DE10315294A1 - Rolldämpfungsanlage für Schiffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rolldämpfungsanlage für Seeschiffe, die während ihrer Fahrt der Gefahr des parametrischen Rollens ausgesetzt sind. Sie besteht aus mindestens zwei leistungsgleichen Rolldämpfungstanksystemen nach der Bauart von Frahm, bestehend aus je zwei Seitentanks an Backbord und Steuerbord, die an ihrer Unterseite durch einen ein Fluid führenden Querkanal und an der Oberseite durch einen Luftkanal miteinander verbunden sind. An der Oberseite aller Seitentanks befinden sich je ein Luftein- und Austrittsventil und ein Drucklufteinlassventil. Beide Systeme sind teilweise mit einem Fluid, vorzugsweise Wasser, gefüllt. Die Füllung der beiden Systeme ist antimetrisch. Bei einem der beiden Systeme ist der Backbordtank bis zur maximalen Füllgrenze gefüllt und der Steuerbordtank ist leer, bei der anderen Anlage ist es umgekehrt. Das Fluid wird durch Unterdruckbildung an der Oberseite im Tank durch geschlossene Luftventile festgehalten. Beide antimetrisch gefüllten Tanksysteme bilden kein Krängungsmoment für das Schiff. Die Luftventile werden durch Stellglieder betätigt, die von einem Steuersystem mit Messfühlern aktiviert werden. DOLLAR A Bei Eintritt des Gefahrenfalls des parametrischen Rollens, signalisiert durch eine Messeinrichtung, wird das Luftventil des entsprechenden Tanks mit dem festgehaltenen Fluid geöffnet und es füllt sich der Tank auf der entgegengesetzten Seite, so dass durch die damit erreichte Unsymmetrie der beiden Tanks in Bezug auf das Schiff ...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Verminderung der Rollbewegung von Schiffen im Seegang, speziell des parametrischen Rollens und der dabei möglichen parametrischen Resonanz, bestehend aus zwei bekannten gemeinsam gesteuertem Frahmschen Tanksystemen gleicher Leistungsgröße. Jedes der beiden Tanksysteme besteht aus einem Seitentank an jeder Schiffsseite, einem Fluidkanal, der die Unterseite der beiden Seitentanks miteinander verbindet und einem Luftkanal, der die beiden Seitentanks an der Oberseite miteinander verbindet.
• Die beiden Tanksysteme sind jedes für sich teilweise mit einem Fluid gefüllt.
• Derartige Tanksysteme sind seit langen bekannt und kommen in Schiffen zur in Anwendung, um die im Seegang auftretenden Rollbewegungen zu verringern. Dabei können die Tanksysteme einzeln oder auch zu mehreren in den Schiffen eingesetzt sein, abhängig von den Leistungsanforderungen und Einbaumöglichkeiten.
• Diese Tanksysteme wirken durch das Verschieben von Flüssigkeitsmassen der Schiffsrollbewegung entgegen, indem die verschobenen Flüssigkeitsmassen Gegenmomente zu den Rollmomenten aufbauen. Die Tanksysteme können ungesteuert, mit frei schwingenden Flüssigkeitsmassen arbeiten oder gesteuert, wobei dann die Schwingung der Tankflüssigkeit der unterschiedlichen Rollschwingung des Schiffes angepasst wird.
• Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung des Rollens bei Schiffen, DE 100 45 921 A1 , bei dem zwei miteinander kommunizierende Behälter teilweise mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt sind. Das verbleibende Volumen der Behälter ist unter Druck mit Gas gefüllt. Bei beginnender parametrischer Resonanz wird durch Druckausgleich mit der Umgebung die Arbeitsflüssigkeit in einem Behälter angehoben und damit ein der Rollresonanz entgegenwirkendes Moment erzeugt. Von Nachteil bei diesem System ist, daß die Tanks stets unter Druck stehen müssen und damit abhängig von der Tankgröße zur Sicherung der Festigkeit Drucktanks benötigt werden.
