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Die Erfindung betrifft eine Schwimmwand zum Eingrenzen und Aufstauen von auf dem Wasser schwimmenden Flüssigkeiten, bestehend aus Schwimmkörpern aus luftdichtem faltbarem, teilweise versteiften Material.
Die durch Unfälle ins Meer fliessenden Ölmengen steigen unaufhaltsam, ohne dass bisher eine Abhilfe gegen die eingetretenen Schäden gefunden werden konnte. (Bild der Wissenschaft H6, Juni [1977], Deutsche Verl.-Anst. GmbH, Stuttgart.)
Die bekannten Verfahren oder Vorrichtungen, auf der Wasseroberfläche schwimmende Flüssigkeiten an der Ausbreitung zu hindern, erweisen sich bisher als wenig tauglich. Ein Luftblasenvorhang einerseits und luftgefüllte Gummiwülste anderseits, erbrachten einen auf kleine Wasserbereiche, wie Buchten und Hafenanlagen, begrenzten Erfolg. Beide Verfahren sind nur in ruhigen Gewässern wirksam, sind aber nicht geeignet, ausgelaufenes Öl in grösseren Mengen aufzustauen. Im Wellengang auf hoher See, und wenn sich die Öllache bereits über grosse Gebiete ausgedehnt hat, versagen diese Methoden ganz.
Ein drittes Verfahren versucht, die Öllache auf chemischen Weg aufzulösen, vervielfacht dabei aber die toxische Wirkung durch in Lösung gehende Erdöl-Kohlenwasserstoffe.
Durch die DE-OS 2332947 ist eine Öleingrenzungsvorrichtung mit begrenzter Biegsamkeit bekannt. Sie besteht aus steifen Schwimmkörpern, die elastisch aneinandergefügt sind. Die Lagerung der steifen Schwimmkörper erfordert das Entfernen der Stauflächen und benötigt entsprechend grossen Lagerraum.
Demgegenüber wird mit der Erfindung eine Schwimmwand angestrebt, die auf engstem Raum gelagert und mitgeführt werden kann, ohne in Einzelteile zerlegt werden zu müssen ; um sie im Katastrophenfall rasch verfügbar zu machen.
In der DE-OS 2226725 wird eine schwimmende Sperre aus beschichtetem Gewebe beschrieben, deren tragfähige Hohlräume durch mechanische Spreizelemente (Spiralfedern) aufgespannt werden.
Dagegen strebt die Erfindung eine Schwimmwand an, die keine mechanischen Spreizelemente benötigt, um Lagerung und Ausbringung zu vereinfachen und die Herstellungskosten zu senken.
Durch die DE-OS 1759919, DE-OS 1634197 und die DE-AS 1000294 sind schwimmende Barrieren für ausgelaufenes Öl bekannt, die alle mit Luft und/oder Flüssigkeit aufgepumpt werden müssen, bevor sie ihre Funktion erfüllen können. Zum Teil werden komplizierte Ventilkonstruktionen benötigt.
Aus der FR-PS Nr. 2. 326. 229 sind Saugleitungen oder Behälter bekanntgeworden, deren Wandungen aus dünnwandigen, ringförmigen Hohlkörpern gebildet werden, die durch Öffnungen untereinander verbunden und aneinander befestigt sowie auch zusammenfaltbar sind. Die Hohlkörper werden zwecks Aufrechthaltung der Form der Saugleitungen oder der Behälter durch ein Medium unter einen Druck gesetzt, der grösser ist als die Differenz zwischen dem Unterdruck in der Saugleitung oder in dem Behälter und dem Druck an deren Aussenseite.
Ein Entwicklungsziel der erfindungsgemässen Schwimmwand ist es, ohne Pumpen und Ventile auszukommen, um die Herstellungskosten gering zu halten und zeitraubendes Aufpumpen über Ventile zu vermeiden. Die Schwimmwand soll sehr schnell einsatzbereit sein und sehr schnell grosse Bereiche abgrenzen, muss aber dennoch auf kleinstem Raum gelagert und mitgeführt werden können.
Dementsprechend stellt sich die Aufgabe, während des Auslegevorganges eine grosse Verlängerung und Volumenvergrösserung in kurzer Zeit herbeizuführen, ohne Pumpen einzusetzen.
Die erfindungsgemässe Lösung ersetzt das Aufpumpen durch einen Ansaugvorgang : Querschnitt und Längsschnitt der Schwimmwand werden so gewählt, dass sich die Schwimmwand unter Zugspannung in Längsrichtung erweitert und dabei das grosse Luftvolumen selbsttätig ansaugt. Weiters muss der Längsschnitt hohe Biegsamkeit aufweisen, um sich dem Wellengang anpassen zu können.
