JPH03684A - 貯液槽のスロッシング制御構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高架水槽や蓄熱槽で代表される建築設備水槽
や、石油の備蓄タンク、ＬＮＧの貯留タンク等、各種産
業分野の貯液槽が地震等の外力を受けて揺れ動くことに
よって生じる貯液のスロッシングを制御するための構造
に関する。

〔従来の技術〕

貯液槽のスロッシング制’ｑＴＪ構造としては、スロッ
シングを抑制することを目的として、第１９図に示すよ
うに、貯液槽（１）内を複数に仕切る隔壁（ＩＡ）を設
けたものや、第２０図に示すように、貯液Ｆ　（１）内
の貯液の上層部を複数に仕切る隔壁ＣＩＡ’）を設けた
もの、第２１図に示すように貯液槽（１）の側壁に液面
を下方に抑える彼女抑制板（ＩＢ）を連設したものが一
般に知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記従来構造によるときは、隔壁や彼女抑制板
に波が衝突することのみで、貯液の波動エネルギーを減
衰するため、隔壁や彼女抑制板を波との衝突時の衝撃力
に耐える構造物として構成する必要があり、貯液槽の構
造が大手りなものとなってコストが高く付く。しかも、
貯液槽の構造°が大手りな固定構造物となって製作後の
仕様変更がむずかしいため、設計の段階でスロッシング
の条件を十分確実に把握しておかなければならず、設計
施工自体が非常にむずかしい。換言すれば、スロッシン
グ条件毎に見合った仕様に設計・製作しなければならな
いため、スロッシング条件に対応するための柔軟性、つ
まり、汎用性に欠ける。このことは、コストアップにつ
ながる。

本発明の目的は、スロッシング条件に対する柔軟性に冨
み、かつ、低コストで実現できる貯液槽のスロッシング
制御構造を提供する点にある。

（課題を解決するための手段） 本発明による貯液槽のスロッシング制御構造の特徴構成
は、貯液槽内に、貯液よりも比重が小なる小比重物体を
貯液に浮ぶ状態に配置してある点にある。

前記小比重物体としては、粒状のものやスラリー状のも
のが好適である。

〔作　用〕

貯液に浮ぶ小比重物体がその重置で貯液面を下方に押付
けることにより、スロッシングの抑制作用が行われる。

そして、小比重物体は貯液に浮んでいるだけであるため
、そのスロッシング抑制用の小比重物体に構造体として
の機能を要求しない。その結果、小比重物体の量の調整
が容易であり、その小比重物体の！−量調節より、貯液
面を下方に押さえる力を自由に変更して、所望のスロッ
シング制御状態つまり、スロッシングの減衰率を容易に
現出できる。

特に小比重物体として粒状のものを用いる場合は、小比
重物体の量調節を極めて容易に行えるのみならず、粒状
のものではその粒状小比重物体同士の摩擦抵抗が発生し
て、貯液の波動エネルギーを消費するため、スロッシン
グの減衰率を太き（することができる。

そして、建物に揺動自在に支持させた振子によって、そ
の建物を制振する場合には、建物の固有振動数等の各種
条件に応じて振子の振動を減衰する必要′がある。その
ような場合に、前記制振用振子の錘として貯液槽を設け
、小比重物体の量を調節して貯液のスロッシングを適正
に制御すると、後述のデータで示すように、振子を適度
に減衰できる。

〔発明の効果〕

以上要するに、本発明によれば、経済的、かつ、容易に
貯液のスロッシングを所望の通りに制御でき、特に建物
の制振用振子の錘として用いられる貯液槽のスロッシン
グ制御に好適なスロッシング制御構造を提供できるよう
になった。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を示す。

〔実施例１〕 第１図に示すように、貯液槽（１）の揺れ動きに伴う貯
液のスロッシングを制御するに、貯液よりも比重が小な
る粒状の小比重物体（２）の多数を、夫々が独立して自
由に貯液に浮遊する状態で、かつ、貯液面の全体を覆う
状態に配置してある。つまり、貯液の上層を粒状物体層
（３）に形成してある。

