JP6440597B2 - Inclined spar buoy - Google Patents
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Description
本発明は、浅海域において、観測機器或いは航路標識などを搭載する多目的洋上プラットフォーム用のスパーブイであって、傾斜させて設置する形式のもので、波浪、潮流及び風によるスパーブイの動揺と傾斜を低減ないし防止する効果が高いものに関する。 The present invention is a spar buoy for a multipurpose offshore platform equipped with observation equipment or navigation signs, etc., in a shallow sea area, and is installed in a tilted manner to reduce the swaying and tilting of the spar buoy caused by waves, tidal currents and wind. It relates to the thing which is highly effective in preventing.
細長い形状のスパーブイは、その下端周辺部を海底と係留することで慣性モーメント及び固有周期を大きくすることができ、波浪の振動との共振による動揺が起こりにくい。
そのため、近年、洋上風力発電用の風車を搭載するプラットフォームとしてスパーブイが利用され、波浪による動揺が低減されることで、発電効率の低下を防ぐことができる。このようなスパーブイの係留方式として、深海域では多点弛緩係留、浅海域では一点緊張係留が多く採用されている。
An elongated spar buoy can increase its moment of inertia and natural period by mooring the periphery of its lower end with the seabed, and is less likely to shake due to resonance with wave vibrations.
Therefore, in recent years, a spar buoy is used as a platform on which a wind turbine for offshore wind power generation is mounted, and fluctuations caused by waves can be reduced, thereby preventing a decrease in power generation efficiency. As such a spar buoy mooring method, multi-point relaxation mooring is often used in the deep sea area and single-point tension mooring is used in the shallow sea area.
このような一点緊張係留された洋上風力発電用スパーブイは、浅海域の中でも特に水深１００ｍ程度の領域で用いられ、水面よりも上方に風車を設置する上部構造体を備え、かつ、海面に対しておおよそ垂直に設置されるものである（例えば、特許文献１参照）。
この洋上風力発電用スパーブイは、慣性モーメント及び固有周期が大きく、波浪の固有周期と共振しなくなりスパーブイの動揺が少ない。そのため、海底に設置された沈錘にチェーン等の係留索を用いてスパーブイを一点緊張係留することが可能となる。
Such a one-point tension moored spar buoy for offshore wind power generation is used in a shallow water area, particularly in a region with a water depth of about 100 m, and has an upper structure in which a windmill is installed above the water surface, and with respect to the sea surface. It is installed approximately vertically (see, for example, Patent Document 1).
This spar buoy for offshore wind power generation has a large moment of inertia and natural period, and does not resonate with the natural period of waves, so that the spar buoy has less fluctuation. Therefore, it becomes possible to moor a spar buoy at one point using a mooring line such as a chain on a sinker installed on the seabed.
しかしながら、上述した洋上風力発電用のスパーブイ構造方式を水深３０ｍ以下で用いるためには、スパーブイ自体の長さを短くしなければならず、その結果、慣性モーメント及び固有周期が自ずと小さくなって、波浪の固有周期と同程度となり、共振してしまう。この共振によって、スパーブイは波浪による動揺が大きくなり、おおよそ垂直に安定させることが難しく、また、波浪によるスパーブイの動揺によって一点緊張係留する係留索に過大な張力が生じるため、係留装置が大型化するという問題が生じ、水深３０ｍよりも水深の浅い海域における洋上プラットフォームに適していない。したがって、水深３０ｍ以下の海域において、波浪による動揺を低減ないし防止することができ、かつ、係留装置への負荷を小さくした状態で係留することができるスパーブイが必要とされている。 However, in order to use the above-described spar buoy structure method for offshore wind power generation at a water depth of 30 m or less, the length of the spar buoy itself must be shortened. As a result, the moment of inertia and the natural period are naturally reduced. Resonant with the natural period. Due to this resonance, the spar buoy is greatly swayed by the waves, and it is difficult to stabilize the spar buoy in the vertical direction. This is a problem, and it is not suitable for offshore platforms in waters shallower than 30m. Accordingly, there is a need for a spar buoy that can reduce or prevent swaying due to waves in a sea area with a water depth of 30 m or less and can be moored with a small load on the mooring device.
