(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チェーンの末端に第一の複数のリンク（３）、及び、少なくとも３つの連続リンク（４）を備える第二の複数のリンク（４）を含み、前記第二の複数のリンク（４）の各リンクにおいて、材料の弾性限界が前記第一の複数のリンクの各リンク（３）の材料の弾性限界より実質的に大きい、アンカーチェーン（１）。
【請求項２】
前記第二の複数のリンク（４）の各リンク（４）の径が、第一の複数のリンクの各リンク（３）の径より実質的に大きい、請求項１に記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項３】
前記第二の複数のリンク（４）の各リンク（４）の径が、前記第一の複数のリンクの各リンク（３）の径の少なくとも１．２倍である、請求項２にアンカーチェーン（１）。
【請求項４】
前記第二の複数のリンクの各リンク（４）の材料の弾性限界が、前記第一の複数のリンクの各リンク（３）の材料の弾性限界の少なくとも１．２倍である、請求項１〜３のいずれかに記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項５】
さらに、前記第一の複数のリンク（３）と前記第二の複数の少なくとも３つの連続リンク（４）との間に少なくとも１つの中間リンク（５，６）を含み、前記少なくとも１つの中間リンク（５，６）が前記第一の複数のリンク及び第二の複数のリンク（３，４）と径及び／又は材料の弾性限界の点で異なる、請求項１〜４のいずれかに記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの中間リンク（５，６）が、前記第一の複数のリンク（３）の各リンクの径より大きく、前記第二の複数のリンク（４）の各リンクの径より小さい径を示す、請求項５に記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項７】
前記第一の複数のリンク（３）に隣接した少なくとも１つの第一中間リンク（５）、及び前記第二の複数のリンクの少なくとも３つの連続リンク（４）に隣接した少なくとも１つの第二中間リンク（６）を含み、第二中間リンク（６）が第一中間リンク（５）の径より実質的に大きい径を示す、請求項６に記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項８】
前記第二の複数のリンク（４）が、アンカーチェーン（１）の第一末端に少なくとも３つの連続するリンク（４）と、前記第一末端とは逆にあるアンカーチェーン（１）の第二末端に少なくとも３つの連続するリンクを含む、請求項１〜７のいずれかに記載のアンカーチェーン（１）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載された少なくとも１つのアンカーチェーン（１）を有する浮体（８，９）。
【請求項１０】
浮体プラットフォームの形態である、請求項９に記載の浮体（８，９）。
【請求項１１】
少なくとも１つの発電装置を支持する、請求項９又は１０に記載の浮体（８，９）。
【請求項１２】
前記発電装置が風力タービンである、請求項１１に記載の浮体（８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンカーチェーンの分野に関し、より詳細には、海で用いるためのアンカーチェーンに関する。
【０００２】
本明細書において、用語「アンカーチェーン」は、機械的張力を伝達するためにお互いに結合された連続するリンク、特に、浮体の動きを制限するために前記浮体をアンカーポイントに接続するために用いられるリンクを意味するのに用いられる。アンカーチェーンの前記リンクは、特に金属製とすることができる。リンクは、リンクが平坦化されるのを防ぐためにスタッドリンクであってもよく、又はスタッドなしのリンクであってもよい。
【背景技術】
【０００３】
アンカーチェーンは、機械的力、主に張力を伝えるように設計されているが、実際、浮体を固定し、高レベルの張力に晒されるチェーンは、その末端で、特に浮体への接続の近接において、大きな曲げ応力に晒されている。この曲げ応力の原因は、浮体の枢動運動と隣接するリンク間で接触する部分における形状欠陥の組み合わせである。
【０００４】
特に、高レベルの張力と組み合わされた前記欠陥は、隣接するリンク間で蝶着するのを妨げる。したがって、浮体の運動は、アンカーチェーン上及び隣接するリンク間に伝わる曲げモーメントへの横力につながる。長期的には、そのような曲げの再発は、特に論文（「深海係留システムにおける曲げによるチェーンの故障」（Failure of chains by bending in deepwater mooring systems）, presented by P. Jean, K. Goosens, and D. L'Hostis at the 2005 Offshore Technology Conference in Houston, Texas, USA）に記載されるように、とりわけ疲労による破損を生じる。
