(57)【要約】【課題】応力計測を実現することにより余寿命を高精度に予測する技術を確立する。【解決手段】船体の一部分として構造化され液化ガスタンク１を支持する支持構造６の複数位置に配置されその複数位置の第１時系列応力１８を計測する複数の歪み計７と、計算機１４とから構成されている。計算機１４は、液化ガスタンク１の部位２１の第２時系列応力２４を第１時系列応力１８に基づいて計算する応力計算器２２と、第１時系列応力１８を長期に保存して記録する記録器１６と、第２時系列応力２４に基づいて液化ガスタンク１の余寿命を評価する評価計算器とを形成している。分割された応力分布範囲に対応して第２時系列応力２４の実測回数と許容繰り返し数との対応を示す分布が記録される。その分布表に基づいて、余寿命が高精度に推定され得る。【選択図】          図３
2005003554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立タンク方式の液化ガスタンクを支持する支持構造の特定部位に配置され第１時系列応力を計測する歪み計と、
前記支持構造に配置され特定部位の時系列３次元加速度を計測する加速度計と、
前記時系列３次元加速度と前記第１時系列応力とを時系列に記録する記録器と、
計算機とを構成し、
前記計算機は、
前記時系列３次元加速度と前記第１時系列応力とに基づいて、前記液化ガスタンクの部分の第２時系列応力を計算する第１計算器と、
前記第２時系列応力に基づいて前記部分の応力レンジ長期頻度の分布を記録する記録器とを形成する
液化ガス運搬船のモニタリングシステム。
【請求項２】
前記記録器は、前記応力レンジがｋ個に分割された部分応力範囲と、前記部分応力範囲に対応する前記第２時系列応力の頻度との対応を示す対応表を作成する
請求項１の液化ガス運搬船のモニタリングシステム。
【請求項３】
前記計算機は、積分器を更に具え、
前記頻度がｎｉで表され、前記部分応力範囲に対応し前記第２時系列応力の許容繰り返し数がＮｉで表され、
前記積分器は、下記式：
Σ（ｉ＝１  ｔｏ  ｋ）（ｎｉ／Ｎｉ）
で表される実測値対応余寿命評価指数を計算し、前記余寿命は、前記実測値対応余寿命評価指数に基づいて推定される
請求項２の液化ガス運搬船のモニタリングシステム。
【請求項４】
前記計算機は、評価器を更に形成し、
前記評価器は、前記実測値対応余寿命評価指数と前記液化ガスタンクの設計時に計算により求められている設計時計算余寿命評価指数との比較に基づいて前記余寿命を評価して推定する
請求項３の液化ガス運搬船のモニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化ガス運搬船のモニタリングシステムに関し、特に、液化ガスタンクの余寿命を評価してモニタリングする液化ガス運搬船のモニタリングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液化ガスは、液化ガス運搬船、特に、独立タンク方式の運搬船により海上輸送されている。独立タンク式液化ガス運搬船は、液化ガスを低温保存する液化ガスタンクを有している。液化ガスタンクは、内部圧力に対して十分に大きい強度を与えるために、球殻構造に形成されている。液化ガスタンクには、低温強度確保のためにアルミ合金が用いられている。液化ガスタンクは、断熱層で被覆されている。断熱層の内面である球形タンクの球面の温度は、約−１６０度に保持されている。
【０００３】
波を受けて２次元的に傾動する船体には、船体の傾動とバラスと水のような船内流動体の慣性干渉により、船体の内外に圧力が掛かる。そのような圧力を検出する技術は、特開平５−２３８４７３号で知られている。液化ガス運搬船の独立タンクには慣性力がタンク自体に作用し、更に、船体とタンクとの間で相互干渉力が作用する。波を受ける船体は、波から受ける外力によりその構造の全体が曲がる。その構造は、特には、縦方向線を含む鉛直中心面上で波の周期に同期して曲げ力が発生し、周期的曲げモーメントを持続的に受けている。このような曲げモーメントにより、船体とタンクとの間の結合部位に強制的変位が生じて、船体とタンクとの間に相互干渉力が発生する。タンクに作用する慣性力と相互干渉力とにより独立タンクに応力が発生する。