(57)【要約】【課題】調整可能な付加質量を動吸振器に取付けることにより、動吸振器による制振作用を最適化する動吸振器および制振方法を提供すること。【解決手段】水中に設置される動吸振器であって、制振対象に設けられる固定部２−１と、可動質量３と、前記可動質量と前記固定部とを連結する伸縮管４と、前記可動質量と前記固定部とを連結するばね要素５と、前記伸縮管に取付けられ、前記伸縮管の内部と外部とを接続する付加質量調整管６と、を備え、前記付加質量調整管を通じて前記伸縮管の内部と外部とを水が流通する動吸振器１０および制振方法。【選択図】図１
2019152248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に設置される動吸振器であって、
制振対象に設けられる固定部と、
可動質量と、
前記可動質量と前記固定部とを連結する伸縮管と、
前記可動質量と前記固定部とを連結するばね要素と、
前記伸縮管に取付けられ、前記伸縮管の内部と外部とを接続する付加質量調整管と、
を備え、
前記付加質量調整管を通じて前記伸縮管の内部と外部とを水が流通する動吸振器。
【請求項２】
前記伸縮管の内部及び／又は前記付加質量調整管の内部にオリフィスを設けた請求項１に記載された動吸振器。
【請求項３】
前記付加質量調整管に屈曲部を設けた請求項１または請求項２に記載された動吸振器。
【請求項４】
前記付加質量調整管を分岐管とし、該分岐管にそれぞれ開閉弁を設けた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された動吸振器。
【請求項５】
前記可動質量の振動に直交する方向の動きを拘束する支持部材を設けた請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された動吸振器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載された動吸振器を用いた制振方法であって、
前記付加質量調整管の長さ及び／又は断面積を変えることにより、付加質量を調整可能とする制振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は動吸振器および制振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に動吸振器は、構造物等の制振対象に弾性要素（ばね要素）および減衰要素（ダンパ）を介して可動質量を設置し、弾性要素と可動質量により構成される振動系（従系と呼ばれる）の固有振動数を制振対象（主系と呼ばれる）の固有振動数に同調させるものである。主系が共振した際、動吸振器の可動質量が振動し、減衰要素の作用によりエネルギが散逸され、振動が抑えられる。
【０００３】
従来、動吸振器として空気の流動減衰効果を利用し、可動質量をばねと空気ダンパを介して制振対象に連結したものが提案されている。この動吸振器は、可動質量と制振対象との相対変位により空気ダンパが伸縮し、空気ダンパの空室内の空気がオリフィスを通過することで減衰効果が得られる。空気ダンパを用いた場合、一般的なオイルダンパに比べ、経年劣化の影響を受け難く、安価である等の利点がある。
【０００４】
ところで、原子力プラントにおける配管やポンプ等の水中構造物については、内部および外部の流体力による流体励起振動が発生する。これに対する一般的な対策として、水中構造物を壁から支持する方法が考えられるが、支持が困難な場合も多く、この場合水中構造物に動吸振器を取付けて、壁からの支持を不要とする場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１３７４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
原子力プラントにおける水中構造物は、放射線量の多い環境下に設置されるものが多い。このような高線量下において、動吸振器の減衰要素として一般的なオイルダンパを使用した場合、作動流体である油が放射線の影響により劣化したり、ダンパのシール等が損傷した際に、周囲への油の流出が問題となる。
【０００７】
また、水中構造物に取付けられる動吸振器は、制振対象（水中構造物）に合わせて固有振動数をチューニングし、最適条件に近い状態で使用することが制振性能の上で重要である。動吸振器の固有振動数は動吸振器の可動質量とばね要素のばね定数により決定され、特別な調整機構を有しない限りは、固有振動数は一定である。一方、制振対象の振動特性（固有振動数）は経年により変化する場合が予想される。この場合、初期の状態で設計した動吸振器の固有振動数は最適な条件から僅かにずれ、チューニングエラーによる制振性能の低下が生じることがあり、動吸振器は制振対象の振動特性の変化に合わせて固有振動数を調整できることが望まれている。
