JP6146736B2

JP6146736B2 - 平底円筒タンクの制振装置

Info

Publication number: JP6146736B2
Application number: JP2013075497A
Authority: JP
Inventors: 石井　宏治; 宏治石井; 幸泰平林
Original assignee: 株式会社石井鐵工所
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2013-03-30
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-03-30
Also published as: JP2014198596A

Description

この発明は、原油、水などの液体を貯蔵する平底円筒タンクにおいて、地震荷重が加わった場合のタンクの振動を抑えると共に、スロッシングを抑制することを目的とした制振装置に関するものである。

図４に示すように、従来一般的な平底円筒タンク１は、側板２と底板３と屋根４とからなり、地面６の基盤５上に据え置かれている。
この平底円筒タンク１は、地震荷重Ｍを受けた場合に側板２が振動すると共に、貯蔵液７がスロッシング現象を起こし、側板２に大きな動圧が作用して損傷することがあった。

特許文献１の特開２０００−３５０８０号公報「同調式滑動防止装置」の発明は、地震時の水平滑動を防止するように、２重構造低温タンク１０の内槽タンク１１の中央部に同調式滑動防止装置３０を設け、この同調式滑動防止装置３０はダブリングプレート３１と１次自由振動子３２とを主体として構成され、１次自由振動子３２が弾性部材３３と質量体３４とで構成され、この質量体３４の質量は内槽タンク１１と内部のＬＮＧの全重量の約１０％以下の適当な値に設定されて、バネ定数も適切に設定されている構成が開示されている。

特許文献２の特公平０４−１１７１０号公報「構造物の制震装置」の発明は、風及び地震時における構造物の振動を抑えるために、構造物の上部に設置されて当該構造物の制振装置５において、液体槽５ａを有し、該液体槽５ａに、水と該水に添加攪拌された粘土鉱物からなる液体５ｂを注入する構成が開示されている。

特許文献３の特開平０８−３３４１４７号公報「振動低減用のスロッシングダンパ」の発明は、構造物の振動を低減するために、タンク５の設置される構造物１の振動と配管１０、及び配管１０に設けられたポンプ１１を備え、タンク５の配置される構造物１の振動と配管１０を流れる液体の流量を加速度計１４と流量計１２で計測し、この計測値に基づいてポンプ１１を制御装置１６で制御して、タンク５を循環する液体の流量を制御する構成が開示されている。

特開２０００−３５０８０号公報特公平０４−１１７１０号公報特開平０８−３３４１４７号公報

図４の従来例に示すように、この平底円筒タンク１は、地震荷重Ｍを受けた場合に側板２が振動すると共に、貯蔵液７がスロッシング現象を起こす。このようなスロッシング現象が起こった場合、貯蔵液７は、貯蔵液７ａのスロッシング時の挙動を示し、側板２の水平移動ＨＬや底板３の浮き上がりＵＰ等が生じ、二点鎖線で示す平底円筒タンク１ａの振動後の状態となり、側板２や底板３が破損する等の問題を生じることがあった。そのため、従来より平底円筒タンク１の貯蔵液７のスロッシング現象を抑制することが望まれている。

特許文献１の特開２０００−３５０８０号公報「同調式滑動防止装置」の発明は、地震時の水平滑動を防止するように、２重構造低温タンク１０の内槽タンク１１の中央部に同調式滑動防止装置３０を設け、この同調式滑動防止装置３０はダブリングプレート３１と１次自由振動子３２とを主体として構成され、１次自由振動子３２が弾性部材３３と質量体３４とで構成され、質量体３４の質量は内槽タンク１１と内部のＬＮＧの全重量の約１０％以下の適当な値に設定され、バネ定数も適切に設定されている構成が開示されているが、構造物の底部付近に、構造物の振動の位相と逆位相に振動して滑動防止力を発生させる振動子を設けるものであって、タンクの頂部に固有周期をわずかにずらした液体を設置し、その液体の揺動により振動エネルギーを消費させ、貯蔵液のスロッシング現象を抑制するものではない。