Anderseits ist der Querschnitt genügend steif auszubilden, um dem Staudruck standzuhalten.
Die geforderten Eigenschaften werden annähernd von einer der üblichen Balgkonstruktionen erreicht (Ziehharmonika).
Die Schwimmwand soll jedoch in Kammern unterteilt werden, um sie gegen Beschädigungen sicherer zu machen. Daher muss jede Kammer für sich Luft ansaugen können.
Die Erfindung besteht bei einer Schwimmwand der einleitend geschilderten Art darin, dass die Schwimmkörper aus Faltkammern bestehen, die aneinandergereiht sind und im zusammengefalteten Zustand eine geringe Lagerlänge bzw. ein geringes Lagervolumen einnehmen, während sie im
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auseinandergezogenen Zustand eine Schwimmwand grossen Rauminhaltes ergeben, wobei jede Faltkammer mit Luftansaugöffnungen versehen ist, von denen in den Faltkammern unten angeordnete Öffnungen als Flutlöcher ausgebildet sind und Öffnungen auf einer von der aufgestauten, auf dem Wasser schwimmenden Flüssigkeit nicht berührten Seite als Entlüftungsöffnungen ausgebildet sind, die in einer die Absinktiefe der Schwimmwand begrenzenden Höhe angeordnet sind.
Die Schwimmwand ragt dadurch entlang ihrer ganzen Länge genügend hoch über die Wasseroberfläche heraus und taucht genügend tief ins Wasser, um das Ausbreiten der aufgestauten schwimmenden Flüssigkeit zu verhindern. Das in den gefluteten Kammern vorhandene Wasser macht die Wellenbewegungen der Umgebung mit und zwingt dadurch die flexible Schwimmwand zur Anpassung an den Wellengang.
An Hand der folgenden schematischen Zeichnungen werden vorteilhafte Einzelheiten und Beispiele bevorzugter Ausführungsformen von erfindungsgemässen Schwimmwänden erläutert. Es stellen dar : Fig. la und b : die Druckverhältnisse an den Wandungen eines gefluteten Hohlquerschnittes beim Aufstauen einer schwimmenden Flüssigkeit, Fig. 2a und b : das Beispiel einer erfindungsgemässen Faltkammer-Grundform in schematischem Schrägriss, im geöffneten und gefalteten Zustand, Fig. 3a und b : eine weitere erfindungsgemässe Faltkammer-Grundform in schematischem Schrägriss, im geöffneten und gefalteten Zustand, Fig. 4a, bund c : eine erfindungsgemässe Faltkammer-Grundform mit grossem Verlängerungsfaktor in schematischem Schrägriss, gefaltet und auseinandergezogen und im Querschnitt, Fig. 5a und b :
die Scherbewegung eines Volumelementes im Wellengang und eine Kombination erfindungsgemässer Faltkammern zu einer vertikal scherungsfähigen Schwimmwand in schematischem Schrägriss, Fig. 6 eine erfindungsgemässe Schwimmwand mit vertikaler und horizontaler Scherungsfähigkeit in schematischem Schrägriss, Fig. 7 das Auslegen einer erfindungsgemässen, vertikal scherungsfähigen Schwimmwand über Förderbänder im Heck eines Bootes in schematischem Längsschnitt, Fig. 8 das Auslegen einer Schwimmwand während des Einkreisens einer Öllache durch zwei Boote, in einer Ansicht von oben, Fig. 9 das Auslegen einer am Tanker mitgeführten Schwimmwand durch ein Beiboot, in einer Ansicht von oben.
Dem Grundgedanken einer beliebig langen flexiblen Schwimmwand kommt der Umstand entgegen, dass eine schwimmende Flüssigkeit auch im Wellengang keine grosse Ausbreitungskräfte entwickelt.
Fig. la zeigt im Querschnitt die Druckverhältnisse an einem beispielsweise angenommenen, gefluteten und von einem Luftpolster --3-- getragenen Schwimmkörper --4--. Die tragende Flüssigkeit-l-
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höhe h2 ergibt sich aus den spezifischen Gewichten der beiden Flüssigkeiten. Für Rohölprodukte ist mit einem Bereich von h2 = (1, 1.... 1, 4)-hl zu rechnen. Daraus ergibt sich die Stau- überhöhung hs, die den Staudruck ps verursacht. Die Flutlöcher --5 und 6-- dienen dem Absinken des Schwimmkörpers, wobei Luft aus dem einseitig angeordneten Entlüftungsloch --7-- entweicht, bis die Oberfläche der Flüssigkeit-l-unterschritten ist. Dadurch wird der Tiefgang des Schwimmkörpers bestimmt.
