JP6120549B2 - 船舶の振動低減構造 - Google Patents

Description

本発明は、船殻に伝搬する振動を低減する、船舶の振動低減構造に関する。

船舶の推進用スクリュープロペラ（以下 プロペラという。）の周辺の流体には、その回転に伴って変動圧力が発生する。この変動圧力は流体中を伝搬して、主にプロペラ直上の船底外板に至り、サーフェースフォースとして作用する。そして、固体伝搬音による船体振動の原因となることがある。

特許文献１は、船尾部のプロペラ後流が衝突する部分に、可塑性部材により密閉された可塑性タンクを配置した圧力吸収装置を開示している。特許文献１に記載されている圧力吸収装置は、船尾部の所定位置に配置した可塑性タンクと、当該可塑性タンク内の流体を外部に排出する管路の開閉を行う制御弁と、当該可塑性タンクに流体を供給する管路の開閉を行う制御弁とを備える。前記２つの制御弁は、プロペラの回転信号に基づき、一方の制御弁が開いた場合には、他方の制御弁を閉止するように、コントローラにより制御される。

また、特許文献２は、プロペラの回転に伴う船体振動を防止するための装置を開示している。特許文献２に記載されている船舶の振動防止装置は、船尾に設けられたプロペラの直上に、当該プロペラの回転に伴う起振力を吸収しうる防振部材を備える。

実開昭６０-３２１９５号公報 実開昭６１-４７７９７号公報

本発明は、プロペラ又はモータに起因するサーフェースフォースを船底に受けた際に、船殻の振動を低減する船舶の振動低減構造を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による振動低減構造（１０）は、船舶におけるプロペラ又はモータ近傍の外板を、隣接する船底外板（１２、１１２）に対して板厚が厚い厚板構造板（１４）で形成した。

プロペラ又はモータの投影面における前記外板を、隣接する船底外板（１２）に対して２倍以上の厚さを有する厚板構造板（１４）で形成した。

プロペラ又はモータの投影面における前記外板を、４０ｍｍ以上の板厚の厚板構造板（１４）で形成した。

前記厚板構造板（１４）を、隣接する船底外板（１２、１１２）に対して単位面積当たりの質量が異なる部材で形成した。

プロペラ又はモータの投影面を囲む周囲における前記外板を、隣接する船底外板（１２、１１２）に対して２倍以上の厚さを有する厚板構造板（１４）で形成した。

プロペラ又はモータの投影面を囲む周囲における前記外板を、４０ｍｍ以上の板厚の厚板構造板（１４）で形成した。

前記厚板構造板（１４）を、ブロッキングマスとして機能させる構造とした。

本発明によれば、特別な圧力吸収装置を設けることなく、プロペラ又はモータ近傍における船殻の振動を低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶の振動低減構造を説明する斜視図である。 図２は、一般的な大型船の船尾付近における固体伝搬音の振動レベルの測定例を示す線図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る船舶の振動低減構造を説明する斜視図である。 図４は、厚板構造板と船底外板との厚さの関係を示す船底部分の断面図である。

添付図面を参照して、本発明による船舶の振動低減構造を実施するための形態を、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、船舶の後部を船体の斜め下方から観察した斜視図である。図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る船舶の振動低減構造１０は、船側外板１１と、船底外板１２と、厚板構造板１４とを備える。なお、船底に開孔している二つの開孔１６は、船舶の推進装置としてアジマススラスタを取り付けるためのポッド用の開孔部である。

厚板構造板１４は、隣接する船底外板１２に対して板厚が厚い構造板で構成する。例えば厚板構造板１４として、隣接する船底外板１２に対して２倍以上の板厚を有する構造板を用いて、二つのプロペラ又はモータ近傍における外板の剛性を高め、重量を増加することができる。また、厚板構造板１４として、板厚が４０ｍｍ以上の構造材を用いて、外板の剛性を高め、重量を増加することができる。厚板構造板１４を構成する範囲として、プロペラ又はモータの投影面付近を、その範囲とすることができる。

図２に、推進装置としてアジマススラスタを用いた大型船のプロペラ近傍における、固体伝搬音の振動レベルの測定例を示す。図２に示すように、固体伝搬音は、６３Ｈｚ付近で振動する低域振動ＶＬと、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚ付近で振動する高域振動ＶＨとを含んでいる。

