JP2016118297A - 耐震性能に優れたガスホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】地震が発生した際に、ピストンの傾斜を的確に抑えることができる耐震性能に優れたガスホルダーを提供する。【解決手段】内部に貯蔵される気体の量に応じて昇降するピストンを有し、ピストンを構成するトラス部の上部ローラと下部ローラを介してガスホルダーの側壁に接することで安定を保つガスホルダーにおいて、ピストンの重心の高さ位置が前記上部ローラの高さ位置と前記下部ローラの高さ位置との範囲内にあることを特徴とするガスホルダー。【選択図】図８

Description

本発明は、貯蔵する気体の量に応じて昇降するピストンを有するガスホルダーに関する。

ガスホルダーとして、貯蔵する気体の量に応じて昇降するピストンを有するガスホルダーが知られている。

図１は、そのようなガスホルダーを縦方向に切断した断面図である。図１に示すように、このガスホルダー１は、屋根３の下方に、内部に貯蔵される気体Ｇの量に応じて昇降するピストン１０を有し、ピストン１０を構成するトラス部１２の上部に設けられた上部ローラ１３と下部に設けられた下部ローラ１４を介して、側壁２に接することで安定を保つようにしている。

そして、貯留する気体Ｇの圧力とピストン１０の重量をバランスさせるために、図２にピストン１０端部の拡大図を示すように、ピストン１０のフートリング１５内部に中詰コンクリート１６を配置したり（特許文献１参照）、ピストン１０の屋根１１にブロック状の錘１７を設置したりすることがある。なお、図２中の１８はシール油である。

図２のような構成の場合は、図３に示すように、ピストン１０の重心の高さ位置（高さ方向の位置）は低くなり、側壁２と接する下部ローラ１４よりも下方となっており、さらに、ピストン１０の浮心よりも下方となっている。

ここで、ピストン１０の重心とは、ピストン１０に作用する重力の中心をいい、ピストン１０の浮心とは、貯蔵するガス圧によるピストン１０に作用する浮力の中心をいう。

そして、操業時において、ピストン１０が昇降する際に、ガスホルダー１の形状のひずみや、摺動面との摩擦の違いによって、ピストン１０が傾斜してしまうことがあるが、図４に示すように、ピストン１０の右側が下がるように傾斜すると、右側の上部ローラ１３と左側の下部ローラ１４において側壁２からの反力が増大し、傾斜を解消するような復元力が働く。また、ピストン１０の重心がピストン１０の浮心よりも低いことによっても復元力が発生して、傾斜を解消するように挙動する。

特許第５４４９５９２号公報

しかしながら、上述したように、フートリング１５内の中詰コンクリート１６や、ピストン屋根１１に設置された錘１７でピストン１０の重量を調整すると、ピストン１０の重心の高さ位置は下部ローラ１４よりも低いため、地震時には、図５に示すように、ピストン１０に作用する慣性力によって、ピストン１０がガスホルダー１の側壁２を押し付けられたときに、側壁２から作用する上部ローラ１３の反力と、下部ローラ１４の反力は、いずれも、ピストン１０を時計回りに回転させるような力として働くため、ピストン１０の傾斜が発生する。その際、側壁２が外側に大きくはらみ出すと、図５に示した個所と反対側の個所では、図６に示すように、上部ローラ１３、下部ローラ１４とも側壁２から離れてしまい、図４にて説明した側壁２からの反力によってピストン１０の傾斜を抑制することは不可能になってしまう。

そして、ピストン１０の傾斜が大きくなりすぎると、フートリング１５と側壁２の間で気体Ｇの封止するために設けられたシール機構を構成するシール油１８が漏れ落ちて、気体Ｇの封止を確保できなくなることが想定される。

気体Ｇの封止を確保できなくなれば、気体Ｇが漏洩して、ピストン１０が降下してしまうという問題が生じる。

また、上述のとおり、慣性力によってピストン１０が側壁２を押すと、反対側では側壁２とピストン１０の間に隙間ができ、ピストン１０が傾斜することによって、ピストン１０下部の側壁２との隙間量が増大してしまう。

多くの場合、ピストン１０の円周方向への回転を防止する回転防止装置は、下部ローラ１４近傍の位置でピストン１０に取り付けられており、ピストン１０下部の側壁２との隙間量が増大すると、回転防止装置が機能しなくなる危険性も高まる。

