JP7737178B2 - 深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎及びその作業方法 - Google Patents

Description

本発明は、海洋工学の技術分野、具体的に海洋建筑の水下土部分の固定基礎に適用される吸引バケット形の基礎構造に関する。

現在、新規の基礎形式として、吸引バケットの基礎は、その構造が比較的単純で、取り付けが容易であるため、さまざまな海域で柔軟に適用できるため、現在の国際海洋工学で広く使用されており、経済性が高く、建設が容易で、建設中の天候への影響が少なく、再利用できるなどの利点が多くあるため、海上風力発電プロジェクトで成功を収めている。吸引バケットは、底部が開いており、上部が閉じている鋼製のバケツ状の構造であり、取り付け中に、吸引バケットが自重で海底に一定の深さまで沈んだ後、バケットから水が汲み上げられて内外に圧力差が生じ、バケットの底部が設計された深さまで沈む。吸引バケットが沈んで取り付けられたら、水の汲み上げを停止し、上部の汲み上げ口を閉じる。基礎を回収する必要がある場合は、ポンプにより水をバケットに注ぎ、水の浮力とガスの圧力によりバケットの基礎を海底土から引き抜く。使用中、吸引バケットは、基礎側面の土との摩擦力、自重、バケット端の土の吸着力などにより基礎の引抜耐力を満たすため、回収中、特に深海吸引バケットの回収の場合、海底土の摩擦力、自重などの要因により、吸引バケットの基礎を海底土から引き抜くのは困難である。

中国実用新案公開番号ＣＮ２１７４６０６６２Ｕの文献には、吸引バケット内に水を追加することによって浮遊吸引バケットの自重を増加させ、浮遊吸引バケットの内部に取り付けられた排気機構によりエアバッグ内のガスを迅速に排出し、浮遊吸引バケットの浮力を減少させ、浮遊吸引バケットの沈下速度を速める「浮遊吸引バケット」が開示されている。しかしながら、該吸引バケットの回収には、依然として問題があり、吸引バケット内は水で満たされており、沈下時にエアバッグが排出されるため、回収時に浮力を変化させて吸引バケットを持ち上げて回収することはできない。従来の吸引バケット基礎の構造を改善し、構造支持力と安定性を変えることなく簡単に回収できる吸引バケット基礎を設計する必要があることがわかる。中国特許公開番号ＣＮ１１５８５５２３２Ａの文献には、センサーのキャビティ内に空気又は水を充填することで、柔軟に動作状態を切り替えることができ、水中・陸上の両方で使用できる高性能・低コストの光ファイバー音響センサーを実現したが、魚の浮き袋のバイオニクスをセンサーに適用するだけであり、吸引バケットは関与していない「魚浮き袋バイオニック水陸両用型光学繊維海洋声学伝感器」が開示されている。

本発明の目的は、既存の吸引バケット技術の不足を解決し、深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎及びその作業方法を提供することにあり、構造の支持力と安定性を変えることなく、魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる状況を模擬し、水の浮力を利用して吸引バケットを海底土から引き抜きやすくなる。

上記の目的を達成するために、本発明は、深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎に次の技術的解決策を採用する。下端が開いて、上端がバケット蓋に封閉されているバケット本体があり、鋼管がバケット蓋の上部の上方から下方に向かうようにバケット蓋を貫通し、バケット蓋を密接に接続し、バケット蓋の上部の上方には鋼管の外側に配置される環状の格子鋼製ケージのリングが設けられ、環状の格子鋼製ケージ底部バケット蓋を密接に接続し、上部は鋼管に固定接続され、環状の格子鋼製ケージの中央には環状溝のリングが設けられ、環状溝には空の状態の環状のエアバッグが収容され、環状のエアバッグは充気した後で環状の格子鋼製ケージに接触し、環状のエアバッグが鋼管の周りの側壁を囲んでおり、環状のエアバッグにチャージバルブが接続され、チャージバルブは鋼管の側壁から鋼管の内部に伸びて、鋼管を気密に接続し、鋼管の上端は海上ホースの下端に密接に接続され、海上ホースの下端にはバルブが設けられ、鋼管は海上ホースに介して吸引ポンプ又は充気ポンプを接続する。