【０００５】
従来技術において、そのような疲労を回避し、アンカーチェーンの製品寿命を延ばすために、チェーンの末端におけるヒンジを改善することによって、又はリンクを局所的に修正することによって、チェーンのリンクが晒される曲げの運動を制限する試みがなされていた。
【０００６】
例えば、国際公開ＷＯ２０１０／１１２６０３号及びＷＯ９８／４０３０６号があり、ユニバーサルジョイントコネクター及び長いレバーアームをアンカーチェーンの末端と浮体との間に挿入する提案がなされている。しかしながら、このようなコネクターは、重く、容積が大きいという欠点を示し、それゆえ一体化することが困難である。また、特に海水等の過酷な環境下に耐えられたとしても、ユニバーサルジョイントのコストは非常に高い。
【０００７】
国際公開ＷＯ２００８／０９５１１０６号では、アンカーチェーンの末端と浮体との間に、ヒンジジョイントではなく、ケーブルの一部を挿入する方法が提案されていた。しかしながら、それは通常、浮体を固定する前にケーブルセグメントの長さを正確に決定する必要があり、正確に決定されるアンカーポイントの位置をも必要となるという欠点を示す。
【０００８】
チェーンが疲労限界に至る前に操業中にチェーンのセグメントを置換する装置及び方法も提案されていた。例を挙げると、例えば、フランス国特許出願公開第２６０１３２２号に示されるように、そらせシーブ（deflector sheave）又は特定のフェアリーダ（fairlead）を通して、そのようなセグメントを通過させ、ウインチによって接続に対して支持するリンクを変更することによって、このようなことが達成されていた。しかしながら、これは、通常、浮体に設置するには、重くて高価な装置を必要とし、チェーンのセグメントの置換用の保管場所も必要となる。さらに、チェーンの置換セグメントのリンクは、そのような装置の通過によっても損傷を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／１１２６０３号
【特許文献２】ＷＯ９８／４０３０６号
【特許文献３】ＷＯ２００８／０９５１１０６号
【特許文献４】フランス国特許出願公開第２６０１３２２号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「深海係留システムにおける曲げによるチェーンの故障」（Failure of chains by bending in deepwater mooring systems）, presented by P. Jean, K. Goosens, and D. L'Hostis at the 2005 Offshore Technology Conference in Houston, Texas, USA
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、これらの欠点を改善する。より詳細には、本明細書は、チェーンの末端でリンクにおける曲げ疲労を回避させることができるアンカーチェーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
少なくとも１つの実施形態において、この目的は、第一の複数のリンク、及び、チェーンの末端に第二の複数のリンクを含み、前記第二の複数のリンクが少なくとも３つの連続するリンクを備え、前記第二の複数それぞれのリンクにおいて、径（bar diameter）及び材料の弾性限界からなる群から選ばれる少なくとも１つの特性が、第一の複数のリンクの各リンクよりも実質的に大きい、アンカーチェーンによって達成される。リンクの「径（bar diameter）」は、リンクを形成する棒の断面の最小直径を意味する。
【００１３】
上述のように、隣接するリンク間において接触する部分の形状欠陥は、チェーンのヘッドエンドにおけるリンク間の曲げモーメントの伝達にチェーンの重要な役割を果たす。設置される前にチェーンに行われる強度試験が、そのような形状欠陥の大きな原因を構成することが発見された。このような試験は、通常、リンクを形成する棒（bars）の溶接の質を確実し、チェーンが意図されている寿命の間に大きな塑性伸びを受けないようにするために行われる。典型的には、そのような試験の間、チェーンは、その破断荷重の最大７０％まで試験されるが、それでも、ある点においてリンクの材料の弾性限界を超える原因となり得、それによってリンク間の接触する部分を永続的に変形させ、隣接するリンク間の接点において平坦を形成する。このような平坦は、その後、浮体が枢動運動を行うときにはいつでも、リンク間の曲げモーメントの伝達に寄与し、それによって、特にチェーンのヘッドエンドにおいて付加的な応力を生じ、リンクにおける応力を変える。