上記課題に鑑み、本発明の傾斜スパーブイは、浅海域で用いるものであって、標柱体と、前記標柱体に設けられる浮体と、前記標柱体の下端を係留するための下端係留具と、からなり、前記標柱体は、前記標柱体下端から前記浮体上端までの下部標柱体よりも、前記浮体上端から前記標柱体上端までの上部標柱体を長くすることで前記標柱体の重心を、前記標柱体の浮心よりも前記上部標柱体側に位置させ、平水時において、直立状態では転倒モーメントが復元モーメントより大きくなり、所定の角度で縦傾斜した状態では転倒モーメントと復元モーメントが一致することを特徴とする傾斜スパーブイである。 In view of the above problems, the inclined spar buoy according to the present invention is used in a shallow sea area, and includes a pillar body, a floating body provided in the pillar body, and a lower end anchoring tool for anchoring the lower end of the pillar body. The pillar body has a center of gravity of the pillar body by making the upper pillar body from the upper end of the floating body to the upper end of the pillar body longer than the lower pillar body from the lower end of the pillar body to the upper end of the floating body. It is located on the upper gland body side of the body buoyancy point, and in flat water, the falling moment is larger than the restoring moment in the upright state, and the falling moment and the restoring moment are the same when vertically tilted at a predetermined angle It is an inclined spar buoy.
また、上述した構成に加え、沈設された沈錘に係留して設置したとき、標柱体が直立した状態から、少なくとも30度以上の角度で縦傾斜することが好ましい。 Further, in addition to the above-described configuration, it is preferable that when the anchor pillar is moored and installed on the sinking weight, it is vertically inclined at an angle of at least 30 degrees or more from the upright state.
また、上述した構成に加え、浮体は、標柱体を縦傾斜して設置したときに水面以下なる位置で水没することが好ましい。 Moreover, in addition to the structure mentioned above, it is preferable that a floating body is submerged in the position below a water surface, when a columnar body is installed in the vertical inclination.
また、上述した構成に加え、標柱体と連結する下端係留具は、海底の沈錘に対して標柱体をヨー・ピッチ両回転運動方向の自由度を有することが好ましい。 Further, in addition to the above-described configuration, it is preferable that the lower end mooring tool connected to the girder body has a degree of freedom in both yaw and pitch rotational movement directions of the girder body with respect to the weight of the seabed.
また、上述した構成に加え、水中フィンは、翼状で、海底に沈設された沈錘に係留したときに水中フィンを水面以下になる位置で標柱体の中心線上に前記水中フィンの中心付近を固定することが好ましい。 In addition to the above-described configuration, the underwater fins are wing-shaped, and when the moorings are moored on a sinker set on the seabed, the center of the underwater fins is fixed on the center line of the pillar body at a position where the underwater fins are below the water surface. It is preferable to do.
また、上述した構成に加え、空中フィンは、翼状で、標柱体の中心線上にアームで延長して前記空中フィンの中心付近を固定することが好ましい。 In addition to the above-described configuration, it is preferable that the air fin is wing-like and is extended by an arm on the center line of the columnar body to fix the vicinity of the center of the air fin .
請求項１記載の発明によれば、浅海域でスパーブイを傾斜させて設置することで、従来型の直立式スパーブイに比べ、標柱体を長くして慣性モーメント及び固有周期を大きくなるとともに、縦傾斜による標柱体及び浮体に働く抗力が小さくなり転倒モーメントが低減され、且つ、喫水面の増加に比例して復元モーメントが大きくなるため、波浪による共振を抑制ないし防止することが可能である。 According to the invention described in claim 1, by installing the spar buoy in a shallow sea area, the length of the columnar body is increased and the moment of inertia and natural period are increased as compared with the conventional upright spar buoy. The drag acting on the pillar body and the floating body due to is reduced, the overturning moment is reduced, and the restoring moment is increased in proportion to the increase in the draft surface, so that it is possible to suppress or prevent resonance due to waves.
請求項２記載の発明によれば、傾斜スパーブイを水槽に設置して潮流又は波浪中を発生させ、標柱体の傾斜角又は縦揺れ振幅を測定した実験から得られた知見より、少なくとも３０度以上の角度で縦傾斜してスパーブイを設置することで、より動揺及び傾斜を抑制ないし防止することができる。 According to the invention described in claim 2, at least 30 degrees or more from knowledge obtained from an experiment in which an inclined spar buoy is installed in a water tank to generate a tidal current or a wave, and the inclination angle or pitch amplitude of the columnar body is measured. By installing the spar buoy with the vertical inclination at the angle, it is possible to further suppress or prevent shaking and inclination.