低域振動ＶＬは、プロペラの羽根の回転に伴って発生する変動圧力が流体中を伝搬して、プロペラ直上の船底外板に至り、サーフェースフォースとして作用して励振することに起因する。一般的な大型客船では、船底外板の板厚は１５〜２０ｍｍ程度であり、これに一般的な桁板と肋板とを用いた井桁構造を併用すると、概ね船底外板の固有振動数は８０Ｈｚ付近となる。この８０Ｈｚの固有振動数は、プロペラが回転することに伴って発生する起振力の６３Ｈｚに近いために、船体振動の原因となることがある。

本発明を用いて船底部の剛性を高めることによって、船底部の固有振動を高くして、例えば直下で回転しているプロペラにより発生する起振力の周波数と、船底外板の共振周波数とをずらすことができる。例えば、図１に示す厚板構造板１４の板厚を、隣接する船底外板１２の板厚（例えば２０ｍｍ）に対して２倍以上の４０ｍｍとすることによって、厚板構造板１４付近の固有振動数を１８０Ｈｚに上昇させることができる。

このように、厚板構造板１４付近における共振を避けることによって、船舶後部おいて発生する振動を抑制して、船体に配置されている客室に伝搬する振動を低減することができる。一般に、客船の船尾付近には高級な客室が配置される。従って従来は、客室の振動低減対策として、船殻構造を変更したり、制振材を追設する等の必要があり、多大な工数と費用とが必要となっていた。また、就航後においては、防振材の劣化など、耐久性に関する問題が発生していた。

本発明を適用することによって、船尾付近における振動を抑制することができる。そして、他の部位に設置された客室に対する防振構造、及び防音構造を簡略化することもできる。これにより、船体の重量増加を抑えたり、船体のコストアップを抑止することができる。

なお、厚板構造板１４を使用せずに、桁板と肋板とを細かく配置して細分化した井桁構造を用いても、プロペラ上方の船体外板の固有振動数を高めることはできる。しかし、桁板と肋板とを細かく配置すると、溶接の箇所が増えて船体のコストアップにつながる。また、細かな井桁構造により小さな区画が多くできてしまい、船底付近の区画の使い勝手が悪化するという問題も生ずる。

他方、図２に示す高域振動ＶＨは、例えば推進装置としてアジマススラスタを用いた船舶において、モータの電磁起振力に起因して現れる振動である。このモータの電磁起振力が船底外板から船殻に伝搬して、船体振動の原因となることがある。船室や客室において、この振動や騒音を減少させるためには、内装材に重い材料を使う等の必要があった。

本発明を用いて船底部の重量を増加することによって、厚板構造板１４付近の２００Ｈｚ以上の入力インピーダンス（振れ難さを示す値）を約３ｄＢ上昇させることができる。これにより、モータの電磁起振力に起因する船底付近の振動を、約３ｄＢ（約半分に）低減することができる。これにより、客室の防振構造、及び防音構造を簡略化することができ、船体の重量増加を抑え、船体のコストアップを抑止することができる。

（第２の実施形態）
図３は、船舶の後部を船体の斜め下方から観察した斜視図である。図３を参照して、本発明の第２の実施形態に係る船舶の振動低減構造１１０は、船側外板１１と、船底外板１２、１１２と、厚板構造板１４とを備える。なお、図１に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１に示した船舶の振動低減構造１０では、プロペラ又はモータ近傍の船底外板に厚板構造板１４を用いた実施形態について説明した。これに対し、図３に示す船舶の振動低減構造１１０は、プロペラ又はモータ近傍、又はその投影面を囲む周囲における外板に、厚板構造板１４を用いた実施形態である。従って、厚板構造板１４で囲まれた内部の船底外板１１２、及び厚板構造板１４の外部の船底外板１２は、一般的な板厚の構造板で構成されている。

例えば、厚板構造板１４として、隣接する船底外板１２、１１２に対して２倍以上の板厚を有する構造板を用いることによって、船底外板１１２と厚板構造板１４との間で板厚に不連続な部分が形成される。この不連続部分の存在により、隣接する船底外板１１２から船底外板１２に伝わる振動を反射、干渉によって低減することができる。また、厚板構造板１４として、板厚が４０ｍｍ以上の構造材を用いることによっても、船底部の振動を低減することができる。

