水中ロープ
【課題】簡単な構造で、しかもケーブル中間部何れかの場所においても目視だけで目的電線の位置が確認できるとともに、所望の位置において信号や電力の取り出し・授受が可能であり、かつまた、流れがある場所においてカルマン渦抑止効果もあわせて得られる水中ロープを提供する。
【解決手段】ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆した。
【解決手段】ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は海洋観測用ブイの係留索などに好適な水中ロープに関する。
【背景技術】
【0002】
海洋観測を行う場合、各種観測機器を搭載したブイを係留索により水底のアンカーに係留させるが、係留索には、水面直下から海中中間部たとえば500〜750mの位置にかけて各種センサーが取り付け、水温、流向流速、コンダクティビティ(塩分濃度)などを計測している。
各センサーは一般に電源と記録装置(通常は電子的なメモリー)を内蔵しており、従来では、設置後、所定の観測期間経過した後、それぞれのセンサーを回収して観測したデータを取り出すバッチ処理を行っている。
【0003】
しかし、この方式では、観測データを迅速にラグタイムなしに採ることができない点、センサーの回収は係留索の回収を伴うので手間と時間及びコストがかかる点などに問題があった。
この対策として、絶縁被覆ワイヤロープにサーミスタチエーンを沿わせて取り付け、ワイヤロープと海水で構成される電気回路を通じて、電磁誘導データ伝送により海上の信号処理装置に送信する、電磁誘導式の通信手段が実用化されているが、それぞれのセンサーに電磁モデムを装備させて信号を発信させるので、機器が高価でオペレーションシステムも大規模なものになる問題がある。
【0004】
他の方策として、従来、有線伝送方式、すなわち電線入りワイヤロープを使用する方式が用いられていた。かかるワイヤロープに関して、従来では、ワイヤロープのストランドを構成するワイヤの一部を電線に置き換えて撚り合せた構造、ワイヤロープの中心にてコンダクターと称する電線を入れた構造が知れている。
しかし、前者は、電線をストランドに拠り込むので製造工程が煩雑になる点、ロープ強度が損なわれたり、荷重によって電線が切断されたりする危険がある点、さらに特定のストランドの特定の箇所だけに電線部分が露出するので、信号や電力の取り出しや授受の位置が制限され、事実上、端部で信号や電力の取り出しや授受を行なわざるを得なくなるので、各長さ単位でのセンサーの接続などが困難になる問題があった。
後者は、電線をビニールなどのシースで包むので構造が複雑化するとともにロープ径が大きくなり、また、信号や電力の取り出し・授受位置が端末部分に制限され、各長さ単位でのセンサーの接続などが困難である問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構造で、しかもケーブル中間部何れかの場所においても目視だけで目的電線の位置が確認できるとともに、所望の位置において信号や電力の取り出し・授受が可能であり、かつまた、流れがある場所においてカルマン渦抑止効果もあわせて得られる水中ロープを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため本発明は、ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆したことを特徴としている。
【発明の効果】
【0007】
ワイヤロープの外周に電線をらせん状に巻き付け、それを樹脂で緊密に被覆しているので、防水と、外的な損傷に対する保護効果を得つつ電線を位置ずれを起させずにしっかりと保持させることができ、電線はロープ外周に連続してらせん状に表出しているので、いずれの位置において適当な手段でセンサーからの通信線や電力線を接触させるだけでセンサーが観測したデータを海面までリアルタイムで転送することが可能となる。
【0008】
また、ワイヤロープの外周に電線を巻き付け、その外周を樹脂被覆することにより、ロープ全体が長手方向と直角の断面が凹凸のある異形状になり、粘性が空気よりも高く絶対流速が空気よりも小さい水中において、ロープ長手方向と直角状に作用する水の流れに乱れを創成することができるので、水中に張られたロープの下流側にカルマン渦が発生しにくくなり、これにより、索の振動が抑制され索に働く抵抗を小さくできる。しかも、凹凸はらせん状であり、360度の全方位に水の流れを乱す異形部が存するので、水の流れの方向によるカルマン渦発生防止効果の変化が小さくなり、安定した性能が期待でき、係留効果及びセンサーによる観測精度を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
