JP2006199163A

JP2006199163A - 船舶の減揺水槽装置

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Publication number: JP2006199163A
Application number: JP2005013458A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Yahagi; 佳敬矢作; Azuma Shiraki; 東白木
Original assignee: JFE Soltec Co Ltd
Current assignee: JFE Soltec Co Ltd
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】船舶の急旋回等において、船体横傾斜角度の増大を回避することができる船舶の減揺水槽装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】船舶の両舷に設置した一対のタンク１ａ，１ｂとタンク１ａ，１ｂを接続する連結水路２とを備え、タンク１ａ，１ｂを接続する空気ダクト５と、空気ダクト５に設けられ、その開閉によって揺動緩和液体Ｗの移動又は拘束を制御するエアーダンパー６とを備える減揺水槽１であり、船速を検出する船速検出手段９と船舶の舵角指令信号を出力する操舵スタンドまたはオートパイロット装置８とが中央演算制御装置１０に接続され、船速検出手段９による船速値と操舵スタンドまたはオートパイロット装置８による舵角指令信号によって、空気ダクト６を遮断して揺動緩和液体Ｗの移動を拘束するか否かの判定を行う運転判定手段１０ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、減揺水槽装置を設置した船舶において、急旋回を行った際等の船体横傾斜角度の増大を回避し得る船舶の滅揺水槽装置に関するものである。

従来、船舶の横揺れを軽減する装置としては、断面Ｕ字状の減揺水槽本体による減揺水槽装置が知られている。減揺水槽装置を搭載した船舶は、横揺れを軽減することができるので、快適な乗り心地を提供することができ、広く普及している。この減揺水槽装置は、船体の横揺周期と減揺水槽装置の揺動緩和流体との周期が約９０度の位相遅れが生じたときに、減揺モーメントが働いて高い減揺効果を発揮する装置である。

その一方、何らかの要因で、船体の定常横傾斜が生じた場合、減揺水槽装置の自由液面の影響により定常傾斜が増大することも知られている。

このような減揺水槽装置の問題点を回避する技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術（以下、従来例と称する）がある。この従来例は、船舶の急旋回を検出して、減揺水槽装置の空気ダクトを閉じることによって、減揺水槽本体の揺動緩和流体の移動を停止させるようにした減揺水槽装置の制御方法である。

なお、［発明を実施するための最良の形態］の項目において、本出願人が出願した下記の特許文献２を引用するので、ここに記載しておく。
特許第３１２５１４１号公報特開平１１−１３９３８６号公報

従来例の減揺水槽装置では、船舶が急旋回を行った際に遠心力によって、必ず旋回中心外側方向へ定常横傾斜を起こすので、減揺水槽装置の移動用液体（揺動緩和流体）は旋回中心外側方向へ移動し片寄りの状態となる。これによって発生する傾斜モーメントが遠心力に加わり、船体横傾斜角度をさらに増大させることになる。そこで、船舶の急旋回を検出して、減揺水槽装置を停止して船体横傾斜角度の増大を回避するようにしている。

しかし、従来例では、船が急旋回行動をする時の舵角指令及び船速信号を検知することにより、減揺水槽装置を停止しているので、荒天時の航行などでは船舶の横揺れが不規則なため、減揺水槽装置を停止した場合、従来例で想定している位置で液体が停止する確率は極めて低くなる。このため減揺水槽内部の液体の停止位置が一定とならず、逆に船体横傾斜角を増大させる位置で停止する場合があり、従来例では、波浪中で減揺水槽を停止した場合に船体横傾斜角を増大させる等の問題を生じる場合があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、旋回時における船舶の船体横傾斜角度の増大を確実に減少させることができる船舶の減揺水槽装置を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］船舶の両舷に設置した一対のタンクと、前記一対のタンクを連通させる連通水路と、前記一対のタンクを接続する空気ダクトと、前記空気ダクトに設けられたエアーダンパーとからなり、該エアーダンパーを開くと減揺機能を発揮し、エアーダンパーを閉じると減揺機能を停止するように構成した船舶の減揺水槽装置において、
前記減揺水槽を搭載した船舶の船速を検出する船速検出手段と、船舶の舵角を指令するオートパイロット装置と、前記一対のタンク内部の動揺緩和液体の液面を検知する液面検知手段と、前記船速検出手段からの船速信号と前記オートパイロットからの舵角指令信号と前記液面検知手段からの液面レベル信号により、前記減揺水槽装置の減揺機能を停止するか否かの判定を行う揺機能停止判定手段とを備えると共に、減揺機能を停止する場合は、前記減揺機能停止判定手段が液面レベル信号から決定したタイミングにより前記エアーダンパーを遮断することを特徴とする船舶の減揺水槽装置。

