JPS6147346B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は過大な振動を生じる船舶上部構造、陸
上建造物機器類等の防振対策として有効な消振機
に関するものである。

一般に船舶の居住区、即ち上部構造１は、第１
図に示す如く船体２の船尾部に取付けられてお
り、プロペラ３及びこれを駆動する主機（図示せ
ず）の起振力を受けた船体２が、上部構造１を励
振し、上部構造１に過大な振動を生ぜしめてその
居住性が著しく損なわれる虞れがある。そこでこ
れらの防振対策として、従来は次のような手段が
考えられていた。

先ずその１つとして、 () 鋼材を投入し補強による共振回避、即ち上
部構造１の基部の剛性を高めることが考えられ
た。

() 第２図に示すようにバネとダツシユポツト
とを並設したバネ部４を介して動吸振機５を上
部構造１に設置することにより、共振回避及び
振動応答の減少を計ることが知られていた。な
お、図中６はローラ、矢印は振動の方向を示
す。

() 第３図に示すように振動発生機７を直接上
部構造１を加振するように設置し、上部構造１
の振動と同一周波数で、逆位相の起振力を発生
させることにより、振動力を相殺して振動応答
量の減少を計るようにすることも知られてい
た。

しかしながら前記（）（）（）の方法には
夫々次のような欠点があつた。即ち（）では補
強部材の使用によるコストアツプが懸念され、
（）では効果が期待できる動吸振機の重量が大
きくなり、工作設置等で問題が残り、（）では
消振に必要な起振力が大きくなり、そのため振動
発生機の大型化及び消費電力の増大等がコストア
ツプに繋るほか、振動発生機による騒音の発生が
問題となつていた。

本発明は前記従来の欠点を解消するために提案
されたもので、過大な振動を生じている構造物
に、緩衝部材を介して振動子を同構造物の振動方
向と一致させて支持し、かつ前記振動子に同振動
子と振動方向を一致させた振動発生機を連結する
ことにより、同構造物の振動を大幅に低減させる
ことができる消振機を提供せんとするものであ
る。

以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第４図は本発明の実施例を示す消振機の概略
側面図であり、１は振動を発生している船舶２の
上部構造で、矢印Ａは振動方向を示す。また上部
構造１の上部にはローラ１０を介して、バネ部１
１ａ及び振動子１１ｂよりなる吸振機１１が載置
されており、これらは矢印Ａと同一方向に転動す
ることができるようになつている。

１２は上部構造１の上面に設置された吸振機１
１の支持構造で、バネ８及びダツシユポツト９か
らなる前記バネ部１１ａを介して前記振動子１１
ｂを係止している。なお、バネ部１１ａの伸縮方
向は前記矢印Ａ方向と一致させてある。また振動
子１１ｂには、振動発生機（加振機）１３が設置
されていて、その振動方向も矢印方向と一致させ
てある。

１４は振動計で、上部構造１に固定されてい
て、上部構造１の振動を検出するようになつてい
る。１５は第２振動計で、振動子１１ｂに固定さ
れていて同振動子１１ｂの振動を検出するように
なつている。なお、この２つの振動計１４，１５
には、一般に加速度振動計が用いられる。

第５図は第４図の振動発生機１３を制御するブ
ロツク図で、前記２つの振動計１４，１５の出力
を検知する振動検知部１６と、検知された振動の
周波数分析を行ない、所要の振動数及び位相を検
出する周波数制御部１７及び位相制御部１８と、
検知された振動と位相とを用いて所要の回転数と
位相とを、前記振動発生機１３に与える回転制御
部１９より構成されている。

船舶２の上部構造１がある周波数、加速度、位
相をもつて振動している場合、振動計１４がこれ
らの諸量を検知する。検知された加速度を小さく
するために、振動子１１ｂが逆位相で振動するよ
うに前記制御ブロツクを用いて振動発生機１３を
作動させる。振動発生機１３は直接上部構造１に
直接載置しておらず、バネ部１１ａで支持された
振動子１１ｂに載置しているので、起振周波数を
振動子１１ｂの固有振動数に一致、あるいは近接
させておけば、小さな力で振動子１１ｂを振動さ
せても、振動子１１ｂの慣性力は大きくなり、上
部構造１の振動を打ち消すために充分な慣性力を
生じることが出来る。

