晃动防止装置及晃动防止方法
【专利摘要】一种晃动防止装置（20），其以简易或简单的构造或结构防止在液体货物运输船或浮体式海洋设备（1）的薄膜式液体收纳罐（10）内产生晃动现象。该晃动防止装置具有：多个浮体（24），其串联地配置于运输船或海洋设备的船体的纵向或横向上；以及铅垂支柱（23），其用于抵抗作用于浮体上的水平外力从而支承浮体，并且在上下方向上引导浮体。浮体具有用于确保恰当的吃水量（D）的重量。浮体通过悬浮于罐内的自由液面（LL）来分割液面和液面附近的液体，从而使液体振动的固有频率向高频区域一侧偏移。
【专利说明】晃动防止装置及晃动防止方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种晃动(尤指液体晃动，sloshing)防止装置和晃动防止方法,更加详细地说，涉及一种防止在液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐(membrane,薄膜式液货舱)内产生晃动现象的薄膜式液体收纳罐的晃动防止装置和晃动防止方法。
【背景技术】
[0002]已知有用于对液化天然气进行长距离海上输送的液化天然气运输船(以下，称作“LNG (Liquefied Natural Gas,液化天然气)船”)。由于以极低温(一 162。0将天然气液化而成的液相的天然气(即，液化天然气)与气相的天然气相比被较大地减容，因此对于输送效率而言极为有利。LNG船具有能够承受这样的极低温(一 162°C )的特殊的罐构造的LNG收纳罐。作为以往的LNG收纳罐的方式，已知有球形罐方式、多边形薄膜式、多边形SPB方式等，但是当前的主流为球形罐方式和多边形薄膜式的LNG收纳罐。
[0003]球形罐方式的LNG收纳罐在构造强度上是有利的，但是由于容积效率降低，因此存在有船体大型化的倾向。与此相对地，若为同等的装载量，则与球形罐方式相比，薄膜式的LNG收纳罐能够使船体小型化，因此在建造成本、航路选择的自由度等方面上是有利的。因此，考虑到液化天然气的需求及输送量的增大所导致的LNG收纳罐的大型化倾向，近年来在LNG船的设计上采用薄膜式的LNG收纳罐的倾向尤为显著。
[0004]作为薄膜式的LNG收纳罐的弱点，已知有在半载状态下产生于罐内的液体中的晃动现象。晃动现象是收纳于罐内的液体货物等被罐的运动所激励，而激烈地晃动的现象。因晃动现象而产生有如下问题:在罐的内壁作用有过大的液体冲击压力、对罐支承构造施加有变化负载、对船体运动造成影响、液体货物飞散等。另一方面，作为取代固定式平台的天然气生产设备，近年来关`注于LNG — FPSO系统(Floating Production, Storage andOffloading system:浮体式海洋石油、气体生产储存装运设备)等FLNG (Floating LNG)设施。FPSO用于从海上接收来自坑井的天然气，并在进行了分离、预处理之后将其液化，进而作为LNG储存、运送。由于FPSO的浮体被定位于海上，因此无法如通常的船舶那样在暴风雨天时采取躲避行动，而且，在LNG的生产过程、向输送船输送LNG的输送过程等中必然会产生LNG收纳罐的半载状态。因此，在具备了薄膜式的LNG收纳罐的FPSO方式的浮体中，尤其存在产生晃动现象的隐患。
[0005]在日本特开2009-18608号公报(专利文献I)中，记载有具备了球形独立式罐和薄膜式罐这两者的LNG船。在日本特表2011-505298号公报(专利文献2)中，记载有关于具备薄膜式的LNG收纳罐的大型LNG船的，利用分隔壁(舱壁)分割LNG收纳罐的晃动防止技术。专利文献I所记载的LNG船如下所述:通过将球形独立式罐内的液化天然气酌情输送至薄膜式罐而始终将薄膜式罐内维持在满载状态，由此，防止在薄膜式罐中产生晃动。专利文献2所记载的LNG收纳罐如下所述:利用分隔壁完全分割罐内区域，因罐内区域的容积伴随着分割而降低，从而防止产生晃动现象。[0006]另外，这样的晃动现象也产生于压载罐内的压载水中。作为防止产生压载水的晃动现象的技术，在日本实公昭53-44237号公报(专利文献3)中记载有如下晃动防止装置:其构成为通过利用漂浮式分隔壁分割压载罐内的压载水自由液面，从而缩小位于分隔壁的各侧的自由液面的面积。另外，在日本实开昭53-1792号公报(专利文献4)中记载有如下晃动防止装置:其构成为通过使许多平板状漂浮体漂浮于压载水自由液面，从而大幅度地缩减自由液面的面积。
[0007]专利文献1:日本特开2009-18608号公报
[0008]专利文献2:日本特表2011-505298号公报
[0009]专利文献3:日本实公昭53-44237号公报
[0010]专利文献4:日本实开昭53-1792号公报
[0011]专利文献I所记载的LNG船的结构如下:当薄膜式罐内的液量减少时，酌情将球形独立式罐内的液体向薄膜式罐内补充，由此，始终维持薄膜式罐的满载状态。因此，在专利文献I的LNG船中，必须始终同时共用不同方式的罐，而且，由于在船体设有在球形独立式罐与薄膜式罐之间输送液化天然气的流体输送设备等，因此导致LNG船的构造整体复杂化。
[0012]专利文献2所记载的晃动防止装置具有利用分隔壁完全分割薄膜式罐内的区域的结构，由于薄膜式罐的内表面由厚度Imm以下的较薄的合金形成，因此当考虑到达到高度25m?40m左右的自支撑或直立分隔壁的构造的稳定性、强度及耐力，分隔壁与罐内表面之间的接合构造，进一步考虑用于支承分隔壁的牢固的支承构造等时，利用这样的分隔壁分别薄膜式罐的做法会导致建造成本上的不利，船体构造的复杂化，船体的设计、建造上的困难性等。
