JP6742615B2

JP6742615B2 - 制振装置

Info

Publication number: JP6742615B2
Application number: JP2016162058A
Authority: JP
Inventors: 廣和平野; 友樹石川; 剛史井田; 河田　彰; 彰河田
Original assignee: Chuo University; Togawa Rubber Co Ltd
Current assignee: Chuo University; Togawa Rubber Co Ltd
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-08-22
Also published as: JP2018030592A

Description

本発明は、液体用貯蔵タンク内に配設されて液体揺動を制振する制振装置に関する。

従来の制振装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載される制振装置が挙げられる。この文献に記載される制振装置は、ダンパーパネルが上下方向に複数段積み上げられて構成された制振用パネルを備える（例えば、特許文献１の図３参照）。

特開２０１５−１４７５９０号公報

大型の液体用貯蔵タンクでは、そのサイズに合わせて、より大型の制振装置を使用する必要がある。しかしながら、制振装置は、液体を入れる前のタンク内で組み立てられるのが通常であるため、従来の制振装置を大型化すると、組み立てた後の自重による変形が生じ易くなる。

本発明は、自重による変形が生じ難く、大型の液体用貯蔵タンクに対しても適用することが可能な制振装置を提供することを目的とする。

本発明の制振装置は、液体用貯蔵タンク内に配設されて液体揺動を制振する制振装置において、比重の異なる外枠及び内枠が複数のダンパーパネルを介して上下方向に相対移動可能に連結され、且つ隣接する前記ダンパーパネルの間にスリットが形成される枠体を備え、前記液体用貯蔵タンクに貯蔵された貯蔵液体に対して液面から所定深さまでの範囲に位置する状態で浮遊可能に構成されていることを特徴とする。

本構成のごとく、外枠及び内枠という構成を採用することによって、外枠の重さが内枠に直接作用することがなく、また逆に内枠の重さが外枠に直接作用することもないため、自重による変形が生じ難い。さらに、比重の異なる外枠及び内枠が複数のダンパーパネルを介して上下方向に相対移動可能に連結されているため、本構成の制振装置を、液体用貯蔵タンクに貯蔵された貯蔵液体に浮遊させようとした場合、外枠及び内枠のうち比重が大きい方が沈み易く、比重の小さい方が浮き易い。従って、制振装置が上下方向に伸びて大きくなるため、大型の液体用貯蔵タンクに対しても適用することができる。

さらに本発明の制振装置は、前記ダンパーパネルが、長手方向にＳ字状に弾性変形可能な板状部材で構成されていることを特徴とする。

本構成によれば、ダンパーパネルを長手方向にＳ字状に変形させることができるため、使用前の制振装置をよりコンパクト化することができる。

さらに本発明の制振装置は、前記ダンパーパネルが、長手方向にスライド伸縮自在な板状部材で構成されていることを特徴とする。

本構成によれば、ダンパーパネルを長手方向にスライドさせて収縮させることができるため、使用前の制振装置をよりコンパクト化することができる。

さらに本発明の制振装置は、複数の前記枠体が横方向に一体に連結されていることを特徴とする。

本構成によれば、適用する液体用貯蔵タンクの大きさに合わせて適宜枠体の数を調節することができる。従って、例えば、平面視において液体用貯蔵タンクの液面全体に亘るように制振装置を設定して、浮遊する制振装置の水平方向の回転運動と水平移動とを規制するように構成することができる。

さらに本発明の制振装置は、前記内枠の比重が、前記外枠の比重よりも大きいことを特徴とする。

本構成の制振装置によれば、液体用貯蔵タンクに貯蔵された貯蔵液体に浮遊した際、外枠が上方に位置し、内枠が下方に位置することになる。従って、制振装置における幅のより大きい部分が、貯蔵液体の液面付近に配置されることになるため、液体揺動の制振効果を一層高めることができる。

