タンク内で反転しないフロートの板厚は？

質問

直径560mmで、板厚t2.0mmで、200L入るステンレスのタンクがあります。
この中に水を入れて、フロート板を浮かべた場合、フロート板が反転しないような重さの円盤を製作
しなければなりません。
この場合、フロート板の板厚を計算でだしたいのですが、計算式がわかりません。
タンク、フロート板とも、材質はSUS304です。
タンク内でフロート板が反転しないような板厚は、どのような計算をすればよいのでしょうか？
お教えくださいますようにお願いいたします。

回答No.3

superkamecha

こんばんは。 superkamecha です。

なるほど。　どうやら、フロートというのは、船のように、本当に液体表面に浮いているんですね。（平板ではないということか）
で、その質量による慣性で液体表面を落ち着かせたいという狙いだと。
どうして「タップンタップン」じゃダメなのか、クライアントが何を”まずい”と言っているのか、その「心」が分かりませんが、とにかく表面を落ち着かせるためには、お金がかかっても良いというわけですね？（「何となくイヤだ」だけでコストをかける人は、普通いないんだけどなぁ）

まぁ、「船」の慣性で波を鎮めるなんて、普通は無理としたものですね。
それに、フロートの端部がビニールを傷める可能性もでてくるし・・。得策とは言えないと思います。
これと同じような目的を持つものとしては、自動車の燃料タンク内部に、普通「波消し板」と呼ばれる一種の「衝立」があります。仕切り板のような物ですが、完全には仕切っていない。
「信玄堤（シンゲンヅツミ）」を御存知ですか？　波消し板はちょうど、そんなイメージです。

”波を消す”ということは、”水の動きを止める”ということですから、基本的に水とともに動いてしまう物にできるハズはないのです。フロートの形でも良いかもしれませんが、ともかく、蓋にでも「固定」しないと、ほとんど何の効果も期待できないと思います。
固定さえしてしまえば、重さはさして必要なくなるハズですから、コストも抑えられると思いますよ。
まぁ、私なら、蓋に十文字の衝立を容器内部に向かって立てるかなぁ。

もし、どうしても、「船」でなければならない、ということでしたら、この場合は、できるだけ船の重心を高くとるようにしたほうが良いでしょう。”焼け石に水”程度の効果でしょうが、ただ平たいよりは良いハズです。

ちなみに、簡単な”実験”は、お風呂でできると思います。どういう手段が効果的か、お風呂に入りながらでも模擬的な実験をして、”現象を目のあたりにする”のは得るところが大きいでしょう。

以上、アドバイスになっていれば良いのですが。

回答No.2

superkamecha

こんばんは。　補足を拝見しました。
それで、朧げに概略のイメージはできましたが、すみません、まだご質問の意味・意図がきちんと理解できませんです。
何かドラム缶のような圧力容器に、液体が入っている大きなビニール袋があって、若干の空気を含みながら口元が閉じられていて密閉されており、更にその上から、「フロート板」なる’オモシ’が「落し蓋」のように乗せられている、という状態なのでしょうが、「それがどうかしたの？」「何が問題？」というのが判らないのです。
ヒントとなるのは、「がたつき」と仰っているので、ビニール袋と缶の壁面との間にスキマがあって、それを無くしたいのかな？ということくらいなのですが、それには例えば、ビニール袋を少し大きくして、缶の壁面に密着させれば良いのではないか？とか、或いはもっと小さな袋を沢山用意しておいて、液体を小分けにして、小袋をスキマなく詰め込むようにすれば、オモシは不要なのではないか？とか、スキマがあるのであれば、発泡スチロールか何かで「茶筒のフタ」の形を作って、縁をスキマに差し込むように被せれば良いのでは？などと思われるのです。
また、どうやら全体が揺さぶられた時の液体表面にできるであろう波などを気にされているものと推測されますが、液体表面の”暴れ”についても、「暴れては何かマズイ事でも？」というのが疑問ですし、また袋の口元を空気を含まないように密閉すれば、つまり”表面”を無くしてしまえば、暴れもなくなるでしょう。それじゃダメなの？　というように、どういう制約条件のもとに何を問題としているのかが、読み取れないのです。