• Neben der normalen Rollbewegung des Schiffes in seitlich anrollender See, die durch die oben angegebenen Tanksysteme vermindert wird, kann bei bestimmten Schiffstypen entsprechender Größe und unter bestimmten Seegangsbedingungen ein parametrisches Rollen auftreten.
• Dabei kommen die Wellen in der Regel von vorn oder hinten, ohne eine der üblichen Rollbewegungen bei seitlich anlaufender See zu verursachen. Unter dabei ungünstigen bekannten Bedingungen, bei denen kurzzeitig die Querstabilität des Schiffes stark abfällt, kann es zu plötzlichen starken Krängungen des Schiffes kommen. Bei kurz aufeinander folgenden Wiederholungsfällen, der parametrischen Resonanz, können infolge der dabei auftretenden hohen Querbeschleunigungen am Schiff große Schiffs- und Ladungsschäden entstehen.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, technische Voraussetzungen und ein Verfahren zu schaffen, wodurch Erscheinungen wie das parametrische Rollen und die parametrische Resonanz wirkungsvoll und zuverlässig verhindert werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Anlage im Anspruch 1 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus zwei querschiffs angeordneten gleichgroßen oder die gleiche Leistung aufweisenden teilweise mit einem Fluid gefüllten U-förmigen Tanksystemen. Jedes Tanksystem besteht aus zwei Seitentanks, je einem angeordnet nahe einer Seitenbordwand des Schiffs, die an der Unterseite durch einen mit einem Fluid gefüllten Querkanal und an der Oberseite mit einem luftgefüllten Querkanal verbunden sind. Jeder einzelne Seitentank besitzt an der Oberseite drei Luftanschlüsse mit je einem steuerbares Absperrventil, das fernbetätigt werden kann. Ein Ventil, das Luftabsperrventil, befindet sich in dem die beiden Seitentanks verbindenden Luftkanal. Das zweite Ventil, das Entlüftungsventil, verbindet den Seitentank mit der Außenluft. Das dritte Ventil, das Druckluftventil, dient als Absperrorgan für eine Druckluftversorgung.
• Die erfindungsgemäße Anlage aus zwei U-Tanksystemen ist teilweise mit einem Fluid gefüllt, entsprechend den Anforderungen an die normale Arbeitsweise einer Rolldämpfungsanlage. Die erfindungsgemäße Anlage des Tanksystems kann auch als übliche Rolldämpfungsanlage und Krängungsausgleichsanlage genutzt werden.
• Die erfindungsgemäße Anlage der beiden Tanksysteme wird bei See- und Fahrtzuständen, die parametrisches Rollen erwarten lassen, antimetrisch mit dem Fluid gefüllt.
• Bei dem einen Tanksystem wird dazu das Fluid, das im Ruhezustand jeden Seitentank gleichmäßig entsprechend Vorgabe weniger als halb füllt, mit Hilfe von Druckluft aus dem einen Seitentank, beispielsweise Backbordtank, in den anderen Seitentank an Steuerbord befördert. Die Druckhöhe ist abhängig von der Wassersäule in den Tanks. Bei dem Backbordtank wird dazu das Druckluftventil geöffnet und die beiden anderen Luftventile sind geschlossen. Am Steuerbordtank sind das Druckluftventil und das Luftabsperrventil geschlossen und das Entlüftungsventil geöffnet. Nach Erreichen des Höchststandes, der Maximalmarke, des Fluid im Steuerbordtank wird das Druckluftventil im Backbordtank geschlossen. Alle drei Luftventile auf dem Steuerbordtank sind oder werden geschlossen. Das Entlüftungsventil und das Luftabsperrventil auf dem Backbordtank werden geöffnet. Das Fluid füllt nun den Steuerbordtank und der Backbordtank ist leer. Gleichzeitig geschieht das gleiche mit dem zweiten Tanksystem, nur antimetrisch zum ersten Tanksystem. Dann sind im zweiten Tanksystem der Steuerbordtank leer und der Backbordtank ist bis zu seiner Maximalmarke gefüllt. Beide Tanksysteme sind antimetrisch gefüllt. Für das Schiff ergibt sich daraus Momentenausgleich in Querschiffsrichtung.