特許文献２の特公平０４−１１７１０号公報「構造物の制震装置」の発明は、風及び地震時における構造物の振動を抑えるために、構造物の上部に設置されて当該構造物の制振装置５において、液体槽５ａを有し、該液体槽５ａに、水と該水に添加攪拌された粘土鉱物からなる液体５ｂを注入する構成が開示されているが、液体槽の液体の粘度の調整や補充が必要で、メンテナンスに手間を要す上に、液体を貯蔵するタンクに設置することを意図した構造ではない。

特許文献３の特開平０８−３３４１４７号公報「振動低減用のスロッシングダンパ」の発明は、構造物の振動を低減するために、タンク５の設置される構造物１の振動と配管１０、及び配管１０に設けられたポンプ１１を備え、タンク５の配置される構造物１の振動と配管１０を流れる液体の流量を加速度計１４と流量計１２で計測し、この計測値に基づいてポンプ１１を制御装置１６で制御し、タンク５を循環する液体の流量を制御する構成が開示されているが、制御装置１６を用いてタンク５内を流れる液体の流量を制御し、液体の固有周期を構造物の固有周期と一致させることで構造物の振動を抑えるものであり、複雑で高価な制御装置等を必要とするため、手間と費用を要す。

この発明は、上述のような従来技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合に、側板２の振動Ｓを抑えると共に、貯蔵液７のスロッシング現象を抑制する平底円筒タンクの制振装置を提供することにある。

請求項１の発明に係る平底円筒タンクの制振装置は、側壁１０ａと底部１０ｂを固着した制振容器１０であって、内部に平底円筒タンク１の貯蔵液７と同種の液体１７ａを貯蔵し、屋根４の内面に側壁１０ａの端部を固着して底部１０ｂと貯蔵液７との間に空間８を設ける構造を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明に係る平底円筒タンクの制振装置は、上記液体１７ａを貯蔵した制振容器１０に、液体補充配管１１及び溢流口を設け、随時平底円筒タンク１の貯蔵液７の高さに合わせて液体１７ａの高さＨの調整を行い、液体１７ａの固有周期Ｋ_２を平底円筒タンク１の固有周期Ｋ_１よりわずかにずらした設定にすることで、平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合に、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａの運動エネルギーとして消費され、側板２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、側板２の振動Ｓが抑えられると共に、貯蔵液７のスロッシングを抑制することを可能とする。

請求項１の発明に係る平底円筒タンクの制振装置は、円周状の板または配管等で製作された側壁１０ａと円周状の板で製作された底部１０ｂを固着した制振容器１０であって、内部に平底円筒タンク１の貯蔵液７と同種の液体１７ａを貯蔵し、屋根４の内面に側壁１０ａの端部を固着して底部１０ｂと貯蔵液７との間に空間８を設ける構造を備えているので、
平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合に、振動エネルギーＥによって、側板２と貯蔵液７および液体１７ａはスロッシング現象を起こして揺動するが、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａの運動エネルギーとして消費され、側板２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、側板２の振動Ｓが抑えられると共に、貯蔵液７のスロッシングが抑制される。
また、平底円筒タンク１本体や基盤５を大きく改造せずに、屋根４に制振容器１０を固着するだけで新設、既設問わず容易に設置が可能である。
更に、制振容器１０には、平底円筒タンク１と同種の液体１７ａを貯蔵することにより、制振容器１０が損傷して、液体１７ａが漏れても、同種の貯蔵液７中に溢流するだけなので、平底円筒タンク１の貯蔵液７に異種の液体が混入する恐れがない。

請求項２の平底円筒タンクの制振装置は、上記液体１７ａを貯蔵した制振容器１０に、液体補充配管１１及び溢流口を設け、随時平底円筒タンク１の貯蔵液７の高さに合わせて液体１７ａの高さＨの調整を行い、液体１７ａの固有周期Ｋ_２を平底円筒タンク１の固有周期Ｋ_１よりわずかにずらした設定にすることで、平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合に、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａの運動エネルギーとして消費され、側板２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、側板２の振動Ｓが抑えられると共に、貯蔵液７のスロッシングを抑制することが可能となる。
また、平底円筒タンク１が原油タンクである場合は、制振容器１０の液体１７ａに粘性の高い原油を貯蔵できるので、より大きな制振効果が得られる。

