DE102006031059A1 - Wabentankerkonstruktion - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bedeutet nicht nur eine erhöhte Sicherheit für den Transport von gefährlichen Flüssigkeiten, sondern stellt auch in Hinsicht des Tankschiffbaus eine revolutionäre neue Konstruktionsidee dar. Für unter Druck stehende verflüssigte Gase könnte eine ähnliche Konstruktion in Betracht gezogen werden, indem die sechseckigen Waben (Zellen) durch Druckzylinder aus Stahlrohren ersetzt werden. Infolge der vielfachen Gleichheit von Bauteilen (Waben (Zellen) und Ventile) kann eine weitgehende Automatisierung der Fertigung erreicht werden, was zur teilweisen Kompensation der eventuellen Mehrkosten führen wird. Die Wabenkonstruktion begünstigt den heute im Schiffbau üblichen Vorzusammenbau von großen Einheiten in den überdachten Hallen und den späteren Einbau im Dock mit schweren Bockkränen. Infolge des einfachen Einbaus von Heizschlangen (elektrisch oder Heißdampf) in die Ventilstößel kann jede Zelle individuell beheizt werden und so die Be-/Entladezeiten erheblich verkürzen. Die ca. fünf Mal größeren Sammeltanks (22) sind in der Mitte des Rumpfes und somit vor Beschädigungen weitaus geschützt. Selbst wenn alle drei Sammeltanks beschädigt würden, so würden nur ca. 4% der gesamten Rohölladung auslaufen. Das wäre der Fall, wenn der Tanker auf ein Riff läuft, wie im Falle der "Exon Valdez". Die meisten Unfälle sind aber Kollisionen, bei denen die Seitenwände des Tankers aufgerissen werden (Zusammenstöße). In diesem Fall werden bei der Wabenkonstruktion nur wenige ...