• Alle Ventilbetätigungen und Fluidverschiebungen zur Tankfüllung bzw. Tankleerung erfolgen automatisch durch eine zentrale Meß- und Steueranlage.
• Beim Auftreten von parametrischem Rollen, gemessenen durch hohe Winkelbeschleunigungen in Schiffsquerrichtung, wird bei dem Tanksystem mit dem gefüllten Seitentank auf der sich nach unten bewegenden Schiffsseite das Entlüftungsventil geschlossen und die beiden Luftabsperrventile im Luftkanal geöffnet. Dabei fließt das Fluid in diesem aktivierten Tanksystem von beiden sofort von der einen Seite zur anderen und führt gemeinsam mit der exzentrischen Anordnung des zweiten Tanksystems zu einem Gegenmoment gegen die parametrische Rollbewegung. Nach Erreichen der vollständigen Antimetrie der beiden Tanksysteme, das gesamte Fluid befindet sich auf einer Schiffsseite, werden die beiden Luftabsperrventile im Querkanal des zweiten Tanksystems geöffnet und die beiden Tanksysteme arbeiten im Gleichklang als übliche gesteuerte Rolldämpfungsanlage.
• Nach Beseitigung des parametrischen Rollens, wenn die Schiffsrollbewegung abgeklungen ist, werden beide Tanksysteme wieder in die beschriebene antimetrische Ausgangsposition gebracht.
• Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Anlage durch eine Vorrichtung betätigt, die die Ventile und die Drucklufterzeugung automatisch steuert. Geeignete Sensoren dienen dabei zur Ermittlung der richtigen Zeitpunkte für das Öffnen und Schließen der Ventile. Sie messen den Rollwinkel, die Rollwinkelgeschwindigkeit und die Rollwinkelbeschleunigung des Schiffs.
• Erfindungsgemäß kann zusätzlich eine Erhöhung des Wirkungsgrads der beiden Tanksysteme erreicht werden, um dem sehr schnell auftretenden parametrischen Rollen zu begegnen, indem beim Freigeben des Fluids im gefüllten Seitentank zusätzlich eine kurzzeitige Druckluftbeaufschlagung erfolgt, um die Geschwindigkeit des Fluids bei der Bewegung durch den Querkanal zum anderen Seitentank zu beschleunigen. Dafür sind entsprechende Steuerungen der Ventile vorzunehmen. Dazu bleiben das Entlüftungsventil und das Luftabsperrventil auf dem gefüllten sich abwärtsbewegenden Seitentank geschlossen und das Druckluftventil wird geöffnet. Gleichzeitig wird bei dem sich aufwärts bewegenden leeren Seitentank das Entlüftungsventil geöffnet. Luftabsperrventil und Druckluftventil bleiben hier geschlossen. Der weitere Steuervorgang folgt dem üblichen Programm der Rolldämpfung. Die Druckluftaktivierung ist nur einmal notwendig, um das parametrische Rollen schon bei Beginn zu unterdrücken. Die kurzzeitig zugeführte Druckluft entspannt sich sofort mit dem Überströmen des Fluids in den gegenüberliegenden Tank und führt dadurch nicht zu einer Druckbeaufschlagung des Tanks, die die normale Wasserbelastung bei voller Tankfüllung übersteigt.
• Eine weitere erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gegeben, daß anstelle der Druckluftversorgung eine Vakuumanlage angeordnet wird. Das Füllen des jeweiligen Seitentanks bis zur maximalen Höhe geschieht in diesem Fall durch Absaugen der in dem Tank über dem Fluid befindlichen Luft. Die gesamte Steuerung der Ventile und der Ablauf der Rolldämpfung geschieht dabei analog wie oben beschrieben.