【０００８】
本発明に係る実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、調整可能な付加質量を動吸振器に取付けることにより、動吸振器による制振作用を最適化する動吸振器および制振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明の実施形態に係る動吸振器は、水中に設置される動吸振器であって、制振対象に設けられる固定部と、可動質量と、前記可動質量と前記固定部とを連結する伸縮管と、前記可動質量と前記固定部とを連結するばね要素と、前記伸縮管に取付けられ、前記伸縮管の内部と外部とを接続する付加質量調整管を備え、前記付加質量調整管を通じて前記伸縮管の内部と外部とを水が流通する構成を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態によれば、調整可能な付加質量を動吸振器に取付けることにより、動吸振器による制振作用を最適化する動吸振器および制振方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る動吸振器の構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る動吸振器の断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る動吸振器の解析モデル。
【図４】解析モデルにおける１０％チューニングエラー時と最適条件時の周波数応答曲線。
【図５】解析モデルにおける１０％チューニングエラー時と付加質量調整管適用時の周波数応答曲線。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る動吸振器の構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る動吸振器の構成図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る動吸振器の構成図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る動吸振器の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[第１の実施形態]
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る動吸振器について、図１、図２を参照して説明する。  
図１は本実施形態に係る動吸振器１０の構成図であり、図２は動吸振器１０の断面図であり、伸縮管４の内部断面が示されている。
【００１３】
動吸振器１０は、制振対象である水中構造物１（以下、「制振対象１」ともいう。）に設けられた固定部２−１、可動質量３に設けられた固定部２−２、可動質量３、両端が固定部２−１と固定部２−２とに取付けられ、内部が水で満たされた伸縮管４、伸縮管４内部に設置され、固定部２−１と固定部２−２とに取付けられるばね要素５、一端が外部に開放され、他端が伸縮管４に接続された付加質量調整管６、調整管固定部１１からなる。
【００１４】
本実施形態では、ばね要素５はコイルばねとしているが、必要な剛性を確保できれば、コイルばねに限定されない。また、ばね要素５は伸縮管４の内部に設置されているが、伸縮管４の外部に設置しても良い。
伸縮管４には調整管固定部１１を介して付加質量調整管６がネジ等により接続されており、伸縮管４内部と伸縮管４外部の空間とは付加質量調整管６により連通している。
【００１５】
（作用）
上記のように構成された動吸振器１０において、制振対象１が振動すると、制振対象１と可動質量３との間に相対運動が生じ、伸縮管４が伸縮する。伸縮管４が縮むと伸縮管４内部の水が付加質量調整管６を通って伸縮管４外部へ流出する。また、伸縮管４が伸びると伸縮管４の周囲の水が付加質量調整管６を通って伸縮管４の内部に流入する。このように、制振対象１と可動質量３との間に相対運動が生じることにより、付加質量調整管６内に水の流れが生じる。その際、水の慣性により、可動質量３には見かけ上、質量が付加された効果が生じる。これは付加質量または仮想質量と呼ばれ、本構成の場合、式（１）で表される。
【００１６】
【数１】
2019152248.tif 000003
【００１７】
式（１）において、ｍｓ：可動質量３に作用する付加質量、ρ：水の密度、A１：付加質量調整管６の断面積、A２：可動質量受圧面積、L：付加質量調整管６の長さ、である。
式（１）より、付加質量調整管６の断面積A１の大小、または付加質量調整管６の長さLの大小で、付加質量の大小が決まる。
【００１８】