さらに、バケット本体の側縁には係留孔が設けられ、係留孔にはアンカーチェーンが係留されている。

さらに、ガスで満たされた環状のエアバッグに押しのけられる水の質量は、バケット本体自重の２／３以上である。

上記の深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎の作業方法は、次の技術的解決策が採用される。

吸引バケットの基礎を海底土に押し込む必要がある場合、チャージバルブを閉じ、環状のエアバッグを空にする状態を保持し、海上ホースの上端を吸引ポンプに接続し、バルブを開いてから、該吸引ポンプを開き、吸引ポンプをバケット本体の内部から水を汲み上げ、バケット蓋と海底土の面とが同じ面になるまでバケット本体を海底土に押し込み、バルブを閉じる。

吸引バケットの基礎を海底土から引き抜く必要がある場合、海上ホースの上端を充気ポンプに接続し、バルブとチャージバルブを開いて、海上ホースに介して加圧、充気し、ガスが環状のエアバッグに進入すると共に、下に向かってバケット本体の内部に進入し、環状のエアバッグが完全に膨張するまでチャージバルブを閉じ、環状のエアバッグがバケット本体を駆使して徐々に海底土から引き抜く。

さらに、海底土から引き抜いたバケット本体の高さがバケット本体全体の高さの２／３になったら、吊り上げ装置によってバケット本体の側縁の係留孔でのアンカーチェーンに接続する。

本発明は、上記の技術的解決策によって次の有益な効果がある。

本発明は、魚が深海で浮き袋を膨らませて浮き上がるメカニズムを利用したエアバッグ装置付きの吸引バケットを提供し、海上で吸引バケットの基礎を回収する必要がある場合、エアバッグにガスが押し込まれ、エアバッグが充気、加圧、拡張され、魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる状況を模擬し、海水の浮力を利用して海底土から吸引バケットの基礎全体を簡単に引き抜いて、吸引バケットの基礎は、回収が便利である一方、構造と操作が簡単で、コストが低いため、回収するためのコストが節約され、手間が省かれ、海上で吸引バケットを回収する作業の時間が大幅に短縮され、深海吸引バケットの回収がさらに容易であり、深海吸引バケットの回収が困難であるという問題を解決すると共に、深海吸引バケットの回収に必要な経済的コスト、インフラ工事量、人件費を大幅に削減し、深海での吸引バケットの引き上げによる回収を実現し、建設品質は制御可能であり、工学の分野において非常に重要である。

は、本発明の深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎構造の断面図である。 は、図１の平面・断面図である。 は、図２における未作動のエアバッグの状態の概略図である。 は、図２における作動中のエアバッグの状態の概略図である。 は、図１における吸引バケットの基礎が海底土に押し込まれた作業状態の概略図である。 は、図５における吸引バケットの基礎が海底土に完全に押し込まれた作業状態の概略図である。 は、図６における吸引バケットの基礎を引き抜いて回収する作業状態の概略図である。

本発明は、図面及び特定の実施形態と併せて以下でさらに説明される。以下の特定の実施形態は、本発明を説明するためにのみ使用され、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。

図１及び図２を参照すると、本発明の深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎は、バケット本体２が含まれ、バケット本体２は内部が中空の円筒形であり、下端に貫通しており、バケット本体２の下端は開いており、上端はバケット蓋１で閉じて固定されている。バケット本体２の側縁には係留孔８設けられ、係留孔８には海上で回収する時に吸引バケットの基礎構造を海底土から引き抜きやすくするためにアンカーチェーンが係留されている。

バケット蓋１の中央には、バケット本体２の内部を貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔には鋼管３が埋め込まれ、鋼管３は垂直にバケット蓋１に密接に接続されている。鋼管３は、バケット蓋１の上部の上方から下方に向かうようにバケット蓋１上の貫通孔を貫通し、バケット本体２の内部を貫通している。鋼管３の上端は、海上ホース９の下端に密接に接続されており、海上ホース９の下端にはバルブ４が取り付けられている。

