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Die
Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Behälter eines
Tank-Schiffes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Wie
sich aus 8 ergibt, weist ein Tank-Schiff
nach dem Stand der Technik einen Rumpf 1 mit etwa U-förmigem Querschnitt
und ein Deck 2 auf. Im Rumpf 1 ist ein Tank 3 mit
prismatischem Querschnitt angeordnet, der in der Regel achteckig
ausgebildet ist. Die horizontale Boden-Wand 4, die ebenfalls
horizontale Deck-Wand 5 und die beiden vertikalen Seiten-Wände 6, 7 sind
jeweils mit unter einem Winkel von etwa 45° zur jeweiligen Wand 4 bis 7 schräg angestellten
Verbindungs-Wänden 8, 9, 10, 11 miteinander
verbunden. Alle Wände 4 bis 11 sind
eben ausgebildet. Bei einen derartigen prismatischen Querschnitt
aufweisenden Tanks 3 treten hohe Belastungen der Seiten-Wände 6, 7 und
auch der oberen Verbindungs-Wände 9, 10 auf,
die auf die Bewegungen der Flüssigkeit
im Tank 3 zurückgehen.
Derartige sehr starke Flüssigkeits-Bewegungen
treten zwangsläufig
aufgrund der Bewegungen des Schiffs auf. Diese als Sloshing-Belastungen
der Wände
des Tanks 3 bezeichneten Kräfte führen zu Verformungen der Wände insbesondere
in den Eck-Bereichen 12 zwischen den miteinander verbundenen
Wänden 4 bis 11.
Wenn die Tanks 3 ausgekleidet sind, und zwar mit wärmedämmendem
und/oder mit abdichtendem Material, führen die genannten Belastungen
und Verformungen zu großen
Abdichtungsproblemen gerade in den Eck-Bereichen 12.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flüssigkeits-Tanks der gattungsgemäßen Art
so auszugestalten, dass die Belastung der Behälterwände in Folge der in den Tanks
sich bewegenden Flüssigkeiten
verringert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
sind keinerlei Eck-Bereiche vorhanden, in denen besonders hohe Belastungen
auftreten könnten.
Aufgrund der relativ spitz zulaufenden Decke des Tanks ist die Oberfläche der
Flüssigkeit
im Tank bei einer üblichen
90%igen Füllung
des Tanks im Vergleich zu den bekannten Tanks mit prismatischem Querschnitt
deutlich reduziert, so dass die erwähnten Sloshing-Effekte nur
in stark reduzierter Form auftreten können. Der Tank weist in seinem
Haupt-Bereich konstanten Querschnitt in Zylinder-Form auf, d. h. seine
Wand wird durch parallel zu sich selbst verschobene Mantellinien
gebildet, die stetig, also ohne Knickstelle, auf einer geschlossenen
Linie verschoben werden.
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Die
Ansprüche
2 und 3 geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Zylinder-Querschnitts wieder.
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Anspruch
4 gibt eine Ausgestaltung eines End-Bereichs des Tanks wieder, die
von der Querschnitts-Gestaltung abgeleitet ist. Die quer zur Längsrichtung
auftretenden positiven Effekte, d. h. die Reduktion von Sloshing-Belastungen, treten
hiermit auch in den End-Bereichen des Tanks ein. Anspruch 5 gibt
in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung an, bei der der sich verjüngende Querschnitt des
Schiffes im Bug- und Heck-Bereich berücksichtigt wird.
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Die
Ansprüche
6 und insbesondere 7 geben wieder, dass der erfindungsgemäß gestaltete
Tank auch in besonders einfacher Weise mit dichtendem und insbesondere
dichtendem und wärmedämmendem
Material ausgekleidet werden kann.
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Die
erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Behälter können als
selbsttragende, also unabhängige, Tanks
im Rumpf eines Tank-Schiffes angeordnet werden. Sie können aber
auch als nicht selbsttragende und daher in den Rumpf des Schiffes
integrierte Tanks eingebaut werden, insbesondere als Innenhülle in sogenannten
Doppelhüllen-Tank-Schiffen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Es zeigt
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1 einen
Querschnitt durch ein Tank-Schiff mit einem Flüssigkeits-Behälter
nach der Erfindung in schematischer Darstellung,
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2 den
Flüssigkeits-Behälter nach 1 mit
einer Unterteilung in einzelne Abschnitte entsprechend der Schnittlinie
II-II in 5,
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3 eine
Darstellung entsprechend 2 mit einer aus Paneelen gebildeten
Auskleidung,
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4 einen
vertikalen Teil-Längsschnitt durch
einen Flüssigkeits-Behälter nach
den 1 bis 3 entsprechend der Schnittlinie
IV-IV in 5,
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5 eine
Draufsicht auf den Behälter
nach 4 entsprechend dem Sichtpfeil V in 2,
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6 einen
Querschnitt durch einen Flüssigkeits-Behälter mit
einem abgewandelten End-Bereich,
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7 eine
Teil-Draufsicht auf den Behälter nach 6 und
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8 einen
Querschnitt durch ein Tank-Schiff mit einem Flüssigkeits-Behälter
nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.
