JP3048865B2 - 船舶の動揺軽減装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、減揺水槽内の液体制
動の創案に係わり、液体の移動または停止、或いは移動
周期（固有周期）の可変操作を自動的に制御する制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より船舶の横揺れを軽減する装置と
して、Ｕ字管型の受動減揺水槽（以下ＡＲＴと言う）が
知られている。 このＡＲＴは、船の横揺周期とＡＲＴ
固有周期が等しいとき、船の横揺れに伴ってＡＲＴ内の
液体は共振を行い、横揺れに対し約９０度の位相遅れが
生じたときに高い減揺効果を得られるが、その範囲は狭
く船の横揺周期がＡＲＴ固有周期から±約１秒以上外れ
ると効果は極減する。尚且つ、何らかの理由でＡＲＴ有
効範囲を外れ船の横揺周期が長く（遅く）なった時、１
揺れの１／４毎に減揺と同調すなわち横揺れが大きくな
るという現象を繰り返す不自然な動揺を誘起し、場合に
よってはＡＲＴの無い場合より大きい横揺れを起こすこ
とが知られ、これらの問題点をバルブやダンパーを備え
ることで解決する様々な発明、考案がなされた。 バル
ブやダンパーの機器操作の自動化に対する制御方法も発
明、考案されたが、自動化の実用に際し後述するような
難点が多く、このためＡＲＴを制作するとき、空気ダク
トの解放式や空気ダクト付きのバルブを設けないもの、
また、ＡＲＴ固有周期の可変手段を有さない固有周期固
定式のもの等、従来通りの欠点を有するＡＲＴが多く採
用されている。 そのため、これらのＡＲＴを装備した
在来船では航海状態に於ける出合周期や海気象状況等の
影響により、刻々変わる船の横揺周期の値を長年の経験
やストップウオッチ等で把握し、ＡＲＴ固有周期をその
都度変更させるか、或いは、同調横揺れを防ぐためにＡ
ＲＴを非作動とする操作をしていた。 その操作方法
は、図３に示すＡＲＴに於いて説明すると、 （イ）． 空気ダクト４のバルブ５を有する場合は、作
動させるときはバルブ５を開け、或いは停止させる時に
は同じくバルブ５を閉じる。 （ロ）． 空気ダクト４のバルブ５を設けていない場合
は、作動させる時はＡＲＴ本体６内に排水量の１〜４％
という所要量の液体１４を注入、或いは停止させる時に
は同じく液体１４を排水する。 また、ＡＲＴ固有周期
を遅く（長く）する時は液体通路２内のダンパー３を閉
じ、同じく周期を早く（短く）する時はダンパー３を開
くなどの操作を必要とし乗組員に多大の負担を掛けてい
た。

【０００３】そこで、１つの対策としてＡＲＴが逆効果
を起こす周期を検知した時、バルブ５を自動的に閉鎖し
ＡＲＴを非作動とし、この状態からＡＲＴが有効に作動
する周期を検知したとき、バルブ５を開きＡＲＴを作動
させる減揺方法が発明された（例えば、特公昭５８−３
０１９６参照）。

【０００４】

【発明が解決する課題】しかしながら、第４図に示すよ
うに船の平均横揺周期が制御基準値（船の横揺角が非作
動時に比べ、作動時の方が大きくなる減揺効果の分岐
点）Ｔ１、或いはＴ２に対する大小関係のみを判別する
従来の方法では、制御基準値Ｔ１、或いはＴ２付近の横
揺れが生じた場合、開閉装置機器への切り替え制御信号
が頻繁に出力されることになるが、開閉装置の駆動に必
要な油圧ポンプ用の電動機などは、起動電力等の兼ね合
いから電源スイッチの頻繁なインチングは極力避けなけ
ればならづ、しかも、頻繁なインチングは該当する各機
器の消耗が激しくなるばかりか、制御方法として適切で
ない等の理由から、ＡＲＴ固有周期の調整に関する操作
は依然として手動操作であり、乗員が期待するほどの自
動化のメッリトは少なかった。 このように従来技術の
バルブ制御方法では、ＡＲＴが逆効果を起こす周期を検
知した時、バルブを自動的に開閉しＡＲＴの作動或いは
非作動状態を制御するだけで、有効範囲７が狭いと言う
もう１つの欠点を補うことはできず、必ずしも安定した
操作状態を形成しないなどの問題点が残り、減揺装置の
効力を充分に発揮していないのが現状である。