例えば、船底外板１２、１１２の板厚を２０ｍｍとし、厚板構造板１４の板厚を４０ｍｍとすることによって、約１〜３ｄＢの振動伝達損失を得ることができる。そして、６３Ｈｚ付近のプロペラ起振力に起因する振動と、数百Ｈｚ以上のモータの電磁起振力に起因する振動に対して、効果的に振動低減効果を得て、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、厚板構造板１４を、ブロッキングマスとして機能させることもできる。この場合には厚板構造板１４を、隣接する船底外板１２、１１２に対して、単位面積当たりの質量が異なる部材（比重が異なる部材、又は板厚が異なる部材を含む。）で形成することもできる。プロペラ直上の船底外板１１２から他の部分への振動伝搬経路に、ブロッキングマスを設けることにより、船底外板１１２の範囲内に伝搬振動を反射させて、船底外板１２や他の船殻部分に伝わる振動を低減することができる。

図４に、船底部分に形成した厚板構造板１４と船底外板１２、１１２との構成例を示す。図４に示すように、厚板構造板１４は、船底部分を同一面として、船底外板１２、１１２とに溶接されている。厚板構造板１４に対しては、桁２０を溶接することができる。図４に示すように、厚板構造板１４の端面に桁２０を溶接する構造としても良いし、厚板構造板１４の上面に桁２０を溶接する構造としても良い。桁２０を構成する部材として、船底部において横方向に配置されている肋板を用いることもできるし、船底部分を縦通する桁板を用いることもできる。

次に、図４に示した厚板構造板１４をブロッキングマスとして機能させる場合に、遮断する下限の曲げ波の波長λ_B、及び剪断波の波長λ_Sを算出するための計算式について説明する。なお、船底外板１２、１１２の板厚をｈ、厚板構造板１４の板厚をａ、ブロッキングマスとして機能させる場合の長さをｂとする。そして、船底外板１２、１１２及び厚板構造板１４のヤング率をＥ、ポアソン比をν、密度をρ、周波数をｆ、とすると、曲げ波の波長λ_B及び剪断波の波長λ_Sは、例えば以下の式で表される。
λ_B ＝Ｃ_B ／ｆ ………（１）
但し、Ｃ_B ＝（Ｂ／ｍ¹¹）^1/4・（２πｆ）^1/2
Ｂ＝Ｅｈ³ ／１２（１−ν²）
ｍ¹¹＝ρｈ
λ_S ＝Ｃ_S ／ｆ ………（２）
但し、Ｃ_S ＝（Ｅ／ρ）^1/2

遮断したい上限の周波数をｆとした場合には、厚板構造板１４の長さｂは、上記の式（１）又は（２）で算出した波長に対して十分に短い寸法（例えば１／４）にすると良い。また、遮断したい下限の周波数をｆとした場合には、厚板構造板１４の長さｂは、上記の式（１）又は（２）で算出した波長に対して十分に長い寸法（例えば４倍）にすると良い。

図１及び図３に示す実施形態では、本発明に係る振動低減構造を、アジマススラスタ式の推進装置を備える船舶に適用した実施形態について説明したが、本発明を固定軸プロペラ式の推進装置を備える船舶に適用することもできる。また、推進装置は二軸式の推進装置に限定するものではなく、一軸式、又は三軸以上の推進装置を有する船舶の振動低減構造として用いることができる。

また、厚板構造板１４として、一枚の厚板の構造材を用いることもできるし、複数の板材を積層して形成した構造材を用いることもできる。既設の船底外板に対して、新たに板材を溶接して積層することによって、既存の船舶に対して本発明に係る振動低減対策を施すこともできる。なお、船底外板１２、１１２と厚板構造板１４との境界部分は、直角の段差とすることもできるし、若干鋭角気味の段差に形成することもできる。この板厚が異なる境界部分は、上述したように、桁板や肋板が存在する位置に形成することもできるし、桁板や肋板が存在しない位置に形成することもできる。

以上、実施の形態を参照して本発明による船舶の振動低減構造を説明したが、本は発明による振動低減構造は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

１０...振動低減構造
１１...船側外板
１２、１１２...船底外板
１４...厚板構造板
１６...開孔
ＶＬ...低域振動
ＶＨ...高域振動

Claims (3)

1. プロペラ又はモータの投影面を囲む周囲における外板を、前記投影面に対応する船底外板より厚さを有する厚板構造板で厚さ方向に不連続になるように形成した振動低減構造。
2. 前記厚板構造板は、前記船底外板の２倍以上の厚さを有する請求項１に記載の振動低減構造。
3. 前記厚板構造板は、４０ｍｍ以上の板厚を有する請求項１又は２に記載の振動低減構造。
   

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