Das grosse Gewicht der im Flutraum --8-- enthaltenen Flüssigkeit --1-- verhindert eine plötzliche Lageveränderung gegenüber den umgebenden Flüssigkeiten.
Der Schwimmkörper --4-- wird dadurch gezwungen, die Wellenbewegungen der umgebenden Flüssigkeiten mitzumachen, wobei keine nennenswerten Zusatzkräfte an den Wandungen auftreten.
Fig. 1b zeigt den Differenzdruck pd entlang des Profils.
Auch eine Kette gefluteter Schwimmkörper, die von Schiffen geschleppt wird, ist bei geeigneter Bemessung gezwungen, dem Wellengang zu folgen, selbst wenn das Schleppschiff starke Zugspannungen ausübt.
Grundsätzlich sind viele Querschnitte und Materialkombinationen für Schwimmwände denkbar, doch werden nur einige bevorzugte Beispiele beschrieben, die der Forderung nach Biegsamkeit und geringem Lagerraum. entgegenkommen, um sie auf Tankern und Schiffen des Gewässerschutzes mitführen zu können und in der Nähe von Bohrinseln und schutzbedürftigen Ufern bereitzuhalten.
Als besonders geeignet erweist sich das in Fig. 2a und b als Beispiel angeführte Faltkammersystem. Die Faltkammer --9-- weist in diesem Fall entsprechend Fig. 2b die herstellungstechnisch günstige Form eines geschlossenen, rechteckigen Sackes auf und besteht aus elastischem Material.
Die Flutlöcher --5 und 6-- liegen in den tiefsten Eckpunkten. Das einseitig angeordnete Entlüftungsloch --7-- bestimmt die gewünschte Eintauchtiefe.
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Die faltbaren Flächen sind durch trapezförmige Rahmen oder Platten bis zu den strichliert eingezeichneten Kanten --10, 11,12, 13-- versteift. Ein oder mehrere biegsame Zugseil-14- laufen durch das im Kräfteschwerpunkt liegende Entlüftungsloch --15-- und sind mit den Mittelkanten --16-- so verbunden, dass dadurch die grösste Ausdehnung jeder Kammer begrenzt wird. Zugspannungen beim Auslegen im Wellengang, beim Schleppen und Verankern wirken daher nur auf das Zugseil. Die sackähnlichen Faltkammern sind it ihrem faltbaren Material entlang der Mittellinie in der Länge der Trapezseite --12-- wasserdicht verbunden. Sie haben vergleichsweise geringe Kräfte aufzunehmen. Im ausgelegten Zustand entsprechend Fig. 2a ergibt sich eine Pfeilerform, die das Teilen von Brechern begünstigt.
In einer andern Faltkammerkonstruktion entsprechend Fig. 3a und b sind die Pfeilerspitzen - 17 und 18-- aus Fig. 2 nach innen geklappt.
Im gefalteten Zustand ergeben sich am oberen und unteren Ende der Kammer je eine nach innen geschlagene elastische Tasche in Reckteckform. Die Taschen sind durch ihre Dreieckflächen - 19 und 20-- fest mit den steifen Wandflächen verbunden. Alle andern Funktionen bleiben unver- ändert.
Eine andere beispielsweise Faltkammer einer erfindungsgemässen Schwimmwand zeigt Fig. 4a bis c. Sie weist einen hohen Verlängerungsfaktor auf, indem sie die Ausdehnung auf grössten Rauminhalt überschreitet. Sie kann je nach Material selbsthaltend ausgeführt werden. Die im Querschnitt angeordneten Rahmen --21-- dienen der Befestigung von Flutgewichten --22--. Sie können gegebenenfalls durch Zugseile --14-- zur Festigung der Kanten --23-- verbunden werden. Die Faltkammern grenzen entlang der ganzen Querschnittsfläche --24-- wasserdicht aneinander. Fig. 4c zeigt den Querschnitt der voll ausgezogenen Faltkammer und ein Verankerungsseil --35--.
Bei Schwerstkonstruktionen für hochwandige, steif armierte Schwimmwände ergeben sich besondere Bauweisen, die den Scherbewegungen im Wellengang Rechnung tragen. Fig. 5 zeigt, dass ein prismatisches Volumelement --36-- während seiner elliptischen Bewegung im Auf und Ab der Wellen Scherungen unterworfen ist. Legt man die bisher lotrecht gezeichneten Faltkammern waagrecht und ordnet mehrere übereinander an, so erhält man die in Fig. 5 schematisch gezeigte scherungsfähige Schwimmwand. Die durch die Scherungen verursachten Volumänderungen in den Faltkammern --9-- werden als Druckschwankungen in den Luftpolstern der Stirnseiten der einzelnen Kammern aufgenommen. Lotrecht übereinanderliegende Kammern sind durch entsprechende Druckausgleichsöffnungen zu gemeinsamen Flutsystemen verbunden.
