バランスタンク間で水を移動駆動する送水手段と、により構成され、前記バランスタンク内の水を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、浮沈調整を行うバラストタンク内の水を送水手段によって送水管路を介して上部に配設されたバランスタンクに移送することで、全体の重量を変化させることなく上下方向の重量バランスを変化させ、浮体構造物の喫水位置を維持したまま固有周期を変化させることができる。
【００１８】
更に、上記浮体構造物の動揺抑制機構を用いた海水汲み上げ装置として、上記バラストタンクと汲み上げ機構とを備える装置本体と、該装置本体に所定高さに立設され上記バランスタンクを備える塔部と、前記装置本体の下部に垂下接続された所定深度に至る取水管とを備え、前記バラストタンクへの注排水による浮力調節によって、汲み上げ作用時には前記装置本体を運転時海面に位置させると共に、保守点検時には前記装置本体を保守点検時海面に位置させるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、大きな体積を有する装置本体が汲み上げ作用時には水面下所定深度に没水する運転時海面とすることによって波浪による影響を少なくして揺れを抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本願発明の実施の形態について説明する。
図１は本願発明に係る浮体構造物の動揺抑制方法を適用した海水汲み上げ装置の一構成例である海洋肥沃化装置の外観を示す正面図であり、図２はその縦断面図，図３（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図，図３（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２１】
図示海洋肥沃化装置１は、所定厚さの略円盤状を呈する装置本体としての本体部１０の上側に所定高さの塔部としての管塔部２０が立設されると共に、本体部１０の下側に取水管３０が接続され、また、縦揺れ及び横揺れの固有周期を波の周期からずらして共振による動揺を抑制する動揺抑制機構５０を備えて構成されている。そして、図１及び図２中に想像線で海面を示すように、深層水の汲み上げ放流運転時には本体部１０が没水した状態とされ、取水管３０を介して汲み上げた深層水と管塔部２０を介して取り入れた表層水を混合して周囲側方に密度流として放流・拡散し、人工的な湧昇流を形成するものである。また、保守点検時には本体部１０の上面が海面上に浮上した状態とされる。
【００２２】
次に、各部を詳細に説明する。
本体部１０は、中央の機器室１１の周囲にバラストタンク５１が配設されて構成されており、そのバラストタンク５１への注水量によって全体の浮力を調節し得るようになっている。
【００２３】
機器室１１は、制御装置等が設置される平面形状八角形の密閉可能な空間であって、中央に取水管路１４が縦に貫通配設されている。当該機械室１１の上側には、所定間隔離間して配設された流路板１５によって周方向全域に開口する所定厚さで円盤状の放流通路１６が形成されており、この放流通路１６の平面中心部に汲み上げ放流ポンプ４０が設けられている。
【００２４】
汲み上げ放流ポンプ４０は、上下に吸水口を備え、上部吸入口には塔管部２０（管状本体２１）の下端が接続されると共に、下部吸入口には機器室１１を貫通する取水管路１４が接続され、上下の吸入口からそれぞれ海水を吸入して混合し、周囲の放流通路１６に放流するように構成されている。
【００２５】
バラストタンク５１は、機器室１１と同一高さ（厚さ）で、機器室１１の外側全周に均等の幅で形成され、その内部は、隔壁によって機器室１１の外側の各辺と対応する台形のコンパートメント５１Ａ〜５１Ｈに分割されている。これらバラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈには、詳しくは後述する注排水回路によって注水・排水が行われるようになっている。また、このバラストタンク５１の底部には、万一取水管３０が欠損するような事態が生じても当該海洋肥沃化装置１の姿勢を安定的に保持するための固定バラスト１７が設けられている。
【００２６】
管塔部２０は、下端で汲み上げ放流ポンプ４０に接続された所定径で所定長さの管状本体２１の上端に、管状本体２１より大径のアッパーデッキ２２が設けられて構成されている。管状本体２１の所定高さの部位には、表層水取水口２１Ａが開口形成されている。