好適には、電線はそれぞれ被覆が異色に着色された複数本である。 これによれば、被覆が透明ないし半透明であることとあいまって目視により信号用、電力用などをきわめて容易に識別可能であり、ケーブル中間部何れかの場所においても目的とするセンサーと接続すべき電線を誤ることなく正確に選択して接続することができる。
【0010】
好適には、電線とロープのらせんのピッチPは、ロープ外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lにおいて、∞>P=L/d>0.5である。
これによれば、流れの方向による性能変化が小さくなり360度のどの方向からの水流に対しても流れを乱してカルマン渦の発生を抑制する安定した性能が得られる。
【実施例1】
【0011】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1と図2は本発明を海洋観測用ブイの係留索に適用した実施例を示しており、1は観測ブイであり、風向・風速計,温・湿度計、気圧計、雨量計、日射計などの観測センサーが搭載され、計測データを送信アンテナから衛星などに送信するようになっている。2は観測ブイ1の下部に連結された本発明の水中ロープで、全長が500〜800mとなっている。3は前記水中ロープ2の下端に連結されたナイロンなどの合成繊維ロープであり、下端が海底のアンカー4に連結されている。
前記水中ロープ2には、所要の深度ごとにセンサーたとえば、流向流速計9a、電気伝導度・水温計(CT)9b、電気伝導度・水温・深度計(CTD)9cなどが取り付けられている。
【0012】
前記水中ロープ2は、図3ないし図5に示されており、5は複数本の素線500を撚り合せてなるストランド50を複数本撚りあわせたワイヤロープであり、この例では中心に1本のストランドを配し、その周りに6本のストランドを配して撚合した7×7構造となっている。 6aと6bは前記ワイヤロープ5の外周にらせん状に巻装された2本の電線であり、通信用ないし信号用、電力用など所望のものが選択される。各電線は導体60の周りに合成樹脂被覆61を施している。
7は前記電線6a、6b及びワイヤロープ5の周りに密着した樹脂被覆である。
【0013】
前記電線6a、6bはこの例では2本用いられ、合成樹脂被覆61はそれぞれ異なる色調たとえば赤と青からなっており、ワイヤロープ5における所望のストランド50,50の谷間に1本が、円周方向で位相のずれた別のストランド50,50間の谷間に他の1本がそれぞれ位置され、ストランド谷間に沿って巻装されている。この例では、電線6a、6bは180度位相をずらして配置されている。
【0014】
樹脂被覆7は、図3(a)のように透明か、あるいは図3(b)のように半透明(例えば乳白色)のものを用いる。樹脂はある程度の柔軟性と十分な絶縁性があれば種類を問わないが、一般に、比較的軟質の熱可塑性樹脂ポリエチレン、ポリ塩化ビニール、テフロン(登録商標)、ナイロン、ポリウレタン等が適当である。
樹脂被覆7は、図4と図5(a)のように、ワイヤロープ5の断面形状に沿った部分70と電線6(6a、6b)の形状に沿った部分71を有し、この例ではひし形に類する断面が連続的に回転してゆく異形断面となっている。
したがって、ロープ全体が、ワイヤロープ5の断面形状に即応した凹部(溝)70と、これを底として半径方向に突出し電線6a、6bの形状に沿った凸部(凸条)71がらせん状に連続している。
【0015】
前記らせん状の凹凸は比較的長いピッチでも効果があり、あまり短いピッチで施してもカルマン渦防止の効果の向上は期待できない。
有効な範囲は、ロープの外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lとすると、一般に、∞>L/D>0.5である。なお∞は真っ直ぐな状態を意味する。らせんをロープ軸線に対する角度で表現すれば、一般に、1〜12°の範囲が実用的である。
【0016】
上記のようならせん状の凹凸における好ましい条件は、図5(b)のように、電線6a、6bの外接円で構成される直径をAとし、凸部高さをHとすると、H/A=0.03〜0.5の範囲が望ましい。
この限定理由は、凸部高さが小さいと水流を乱す作用が脆弱となり、カルマン渦防止の効果を期待できず、凸部高さを大きくすると、カルマン渦防止の効果は期待できるが、流れと直角方向の投影面積が大きくなるので、流れに対する抗力が大きくなり、かえってロープの水中でのたわみが大きくなるなどの不具合を生ずるからである。H/A=0.03〜0.5であれば、水流を乱す作用と流れと直角方向の投影面積による抗力とをバランスよく達成することができる。したがって、この条件となるように電線の太さや被覆厚さを選定すればよい。
【0017】