請求項３記載の発明によれば、水面以下に浮体を位置させることで、波浪による浮体にかかる抗力を小さくすることができ、より標柱体を安定させることができる。 According to the invention described in claim 3, by positioning the floating body below the water surface, it is possible to reduce the drag applied to the floating body due to the waves, and to stabilize the columnar body more.
請求項４記載の発明によればヨー・ピッチ両回転運動方向の自由度を有する下端係留具を用いることで、潮流や風の向きに追随してスパーブイをヨー方向に回転させることができるとともに、波浪や潮流、風によるピッチ方向の動揺及び傾斜を許容することができ、波浪及び潮流による係留具の負荷、特にねじりモーメントを軽減することができる。 According to the invention of claim 4, by using the lower end mooring tool having a degree of freedom in both the yaw and pitch rotational movement directions, the spar buoy can be rotated in the yaw direction following the direction of the tidal current and the wind, Waves, tidal currents, and pitch fluctuations and inclinations due to wind can be allowed, and loads on the mooring device, particularly torsional moments, due to waves and tidal currents can be reduced.
請求項４記載の発明によれば、水中フィンによって潮流及び波浪による揚力がスパーブイに発生し、潮流及び波浪によるスパーブイの傾斜及び動揺を抑制ないし防止することが可能である。 According to the fourth aspect of the present invention, lifting force due to tidal currents and waves is generated in the spar buoy by the submersible fins, and it is possible to suppress or prevent inclination and shaking of the spar buoys due to tidal currents and waves.
請求項５記載の発明によれば、空中フィンによって、風による揚力がスパーブイに発生し、風によるスパーブイの傾斜を抑制ないし防止することが可能である。 According to the fifth aspect of the present invention, the lift by the wind is generated in the spar buoy by the air fin, and the inclination of the spar buoy by the wind can be suppressed or prevented.
一般的に浅海域とは水深１００ｍ以下の海域を指すが、本発明を実施する浅海域は概ね３０ｍ以下の水深の海域を指すものとする。また、平水時とは波浪及び潮流がない状態を指すものとする。 In general, a shallow sea area refers to a sea area with a water depth of 100 m or less, but a shallow sea area in which the present invention is implemented generally refers to a sea area with a water depth of 30 m or less. In addition, it means that there is no wave and no tidal current when the water is flat.
本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated in detail based on drawing.
図１に示すように、平水時の傾斜スパーブイの直立状態と縦傾斜状態とにおいて、標柱体１の重心Gにおける重量Wの転倒モーメント及び浮力中心（浮心B）における浮力P（θ）の復元モーメントの関係を示す概念図である。 As shown in FIG. 1, in the upright state and the vertically inclined state of the inclined spar buoy at the time of flat water, the fall moment of the weight W at the center of gravity G of the column 1 and the buoyancy P (θ) at the buoyancy center (buoyancy B) are restored. It is a conceptual diagram which shows the relationship of a moment.
本発明の傾斜スパーブイは、平水時に、直立状態で転倒モーメントが復元モーメントよりも大きくなり、所定の角度θで鉛直から縦傾斜した状態では転倒モーメントと復元モーメントが釣り合うように重量W（又は重心G）と浮力P（θ）（又は浮心B）の位置を決定し、所定の縦傾斜の角度θで設置する。この傾斜スパーブイは、直立状態に比べて、縦傾斜の角度θの増加につれて標柱体１の喫水長の増分が大きくなる。すなわち、標柱体１及び浮体２に働く浮力P（θ）の増分が大きくなる。したがって、潮流、波浪による標柱体１の傾斜及び動揺に対する浮力P（θ）による抗力が、直立状態に比べて、大きくなるため、動揺及び傾斜を低減ないし防止することが可能である。 The tilting spar buoy of the present invention has a weight W (or center of gravity G) so that the tipping moment is greater than the restoring moment in the upright state during flat water, and the tipping moment and the restoring moment are balanced when tilted vertically from the vertical at a predetermined angle θ. ) And buoyancy P (θ) (or buoyancy B) are determined and installed at a predetermined vertical inclination angle θ. In this inclined spar buoy, the increase in the draft length of the column 1 increases as the angle θ of the vertical inclination increases as compared to the upright state. That is, the increment of the buoyancy P (θ) acting on the pillar 1 and the floating body 2 is increased. Therefore, since the drag force due to the buoyancy P (θ) against the tilting and shaking of the pillar body 1 due to tidal currents and waves is greater than in the upright state, the shaking and tilting can be reduced or prevented.