前記小比重物体（２）としては、合成樹脂の成形品、木
製品、氷片等を挙げることができる。

前記小比重物体（２）の量は、前記粒状物体層（３）と
液層（４）との厚さの比を１：４〜２：３程度とする量
である。

前記貯液槽（１）としては、高架水槽や蓄熱槽で代表さ
れる建築設備水槽、石油やＬＮＧの備蓄・貯留タンク、
タンカーやタンクローりの移動タンク、活魚運搬車の水
槽等、各種の分野で仕様され、種々の形態で設置される
各種のものを挙げることができる。

従ってこの実施例１によれば、貯液面が小比重物体（２
）の重量で下方に押え付けられていること、小比重物体
（２）同士が衝突することによって、スロッシングのエ
ネルギーが消費され、スロッシングが抑制される。

〔実施例２〕 第２図に示すように、建物（５）の上層階に設置したフ
レーム（６）に制振用振子（７）を揺動自在に吊下げ支
°持させ、その制振用振子（７）の錘（７Ａ）として、
制振用振子（７）の揺動を減衰する貯液のスロッシング
を発生させるための貯液槽（１）を設け、風や地震によ
る建物（１）の揺れに伴う制振用振子（７）の減衰制御
された揺動により前記建物（１）の揺れを抑えるように
してある建物の割振装置において、前記実施例１と同様
な小比重物体（２）を前記貯液槽（１）に配置したもの
である。

この実施例２の場合、小比重物体（２）で貯液のスロッ
シングが抑制されることにより、制振用振子（７）の減
衰が効果的に行われ、制振用振子（７）の揺動（振動）
を減衰するための油ダンパ等の小型化のみならず、不要
にすることも可能である。

次に、上記実施例２における減衰効果を確認するために
本発明者が行った実験について説明する。

先ず、実験に用いた振子の模型（８）について説明する
と、第３図、第４図に示すように、長辺（！υ及び短辺
（２□）が夫々１００　ｃｍおよび２５ｃ＋ｎの水槽（
１）を、長さ調節可能な４本のロッド（９）で支持架台
（１０）に、長辺方向を振動方向とする状態に吊り支持
させ、水槽（１）内に水深（Ｄ）が３０ｃｍとなるよう
に水を入れたものである。なお、前記ロッド（９）の支
持架台（１０）への支承および水槽（１）のロッド（９
）への支承はともにベアリング支承である。

そしてロッド（９）の長さ、つまり振子の長さと、小比
重物体（２）としての水１　（１）内に入れた氷片の量
との２つをパラメータとし、振子・スロッシングの速成
系を表１のように設定した。

なお、氷片の量は、水・氷片（つまり内容物）の全量に
対する氷片量の比率で示してあり、振子の長さは、スロ
ッシングとの共振を実験対象とするため、液体寸法より
想定されるスロッシングの振動数０．７７Ｈｚの１．０
倍、ｌ／１．１倍、ｌ／１．２倍に振子の振動数がなる
ように設定した。因みに、水槽（１）内の内容物の状態
は、水比率０％では液相であり、水比率２０％、４０％
では夫々固液混相の流動性のあるみぞれの状態であり、
水比率６０％では氷片の全体が押し固められたみぞれの
状態である。

次いで、水槽（１）を振幅中心から強制的に約５ｃｍ変
位させたのち解放する操作で加振して振子を自由振動さ
せ、振子に作用する振動方向および支承軸方向の２つの
加速度と、水槽（１）内の上下に設定間隔を隔てた２箇
所での動水圧とを測定して、水、氷片を水槽（１）に入
れていない振子単体の場合および前述のパラメータに設
定した各達成系の場合における振子の自由振動波形を求
め、それに基づいて固有振動数と減衰定数とを算定した
。前記減衰定数は、型振動波形をフーリエ変換を介して
１次および２次の成分に分離し、対数減衰率から算定し
たものである。振子の長さが４２６ｍｍの振子単独の場
合の自由振動波形と加速度パワースペクトルを第５図（
（）　、　（０）に、各速成系の場合の自由振動波形と
加速度パワースペクトルを第６図乃至第１４図の（イ）
　、　（［１）に夫々示す。また、各場合の固有振動数
と減衰数とを表２に示し、水比率と固有振動数との関係
を第１５図に、かつ、水比率と減衰定数との関係を第１
６図に夫々示す。

以上の結果、次の事実が判明した。

［１］氷比率が０〜４０％の達成系では、振子単独の場
合に比較して振動数が８０％程度低下するが、水比率が
６０％程度では、振子単独の場合と振動数がほぼ一致す
る。これは、水比率６０％程度では、固相となってスロ
ッシングが発生しないことによるものと考えられる。