さらに本発明の制振装置は、前記貯蔵液体が水溶液であって、前記内枠の比重が１以上であり、且つ全体の比重が１未満であることを特徴とする。

本構成によれば、水溶液である貯蔵液体において、制振装置をより確実に浮遊させて液体揺動を制振することができる。

第１実施形態に係る制振装置の斜視図である。第１実施形態に係る制振装置を配設した液体用貯蔵タンクの縦断側面図である。枠体の組み立て方法を示す斜視図である。組み立て後の枠体の斜視図である。組み立て後の枠体の一部を拡大した斜視図である。内枠及び外枠のそれぞれの両端を連結する方法を示す斜視図である。内枠及び外枠のそれぞれの両端を連結する別の方法を示す斜視図である。第２実施形態に係る制振装置の一部を示す側面図である。本発明の制振装置を設置した貯水タンクにおける１次スロッシングモードでの波高の時系列変化を示す実証データである。本発明の制振装置を設置しなかった貯水タンクにおける１次スロッシングモードでの波高の時系列変化を示す実証データである。

〔第１実施形態〕
本発明に係る制振装置の第１実施形態について図面に基づいて説明する。
（液体用貯蔵タンク）
本発明における液体用貯蔵タンクＴとは、水、燃料、化学薬液等の貯蔵液体Ｒを収容・貯蔵するタンクを意味する。本発明に適用可能な液体用貯蔵タンクＴの容器形状としては、例えば、矩形（正方形又は長方形）の横断面形状を有する一般的な箱型容器や、あるいは円形の横断面形状を有する円柱状容器等であっても良い。また、本発明に適用可能な液体用貯蔵タンクＴの用途としては、例えば、上水を貯蔵する受水槽や、放射能で汚染された水を貯蔵する汚染水貯蔵用ＰＣタンク等が挙げられる。また液体用貯蔵タンクの大きさについては特に限定されるものではなく、例えば高さ３ｍ×幅３ｍ×奥行３ｍといった一般的な受水槽に相当する大きさから、例えば内径が２０ｍを超え、有効水深も７ｍを超えるような大型のＰＣタンクに至るまで幅広く適用することができる。

（制振装置）
図１に示されるように、本実施形態に係る制振装置１は、平面形状が円形の枠体２を４つ備えて構成されている。４つの枠体２は、前後方向及び左右方向のそれぞれに２つずつ配置されて一体に連結されている。

図３に示されるように、枠体２は、平面形状が円形の外枠３、外枠３よりも小径で且つ平面形状が円形の内枠４、及び外枠３と内枠４とを連結する複数のダンパーパネル５を備えて構成されており、上下方向に延びるスリット６が隣接するダンパーパネル５の間に形成されている。

外枠３と内枠４は、複数のダンパーパネル５を介して上下方向に相対移動可能に連結されている。本実施形態では、図４及び図５に示されるように、ダンパーパネル５が、長手方向にＳ字状に弾性変形可能な板状部材で構成されている。

また、外枠３の比重と内枠４の比重とはそれぞれ異なる。尚、本実施形態では、内枠４の比重が、外枠３の比重よりも大きくなるように構成されている。

比重の調節については、外枠３及び内枠４のそれぞれに比重の異なる材料を用いて調節しても良いし、あるいは、外枠３及び内枠４のそれぞれに比重調節部材を設けて調節しても良い。

比重調節部材を設ける構成としては、例えば、外枠３及び内枠４のそれぞれにボルト挿通用の貫通孔をいくつか設け、その貫通孔にボルトを挿通させてナットで締結するか、あるいはそれらのボルト及びナットを取り外すことによって比重を調節することができる。この場合、貫通孔に取り付けたボルト及びナットが比重調節部材として機能する。

上述の外枠３、内枠４、及びダンパーパネル５に適用可能な構成材料としては、例えば、ポリエチレン等の樹脂素材を挙げることができる。樹脂素材を使用する場合、ダンパーパネル５については、例えば、公知の押出成形方法によって、細長い板状に成形して製造することができる。

また外枠３及び内枠４については、例えば、公知の押出成形方法によって細長い板状に成形した後、図６に示されるように、外枠３の両端３ａ，３ｂ、及び内枠４の両端４ａ，４ｂを適当なジョイント部材７を介して連結するか、あるいは図７に示されるように、外枠３の両端３ａ，３ｂ同士、及び内枠４の両端４ａ，４ｂ同士を重ね合わせてボルト及びナット等で固定するなどして、リング状にすることによって製造することができる。