【００１４】
径の増加及び／又はケーブルの末端における少なくとも３つの連続するリンクの材料の弾性限界の増加のため、最も横力に晒されるこれらの少なくとも３つのリンク間での平坦の形成、及び曲げモーメントの伝達を制限することができる。
【００１５】
特に、第二の複数のリンクの各リンクの径は、第一の複数のリンクの各リンクの径よりも実質的に大きくてもよく、特に、第一の複数のリンクの各リンクの径より少なくとも１．２倍である。用語「実質的に大きい」は、違いが、前記径の５％であり得る製造公差より大きいことを意味するために用いられる。
【００１６】
また、強度試験の間に力を広げることによって、径の前記増加が、強度試験の間のリンクの局所的塑性変形を限定し、それによって平坦の形成が減少する。さらに、所定の曲げモーメントのため、曲げ応力は、この径の３乗に正比例する。したがって、レバーアーム、及び曲げモーメントは、リンクの径に正比例するように増加したとしても、所定の横力のため、応力は径の二乗で減少する。これらの２つの効果の組み合わせの結果、アンカーチェーンが浮体の枢動運動によって横力に晒される場合にはいつでも、第二の複数のリンクの径の増加によって、チェーンのヘッドエンドにおける曲げ応力を顕著に減少させることができる。
【００１７】
しかしながら、前記したより大きな径に代えて又は前記したより大きな径に加えて、第二の複数のリンクの各リンクの材料の弾性限界は、第一の複数のリンクの各リンクの材料の弾性限界より実質的に大きくてもよく、第一の複数のリンクの各リンクの材料の弾性限界の少なくとも１．２倍である。用語「実質的に大きい」とは、違いが、例えば、前記弾性限界の５％であり得る製造公差より大きいことを意味するために用いられる。
【００１８】
この弾性限界における増加によって、第二の複数のリンクの各リンクの、強度試験の間に塑性変形の晒される領域を減少させ、また、隣接するリンク間での曲げモーメントの伝達を促進する、平坦の形成を減らすこともできる。
【００１９】
前記第一の複数のリンク及び第二の複数のリンクの間での緩やかな変化（transition)を得るために、前記アンカーチェーンは、さらに、前記第一の複数のリンクと、前記第二の複数のリンクの少なくとも３つの連続するリンクとの間に、少なくとも１つの中間リンクを含んでいてもよく、前記少なくとも１つの中間リンクは、第一の複数の各リンク及び第二の複数の各リンクとは異なる。特に、前記少なくとも１つの中間リンクは、第二の複数の各リンクよりも小さいが、前記第一の複数のリンクのどの径よりも実質的に大きい径を示していてもよい。より詳細には、前記アンカーチェーンは、前記第一の複数のリンクに隣接する少なくとも１つの第一中間リンク、及び、前記第二の複数のリンクである少なくとも３つの連続するリンクに隣接し、前記第一中間リンクの径より実質的に大きい径を示す少なくとも１つの第二中間リンクを含んでいてもよい。
【００２０】
アンカーチェーンの両末端での曲げ疲労を回避するために、前記第二の複数のリンクは、アンカーチェーンの第一末端に、少なくとも３つの連続するリンクを含み、前記第一末端とは逆にあるアンカーチェーンの第二末端に少なくとも３つの他の連続するリンクを含む。
【００２１】
本発明はまた、そのようなアンカーチェーンを少なくとも１つ有する浮体に関する。このような状況において、用語「浮体」は、広く解されるべきであり、液体表面上に少なくとも一部が表れているもののみならず、固定によって完全に水中で沈んで固定されているものを除いて、正の浮力を生じるものをも含む。
【００２２】
特に、前記浮体は、浮体プラットフォームの形態であってもよい。そのようなプラットフォームは、典型的には、長期間の静的な固定に用いられるため、前記プラットフォームの少なくとも１つのアンカーチェーンにおける曲げ疲労の問題を解決するのに、特に適している。しかしながら、前記浮体は、例えば、船であってもよい。
【００２３】
さらに、前記浮体は、例えば、船用タービン等のタイプの発電装置も考えられるが、特に、少なくとも１つの、風力タービン等の発電装置を支持してもよく、特に、オイル及びガスの製造分野において、他の用途も考えられる。 
【００２４】
非制限的な例として挙げた以下の実施形態の詳細な説明により、本発明を良く理解し、また本発明の利点をより明らかにすることができる。詳細は、以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、従来技術のアンカーチェーンセグメントを示す；