バケット蓋１の上部の上方には、環状の格子鋼製ケージ７のリングが設けられ、環状の格子鋼製ケージ７は、鋼管３の外側に配置されており、環状の格子鋼製ケージ７の底部は、バケット蓋１の上面に密接に接続されており、上部は鋼管３に固定的に接続されており、溶接により鋼管３に固定することができる。鋼管３の高さは、環状の格子鋼製ケージ７の高さよりもわずかに高く、バルブ４が開いた時に海上ホース９に接続するために使用される。

環状の格子鋼製ケージ７の中央には、環状溝のリングが設けられ、環状溝には空の状態の環状のエアバッグ５が収容され、環状のエアバッグ５が充気した後、環状の格子鋼製ケージ７と接触し、環状のエアバッグ５が膨張すると、環状の格子鋼製ケージ７を支持し、環状の格子鋼製ケージ７に力を及ぼすことができる。

環状のエアバッグ５は、鋼管３の周りの側壁を囲んでおり、環状のエアバッグ５にはチャージバルブ６が接続され、チャージバルブ６は、鋼管３の側壁から鋼管３の内部に伸び、チャージバルブ６と鋼管３との間には気密性よく接続されることにより、鋼管３は環状のエアバッグ５の充気管となり、ガスが鋼管３から進入し、チャージバルブ６を制御することにより、環状のエアバッグ５の充気・排気が可能性である。

バルブ４が開くと、バケット本体２は、海上ホース９に介して内部の水を汲み上げて沈み及び排気して浮き上がることにより、バケット本体２を沈ませる。海上ホース９に接続されるバルブ４は、バケット本体２の内部を制御し、吸引バケットの基礎全体に水を汲み上げて沈ませ及び排気して浮き上がれ、水圧と気圧を調製するために使用され、吸引バケットの基礎全体に必要な条件である。

環状のエアバッグ５は、海水によるエアバッグの浸食を防止する必要であり、使用していない時は空の状態で環状の格子鋼製ケージ７の環状溝に浮遊し、使用中で充気した後、魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる様子を模擬し、環状の格子鋼製ケージ７に力を伝達して、バケット本体２に伝達し、海底土から引き抜かれ、環状のエアバッグ５は、伸縮性に優れ、チャージバルブ６に介して鋼管３に接続されている。

ガスで満たされた環状のエアバッグ５は、作業時に完全に膨張時に押しのけられる水の質量は、少なくともバケット本体２自重の２／３以上に達するべき、それによって該浮き袋バイオニック吸引バケットの基礎全体の重力を軽減するため、海底土から引き抜きやすくなる目的を達成することができる。

環状の格子鋼製ケージ７の外径は、バケット本体２の外径と等しく、環状の格子鋼製ケージ７は、格子状であるため透水性があり、防錆材で形成されるため、海水によって腐食されて構造に損傷を与えにくく、剛性がよく、深水で押されて変形しにくい。環状の格子鋼製ケージ７は、それを環状のエアバッグ５が充気して膨張した時に支持することができる。鋼管３の高さは、環状の格子鋼製ケージ７の高さよりもわずかに高く、鋼管３と海上ホース９の流路との接続が容易になる。上記の海上ホース９の上端は、異なる作業状態で異なるポンプに接続され、吸引バケットの沈下中に吸引ポンプに接続され、吸引バケットの引き抜き回収中に充気ポンプに接続される。

本発明は、上記の深海魚の浮き袋のバイオニック吸引バケットの基礎の作業に次の工程が採用される。

工程１において、図５に示されるように、吸引バケットの基礎を海底土１０に押し込む必要がある場合、工作船搭載の吊り上げ機を使用して、バケット本体２の下端が下に開いている状態で吸引バケットの基礎全体を吊り上げ、吸引バケットの基礎全体をゆっくりと水面下に置き、吸引バケットの基礎全体が自重で沈み続けることができなくなるまで、自重で沈む。