上述のようにして製造した外枠３、内枠４、及び複数のダンパーパネル５について、例えば、これらの部材の所定位置にボルト挿通用の貫通孔を設けて、これにボルトを挿通してナットで締結して連結することにより、枠体２を組み立てることができる。

例えば、図３に示されるように、ダンパーパネル５の一端を外枠３の内側に固定し、他端を内枠４の外側に固定する。この作業を繰り返して、外枠３と内枠４とを複数のダンパーパネル５で連結する。そして、図４に示されるように、複数のダンパーパネル５を、長手方向にＳ字状に弾性変形させることにより枠体２が完成する。

最後に、組み立てた枠体２の外枠３同士を、例えば、ボルトとナットを用いて横方向に相互に連結して一体にすることよって、制振装置１を組み立てることができる。

尚、上述の制振装置１を構成する枠体２の数や配置の仕方については、本実施形態に限定されるものではなく、適用する液体用貯蔵タンクＴの大きさに合わせて適宜設定して良い。

また、上述の制振装置１における枠体２では、外枠３及び内枠４という２つの枠を備える構成が示されているが、この構成に限定されるものではなく、上記外枠３の外側にさらに大径の枠をさらに設けたり、あるいは、上記内枠４の内側にさらに小径の枠を設けるなど、枠の数については必要に応じて適宜調整して良い。このとき、制振装置１が、例えば、大、中、小の３つの枠を備えるような構成においては、それらの比重の大きさは、小枠＞中枠＞大枠という構成となる。

また、本実施形態に係る制振装置１は、適用する液体貯蔵タンクＴ内で組み立てることができると共に、制振装置１が不要となった場合や、別の制振装置１と取り換える必要が生じた場合にも、例えば、ボルトとナットの締結を解除することによって、容易に分解することもできる。

（制振装置の使用方法）
次に、本実施形態に係る制振装置１の使用方法について説明する。ここでは、液体用貯蔵タンクとして、円柱状のＰＣタンクを使用し、当該ＰＣタンクに上述の本実施形態の制振装置１を適用した例を説明する。

上述のようにして組み立てられた制振装置１を収容するＰＣタンクに対して、貯蔵液体Ｒを所定量導入する。

このとき、制振装置１は、比重の大きい内枠４が沈み易く、比重の小さい外枠３が浮き易く構成されている。そのため、図２に示されるように、Ｓ字状に弾性変形していたダンパーパネル５が外枠３及び内枠４によって上下方向に引き伸ばされる状態となり、制振装置１が上下方向に伸びて大きくなる。

また、図２に示されるように、本実施形態に係る制振装置１は、所謂「フロート式」の制振装置１であって、液体用貯蔵タンクＴの内部の貯蔵液体Ｒに対してその液面ＷＬから所定深さＤまでの範囲に位置する状態で、貯蔵液体Ｒに浮遊するように構成されている。例えば、貯蔵液体Ｒが水溶液である場合には、内枠４の比重を１以上とし、且つ制振装置１の全体の比重を１未満に設定する。

尚、所定深さＤは、十分な制振効果を確保するため、貯蔵液体Ｒの貯蔵深さＦの１／９〜１／３であることが望ましい。本実施形態に係る制振装置１では、貯蔵液体Ｒの種類に応じて、制振装置１における外枠３及び／又は内枠４の構成材料を変更したり、あるいは比重調節部材を使用するなどして貯蔵液体Ｒに対する比重を調節することによって、所定深さＤとなるように制振装置１の沈み加減を調節すると良い。

また、本実施形態に係る制振装置１の前後方向と左右方向のそれぞれ大きさは、平面視においてＰＣタンクにおける液面全体に亘るように設定されている。これにより、浮遊する制振装置１の水平方向の回転運動と水平移動が規制される。

（制振装置の制振効果）
本実施形態に係る制振装置１によれば、貯蔵液体Ｒが制振装置１のスリット６を流通する際のダンパーパネル５による流通制限によって貯蔵液体Ｒの見かけ上の粘度が上昇するため、貯蔵液体Ｒの揺動エネルギーが減衰する。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る制振装置１の第２実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、先の第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