本発明では、船速ログ（船速検出器）、潮流観測装置或いはＧＰＳによる速度検出器から得られる船速値を中央演算制御装置に入力し、かつオートパイロット装置から出力される舵角指令信号を中央演算制御装置に入力し、更に両舷に設置した一対のタンク（以後ウイングタンクという）に設置した、液面計等の液面検知手段から得られる液面レベル信号を中央演算制御装置に入力し、データ処理を行って、減揺水槽装置の運転を停止するか否かの判定を行う。

運転停止と判定された場合、中央演算制御装置は液面レベル信号からウイングタンク内の動揺緩和液体の位置を求め、運転停止判定後に液面レベルが水平（ここでは、船が直立で浮いている場合の減揺水槽の液面レベルを水平と称する）から旋回中心内側のウイングタンクの液面が高い方に移動した直後にエアーダンパーを遮断するための信号を出力する。

実際のエアーダンパー閉鎖には遮断信号発令後、一定の作動時間が必要であるから、この作動時間を考慮して、エアーダンパーの閉鎖時に旋回中心内方の液面が最大となるようにエアーダンパーの閉鎖速度を設定する。

本発明では、船舶の船速と舵角指令信号の値が、それぞれ所定値以上である場合、急旋回等によって、減揺水槽による減揺効果（横揺れ角減少量）より、船体横傾斜角度が増大する可能性があると判断された場合、空気ダクトを遮断して揺動緩和流体の移動を拘束し、減揺水槽装置の運転を停止する。船種にも依存するが、例えば、小型船で例示すれば、船速が１２ノット以上であって、舵角指令の値が２０度以上に達した際、減揺水槽装置の運転を停止すると判断し、液面計等の液面検知手段により求めた、減揺水槽内の動揺緩和液体の液面レベルが水平から旋回中心内方のウイングタンクの液面レベルが高い方へ移動した直後に、エアーダンパーの閉鎖を指令し、エアーダンパーの閉鎖所要時間後に旋回中心内方ウイングタンクの液面が最大となるような位置で停止させることによって、旋回時の船体の旋回中心外方傾斜角度を減少させることが可能となる。

また、前記の旋回中心内方傾斜の継続時間は種々の旋回試験を行って求めることが可能である。これに対するダンパーの閉鎖所要時間は求められた内方傾斜の継続時間を勘案して調整・設定することができる。

本発明では、減揺水槽装置の運転状態において、平均横揺れ角が所定閾値以上であった場合、その原因の如何にかかわらず、減揺水槽装置の減揺効果が期待できると判断し、減揺水槽装置の動作を停止しないことによって、船体最大横傾斜角度の増大を回避している。例えば、その平均横揺れ角が約１２度に達したことを観測した場合、船速と舵角が所定値以上であっても減揺水槽装置の運転を停止せず、減揺水槽装置の減揺効果を優先させるため、減揺水槽装置を作動させる判断を行う。平均横揺れ角が場合、減揺水槽の減揺効果が４０％だと仮定すると減揺水槽を停止した場合の平均横揺れ角は、約２０度となるが、減揺タンクを作動させたまま急旋回を行った場合の傾斜角の増大は、通常のＧＭを有している場合、２、３度であるから、最大傾斜角は平均横揺れ角と減揺タンクを作動させたまま急旋回を行った場合の傾斜角の増大分を加えた、約１４，５度であり、減揺タンクを停止させないほうが最大傾斜角は小さくなる。