【００２７】
アッパーデッキ２２は、発電装置等を収容する上部機械室２２Ａとその下側の所定容量のバランスタンク５２が一体に構成されている。このバランスタンク５２は、管状本体２１の内部に配設された管路５３を介してバラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈと接続されている。
【００２８】
取水管３０は、所定径で所定長さの管状であって、その上端が本体部１０の下部に接続されて、取水管路１４に連通している。その下端は、取水する深層水域（例えば水深２００ｍ以深）に達するように設定されている。
【００２９】
動揺抑制機構５０は、バラストタンク５１と、管塔部２０のアッパーデッキ２２に設けられたバランスタンク５２と、それらに注水又はそれらから排水する送水管路としての管路５３及び図示しない制御装置とにより構成されている。
【００３０】
バラストタンク５１及びバランスタンク５０への注水・排水の管路５３は、図４にその回路図を示すように構成されている。
【００３１】
即ち、管路５３は、取水管路１４に開口する吸入口と外部排出口とを繋いで配管された主管路５３Ａに、バランスタンク５２に至るバランス調整管路５３Ｂと、バラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈに至る各支管路５３Ｃ〜５３Ｆがそれぞれ接続されると共に、バランス調整管路５３Ｂに送水ポンプ５４が介設され、更に、バランス調整管路５３Ｂの送水ポンプ５４の下流側と主管路５３Ａの排水口近傍がバイパス管路５３Ｃで接続されて構成されている。また、主管路５３Ａのバランス調整管路５３Ｂが分岐する前後，バランス調整管路５３Ｂのバイパス管路５３Ｃが分岐する前後及び主管路５３Ａのバイパス管路５３Ｃが合流する前後にそれぞれ制御弁５５が介設されると共に、各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈに至る各支管路５３Ｃ〜５３Ｆにもそれぞれ制御弁５５が介設されている。送水ポンプ５４と各制御弁５５は、機器室１１に設けられた制御装置によって駆動制御される。尚、本構成例では、バラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈは、隣接する二室で一組となっている。
【００３２】
これにより、制御装置による送水ポンプ５４と各制御弁５５の駆動制御によって、バラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈへの注水と、各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈからの排水と、バラストタンク５１内の海水のバランスタンク５２への移動と、バランスタンク５２からの排水とを行うことができる。そして、バラストタンク５１の各コンパートメント５１Ａ〜５１Ｈの個別の注水・排水によって当該海洋肥沃化装置１の全体の浮力の調節と傾きを調整することができると共に、バラストタンク５１の内の海水をバランスタンク５２に移動することで当該海洋肥沃化装置１の上下方向の重量バランスを変化させることができるようになっている。
【００３３】
上記のごとき構成の動揺抑制機構５０は、バラストタンク５１内の海水をバランスタンク５２に移動させることで、縦揺れ及び横揺れの固有周期を波の周期や付帯構造物である取水管３０と共振しないように変化させて動揺抑制を行う。
【００３４】
つまり、重心と浮心との距離（メタセンタ高さ：ＧｏＭ）を変えた複数例におけるピッチングの周期と振幅の関係を示すグラフである図５に示すように、例えばピッチングの固有周期は重心と浮心の距離と反比例する相関関係にある（重心と浮心の距離が小さくなるとピッチングの固有周期は長くなる）ため、バラストタンク５１とバランスタンク５２の間で海水を移動させて当該海洋肥沃化装置１の重心位置を上下に移動させることによって重心と浮心との距離を変化させてピッチングの固有周期を波の周期や取水管３０の固有振動と共振を生じないように設定することで、縦揺れ及び横揺れの共振を防いで動揺を抑制することができるものである。
【００３５】
例えば、図５において、ＧｏＭ＝１ｍでは周期：１４秒の波に対して共振を生ずるが、これをＧｏＭ＝０．５ｍに変化させることで共振を回避することができる。
【００３６】
重量バランスの変化は、バラストタンク５１とバランスタンク５２の間の海水の移動によって行われるものであるため全体としての重量変化はなく、海洋肥沃化装置１は浮沈することなく所定の喫水位置を保つことができる。