[0013]专利文献3所记载的漂浮式分隔壁具有如下结构:将用于引导并且保持分隔壁的引导保持用的钢材构件固定于压载罐的壁面，并且利用分隔壁分割压载水的自由液面，由此，缩小位于分隔壁的各侧的自由液面的面积。该结构与防止压载罐的晃动相关。但是，由厚度Imm以下的较薄的合金形成的薄膜式罐的内表面并不保有足以支承这样的分隔壁的强度，从而极难将这样的钢材构件安装于罐内表面。另外，分隔壁的两端以能够上下运动的方式支承于罐内壁，且该分隔壁沿着压载罐的全长或整个宽度延伸，因此，在大容量的大型罐内增大了分隔壁的水平支点间的距离(全长)，因此难以确保分隔壁的强度、耐力。另外，在产生晃动时，在分隔壁的长度方向上也略微产生有自由液面的液面高度差，因此必须将分隔壁的高度设为这样的液面高度差以上的尺寸。另外，由于这样的液面高度差使分隔壁整体地倾斜，因此导致引导、保持用钢材构件以倾斜姿势约束或卡定分隔壁，其结果，易于产生阻碍分隔壁自由上下运动的状态。
[0014]由于专利文献4所记载的晃动防止部件具有利用许多板状漂浮体整体地抑制压载水自由液面的运动的结构，因此需要在罐内设置以能够使许多漂浮体上下运动的方式对其进行支承的许多引导构件。虽然该结构对于防止压载罐内的液体的晃动而言或许适用，但是，由于在输送液化天然气的薄膜式罐中，罐内表面由如上所述的厚度Imm以下的较薄的合金形成，因此难以在罐内设置这么多的引导构件及其支承构造。另外，专利文献4所记载的晃动防止部件只是缩小了自由水面的面积，并不能直接限制或控制水面下的水的运动或振动。
【发明内容】
[0015]本发明就是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种有效地防止产生储存于薄膜式液体收纳罐内的液体的晃动现象的，具有简易或简单的构造的晃动防止装置。
[0016]本发明的又一目的在于提供一种能够利用简易或简单的结构有效地防止产生储存于薄膜式液体收纳罐内的液体的晃动现象的晃动防止方法。
[0017]本发明为了达成上述目的，提供一种晃动防止装置，其设于液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐内，用于防止该罐内产生晃动现象，其特征在于，
[0018]该晃动防止装置具有:
[0019]多个浮体，其串联地配置于上述运输船或海洋设备的船体的纵向或横向上；以及
[0020]多个铅垂支柱，其用于抵抗作用于上述浮体上的水平外力从而支承该浮体，并且在上下方向上引导上述浮体，
[0021]上述浮体具有在保有预先设定的吃水量(指的是从液面起测量的吃水尺寸或没水量，以下，在本说明书和权利要求书的范围内称作“吃水量”)的状态下悬浮于上述罐内的自由液面的重量，该浮体通过悬浮于上述罐内的自由液面而分割该液面和液面下的液体，并且使上述浮体的两侧的液体在该浮体的下侧区域连续。
[0022]本发明还提供一种晃动防止方法，其用于防止液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐内产生晃动现象，其特征在于，
[0023]在上述运输船或海洋设备的船体的纵向或横向上串联地配置有多个浮体，该多个浮体被支承以抵抗水平外力并且与液位变化相对应地上下运动，
[0024]通过使确保了预先设定的吃水量的上述浮体悬浮于上述罐内的自由液面而分割该液面和液面下的液体，并且使该浮体的两侧的液体在上述浮体的下侧区域连续，由此，使产生于上述罐内的液体振动的固有频率向高频区域一侧偏移,从而防止产生晃动现象。
[0025]采用本发明的上述结构，对于储存于罐内的液体，仅液面和液面附近的液体被浮体分割，而罐内的液体在浮体的下侧区域整体地连续。各浮体与液面的上下运动相对应地独立地上下运动。罐内的液体振动因浮体的上下运动而衰减，并且液体振动的固有频率因自由液面被分割而向高频区域一侧偏移。采用本发明，利用这样的固有频率的偏移，能够防止海洋波浪和船体运动与罐内的液体振动间的同步，从而能够预先防止或抑制晃动的产生。另外，虽然浮体将罐内区域分割为U字管形态，但是根据本发明人的研究，不会产生有害的U字管振动。另外，在防止船体的横摆(横摇)所产生的晃动的情况下，浮体列排列于船体纵向(船体前后方向、船体长度方向或横摇轴线方向)上，在防止船体的纵摆(纵摇)所产生的晃动的情况下，浮体列排列于船体横向(左右舷方向、船体宽度方向或纵摇轴线方向)上。
[0026]通过本发明人的研究，发现通过这样分割自由液面和液面下的液体所获得的晃动防止效果实质上与利用分隔壁(舱壁)完全分割罐内的液体整体的情况下所获得的晃动防止效果相同或相当。即，采用本发明，无需利用分隔壁整体地分割罐内的液体，只需使浮体列悬浮于罐内即可，因而，无需考虑自支撑或直立分隔壁的构造的稳定性、强度及耐力，分隔壁与罐内表面间的接合构造，进而用于支承分隔壁的牢固的支承构造等问题即可将晃动防止机构配置于罐内。另外，本发明无需同时使用意欲防止晃动产生的不同方式的罐，无需在罐之间输送液化天然气等。另外，在本发明中，浮体无需大范围地抑制自由液面的运动，只需利用浮体列分割自由液面及其附近的液体即可。因此，采用本发明，能够利用具有简易或简单的构造的晃动防止机构有效地防止在薄膜式液体收纳罐内产生晃动。
[0027]另外，采用本发明，由于只需利用多个浮体分割液面即可，因此大幅度地缩短了浮体的水平支点间的距离。因此，能够较容易地确保浮体的强度。此外，由于在浮体列的方向上沿着浮体列所产生的自由液面的液面高度差能够被浮体之间的高度差大致吸收，因此能够缩小浮体的高度尺寸。
[0028]采用本发明的晃动防止装置，能够利用简易或简单的构造有效地防止产生储存于薄膜式液体收纳罐内的液体的晃动现象。
[0029]采用本发明的晃动防止方法，能够利用简易或简单的结构有效地防止产生储存于薄膜式液体收纳罐内的液体的晃动现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是概略地表示具有本发明的实施方式的晃动防止装置的LNG船的整体结构的纵首1J视图。