平底円筒タンク１への制振装置９の設置状況を示す説明図である。構造物１２の制振原理を示す説明図である。構造物１２に貯蔵された貯蔵液２７ａのスロッシングＳＬの抑制原理を示す説明図である。従来例の地震荷重Ｍによる、平底円筒タンク１の振動Ｓと貯蔵液７のスロッシング状況を示す説明図である。

本発明に係る平底円筒タンク１の制振装置９の実施形態例について図１から図３に基づいて説明する。本発明は下記の実施形態にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記の実施形態に変更（例えば構成要素の省略または付加、構成要素の形状の変更等）を加えることが出来るのはもちろんである。なお、図は概略を示すもので、一部のみを描き詳細構造は省略した。

図１は、本発明に係る平底円筒タンク１へ制振装置９を設置する状況を示す説明図である。
平底円筒タンク１は、側板２と底板３と屋根４とからなる平底円筒構造であり、地面６より高く形成した基盤５の上に設置する。平底円筒タンク１は、原油や水等の貯蔵液７を貯蔵している。
図１に示すように、平底円筒タンク１の内部に設ける制振装置９は、側壁１０ａと底部１０ｂを固着した制振容器１０であって、内部に平底円筒タンク１の貯蔵液７と同種の液体１７ａを貯蔵し、屋根４の内面に側壁１０ａの端部を固着して底部１０ｂと貯蔵液７との間に空間８を設けて設置する。
平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合、振動エネルギーＥにより、側板２が振動Ｓすると共に、貯蔵液７はスロッシング現象を起こして揺動するが、制振容器１０の液体１７ａが同時に揺れることにより、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａの運動エネルギーとして消費され、側板２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、側板２の振動Ｓが抑えられると共に、貯蔵液７のスロッシングが抑制される。
上記の現象により、貯蔵液７は地震荷重Ｍを受けた場合の貯蔵液７ａのスロッシング挙動を示すが、その波高は図４と比べて小さくなる。

平底円筒タンク１内部に設ける制振容器１０は、液体１７ａを貯蔵し、液体補充配管１１及び図示しない溢流口を設け、平底円筒タンク１の貯蔵液７を汲み上げる、あるいは外部から供給することによって液体１７ａが補充され、随時平底円筒タンク１の貯蔵液７の高さに合わせて液体１７ａの高さＨの調整を行う。
液体補充配管１１は、調整ポンプＰと液量計測器Ｇを備え、調整ポンプＰにより制振容器１０に補給される液体１７ａの容量を調整し、液量計測器１０でその容量の管理を行う。
液体１７ａの固有周期Ｋ_２は、制振容器１０の内径と貯蔵する液体１７ａの高さＨの関係によって決まるが、内径は制振容器１０の大きさによって一定であるため、高さＨを調整することにより、液体１７ａの固有周期Ｋ_２が平底円筒タンク１の固有周期Ｋ_１よりわずかにずれるように設定する。
固有周期をわずかにずらすことにより、平底円筒タンク１が地震荷重Ｍを受けた場合、液体１７ａは液体１７ｂのスロッシング時の挙動を示し、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａの運動エネルギーとして消費され、側板２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、側板２の振動Ｓが抑えられると共に、貯蔵液７のスロッシングが抑制される。
平底円筒タンク１の貯蔵液７と制振容器１０の液体１７ａが同種であるため、制振容器１０が損傷して、液体１７ａが漏れても、同種の貯蔵液７中に溢流するだけなので、平底円筒タンク１の貯蔵液７に異種の液体が混合する恐れがない。

図２は、構造物１２の制振作用の原理を示す説明図である。
図２のＡに示すように、制振装置９がない場合、構造物１２は、地震荷重Ｍの振動エネルギーＥによって、変位量Ｉだけ変位する。
また、図２のＢに示すように、構造物１２の上部に制振装置９を設けた場合、制振装置９の液体１７ａの高さＨを調整し、液体１７ａの固有周期Ｋ_２を構造物１２の固有周期Ｋ_３よりわずかにずらして設定することにより、液体１７ａの揺動エネルギーＥａが生ずる。
そのため、構造物１２の振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａが揺動するための運動エネルギーとして消費され、構造物１２に伝わる振動エネルギーがＥ-Ｅａとなり、変位量Ｉが制振装置９が無い場合と比べて小さくなる。

