深海底鉱物資源開発システムの制御方式に関する研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452264
• 研究機関: 秋田大学
• 研究代表者: 麻生 和夫 秋田大学, 鉱山学部, 教授 (30006639)
• 研究分担者: 菅 勝重 秋田大学, 鉱山学部, 助手 (40006672) ; 土岐 仁 秋田大学, 鉱山学部, 助教授 (80134055)
• キーワード: 深海底鉱物資源開発 / 揚鉱管の縦振動 / 受動制御方式 / バッファの形状効果 / 動吸振器の効果 / 両方式の相互効果 / 共振振幅の50%減

研究概要

深海外よりポンプ方式で鉱物資源を採取するには、海底の集鉱機と海面上の船を結ぶ長大な揚鉱管が必要であり、また、その中間に揚鉱のためのポンプモジュール、下端に鉱液の濃度調整と揚鉱管の動的安定のためのバッファが必要となる。しかしながら、水中の揚鉱管には、海況に起因する船の運動のため、横振動ならびに縦振動が発生してその動的強度が問題となる。したがって、上記のシステムの安全作業を確保するには、それらの振動を抑制しなければならない。
本年度は、それらの振動のうち強度上特に問題の多い縦振動を受動的に制御するため、揚鉱管の下端に装置されたバッファの形状がその管の縦振動に及ぼす影響を理論的に解析し、また、バッファに装備した動吸振器の効果およびバッファの形状と動吸振器との相互効果について理論的に検討して以下のような知見を得た。すなわち、船の上下運動により揚鉱管に縦振動の共振現象が発生し、その縦振幅が船の振幅の約10倍にも達する。しかし、より大きな抗力係数で、より小さな付加質量係数を与える形状のバッファを使用すれば、その振幅を約50%まで減少することができる。また、以上の条件を満足するようなバッファの最適形状として、バッファの軸に垂直な面内により直径の大きな円板を、バッファのアスペクト比、円板とバッファの直径比およびKeulegan-Car-penter数に応じた間隔で配置すべきである。また、バッファに動吸振器を装備しても、揚鉱管の共振振幅を約50%減少できることを解明するとともに、バッファ形状による揚鉱管の振動抑制効果が増加するにつれて、動吸振器との相互効果が小さくなることを明らかにした。最後に本研究の揚鉱管の縦振動を受動的に制御する方法としては、設備費や維持費の安価さと運用の簡便さより、動吸振器を設置するよりもバッファの形状を調整することが有利であることを示唆した。

研究成果

• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Effects of Vibration Absorders on the Longitu-dinal Vibration of a Pipe String in the Deep Sea-Part 1:In Case of Mining Cobalt Crust" International Journal of Offshore and Polar Engineering,ISOPE. Vol.2. 241-249 (1992)
• [文献書誌] 土岐 仁: "送水管の安定性とその能動制御に及ぼす外部減衰器の影響" 資源・素材学会誌. 108巻. 747-752 (1992)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "The Effects of Vibration Absorbers of a Pipe String for Mining Manganese Nobules in the Deep Sea" Proceedings of 2nd International Off-shore and Polar Engineering Conference,San Francisco. Vol.I. 512-519 (1992)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Passive Control of the Longitudinal Vibration of a Pipe String for Mining Manganese Nodules" Proceedings of Techno-Ocean '92 Inter-national Symposium,Yokohama. Vol.I. 174-181 (1992)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Vibration-Control of a Pipe String for Mining Manganese Nodules by the Shape of Buffer" Proceedings of 3rd International Off-shore and Polar Engineering Conference.Singapore. (1993)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Vibration Control of a Pipe String for Mining Manganese Nodules in the Deep Sea" Proceedings of International Congress on Mine Design,Kingston,Canada. (1993)