【０００５】

【目的】ＡＲＴが必要としている制御は、液体の制動も
さることながら、その固有周期の可変を可能とし広範囲
の横揺周期に対応させることである。 本発明は、前述
した従来の問題点を解決するためになされたもので、船
の平均横揺周期が制御基準値Ｔ１、或いはＴ２付近の周
期でも、頻繁に開閉作動をすることなく、バルブの制御
は無論のこと、ダンパー駆動の油圧ポンプ用電動機も必
要なとき数秒間だけ作動そして停止を可能とする自動制
御方法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】このような目的を達成す
るための基本的なＡＲＴの構成自体は、図３に示すよう
に、船体の両舷に設定した一対の少なくとも２つのウイ
ングタンク１ａ，１ｂとこれらウイングタンク１ａ，１
ｂの底部に液体１４を左右方向へ移動させる液体通路２
で連結すると共に、同じくウイングタンク１ａ，１ｂ上
部にバルブ５を介して連通させる空気ダクト４と図示し
ていないが注排水管、測深管、空気抜き管など水槽とし
て必要な艤装を施す。 ＡＲＴ本体６は前記の注排水
管、測深管、空気抜き管など外部に通じる全ての管に閉
鎖手段を施し密閉状態を可能とする。またＡＲＴ固有周
期の可変用として液体通路２を複数に分割しその内にダ
ンパー３等を設ける。 バルブ５或いはダンパー３の開
閉には自動制御のための動力駆動式を採用するが、中途
開度はせず全閉または全開とすることを前提とした図２
に示すような制御装置機構を施す。

【０００７】制御方法は、ＡＲＴの目的に添った少なく
とも２つ以上の異なる周期範囲を持つ制御グループ８，
９，１０を形成し、そのグループ毎に機器制御の操作仕
様を設定する。 そして制御実行中のグループから平均
横揺周期が外れない限り、他のグループの所掌する制御
は実行されないようにする。 そこで船の平均横揺周期
がどの制御グループに属するかを判別して、そのグルー
プの定められた制御信号を実行するものである。

【０００８】 ここで制御グループ８，９，１０の設定
について説明する。 図４は縦軸に船体傾斜角（横揺
角）と波傾斜角の比をとり、横軸に横揺周期をとって各
周期に於ける船の横揺れの様子を示したものである。Ａ
ＲＴの有効範囲７は、一般的に船の横揺れ角が非作動時
に比べ、作動時の方が大きくなる減揺効果の分岐点Ｔ１
から同じくＴ２までとしている。 しかし、この有効範
囲７内で高い減揺効果が得られるのはＡＲＴ固有周期付
近であり、分岐点Ｔ１或いは同じくＴ２の付近すなはち
（Δｔ１）１１或いは（Δｔ２）１２に於ける効果は低
くＡＲＴを作動、或いは非作動としても減揺効果の大勢
には殆ど影響を与えない。

【０００９】 そこで、図１に示す制御グループ８，
９，１０の周期的に隣接する部分は、この（Δｔ１）１
１或いは（Δｔ２）１２等を重複させ周期判定値に幅を
持たせようとするものである。 尚、この（Δｔ１）或
いは（Δｔ２）等の値は、ＡＲＴ制御目的に合わせ適宜
決定するものとする。