Description

• Der zunehmende Transport von Rohöl mit Tanker der Bauweise der 60 und 70er Jahre, nämlich Einhüllentanker, haben Umweltkatastrophen größten Ausmaßes verursacht. Oft waren es nur geringfügige Kollisionen wobei Millionen Tonnen von Rohöl ins Meer liefen. Seit 1990, nach dem Exon Valdez Unfall, haben die USA den OPA (Oil Polution Act) in Kraft gesetzt und Doppelhüllentanker gefordert, aber die Übergangsfristen laufen noch bis 2015. Ab dann darf Rohöl nur noch in Doppelhüllentanker transportiert werden. Diese Art von Tanker sind sicherer bedeuten aber auch eine erhebliche Verteuerung des Schiffskörpers, die damit gewonnene Sicherheit im Falle von Kollisionen ist aber dagegen nur gering. Es hängt lediglich von der Wucht des Aufpralls bei einer Kollision ab ob die zweite Hülle beschädigt wird oder nicht und das Rohöls wie bisher ausläuft. Die vorliegende Erfindung, bei der der Laderaum in eine Vielzahl von Waben (21) (Zellen) aufgeteilt wird, absorbiert infolge der höheren Flexibilität des Schiffskörpers die Aufprallwucht um ein Vielfaches und beschränkt außerdem das Auslaufen von Rohöl auf ein Minimum. Diese Wabenkonstruktion kann auch in vorhandene Einhüllentanker eingebaut werden, was aus wirtschaftlicher Sicht wesentlich billiger käme wie ein Neubau mit Doppelhülle, bei der ja nur die Seitenwände doppelt ausgeführt werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt eben diese Aufgabe zugrunde, die Wucht des Aufpralls zu mindern und das Auslaufen von Rohöl bei Beschädigung des Schiffsrumpfes auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass der Laderaum des Schiffes in sechseckige Waben (Zellen) gegliedert wurde. Diese Waben (Zellen) sind unten mit Kanälen verbunden, die alle in die sog. Sammeltanks fuhren. Jede dieser Waben (Zellen) hat ein entsprechendes Kegelventil welches vorzugsweise hydraulisch, aber auch, mechanisch geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Drei Waben (Zellen) sind jeweils zu einer Ventileinheit zusammengefasst. 1 und 2. Im Falle einer Beschädigung des Schiffsrumpfes kann also nur soviel Rohöl auslaufen als Waben (Zellen) beschädigt sind. Hat ein Tanker z.B., wie in den Zeichnungen gezeigt, 400 Waben (Zellen) und es werden bei einer Kollision zehn davon beschädigt, was eine Länge von 30 bis 40 m des Rumpfes bedeutet, dann laufen eben nur 2,5% Rohöl aus und nicht 30%, wie es bei anderen Schiffen der Fall ist. Ein Auseinanderbrechen des Rumpfes, wie es schon in mehreren Fällen geschah, ist bei einer Wabenkonstruktion fast unmöglich. Die Waben (Zellen) haben von ihrer geometrischen Form und Anordnung her eine natürliche Flexibilität und kann somit die größten Verformungen widerstehen. Sollte dennoch der Rumpf eines solchen Wabentankers, entzwei brechen, so ist es sehr wahrscheinlich, dass beide Teile solange schwimmfähig bleiben bis diese geborgen werden können.
• Diese Wabenkonstruktion erübrigt die herkömmliche Spanten und Rippenkonstruktion, die notwendig ist um den Schiffsrumpf auszusteifen. Überschlägige Berechnungen haben ergeben, dass bei der Wabenkonstruktion (21) (einschl. Ventilstößel (11) und Abdeckung (1-3), im Vergleich mit einem Doppelhüllentanker, nur ein Mehraufwand von Stahl von ca. 7% nötig ist. In der überschlägigen Berechnung wurde die Blechdicke der Waben (Zellen) (21) mit 6 mm ermittelt und ein 80 bis 100000 BRT Tanker zu Grunde gelegt. Die statische Festigkeit (Trägheitsmoment über die x-x Achse, maßgebend beim Wellenreiten) ist um ca. 35% größer wie die eines Doppelhüllentankers. Das Trägheitsmoment über die y-y Achse ist bei beiden Typen fast identisch. Eine genaue statische Berechnung eines Schiffsrumpfes mit Wabenkonstruktion ist sehr schwierig aufzustellen und es bedarf Versuche mit Modellen um brauchbare empirische Werte zu erhalten. Bei ähnlichen Versuchen an anderen Projekten hat sich aber gezeigt, dass diese Art von Konstruktion in der Praxis ein vielfaches mehr an Verformung aufnehmen können, wie man theoretisch ermittelt.