[0031]图2的(A)是图1的I 一 I线处的LNG收纳罐的剖视图，图2的(B)是表示应用于LNG收纳罐中的装货限制的概要的剖视图。
[0032]图3是示意性地表示具有晃动防止装置并且具有四边形截面的LNG收纳罐的结构的俯视图和局部放大俯视图。
[0033]图4的(A)是图3的II — II线处的剖视图，图4的(B)是图3的III — III线处的剖视图。
[0034]图5是用于示例浮体的结构和截面形状的概略剖视图。
[0035]图6是产生左右舷方向(船体横向)上的晃动的波的激励频率与产生于LNG收纳罐内的横摇角每I度的最大波振幅之间的关系的线图，在图6中示出了在将LNG收纳罐内的液位比假定为63%的条件下求得的数值分析结果。
[0036]图7是表示产生左右舷方向上的晃动的波的激励频率与产生于LNG收纳罐内的横摇角每I度的最大波振幅之间的关系的线图，在图7中示出了在将LNG收纳罐内的液化天然气的液位比假定为30%的条件下求得的数值分析结果。
[0037]图8是表示LNG收纳罐内的液体运动的一阶固有频率与罐内液位之间的关系的线图。
[0038]图9是用于示例由浮体所进行的液面分割的方式的剖视图。
[0039]图10是表示与自由液面数的区别相关联的固有频率的偏移的线图。
[0040]图11是用于说明图9的(A)所示的浮体的晃动防止效果的线图。
[0041]图12是表示横摆中心的高度与最大波振幅之间的关系的线图。
【具体实施方式】
[0042]优选的是，浮体以彼此隔开间隔的方式配置，在相邻的浮体彼此之间形成有可供液体流动的间隙。另外，在浮体与罐的内壁面之间也形成有可供液体流动的间隙。由于在上述间隙中流动的液体的运动起到使罐内的液体振动衰减的作用，因此能够进一步获得液体振动的衰减效果，因而，能够进一步有效地防止晃动的产生。
[0043]浮体优选至少具有罐整个高度ΗΧ0.05以上的吃水量，优选的是，将浮体的吃水量设定为罐整个高度ΗΧ0.1以上的尺寸，或在罐整个高度ΗΧ0.5的液位处将从浮体的下部至罐底面的距离设定为液位hX 0.80以下的尺寸。例如，在HX 0.3?HX 0.7的范围(或，ΗΧ0.4?0.6的范围)的液位处将从浮体的下部至罐底面的距离设定为液位hX 0.80以下的尺寸，将浮体的吃水量设定为液位hX0.20以上的尺寸。
[0044]采用本发明优选的实施方式，铅垂支柱贯穿浮体。在罐的顶面固定有用于支承支柱的上端部的上基部，在罐的底面固定有用于支承支柱的下端部的下基部。基部用于限制浮体的上下运动范围并阻止浮体与罐的顶面或底面相碰撞。另外，基部将支柱的铅垂支点间的距离缩短为比罐内区域的高度小的距离，从而提高了支柱的强度及刚性。优选的是，将用于阻止浮体上升的上侧基部的下表面与罐顶面之间的尺寸设定为罐整个高度ΗΧ0.3以下的范围内的值。更加优选的是，将用于阻止浮体下降的下侧基部的上表面与罐底面之间的尺寸设定为罐整个高度ΗΧ0.1以下的范围内的值。
[0045]优选的是，液体的自由液面被排列于船头尾方向(船体纵向)上的浮体沿着船体宽度方向(船体横向)均匀地分割。各浮体被在船头尾方向上隔开间隔的多个铅垂支柱以能够上下运动的方式支承。例如，浮体排列配置于沿着船头尾方向延伸的罐的中心轴线上，或实质上并排地配置为平行的多列。
[0046]在本发明的优选的实施方式中，浮体由空心多面体构成，该空心多面体由平面和铅垂面构成。用于确保浮力的内部空心区域形成于浮体内部。浮体优选具有:隔板部分，其沿着铅垂方向延伸；以及侧方突出部分，其从隔板部分向侧方延伸。隔板部分用于分割自由液面或自由液面附近的液体。侧方突出部分以使液体振动衰减并且抑制浮体自身的上下运动的方式发挥功能。
[0047]如所期望的那样，浮体具有用于调节该浮体的吃水量的浮力调整部件。优选的是，浮力调整部件具有使罐内区域的液体流入浮体的内部空心区域内的浮力降低部件，或用于调节上述浮体的重量的浮体重量调节部件。也可以将与罐内液位相关联且能够可变地控制吃水量的浮力控制部件设于浮体。
[0048]在本发明的一优选的实施方式中，被铅垂剖切面剖切后的罐的截面为四边形。由于从防止晃动的观点出发，四边形截面的罐与八边形截面的罐相比是不利的，因此以往通常采用容积效率较差的八边形截面的罐。但是，通过在四边形截面的罐中采用上述结构的晃动防止机构，能够提高晃动防止功能并且提高容积效率。
[0049]以下，参照附图详细地说明本发明的优选实施方式。
[0050]图1是概略地表示LNG船(液化天然气运输船)的整体结构的纵剖视图。
[0051]在图1中示出了具备本发明的实施方式的晃动防止装置20的LNG船。LNG船I具有船头部2、罐划分区域3、发动机室4以及船尾部5。在发动机室4的上方配置有居住区6和操舵室7。罐划分区域3被沿着左右舷方向(船体宽度方向)延伸的分隔壁8划分，在各划分区域内配置有具备晃动防止装置20的薄膜式的LNG收纳罐10。另外，也可以将图1所示的LNG船I理解为海上的LNG - FPS0。在该情况下，LNG船I保持为固定于海面WL上的位置的状态。
[0052]图2的(A)是图1的I 一 I线处的LNG收纳罐10的剖视图。在图2的(A)中，以虚拟线(单点划线)示出了船体。
[0053]LNG收纳罐10 (以下，称作“罐10”)具有以厚度Imm以下的金属薄膜(薄膜)12完全覆盖安装于船体内部的隔热材料11的表面(罐内表面)而成的构造。被左右舷方向上的铅垂剖切面(1-1线)剖切后的罐10的截面为八边形。作为隔热材料11，通常使用有发泡珍珠岩胶合板箱，或聚氨酯、绝热材料等。作为金属薄膜12，通常使用有厚度0.7_左右的因瓦合金材料(36%镍钢)、或SUS3041薄膜等。罐10构成具有30m?40m的宽度的大型的薄膜型LNG收纳罐。