前記樹脂被覆7は、ロープに電線を巻回したアセンブリーロープを熱収縮性の合成樹脂のチューブに通して加熱することで施してもよいが、好適には射出成形機ないしは押し出し機を用い、溶融した樹脂を加圧している槽内を、電線を巻回したアセンブリーロープを通過させることで施す。これによれば、ストランドと電線の形状によくなじんだものとなり、内層部分でストランドの谷間も埋めることができる利点がある。
この場合、前記アッセンブリーロープそのものを軸線の周りで回転させてもよいが、あるいは、ノズルとして、凹部を形成するための内径方向に凸となった型部と凸部を成形するための外径方向で凹となった型部を周方向で交互に形成した貫通孔を持つ回転ノズルが用いられ、かかるノズルを前記アッセンブリーロープの引き出し速度と同期回転させる。
こうすれば、型部により凸部と凹部を外径側に有する樹脂被覆層がロープの周りに形成される。しかもノズルが回転するので、凹部と凸部は継ぎ目のないらせん状となって連続的に被覆されるのである。
【0018】
本発明は前記態様に限定されるものではない。
1)電線は2本に限定されず、1本でも3本以上でもかまわない。図6(a)は1本の電線6aとした場合を、(b)は4本の電線6a〜6dを用いた場合である。
ただ、細い電線を複数本密に巻き付け過ぎると前記したような異形断面による効果は薄くなるので、カルマン渦の防止が重視される場合には、太目の電線を比較的大きなピッチで巻き付けるとよい。
【0019】
2)ワイヤロープ5は、ロープの表面にストランドとストランドの溝がある構造であることが電線6a、6bの納まりが良いので、好ましい。図6は他の例を示しており、(a)は3ストランドタイプ、(b)は8ストランドタイプである。しかし、他の多重より構造であってもよいし、スパイラルロープのような一重よりで表面が比較的平滑な構造のロープでも適用可能である。
3)樹脂被覆7は内部の電線の色相が判別できればよいので、淡く着色してあってもよい。
【0020】
実施例のロープの作用を説明すると、図1のように係留索として使用した場合、ロープ全体が樹脂被覆7を有しているため長手方向で水密であり、またこれが保護層となって電線6a、6bを外傷から保護することができるとともに、電線6a、6bの位置ずれを規制することができる。
ロープは、海洋観測に使用する場合、所定の水深ごとにセンサーを取り付けて電線6a、6bに対して信号や電力を授受あるいは取り出しするが、ロープ5の外周を電線6a、6bがらせん状に存しており、しかも、これを透明または半透明の樹脂被覆7が囲んでいるため、どの位置においても巻き付けられた電線の位置と色相判別が容易になる。したがって、それぞれの電線の色相を変えておくだけで、ケーブル中間部何れかの場所においても目視により通信用、電力用などの目的電線を識別、確認ができる。
【0021】
そして、センサー側の導体を適当な手段で電線6aまたは6bと接触させればよく、これは、たとえば先端の尖った針状などの電極を用い、これを樹脂被覆7と電線被覆61を貫いて突き刺せば、導体60に接続されるので容易であり、樹脂被覆7が軟質で電極に密接するため、防水性能も影響を受けない。
これにより、任意の位置で、電気信号のやり取りあるいは電力の取り出しが可能となり、海面上までデータを電送ができるので、無線あるいは衛星通信等の手段で陸上基地にデータを転送することが可能になる。なお、被覆樹脂で絶縁されるので、ロープ自体も信号電送に使用可能である。
【0022】
さらに、設置海域に潮流や海水の流れがある場合、その流れは鉛直状に延びている水中ロープに対して交差状に作用する。
このときに水中ロープが真円形断面である場合には、水流が円弧に沿って整流状態で下流へと向かうことにより、互いに反対方向に回転するカルマン渦が発生し、それによる変動する負圧で水中ロープが振動を起す。
これに対して、本発明はロープ2の外周を電線6a、6bがらせん状に巻回していることで、ワイヤロープ5の断面形状に即応した凹部(溝)70と、これを底として半径方向に突出し電線6a、6bの形状に沿った凸部(凸条)71により異形断面が構成されているので、水流が凹部70と突部71に衝突、反射して乱流状態となり、それが拡散しながら下流へと流れる。このため、カルマン渦が発生しなくなり、ロープ下流側に負圧が発生しにくくなるので、ロープの振動が抑制される。ことに、らせんにより360度の全方位に水の流れを乱す異形部が存するので、水の流れの方向によるカルマン渦発生防止効果の変化が小さくなり、安定した性能が期待できる。
【0023】
本発明による水中ロープの水中抵抗について水槽実験を行った。
実験水槽には水平循環型、全長9.6m、全幅3.96m、全高2.20mの回流水槽を用いた。試験に使用した供試体は、長さ600mmとし、本発明品は、構造が7×7のワイヤロープ本体に直径が2.3mmの電線を2本、ピッチ100mmでらせん状に巻装し、全体を樹脂で被覆した径12mmのものとした。比較のため、構造が1×37、直径が10.3mmのブイ用ワイヤロープに樹脂被覆を施した直径16.3mmの被覆ロープ(比較品)について試験を行った。