ちなみに、図７に示すように、回転防止装置２０は、レバー２１の上部に取り付けられた錘２２による力がシリンダー２３に伝わり、シリンダー２３と連結されている爪部２４がラメレ２５を押し付けることで、ピストン１０の円周方向への回転を防いでおり、ピストン１０と側壁２の距離が離れても、シリンダー２３が押し出されるため、回転防止装置２０は機能するが、ピストン１０と側壁２の離れ量（隙間量）が、爪部２４がラメレ２５とかみ合い続けるための許容変位（限界値）を超えると機能しなくなる。

回転防止装置２０が機能しなくなれば、ピストン１０が円周方向に回転することによって、側壁２を傷つけるという問題が生じる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、地震が発生した際に、ピストンの傾斜を的確に抑えることができる耐震性能に優れたガスホルダーを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有している。

［１］内部に貯蔵される気体の量に応じて昇降するピストンを有し、ピストンを構成するトラス部の上部ローラと下部ローラを介してガスホルダーの側壁に接することで安定を保つガスホルダーにおいて、ピストンの重心の高さ位置が前記上部ローラの高さ位置と前記下部ローラの高さ位置との範囲内にあることを特徴とするガスホルダー。

［２］地震時において、ピストンの傾斜が発生したときにも、ピストンの重心の高さ位置が、ピストンが側壁を押し出す側の上部ローラの高さ位置と下部ローラの高さ位置との範囲内にあることを特徴とする前記［１］に記載のガスホルダー。

［３］通常の操業時のピストンの傾斜を抑制するために、ピストンの重心の高さ位置が、ピストンの浮心の高さ位置よりも低い位置であることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のガスホルダー。

本発明に係るガスホルダーは、地震が発生した際に、ピストンの傾斜を的確に抑えることができる。

ガスホルダーを縦方向に切断した断面図である。 従来のガスホルダーにおけるピストン端部の拡大図である。 従来のガスホルダーにおけるピストンの重心の高さ位置を示す図である。 ピストンが傾斜した際にピストンに作用する力の概念図である。 従来のガスホルダーにおける地震時のピストンの挙動を示す概念図である。 従来のガスホルダーにおける地震時のピストンの挙動を示す概念図である。 回転防止装置の概念図である。 本発明の一実施形態に係るガスホルダーにおけるピストンの重心の高さ位置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガスホルダーにおける地震時のピストンの挙動を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係るガスホルダーにおける地震時のピストンの挙動を示す概念図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るガスホルダーの基本的構成は、前述の図１に示したものである。

その上で、この実施形態に係るガスホルダーは、図８にピストン端部の拡大図を示すように、錘１７の位置をトラス部１２の上部に配置することによって、ピストン１０の重心の高さ位置が上部ローラ１３の高さ位置と下部ローラ１４の高さ位置との範囲内になるようにしている。

このように、この実施形態においては、ピストン１０の重心の高さ位置が上部ローラ１３の高さ位置と下部ローラ１４の高さ位置との範囲内になるようにしているので、図９、図１０に示すように、地震時にピストン１０に作用する慣性力は上部ローラ１３と下部ローラ１４で確実に受け止めることが可能となり、上部ローラ１３に作用する反力は、ピストン１０を時計回りに回転させるように作用するが、下部ローラ１４に作用する反力は、ピストン１０を反時計回りに回転させるように作用するため、ピストン１０の傾斜を的確に抑えることが可能となる。

なお、前述した図６および図１０においては、浮心に作用する浮力を記載しているが，重心から浮力の作用線への距離は、ピストン１０が傾斜していないときの重心と浮心の距離に傾斜角の正接を掛けたもので、実際には非常に小さな値となる。例えば、重心と浮心の距離が１ｍで、傾斜角が０．５度のとき、重心と浮力の作用線の距離は１ｍ×ｔａｎ（０．５°）＝０．００８７ｍとなり、浮力によってピストンを回転させようとする力は、側壁２からの反力によってピストン１０を回転させようとする力に比べて小さな値となる。したがって、地震時のピストン１０の傾斜に関しては、浮心の位置の影響は小さい。

上記の説明のとおり、ピストン１０の傾斜を的確に抑えることができるため、シール油１８が漏れ落ちて、気体Ｇが漏洩することによって、ピストン１０が降下してしまうという問題や、回転防止装置２０が機能しなくなり、ピストン１０が円周方向に回転することによって、側壁２を傷つけるという問題等を回避することが可能となる。

ちなみに、この実施形態では、ピストン１０の重心の高さ位置を上部ローラ１３の高さ位置と下部ローラ１４の高さ位置との範囲内にするために、錘１７の位置を調整しているが、必要に応じて、錘１７または／および中詰コンクリート１６の位置を調整すればよい。さらには、中詰コンクリート１６の量を変えたり、ピストン１０の屋根１１の形状を変えたり、下部ローラ１４の位置を下方に移動させるなど、さまざまな手法が考えられる。