[0054]图2的(B)是表示应用于这样的薄膜型LNG收纳罐中的装货限制的剖视图。
[0055]在罐10内形成有能够收纳液化天然气(LNG)的LNG收纳区域15，从空间上讲，可在LNG收纳区域15的罐整个高度H的范围内任意地设定液化天然气的自由液面LL。但是，若在LNG收纳区域15内的液体(液化天然气)中产生有晃动现象，则会因激烈地与金属薄膜12相碰撞的液体而对金属薄膜12作用有极高的液压，其结果，存在有罐10的构造体因过大的液压作用而被破坏的隐患。例如，在过去就产生过由多个木制保冷箱构成的隔热材料11因晃动产生时的液压而被压扁，从而导致金属薄膜12断裂的事例。在因金属薄膜12的断裂或损伤而导致极低温的液化天然气向船外漏出的情况下，液化天然气瞬间气化而成为火灾事故等的原因，因此必须将这样的情况防患于未然。
[0056]根据这样的情况，在船级社协会规则等中限定了薄膜型LNG收纳罐的装货限制，液面LL被限定为在高度hi的范围kl内或在高度h3的范围k3内，液面LL位于高度h2的范围内(范围k2)的半载状态是不被允许的。对于船级社协会规则等的限定，也存在有通过在将来修正规则等而被变更的可能性，但是根据在现行的船级社协会规则等中限定了的装货条件，高度hi为罐整个高度ΗΧΟ.1，高度hi +h2为罐整个高度ΗΧΟ.7。S卩，薄膜型LNG收纳罐的能够装货的高度范围被限制在罐整个高度HX 0.7以上的范围k3，或罐整个高度HX0.1以下的范围kl。但是，在海上的LNG — FPSO中，在生产过程或输送过程中肯定会产生液面LL位于高度h2的范围内(即，罐整个高度HX0.1?HX0.7的范围k2)的半载状态。另外，在大型LNG船中，期望满足两港装载等要求，即在多个港口装载液化天然气，并对大量的液化天然气进行长距离海上输送的输送方式，在这样的输送方式中，会过渡性地产生有液面LL位于高度h2的范围k2内的半载状态。但是，因这样的半载状态会导致产生晃动的隐患，从而难以容许在LNG - FPSO的生产过程或输送过程中产生有LNG半载状态，另外，会产生LNG半载状态的两港装载等LNG船的输送方式并不被上述装货限制所许可。
[0057]本例的LNG船I具备用于防止这样的半载时产生晃动的现象的晃动防止装置20。晃动是一种振动现象，是因罐10晃动的海洋波浪的振动频率(激励频率)与罐10内的液体运动(液化天然气的振动)的固有频率相一致，它们的振动相互同步而产生的。另外，当船体自身的横摆运动固有频率与罐10内的液体运动的固有频率相一致时也会产生有同样的同步现象，因此也要注意这样的同步。罐10的晃动防止装置20以阻止这样的振动的同步的方式发挥功能。
[0058]如图2的(A)所示，晃动防止装置20包括:上下一对基部21、22 ;铅垂支柱23，其在基部21和基部22之间沿着铅垂方向延伸；以及浮体24，其被铅垂支柱23以能够使其上下运动的方式支承。位于下侧的基部21竖立设置于罐底面13上，位于上侧的基部22从罐顶面14下垂。铅垂支柱23构成在上下方向上引导浮体24的引导部件。上基部21、下基部22构成限制浮体24的上下运动范围的止动件或上下运动限制部件。基部21、22作为防止浮体24与罐底面13或罐顶面14相碰撞、并且将铅垂支柱23的上端部牢固地固定于罐顶面14、将下端部牢固地固定于罐底面13的高刚性的支柱支承体发挥功能。铅垂支柱23的支点间的距离j2是根据基部21、22的高度尺寸jl、j3的设定来确定的，支点间的距离j2直接关系到铅垂支柱23的刚性和强度。在产生晃动时，较大的液压作为水平外力作用于各浮体24，因而，较大的水平负载作用于铅垂支柱23，但是通过增大基部21的高度尺寸jl和基部22的高度尺寸j3，能够缩短支点间的距离j2，从而能够提高铅垂支柱23的刚性和强度。
[0059]高度尺寸jl实质上与从最低位置的浮体24的下部或下表面至罐底面13的距离相同，高度尺寸j3实质上与从最高位置的浮体24的上部或上表面至罐顶面14的距离相同。高度尺寸jl?j3与高度hi?h3、范围kl?k3相对应。例如，高度尺寸jl?j3被设定为实质上与高度hi?h3相同的值。如所期望的那样，设定为jl ( h1、j3 ( h3，从而确保了浮体24的充分的上下运动范围。
[0060]图3是示意性地表示罐10的结构的俯视图和局部放大俯视图，图4是图3的II 一II线和II1-1II线处的剖视图。但是，罐10具有四边形(矩形)截面(II 一 II线截面)。
[0061]通常，如图2所示，LNG收纳罐被设计为底部区域和顶部区域的宽度逐渐缩小的八边形截面。该形状是以防止晃动为主所考虑的截面形状。另一方面，在图3和图4所示的罐10中，被左右舷方向上的铅垂剖切面(II 一 II线)剖切后的LNG收纳罐的截面为四边形。即，只要考虑到晃动防止装置20的晃动防止效果，作为LNG收纳罐的截面不一定采用八边形截面的设计，也可以采用四边形截面。在设计具有同等的高度和宽度的罐的情况下，四边形截面的罐与八边形截面的罐相比在提高容积效率上是有利的。
[0062]如图3和图4所示，在各罐10中，多个(在本例中为3个)浮体24以相互隔开间隔的方式串联地配置于船头尾方向(船体纵向)上。液面LL被浮体24沿着左右舷方向分割。在相邻的浮体24之间形成有可供液化天然气流动的间隙或空间25。另外，在浮体24与罐内壁面16之间还形成有可供液化天然气流动的间隙或空间26。例如，间隙25、26的宽度G与浮体24的全长E之比被设定在G / E = I / 100?I / 10的范围内。