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Wie
sich aus den 1 und 2 ergibt, weist
ein Tank 13 nach der Erfindung einen deutlich veränderten,
aber den Raum innerhalb des Rumpfes 1 angenähert in
gleicher Weise wie beim Stand der Technik ausfüllenden Querschnitt auf, wobei
lediglich das Deck 14 zur Mitte hin etwas stärker hochgezogen ist.
Der Tank 13 weist einen ebenen Boden-Abschnitt 15 auf,
an den sich beidseitig spiegelsymmetrisch zwei teilzylindrisch gekrümmte Seitenwand-Abschnitte 16, 17 anschließen. An
die Seitenwand-Abschnitte 16, 17 schließen sich
nach oben erste ebene Dach-Abschnitte 18, 19 an,
die nach oben aufeinander zulaufen. An diese schließen sich
wiederum teilkreiszylindrisch gekrümmte zweite Dach-Abschnitte 20, 21 an,
die ebenfalls nach oben aufeinander zulaufen. Diese zweiten Dach-Abschnitte 20, 21 sind mittels
eines gekrümmten
First-Abschnittes 22, gleichsam also einem Schlussstein,
miteinander verbunden. Wie die Zeichnung erkennen lässt, gehen alle
Abschnitte 15 bis 21 einschließlich des First-Abschnittes 22 stetig,
also ohne Knickstelle, ineinander über. Der in der Länge gleichbleibende
Querschnitt ist also zylindrisch.
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Wie
aus 2 hervorgeht, weisen die teilzylindrisch gekrümmten Abschnitte,
also die Seitenwand-Abschnitte 16, 17 und die
zweiten Dach-Abschnitte 20, 21 identische
Krümmungs-Radien
r auf. Die drei Krümmungs-Mittelpunkte 23, 24, 25 des
Seitenwand-Abschnitts 16, des Seitenwand-Abschnitts 17 und
der beiden Dach-Abschnitte 20, 21 bilden die Eckpunkte
eines gleichschenkligen Dreiecks, dessen Seiten 26, 27, 28 jeweils
parallel zum Boden-Abschnitt 15 bzw. zum ersten Dach-Abschnitt 18 und zum
zweiten Dach-Abschnitt 19 verlaufen und eine Länge aufweisen,
die identisch ist mit der jeweiligen Breite a bzw. b des Boden-Abschnitts 15 und
der beiden ersten Dach-Abschnitte 18, 19. Die
in 2 dargestellten Seiten 26, 27, 28 des
Dreiecks und die Projektionslinien zu den Abschnitten 15, 18, 19 sind naturgemäß nur gedachte
Linien. Wie 2 weiterhin erkennen lässt, erstrecken
sich die Seitenwand-Abschnitte 16, 17 vom
Boden-Abschnitt 15 nach oben jeweils über einen Seitenwand-Umfangs-Winkel α, für den gilt:
130° ≤ α ≤ 160°. Da sich alle
gekrümmten
Abschnitte 16, 17, 20, 21 und 22 zusammen über einen
vollen Kreis-Umfang von 360° erstrecken,
gilt für
den oberen Dach-Umfangswinkel β: β = 360° – 2α, woraus
folgt: 40° ≤ β ≤ 100°. Wie sich
anschaulich aus 2 ergibt, ist bei einer üblichen
90%igen Füllung
des Innenraums 29 eines Tanks 13 mit Flüssigkeit
die freie Oberfläche 30 der Tank-Füllung aufgrund
des relativ spitzen Zulaufs des Tanks 13 im oberen Bereich
deutlich geringer als bei der klassischen Ausgestaltung nach 8,
so dass die Sloshing-Belastungen deutlich geringer sind.