また、この傾斜スパーブイは、図２に示すように、標柱体１と、標柱体１に設けられる浮体２と、標柱体１下端を係留するための下端係留具３と、からなり、水底９の沈錘４に標柱体１を下端係留具３で係留したときに、標柱体１が沈錘４に対してヨー・ピッチ両回転運動方向の自由度を有し、ヨー回転軸１０に対して標柱体１が縦傾斜の角度θを有することを特徴とするものである。 Further, the inclined spar buoy, as shown in FIG. 2, the marker mast 1, a floating body 2 provided in the marker mast 1, a lower end anchor 3 for anchoring the marker mast 1 bottom, consists of underwater 9 When the pillar body 1 is moored to the sink weight 4 by the lower end anchoring tool 3, the pillar body 1 has a degree of freedom in both yaw and pitch rotational movement directions with respect to the sink weight 4, and the pillar pillar 1 with respect to the yaw rotation axis 10 The body 1 is characterized by having a longitudinally inclined angle θ.
標柱体１は、鋼材、アルミニウムなどの金属を主体としてパイプ状に形成されたものであって、例えば、標柱体１下端から浮体上端２ａまでの下部標柱体１ｂよりも、浮体上端２ａから標柱体上端１ａまでの上部標柱体１ａを長くすることで標柱体１の重心を、浮体２及び標柱体１の水中にある体積に比例する浮力中心（浮心）よりも上部標柱体１ａ側に位置させる。また、標柱体１の上部と下部の直径を変更して有効重心の位置を調整してもよい。 The pillar body 1 is formed in a pipe shape mainly made of a metal such as steel or aluminum. For example, the pillar body 1 is formed from the floating body upper end 2a rather than the lower pillar body 1b from the bottom end of the pillar body 1 to the floating body upper end 2a. By lengthening the upper columnar body 1a up to the upper end 1a, the center of gravity of the columnar body 1 is positioned closer to the upper columnar body 1a than the buoyancy center (buoyancy) proportional to the volume of the floating body 2 and the columnar body 1 in water. . In addition, the position of the effective center of gravity may be adjusted by changing the diameters of the upper and lower parts of the pillar 1.
下端係留具３は、図３に示すように、円柱状の軸部３ａを沈錘４に対して直立させて保持し得る軸受部３ｂと、軸部３ａの軸線と直行する水平方向に配置されるピン３ｃを用いてツバ付き軸受部３ｂに前記標柱体１の下端を軸着する。 As shown in FIG. 3, the lower end anchoring tool 3 is arranged in a horizontal direction perpendicular to the axis of the shaft portion 3a and a bearing portion 3b that can hold the columnar shaft portion 3a upright with respect to the sink weight 4. The lower end of the pillar 1 is pivotally attached to the flanged bearing portion 3b using the pin 3c.
そして、軸部３ａとツバ付き軸受部３ｂとの間にツバ材３ｄを挟み込んでおけば、軸部３ａ回りに回転自在、すなわち、標柱体１をヨー回転軸１０周りに回転自在に係留することが可能でき、また、標柱体１をピン３ｃ回りに、すなわち、ピッチ回転軸１２回りに回転自在、係留することができる。このように、標柱体１をヨー・ピッチ両方向に回転自在とすることで、波浪による動揺、潮流又は風による傾斜への負荷を軽減することが可能となる。一方で、標柱体１がヒーブ方向の上下動とロール方向へ回転しないように拘束されているため、潮流、波浪、風による標柱体１上部の踊場６のねじれを防ぐことができる。 Then, if the flange 3d is sandwiched between the shaft portion 3a and the bearing portion 3b with the flange, the shaft column 3a can be rotated around the shaft portion 3a, that is, the indicator column body 1 can be freely rotated around the yaw rotation shaft 10. In addition, the pillar body 1 can be freely moored around the pin 3c, that is, around the pitch rotation axis 12. As described above, by making the pillar body 1 rotatable in both the yaw and pitch directions, it is possible to reduce the load on the sway, the tidal current, or the inclination caused by the wind. On the other hand, since the pillar body 1 is constrained so as not to rotate in the heave direction and in the roll direction, twisting of the landing 6 on the top of the pillar body 1 due to tidal currents, waves, and wind can be prevented.