[0063]铅垂支柱23排列配置于沿着船体前后方向或船体长度方向(船体纵向)延伸的罐10的中心轴线X — X上，各浮体24被贯穿浮体24的多个铅垂支柱23 (在本例中为一对铅垂支柱23)以能够使其上下运动的方式支承。各浮体24由气密、液密结构的金属制空心体构成，并利用作用于浮体24自身的浮力始终悬浮于液面LL。浮体24的吃水量D是根据浮体24的自重和浮力来确定的。在难以恰当地确保浮体24的吃水量D的情况下，例如，也可以采用如下结构:作为用于调节浮力的液体导入部件，在浮体底部形成孔或开口，从而能够使液体(液化天然气)浸入到浮体24内，或者也可以将比重较高的液体或固体等追加收纳于浮体24内。
[0064]图5是概略地表示浮体24的结构的剖视图和立体图。在图5的(A)和图5的(B)中示出了图2?图4所示的倒T字形截面的浮体24,在图5的(C)中示出了不具备侧方突出部的I形截面的浮体24。另外，在图5的(D)中示出了十字形截面的浮体24，在图5的
(E)中示出了倒T字形截面的变形例的浮体24。另外，在图5的(F)中示出了在倒T字形浮体的下表面两侧边缘配置了左右一对下垂突出部29的倒Y字形截面的浮体24。[0065]图5的(A)和图5的(B)所示的浮体24具有下部向侧方突出的倒T字形的截面。浮体24具备多个套管28。套管28具有多边形截面并在上下方向上贯穿浮体24。铅垂支柱23插入各套管28内。铅垂支柱23,例如由外形尺寸80cmX 40cm、板厚5cm的不锈钢的多边形金属管构成。对于这样的金属管而言，在简易的构造设计中确认了在确保铅垂支柱23的功能的基础上发挥有充分的构造强度。但是，在考虑到浮体24的液体振动衰减效果的情况下，进行了更加详细的液体运动模拟，从而考虑能够缩小铅垂支柱23的截面尺寸。套管28具有与铅垂支柱23的外形相似的矩形截面，在铅垂支柱23的外表面与套管28的内表面之间确保有规定的空隙。多个铅垂支柱23在维持了浮体24的姿势不变的状态下引导浮体24的上下运动。作为图5的(A)和图5的(B)所示的浮体24的变形例，列举有图5的
(F)所示的倒Y字形截面的浮体24。突起29发挥有扰乱浮体24的下表面附近的流体的流动的作用。
[0066]图5的(C)所示的浮体24由具有内部空心区域27的截面呈矩形的箱形形状或框体形状的空心面板构件构成，且不具备侧方突出部分。这样的截面形状的浮体24分割液面LL和液面附近的液体，有效地防止晃动的产生。
[0067]如图5的(A)、图5的(D)和图5的(E)所示，通过采用作为消波形状而被熟知的截面形状，即难以受到上下晃动波强制力的作用的截面形状，能够抑制晃动产生时的浮体24的上下运动，能够进一步提高浮体24的晃动防止效果。
[0068]作为消波形状，除了图5的(A)、图5的(D)以及图5的(E)所示的形状以外，还设想有使浮体底部的截面形状呈圆形地弯曲而成的形状、使浮体底部形成为三角形状而成的形状等，但是如图5的(A)、图5的(D)以及图5的(E)所示，具有侧方突出部分的浮体24发挥有使液体运动衰减的衰减效果，因此在防止晃动上是有利的。
[0069]需要晃动防止效果的液体振动的频率因罐10的形状、尺寸，罐10的支承构造等构造特性，船体或浮体式海洋设备的运动特性，或航行海域的波浪特性等的不同而不同。因此，无法一概而论地确定浮体24的各部尺寸。顺便说一下，在防止关于冬季的北大西洋的，具有宽度W = 40m,罐整个高度H = 40m的罐10的FPSO的，由横摆所导致的晃动现象的情况下，在罐10内的液体振动为频率0.15Hz以上的条件下，在大致所有的液位h处，浮体自身的上下运动较少，而且，当谋求发挥晃动防止效果的浮体尺寸时，在图5的(A)和图5的(D)所示的截面形状的浮体24中，例如T = 8m、Tl = 4.8m、B = 3.3m、BI = 7m,在图5的(E)所示的截面形状的浮体24中，例如T = 8m、Tl = 4.8m、T2 = 1.6m、B = 3.3m、BI = 7.6m、B2 = 2m。但是，上述各部尺寸的组合只是示例，当然，也可以设想发挥同等的晃动防止性能的其他参数组合。另外，关于浮体24的截面形状，也可以采用下边开口的长方形截面(倒凹形截面、大致Π字形截面)、倒Y字形截面、X字形截面等各种形状。
[0070]浮体24并没有整体地分割罐10内的液体，而是仅分割液面LL及其附近的液体，因此浮体24的两侧的液体在浮体24的下侧区域连续。浮体24与液面LL的运动相对应地上下运动，从而抑制罐10内的液体振动。通过利用浮体24分割液面LL，液体运动的固有频率向高频率侧偏移。利用浮体24进行的分割获得有与利用分隔壁(舱壁)完全分割罐内区域相同的效果。由于浮体24将罐内区域分割为U字管形态，因此虽然存在有产生左右的液柱交替地上升的U字管振动的隐患，但是如后所述，U字管振动较小，并不会产生有害的U字管振动。[0071]图6和图7是表示将横摆(船体横摇)1度赋予船体的波的激励频率与产生于罐10内的横摇角每I度的最大波振幅μ之间的关系的线图。最大波振幅μ是振动时的液面边缘部相对于静止水平液面的上升量(最大值)。激励频率与最大波振幅μ之间的关系是与宽度W = 40m、罐整个高度H = 40m的LNG收纳罐相关的数值分析结果。图6是表示将LNG收纳罐内的液化天然气的液位比h / H设定为63% (因而，h =大致25m)的情况下所获得的数值分析结果的线图，图7是表示将LNG收纳罐的液化天然气的液位比h / H设为30%(因而，h = 12m)的情况下所获得的数值分析结果的线图。横摆中心C的位置被设定为罐横截面的中心(Xe = 20m, Zc = 20m)。
[0072]在图6和图7中，将冬季北大西洋所产生的概率较高的海洋波浪的频率表示为激励频率的频率区域α。在冬季的北大西洋所产生的海洋波浪具有大致频率区域α的频率(大致0.1lHz?大致0.14Hz的频率)。另外，在图6和图7中示出了 LNG船I的船体的横摇固有频率。在本例中,船体的横摇固有频率显现于远低于频率区域α的频率区域内。