• Der geringfügige Mehraufwand von Stahl infolge der Wabenkonstruktion, unter gleichzeitiger Beachtung der Einsparung von Spanten und Rippen, kann in der Herstellung zum Teil kompensiert werden. Die Herstellung der Waben (21) (Zellen) kann infolge der Gleichheit gut automatisiert werden und in großen Einheiten in den Rumpf eingebaut werden. Alle Werften bevorzugen heute große Einheiten, die sie in der Halle vorfertigen und dann mit schweren Dockkrane in den Rumpf einbauen. Die vorliegende Wabenkonstruktion ist für diese Bauweise besonders gut geeignet. Aus statischen Überlegungen wurde eine sechseckige Wabenkonstruktion gewählt, weil diese bei einseitiger Belastung nur Zugspannungen aufweist und somit mit relativ dünnwandigen Blechwänden ausgeführt werden kann. Ebenso kann die Herstellung der Ventileinheiten automatisiert werden, da alle Systeme gleich sind.
• Wie in 5 gezeigt können jeweils drei Waben (Zellen) individuell be/entladen werden. Hierfür sind Kegelventile (13) mit langen Ventilstößel (11), die vorzugsweise mittels einer hydraulischen (4) oder mechanischen (23) Vorrichtung bewegt werden, vorgesehen. Als Stößel (11) sind Stahlrohre vorgesehen, die Auslassöffnungen (15) haben und somit beim Füllen ebenfalls volllaufen. Oben sind Entlüftungsöffnungen (8) vorgesehen. Wenn erforderlich können in diesen Stahlrohre Heizschlangen mit Heißdampf oder Elektroheizkörper eingebaut werden. Die Vorrichtungen der Ventilmechanismen befinden sich über Deck und werden mit einer Schutzhaube (1/3) abgedeckt. Die Anordnung dieser Abdeckhauben erfolgt derart, dass eine geschlossene und einheitliche Decksansicht gewährleistet wird. 4.
• Die Befüllung der Waben (21) (Zellen) kann über die Schiffseigenen Rohrleitungen (26), mit entsprechenden Bypässen der Pumpen, oder direkt von Off-shore Anlagen in die entsprechenden Sammeltanks (22) erfolgen. Die Entleerung erfolgt vorzugsweise über die schiffseigene Entladeanlage.
• Die wirtschaftliche Betrachtung der Erfindung ergibt, dass die Bauweise einer Wabenkonstruktion auf jeden Fall materialaufwendiger und damit auch teurer wird wie selbst Doppelhüllentanker. Vorläufig geschätzte Mehrkosten dürften sich bei 7 bis 12% der Gesamtkosten des Tankers bewegen. Um wie viel diese Konstruktion dann wirklich teurer wird kann erst nach empirischen Versuchen, wenn die statischen Erfordernisse genauer festgelegt werden können, ermittelt werden. Dagegen stehen die Kosten einer Umweltverschmutzung wie z.B. Exon Valdez 1989 in Alaska, der Tanker "Erika 1999 vor der Bretagne, oder kürzlich die "Prestige" 2002 vor der Küste Spaniens. Die "Erika brach bei rauer See buchstäblich auseinander, was bei einer Wabenkonstruktion fast nicht der Fall sein kann und wenn doch, immer noch zwei schwimmfähige Teile erhalten bleiben, die gegebenenfalls zu bergen sind, oder bestenfalls auch umgepumpt werden können.
• Von 1969 bis 2002 gab es 16 schwere Tankerunfälle wobei ca. 1,5 Millionen Tonnen Rohöl ausliefen. Die Kosten für die Beseitigung dieser Verschmutzungen werden von der ITOPF (Eine Vereinigung der Tankschiff Eigner) mit über 15 Milliarden US $ angegeben, davon war die Exon Valdez mit 9,5 Milliarden US $ der größte Batzen. Umweltschäden weit entfernt von Küsten entziehen sich einer Aufarbeitung ohnehin. Fest steht, dass künftig für die Verhinderung von Umweltkatastrophen, verursacht durch Tankerunfälle, mehr Geld ausgegeben werden muss, ohne dass die Kosten für die Säuberung gegengerechnet werden.
• Die beiliegenden Zeichnungen 1 bis 10 zeigen:
• 1 Einen Längsschnitt des Tankschiffes.
• 2 Einen horizontalen Schnitt des Tankschiffes mit der Ventilanordnung, den Rohrleitungen und den Ab und Zulaufkanälen.
• 3 Querschnitt des Tankschiffes
• 4 Eine perspektivische Ansicht eines Schiffsteiles mit der Decksansicht
• 5 Eine Detailansicht der Ventilanordnung mit der Abdeckhaube
• 6, 7, 8 Details der Ventilanordnung, Oben, Mitte und Unten.
• 9 Variante, Draufsicht eines mechanischen Ventilmechanismus mit Kettenantrieb
• 10 Variante, Detail eines Schraubventils