• Der Vorteil einer Vakuumanlage besteht darin, daß die Seitentanks und Verbindungsleitungen keine Druckverstärkungen benötigen und die Tanks nur für den vorhandenen Wasserdruck dimensioniert werden müssen.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Füllen und Leeren der Tanks anstelle durch Druckluft oder Vakuum durch Fluidpumpen vorzunehmen.
• Die erfindungsgemäße Anlage wird anhand der beigefügten Zeichnungen an einem Beispiel erläutert.
• 1 zeigt die perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zweier U-förmiger Tanksysteme A, B mit antimetrischer Tankfüllung in Vorbereitung auf das parametrische Rollen. Die beiden Seitentanks 1a, 1b bzw. 2a, 2b der beiden Tanksysteme A, B sind durch fluidgefüllte Querkanäle 3 an der Unterseite und durch luftgefüllte Querkanäle 4 an Oberseite miteinander verbunden. Die Luftkanäle 4 sind durch jeweils zwei Ventile 5a, 5b, 6a, 6b absperrbar. Auf den Seitentanks 1a, 1b, 2a, 2b befinden sich absperrbare Entlüftungsventile 7a, 7b, 8a, 8b an den Luftaustrittsöffnungen und Druckluftventile 9a, 9b, 10a, 10b. Im System A ist der rechte oder Steuerbordseitentank 1b bis zur Maximalgrenze 11 mit dem Fluid 13 gefüllt während der linke oder Backbordseitentank 1a bis zur Minimalgrenze 12 geleert ist. Im System B ist der linke oder Backbordseitentank 2a bis zur Maximalgrenze 11 mit dem Fluid gefüllt während der rechte oder Steuerbordtank 2b bis zur Minimalgrenze 12 geleert ist. In diesem Zustand sind im Tanksystem A auf dem rechten Seitentank 1b das Entlüftungsventil 7b und das Druckluftventil 9b geschlossen. Ebenso ist in dem Luftkanal 4 das Luftabsperrventil 5b geschlossen. Auf dem linken Seitentank des Tanksystems A ist das Entlüftungsventil 7a offen und das Druckluftventil 9a geschlossen. Analog ist die Situation bei dem Tanksystem B.
• Im Fall der Aktivierung des Tanksystems A, wenn sich die rechte oder Steuerbordseite durch die Rollbewegung absenkt, wird ein geschlossener Kreislauf gebildet. Das Entlüftungsventil 7a auf dem linken oder Backbordseitentank 1b wird geschlossen und gleichzeitig werden die Luftabsperrventile 5a, 5b im Luftkanal 4 geöffnet. Das Fluid bewegt sich durch die Schwerkraft vom Steuerbordseitentank 1b in den Backbordseitentank 1a und bildet so ein auf der Backbordseite wirkendes Moment, das die schon vorhandene Momentenwirkung des Tanksystems B verstärkt. Diese Wirkung beginnt bereits in wenigen Sekunden, wichtig beim Wirken gegen das parametrische Rollen. Die Betätigung der Ventile erfolgt durch eine nicht dargestellte Steuerung nach einem entsprechenden Steuerprogramm. Ebenfalls nicht dargestellt sind die Meßgeber, die das Steuerprogramm aktivieren.
• 2 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Tanksystem A nach 1 mit den beiden Seitentanks 1a, 1b, dem fluidgefüllten Querkanal 3 an der Unterseite der beiden Seitentanks 1a, 1b und dem Luftkanal 4 mit den beiden Luftabsperrventilen 5a, 5b und den Druckluftzuführungen 9a, 9b sowie die Entlüftungsventile 7a, 7b. Das Fluid 13 befindet sich in der ungestörten Ausgangslage mit ausgeglichenem Spiegel 14.