[0073]图6和图7所示的数值分析结果与具有宽度W = 40m、罐整个高度H = 40m的截面的以下3种LNG收纳罐相关。
[0074](I)不具备晃动防止装置、分隔壁，且在罐内区域完全不具备内部结构构件的LNG收纳罐(比较例I)
[0075](2)在晃动防止装置20的位置(宽度方向中央)具备左右地分割罐内区域的分隔壁的LNG收纳罐(比较例2)
[0076](3)具备晃动防止装置20的本发明的罐10 (本实施例)
[0077]在完全不具备内部结构构件的LNG收纳罐(比较例I)中，在0.13Hz?0.14Hz (图6)，或大致0.12Hz (图7)的激励频率下，最大波振幅μ急剧增大，该频率显现于频率区域α的范围内。因而，比较例I的LNG收纳罐在频率区域α内具有与海洋波浪同步的同步点，因此考虑存在有因海洋波浪与罐内的液体同步而产生晃动的隐患。
[0078]在利用分隔壁分割罐内区域的比较例2的LNG收纳罐中，在0.20Hz?0.21Hz(图6)，或大致0.20Hz (图7)的激励频率下，最大波振幅μ急剧地增大。该频率属于远高于频率区域α的频率区域。即，通过利用分隔壁分割罐内区域，同步点大幅度地向高频率侧偏移，因此能够防止海洋波浪与罐内的液体间的同步，能够将产生晃动的现象防患于未然。但是，考虑到自支撑或直立分隔壁的构造的稳定性、强度以及耐力，分隔壁与罐内表面间的接合构造，进一步考虑到支承分隔壁的牢固的支承构造等，利用分隔壁分割薄膜式罐的做法会因建造成本上的不利，船体构造的复杂化，船体的设计、建造的困难性等情况而导致经济或实际业务上的困难。
[0079]另一方面，在具备晃动防止装置20的本实施例的罐10中，与比较例2相同，在
0.20Hz?0.21Hz (图6)，或大致0.20Hz (图7)的激励频率下，最大波振幅μ急剧地增大，该频率属于远高于频率区域α的频率区域。即，通过利用晃动防止装置20的浮体24仅分割罐内的液面LL及其附近的液体，能够与具备分隔壁的比较例2的LNG收纳罐相同地使同步点大幅度地向高频率侧偏移，因而，能够防止海洋波浪与罐内的液体间的同步，从而能够将产生晃动的现象防患于未然。
[0080]在图6 (下侧的线图)中示出了浮体24相对于液面LL的上下运动与激励频率之间的关系。在0.20Hz?0.21Hz的频率区域内所产生的浮体24的上下运动只是幅度较小的运动。另外，在图6中也示出了在0.14Hz?0.15Hz的频率区域内浮体24进行上下运动的情况。该运动只是因浮体24自身的固有频率位于该频率区域内而引发的，另外，该上下运动是幅度较小的运动。
[0081]图8是表示谋求LNG收纳罐内的液体运动的一阶固有频率fl与罐内液位h之间的关系的数值计算的计算结果的线图。在图8中示出了关于完全不具备内部结构构件的罐整个高度H = 40m的LNG收纳罐的，使罐的宽度W变化为40m、20m、15m的情况下所获得的一阶固有频率fl与罐内液位h之间的关系。另外，在图8中，将冬季北大西洋所产生的概率较高的海洋波浪的频率表示为上述频率区域α。在图8中，在液位h和罐宽度W与频率区域α的区域相符的情况下，考虑为极易产生晃动现象的条件成立。另外，一阶固有频率fl是由图8所示的晃动固有频率估计式所求得的。
[0082]如图8所示，当超过液位h =大致8m时,宽度W = 40m的LNG收纳罐的一阶固有频率Π显现于频率区域α内。S卩，为了可靠地防止宽度W = 40m的LNG收纳罐的晃动现象，考虑有必要将液位h限制在8m以下。与此相对地，在液位h =大致2m?3m时，宽度W=20m的LNG收纳罐的一阶固有频率fl显现于频率区域α内，但是在液位h =大致4m以上的状态下，宽度W = 20m的LNG收纳罐的一阶固有频率fl显现于比频率区域α高的频率区域内。另外，在液位h =大致2m时，宽度W=15m的LNG收纳罐的一阶固有频率f I显现于频率区域α内，但是在液位h =大致3m以上的状态下，宽度W=15m的LNG收纳罐的一阶固有频率fl显现于比频率区域α高的频率区域内。S卩，宽度W = 20m或15m(S卩，宽度20m以下)的LNG收纳罐内的液体难以与海洋波浪同步，因而，难以产生晃动现象。其意味着通过将宽度W = 40m的LNG收纳罐分割为宽度W = 20m以下的小区域，能够防止海洋波浪与罐内的液体之间的同步，从而能够避免产生晃动。另外，在宽度W = 20m的LNG收纳罐中，在液位h =大致2m?3m时，与频率区域α相符，在宽度W= 15m的LNG收纳罐中，在液位h=大致2m时，与频率区域α相符，但是这样的液位只是以往容许装货的液位，即，在罐内不产生使LNG收纳罐产生损伤的过大的液压的，罐整个高度ΗΧ0.1以下的装货状态(图2的(B)所示的范围kl)。
[0083]S卩，如能够从图8中所理解的那样，通过利用分隔壁将LNG收纳区域15完全分割为宽度20m以下的区域，能够有效地防止晃动。如图6和图7所示，利用浮体24分割液面LL及其附近的液体的做法发挥了与利用分隔壁完全分割LNG收纳区域15同等的晃动防止作用。因而，采用利用浮体24将液面LL及其附近的液体分割为宽度20m以下的区域的本实施方式的罐10，能够与利用分隔壁分割LNG收纳区域15的情况相同地有效地防止晃动。另外，形成于相邻的浮体24之间的间隙25、26 (图3和图4)发挥了扰乱在间隙25、26中流通的液体的流动从而使液体振动衰减的作用，因此采用本实施方式的晃动防止装置20，通过形成这样的间隙25、26，能够进一步有效地防止晃动产生。而且，利用浮体24分割液面LL及其附近的液体的本实施方式的结构并不具有因设置分隔壁所导致的构造上的不利等。