1

Blechabdeckung der Ventilmechanismen

2

Service Öffnung in der Abdeckhaube

3

Stahlträgerrahmen

4

Hydraulische Presse

5

Kopfplatte über drei Ventilstößel

6

Längsträger der Abdeckhaube

7

Stopfbüchse

8

Entlüftungsöffnung

9

Mittlere Führungschelle der Ventilstößel

10

Führungsbleche, Mitte

11

Ventilstößel, Rohre

12

Untere Führungschelle

13

Kegelventilkörper

14

Im Wabenboden eingeschweißter Dichtring

15

Aus und Einlauföffnungen der hydraulisch bewegten Ventilstößel

16

Boden der Ab und Zulaufkanäle

17

Variante, Aus und Einlauföffnungen der mechanisch bewegten Ventilstößel

18

Variante, Schraubventilkopf

19

Variante, im Wabenboden eingeschweißter Gewindering

20

Aus und Einlauföffnungen der mechanisch bewegten Ventilstößel

21

Wabe (Zelle)

22

Sammeltank

23

Variante, mechanischer Antrieb

24

Variante, Antriebskette

25

Ab und Zulaufkanäle

26

Be und Entladeleitungen, Rohre

27

Schiffseigene Pumpen

Claims (8)

1. Eine Konstruktion für Öltanker welche von der herkömmlichen Bauweise völlig abweicht, einen bisher unerreichten sicheren Transport von Rohöl garantiert und gleichzeitig aus statischer Sicht einen weitaus flexibleren und stabileren Schiffskörper darstellt, 1, der im Falle einer Havarie, infolge seiner Wabenbauweise, ein Auseinanderbrechen fast gänzlich ausschließt, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der herkömmlichen Spanten und Rippenkonstruktion zur Aussteifung des Schiffsrumpfes, sechseckige Waben (21) (Zellen) verwendet werden. Diese Waben (21) (Zellen) dienen sowohl der Aussteifung des Schiffsrumpfes sowie der vielfältigen Aufteilung der Ladung, die dann, im Falle einer Kollision das Auslaufen von Rohöl auf ein extremes Minimum reduziert, da nur der Inhalt jener Waben (Zellen) (21) auslaufen kann die unmittelbar durch die Kollision beschädigt wurden, was im günstigsten Fall des in der Zeichnung dargestellten Tankers (1 Zelle beschädigt) 0,2% und in einem ungünstigeren Fall (10 Zellen beschädigt) 2,5% betragen kann.
2. Eine Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je drei Waben (21) (Zellen) mit drei Ventilstößel (11) versehen sind und mit einer hydraulisch (4) oder mechanisch (23, 24) ausgerüsteten Vorrichtung individuell geöffnet oder geschlossen und somit beliebig be/entladen werden können. 5, 6, 7 und 8.
3. Eine Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Waben (21) (Zellen) unten im bekannten Doppelboden von Schiffen mit entsprechenden Kanälen (25) verbunden sind, die alle zu den jeweiligen Sammeltanks (22) in die Mitte des Schiffsrumpfes führen. In 1, 2, 3 und 4 rot gekennzeichnet.
4. Eine Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Rohrleitungen (26) im bekannten Doppelboden, unter den Wabentanks (21), von den Sammeltanks (22) über den Pumpenraum (Maschinenraum) zu den bekannten Be/Entladeanschlüssen an Deck des Schiffes führen. In 1, 2, 3 und 4 grün gekennzeichnet.
5. Eine Konstruktion nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstößel (11) aus Stahlrohre bestehen, die Aus bzw. Einlauföffnungen (15) besitzen, welche beim Füllen bzw. Entleeren für den nötigen Luftausgleich (8) sorgen, selbst auch gefüllt werden können, wenn erforderlich mit Dampf oder Elektroheizschlangen versehen werden können und die oben in einer Stopfbüchse (7), in der Mitte (9) und unten (12) in mechanischen Führungen gleiten. 5, 6, 7 u. 8.
6. Eine Konstruktion nach Anspruch 1, 2 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der hydraulischen (4) bzw. mechanischen (23, 24) Bewegungsvorrichtungen auf dem Schiffsdeck derart angeordnet sind, dass diese mit einer Abdeckhaube (1, 3), die gleichzeitig auch zur Aufnahme der Bewegungsvorrichtungen (4, 23, 24) dienen, versehen werden und dadurch auch gleichzeitig ein homogenes Bild des gesamten Schiffsdecks darstellen. 1, 3, 4, 5 und 6,
7. Eine Konstruktion nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (13, 14) als Kegelventile, bzw. Bei der Variante als Schraubventil (18, 19) so gewählt und angeordnet wurden, dass diese ihre Funktion auch im extremsten Fall noch erfüllen können. 5 und 8.
8. Eine Konstruktion nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Schließen der Ventile auch mittels einer Drehvorrichtung (23, 24) geschehen kann, dazu wurde ein Schraubventil (18, 19) 10 gewählt. Die Drehung der Ventilstößel erfolgt mittels eines Kettenantriebs (23, 24) auf dem Schiffsdeck. 9.