なお、前述したように、操業時において、ピストン１０が昇降する際に、ガスホルダー１の形状のひずみや、摩擦の違いによってピストン１０が傾斜してしまうことがあるが、これに対して、この実施形態では、図８に示すように、ピストン１０の重心の高さ位置がピストン１０の浮心の高さ位置よりも高くなっているので、図４で示したような浮力と重心の位置関係による復元力の発生によるピストン１０傾斜解消効果は得られない。

そこで、この実施形態では、操業時のピストン１０の傾斜への対応は、別の方法で対処している。別の方法とは、例えば、上部ローラ１３および下部ローラ１４に側壁２を押し広げるような荷重をあらかじめ導入する方法である。

もちろん、錘１７や中詰コンクリート１６の位置を調整すること等によって、ピストン１０の重心の高さ位置をピストン１０の浮心の高さ位置よりも低くすれば、図４で示したような復元力の発生によるピストン１０傾斜解消効果を得ることができる。

本発明の効果を確認するため、有限要素法による地震応答解析を実施した。

その際に、上記の本発明の一実施形態に係るガスホルダーを本発明例とした。すなわち、図８に示したような構成を備えたガスホルダーである。

なお、本発明例では、ピストンの浮心が重心よりも低くなってしまうため、操業時における傾斜抑制対策としては、上部ローラおよび下部ローラに側壁を押し広げるような荷重をあらかじめ導入してある。

これに対して、比較のために、従来のガスホルダーを従来例とした。すなわち、図３に示したような構成を備えたガスホルダーである。

ガスホルダーの内径は５９．８ｍであり、ピストンの高さ位置関係の諸元を表１に示す。

そして、Ｍ７クラスの直下型地震を想定したシナリオ地震動を用いて地震応答解析を実施した。

解析対象のガスホルダー（本発明例、従来例）は、南北方向の２箇所の下部ローラ付近に回転防止装置が取り付けられている。

そのため、この解析では、回転防止装置が稼動しつづけるための指標として、北地点の下部ローラと側壁の最大離れ量を算定した。また、ピストンの傾斜量に関しては、南北方向および東西方向の両端部における高さ方向の最大変位差を最大傾斜量として算定した。これらの結果を表２に示す。

表２からも明らかなように、本発明例は、従来例に比べて、下部ローラと側壁の最大離れ量を３割程度抑制できている。また、最大傾斜量に関しても、３割以上低減できている。

なお、本発明例は、ピストン傾斜が生じていない時点では、ピストンの重心の高さ位置と下部ローラの高さ位置の差が０．１５ｍであるが、最大傾斜量は東西方向の０．４９２ｍで、ピストン中心からの傾斜量はその半分の０．２４６ｍとなる。したがって、東西方向と南北方向の確認のみであるが、地震時においてもピストンの重心の高さ位置が、ピストンが側壁を押し出す側の上部ローラの高さ位置と下部ローラの高さ位置との範囲内にあり、ピストン傾斜が抑制されていることがわかる。

また、錘の位置の変更ではなく、下部ローラの位置を変更して、ピストンの重心の高さ位置を上部ローラの高さ位置と下部ローラの高さ位置の範囲内として、かつ、ピストンの重心位置は浮心位置よりも低く保つことができれば、操業時において、浮力による復元力でピストンの傾斜を抑制することができる。

これによって、本発明の有効性が確認された。

１ ガスホルダー
２ 側壁
３ 屋根
１０ ピストン
１１ ピストンの屋根
１２ トラス部
１３ 上部ローラ
１４ 下部ローラ
１５ フートリング
１６ 中詰コンクリート
１７ 錘
１８ シール油
２０ 回転防止装置
２１ レバー
２２ 錘
２３ シリンダー
２４ 爪部
２５ ラメレ

Claims (3)

1. 内部に貯蔵される気体の量に応じて昇降するピストンを有し、ピストンを構成するトラス部の上部ローラと下部ローラを介してガスホルダーの側壁に接することで安定を保つガスホルダーにおいて、ピストンの重心の高さ位置が前記上部ローラの高さ位置と前記下部ローラの高さ位置との範囲内にあることを特徴とするガスホルダー。
2. 地震時において、ピストンの傾斜が発生したときにも、ピストンの重心の高さ位置が、ピストンが側壁を押し出す側の上部ローラの高さ位置と下部ローラの高さ位置との範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のガスホルダー。
3. 通常の操業時のピストンの傾斜を抑制するために、ピストンの重心の高さ位置が、ピストンの浮心の高さ位置よりも低い位置であることを特徴とする請求項１または２に記載のガスホルダー。

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