図３は、構造物１２に貯蔵された貯蔵液２７ａのスロッシングＳＬの抑制原理を示す説明図である。
図３のＡに示すように、制振装置９がない場合、貯蔵液２７ａを貯蔵した構造物１２は、地震荷重Ｍの振動エネルギーＥにより、変位量Ｉだけ変位する。また、内部の液体２７ａもスロッシングＳＬを起こし、二点鎖線で示す液体２７ｂのスロッシング時の挙動を示し、波高Ｈａを示す。
この時のスロッシングＳＬは、構造物１２と共振した場合、大きな動圧となり、構造物１２が損傷する等の問題を起こす。
図のＢに示すように、構造物１２の上部に制振装置９を設け、制振装置９の液体１７ａの高さＨを液体１７ａの固有周期Ｋ_２が構造物１２の固有周期Ｋ_３よりわずかにずれるように設定することで、振動エネルギーＥの内、揺動エネルギーＥａが液体１７ａが揺動するための運動エネルギーとして消費され、構造物１２に伝わる振動エネルギーがＥ−Ｅａとなり、構造物１２の振動が抑えられると共に、貯蔵液２７ａのスロッシングが抑制され、制振装置９が無い場合と比べて変位量Ｉと波高Ｈａが小さくなる。

上記制振装置は、平底円筒タンクのみならず、地震時の側板の振動や貯蔵液のスロッシング対策が求められる種々構造のタンクや貯蔵庫などの構築物にも適用することができる。

１平底円筒タンク
１ａ振動後の平底円筒タンク
２側板
３底板
４屋根
５基盤
６地面
７貯蔵液
７ａスロッシング時の貯蔵液
８空間
９制振装置
１０制振容器
１０ａ側壁
１０ｂ底部
１１液体補充配管
１２構造物
１７ａ液体
１７ｂスロッシング時の液体
２７ａ貯蔵液
２７ｂスロッシング時の貯蔵液
Ｅ振動エネルギー
Ｅａ揺動エネルギー
Ｇ液量計測器
Ｈ液体１７ａの高さ
Ｈａ波高
Ｉ変位量
Ｋ_１平底円筒タンク１の固有周期
Ｋ_２液体１７ａの固有周期
Ｋ_３構造物１２の固有周期
ＨＬ水平移動
Ｍ地震荷重
Ｓ振動
ＳＬスロッシング
Ｐ調整ポンプ
ＵＰ浮き上がり

Claims

平底円筒タンク（１）の内部に設ける制振装置（９）は、側壁（１０ａ）と底部（１０ｂ）を固着した制振容器（１０）であって、内部に平底円筒タンク（１）の貯蔵液（７）と同種の液体（１７ａ）を貯蔵し、屋根（４）の内面に側壁（１０ａ）の端部を固着して底部（１０ｂ）と貯蔵液（７）との間に空間（８）を設ける構造を備えていることを特徴とする平底円筒タンクの制振装置。
上記液体（１７ａ）を貯蔵した制振容器（１０）は、液体補充配管（１１）及び溢流口を設け、随時平底円筒タンク（１）の貯蔵液（７）の高さに合わせて液体（１７ａ）の高さ（Ｈ）の調整を行い、液体（１７ａ）の固有周期（Ｋ _２）を平底円筒タンク（１）の固有周期（Ｋ _１）よりわずかにずらした設定にすることで、平底円筒タンク（１）が地震荷重（Ｍ）を受けた場合に、振動エネルギー（Ｅ）の内、揺動エネルギー（Ｅａ）が液体（１７ａ）の運動エネルギーとして消費され、側板（２）に伝わる振動エネルギーが（Ｅ−Ｅａ）となり、側板（２）の振動（Ｓ）が抑えられると共に、貯蔵液（７）のスロッシングを抑制することが可能な構造とする請求項１記載の平底円筒タンクの制振装置。