浮体２は、鋼材の中空体内に充填した発泡ウレタンで形成され、標柱体１の重心よりも下方に取り付けるものであって、かつ、海域への設置時において、常に海面８下よりも下方に来るようにする。この浮体２によって生じる浮力はおおよそ標柱体１の重量程度に調整する。このことによって、下端係留具３にかかる垂直方向の力を小さくすることができ、沈錘４の重量を軽くすることができ、運搬等にかかる手間が減るのみならず沈設作業が容易になる。 The floating body 2 is made of foamed urethane filled in a hollow body of steel, and is attached below the center of gravity of the column 1 and always comes below the sea level 8 when installed in the sea area. Like that. The buoyancy generated by the floating body 2 is adjusted to approximately the weight of the standard pillar body 1. As a result, the vertical force applied to the lower end anchoring tool 3 can be reduced, the weight of the weight sink 4 can be reduced, and not only the labor for transportation and the like is reduced, but also the setting work is facilitated.
縦傾斜の角度θとは標柱体１の転倒モーメントと浮体２及び標柱体１に係る復元モーメントが波浪及び潮流がない条件（平水時）で釣り合う場合における、ヨー回転軸１０と標柱体１のブイ中心線１２とのなす角のことである。 The vertical inclination angle θ is a buoy between the yaw rotation shaft 10 and the standard column 1 when the falling moment of the standard column 1 and the restoring moment related to the floating body 2 and the standard column 1 are balanced under conditions where there is no wave or tidal current (during flat water). It is the angle made with the center line 12.
さらに、潮流によって傾斜した角度θからの増分を傾斜角Δθとし、標柱体１が波浪によって動揺したときの縦方向の揺れの振幅を縦揺れ振幅２θAとする。 Furthermore, the increment from the angle θ tilted by the tidal current is defined as the tilt angle Δθ, and the vertical swing amplitude when the column 1 is swung by the waves is the vertical swing amplitude 2θ A.
この縦傾斜の角度θに追従して標柱体１及び浮体２に働く抗力が小さくなり転倒モーメントが低減され、かつ、標柱体１の喫水長が増加するために、傾斜スパーブイの浮力モーメントが増加して、潮流、風及び波浪による標柱体１の傾斜角Δθ及び縦揺れ振幅２θAを小さくすることが可能である。 Following the angle θ of the vertical inclination, the drag acting on the column 1 and the floating body 2 is reduced, the overturning moment is reduced, and the draft length of the column 1 is increased, so that the buoyancy moment of the inclined spar buoy increases. Thus, it is possible to reduce the inclination angle Δθ and pitch amplitude 2θ A of the pillar body 1 due to tidal currents, winds and waves.
踊場６は、標柱体１の上端部に取り付けるものであって、スパーブイの設置時において縦傾斜の角度θに傾斜した標柱体１に対して踊場６床面が水平になるように固定するものである。したがって、縦傾斜の角度θを有するスパーブイに海象・気象観測機器、航路標識等を設置することが可能となる。 The landing 6 is attached to the upper end of the pillar 1 and is fixed so that the floor of the landing 6 is horizontal with respect to the pillar 1 inclined at a vertical inclination angle θ when the spar buoy is installed. is there. Therefore, it is possible to install a marine state / weather observation device, a route sign, etc. on a spar buoy having a vertical inclination angle θ.
水中フィン５を標柱体１の水面８下の位置し、かつ、標柱体１のブイ中心線１１上に該水中フィンの中心付近を固定する。また、空中フィン７を標柱体１のブイ中心線１１上に該空中フィンの中心付近をアームで延長して固定する。いずれのフィンも翼状に形成されており、潮流や風によって揚力が発生し、潮流や風によるスパーブイの傾斜を抑制ないし防止することができる。また、水中フィン５、空中フィン７をブイ中心線１２上にフィンの中心付近を固定していることで、外力による標柱体１のねじれ力を抑制することができる。 The underwater fin 5 is positioned below the water surface 8 of the pillar body 1 , and the vicinity of the center of the underwater fin is fixed on the buoy center line 11 of the pillar body 1 . Further, the air fin 7 is fixed on the buoy center line 11 of the column 1 by extending the vicinity of the center of the air fin with an arm . Each fin is formed in a wing shape, and lift is generated by the tidal current or wind, and the inclination of the spar buoy due to the tidal current or wind can be suppressed or prevented. Further, water fins 5, in Rukoto have fixed near the center of the fin aerial fins 7 on the buoy centerline 12, it is possible to suppress the twisting force of the marker mast 1 by external force.