【0024】
試験方法は検力計に取り付けた保持フレームの両端から下る翼板に供試体を取り付け、インペラにて流速を創成させ、没水深度400mm、流向;供試体に直角、流速:0.5,1.0,1.5m/Sで行い、抵抗値を防水型3分力計のうち、流れ方向の抵抗値(Fx:定格25Kgf)を計測した。計測は各条件について2回行い、平均を取った。
なお、抵抗値には保持フレームの抵抗値も含まれるため、予め各流速について供試体をつけずに抵抗値を計測し、供試体つきの抵抗値から差し引いた。また、比較品と本発明品は断面積が異なるので、抵抗値を次式によって無次元化した。
抗力係数CFx=Fx/(0.5*ρ*V2*S)
ここで、Fx:抵抗値(N),ρ:水の密度(N・sec2/m4)、V:流速(m/s)、S:供試体の正面投影面積(m2)である。
そして、供試体の振動の判定として、抵抗計測時系列データからのばらつきを示す分散(V)を測定した。V=(計測値―平均値)の2乗の総和/データ総数である。
【0025】
抵抗試験結果(流速〜抗力係数)を示すと図7のとおりであり、抵抗試験結果(流速〜分散)を示すと図8のとおりである。図7と図8から明らかなように、本発明品は比較例と比べて抵抗値、抗力係数が小さく、振動が小さいことがわかる。これは、ロープ本体に電線をらせん状に巻装して被覆していることによる異形断面化でカルマン渦が抑制されたことによることが明らかである。
【0026】
図9ないし図11は本発明品の時系列データ(抗力・時間)を示している。図12ないし図14は比較品の時系列データを示している。図9と図12はそれぞれ流速Vが0.5mのとき、図10と図13はそれぞれ流速Vが1.0mのとき、図11と図14はそれぞれ流速Vが1.5mのときである。なお、各図において(a)は試験の第1回目、(b)は第2回目を示している。これら図から明らかなように、本発明ロープは、振動が小さく、しかも幅広い流速域で良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明を適用した係留索の概要を示す説明図である。
【図2】図1におけるセンサーの取り付け部分の拡大斜視図である。
【図3】(a)(b)は本発明のロープの側面図である。
【図4】本発明ロープの部分切欠拡大側面図である。
【図5】(a)は図4のX−X線に沿う断面図、(b)は好適な凸部高さ関係を示す説明図である。
【図6】(a)(b)は本発明の他の例を示す断面図である。
【図7】本発明ロープと比較ロープの水槽中での抵抗試験結果(流速・抗力係数の関係)を示す線図である。
【図8】本発明ロープと比較ロープの水槽中での抵抗試験結果(流速・分散の関係)を示す線図である。
【図9】(a)は流速0.5mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく本発明ロープの抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図10】(a)は流速1.0mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図11】(a)は流速1.5mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図12】(a)は流速0.5mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図13】(a)は流速1.0mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図14】(a)は流速1.5mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【符号の説明】
【0028】
1 ブイ
2 本発明ロープ
5 ワイヤロープ
6、6a、6b、6c、6d 電線
7 樹脂被覆
60 導体
61 被覆
70 凹部
71 凸部
【技術分野】
【0001】
本発明は海洋観測用ブイの係留索などに好適な水中ロープに関する。
【背景技術】
【0002】
海洋観測を行う場合、各種観測機器を搭載したブイを係留索により水底のアンカーに係留させるが、係留索には、水面直下から海中中間部たとえば500〜750mの位置にかけて各種センサーが取り付け、水温、流向流速、コンダクティビティ(塩分濃度)などを計測している。
各センサーは一般に電源と記録装置(通常は電子的なメモリー)を内蔵しており、従来では、設置後、所定の観測期間経過した後、それぞれのセンサーを回収して観測したデータを取り出すバッチ処理を行っている。
【0003】
しかし、この方式では、観測データを迅速にラグタイムなしに採ることができない点、センサーの回収は係留索の回収を伴うので手間と時間及びコストがかかる点などに問題があった。