【００３７】
ここで、設置海域が特定されてその海域において卓越する波の周期が解っていれば、海洋肥沃化装置１の固有周期を予め共振しないように設定することができる。ところが、本構成例のように、縦に長く本体部１０が水面下所定深度に没水する位置と水面に浮上する位置との間を浮沈移動し、且つ、その際に喫水が放流通路１６を通過するために水線面積が大きく変化するものでは、その浮沈移動時における安定性保持のために浮心と重心の距離はできるだけ大きく設定することが望ましい。しかしその一方、本体部１０が所定深度に位置する作業時も浮心と重心の距離がそのままでは固有周期が波の周期と一致してしまうことが生じ得る。このような場合、固有周期を変化させて共振を防ぐことができる。つまり、沈降及び浮上はバラストタンク５１のみに注水して安定性の高い状態で行い、作業時にはバラストタンク５１からバランスタンク５２に注水して共振を防ぐ任意の固有周期に設定することができるものである。例えば、図２中において、浮心：ＢＣに対し、沈降及び浮上時には重心：ＧＣ１とすると共に、作業時には重心：ＧＣ２に変化させて共振を防ぐものである。
【００３８】
上記のごとく構成された海洋肥沃化装置１は、固定バラスト１７及び取水管３０の重量によってその中心軸を鉛直とした姿勢で海面に浮遊し、チェーン等の係留索２によって海底に係留されて所定海域に設置される。
【００３９】
そして、深層水の汲み上げ放流運転時には、バラストタンク５１への注排水による浮力調節によって、放流通路１６が有光層内の所定放流深度（例えば水深３０ｍ）に位置するよう浮遊配置され、汲み上げ放流ポンプ４０の駆動によって管塔部２０から取り入れた表層水と取水管３０を介して汲み上げた深層水とを混合して放流通路１６から周囲に放流する。放流された深層水は、有光層内を密度流として水平に拡散し、その有する栄養によって植物プランクトンの増殖を促し、その結果、自然環境下で漁場を造成することができる。
【００４０】
このように、大きな体積を有する本体部１０が運転時には水面下所定深度に没水することにより、水線面積を極めて小さくできるために波浪による影響を少なくして揺れを抑制することができる。また、波の周期が当該海洋肥沃化装置１の固有周期と共振する虞のある時は、動揺抑制機構５０によってバラストタンク５１とバランスタンク５２の間で海水を移動させて固有周期を変化させて共振を防ぐことができ、安定した設置が可能となると共に、本体部１０と取水管３０の接合部等構造に作用する負荷を小さくできるために高い安全性を有するものを小型軽量に低コストで構築できるものである。
【００４１】
一方、保守点検時は、バラストタンク５１から排水して浮力を増大させて、本体部１０の上面が水面上となるように浮上させて行うことができる。
【００４２】
尚、上記構成例は、本願を海水汲み上げ装置に適用したものであるが、これに限らず他の浮体構造物にも適用可能である。また、上記動揺抑制機構の構成例は、バラストタンク５１とバランスタンク５２の間で水を移動させて上下方向の重量バランスを変化させるものであるが、重量バランスを変化させる構成はこれに限るものではなく、例えば、バランスタンク５２に外部から独立して注水すると共に、バラストタンク５１から同期して排水するように構成する等、適宜変更可能なものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る浮体構造物の動揺抑制方法は、水面に浮遊設置される浮体構造物において、上下方向の重量バランスを変化させることによって重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を変化させて共振の発生を防ぐことを特徴とする。
【００４４】
これにより、上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させることで、重心と浮心の距離と相関関係にある縦揺れ及び横揺れの固有周期を共振域外に変化させ、動揺を抑制することができる。
【００４５】
また、浮体構造物の動揺抑制機構は、水面に浮遊設置される浮体構造物において、バランスウェイト部材と、該バランスウェイト部材を上下方向に移動させるウェイト移動手段とを備え、ウェイト移動手段によるバランスウェイト部材の上下方向の移動によって上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、固有周期を変化させて共振の発生を防ぐように構成されていることを特徴とする。