本実施形態の制振装置１における枠体２は、上述の第１実施形態と同様に、平面形状が円形の外枠３、外枠３よりも小径で且つ平面形状が円形の内枠４、及び外枠３と内枠４とを連結する複数のダンパーパネル５を備えて構成されており、上下方向に延びるスリット６が隣接するダンパーパネル５の間に形成されている。

図８に示されるように、外枠３と内枠４は、複数のダンパーパネル５を介して上下方向に相対移動可能に連結されている。本実施形態では、ダンパーパネル５が、外枠３に固定される第１ダンパーパネル５ａと、内枠４に固定される第２ダンパーパネル５ｂとを備えて構成されている。

第１ダンパーパネル５ａは、細長い板状の部材であって、長手方向に延びる細隙８が幅方向の中央部に設けられている。第２ダンパーパネル５ｂは、第１ダンパーパネル５ａと略同じ幅と長さを有する細長い板状の部材であって、ピン固定用貫通孔９が所定の位置に設けられている。第１ダンパーパネル５ａと第２ダンパーパネル５ｂとが重ね合わせられて、第１ダンパーパネル５ａの細隙８及び第２ダンパーパネル５ｂのピン固定用貫通孔９に亘るように抜け止め用のピン１０が挿入されて固定されている。尚、細隙８の幅は、ピン１０の長軸の直径よりもわずかに大きく設定されている。これにより、ピン１０が細隙８内を移動できるため、第１ダンパーパネル５ａと第２ダンパーパネル５ｂとが長手方向にスライド伸縮自在に連結される。

上述の外枠３、内枠４、第１ダンパーパネル５ａ、及び第２ダンパーパネル５ｂに適用可能な構成材料としては、例えば、ポリエチレン等の樹脂素材を挙げることができる。樹脂素材を使用する場合、第１ダンパーパネル５ａについては、例えば、公知の押出成形方法によって細長い板状に成形した後、公知の穿孔方法によって細隙８を形成して製造することができる。第２ダンパーパネル５ｂについても第１ダンパーパネル５ａと同様に、例えば、公知の押出成形方法によって細長い板状に成形した後、公知の穿孔方法によってピン固定用貫通孔９を形成して製造することができる。

また外枠３及び内枠４については、例えば、公知の押出成形方法によって細長い板状に成形した後、上述の第１実施形態の場合と同様に、その両端を適当なジョイント部材７を介して連結するか、あるいは端部同士を重ね合わせてボルト及びナット等で固定するなどして、リング状にすることによって製造することができる。

上述のようにして製造した外枠３、内枠４、第１ダンパーパネル５ａ、及び第２ダンパーパネル５ｂについて、例えば、これらの部材の所定位置にボルト挿通用の貫通孔を設けて、これにボルトを挿通してナットで締結して連結することにより、枠体２を組み立てることができる。

例えば、複数の第１ダンパーパネル５ａを外枠３の内側に固定し、さらに複数の第２ダンパーパネル５ｂを内枠４の外側に固定する。そして、それぞれ対応する第１ダンパーパネル５ａと第２ダンパーパネル５ｂとを重ね合わせて、第１ダンパーパネル５ａの細隙８及び第２ダンパーパネル５ｂのピン固定用貫通孔９に亘るように抜け止め用のピン１０を挿入して固定する。これにより、第１ダンパーパネル５ａと第２ダンパーパネル５ｂとが長手方向にスライド移動自在に連結される。

そして、そのようにして組み立てた枠体２の外枠３同士を、例えば、ボルトとナット等を用いて横方向に相互に連結することよって、制振装置１を組み立てることができる。

尚、上述の実施形態では、スリット６及び細隙８をそれぞれ別個に設けてあるが、この構成に限定されるものではなく、例えば、細隙８を設けずに、スリット６の横幅をより狭くして、当該スリット６が細隙８としても機能するような形態としても良い。

（制振装置の使用方法）
次に、本実施形態に係る制振装置１の使用方法について説明する。ここでは、図示しないが、上述の第１実施形態と同様に、液体用貯蔵タンクとして、円柱状のＰＣタンクを使用し、当該ＰＣタンクに上述の本実施形態の制振装置１を適用した例を説明する。