そのような応力の発生回数は、独立タンクの寿命に対して強い相関性を有する。応力検出により船体の余寿命を予測する技術は、後掲特許公報で知られている。応力を受ける回数とその大きさの組合せである頻度分布表は、その余寿命の推定のための重要な数値的材料を提供することが期待される。独立タンクの余寿命の推定のためには、応力の計測が不可欠である。応力の計測には、歪みゲージが用いられる。液化ガスタンクの約−１６０度の球面に直接に歪みゲージが張りつけて応力を計測することは、ゲージの性能の点で困難である。このような理由により、従来、液化ガスタンクの余寿命を応力測定に基づいて予測することが困難であった。
【０００４】
応力計測を実現することにより余寿命を高精度に予測する技術の確立が求められる。
【０００５】
【特許文献１】
日本国特許第３１３２１８０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、応力計測を実現することにより余寿命を高精度に予測する技術を確立することができる独立タンク方式の液化ガス運搬船のモニタリングシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による液化ガス運搬船のモニタリングシステムは、独立タンク方式の液化ガスタンク（１）を支持する支持構造（６）の特定部位に配置され第１時系列応力（１８）を計測する歪み計（７）と、支持構造（６）に配置され特定部位の時系列３次元加速度を計測する加速度計（９）と、時系列３次元加速度と第１時系列応力（１８）とを時系列に記録する第１記録器と、計算機とから構成されている。その計算機は、時系列３次元加速度と第１時系列応力（１８）とに基づいて、液化ガスタンク（１）の任意の部位の第２時系列応力（２４）を計算する第１計算器と、第２時系列応力（２４）に基づいて任意の部位の応力レンジ長期頻度の分布を記録する第２記録器（２３）とから形成されている。応力レンジ長期頻度の分布は、液化ガスタンクの余寿命の推定のためだけでなく、液化ガスタンクを運搬するタンカーの余寿命の推定のためにも有力な数値的基礎資料として重要な判定材料を提供する。応力レンジ長期頻度の分布は、任意の位置の余寿命を高精度に予測することができる一般性を有している。
【０００９】
独立タンク方式の液化ガスタンク（１）の任意の位置の応力である第２時系列応力（２４）は、複数の特定部位の実測値応力（１８）から計算され得るので、その任意の位置の応力を実測する必要はない。その第２時系列応力（２４）は、応力レンジ長期頻度の分布として記録され、余寿命はその分布に基づいて推定され得る。
【００１０】
その第２記録器は、応力レンジがｋ個に分割された部分応力範囲と、その範囲に対応する第２時系列応力の頻度との対応を示す対応表を作成する。計算機は、積分器を更に形成している。頻度がｎｉで表され、部分応力範囲に対応し第２時系列応力（２４）の許容繰り返し数がＮｉで表される。積分器は、Σ（ｉ＝１  ｔｏ  ｋ）（ｎｉ／Ｎｉ）で表される実測値対応余寿命評価指数を計算する。余寿命は、実測値対応余寿命評価指数に基づいて推定され得る。計算機は、評価器を更に形成している。評価器は、実測値対応余寿命評価指数と液化ガスタンクの設計時に計算により求められている設計時計算余寿命評価指数との比較に基づいて前記余寿命を評価して推定する。実測と計算とにより、推定が従来では不可能又は不正確であった余寿命が、設計時の値とリアルタイムの計測値とにより高精度に、リアルタイムに又は定期的に、推定され得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による液化ガス運搬船のモニタリングシステムの実施の形態は、球形液化ガスタンクが船体に搭載されて配置されている。複数の球形状の液化ガスタンク１は、図１に示されるように、船体の縦方向に配列されている。波を周期的に受ける船体の船体構造は、主として、縦曲げモーメントを受けて撓む。液化ガスタンク１は、そのように曲げ力を受ける船体構造に支持されている。
【００１２】
液化ガスタンク１は、図２に示されるように、球形タンク本体２と球形タンク本体２を被覆する球形状の熱的絶縁層３とから構成されている。液化ガスタンク１は、全体的に外側保護構造４により被覆されている。液化ガスタンク１は、船体基本構造５の上面側に構造化されている支持構造（スカート）６に支持されている。