【００４６】
この構成によれば、ウェイト移動手段によってバランスウェイト部材を上下方向の移動させることで、上下方向の重量バランスを変化させて重心と浮心との距離を変化させ、重心と浮心の距離と相関関係にある縦揺れ及び横揺れの固有周期を共振域外に変化させ、動揺を抑制することができるものである。
【００４７】
また、上記浮体構造物はその下部にタンクを備え、上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記タンクと前記バランスタンクを結んで配管された液体移動管路と、前記タンクと前記バランスタンク間で液体を移動駆動する液体移動手段と、により構成され、前記タンク内の液体を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする。
【００４８】
この構成によれば、浮体構造物の下部に備えられたタンク内の水を送水手段によって液体移動管路を介して上部に配設されたバランスタンクに移送することで、全体の重量を変化させることなく上下方向の重量バランスを変化させることができ、浮体構造物の喫水位置を維持したまま固有周期を変化させて共振を防ぎ、動揺を抑制することができるものである。
【００４９】
また、上記浮体構造物はその下部に注排水によって浮沈調整を行うバラストタンクを備え、上記ウェイト移動手段は、前記浮体構造物の上部に配設されたバランスタンクと、前記バラストタンクと前記バランスタンクを結んで配管された送水管路と、前記バラストタンクと前記バランスタンク間で水を移動駆動する送水手段と、により構成され、前記バランスタンク内の水を上記バランスウェイト部材として用いるように構成されていることを特徴とする。
【００５０】
この構成によれば、浮沈調整を行うバラストタンク内の水を送水手段によって送水管路を介して上部に配設されたバランスタンクに移送することで、全体の重量を変化させることなく上下方向の重量バランスを変化させ、浮沈調整された所定の喫水位置を維持したまま固有周期を変化させて共振を防ぎ、動揺を抑制することができるものである。
【００５１】
更に、上記浮体構造物の動揺抑制機構を用いた海水汲み上げ装置として、上記バラストタンクと汲み上げ機構とを備える装置本体と、該装置本体に所定高さに立設されバランスタンクを備える塔部と、装置本体の下部に垂下接続された所定深度に至る取水管とを備え、バラストタンクへの注排水による浮力調節によって、汲み上げ作用時には装置本体を運転時海面に位置させると共に、保守点検時には装置本体を保守点検時海面に位置させるように構成されていることを特徴とする。
【００５２】
この構成によれば、汲み上げ作用時には大きな体積を有する装置本体が水面下となる運転時海面とすることによって波浪による影響を少なくして揺れを抑制できると共に、保守点検時には装置本体の上面が水面上となる保守点検時海面に位置させて保守点検を容易に行うことができる。また、沈降及び浮上はバラストタンクのみの注水して最も安定性の高い状態で行い、設置状態でバラストタンクからバランスタンクに注水して任意の固有周期に設定して共振を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る浮体構造物の動揺抑制方法を適用した海水汲み上げ装置の一構成例である海洋肥沃化装置の外観を示す正面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】（Ａ）は図１のＡ−Ａ断面図，（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】バラストタンク及びバランスタンクへの注水・排水の管路回路図である。
【図５】ピッチングの周期と振幅の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  海洋肥沃化装置（浮体構造物）
１０  本体部（装置本体）
２０  管塔部（塔部）
３０  取水管
４０  汲み上げ放流ポンプ（汲み上げ機構）
５０  動揺抑制機構
５１  バラストタンク
５２  バランスタンク
５３  管路（送水管路）
５４  送水ポンプ（送水手段）
【図１】
2004175137.tif 000003
【図２】
2004175137.tif 000004
【図３】
2004175137.tif 000005
【図４】
2004175137.tif 000006
【図５】
2004175137.tif 000007