実用テンタゲートの動的安全対策用特殊ばね装置の開発

研究課題

研究課題/領域番号	21K03940
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
研究機関	大阪電気通信大学
研究代表者	阿南景子大阪電気通信大学, 工学部, 教授 (30346077)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス	交付 (2022年度)
配分額 *注記	4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円) 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円) 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード	機械力学 / 流体関連振動 / 自励振動 / 振動特性 / 安全対策
研究開始時の研究の概要	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。
研究実績の概要	国内外の多くのダムの洪水調節のためにテンタゲート式水門がよく用いられている。研究代表者らのこれまでの研究により、テンタゲート式水門が本質的に動的不安定性を具備していることが明らかにされている。ゲートの持つ2つの固有振動の振動数比を調節することでゲートを動的安全に導けるが、特に、ゲートの巻き上げワイヤーの剛性を低下させる方法が有用であることが明らかになっている。しかしながら、剛性を低下させると放水時にゲートを巻き上げるという巻上げワイヤー本来の役割を果たせなくなる。そこで、本課題では、ワイヤーの剛性を低下させる実現性のある方法として、巻上げワイヤー中間に特殊なばね装置を設置する方法により、テンタゲート式水門の長期的な安全性を確保の検討を進めている。ゲート高さ、スパン長さ、スキンプレート円弧半径がいずれも約1mの大型三次元モデルゲートを用いて実験的な検討を行った。さらばねとショックアブソーバーを円筒容器内に設置し、ワイヤーの剛性を低く保ちつつ微小開度を避けてゲート本体を巻き上げる方法である。モデルゲートの巻き上げワイヤーの調整により、ゲートの不安定の状態を変化させて実験を行った。それぞれの場合について、さらばねの必要寸法、枚数を調節し、効果的な特殊ばね付き巻上げ機構を設計した。ゲートの動的不安定の状態を複数設定し、ゲートを安定に保ったまま巻き上げられることを確認した。実機への適用を考えた場合、いかなる条件下においてもゲートを安定に保ったまま巻き上げられることがぜひとも必要である。この点について、さらに条件を変えた実験を行い、引き続き慎重に検討していく必要がある。最終的な目標である実機のいかなる運転状況においても動的安定性を確保できるような特殊ばね機構を設計するための基礎データを得た。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由大型テンタゲート式水門の動的安全性を確保する具体的な方法について検討した。モデルゲートに対して、効果的な特殊ばね装置を設計し、動的に不安定な状態にあるゲートを動的安定の状態にすることが可能であるか検討した。さらに条件を変えた検討を行い、実機に取り付けるための特殊ばね装置の条件について検討を行う必要がある。目標とする実機用の特殊ばね装置の設計のための基礎データの蓄積を進めているが、実用ゲートへの適用の可能性についての打ち合わせ等は十分にできていない
今後の研究の推進方策	大型テンタゲート式水門の動的安全性を確保する具体的な方法について、引き続き実験的な検討を進める。前年度までの成果をもとに、ゲートの動的不安定性や目標開度を変化させ、もともとの動的不安定が異なるゲートに対する動的安定確保のための特殊ばね付き巻上げ装置の設計を進める。さらに、実機用の特殊ばね装置を設計するための具体的な主要諸元の決定を進める。モデル実験により提案手法の信頼性を高めるとともに、ゲートオーナーや関係機関に対しても実機への取り付けについて提案を行う。