また、本実施形態においては、付加質量調整管６が調整管固定部１１に接続される端部の急拡大部（または急縮小部）における損失による減衰効果が動吸振器の減衰性能として作用している。
【００１９】
（効果）
本実施形態によれば、制振対象１の固有振動数が低下することにより、動吸振器１０の固有振動数が最適値よりも高い状態にある場合（高い振動数側へのチューニングエラー）、付加質量調整管６を設置することによって生じる付加質量の効果により動吸振器１０の固有振動数が下がり、最適条件に近づけることができる。
【００２０】
なお、動吸振器１０の固有振動数を最適条件に近づけるために必要となる付加質量ｍｓの値は、計測された振動データおよびそれを用いた分析評価により得られるものとする。また、本実施形態において、センサー等で制振対象１の振動を計測することにより、制振対象１の振動特性の変化を把握できる場合を想定している。
【００２１】
一方、制振対象１の固有振動数が高くなることにより、低い振動数側へのチューニングエラーが生じている場合には、動吸振器１０の固有振動数を高い側に補正する必要がある。しかし、付加質量は固有振動数を下げる方向にのみ作用するので、初期設置時、ある程度の付加質量が作用するように付加質量調整管６を設置し、その状態で動吸振器１０の固有振動数が最適になるよう設計しておく。そして低い振動数側へチューニングエラーが生じた際に、付加質量調整管６を短いものに取り換えることにより、動吸振器の固有振動数を高い側に補正することができる。
【００２２】
また、本実施形態によれば、動吸振器１０に付加質量調整管６を設けて、水中構造物の動吸振器１０における減衰器の作動流体として動吸振器１０の周囲の水を利用することにより、放射線による影響を受け難く、かつ周囲への作動流体の漏れによる問題を防ぐとともに、周囲の水の流入、流出による付加質量効果を利用することにより、動吸振器１０の可動質量３やばね要素５を交換することなく、動吸振器１０の固有振動数の調整が可能となる。その際、付加質量調整管６の取付け、交換が必要となるが、付加質量調整管６はネジ固定やクランプ固定など簡易な固定方法とすることにより、遠隔での取付け、交換も可能となり、動吸振器１０を水中構造物１から取外すことなく、固有振動数の調整が可能となる。  
なお、本実施形態に係る動吸振器１０は制振対象として水中構造物に適用したが、水中構造物以外の構造物にも適用可能である。
【００２３】
（解析モデルによる制振効果の検証）
本実施形態について、図３に示す動吸振器の簡易評価の解析モデルに基づいて、１０％チューニングエラー時と最適条件時、および付加質量調整管適用時の周波数応答曲線（図４、図５）を用いて、本実施形態に係る動吸振器１０の制振効果について説明する。
２０は解析モデルとしての制振対象、２１は解析モデルとしての動吸振器である。
【００２４】
なお、本説明は以下に述べる各実施形態にも共通する。  
ここでは、例として制振対象２０を１自由度系とした。図３の解析モデルに対応する運動方程式は次式（２）となる。
【００２５】
【数２】
2019152248.tif 000004
【００２６】
ここで、動吸振器２１の固有振動数ω２と動吸振器減衰比ζ２の最適条件は下記の式（３）が一般に知られている。
【００２７】
【数３】
2019152248.tif 000005
【００２８】
式（３）において、ω１は制振対象２０の固有振動数、ω２は動吸振器２１の固有振動数である。
先ず、付加質量ｍｓが０の場合について、動吸振器２１が式（３）の最適条件を満たす場合と、動吸振器２１の固有振動数ω２が高い振動数側に１０％のチューニングエラーしている場合の、制振対象２０の周波数応答曲線の比較を図４に示す。
【００２９】
計算条件として、動吸振器２１の質量ｍ２は制振対象２０の質量ｍ１の２％、制振対象２０の減衰比ζ１は５％とした。  
周波数応答曲線グラフの縦軸は制振対象２０の応答変位振幅X１を静たわみF/k１で正規化した値、横軸は加振振動数（ω）／制振対象固有振動数（ω１）である。  
図４より、チューニングエラーが生じている場合、制振効果が著しく低下し、応答が大きくなっていることが分かる。
【００３０】
次に、付加質量調整管６により付加質量ｍｓを作用させ、動吸振器２１の固有振動数ω２を低い側に補正した場合と、動吸振器２１の固有振動数ω２が高い振動数側に１０％のチューニングエラーしている場合の、制振対象２０の周波数応答曲線の比較を図５に示す。  
計算条件として、付加質量ｍｓは制振対象２０の質量ｍ１の０．４２％とした。
【００３１】
図５より、付加質量ｍｓによりチューニングエラーが補正されることにより、最適条件に近い状態に改善できていることが分かる。  
以上により、解析モデルに基づいて本実施形態に係る動吸振器２１の有効性が確認できた。
【００３２】