• 3 zeigt das gleiche erfindungsgemäße Tanksystem A nach 1 im Querschnitt im aktivierten Zustand. Danach wurde das Fluid 13 mit Druckluft in der Ansicht vom rechten Seitentank 1b in den linken Seitentanks 1a gedrückt. Beim System B geschieht das entgegengesetzt. Damit befindet sich die gesamte Anlage des Schiffes in der vorgespannten Lage mit der maximalen Füllhöhe 11 im linken Seitentank 1a und der minimalen Füllhöhe 12 im rechten Seitentank (beim System B entgegengesetzt) In diesem noch passivem aber vorgespannten Zustand sind alle Ventile 5a, 5b, 7a, 7b, 9a, 9b geschlossen und dieser Zustand wird durch das entstehende Vakuum über dem Fluidspiegel 11 im linken Seitentank bis zur notwendigen Aktivierung gehalten. Der rechte Seitentank 1b ist ohne Druckbeaufschlagung. Beim Beginn eines parametrischen Rollens und damit einer notwendigen Aktivierung der Anlage werden die Luftabsperrwentile 5a, 5b im Luftkanal 4 und das Entlüftungsventil 7b auf dem rechten Seitentank gleichzeitig geöffnet. Das Fluid 13 strömt dadurch infolge seiner Eigenmasse vom linken Seitentank 1a über den Querkanal 3 zum rechten Seitentank 1b.
• Um die für die schnelle Reaktion beim parametrischen Rollen wichtige Masseverlagerung zu beschleunigen, erhält das Fluid 13 durch kurzzeitiges Öffnen des Druckluftventils 9a eine kurze Druckbeaufschlagung.

Claims (7)

1. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach dem Prinzip des Frahmschen Tanks, bestehend aus wenigstens zwei Tanksystemen (A, B) gleicher Leistung, wobei die Tanksysteme (A, B) aus zwei Seitentanks (1a, 1b, 2a, 2b) bestehen, verbunden an der Unterseite durch einen mit Fluid (13) gefüllten Kanal (3) und an der Oberseite durch einen Luftkanal (4) und wobei jedes Tanksystem (A, B) zum Teil mit einem Fluid (13) vorzugsweise Wasser gefüllt ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolldämpfungsanlage aus wenigstens zwei Tanksystemen (A, B) gleicher Leistung besteht, die über eine Steuerung miteinander verbunden sind und zusammen oder getrennt betrieben werden können.
2. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 1, durch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Tanksysteme (A, B) ein geschlossenes System ist, antimetrisch gefüllt mit einem Fluid (13) derart, daß der eine Seitentank (1b, 2a) mit dem Fluid (13) gefüllt und der andere Seitentank (1a, 2b) leer ist, und daß diese Antimetrie durch Absperrorgane in den beiden Tanksysteme aufrechterhalten wird, und daß beide Tanksysteme (A, B) einen symmetrischen Lastzustand für das Schiff herstellen.
3. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steueranlage vorhanden ist, durch deren Steuerbefehle an entsprechende Absperrorgane die beiden Tanksysteme (A, B) in einen unsymmetrischen Lastzustand in Bezug auf die Symmetrieachse des Schiffes versetzt werden und daß dieser Lastzustand bis zur Umkehr der Rollbewegung aufrecht erhalten wird und daß die weitere Steuerung der beiden Tanksysteme (A, B) als normale Rolldämpfung erfolgt.
4. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tanksysteme (A, B) an der Oberseite der Seitentanks steuerbare Druckluftzuführungen (9a, 9b, 10a, 10b) besitzen, mit denen der antimetrische Ausgangszustand hergestellt werden kann.
5. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tanksysteme (A, B) zur Herstellung des unsymmetrischen Lastzustandes durch Druckluft beschleunigt werden.
6. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranlage durch Sensoren gesteuert wird, die die Schiffsbewegungen, speziell die Rollbewegungen beim pariametrischen Rollen, erfassen.
7. Rolldämpfungsanlage für Schiffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Druckluftzuführung eine Vakuumerzeugungsanlage vorgesehen ist.