【００１０】

【作用】上記したような本発明によるものの作用関係に
ついては、バルブ５やダンパー３等の開閉装置の動作、
即ち、開くときと閉じるときの周期判定基準値Ｔ１，或
いはＴ２は、それぞれ同一点でなく異なるため、制御切
り替え点に於ける各機器の頻繁な作動状態は少なくなる
ので、バルブ５に比べ大きいトルクを必要とするダンパ
ー３の駆動源に電動機などの採用で自動制御も可能とな
る。 ＡＲＴが逆効果を起こす要因は有効範囲７が狭い
と言うことであり、ダンパー３の自動化は有効作動範囲
１５の拡大を成し、ＡＲＴの宿命的な欠点を取り除くこ
とが可能となる。 また、使用頻度の極減から機器の寿
命が飛躍的に延びることになる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して更
に説明する。開閉操作機構は、図２に示すように数値演
算や制御信号等を司るコントロール部１８と開閉機器装
置部１９からなる。 コントロール部１８は、傾斜計等
の傾斜センサー２０により船の横揺れ状況を１揺れ毎に
計測しコンピューター処理で単周期値を求める。 ＡＲ
Ｔの作動原理は前述の如く、横揺れに対し約９０度の位
相遅れを生じたときに高い減揺効果が得られるものであ
るから、間近の横揺周期の状況を把握すれば良く、長時
間の横揺れ平均は実用に合わない。 従って、平均横揺
周期の算出は、２回から５回位の単周期を平均するもの
とし、常に新しい値を算入し古い値を除去する移動平均
方式を採用する。 この算出された平均値が図１に関し
て後述する、どのグループ８，９，１０に属するかを判
別せしめ、該当するグループ８，９，１０に予め設定し
て有る制御信号を送出する。また、各機器の作動状況は
逐一情報処理回路２３で把握し、その情報はＩＣメモリ
ーにて保存すると共に、図示していないがコントロール
パネルに表示する。 また傾斜角、周期等の状況は、図
示していないが航海情報として他の航海機器へ信号を送
出することも可能である。

【００１２】 開閉機器装置部１９は、駆動機２４、電
磁弁２５，２８、開閉装置２６，２９、リミットスイッ
チ２７，３０等で構成する。 機器の開閉制御は、コン
トロール部１８からの制御信号により、駆動機２４を始
動→電磁弁２５，２８→開閉装置２６，２９→リミット
スイッチ２７，３０→駆動機２４の停止となる。 機構
によっては駆動機２４を必要としない場合がある。 例
えば、駆動源を他のラインから直接供給を受けられる場
合などは駆動機２４の始動および、停止の行程は省略で
きる。

【００１３】本実施例は、バルブ５の装置とダンパー３
の装置を各１組を設けた例で、各グループ８，９，１０
は、周期的に隣接する付近に、ある周期範囲（Δｔ１）
１１或いは同じく（Δｔ２）１２、同じく（Δｔ３）１
３の値を以て、互いに重複させてあり有効作動範囲１５
は図１に示すようになる。

【００１４】分かり安くするため、具体的に数値を設定
し各制御グループ８，９，１０について説明する。 （イ）． 非作動（ＣＡＳＥ−１）８は、平均周期の値
が１１．６秒以上の時と７．８秒以下の時に、バルブ５
を強制的に閉じＡＲＴは非作動状態となる。この状態
は、非作動（ＣＡＳＥ−１ａ）８ａのように平均周期が
１１秒から８．５秒の間に入るまで保持される。 （ロ）． 作動（ＣＡＳＥ−２）９は、平均周期の値が
１１．６秒から９．４秒の範囲内で、バルブ５開、ダン
パー３閉の制御を実行しその状態は保持される。 （ハ）． 作動（ＣＡＳＥ−３）１０は、平均周期の値
が１０秒から７．８秒の範囲内で、バルブ５開、ダンパ
ー３開の制御を実行し保持する。 これらの制御の仕様
は、平均周期の値が制御実行中のグループを外れ、該当
するグループに侵入したとき実行される。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
によれば、バルブの制御は無論のことダンパー制御も容
易にし、しかも必要なときだけ数秒間で作動そして停止
操作が人手を煩わすことなく自動的に行われる。 この
ことはＡＲＴの宿命的とも言える欠点、即ち、有効範囲
の狭さとその範囲を外れた時の逆効果などは容易に解消
することができる。 従って、その船に合った数のバル
ブやダンパー等を備えるＡＲＴを装備した船舶に於いて
は、出合周期や海気象状況等の影響により刻々変わる船
の横揺周期に対し、最適と思われるＡＲＴ固有周期を自
動的に可変し、或いは、前記の逆効果を与える横揺周期
に遭遇した場合でも、同調横揺れを防ぐためＡＲＴを非
作動とすることができるなど、有効作動範囲は拡大し、
常に安定した減揺効果が得られると言う作用効果を有し
ており工業的にその効果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】有効作動範囲と本発明に於ける作動関係を示し
た図表