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、図１のチェーンの第一リンクの２つの異なる図を示す；
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、図１のチェーンの第二リンクの２つの異なる図を示す；
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、図１のチェーンの第三リンクの２つの異なる図を示す；
【図５】図５は、図１のチェーンの末端における曲げモーメントの発生方法を示す；
【図６】図６は、第一形態のアンカーチェーンセグメントを示す；
【図７】図７は、第二形態のアンカーチェーンセグメントを示す；
【図８】図８は、風力タービンを支持し、アンカーチェーンによって複数のアンカーポイントに接続された浮体プラットフォームを図示する；及び
【図９】図９は、正の浮力を有し、アンカーチェーンによって複数のアンカーポイントに接続され、水中に潜水して保持された船用タービンを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、米国石油協会のAPI Spec 2F規格に対応した従来技術のアンカーチェーン１０１を示す。１つの端末がアンカーシャックル１０２に接続された、このアンカーチェーン１０１は、複数の連続するコモンリンク１０３、これらのコモンリンク１０３とシャックル１０２との間にある標準エンラージドリンク１０４、及びエンドリンク１０５を含む。
【００２７】
図２Ａ及び２Ｂに示されるように、各コモンリンク１０３は、径ｄであり、幅はｄの３．３５倍であり、長さはｄの６倍である。チェーン１０１において、前記複数の連続するコモンリンク１０３に隣接する標準エンラージドリンク１０４は、図３Ａ及び３Ｂに詳細に示されるように、コモンリンク１０３の径ｄの１．１倍である径ｄ１を示し、ｄ１の３．３５倍の幅を示し、ｄ１の６倍の長さを示す。最後に、標準エンラージドリンク１０４とアンカーシャックル１０２との間に挿入されるエンドリンク１０５は、図４Ａ及４Ｂに示されるように、ｄの１．２倍の径を示し、ｄの４倍の幅を示し、ｄの６．７５倍の長さを示す。
【００２８】
標準エンラージドリンク１０４とエンドリンク１０５は、コモンリンク１０３の径よりも大きな径を有するが、コモンリンクのいくつかは、チェーン１０１の末端に近く、アンカーシャックル１０２に固定された浮体の横移動に対応して、曲げモーメントによって影響を受ける。
【００２９】
図５は、リンク１０２によってエンドリンク１０５に伝達された力Ｆがチェーン１０１の主方向Ｘと一直線上にない場合、及び、リンク１０５，１０４の表面欠陥、及びこれらの間の張力が、リンクが互いに自由に回転するのを妨げる場合の曲げモーメントＭFの発生を示す。したがって、力Ｆは、チェーン１０１の主方向Ｘと同一直線上にある引っ張り力Ｆxと、それに垂直な横力Ｆyに分解され、エンドリンク１０５において、標準エンラージドリンク１０４に対して増加する曲げモーメントＭFを生じる。エンドリンク１０４において、この曲げモーメントＭFは、エンドリンク１０４断面に対して垂直な、付加的な応力 σxx につながる。上述のように、長期間においては、可変的なこれらの付加的な応力は、疲労による破損につながり得る。
【００３０】
この点を回避すべく、図６に示されるように第一の形態において、アンカーチェーン１は、アンカーシャックル２に接続される２つの末端の間において、第一の複数の連続するコモンリンク３と、チェーン１の両端において少なくとも３つの連続するエンドリンク４を含む第二の複数のエンラージエンドリンク４を含む。より詳細には、示される実施形態において、この第二の複数のエンドリンク４は、チェーン１の両端に４つのエンドリンク４を含む。コモンリンク３とエンドリンク４との間において緩やかな変化を確保するために、前記チェーン１は、各末端に、コモンリンク３に隣接する第一中間リンク５、及びエンドリンク４に隣接する第二中間リンク６も含む。コモンリンク３とエンドリンク４との間において緩やかな変化を確保するために、前記チェーン１は各末端に、コモンリンク３に隣接する第一中間リンク５、及びエンドリンク４に隣接する第二中間リンク６も含む。
【００３１】
このチェーン１において、各コモンリンク３は、径Ｄを示し、第一中間リンク５は、例えば、Ｄの１．１倍等のコモンリンク３の径Ｄよりも実質的に大きい径を示し、第二中間リンク６は、例えば、Ｄの１．２倍等の第一中間リンク５よりも実質的に大きい径を示し、エンドリンク４の各々は、例えば、Ｄの１．３倍等の第二中間リンク６径より実質的に大きい径Ｄendを示す。示される実施形態において、全てのリンク３，４，５，及び６はまた、１：３．３５：６の同じ径／幅／長さの比率を有する。