この対策として、絶縁被覆ワイヤロープにサーミスタチエーンを沿わせて取り付け、ワイヤロープと海水で構成される電気回路を通じて、電磁誘導データ伝送により海上の信号処理装置に送信する、電磁誘導式の通信手段が実用化されているが、それぞれのセンサーに電磁モデムを装備させて信号を発信させるので、機器が高価でオペレーションシステムも大規模なものになる問題がある。
【0004】
他の方策として、従来、有線伝送方式、すなわち電線入りワイヤロープを使用する方式が用いられていた。かかるワイヤロープに関して、従来では、ワイヤロープのストランドを構成するワイヤの一部を電線に置き換えて撚り合せた構造、ワイヤロープの中心にてコンダクターと称する電線を入れた構造が知れている。
しかし、前者は、電線をストランドに拠り込むので製造工程が煩雑になる点、ロープ強度が損なわれたり、荷重によって電線が切断されたりする危険がある点、さらに特定のストランドの特定の箇所だけに電線部分が露出するので、信号や電力の取り出しや授受の位置が制限され、事実上、端部で信号や電力の取り出しや授受を行なわざるを得なくなるので、各長さ単位でのセンサーの接続などが困難になる問題があった。
後者は、電線をビニールなどのシースで包むので構造が複雑化するとともにロープ径が大きくなり、また、信号や電力の取り出し・授受位置が端末部分に制限され、各長さ単位でのセンサーの接続などが困難である問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構造で、しかもケーブル中間部何れかの場所においても目視だけで目的電線の位置が確認できるとともに、所望の位置において信号や電力の取り出し・授受が可能であり、かつまた、流れがある場所においてカルマン渦抑止効果もあわせて得られる水中ロープを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため本発明は、ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆したことを特徴としている。
【発明の効果】
【0007】
ワイヤロープの外周に電線をらせん状に巻き付け、それを樹脂で緊密に被覆しているので、防水と、外的な損傷に対する保護効果を得つつ電線を位置ずれを起させずにしっかりと保持させることができ、電線はロープ外周に連続してらせん状に表出しているので、いずれの位置において適当な手段でセンサーからの通信線や電力線を接触させるだけでセンサーが観測したデータを海面までリアルタイムで転送することが可能となる。
【0008】
また、ワイヤロープの外周に電線を巻き付け、その外周を樹脂被覆することにより、ロープ全体が長手方向と直角の断面が凹凸のある異形状になり、粘性が空気よりも高く絶対流速が空気よりも小さい水中において、ロープ長手方向と直角状に作用する水の流れに乱れを創成することができるので、水中に張られたロープの下流側にカルマン渦が発生しにくくなり、これにより、索の振動が抑制され索に働く抵抗を小さくできる。しかも、凹凸はらせん状であり、360度の全方位に水の流れを乱す異形部が存するので、水の流れの方向によるカルマン渦発生防止効果の変化が小さくなり、安定した性能が期待でき、係留効果及びセンサーによる観測精度を良好にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
好適には、電線はそれぞれ被覆が異色に着色された複数本である。 これによれば、被覆が透明ないし半透明であることとあいまって目視により信号用、電力用などをきわめて容易に識別可能であり、ケーブル中間部何れかの場所においても目的とするセンサーと接続すべき電線を誤ることなく正確に選択して接続することができる。
【0010】
好適には、電線とロープのらせんのピッチPは、ロープ外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lにおいて、∞>P=L/d>0.5である。
これによれば、流れの方向による性能変化が小さくなり360度のどの方向からの水流に対しても流れを乱してカルマン渦の発生を抑制する安定した性能が得られる。
【実施例1】
【0011】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1と図2は本発明を海洋観測用ブイの係留索に適用した実施例を示しており、1は観測ブイであり、風向・風速計,温・湿度計、気圧計、雨量計、日射計などの観測センサーが搭載され、計測データを送信アンテナから衛星などに送信するようになっている。2は観測ブイ1の下部に連結された本発明の水中ロープで、全長が500〜800mとなっている。3は前記水中ロープ2の下端に連結されたナイロンなどの合成繊維ロープであり、下端が海底のアンカー4に連結されている。
前記水中ロープ2には、所要の深度ごとにセンサーたとえば、流向流速計9a、電気伝導度・水温計(CT)9b、電気伝導度・水温・深度計(CTD)9cなどが取り付けられている。