[0084]图9是用于示例利用浮体24分割液面LL的方式的罐10的剖视图，图10是表示与自由液面数N的区别相关联的固有频率的偏移的线图。另外，图9所示的液面上升量η是振动时的液面边缘部相对于静止水平液面的上升量，图10所示的最大波振幅nmax是在将船体的横摇角设定为I度的条件下所获得的液面上升量H的最大值。
[0085]在图9中示出了宽度W = 58m，整个高度H = 40m的罐10。在图9的(A)中示出了利用一列浮体24均匀地分割液面LL的状态(N = 2)，在图9的(B)中示出了利用两列浮体24均匀地分割液面LL的状态(N = 3)，在图9的(C)中示出了利用三列浮体24均匀地分割液面LL的状态(N = 4)。浮体24排列配置于罐10的中心轴线方向上。各浮体24由具有内部空心区域的截面呈矩形的箱形形状或框体形状的空心面板构成，且具有吃水量D=14.2m、宽度B = 2m的各部尺寸。另外，将液位设定为高度h = 25.2m，将横摆中心C的位置设定于罐横截面的宽度方向中心(Xe = 20m)且高度Zc = IOm的位置。
[0086]如图10所示，伴随着自由液面数N的增大，同步点向高频区域一侧偏移。因而，通过与船体构造、罐形状、液位等条件相对应地恰当地设定浮体24的配置和列数等，能够使同步点如所期望的那样向高频区域一侧偏移。
[0087]图11是用于说明在宽度W = 58m、整个高度H = 40m的罐中设置了吃水量D = 5m、宽度B = 2m的截面呈矩形的箱形形状浮体的情况下所获得的晃动防止效果的线图。在图11的(A)中示出了在不具备浮体24的罐10的罐端部(液面边缘部)所产生的时时刻刻的液面上下位置的变化，在图11的(B)中示出了在具备浮体24的罐10的罐端部所产生的时时刻刻的液面上下位置的变化。各图所示的液面上下位置是在有效波高5.95m、波的平均周期10.1秒的不规则的波作用于船体的状态下所产生的液面上下位置的数值分析结果。
[0088]如图11的(A)所示，在不具备浮体24的罐10中，因晃动而产生有液面上下位置n = 15m以上的液体振动，从而产生有罐10内的液体与罐顶面14相碰撞的现象。与此相对地，在具备浮体24的罐10中，浮体24有效地防止了晃动，因此如图11的(B)所示，不会产生这样的幅度过大的液体振动。
[0089]图12是表示横摆中心C的高度Zc的变化与上述最大波振幅nmax之间的关系的线图。
[0090]在将横摆中心C的高度Zc设定为在宽度方向中心位置(Xe = W / 2)处以Zc =20m、10m、5m的方式改变的情况下，随着将横摆中心C设定为向下方改变,0.20Hz附近的最大波振幅nmax大幅度地增大。另一方面,在0.1OHz附近,随着将横摆中心C设定为向下方改变，也产生有最大波振幅nmax增大的现象。该现象的起因考虑为，通过利用浮体24将罐内区域变形为U字管形态而产生有U字管振动。由于这样的U字管振动是通过在较长时间内持续同一或同等条件的振动所产生的现象，因此产生U字管振动的可能性较低。假设即使产生有U字管振动，如图12所示，在0.1OHz附近的频率区域内所产生的振动也较小，因而，考虑有不存在因设置浮体24而产生有害的U字管振动的隐患。
[0091]以上，详细地说明了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式，其能够在专利权利要求书的范围所记载的本发明的范围内进行各种变形或改变。
[0092]例如，在上述实施方式中，将3个浮体24呈直线状地排列配置在罐10内，但是也可以将两个或4个以上的浮体24呈直线状地排列配置在罐10内。
[0093]另外，在上述实施方式中，通过将一列浮体列配置于罐10的中心轴线X — X上而左右均匀地分割液面LL，但是也可以将两列以上的浮体列配置在罐10内，或不均匀地分割液面LL。
[0094]另外，在上述实施方式中，采用了利用一对铅垂支柱23支承各浮体24的结构，也可以利用3根以上的铅垂支柱23支承各浮体24。
[0095]另外，浮体24并不一定严格地排列配置于直线上或呈一直线地排列配置，例如，也可以采用呈略微错开的状态的浮体排列(交错排列等)。
[0096]工业h的可利用件
[0097]本发明优选应用于液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐中。本发明的晃动防止技术优选应用于往常所理解的在半载状态下难以储存液体货物或进行输送的大型的LNG船或FLNG设施中。本发明能够使这样的大型LNG船或FLNG设施在半载状态下储存液体货物或进行输送，因此其实用效果较为显著。另外，本发明的晃动防止装置能够应用于装载任意液体货物的船舶的罐内。
[0098]附图标记说明
[0099]1、LNG船(液化天然气运输船)；10、LNG收纳罐；20、晃动防止装置；21、22、基部；23、铅垂支柱；24、浮体；D、吃水量；LL、液面(自由液面)。
【权利要求】
1.一种晃动防止装置，其设于液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐内，用于防止该罐内产生晃动现象，其特征在于， 该晃动防止装置具有: 多个浮体，其串联地配置于上述运输船或海洋设备的船体的纵向或横向上；以及 多个铅垂支柱，其用于抵抗作用于上述浮体上的水平外力从而支承该浮体，并且在上下方向上引导上述浮体， 上述浮体具有在吃水状态下悬浮于上述罐内的自由液面的重量，该浮体通过悬浮于上述罐内的自由液面而分割该液面和液面下的液体，并且使上述浮体的两侧的液体在该浮体的下侧区域连续。