工程２において、チャージバルブ６を閉じ、環状のエアバッグ５を空にする状態を保持し、図３に示されるように、海上ホース９の上端を吸引ポンプに接続し、バルブ４を開いてから、該吸引ポンプを開き、吸引ポンプの作業中にバケット本体２の内部から水を汲み上げ、内外の圧力差によりバケット本体２を海底土１０に押し込む。バケット蓋１と海底土１０の面が同じ面になると、バケット本体２を最下位の位置に押し込む時に、図６に示されるようにバルブ４を閉じる。

工程３において、吸引バケットの基礎を海底土１０から引き抜く必要がある場合、海上ホース９の上端を充気ポンプに接続し、バルブ４を開くと共に、チャージバルブ６を開く。海上ホース９に介して加圧、充気し、ガスが鋼管３に介して環状のエアバッグ５に進入すると共に、ガスが下に向かってバケット本体２の内部に進入し、環状のエアバッグ５が完全に膨張するまでバケット本体２の底部の海底土１０に力を加えて、図４に示されるように、チャージバルブ６を閉じる。その時に、環状のエアバッグ５は、膨張して巨大な浮力を提供し、バケット本体２を駆使して海底土１０から引き抜くと共に、バルブ４が開いた状態を保ち、継続的に充気し、海水が環状のエアバッグ５に生成される浮力とガスがバケット本体２の底部の海底土１０に生成される反力により、吸引バケットの基礎全体を持ち上げて回収することを実現する。

海底土１０から引き抜いたバケット本体２の高さがバケット本体全体の高さの２／３になったら、充気を続けると共に、吊り上げ装置によってバケット本体２の側縁の係留孔８でのアンカーチェーンに接続することにより、ゆるやかに持ち上げる力を向上させる。

吸引バケットの基礎を海底土１０から引き抜く時に、ポンプ４と海上ホース９に接続されたバルブ４を閉じ、最後に吊り上げ装置によって吸引バケットの基礎構造全体を船に回収する。

以上、本発明の基本メカニズム、主な特徴、及び利点は、開示、説明されてきた。しかしながら、上記は、本発明の具体的な実施例に過ぎず、本発明の技術的特徴はこれらに限定されず、本発明の技術的解決策から逸脱することなく当業者によって導き出される他の実施形態も本発明の特許範囲内に含まれるものとする。

１ バケット蓋
２ バケット本体
３ 鋼管
４ バルブ
５ 環状のエアバッグ
６ チャージバルブ
７ 環状の格子鋼製ケージ
８ 係留孔
９ 海上ホース
１０ 海底土

Claims (7)