Kommt es bei schweren Konstruktionen auf volle Biegsamkeit an, so können scherungsfähige Faltkammern und 9'-abwechselnd waagrecht und lotrecht aneinandergefügt werden, wie Fig. 6 als Beispiel zeigt. Je besser sich die Schwimmwand den Scherbewegungen der gefluteten Volumelemente anpasst, desto geringere Kräfte treten in ihren Wandungen auf. Die erforderliche Festigkeit ergibt sich daher nicht aus den Scherungskräften, sondern hauptsächlich aus dem Flächendruck der in Fig. 1 gezeigten Stauüberhöhung hs.
Fig. 7 zeigt schematisch das Auslegen einer scherungsfähigen Schwimmwand --25-- über zuggeregelte Förderbänder --26--. Im Ladebereich-a-des fahrenden Frachters --27-- rollen die
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--9-- langsamFaltkammern --9-- u. nter der Zugspannung der auslaufenden Schwimmwand Luft an und öffnen sich auf das volle Volumen. Im Hängestück --d-- entsteht durch Scherung in der Kammer ein Überdruck. Die Kammern kommen dadurch prall gefüllt aufs Wasser und sinken im Bereich --e-- auf die Fluttiefe ab. Im Bereich --f-- haben sie bereits volle Staufähigkeit. In einem Frachter oder Tanker lassen sich neben der andern Ladung mehrere Rumpflängen dicht gefalteter Kammern unterbringen.
Bei einem Verlängerungsfaktor von 1 : 20 und einer Ölstauhöhe von 4 m genügt schon eine Lagerlänge von 54 m, um eine Ölmenge von zirka 300000 t einschliessen zu können, wobei die Stau- überhöhung nur 80 cm beträgt.
Fig. 8 zeigt das Auslegen einer Schwimmwand --25-- bei gleichzeitigem Einkreisen und Aufstauen einer Öllache --28--. Die beiden Boote-29 und 30-- schliessen einen Kreis um den leckgeschlagenen Tanker --31-- oder eine undichte Öl-Bohrstelle. Die beiden Enden der Schwimmwand werden öldicht miteinander verbunden.
Fig. 9 zeigt das Auslegen einer am Tanker --32-- mitgeführten Schwimmwand --25-- durch ein
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Beiboot --33--. Der Kreis der Schwimmwand --25-- wird durch öldichtes Verbinden der Schwimm- wandstirnfläche --34-- mit dem in der Schwimmwand eingebauten Verbindungsstück --37-- geschlossen. Das Bild veranschaulicht, dass bei rechtzeitigem Auslegen der Kreis der Schwimmwand geschlossen werden kann, bevor sich Öl aufstaut oder davontreibt. Sobald sich das Öl im geschlossenen Umfang der Schwimmwand aufzustauen beginnt, stellt das Absaugen durch Bergungsschiffe kein technisches Problem dar. Die Absaugrohre können an geeignete Absaugbojen oder an Oberlaufkammern in der Schwimmwand gelegt werden.
Je höher der Staudruck des Öles ansteigt, desto mehr spannt sich die Schwimmwand zu einem kreisförmigen Ölbecken, das an Tauen gehalten oder verankert werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schwimmwand zum Eingrenzen und Aufstauen von auf dem Wasser schwimmenden Flüssigkeiten, bestehend aus Schwimmkörpern aus luftdichtem, faltbarem, teilweise versteiften Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmkörper (4) aus Faltkammern (9) bestehen, die aneinandergereiht sind und im zusammengefalteten Zustand eine geringe Lagerlänge bzw.
ein geringes Lagervolumen einnehmen, während sie im auseinandergezogenen Zustand eine Schwimmwand grossen Rauminhaltes ergeben, wobei jede Faltkammer mit Luftansaugöffnungen versehen ist, von denen in den Faltkammern unten angeordnete Öffnungen als Flutlöcher (5,6) ausgebildet sind und Öffnungen auf einer von der aufgestauten, auf dem Wasser (1) schwimmenden Flüssigkeit (2) nicht berührten Seite als Entlüftungsöffnungen (7) ausgebildet sind, die in einer die Absinktiefe der Schwimmwand begrenzenden Höhe angeordnet sind.