本発明によれば、減揺水槽装置が船体横傾斜角度を増大させる可能性が生じるおそれがあると判断された場合に、減揺水槽装置の運転を停止することができるようになされた減揺水槽装置であり、運転停止の判定が、船速と舵角指令信号と減揺水槽内部の動揺緩和液体の液面レベルを監視して、それらの値を考慮して運転停止が判定されているので、頻繁に運転停止状態になることがなく、減揺水槽装置を効果的に機能させることができるとともに、急旋回の停止時に旋回中心内方のウイングタンクの液面が最大レベル付近で停止するため船体横傾斜角度が旋回中心外方へ増大することを事前に減少・回避させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る船舶の減揺水槽装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る船舶の減揺水槽装置の一実施の形態を示す図である。同図において、減揺水槽装置は、揺動緩和液体Ｗが投入された減揺水槽（アンチローリングタンク）１、舵角指令信号を出力するオートパイロット装置８、船速を検出する船速検出手段９、中央制御装置１０、記憶装置１１、ダンパー制御装置１２、表示装置１３、揺動検知器１４、液面検知装置１５等で構成されている。減揺水槽１は、船体の左舷と右舷にタンク１ａ，１ｂがそれぞれ設けられ、タンク１ａ，１ｂは、連結水路２で接続され、かつ一対のタンク１ａ，１ｂの上部には、空気が流通する空気ダクト５が設けられている。空気ダクト５には、空気の流通を遮断するためのエアーダンパー６が設けられている。連結水路２には、揺動緩和液体Ｗの移動を阻止するためのダンパー３が設けられている。

さらに、減揺水槽１の詳細について、図２を参照して説明する。同図において、タンク１ａ，１ｂは、三つの連結水路２ａ，２ｂ，２ｃで接続されて減揺水槽１が形成され、揺動緩和液体Ｗが投入されている。連結水路は、二つまたは三つ以上であってもよい。連結水路２ａ，２ｂには、揺勧緩和液体Ｗの移動を妨げるダンパー３ａ，３ｂが設けられ、ダンパー３ａ，３ｂは、駆動装置４ａ，４ｂで駆動する。ダンパー３ａ，３ｂの両方または一方のダンパーが閉鎖されると、減揺水槽１内の揺動緩和液体Ｗの移動に制限を受け、移動周期に差異を与えることができる。

空気ダクト５には、空気の流通を遮断するためのエアーダンパー６が設けられ、駆動装置７によって開閉する。従って、エアーダンパー６を閉じると、タンク１ａ，１ｂ相互間を移動する揺動緩和液体Ｗが拘束され、急旋回時等の船体横傾斜角度の増大を阻止し得る効果を発揮するが、本実施形態では、揺動緩和液体Ｗが旋回中心内方のウイングタンク内に移動した最大レベル付近で停止するようにエアーダンパーを遮断しているので、更に船体横傾斜を減少させる効果をも発揮する。

因みに、減揺水槽には、タンク同士を接統する連結水路が一つであったり、また、連結水路にダンパーが存在しないものもあり、このような減揺水槽では、減揺効果が逆効果となるおそれが増大する。しかし、本実施の形態の滅揺水槽では、連結水路が二つ以上あり、それぞれにダンパー３ａ，３ｂが存在し、揺動緩和液体Ｗの移動周期を制御して運転されており、減揺効果が逆効果となるおそれが極めて少ない減揺水槽装置といえる。

次に、この実施の形態における減揺水槽装置の中央制御装置１０について説明する。中央制御装置１０は、制御プログラムに基づいて動作しており、オートパイロット装置８と船速検出手段９と揺動検知器１４と液面検知装置１５からの出力信号が中央制御装置１０に入力され、これらの信号は、統計処理手段１０ａと運転判定手段１０ｂとに入力される。統計処理手段１０ａで処理された計測値や解祈データ等は、記憶装置１１に記憶されるとともに、運転入出力装置を兼ねる表示装置１３に解析データが表示される。

舵角指令信号はオートパイロット装置８から出力される、操舵機を駆動するための、舵角指令信号を利用し同舵角指令信号を中央制御装置１０に入力する。また、船速検出手段９としては船速ログ（船速検出器）、潮流観測装置或いはＧＰＳ等によって船速を計測する。揺動検出器１４としては傾斜計やジャイロ装置等によって船体の横揺れ角を計測する。液面検知装置１５としてはフロート式、電波式、静電容量式等の液面レベル計で液面レベルを計測する。

統計処理手段１０ａでは、揺動検知器１４から得られる横揺角度の計測データを演算処理し、最大横揺れ角度、１／１０最大平均横揺れ角度、１／３最大平均横揺れ角度、平均横揺れ角度及び初期傾斜角度（船体ヒール角度）が算出される。さらに、減揺率、船体平均横揺周期、ゼロクロス周期、標準偏差等が算出され、表示装置１３に表示される。例えば、この実施の形態の減揺水槽装置では減揺率が表示装置１３に表示されるので、減揺水槽装置の運転による効果が感覚的でなく、減揺水槽装置の減揺効果を定量的に捉えることができる利点がある。平均横揺れ角度及び初期傾斜角度は、船速と舵角が所定値を越えた場合に、減揺水槽装置の運転を停止するか、継続するかの判定基準等に利用される。