一方、図４に示すように、仮設フロート１５を標柱体１上方に取り付ければ、本スパーブイを傾斜させたまま小型船１３とクレーン船１４で曳航することができ、また、その姿勢のまま使用するものであるから、スパーブイを起立させる作業がいらずに、小型のクレーン船１４でも傾斜スパーブイを設置することができ、施工が容易になるのみならず、施工費用を削減することできる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, if the temporary float 15 is attached to the upper side of the pillar body 1, the spar buoy can be towed with the small ship 13 and the crane ship 14 while being used in the posture. Therefore, it is not necessary to stand the spar buoy, and the small spar buoy can be installed even on the small crane ship 14, which not only facilitates the construction but also reduces the construction cost.
次に、上述した構成に従って実際の海洋に設置されるものの縮尺20.32分の１模型を作成し、大阪府立大学曳航水槽（全長70m、全幅3.0m、水深1.56m）にて潮流中実験及び波浪中実験を行うことによって得られた作用効果の知見について、詳細に説明する。 Next, a model with a scale of 20.32 scale of what is installed in the actual ocean according to the above-mentioned configuration was created, and in the tidal current experiment and in the waves in Osaka Prefecture University Towing Tank (length 70m, width 3.0m, depth 1.56m) The knowledge of the action and effect obtained by conducting the experiment will be described in detail.
この模型は、表１に示すように、潮流かつ波浪がない状態（平水状態）において、標柱体１の転倒モーメントと復元モーメントとが縦傾斜の角度θで釣り合うように標柱体１と浮体２の形状や重心（浮心）位置、重量及び長さ等を決定している。また、水中フィン５による動揺低減効果も確認するため、水中フィン５の有無の条件を加えて比較する。水中フィンを有する場合において、水中フィン５は一様流の進行方向から仰角５度で標柱体１のブイ中心線１１上に固定されているものとする。 As shown in Table 1, in this model, in a state where there is no tidal current and no waves (smooth water state), the falling pole body 1 and the floating body 2 are balanced so that the falling moment and the restoring moment of the pillar body 1 are balanced at the angle θ of the vertical inclination. The shape, center of gravity (buoyancy) position, weight and length are determined. Moreover, in order to confirm the fluctuation reduction effect by the underwater fins 5, a comparison is made by adding conditions for the presence or absence of the underwater fins 5. In the case of having the underwater fins, the underwater fins 5 are fixed on the buoy center line 11 of the pillar 1 at an elevation angle of 5 degrees from the traveling direction of the uniform flow.
（潮流中実験）
水槽内に一様流（U=0.11m/sec、0.23m/sec、0.34m/sec（実機では、それぞれ1ｋt、2kt、３ktに対応））を発生させて、スパーブイの傾斜角Δθを縦傾斜の角度θ毎（30deg、45deg、60deg）に測定した結果を図５に示す。
(Experiment during tidal current)
A uniform flow (U = 0.11m / sec, 0.23m / sec, 0.34m / sec (corresponding to 1kt, 2kt, 3kt, respectively)) is generated in the water tank, and the inclination angle Δθ of the spar buoy is vertically tilted. FIG. 5 shows the results of measurement for each angle θ (30 deg, 45 deg, 60 deg).
図５は、横軸を一様流の速さU（m/sec）、縦軸を傾斜角Δθ(deg)とし、縦傾斜の角度θ毎（30deg、45deg、60deg）のデータをプロットしてそのデータ点を水中フィン５有りの場合は実線で、水中フィン５無しの場合は破線で結んだものである。 In FIG. 5, the horizontal axis is the uniform flow velocity U (m / sec), the vertical axis is the inclination angle Δθ (deg), and the data for each vertical inclination angle θ (30deg, 45deg, 60deg) are plotted. The data points are connected by a solid line when the underwater fins 5 are provided, and by a broken line when the underwater fins 5 are not provided.