2.根据权利要求1所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述浮体以相互隔开间隔的方式配置，在相邻的浮体彼此之间形成有可供液体流动的间隙，并且在上述浮体与上述罐的内壁面之间形成有可供液体流动的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的晃动防止装置，其特征在于， 将上述浮体的吃水量设定为罐整个高度HX0.1以上的尺寸，或在罐整个高度ΗΧ0.5的液位处将从上述浮体的下部至罐底面的距离设定为液位hX0.80以下的尺寸。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述支柱贯穿上述浮体，用于支承该支柱的上端部的上基部被固定于上述罐的顶面，用于支承该支柱的下端部的下基部被固定于上述罐的底面，上述基部用于阻止上述浮体与上述顶面或底面相碰撞，并且将上述支柱的铅垂支点间的距离缩短为比罐内区域的高度小的距离。`
5.根据权利要求1~4中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述自由液面被排列于船体纵向上的上述浮体沿着船体横向均匀地分割，各浮体被在船体纵向上隔开间隔的多个上述铅垂支柱支承并且引导。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述自由液面被实质上并排地配置为平行的多列的上述浮体分割，各浮体被在船体纵向上隔开间隔的多个上述铅垂支柱以能够使其上下运动的方式支承。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述浮体由空心多面体构成，该空心多面体由水平面和铅垂面构成，且该浮体具有用于确保浮力的内部空心区域。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述浮体具有:隔板部分，其以分割上述自由液面或自由液面附近的液体的方式沿着铅垂方向延伸；以及侧方突出部分，其以使液体振动衰减的方式从上述隔板部分向侧方延伸。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述浮体具有用于调节该浮体的吃水量的浮力调整部件。
10.根据权利要求9所述的晃动防止装置，其特征在于， 上述浮力调整部件具有使罐内区域的液体流入上述浮体的内部空心区域内的浮力降低部件，或用于调节上述浮体的重量的浮体重量调节部件。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的晃动防止装置，其特征在于，被铅垂剖切面剖切的上述罐的截面为四边形。
12.—种晃动防止方法，其用于防止液体货物运输船或浮体式海洋设备的薄膜式液体收纳罐内产生晃动现象，其特征在于， 在上述运输船或海洋设备的船体的纵向或横向上串联地配置有多个浮体，该多个浮体被支承以抵抗水平外力并且与液位变化相对应地上下运动， 通过使上述浮体以吃水状态悬浮于上述罐内的自由液面而分割该液面和液面下的液体，并且使该浮体的两侧的液体在上述浮体的下侧区域内连续，由此，使产生于上述罐内的液体振动的固有频率向高频区域一侧偏移，从而防止产生晃动现象。
13.根据权利要求12所述的晃动防止方法，其特征在于， 将支承于上述罐的顶面和底面的多个铅垂支柱排列于罐内，利用该支柱抵抗作用于上述浮体的水平外力从而支承该浮体，并且在上下方向上引导上述浮体。
14.根据权利要求12或13所述的晃动防止方法，其特征在于， 以相互隔开间隔的方式配置上述浮体，在相邻的浮体彼此之间形成可供液体流动的间隙，并且在上述浮体与上述罐的内壁面之间形成可供液体流动的间隙。
15.根据权利要求11~14中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于， 将上述浮体的吃水量设定为罐整个高度HX0.1以上的尺寸，或在罐整个高度ΗΧ0.5的液位处将从上述浮体的下部至罐底面的距离设定为液位hX0.80以下的尺寸。
16.根据权利要求12~15中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于，` 将支柱支承用的基部固定于上述罐的顶面和底面，将上述支柱的上端部和下端部固定于上述基部，从而利用上述基部阻止上述浮体与上述顶面或底面相碰撞，并且利用上述基部将上述支柱的铅垂支点间的距离缩短为比罐内区域的高度小的距离。
17.根据权利要求16所述的晃动防止方法，其特征在于， 将用于阻止上述浮体的上升的上侧基部的下表面与上述罐的顶面之间的尺寸设定在罐整个高度ΗΧ0.3以下的范围内。
18.根据权利要求12~17中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于， 利用排列配置于船头尾方向上的上述浮体沿着船体宽度方向均匀地分割上述自由液面。
19.根据权利要求12~18中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于， 利用实质上并排地配置为平行的多列的上述浮体分割上述自由液面。
20.根据权利要求12~19中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于， 利用沿着铅垂方向延伸的上述浮体的隔板部分分割上述自由液面和自由液面附近的液体，并且利用从上述隔板部分向侧方延伸的侧方突出部分使液体振动衰减。
21.根据权利要求12~20中任一项所述的晃动防止方法，其特征在于， 通过使罐内区域的液体流入上述浮体的内部空心区域内，或调节上述浮体的重量来调整上述浮体的吃水量。
【文档编号】B63B25/16GK103492261SQ201280019801
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月21日 优先权日:2011年4月22日
【发明者】荒井诚 申请人:国立大学法人横浜国立大学