続いて、この実施の形態に係る減揺水槽装置において、船体横傾斜角度が増大することを回避するために行う減揺水槽装置の運転方法について説明する。この運転方法は、所定の条件のもとで減揺水槽の機能を停止させる運転方法である。なお、この実施の形態における減揺水槽１の通常の運転方法は、本出願人が出願した特許文献２に開示したものである。すなわち、統計処理手段１０ａからの船体平均横揺周期に応じて、エアーダンパー（エアーダンパー６に対応）と、二つの連結水路にそれぞれ設けられたＮＯ．１ダンパー（ダンパー３ａに対応）とＮＯ．２ダンパー（ダンパー３ｂに対応）との開閉を制御して、揺動緩和流体による揺動モーメントを制御して、横揺れを解消する運転方法である。

先ず、この実施の形態に係る減揺水槽装置の運転方法について簡単に説明する。船体横傾斜角度が増大することを回避するための運転方法は、オートパイロット８と船速検出手段９と液面検知装置１５とからの舵角指令信号と船速信号と液面レベル信号が中央制御装置１０に入力されて信号処理され、運転判定手段１０ｂにより、舵角指令信号と船速信号とがそれぞれ所定の閾値以上の値となった際に、その時の平均横揺れ角を参照して、減揺水槽装置を停止するか運転を続けるかを判定し、停止を行う場合は、ダンパー制御装置１２を介して駆動装置７を駆動し、エアーダンパー６を遮断して、減揺水槽１の揺動緩和液体Ｗの移動を拘束し、減揺水槽装置の運転を停止させるものであるが、エアーダンパー６を遮断するタイミングは。動揺緩和液体Ｗが旋回中心内方のウイングタンク内に片寄ったタイミングでエアーダンパー６を遮断する。

動揺緩和液体Ｗが旋回中心内方のウイングタンク内に片寄ったタイミングでエアーダンパーを遮断する方法は、先ず、舵角指令信号の値（例えば、直流電流の±電圧値等であって−５Ｖは左旋回で舵角３５度、０Ｖは舵角０度、＋５Ｖは右旋回で舵角３５度）より旋回方向と指令舵角を求めることができる。次に、液面検知装置１５から中央演算制御装置に入力された液面レベル信号からウイングタンク内の動揺緩和液体の位置を求め、運転停止の判定後に液面レベルが水平から旋回中心内側のウイングタンクの液面が高い方に移動した直後にエアーダンパー遮断の信号を出力する。

ここでは、運転停止の判定後に液面レベルが水平から旋回中心内側のウイングタンクの液面が高い方に移動した直後にエアーダンパー遮断の信号を出力するようにしたが、エアーダンパーの閉鎖速度を最速として、エアーダンパーの閉鎖時に旋回中心内方の液面が最大となるように、エアーダンパー閉鎖の遮断信号発令のタイミングを、液面レベルが水平から旋回中心内側のウイングタンクの液面が高い方に移動した直後のタイミングからエアーダンパーの閉鎖の設定時間差分だけ遅くしてもよい。

また、この実施の形態では液面検知装置を両舷のウイングタンクに設けたが、いずれか１つのウイングタンクに設置するのみでもよい。この場合は、旋回中心内側が、液面検知装置の設置側の場合は、前記と同様の手順で停止操作を行う。旋回中心内側が、液面検知装置の設置側と逆の場合は、液面レベルが水平から液面検知装置を設置したウイングタンクの液面が低い方に移動した直後にエアーダンパー遮断の信号を出力すれば、同様の効果を得ることが可能となる。

次に、統計処理手段１０ａによって求められた平均横揺れ角が所定閾値以上である場合、減揺水槽装置の運転を継続する運転方法について説明する。すなわち、平均横揺れ角が所定閾値以上（例えば、１０度以上）である場合、滅揺水槽装置による減揺効果が期待できると判断し、船速と舵角指令信号による運転判定手段により減揺水槽装置の運転を停止する領域にあっても、減揺水槽装置の運転を維持し、船体横傾斜角度が増大するのを阻止しする。