【0012】
前記水中ロープ2は、図3ないし図5に示されており、5は複数本の素線500を撚り合せてなるストランド50を複数本撚りあわせたワイヤロープであり、この例では中心に1本のストランドを配し、その周りに6本のストランドを配して撚合した7×7構造となっている。 6aと6bは前記ワイヤロープ5の外周にらせん状に巻装された2本の電線であり、通信用ないし信号用、電力用など所望のものが選択される。各電線は導体60の周りに合成樹脂被覆61を施している。
7は前記電線6a、6b及びワイヤロープ5の周りに密着した樹脂被覆である。
【0013】
前記電線6a、6bはこの例では2本用いられ、合成樹脂被覆61はそれぞれ異なる色調たとえば赤と青からなっており、ワイヤロープ5における所望のストランド50,50の谷間に1本が、円周方向で位相のずれた別のストランド50,50間の谷間に他の1本がそれぞれ位置され、ストランド谷間に沿って巻装されている。この例では、電線6a、6bは180度位相をずらして配置されている。
【0014】
樹脂被覆7は、図3(a)のように透明か、あるいは図3(b)のように半透明(例えば乳白色)のものを用いる。樹脂はある程度の柔軟性と十分な絶縁性があれば種類を問わないが、一般に、比較的軟質の熱可塑性樹脂ポリエチレン、ポリ塩化ビニール、テフロン(登録商標)、ナイロン、ポリウレタン等が適当である。
樹脂被覆7は、図4と図5(a)のように、ワイヤロープ5の断面形状に沿った部分70と電線6(6a、6b)の形状に沿った部分71を有し、この例ではひし形に類する断面が連続的に回転してゆく異形断面となっている。
したがって、ロープ全体が、ワイヤロープ5の断面形状に即応した凹部(溝)70と、これを底として半径方向に突出し電線6a、6bの形状に沿った凸部(凸条)71がらせん状に連続している。
【0015】
前記らせん状の凹凸は比較的長いピッチでも効果があり、あまり短いピッチで施してもカルマン渦防止の効果の向上は期待できない。
有効な範囲は、ロープの外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lとすると、一般に、∞>L/D>0.5である。なお∞は真っ直ぐな状態を意味する。らせんをロープ軸線に対する角度で表現すれば、一般に、1〜12°の範囲が実用的である。
【0016】
上記のようならせん状の凹凸における好ましい条件は、図5(b)のように、電線6a、6bの外接円で構成される直径をAとし、凸部高さをHとすると、H/A=0.03〜0.5の範囲が望ましい。
この限定理由は、凸部高さが小さいと水流を乱す作用が脆弱となり、カルマン渦防止の効果を期待できず、凸部高さを大きくすると、カルマン渦防止の効果は期待できるが、流れと直角方向の投影面積が大きくなるので、流れに対する抗力が大きくなり、かえってロープの水中でのたわみが大きくなるなどの不具合を生ずるからである。H/A=0.03〜0.5であれば、水流を乱す作用と流れと直角方向の投影面積による抗力とをバランスよく達成することができる。したがって、この条件となるように電線の太さや被覆厚さを選定すればよい。
【0017】
前記樹脂被覆7は、ロープに電線を巻回したアセンブリーロープを熱収縮性の合成樹脂のチューブに通して加熱することで施してもよいが、好適には射出成形機ないしは押し出し機を用い、溶融した樹脂を加圧している槽内を、電線を巻回したアセンブリーロープを通過させることで施す。これによれば、ストランドと電線の形状によくなじんだものとなり、内層部分でストランドの谷間も埋めることができる利点がある。
この場合、前記アッセンブリーロープそのものを軸線の周りで回転させてもよいが、あるいは、ノズルとして、凹部を形成するための内径方向に凸となった型部と凸部を成形するための外径方向で凹となった型部を周方向で交互に形成した貫通孔を持つ回転ノズルが用いられ、かかるノズルを前記アッセンブリーロープの引き出し速度と同期回転させる。
こうすれば、型部により凸部と凹部を外径側に有する樹脂被覆層がロープの周りに形成される。しかもノズルが回転するので、凹部と凸部は継ぎ目のないらせん状となって連続的に被覆されるのである。
【0018】
本発明は前記態様に限定されるものではない。
1)電線は2本に限定されず、1本でも3本以上でもかまわない。図6(a)は1本の電線6aとした場合を、(b)は4本の電線6a〜6dを用いた場合である。
ただ、細い電線を複数本密に巻き付け過ぎると前記したような異形断面による効果は薄くなるので、カルマン渦の防止が重視される場合には、太目の電線を比較的大きなピッチで巻き付けるとよい。
【0019】