【００１３】
図３は、加速度計と歪み計の分散配置を示している。５つの液化ガスタンク１であるＮｏ．１タンク１−１、Ｎｏ．２タンク１−２、Ｎｏ．３タンク１−３、Ｎｏ．４タンク１−４、Ｎｏ．５タンク１−５は、船首側から船尾側に向けて並んでいる。頻繁により強い応力を受けるタンクは、Ｎｏ．２タンク１−２である。
【００１４】
４つの歪み計と４つの加速度計とが、分散的に配置されている。第１歪み計７−１は、Ｎｏ．２タンク１−２のスカートの船首側に配置されている。第２歪み計７−２は、Ｎｏ．２タンク１−２のスカートの船尾側に配置されている。第３歪み計７−３は、Ｎｏ．２タンク１−２のスカートの右舷側に配置されている。第４歪み計７−４は、Ｎｏ．２タンク１−２のスカートの左舷側に配置されている。
【００１５】
第１加速度計９−１は、船体１の概ねの中心位置に配置され、ミッドシップの鉛直方向加速度を測定する。第２加速度計９−２は、船体１の概ねの中心位置に配置され、ミッドシップの左右方向加速度を測定する。第３加速度計９−３は、船体１の概ねの中心位置に配置され、ミッドシップの前後方向加速度を測定する。第４加速度計９−４は、船体１の船首部位の前後方向加速度を測定する。
【００１６】
図４は、計測システム１１を示している。液化ガスタンク１は、図２に示されるように、船尾側に居住区である安全区画１２を形成している。安全区画１２に、パソコンラック１３が安全に配置されている。パソコンラック１３の中に、パソコン１４と、アンプユニット１５と、ＭＯユニット１６とが安全に配置されている。
【００１７】
４つの歪み計７−１，２，３，４からそれぞれに出力される４つの歪み対応電気信号は、ゼナバリア（本質安全用保護）１７を介して、それぞれにアンプユニット１５に入力される。４つの加速度計９−１，２，３，４からそれぞれに出力される４つの歪み対応電気信号は、ゼナバリア（本質安全用保護）１７を介して、それぞれにアンプユニット１５に入力される。
【００１８】
パソコン１４は、主としてＭＯユニット１６の記録を管理して制御する。図５に示される数学的解析計算は、原則的に、陸上のコンピュータ１４（図示されず）により実行される。そのコンピュータは、図５（ｂ）に示されるように、ＦＥＭ解析計算機部分２２を有している。４つの歪み計７−１，２，３，４が計測する歪みに対応する４部位の実測応力１８と、４つの加速度計９−１，２，３，４が計測する実測加速度１９に対応する外力とに基づいて、ＦＥＭ解析計算機部分２２の応力算出プログラムにより、図２に示される球形タンク本体２の任意の部位又は特定の部位２１の応力が既述の陸上のコンピュータにより計算される。
【００１９】
そのコンピュータは、応力レンジ長期頻度の分布を記録する応力レンジ長期頻度分布記録器２３を有している。ＦＥＭ計算機部分２２により計算された応力計算結果（ＦＥＭ結果）２４は、実測応力１８と実測加速度１９とともに、応力レンジ長期頻度分布記録器２３に入力する。応力レンジ長期頻度分布記録器２３は、実測応力１８と実測加速度１９と応力計算結果２４とに基づいて、実測時応力レンジ長期頻度分布２５を更新する。実測時応力レンジ長期頻度分布２５は、応力レンジ範囲と計測された繰り返し数（頻度数）との対応を記録している頻度分布表である。実測応力は、４つの歪み計７により計測される４つの歪みのうちの１つ、又は、４つの歪みに関数的に対応する特定箇所の歪みである。計算応力は、液化ガスタンク１の特定箇所に対してＦＥＭ計算機部分２２により計算された既述の応力計算結果２４である。実測時応力レンジ長期頻度分布２５は、図５（ｃ）に示されるように、指数関数的曲線である。そのグラフの横軸は、既述の遭遇回数に対応する。
【００２０】
そのような頻度分布表は、その応力範囲がｋ個のブロックに分けられている。それぞれのブロックに該当する繰り返し数は、ｎｉで表される。それぞれのブロックの材料特性に基づいて、それぞれの応力に対応するブロックに許容される許容繰り返し数は、Ｎｉで表される。積分器は、応力の頻度分布表に基づいて、実測対応余寿命評価指数Ｄｆを計算する。実測対応余寿命評価指数Ｄｆは、マイナー則といわれる下記式で表される。：
Ｄｆ＝Σ（ｉ＝１  ｔｏ  ｋ）ｎｉ／Ｎｉ
頻度分布の例示：