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Wie
sich aus 3 ergibt, ist der Tank 13 mit einer
Auskleidung 31 aus lediglich dichtendem Material oder dichtendem
und wärmedämmendem
Material versehen. Lediglich dichtendes Material wird eingesetzt,
wenn die zu transportierenden Flüssigkeiten 29 Umgebungstemperatur
aufweisen. Dichtendes und wärmedämmendes
Material wird eingesetzt, wenn Flüssig-Gas transportiert werden soll. Die Auskleidung 31 kann
weiterhin durch eine Vor-Ort-Dämmung
aus Spritzschaum gebildet sein oder aus Paneelen, wie sie in 3 angedeutet
sind. Der geschilderte Aufbau des Tanks 13 erfolgt in dem
zylindrischen Bereich, in dem er über seine Länge einen identischen, in den 1 bis 3 dargestellten Querschnitt
aufweist, lediglich mit drei Arten von Paneelen. In diesem Fall
besteht die Auskleidung 31 im Bereich des Boden-Abschnitts 15 und
der ersten Dach-Abschnitte 18, 19 aus identischen
ersten Paneelen 32, wobei die Breiten a und b der Abschnitte 15, 18, 19 ganzzahlige
Vielfache der Breite c jedes Paneels 32 sind.
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Die
Seitenwand-Abschnitte 16, 17 und die zweiten Dach-Abschnitte 20, 21 sind
mit zweiten Paneelen 33 ausgekleidet, deren Krümmung dem Krümmungs-Radius
r angepasst ist, so dass sie an den Seitenwand-Abschnitten 16, 17 bzw.
den zweiten Dach-Abschnitten 20, 21 des Tanks 13 anliegen. Ihre
Außenumfangs-Breite
d ist jeweils für
alle Paneele 33 identisch. Die Umfangs-Erstreckung e der Seitenwand-Abschnitte 16, 17 und
die Umfangs-Erstreckung f eines zweiten Dach-Abschnittes 20 und die
Umfangs-Erstreckung
g des anderen zweiten Dach-Abschnittes 21 sind jeweils
auch ein ganzzahliges Vielfaches der Außenumfangs-Breite d der Paneele 33.
Der First-Abschnitt 22 wird dann mit einem eigenständigen First-Paneel 34 ausgekleidet. Übliche Breiten
c bzw. d der Paneele 32, 33 liegen in der Praxis
im Bereich von 2,0 bis 3,0 m. Aus Gründen der Einfachheit der Verlegung
sind in der Praxis insbesondere die ebenen ersten Paneele 32 quadratisch ausgebildet.
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Die 4 und 5 zeigen
die Gestaltung des Tanks 13 an seinen Enden. Bei dieser
Ausführungsform
entspricht der End-Bereich 35 des Tanks 13 im
vertikalen Längsschnitt
gemäß 4 einem halben
Querschnitt gemäß 2.
Der End-Bereich 35 wird also gleichsam durch 180°-Rotation
einer halben Querschnittsumrandung gemäß 2 um eine vertikale
Mittel-Achse 36, die in 1 bis 3 gleichzeitig
auch die Symmetrieachse ist bzw. eine Symmetrieebene in Längsrichtung
des Tanks 13 definiert, gebildet, wie sich auch aus 5 ergibt.
An den ebenen Boden-Abschnitt 15 schließt sich also ein halbkreisförmiger Boden-End-Abschnitt 37 an. Die
beiden Seitenwand-Abschnitte 16, 17 werden durch
einen Rotations-End- Abschnitt 38 miteinander verbunden.
Die beiden ersten Dach-Abschnitte 18, 19 werden
durch einen 180°-Teilkegelstumpf-Abschnitt 39 miteinander
verbunden. Die zweiten Dach-Abschnitte 20, 21 und
der First-Abschnitt 22 werden durch einen schalenförmigen Abschluss-Abschnitt 40 miteinander
verbunden.
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Bei
der weiteren Ausgestaltung nach 6 und 7 ist
zwischen dem zylindrischen Tank-Abschnitt 41 des Tanks 13,
der in den 1 bis 3 dargestellt
und hierzu beschrieben ist, ein sich verjüngender, kegelstumpfförmiger Tank-Abschnitt 42 vorgesehen,
der dann in den sich über
weniger als 180° erstreckenden
End-Bereich 35' übergeht.
Die einzelnen Abschnitte des kegelstumpfförmigen Tank-Abschnitts 42 sind
mit den entsprechenden Bezugszeichen der einzelnen Abschnitte aus
dem zylindrischen Tank-Abschnitt 41 bezeichnet,
wobei jeweils dem einzelnen Bezugszeichen ein hochgesetzter Strich
hinzugefügt
ist.
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Die
einzelnen Abschnitte im End-Bereich 35' haben die gleichen Bezugszeichen
wie im End-Bereich 35, wobei auf diesen jeweils ein hochgesetzter Strich
hinzugefügt
ist. Auf die jeweilige vorangegangene Beschreibung wird verwiesen.
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Für den Boden-Abschnitt 15 einschließlich des
Boden-Abschnitts 15' und
den Boden-End-Abschnitt 37' ist
in 7 auch eine Auskleidung mit ersten Paneelen 32 und – in den
Randbereichen Teil-Paneelen – dargestellt.