今のところ、知らされた情報から「フロート板」について何かモノ申せと言われると、これはオモシでしょうから、”重いほど良い”でしょうが、重すぎるとビニール袋が破裂するでしょうし、それ以前に”人の手作業”で扱えなくなるでしょうから、せいぜい３～４ｋｇ程度に抑えるべきだろうなぁ、というくらいしか回答のしようがないです。

物理としての質問であれば、「こういう構造で」という物理モデルと、「こういう状況で」という入力条件がそれぞれ定量的に判れば、（示されれば）、「こうなるだろう」という現象予測はそこそこ回答できるかとは思いますが、”設計指針”を問われますと、これは第三者的には答えられるものではないです。
「構造全体の目的は何か？」
「どういう種類の入力負荷を、どの程度と想定するか？」
「どういう環境（温度・湿度・作業条件など）で使われるのか？」
といったことを明確にした上で、
「どんなパーツ構成が理にかなっているか？」
「それぞれのパーツの役割りは何か？」
「ゆえに、どうあらねばならないか？」
「その構造に本当に弱点はないか？」
といったようなことを確かめながら、決めていかねばなりません。
それこそ正に「設計者」の仕事であり、寸法や材料の”詳細”を決めるのは、その後です。

あまりお役に立てなくて申し訳ありませんが、もう一度、ご質問をよく吟味なさってみてください。

お礼

superkamechaさま

ご丁寧なご回答を、本当にありがとうございました。
お礼のお返事大変遅くなり申し訳けありませんでした。

ご指摘の通りに私の頭のなかで
「構造全体の目的は何か？」
「どういう種類の入力負荷を、どの程度と想定するか？」
「どういう環境（温度・湿度・作業条件など）で使われるのか？」
の三点がちゃんと理解されていなかったので、”何を質問しているのかわからん。”ということになり、本当にすみません。

この容器、ビニール袋の形態ですが、ドラム缶は上部はオープン、ビニール袋はドラム缶の外周に垂らしています。
運送時にはドラム缶上部に、蓋をしてレバーバンドで止めます。

ドラム缶の中の液体は運送時に、揺れますので、ドラム缶上部では液体がタップンタップンしている状態になります。
蓋があり、レバーバンドで止めてありますので、液体が外に漏れることはありませんが、
クライアント様におきましては、そのような状態は好ましくないとのことで、ドラム缶の中の液体が揺れることを少しでも軽減したいとの
ご要望で、フロート板を入れてほしいとのご要望でした。

当社の工場でドラム缶の内径より-5mmほどの大きさで、重量が10kgのステンレスの板を製作して、満水状態の液体に浮かべて、
振動を与えましたが、やはりタップンタップンの軽減はそれほど、効果がでませんでした。

私としては、フロート板の外形を、ドラム缶の内径の-2mm程度にして、板厚ももう少しあげたらいいのではないかと考えているのですが、
予算がなくて、何度も実験できません。

今度はぜひ成功させたいのですが、

説明が長々となり、すみませんでした。

現在までの経過を書きました。
お知恵をお借りできましたら、本当にうれしいです。

回答No.1

superkamecha

こんばんは。
いきなりで申し訳ないですが、ご質問の意味がよく解かりません。「フロート板」をもう少し詳しく説明していただけませんか？　どんな板厚であろうが、ＳＵＳ材（ステンレス鋼）が、平板の形で水に浮くとは考えられませんので。

補足

superkamechaさん
さっそくのご回答をありがとうござます。

説明が足りませんでした。
フロート板は、タンク内にビニール袋に入った液体を入れて、その上に浮かべます。
目的は、ビニール袋内の液体が、傾いたり、がたつきを少なくするためです。
タンク上部は、開放型ではなく、圧力弁のついた蓋をしますので、タンク内部は密閉状態になります。
圧力がかかると、液体の入ったビニール袋がタンク内部で変形します。

その変形を少なくするための、フロート板です。
フロート板の材質はステンレスといいましたが、他の材質でもかまいません。

御教授をよろしくお願いします。