JP3064663B2 - 棒材吊り下げ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海底石油掘削作業等に
おいて海上の浮体に支持機構を設けてパイプ等の棒材を
鉛直に吊り下げる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】海底石油掘削作業においては、掘削用パ
イプのガイドと掘削用泥水の還流を行なうために浮体と
海底の間にライザーといわれる大口径のパイプを設置す
ることが行われる。この作業中、荒天等に伴って海が荒
れるときには、浮体を作業海域から避難させなければな
らないが、このとき、パイプを浮体から吊り下げた状態
で移動しなければならない場合がある。

【０００３】浮体からパイプを鉛直に吊り下げる方法と
しては、従来においては図５に示すように、浮体１に固
定された支持機構２にパイプ３の上端が単に接続される
だけであった。このような方法で浮体からライザーが吊
り下げられた状態においては、パイプ３の質量が大きい
と、大きな慣性力が生じるため、浮体１の上下動に伴っ
てライザーが強制的に上下させられ、ライザーの上端接
続部４に大きな曲げや圧縮荷重による座屈破壊が生じた
り、浮体１のライザー上端支持部にも大きな突き上げ荷
重による破損が生じたりする可能性がある。

【０００４】前記の問題を解決するために、浮体上の支
持機構にクッションとしてバネ機構を取り付けることに
より浮体の上下動を吸収する方法もあるが、波の周期が
バネの固有周期に近くなると、逆に浮体が共振して変位
と力が増幅され、ライザーや浮体に破損を引起こす恐れ
がある。また、この共振を避けるためにバネを弱くして
固有周期を大きくすると、重力、潮流力等の定常的な力
に対しても、パイプが上下方向へ大きく移動してしま
う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、振動を有効
に減衰させて、パイプ等の棒材の上下変動量と吊り下げ
力とを適正範囲に収めることにより、棒材や浮体の破損
を防止する棒材吊り下げ装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めの本発明の棒材吊り下げ装置は、海上の浮体に設けら
れた支持機構に棒材を鉛直方向に吊り下げる装置におい
て、前記支持機構は、前記棒材を吊り下げるとともに該
棒材の上下動に応じて伸縮する液圧シリンダと、該液圧
シリンダに流路調整機構を介して接続された空気バネ
と、該流路調整機構を制御する制御装置とから成り、前
記制御装置は、棒材の上下動速度を検出する速度検出手
段と、該速度検出手段によって検出された棒材の上下動
速度に応じて流路調整機構を駆動して、その前後の差圧
を調整する差圧制御手段とから成る。

【０００７】

【作用】前記の棒材吊り下げ装置では、棒材の支持機構
に空気バネによりクッション機能を持たせると同時に、
液圧シリンダ内の流体が流路調整機構を通過するときに
生じる抵抗力によって振動を減衰させることができる。
この場合に棒材の上下動速度に応じて流路調整機構を駆
動して、その上下動速度に応じて流路調整機構の前後の
差圧を変化させることにより、流路抵抗を振動の大きさ
に合せて変化させ、棒材の上下変動量と、棒材の吊り下
げ力とを適正範囲に収めることができる。また、空気バ
ネの固有周期近傍においても、棒材の上下動が空気バネ
に伝わるまでの間に流路調整機構の抵抗力により減衰さ
せてしまうので、共振が生じることはない。

【０００８】

【実施例】以下、本発明をパイプの吊り下げ装置に適用
した棒材吊り下げ装置の一実施例を図面に基づいて説明
する。図１のパイプ吊り下げ装置は、海上の浮体１に塔
５を固定し、塔５に支持機構２を設けてパイプ３を浮体
１の穴６から鉛直に吊り下げる構成であり、支持機構２
の流路調整機構として弁が使用されている。

【０００９】同図で、塔５は浮体１の穴６の上方に支持
部材７で固定されて設置されている。塔５の左右両側に
は、同じ構造の支持機構２が設けられ、これら各支持機
構２に連結した二本のロープ８によりパイプ３が吊り下
げられている。塔５の下部には筒９が鉛直に設けられ
て、パイプ３は、その上端部が筒９内に若干挿入された
状態で吊り下げられている。また、浮体１の穴６には、
パイプ３の横揺れを防止する四個のローラ１０が取り付
け具１１により取り付けられており、パイプ３はローラ
１０に挟まれて横方向の動きが制約されている。

