深海底鉱物資源開発システムの制御方式に関する研究

1993 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 / 縦振動制御 / 準能動制御方式 / 動吸振器 / 加振々動数 / 可変ばね定数 / 共振振幅の70%減

研究概要

深海底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複数個のポンプモジュール、下端に揚鉱管の動的安定と鉱液の濃度調整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、縦振動およびねじり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、とりわけ、強度的に問題の多い縦振動をできるだけ抑制しなければならない。
本年度は、上記のシステムの揚鉱管の縦振動の能動制御方式について研究し、その方式を採用するには、非常に大きな制御入力を必要とすること、および、海洋でその入力を与えるアクチュエータとそれを設置する場所の確保が困難であることより、能動制御方式が適当ではないことがわかった。そこで、平成5年度で研究した受動制御と能動制御の折衷方式である準能動制御方式(Semi-active control)について研究し、受動制御で使用した動吸振器のばねのばね定数を船の上下運動の振動数に応じて所定の方式で変化させることにより、揚鉱管の共振振幅を受動制御の場合よりもさらに約20%減少できることを明らかにした。また、揚鉱管上端部の軸応力をさらに約5%軽減できることを解明した。なお、種々の質量をもつバッファの場合について、準能動制御方式により揚鉱管の共振振幅を最小にするための動吸振器のばね定数と船の加振振動数の関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Vibration-Control of a Pipe String for Mining Manganese Nodules by the Shape of Buffer" Proceedings of the Third International Offshore and Polar Engineering Conference,Singapore. Vol.I. 143-148 (1993)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Vibration Control of a Pipe String for Mining Manganese Nodules in the Deep Sea" Proceedings of the International Congress on Mine Design,Kingston Canada. 981-991 (1993)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "Longitudinal Vibration and Its Control of a Pipe String for Mining Manganese Nodules from the Deep Sea Bottom" Proceedings of First International Conference on Processing Materials for Properties,Hawaii. 467-470 (1993)
• [文献書誌] 麻生,和夫: "マンガン団塊採鉱用揚鉱管の縦振動のパッシブ制御について(動吸振器による制御)" Dynamics and Design Conference'93 機械力学・計測制御講演論文集. Vol.A. 342-347 (1993)
• [文献書誌] Aso,Kazuo: "The Effects of Vibration Absorbers on the Longitudinal Vibration of a Pipe String in the Deep Sea-Part2" International Journal of Offshore and Polar Engineering,ISOPE. Vol.4. 62-67 (1994)