例えば、U=0.34m/secの場合、縦傾斜の角度θ=30degのとき傾斜角Δθ＝５deg、θ=40degのときΔθ＝2deg、θ=60degのときΔθ＝0deg、となった。したがって、縦傾斜の角度θの増加に比例して潮流による標柱体１の傾斜角Δθを低減することが示された。 For example, when U = 0.34 m / sec, the inclination angle Δθ = 5 deg when the vertical inclination angle θ = 30 deg, Δθ = 2 deg when θ = 40 deg, and Δθ = 0 deg when θ = 60 deg. Therefore, it was shown that the inclination angle Δθ of the columnar body 1 due to the tidal current is reduced in proportion to the increase in the angle θ of the vertical inclination.
また、水中フィン５を有り（実線）の場合、縦傾斜の角度θが小さいとき、例えばθ＝30degの場合、傾斜角Δθをさらに低減する効果が顕著に現れている。 Further, when the underwater fin 5 is provided (solid line), the effect of further reducing the inclination angle Δθ is noticeable when the vertical inclination angle θ is small, for example, when θ = 30 deg.
（波浪中実験）
水槽内に波浪として規則波（波高H=0.123ｍ、波の周期T=1.11sec、1.33sec、1.55sec、1.77sec、2 sec、2.23sec、2.44sec（実機では、波高2.5ｍ、波の周期5sec〜11secに対応））を発生させ、標柱体１の縦揺れ振幅２θAを測定し、その結果を図６に示す。
(Experiment in the waves)
Regular waves (wave height H = 0.123m, wave period T = 1.11sec, 1.33sec, 1.55sec, 1.77sec, 2sec, 2.23sec, 2.44sec (wave height 2.5m, wave period in actual machine) Corresponding to 5 sec to 11 sec)), and the pitch amplitude 2θ A of the column 1 is measured, and the result is shown in FIG.
図６は、横軸を規則波の周期T（sec）、縦軸を縦揺れ振幅２θA(deg)とし、縦傾斜の角度θ毎（30deg、45deg、60deg）のデータをプロットしてそのデータ点を水中フィン５有りの場合は実線で、水中フィン５無しの場合は破線で結んだものである。 In FIG. 6, the horizontal axis is the regular wave period T (sec), the vertical axis is the pitch amplitude 2θ A (deg), and the data is plotted for each vertical tilt angle θ (30deg, 45deg, 60deg). The points are connected with a solid line when the underwater fins 5 are provided, and are connected with a broken line when the underwater fins 5 are not provided.
図６から明らかなように、縦傾斜の角度θに比例して、縦揺れ振幅２θAを抑制することが示された。さらに、水中フィン５有りの場合（実線）、縦傾斜の角度θが小さい、例えばθ=30degの場合、縦揺れ振幅２θAを抑制する効果が顕著に現れている。 As is clear from FIG. 6, it was shown that the pitch amplitude 2θ A is suppressed in proportion to the angle θ of the vertical inclination. Further, when the underwater fins 5 are present (solid line), when the angle θ of the vertical inclination is small, for example, θ = 30 deg, the effect of suppressing the pitch amplitude 2θ A appears remarkably.
図７によれば、水中フィン５有りのスパーブイに波浪到達した時、標柱体１が一定角度だけヨー回転軸１０方向立ち上がり、そこを新たな縦傾斜の角度θとして縦揺れ振幅２θAで動揺していることが示されている。これは、波浪によって水中の水粒子運動が楕円状となり、水平速度が増加し、水中フィン５周りに循環が生じて揚力が発生することによるものと思われる。効果的な水中フィン５をブイ中心線１１上に該水中フィン５の中心付近を固定することで、標柱体１の立ち上がりによって、上端部に備えられた踊場６が波浪から離れ、踊場６の波浪を受けることによる破損等を防ぐことが可能である。 According to FIG. 7, when a wave arrives at the spar buoy with the underwater fins 5 , the pillar 1 rises in the direction of the yaw rotation axis 10 by a certain angle, and swings with a pitch amplitude 2θ A as a new vertical tilt angle θ. It is shown that. This seems to be due to the fact that the water particle motion in the water becomes elliptical due to the waves, the horizontal velocity increases, the circulation occurs around the underwater fins 5 and the lift is generated. By fixing the effective underwater fin 5 near the center of the underwater fin 5 on the buoy center line 11, the landing stage 6 is separated from the wave by the rising of the pillar body 1, and the wave of the dance field 6 It is possible to prevent breakage due to receiving.