【図２】本発明によるバルブ或いはダンパーの開閉操作
機構構成関係を示したブロック図

【図３】ＡＲＴの概略構成を示す全体構成図

【図４】ＡＲＴの有効作動範囲を示す図表

【符号の説明】

１ａ、１ｂ・・・ウイングタンク、 ２・・・液
体通路 ３・・・ダンパー、 ４・・・空
気ダクト ５・・・バルブ、 ６・・・Ａ
ＲＴ本体 ７、７ａ、７ｂ・・・有効範囲、 ８、８ａ、９、１０・・・制御実行範囲（制御グルー
プ） １１、１２、１３・・・重複させる周期範囲（Δｔ１、
Δｔ２、Δｔ３） １４・・・液体、 １５・・・
有効作動範囲 １８・・・コントロール部、 １９・・・
開閉機器装置部 ２０・・・傾斜センサー、 ２１・・・
周期演算判定回路 ２２・・・制御回路、 ２３・・・
情報処理回路 ２４・・・駆動源、 ２５、２８
・・・電磁弁 ２６・・・バルブの開閉装置、 ２７、３０
・・・リミットスイッチ ２９・・・ダンパーの開閉装置、 ３０・・・
情報処理回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船体の両舷に設定した一対の少なくとも
   ２つのウイングタンク（１ａ，１ｂ）と、これらウイン
   グタンクの底部に液体（１４）を左右方向へ移動させる
   液体通路（２）で連結すると共に、前記のウイングタン
   ク上部に液体（１４）の制動を目的としたバルブ（５）
   等の手段を介して連通させる空気ダクト（４）と、液体
   通路（２）内に減揺水槽の固有周期の可変を目的とした
   ダンパー（３）等の手段を設け、更に、船の横揺角を検
   知し、その値を以て横揺れの単周期や平均横揺周期を演
   算し、更に制御信号等を出力するコントロール部（１
   ８）と前記バルブやダンパーを駆動させる開閉機器装置
   部（１９）の手段とを具備した、液体（１４）の移動ま
   たは停止、或いは減揺水槽固有周期の可変操作を自動的
   に成し得る減揺水槽に於いて、液体（１４）の制動、或
   いは異なる減揺水槽固有周期を含む有効範囲（７ａ，７
   ｂ）を得る操作として、前記のバルブやダンパーの開閉
   組合わせを行う制御仕様を持つグループ（８ａ，９，１
   ０）を設定するとともに、これらの各グループが持つ有
   効範囲（７ａ，７ｂ）の隣接する箇所を重複させ、ある
   一つの制御仕様を実行中のグループには、その有効範囲
   から船の平均横揺周期が外れない限り、他のグループが
   実行されないように設定することで、どの値の平均横揺
   周期を検知しても、前記のバルブ（５）やダンパー
   （３）を含む関連機器の切り替えが頻繁に作動しないこ
   とを特徴とした船の動揺軽減水槽装置の自動制御方法。