このことを第９図に示す振動子１１ｂとバネ部
１１ａ、及びダツシユポツト９よりなる一自由度
系のバネ−質量モデルを用いて説明する。振動子
１１ｂには振動発生機１３より生じる起振力Fs
が作用しており、この力は上部構造１の振動を減
ずる消振力として支持構造１２へ伝達される。こ
の伝達力をFsoとすると、伝達率Fso／Fsは一般
的な物理現象として第１０図のように表わされ
る。第１０図のωは起振力の周波数、ｎは振動子
１１ｂの固有周波数である。

この第１０図より分るように、振動子１１ｂの
固有周波数ｎが、起振力の周波数ωに比べて非常
に大きい場合、すなわちω／ｎが非常に小さい場
合、伝達率Fso／Fsは、1.0に近づく。この状態
は、バネ１１ａの剛性が非常に大きくなり、振動
発生機１３を直接上部構造１に載置した状態と同
じである。この場合の伝達力Fsoは振動発生機１
３より生ずる起振力Fsに等しい。この起振力の
周波数ωが振動子１１ｂの固有周波数ｎに近接、
あるいは一致すれば、すなわちω／ｎが1.0に近
づき、あるいは一致すれば、第１０図より伝達率
Fso／Fsは大きくなり、起振力Fsが小さくて
も、すなわち振動子の慣性力、すなわち伝達力
Fsoは大きくなり、充分な消振力を得ることが分
る。

本発明はこの原理を利用して、小さな起振力で
上部構造の振動を減ずるに充分な消振力を得るも
のである。

次に第６図、第７図及び第８図の比較により、
作用と共に効果を説明すると、第６図は本発明に
よる消振効果を示す応答曲線図、第７図は従来型
による消振効果を示す応答曲線図、第８図は本発
明により発生する上部構造頂部の応答消振量を示
す線図である。

先ず第６図は船尾が1tonの加振力で起振されて
いる時の供試船上部構造１の前後振動応答（共
振）曲線を実線ａで示す。そしてその共振点702
（c.p.m）に吸振機１１の固有振動数を合せる。

さて前記の状態に於いて、２つの振動計１４，
１５から検出された振動信号を入力して、第５図
に示す２台の制御部、即ち周波数制御部１７及び
位相制御部１８で判断させ、支持構造１２を通し
て上部構造１に作用する吸振機１１の慣性力が、
上部構造１の振動を打消すような位相となるよう
に、船尾加振力と同じ振動数（この場合はBlade
Frequency、地震による建造物の振動の場合は地
震波の振動数）で、吸振機１１に取付けられた振
動発生機１３を加振する。

振動発生機１３を前述の方法で、30Kgの力で加
振した時の上部構造１の応答共振曲線を第６図の
点線ｂで示す。ここで第６図の実線ａと点線ｂを
比較してみると、小さな加振力を吸振機１１に作
用させることによつて、大きな重量を持つ上部構
造１の振動が消振できることが分る。

即ち、上部構造１に振動発生機１３のみを直接
設置する従来の方法では、振動発生機１３は大き
な起振力がないと上部構造１の振動を低減できな
かつたが、本発明は第４図の実施例の如く吸振機
１１と組合せ、振動発生機１３を作動させるよう
にしたので、振動発生機１３は小型にすることが
できる。

以上述べた点を下記の如く具体的数値で示して
みる。先ず長さＬ＝200ｍ、幅Ｂ＝30ｍ、深さＤ
＝20ｍのバルクキヤリア船について計算してみる
と、船尾端に上下方向の1tonの加振力が作用する
とき、上部構造１頂部の前後方向の振動は、第６
図の実線ａで示されるような応答共振曲線となる
（上部構造１の重量は約1000tonである）。なお、
この例では702（c.p.m）の点に約17.4galの振動
のピークが出る。

次に前記の状態に於いて上部構造１の頂部に塔
載した重さ3tonの吸振機１１（固有振動数を702
（c.p.m）にセツト）のみを作動させた場合は、
従来型による第７図に示すように702（c.p.m）
の点で大幅な振幅低減が見られるような上部構造
１の応答曲線が得られるが、690（c.p.m）近傍
では大きな振動（16gal）が発生しており、690
（c.p.m）近傍の起振周波数に対しては問題が残
る。