2)ワイヤロープ5は、ロープの表面にストランドとストランドの溝がある構造であることが電線6a、6bの納まりが良いので、好ましい。図6は他の例を示しており、(a)は3ストランドタイプ、(b)は8ストランドタイプである。しかし、他の多重より構造であってもよいし、スパイラルロープのような一重よりで表面が比較的平滑な構造のロープでも適用可能である。
3)樹脂被覆7は内部の電線の色相が判別できればよいので、淡く着色してあってもよい。
【0020】
実施例のロープの作用を説明すると、図1のように係留索として使用した場合、ロープ全体が樹脂被覆7を有しているため長手方向で水密であり、またこれが保護層となって電線6a、6bを外傷から保護することができるとともに、電線6a、6bの位置ずれを規制することができる。
ロープは、海洋観測に使用する場合、所定の水深ごとにセンサーを取り付けて電線6a、6bに対して信号や電力を授受あるいは取り出しするが、ロープ5の外周を電線6a、6bがらせん状に存しており、しかも、これを透明または半透明の樹脂被覆7が囲んでいるため、どの位置においても巻き付けられた電線の位置と色相判別が容易になる。したがって、それぞれの電線の色相を変えておくだけで、ケーブル中間部何れかの場所においても目視により通信用、電力用などの目的電線を識別、確認ができる。
【0021】
そして、センサー側の導体を適当な手段で電線6aまたは6bと接触させればよく、これは、たとえば先端の尖った針状などの電極を用い、これを樹脂被覆7と電線被覆61を貫いて突き刺せば、導体60に接続されるので容易であり、樹脂被覆7が軟質で電極に密接するため、防水性能も影響を受けない。
これにより、任意の位置で、電気信号のやり取りあるいは電力の取り出しが可能となり、海面上までデータを電送ができるので、無線あるいは衛星通信等の手段で陸上基地にデータを転送することが可能になる。なお、被覆樹脂で絶縁されるので、ロープ自体も信号電送に使用可能である。
【0022】
さらに、設置海域に潮流や海水の流れがある場合、その流れは鉛直状に延びている水中ロープに対して交差状に作用する。
このときに水中ロープが真円形断面である場合には、水流が円弧に沿って整流状態で下流へと向かうことにより、互いに反対方向に回転するカルマン渦が発生し、それによる変動する負圧で水中ロープが振動を起す。
これに対して、本発明はロープ2の外周を電線6a、6bがらせん状に巻回していることで、ワイヤロープ5の断面形状に即応した凹部(溝)70と、これを底として半径方向に突出し電線6a、6bの形状に沿った凸部(凸条)71により異形断面が構成されているので、水流が凹部70と突部71に衝突、反射して乱流状態となり、それが拡散しながら下流へと流れる。このため、カルマン渦が発生しなくなり、ロープ下流側に負圧が発生しにくくなるので、ロープの振動が抑制される。ことに、らせんにより360度の全方位に水の流れを乱す異形部が存するので、水の流れの方向によるカルマン渦発生防止効果の変化が小さくなり、安定した性能が期待できる。
【0023】
本発明による水中ロープの水中抵抗について水槽実験を行った。
実験水槽には水平循環型、全長9.6m、全幅3.96m、全高2.20mの回流水槽を用いた。試験に使用した供試体は、長さ600mmとし、本発明品は、構造が7×7のワイヤロープ本体に直径が2.3mmの電線を2本、ピッチ100mmでらせん状に巻装し、全体を樹脂で被覆した径12mmのものとした。比較のため、構造が1×37、直径が10.3mmのブイ用ワイヤロープに樹脂被覆を施した直径16.3mmの被覆ロープ(比較品)について試験を行った。
【0024】
試験方法は検力計に取り付けた保持フレームの両端から下る翼板に供試体を取り付け、インペラにて流速を創成させ、没水深度400mm、流向;供試体に直角、流速:0.5,1.0,1.5m/Sで行い、抵抗値を防水型3分力計のうち、流れ方向の抵抗値(Fx:定格25Kgf)を計測した。計測は各条件について2回行い、平均を取った。
なお、抵抗値には保持フレームの抵抗値も含まれるため、予め各流速について供試体をつけずに抵抗値を計測し、供試体つきの抵抗値から差し引いた。また、比較品と本発明品は断面積が異なるので、抵抗値を次式によって無次元化した。
抗力係数CFx=Fx/(0.5*ρ*V2*S)
ここで、Fx:抵抗値(N),ρ:水の密度(N・sec2/m4)、V:流速(m/s)、S:供試体の正面投影面積(m2)である。
そして、供試体の振動の判定として、抵抗計測時系列データからのばらつきを示す分散(V)を測定した。V=(計測値―平均値)の2乗の総和/データ総数である。
【0025】
抵抗試験結果(流速〜抗力係数)を示すと図7のとおりであり、抵抗試験結果(流速〜分散)を示すと図8のとおりである。図7と図8から明らかなように、本発明品は比較例と比べて抵抗値、抗力係数が小さく、振動が小さいことがわかる。これは、ロープ本体に電線をらせん状に巻装して被覆していることによる異形断面化でカルマン渦が抑制されたことによることが明らかである。
【0026】