2005003554.tif 000003
【００２１】
図６は、任意位置の応力を算出する応力計算フローを示している。４つの加速度計により船体中央位置に作用する３つの加速度が計測される（ステップＳ１）。３つの加速度は、上下方向と前後方向と左右方向の３次元加速度Ａｚ，Ａｙ，Ａｘである。次に、ステップＳ２で、スカートの４つの歪み計測点についてそれぞれに、３成分歪みσＡｚ、σＡｙ、σＡｘが構造解析プログラムにより下式により計算される。
σＡｚ＝Ｃｚ・Ａｚ
σＡｙ＝Ｃｙ・Ａｙ
σＡｚ＝Ｃｚ・Ａｚ
ここで、係数Ｃｚ，Ｃｙ，Ｃｘは、予め求められ得る材料定数、構造定数のような物性定数である。
【００２２】
ステップＳ１とステップＳ２とは独立に、ステップＳ３でスカートの応力が測定され、その実測応力σと３成分歪みσＡｚ、σＡｙ、σＡｘとが船体曲げ起因応力計算ステップＳ４を実行するＦＥＭ解析計算機部分２２に入力される。ステップＳ４で、船体曲げに起因する応力（相互干渉力）σＭが次式により計算される。
σＭ＝σ−（σＡｚ＋σＡｙ＋σＡｘ）
【００２３】
σＭから、既述の計算応力として、タンクと船体との間の相互干渉力（Ｎｉ１，Ｎｉ２）がＦＥＭ計算機部分２２によりステップＳ５で計算されて求められる。
Ｎｉ１＝Ｎｉ１’ｃｏｓ（２θ）
Ｎｉ２＝Ｎｉ２’ｓｉｎ（２θ）
次に、ＦＥＭ計算機部分２２は、ステップＳ５で、既に求められているＮｉ１，Ｎｉ２，Ａｚ，Ａｙ，Ａｘに基づいて、タンクの任意の位置（例示：既述の部位２１）の応力を計算する。応力レンジ長期頻度分布記録器２３は、ステップＳ６で、相互干渉力Ｎｉ１，Ｎｉ２とに基づいて実測時応力レンジ長期頻度分布２５を計算する。余寿命評価指数Ｄｆは、実測時応力レンジ長期頻度分布２５に基づいて計算される。
【００２４】
図５（ａ）に示されるように、海象が激しい北大西洋を設計条件として、設計時の応力解析結果２６と理論的に与えられる長期分布形状（指数分布）に基づいて、理論的応力レンジ長期頻度分布２７が船体設計時に計算されている。理論的応力レンジ長期頻度分布２７は、実測時応力レンジ長期頻度分布２５と同じように、タンクの特定部位の応力／船体の代表的部位の応力）で定義されている。理論的応力レンジ長期頻度分布２７と実測時応力レンジ長期頻度分布２５との計算では、同じ船体について、タンク特定部位と船体の代表的部位は、ともに同じ部位である。
【００２５】
図５（ａ）に示されるように、北大西洋の海象条件に対応する最大値が用いられている理論的応力レンジ長期頻度分布２７は、実測時応力レンジ長期頻度分布２５より全レンジで大きい。余寿命評価指数Ｄｆは、実測時応力レンジ長期頻度分布２５と評価対象部材の材料定数とから計算され、１．０で推定寿命に達する。実測結果に基づく余寿命評価指数Ｄｆの逆数が実測値に基づく推定寿命に比例しているので、本船の余寿命は余寿命評価指数Ｄｆに基づいて推定され得る。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による液化ガス運搬船のモニタリングシステムは、応力測定により余寿命を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による液化ガス運搬船のモニタリングシステムの適用対象を示す正面図である。
【図２】図２は、図１の側面断面図である。
【図３】図３は、図１の平面断面図である。
【図４】図４は、本発明による液化ガス運搬船のモニタリングシステムの実施の形態を示す回路ブロック図である。
【図５】図５は、本発明による液化ガス運搬船のモニタリング方法の実施の形態を示す計算フロー図である。
【図６】図６は、計算フローを示すフロー図である。
【符号の説明】
１…液化ガスタンク
６…支持構造
７…歪み計
１４…計算機
１６…記録器
１８…第１時系列応力
２１…部位
２２…応力計算器
２３…記録器
２４…第２時系列応力
【図１】
2005003554.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005003554.tif 000007
【図５】
2005003554.tif 000008
【図６】
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