次に船尾端に起振力が作用しない状態で第４図
に示す吸振機１１と振動発生機１３とを作動させ
た場合、上部構造１の振動は第８図に示すような
応答曲線となる。第８図に於ける実線は、加振力
Ｆ_s＝40Kg、点線は加振力Ｆ_s＝30Kgで、吸振機１
１を加振した場合の応答曲線である。

ここでプロペラ起振力、または主機起振力によ
つて船舶２、上部構造１が振動し、本発明によつ
てこれらの振動を減少させる場合について述べ
る。簡単のためにこれらの起振力に相当する等価
な力として、船尾端に1TONの力が作用した場合
を考える。第４図の如く吸振機１１、振動発生機
１３を上部構造１の頂部に搭載し、振動発生機１
３を作動させず、船尾端が1TONの加振力のみで
加振された状態の上部構造１の応答曲線は、動吸
振作用により第７図に示す応答曲線になる。

第７図に示した上部構造の応答量を減少させる
ために、本発明の如く吸振機１１を振動発生機１
３を用いて加振する。この加振力Fs＝30Kgによ
る上部構造の消振量は、第８図の点線である。こ
こで船尾端が1TONの加振力で加振されている状
態で、振動発生機１３にFs＝30Kgの力を、振動
子の振動位相が上部構造１の位相と逆になるよう
に作用させると、第７図に示した船尾端に1TON
を作用させた時の応答量と、第８図の点線で示し
た応答量が互いに打消し合つて、第６図の点線ｂ
で表わされるように、加速度振幅を8.5gal程度ま
で減少させることができる。

この結果上部構造１の重さ1000ton程度の船舶
で、船尾端に1tonの起振力（プロペラ起振力のよ
うに外部から作用する力に相当）が加えられてい
る時、上部構造１に重さ約3tonの吸振機１１を設
置し、これを僅か30Kg程度の加振力で振動させる
と、上部構造１の前後振動が半減することが分
る。

以上詳細に説明した如く本発明は構成されてお
り、振動発生機が直接上部構造を加振するのでは
なく、振動発生機は振動子に連結されていて、そ
の振動方向は振動子の場合と一致し、振動子は構
造物の振動方向と一致させて緩衝部材を介して支
持されているので、位相を制御してやると、構造
物の振動を大幅に低減させることができる。

なお、本発明の消振機による消振量が、外部の
起振力により生じた振動量より大きい場合には、
打消されて残る消振量がかえつて増加するので、
吸振機に設けたダツシユポツト（減衰器）により
適切な消振量に調節することができる。そしてこ
のような小さな起振力を発生し得る小型の振動発
生機を装備することで、問題となる対象構造物の
振動を減少させることができるので、振動発生機
の各部分からの騒音発生も防止される。

また本発明は以上の説明から明らかなように、
小型の加振機（振動発生機）で振動系部分（振動
子）を加振し、振動系部分の振動慣性力が対象構
造物に作用して消振効果を得るものである。従つ
て加振機の構造、振動系部分の構造及び振動検知
部や加振機の回転数制御部等は前記の実施例に限
定されるものではなく、かつ電気回路網、加振機
（振動発生機）と振動系部分（振動子）の相対位
置関係等は対象構造物、設計条件等によつて種々
設計変更できるものである。なお、以上の実施例
では、船舶の上部構造に於ける消振機について説
明したが、本発明はこれのみに限定されるもので
はなく、陸上建造物機器類等の防振対策としても
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は船体と上部構造との一般的な配置状態
を示す側面図、第２図及び第３図は夫々従来の消
振機構を示す側面図、第４図は本発明の実施例を
示す消振機の側面図、第５図は本発明のシステム
を説明するブロツク図、第６図は本発明の消振効
果を示す応答曲線図、第７図は従来型の消振効果
を示す応答曲線図、第８図は本発明の消振機によ
り発生する上部構造頂部の応答消振量を示す線
図、第９図は一自由度系のバネ−質量モデル図、
第１０図は振動伝達率を示す線図である。 図の主要部分の説明、１……上部構造（構造
物）、１１ａ……バネ部（緩衝部材）、１１ｂ……
振動子、１２……支持構造、１３……振動発生
機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 過大な振動を生じている構造物に、緩衝部材
   を介して振動子を同構造物の振動方向と一致させ
   て支持し、かつ前記振動子に同振動子と振動方向
   を一致させた振動発生機を連結してなることを特
   徴とする消振機。