【００３２】
また、エンドリンク４は、他のリンク３，５，及び６の径よりも実質的に大きい径を示すのみならず、例えば、２０％大きい等のコモンリンク３の弾性限界より実質的に大きい、張力の弾性限界を示す材料からなる。
【００３３】
より大きな径とより高い張力での弾性限界のため、エンドリンク４は、コモンリンク３に比べて、横力に対して実質的に感受性が低い。所定の横力のため、２つのエンドリンク４の間に伝わる曲げモーメントＭextremは、下記式によって定義されてもよい：
Ｍextrem＝Ｍcourant・Ｋmat・Ｋdiam・Ｄextrem／Ｄ
前記Ｍcourantは、エンドリンク４に代わるコモンリンク３の材質及び寸法と同じ材質及び寸法の２つのリンクの間に伝わる曲げモーメントに対応し、Ｋmatは、弾性限界の増加による補正係数（improvement coefficient）に対応し、かつ、Ｋdiamは、棒（bar）の径の増加のよる補正係数に対応する。比率Ｄ／Ｄextremは、棒の径の増加及びリンクの他の寸法における増加のため、レバーアームの増加に対応する。
【００３４】
チェーン１における一番弱いリンク、すなわちコモンリンク３の７０％の破断荷重に対応する、試験されるチェーン１における試験荷重に対するエンドリンク４の材料の弾性域における２０％の増加によって、強度試験によって影響を受ける接触部分を減らすことができ、それによって、応力集中係数（ＳＣＦ）が、コモンリンク３の弾性限界を有するリンクに関してＳＣＦcourant＝１．２５に減少し、エンドリンク４に関してＳＣＦextrem＝１．０６に減少する。係数Ｋmatは、下記式を用いて計算されてもよい：
Ｋmat＝１−  ＳＣＦextrem／ＳＣＦcourant
上述した値では、Ｋmat＝０．８５になる。
【００３５】
さらに、エンドリンク４の大きな径はまた、荷重試験によって損傷する、隣接するリンク間の接触する部分の減少につながり、その減少は、Ｋdiamにおいて見られ、示される実施形態のおいて、Ｋdiamは０．９５であってもよい。
【００３６】
とりわけ、所定の隣接するリンク間に伝わる曲げモーメントのため、曲げ応力は、リンクの径の３乗に正比例する。
【００３７】
したがって、σxx,extremが前記エンドリンク４における曲げモーメントＭextremによって誘導される応力を示し、σxx,courantがコモンリンク３における曲げモーメント  Ｍcourantによって誘導される応力を示す場合、これらの２つの応力間の関係は、下記式によって表すことができる：
σxx,extrem＝σxx,courant・Ｋmat・Ｋdiam・（Ｄ／Ｄextrem）2
上記の値を用いて、以下の結果になる。
σxx,extrem＝０，４８・σxx,courant．
【００３８】
これらの値を用いて、チェーンのヘッドエンドにおける曲げによって生じる応力は、半分以上が減少し、それが表すのは（１／０．４８）3＝９．０４の比率で乗算されるチェーン１の寿命である。
【００３９】
この第一形態において、リンク３，４，５，及び６は、スタッドリンクではないが、同様の原理は、図７に示される第二形態のチェーンのリンク等のスタッドリンクにも等しく適用される。リンクのトランスバーススタッド７を除いて、すべての要素は、図６に示される実施形態におけるチェーンの要素に等しく、それらは、同じ参照符号が付与される。
【００４０】
さらに、いずれの実施形態にも示されているが、アンカーチェーンは、チェーンの両末端において、エンドリンク及びエンラージド中間リンクを備え、それらをチェーンの１つの末端のみにおいて備えていることも可能である。
【００４１】
疲労に対する耐性の向上のため、これらのチェーンは、特に、図８に示されるような発電用風力タービンを支持する浮体プラットフォーム８、又は図９に示されるような海中船用タービン９等の浮体の長期間の固定に適用できる。
【００４２】
本発明は特定の実施形態を参照して記載されるが、請求項によって規定される発明の一般的な超えない範囲で、種々の変形及び変更がこれらの実施形態になされていてもよいことは明らかである。また、記載された種々の実施形態の各特性は、さらなる実施形態として組み合わされていてもよい。したがって、明細書及び図面は、限定的ではなく、例示的に解されるべきである。
【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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【図９】
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