1. 下端が開放され、上端がバケット蓋（１）で閉じられているバケット本体（２）を備える魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎であって
   鋼管（３）はバケット蓋（１）の上部の上方から下方に向かうようにバケット蓋（１）を貫通し、バケット蓋（１）を密接に接続し、バケット蓋（１）の上部の上方には鋼管（３）外側に配置される環状の格子鋼製ケージ（７）のリングが設けられ、環状の格子鋼製ケージ（７）の底部にはバケット蓋（１）が密接に接続され、上部は鋼管（３）に固定接続され、環状の格子鋼製ケージ（７）の中央には環状溝のリングが設けられ、環状溝には空の状態の環状のエアバッグ（５）が収容され、環状のエアバッグ（５）は充気した後に環状の格子鋼製ケージ（７）に接触し、環状のエアバッグ（５）鋼管（３）の周りの側壁を囲んでおり、環状のエアバッグ（５）にチャージバルブ（６）が接続され、チャージバルブ（６）は鋼管（３）の側壁から鋼管（３）の内部に伸びて、鋼管（３）を気密に接続し、鋼管（３）の上端は海上ホース（９）の下端を密接に接続し、海上ホース（９）の下端にはバルブ（４）が設けられ、鋼管（３）は海上ホース（９）に介して吸引ポンプ又は充気ポンプを接続し、
   バケット本体（２）の側縁には係留孔（８）が設けられ、係留孔（８）にはアンカーチェーンが係留され、
   吸引バケットの基礎を海底土（１０）に押し込む必要がある場合、チャージバルブ（６）を閉じ、環状のエアバッグ（５）を空にする状態を保持し、海上ホース（９）の上端を吸引ポンプに接続し、バルブ（４）を開いてから、該吸引ポンプを開き、吸引ポンプがバケット本体（２）の内部から水を汲み上げ、バケット蓋（１）と海底土の面とが同じ面になるまでバケット本体（２）を海底土に押し込み、バルブ（４）を閉じ、
   吸引バケットの基礎を海底土（１０）から引き抜く必要がある場合、海上ホース（９）の上端を充気ポンプに接続し、バルブ（４）とチャージバルブ（６）を開いて、海上ホース（９）に介して加圧、充気し、ガスが環状のエアバッグ（５）に進入すると共に、ガスが下に向かってバケット本体（２）の内部に進入し、環状のエアバッグ（５）が完全に膨張するまでバケット本体（２）の底部の海底土（１０）に力を加えて、チャージバルブ（６）を閉じ、環状のエアバッグ（５）がバケット本体（２）を駆使して徐々に海底土から引き抜くと共に、バルブ（４）が開いた状態を保ち、継続的に充気し、海水が環状のエアバッグ（５）に生成される浮力とガスがバケット本体（２）の底部の海底土（１０）に生成される反力により、吸引バケットの基礎全体を持ち上げて回収することを実現し、
   海底土から引き抜いたバケット本体（２）の高さがバケット本体（２）全体の高さの２／３になったら、吊り上げ装置によってバケット本体（２）の側縁の係留孔でのアンカーチェーンに接続する
   ことを特徴とする、魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎。
2. ガスで満たされた環状のエアバッグ（５）に押しのけられる水の質量は、バケット本体（２）自重の２／３以上であることを特徴とする、請求項１に記載の魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎。
3. 環状の格子鋼製ケージ（７）の外径は、バケット本体（２）の外径と等しいことを特徴とする、請求項１に記載の魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎。
4. 鋼管（３）の高さは、環状の格子鋼製ケージ（７）の高さよりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎。
5. 環状の格子鋼製ケージ（７）は、格子状であり、防錆材で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎。
6. 吸引バケットの基礎を海底土（１０）に押し込む必要がある場合、チャージバルブ（６）を閉じ、環状のエアバッグ（５）を空にする状態を保持し、海上ホース（９）の上端を吸引ポンプに接続し、バルブ（４）を開いてから、該吸引ポンプを開き、吸引ポンプがバケット本体（２）の内部から水を汲み上げ、バケット蓋（１）と海底土の面とが同じ面になるまでバケット本体（２）を海底土に押し込み、バルブ（４）を閉じ、
   吸引バケットの基礎を海底土（１０）から引き抜く必要がある場合、海上ホース（９）の上端を充気ポンプに接続し、バルブ（４）とチャージバルブ（６）を開いて、海上ホース（９）に介して加圧、充気し、ガスが環状のエアバッグ（５）に進入すると共に、ガスが下に向かってバケット本体（２）の内部に進入し、環状のエアバッグ（５）が完全に膨張するまでバケット本体（２）の底部の海底土（１０）に力を加えて、チャージバルブ（６）を閉じ、環状のエアバッグ（５）がバケット本体（２）を駆使して徐々に海底土から引き抜くと共に、バルブ（４）が開いた状態を保ち、継続的に充気し、海水が環状のエアバッグ（５）に生成される浮力とガスがバケット本体（２）の底部の海底土（１０）に生成される反力により、吸引バケットの基礎全体を持ち上げて回収することを実現し、
   海底土から引き抜いたバケット本体（２）の高さがバケット本体（２）全体の高さの２／３になったら、吊り上げ装置によってバケット本体（２）の側縁の係留孔でのアンカーチェーンに接続することを特徴とする、請求項１に記載の魚が浮き袋を膨らませて浮き上がる原理を用いた空気を吸引するエアバッグを備えるバケットの基礎の作業方法。
7. 吸引バケットの基礎を海底土から引き抜く時に、バルブ（４）と充気ポンプを閉じることを特徴とする、請求項６に記載の作業方法。