[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態に係る動吸振器について、図６を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。（以下、第３〜第６の実施形態においても同様とする。）
【００３３】
第１の実施形態の構成では、付加質量調整管６が調整管固定部１１に接続される端部の急拡大部（または急縮小部）における損失による減衰効果が動吸振器の減衰性能として作用しているが、本実施形態では、この減衰性能に加え、動吸振器１０にさらに減衰性能（ダンパ性能）を確保するために、第１の実施形態の構成に、流動減衰を用いたオリフィス７を追加したものである。オリフィス７は図６に示すように伸縮管４内部または付加質量調整管６内部に設置する。
【００３４】
水が付加質量調整管６内部を流れる際、同時にオリフィス７を通過することにより、流動減衰が作用する。これにより、動吸振器１０の減衰性能をさらに向上させることができる。
【００３５】
[第３の実施形態]
本発明の第３の実施形態に係る動吸振器について、図７を参照して説明する。  
第１の実施形態においては付加質量調整管６を直管としたが、本実施形態では、付加質量調整管６に屈曲部を設け、折り返し管路としている。
【００３６】
ここで、屈曲部を設けたとしても、直管の付加質量調整管６の管路長と等しければ、同様の付加質量効果が得ることができる。  
本実施形態によれば、直管で構成した場合に付加質量調整管６の長さが問題となる場合において、付加質量調整管６に屈曲部を設けることにより、少ないスペースで付加質量を確保できる。
【００３７】
[第４の実施形態]
本発明の第４の実施形態に係る動吸振器について、図８を参照して説明する。  
本実施形態では付加質量調整管６を分岐管１３とするとともに、各分岐管１３に開閉弁１２を設けている。
【００３８】
開閉弁１２が開いている分岐管１３については付加質量に寄与し、閉じている分岐管１３については付加質量に寄与しないので、各開閉弁１２の開閉を調整することにより、付加質量に寄与する分岐管１３の数を調整し、全体的な付加質量を調整する。  
本実施形態によれば、開閉弁１２の開閉により付加質量を調整することができ、付加質量調整管６の追加設置や、交換を省略することができる。
【００３９】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態に係る動吸振器について、図９を参照して説明する。  
第１〜第４の実施形態では、伸縮管４およびばね要素５の振動直交方向の剛性で可動質量３を支持しているが、この剛性が不足している場合、可動質量３の重さによって伸縮管４とばね要素５が撓み、動吸振器１０が正しく動作しない、または強度的に健全性を維持できない等の問題が生じる。
【００４０】
本実施形態では、可動質量３を軸直交方向に拘束できる十分な剛性を有する支持部材８を設置している。可動質量３の振動方向の動きを拘束しないよう、可動質量３と支持部材８とはゴムなどの弾性体９で連結する。支持部材８は可動質量３を一定の間隔で囲うような形状で、可動質量３の外形にあわせて円筒形状や角筒形状をとることが望ましい。または、可動質量３の鉛直下方向のみ支持すればよい場合は、制振対象１から可動質量３の下方に伸びる板状等であってもよい。また、弾性体９の代わりにころ等を用いても良い。
【００４１】
本実施形態によれば、支持部材８により可動質量３の振動に直交する動きが拘束されるため、可動質量３が振動直交方向に撓んだり、振れたりすることを防止でき、振動方向のみに正しく動作させることができる。
【００４２】
以上本発明を説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、当業者の技術常識を加味して種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１…水中構造物（制振対象）、２−１，２−２…固定部、３…可動質量、４…伸縮管、５…ばね要素、６…付加質量調整管、７…オリフィス、８…支持部材、９…弾性体、１０…動吸振器、１１…調整管固定部、１２…開閉弁、１３…分岐管、２０…制振対象（解析モデル）、２１…動吸振器（解析モデル）
【図１】
2019152248.tif 000006
【図２】
2019152248.tif 000007
【図３】
2019152248.tif 000008
【図４】
2019152248.tif 000009
【図５】
2019152248.tif 000010
【図６】
2019152248.tif 000011
【図７】
2019152248.tif 000012
【図８】
2019152248.tif 000013
【図９】
2019152248.tif 000014