図9ないし図11は本発明品の時系列データ(抗力・時間)を示している。図12ないし図14は比較品の時系列データを示している。図9と図12はそれぞれ流速Vが0.5mのとき、図10と図13はそれぞれ流速Vが1.0mのとき、図11と図14はそれぞれ流速Vが1.5mのときである。なお、各図において(a)は試験の第1回目、(b)は第2回目を示している。これら図から明らかなように、本発明ロープは、振動が小さく、しかも幅広い流速域で良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明を適用した係留索の概要を示す説明図である。
【図2】図1におけるセンサーの取り付け部分の拡大斜視図である。
【図3】(a)(b)は本発明のロープの側面図である。
【図4】本発明ロープの部分切欠拡大側面図である。
【図5】(a)は図4のX−X線に沿う断面図、(b)は好適な凸部高さ関係を示す説明図である。
【図6】(a)(b)は本発明の他の例を示す断面図である。
【図7】本発明ロープと比較ロープの水槽中での抵抗試験結果(流速・抗力係数の関係)を示す線図である。
【図8】本発明ロープと比較ロープの水槽中での抵抗試験結果(流速・分散の関係)を示す線図である。
【図9】(a)は流速0.5mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく本発明ロープの抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図10】(a)は流速1.0mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図11】(a)は流速1.5mのときの、本発明ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図12】(a)は流速0.5mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図13】(a)は流速1.0mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【図14】(a)は流速1.5mのときの、比較ロープの抗力測定(第1回)の時系列データを示す線図である。(b)は同じく抗力測定(第2回)の時系列データを示す線図である。
【符号の説明】
【0028】
1 ブイ
2 本発明ロープ
5 ワイヤロープ
6、6a、6b、6c、6d 電線
7 樹脂被覆
60 導体
61 被覆
70 凹部
71 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆したことを特徴とする水中ロープ。
【請求項2】
電線はそれぞれ被覆が異色に着色された複数本であることを特徴とする請求項1に記載の水中ロープ。
【請求項3】
電線とロープのらせんのピッチPは、ロープ外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lにおいて、∞>P=L/d>0.5であることを特徴とする請求項1に記載の水中ロープ。
【請求項1】
ワイヤロープの周囲に樹脂被覆を持つ通信用もしくは電力用電線をらせん状に巻き付け、それら電線とワイヤロープを透明もしくは半透明の樹脂で被覆したことを特徴とする水中ロープ。
【請求項2】
電線はそれぞれ被覆が異色に着色された複数本であることを特徴とする請求項1に記載の水中ロープ。
【請求項3】
電線とロープのらせんのピッチPは、ロープ外径:D、ロープ周囲を一回りする長さ:Lにおいて、∞>P=L/d>0.5であることを特徴とする請求項1に記載の水中ロープ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2006−322126(P2006−322126A)
【公開日】平成18年11月30日(2006.11.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−292376(P2005−292376)
【出願日】平成17年10月5日(2005.10.5)
【出願人】(000220468)東京製綱繊維ロープ株式会社 (8)
【出願人】(504194878)独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年11月30日(2006.11.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年10月5日(2005.10.5)
【出願人】(000220468)東京製綱繊維ロープ株式会社 (8)
【出願人】(504194878)独立行政法人海洋研究開発機構 (110)
【Fターム(参考)】
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