このとき、制振装置１は、比重の大きい内枠４が沈み易く、比重の小さい外枠３が浮き易く構成されている。そのため、図８に示されるように、外枠３及び内枠４によって、第１ダンパーパネル５ａと第２ダンパーパネル５ｂとが上下方向に引き伸ばされるようにスライド移動し、制振装置１が上下方向に伸びて大きくなる。

また、本実施形態に係る制振装置１は、所謂「フロート式」の制振装置１であり、所定深さＤ、比重調節、及び前後方向と左右方向のそれぞれ大きさ等の構成については上述の第１実施形態と同様である。

（その他の実施形態）
１．上述の実施形態における枠体の平面形状については円形に限るものではなく、四角形等の多角形状としても良い。また、枠体については、必要に応じて異種形状のものを組み合わせたり、あるいはその大きさを枠体毎に変更するなどしても良い。例えば、大きい円と小さい円と組み合わせたり、あるいは円と四角形とを組み合わせたりする、などである。
２．上述の実施形態において、内枠の比重が、外枠の比重よりも小さくなるように構成しても良い。
３．上述の実施形態において、例えば、外枠、内枠、及びダンパーパネルのそれぞれの両面に、長手方向に延びる複数の溝によって凹凸面を形成するようにして良い。これにより、外枠、内枠、及びダンパーパネルのそれぞれの外周面と貯蔵液体との接触面積がフラットな平板を用いる場合よりも大きくなり、貯蔵液体の見かけ上の粘度がより一層大きくなるため、揺動エネルギーの減衰効果が向上する。

〔実証実験について〕
本発明の制振装置の効果を確認する実証実験を行ったので、その実証実験の条件及び実証結果について説明する。

液体用貯蔵タンクとして、内径0.6ｍ×高さ0.49ｍの円柱状のタンクを用意した。また制振装置として、上述の第１実施形態に係る制振装置を使用した。本制振装置のサイズを、内枠の内径約187mm 外枠の内径約240mm 高さ50mm 厚さ1.5mmに設定し、開口率が約26%となるようにスリットの間隔を設定した。

起振条件として、本タンクに水深167ｍｍまで水を注水したときの本タンクの一次固有振動数である1.1Ｈｚの正弦波を変位±3ｍｍで１０波起振する１次スロッシングモードを設定した。そして、液面波高及び自由減衰揺動をレーザー変位計で計測して、上記制振装置を設置した場合と、設置しない場合とで応答波高を比較した。

図９及び図１０に示されるように、本発明の制振装置を設置することによって、波高を低減させることができ（波高低減率：６３．４％）、スロッシングによる波高を即座に減衰させていることが理解できる。

本発明の制振装置は、例えば上水を貯蔵する受水槽等の小型のタンクから、例えば汚染水貯蔵用ＰＣタンク等の大型のタンクに至るまで、幅広いサイズの液体用貯蔵タンクに使用することができる。

１制振装置
２枠体
３外枠
４内枠
５ダンパーパネル
５ａ第１ダンパーパネル
５ｂ第２ダンパーパネル
６スリット
７ジョイント部材
８細隙
９ピン固定用貫通孔
１０ピン
Ｄ所定深さ
Ｆ貯蔵深さ
Ｒ貯蔵液体
Ｔ液体用貯蔵タンク
ＷＬ液面

Claims

液体用貯蔵タンク内に配設されて液体揺動を制振する制振装置において、
比重の異なる外枠及び内枠が複数のダンパーパネルを介して上下方向に相対移動可能に連結され、且つ隣接する前記ダンパーパネルの間にスリットが形成される枠体を備え、前記液体用貯蔵タンクに貯蔵された貯蔵液体に対して液面から所定深さまでの範囲に位置する状態で浮遊可能に構成されていることを特徴とする制振装置。
前記ダンパーパネルが、長手方向にＳ字状に弾性変形可能な板状部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
前記ダンパーパネルが、長手方向にスライド伸縮自在な板状部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制振装置。
複数の前記枠体が横方向に一体に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の制振装置。
前記内枠の比重が、前記外枠の比重よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の制振装置。
前記貯蔵液体が水溶液であって、前記内枠の比重が１以上であり、且つ全体の比重が１未満であることを特徴とする請求項５に記載の制振装置。