続いて、図１の減揺水槽装置における運転方法について、図３の制御プログラムを参照して説明する。減揺水槽装置の運転方法は、先ず、ステップＳ１において、減揺水槽装置のエアーダンパーを開放して、減揺水槽１の揺動緩和液体Ｗの揺動モーメントを働かせて、横揺れを抑制するように運転を開始する。ステッブＳ２では、オートパイロット装置８、船速検出手段９、揺動検知器１４、液面検知装置１５からの出カ信号を処理して、統計処理手段１０ａで統計的処理をして、舵角指令信号、船速、横揺れ角度、左右ウイングタンクの液面レベル等の計測データ及び統計データを運転判定手段１０ｂに入力する。ステップＳ３〜Ｓ６は、運転判定手段１０ｂで処理をする工程である。ステップＳ３では、平均横揺れ角が所定閾値β１以上であるか否かを判定し、平均横揺れ角が所定閾値β１以上であれば、ステップＳ１１に進み、減揺水槽装置のエアーダンパーの開放を継続する。一方、平均横揺れ角が所定閾値に達していない場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、船速値が所定閾値γ１（例えば、１２ノット）以上であるか否かを判定し、船速値が所定閾値γ１以上である場合、ステップＳ５に進み、舵角指令信号値が所定閾値α１（例えぱ、２０度）以上であるか否かを判定し、舵角指令信号値が所定閾値α１以上である場合、ステップＳ６に進むが、このステップＳ５における船速と舵角指令信号の閾値の関係を示す例を図４に示した。ステップＳ６では、舵角指令信号から決定される旋回方向と液面レベル信号から、旋回中心内方のウイングタンクの液面レベルが水平（左右ウイングタンクの液面が等しい状態）から増加しているかを判断する。増加している場合は、ステップＳ７に進み、減揺水槽装置のエアーダンパー６を遮断するが、増加していない場合は、増加するまでステップＳ７には移行しない。なお、ステップＳ５，Ｓ６の条件を満たさない間は、ステップＳ３に戻る。

続いて、ステップＳ８において、運転停止解除の判定は、減揺水槽装置が運転を停止した状態で、舵角指令信号又は船速が所定値以下であるか否かを判定する。舵角指令信号又は船速が所定値以下である場合、（例えば、船速値が所定閾値γ１，舵角指令信号が所定閾値α１のそれぞれ約３０％低下した値になった場合）ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、平均横揺れ角が所定値以上（例えば、平均横揺れ角が所定閾値β１の約５０％低下した値になった場合）であるか否かを判定し、所定値以上である場合、ステップＳ１０に進み、平均横揺れ周期が制御範囲内か否かを判定し、制御範囲以内である場合、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、エアーダンパー６を開放して、減揺水槽装置の運転を開始する。続いて、ステップＳ１２に進み、運転を終了するか否かを判定し、運転継続の場合、ステップＳ３に戻り、同様の操作を繰り返す。連転終了の場合は、制御プログラムを終了する。

本発明の一実施の形態に係る船舶の減揺水槽装置を示す図である。図１における減揺水槽の詳細な構成を示す図である。本発明の一実施の形態に係る船舶の減揺水槽装置の運転方法を示すフローチャート図である。減揺水槽装置作動の停止または継続を判定するための船速と舵角の閾値の関係を示す図である。

符号の説明

１減揺水槽
１ａ，１ｂタンク
２，２ａ，２ｂ，２ｃ連結水路
３，３ａ，３ｂダンパー
４，４ａ，４ｂ駆動装置
５空気ダクト
６エアーダンパー
７駆動装置
８オートパイロット装置
９船速検出手段
１０中央制御装置
１０ａ統計処理手段
１０ｂ運転判定手段
１１記憶装置
１２ダンパー制御装置
１３表示装置
１４揺動検出器
１５液面検知装置

Claims

船舶の両舷に設置した一対のタンクと、前記一対のタンクを連通させる連通水路と、前記一対のタンクを接続する空気ダクトと、前記空気ダクトに設けられたエアーダンパーとからなり、該エアーダンパーを開くと減揺機能を発揮し、エアーダンパーを閉じると減揺機能を停止するように構成した船舶の減揺水槽装置において、
前記減揺水槽を搭載した船舶の船速を検出する船速検出手段と、船舶の舵角を指令するオートパイロット装置と、前記一対のタンク内部の動揺緩和液体の液面を検知する液面検知手段と、前記船速検出手段からの船速信号と前記オートパイロットからの舵角指令信号と前記液面検知手段からの液面レベル信号により、前記減揺水槽装置の減揺機能を停止するか否かの判定を行う揺機能停止判定手段とを備えると共に、減揺機能を停止する場合は、前記減揺機能停止判定手段が液面レベル信号から決定したタイミングにより前記エアーダンパーを遮断することを特徴とする船舶の減揺水槽装置。