Development of Spring Device for Dynamic Stability of Tainter Gate

Research Project

Project/Area Number	21K03940
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
Research Institution	Osaka Electro-Communication University
Principal Investigator	Anami Keiko 大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (30346077)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords	機械力学 / 流体関連振動 / 自励振動 / 安全対策 / 振動特性
Outline of Research at the Start	世界中のダムで利用されているテンタゲート式水門は、構造的な二つの固有振動により、本質的に動的不安定性を持つ可能性がある。これらのゲートに対し具体的な安全対策法を確立しておくことが、今後起こる可能性のある水門崩壊事故を未然に防ぐために是非必要である。そこで、ゲート巻上装置の途中に取り付けることのできる特殊なばね装置を設計・製作し、ゲートを効果的に安定化しようとしている。モデル実験で有用性を検証し、実用ゲート用の大型特殊ばね装置の設計、解析を進め、実地検証の準備を推進する。ゲートを柔らかく支持することで動的に安定なゲートの実現を目指した研究である。
Outline of Final Research Achievements	This study aimed to ensure the dynamic stability of Tainter gate. The initial condition on the model experiments was that the natural vibration frequency of skinplate streamwise vibration was set lower than that the natural vibration frequency of whole gate rotational vibration around the trunnion pin. In the model test, the whole gate vibration frequency decrease by attaching the proposed spring device, and the frequency ratio approaches 1.0. Then, the model gate is in excessive dynamically unstable region. However, since the initial gate opening increase due to the compression of the spring, it is possible to prevent the occurrence of the dynamic instability.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本質的に動的に不安定な特性を持つテンタゲートに対し、ゲート本体の大幅な補強を伴わずに動的安定性を確保する手法について検討した。巻き上げワイヤーを柔らかくするという逆転の発想により、動的安定を保つ手法について検討した。テンタゲートのような大型水門装置の動力学特性およびその安全対策に関する研究はほとんど行われておらず、研究成果をさらに検証し信頼性を高めることで、大型水門装置の長期的な安全性確保に大きく役立つものと考えられる。