上述した潮流中及び波浪中実験から、本スパーブイは、傾斜角Δθ、縦揺れ振幅２θAをおおむね５deg以下に低減することが示された。したがって、本スパーブイはヨー・ピッチ回転可能な二軸構造の下端係留具で縦傾斜の角度θを備えて設置することで、波浪または潮流によるスパーブイの傾斜または動揺を低減ないし防止することが可能である。さらに、縦傾斜の角度θが小さい角度の領域では、水中フィンを付加することで傾斜ないし動揺を低減することが可能である。 From the tidal current and wave experiments described above, it was shown that this spar buoy reduces the inclination angle Δθ and pitch amplitude 2θ A to approximately 5 deg or less. Therefore, this spar buoy is a biaxial lower end mooring device that can rotate with yaw and pitch, and is installed with a vertical inclination angle θ, which can reduce or prevent the spar buoy from tilting or shaking due to waves or tidal currents. is there. Further, in the region where the angle θ of the vertical inclination is small, it is possible to reduce inclination or fluctuation by adding a submerged fin.
上記の実施形態では本発明の好ましい実施形態を例示したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で改善や変更が可能である。例えば、本発明は潮流又は波浪のあるような浅海域の海洋に設置するものであるが、河川や湖、ダム等の水深の浅い水域においても設置することが可能である。 In the above embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been exemplified. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be improved or changed within the scope described in the claims. For example, the present invention is installed in a shallow ocean where there are tidal currents or waves, but can also be installed in shallow water such as rivers, lakes, and dams.
本傾斜スパーブイは、水深が概ね３０ｍ程度以下の海域において、気象・海象観測機器用又は航路標識用プラットフォームと利用することができるほか、その傾斜スパーブイが傾斜しているために、図８(a)に示すように、標柱体１の上部に昼標シート１６を広げた状態で簡単に取り付けることができ、操船者の視認性を向上することが可能である。また、図８(b)に示すように、踊場６に給餌装置１７を取り付ければ、餌を海中に効率よく投下することが可能となる。また、図８(c)に示すように、踊場６に水質センサー１９及び昇降装置１８を取り付けて水質センサー１９を垂下させることができ、その踊場６直下が直ちに海面８であるから、水質センサー１９を垂下させやすいため昇降式水質センサー搭載用にも適している。 This inclined spar buoy can be used as a platform for meteorological / oceanographic observation equipment or navigation signs in the sea area where the water depth is about 30 m or less, and because the inclined spar buoy is inclined, Fig. 8 (a) As shown in FIG. 5, the daymark sheet 16 can be easily attached to the upper portion of the pillar body 1 in a state where the daymark sheet 16 is spread, and the visibility of the operator can be improved. Further, as shown in FIG. 8B, if a feeding device 17 is attached to the landing 6, it becomes possible to efficiently drop food into the sea. Further, as shown in FIG. 8 (c), the water quality sensor 19 and the lifting device 18 can be attached to the landing 6 and the water quality sensor 19 can be suspended, and the water quality sensor 19 is immediately below the landing 6 directly on the sea surface 8. Because it is easy to hang down, it is also suitable for mounting on a liftable water quality sensor.
1…標柱体、1a…上部標柱体、1b…下部標柱体、2…浮体、2a…浮体上端、3…下端係留具、3a…軸部、3b…ツバ付き軸受部、3c…ピン、3d…ツバ材、4…沈錘、5…水中フィン、６…踊場、７…空中フィン、8…海面、9…海底、１０…ヨー回転軸、１１…ブイ中心線、１２…ピッチ回転軸、１３…小型船、１４…クレーン船、１５…仮設フロート、１６…昼標シート、１７…給餌装置、１８…昇降装置、１９…水質センサー 1 ... Girder body, 1a ... Upper girder body, 1b ... Lower girder body, 2 ... Floating body, 2a ... Floating body upper end, 3 ... Lower end anchoring tool, 3a ... Shaft, 3b ... Bearing with flange, 3c ... Pin, 3d ... Collar material, 4 ... sink, 5 ... underwater fin, 6 ... landing , 7 ... aerial fin, 8 ... sea surface, 9 ... seabed, 10 ... yaw rotation axis, 11 ... buoy centerline, 12 ... pitch rotation axis, 13 ... Small ship, 14 ... Crane ship, 15 ... Temporary float, 16 ... Daylight sheet, 17 ... Feeding device, 18 ... Lifting device, 19 ... Water quality sensor
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