［２］氷比率の０％の連成系での減衰定数が１次、２次
とも１％程度と低いが、水比率２０〜４０％の速成系で
は１次、２次とも１０％程度まで上昇する。また、水比
率６０％程度では、固相となるため、スロッシングの影
響が小さく、１％程度に低下する。

［３］内容物が流動する範囲の速成系では、内容物の状
態の差による振動数の変化が極めて小さい。

また、本発明者等は、前記［３コの事実に基づき、従来
のスロッシングモデルを用いて連成系の固有値を試算し
た。スロッシングモデルとしては、第１７図に示すよう
に、貯液槽（１）内の貯液を等価な質点系に置換したも
のを用いた。

前記スロッシングモデルにおいて、長さ２ｐ、質量ｍｐ
の振子（１１）を、円振動数−３、自由水（１２）の質
量ｌｌｌ５、固定水（１３）の質量ｍｔの等価質点置換
されたスロッシングとの２自由度系の固有値は、ωＺ＝
μ／２（（ω！□十ｇ　／　ｉ　ｐ）±　（ω”ａ＋ｇ
／ｊ２ｐ）”　　４μω２．ｇ／ｌ・・・・・・（１） で表される。ここで、ｇ＝重力加速度、ｕ　＝　（ｍ　
９＋　ｍ　ｔ＞／　（ｍｐ＋　ｍ　ｗ）　１ｍ　ｗ＝　
ｍ　＊　＋ｍ　ｔ＋ｍう５ｍ、は、 ωｔ、　＝　（πｇ　／Ｌ）　ｔａｎｈ（πＩｔ／Ｌ）
　　　　　・・・”（２）ｍｓ　＝ｔａｎｈ（πＨ／Ｌ
）　ｍｗ　／　（（π／２）３（ｌｌ／Ｌ）　）・・・
・・（３） で求める。Ｌ、Ｈは第１８図に示すように、水槽（１）
の振動方向の長さ、水深を夫々示す。

ｍ９＝６０ｋｇ、　ｍｓ＝４８ｋｇ、　ｍｔ＝２１ｋｇ
とした各振子長さの場合の試算結果を表３に示す。

表３から明らかなように、試算結果は実験結果と良好に
一致している。その結果、内容物が氷片の小比重物体（
２）を含む場合であっても、従来の等価賞点置換による
スロッシングモデルによって、速成系の振動数を評価出
来ることが判明した。

表　　　１ そしめ丁 表 表 （）内の数字は解析／実験をしめず 〔別実施例〕 以下、本発明の別実施例を示す。

［１］上記実施例では、小比重物体（２）として、多数
の粒状のものを示したが、小比重物体（２）としては、
スラリー状のもの、粘性物質、貯液面の全体またはほぼ
全体を一括又は分担して覆う板状のものであっても良い
。

［２］上記実施例では、粒状の小比重物体（２）を独立
したものとしたが、粒状の小比重物体（２）としては、
紐や網でまとめられたものであっても良い。

［３コ尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利に
する為に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面
の構造に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示し、第１図は概略
断面図、第２図は正面図である。第３図、第４図は本発
明等が行った実験に用いた振子モデルの正面図と側面図
、第５図乃至第１４図夫々の（イ）と（ロ）は実験結果
を示す振動波形のグラフとスペクトルグラフ、第１５図
は実験により得た水比率と固有振動数との関係を示すグ
ラフ、第１６図は実験により得た水比率と減衰定数との
関係を示すグラフ、第１７図、第１８図は実験結果の考
察に用いたモデルを示す模式図である。第１９図乃至第
２１図は夫々従来例を示す概略断面図である。 （１）・・・・・・貯液槽、（２）・・・・・・小比重
物体、（７）・・・・・・制振用振子、（７八）・・・
・・・錘。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、貯液槽（１）内に、貯液よりも比重が小なる小比重
   物体（２）を貯液に浮ぶ状態に配置してある貯液槽のス
   ロッシング制御構造。 ２、前記貯液槽（１）が、建物に揺動自在に支持される
   制御用振子（７）の錘（７Ａ）である請求項１記載の貯
   液槽のスロッシング制御構造。 ３、前記小比重物体（２）が粒状のものである請求項１
   又は２記載の貯液槽のスロッシング制御構造。