【００１０】支持機構２は左右同じ構成であるので、図
１には右側の支持機構２のみを示す。この支持機構２
は、塔５の側面に固定された液圧シリンダ１２と、液圧
シリンダ１２に弁１３を介して接続されたアキュムレー
タ１４と、アキュムレータ１４に接続された空気タンク
１５と、弁１３の開度を制御する制御装置１６とから構
成されている。

【００１１】吊り下げられたパイプ３は、上部に設けら
れた吊りピース１７がロープ８で支持機構２に連結さ
れ、ロープ８は塔５の下面に固定された滑車ａを経由し
て、液圧シリンダ１２のシリンダ筒１８の下端に固定さ
れた滑車ｂと、ピストン１９の上端に固定された滑車ｃ
との間を連結するように掛けられることにより、液圧シ
リンダ１２の周囲を一巡し、その端部はシリンダ筒１８
下端の滑車ｂに結び付けられている。そして、液圧シリ
ンダ１２内の油は弁１３および管２０を通過してアキュ
ムレータ１４内に導入され、アキュムレータ１４内では
高圧空気が油に接触しており、高圧空気は管２１を通っ
て空気タンク１５内に通じている。空気タンク１５には
図示されないポンプが連結され、ポンプによって空気の
圧力が調整される。すなわち、これらアキュムレータ１
４と、空気タンク１５と、ポンプとにより空気バネ２２
が構成されている。

【００１２】上記の構成の支持機構２において、液圧シ
リンダ１２内にはアキュムレータ１４を介して常時高圧
空気の圧力が作用しており、パイプ３の上下動に伴って
ロープ８の張力が変動すると、その張力に応じてピスト
ン１９が上下動してロープ８の繰り出し、引き込みが行
われ、そのときの液圧シリンダ１２内の油圧の変動は、
アキュムレータ１４を介して空気タンク１５内の空気に
よって吸収される。

【００１３】次に、弁１３の開度を制御する制御装置１
６を図２のブロック図に従って説明する。同図で制御装
置１６は、パイプの上下動速度を検出する速度検出手段
２３と、弁１３の前後の差圧を調整する差圧制御手段２
４とから成っている。

【００１４】速度検出手段２３は、液圧シリンダ１２の
シリンダ筒１８とピストン１９の相対変位、即ち浮体１
とパイプ３の相対変位を検出する変位センサ２５と、塔
５に取り付けられて浮体１の上下動の加速度を検出する
加速度センサ２６とから成る。

【００１５】差圧制御手段２４は、変位センサ２５及び
加速度センサ２６で検出された信号に基づいてパイプ３
の上下動の絶対速度を算出する演算部２７と、その上下
動速度を所定のゲインに基づき増幅して差圧の目標値を
算出する（差圧目標値＝上下動速度×ゲイン）増幅部２
８と、差圧目標値に基づき弁１３の開度を調節する駆動
部２９とから構成され、駆動部２９と弁１３との間に
は、駆動部２９により調節される弁１３の前後の実際の
差圧を検出して駆動部２９にフィードバックする差圧セ
ンサ３０が設けられている。

【００１６】次に、上記の構成の支持機構２が作動する
ときの原理について説明する。パイプ３の上下動速度が
十分小さく、クッション機構である空気バネ２２でパイ
プ３の上下動を吸収することができる場合は支持機構２
の弁１３が完全に開いている。このとき、液圧シリンダ
１２内の圧力はそのまま空気タンク１５内に作用するこ
とになり、図３の模式図に示すように支持機構２が空気
バネ２２のみで構成されるものといえる。そして、パイ
プ３の上下変動による荷重を空気バネ２２によって吸収
してパイプ３や浮体１の破損が防止できるのである。

【００１７】パイプ３の上下動速度が大きくなり、パイ
プ３の上下動を空気バネ２２で吸収できなくなると、制
御装置１６により次のようにして弁１３の開度を調節す
ることが行われる。すなわち、変位センサ２５により検
出された浮体１とパイプ３の相対変位を演算部２７にお
いて微分して相対速度が計算され、一方、加速度センサ
２６で検出された浮体１の上下動の加速度が積分されて
浮体１の絶対速度が計算され、この絶対速度から浮体１
とパイプ３の相対速度を差引いてパイプ３の上下動の絶
対速度が算出される。そして、増幅部２８において、演
算部２７で算出されたパイプ３の上下動速度をゲインに
基づき増幅して弁１３の差圧目標値が算出され、この差
圧目標値に基づき、駆動部２９により弁１３の開度を小
さくするように調節する。弁１３の開度が小さくなる
と、油が弁１３を通過するときに生じる抵抗力が大きく
なり、この粘性抵抗力によってパイプ３の上下動を減衰
させることができる。このとき、弁１３の開度に応じた
抵抗力と、空気タンク１５内の空気の圧力との合力でパ
イプ３を支持することになり、これは、図４の模式図に
示すように、支持機構２が空気バネ２２と、弁１３によ
るダンパとで構成されるものといえる。

【００１８】また、パイプ３の上下動の速度が小さくな
れば、その速度に応じた小さな差圧目標値が決定され、
弁１３の開度を大きくする方向に駆動する。

【００１９】このようにパイプ３の上下動速度に応じて
弁１３による抵抗力を変化させることができ、パイプ３
の上下変動量と吊り下げ力とを適正範囲に収めることが
できる。従って、パイプ３の上下動による荷重が抑制さ
れ、パイプ３や浮体１の破損が防止できる。また、パイ
プ３の上下動の振動数が空気バネ２２の固有振動数と等
しくなっても、パイプ３の上下動が空気バネ２２に伝わ
るまでの間に弁１３の抵抗力により減衰させてしまうの
で共振することはない。

【００２０】なお、実施例では流路調整機構として弁を
使用したが、流体の流れを制御できる機器であればよ
く、例えば、油圧モータと電動機を組み合わせて使用
し、電動機の発生トルクをパイプの上下動速度に比例さ
せれば、油圧モータの入出口での差圧がパイプの上下動
速度に比例することになり、パイプの上下動速度に応じ
た抵抗力を得ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明を適用した棒材吊り下げ装置は、
支持機構に弁を設けるだけで棒材の上下動による荷重変
動を軽減することができ、特別な減衰力発生装置や動力
源を必要としない。海上が荒れて棒材の上下動速度が大
きくなっても、それに応じた抵抗力が流路調整機構に発
生して棒材の上下動が抑制されるため、棒材や浮体は荷
重により破損されることがない。また、空気バネの固有
周期近傍においても共振を引起こさずに棒材を支持でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るパイプ吊り下げ装置の一
部模式図である。

【図２】弁の開度を制御する制御装置のブロック図であ
る。

【図３】弁を完全に開いた状態の支持機構を表す模式図
である。

【図４】弁の開度を小さくした状態の支持機構を表す模
式図である。

【図５】従来のパイプ吊り下げ装置を表す模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 浮体 ２ 支持機構 ３ パイプ（棒材） ４ 接続部 ５ 塔 ６ 穴 ７ 支持部材 ８ ロープ ９ 筒 １０ ローラ １１ 取り付け具 １２ 液圧シリンダ １３ 弁（流路調整機構） １４ アキュムレータ １５ 空気タンク １６ 制御装置 １７ 吊りピース １８ シリンダ筒 １９ ピストン ２０、２１ 管 ２２ 空気バネ ２３ 速度検出手段 ２４ 差圧制御手段 ２５ 変位センサ ２６ 加速度センサ ２７ 演算部 ２８ 増幅部 ２９ 駆動部 ３０ 差圧センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海上の浮体に設けられた支持機構に棒材
   を鉛直方向に吊り下げる装置において、 前記支持機構は、前記棒材を吊り下げるとともに該棒材
   の上下動に応じて伸縮する液圧シリンダと、該液圧シリ
   ンダに流路調整機構を介して接続された空気バネと、該
   流路調整機構を制御する制御装置とから成り、 前記制御装置は、棒材の上下動速度を検出する速度検出
   手段と、該速度検出手段によって検出された棒材の上下
   動速度に応じて流路調整機構を駆動して、その前後の差
   圧を調整する差圧制御手段とから成ることを特徴とする
   棒材吊り下げ装置。