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Leitungssystem für eine Tankstabilisierungseinrichtung für Schiffe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitungssystem für eine Tankstabilisierungseinrichtung
für Schiffe mit je einem Tank an jeder Seite des Schiffes, das Ventile und
eine Flüssigkeitspumpe derb art angeordnet enthält, daß der Inhalt eines Tanks steuerbar
in den anderen umgepumpt oder entleert werden kann. Zur Stabilisierung wird der
Spiegel der Ballastflüssigkeit in einem der beiden Tanks gesenkt und gleichzeitig
im anderen gehoben und damit dem von außen auf das Schiff aufgebrachten Moment ein
inneres Moment entgegengesetzt.
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Bei den bekannten Tankstabilisierungsanlagen besteht das Leitungssystem
aus einem oder mehreren parallelgeschalteten Verbindungskanälen, die unter den Flüssigkeitsspiegeln
der Tanks liegen und in deren jedem eine Verstellpropellerpumpe angeordnet ist,
bei geschlossenen Systemen außerdem aus einem oder mehreren parallelgeschalteten
Luftausgleichrohren, die über den Flüssigkeitsspiegeln liegen in deren jedem eine
Luftdrosselklappe angeordnet ist. Bei derartigen Anlagen werden Fördersinn und Leistung
der Pumpe im Takt der Schiffsschwingungen und ihrer Amplitude mittels einer Servosteuerung
geändert, die ihre Stellwerte aus dem Schlingerwinkel und seinen Ableitungen nach
der Zeit erhält. Bei passiven Systemen ist es bekannt, Ventile in den Wasserkanälen
anzuordnen, so daß die Drosselung teils in der Luftleitung, teils in der Wasserleitung
erfolgt.
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Ein Nachteil dieser aktiven Stabilisierungsanlagen ist, daß ihr Leistungsbedarf
beträchtlich und sehr unterschiedlich sein kann. Im Abstand von einigen Sekunden
treten nämlich Leistungsspitzen bei der Förderung auf. Diese für den Flüssigkeitsumlauf
erforderlichen Leistungsspitzen sollen durch die Erfindung von der Pumpe ferngehalten
und auf einen gleichmäßigen Mittelwert eingeebnet werden, der dann wirtschaftlich
geliefert werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beiden Tanks durch
zwei in an sich bekannter Weise auf gleichem Niveau liegende Verbindungskanäle und
diese untereinander durch einen dritten Kanal verbunden sind, in dem die ständig
fördernde Pumpe angeordnet ist, und daß die eine Auf- und Schließstellung aufweisenden
Ventile in den so gebildeten vier Ästen der Verbindungskanäle liegen und beim Ausgleich
von Schlingerbewegungen jeweils, bezogen auf die Schiffsseiten, paarweise gegensinnig
und über Kreuz gleichsinnig einstellbar sind. Die Ventile werden durch einen an
sich bekannten, auf Rollbewegungen des Schiffes ansprechenden Regler gestellt. Die
Pumpe arbeitet ständig und hält bei ruhiger Lage des Schiffes einen ständigen Flüssigkeitsstrom
in zwei parallelgeschalteten Kreisläufen durch das 1-förnüge Leitungssystem und
die beiden Tanks aufrecht. Bei Rollbewegungen schließen sich das Einlaßventil am
absteigenden Tank und das Auslaßventil am aufsteigenden Tank, während sich umgekehrt
das Einlaßventil am aufsteigenden Tank und das Auslaßventil am absteigenden Tank
weiter öffnen. Bei etwa gleicher Pumpleistung strömt jetzt die gesamte bewegte Flüssigkeitsmenge
in den aufsteigenden Tank, so daß das erforderliche Gegenrollmoment erzeugt wird.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sofort mit voller Förderleistung umgepumpt
wird und kein Zeitverlust dadurch entsteht, daß die Flüssigkeit erst in Bewegung
gesetzt werden muß.
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Die Erfindung kann mit Vorteil auch bei einer Stabilisierungsanlage
mit drei Tanks angewendet werden, bei der der dritte Tank in bereits vorgeschlagener
Weise als Hochtank in der Mitte des Schiffes angeordnet, jedoch mit dem Kanal an
der Druckseite der Pumpe verbunden ist.
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Die Erfindung kann ferner bei Anlagen mit offenen Tanks und atmosphärischem
Ausgleich oder bei solchen mit geschlossenen, durch ein Luftausgleichsrohr verbundenen
Tanks angewendet werden. In letzterem Fall wird vorteilhaft das Rohr, um die Bildung
eines ständigen Luftkissens unter jeder Tankdecke zu ermöglichen, in die Tanks seitlich
und
kurz unterhalb der Tankdecken eingeführt und in der Mitte etwa
um das Maß der Luftkissendicke nach oben gekröpft.
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Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnung beschrieben; in dieser sind F i g. 1 ein Grundriß des erfindungsgemäßen
Stabilisators und F i g. 2 ein Querschnitt längs der Linie 11-II in Fig.
1;
F i g. 3 ein Grundriß einer Abänderung zu F i g. 1
in Ruhestellung;
F i g. 4 der Querschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3 und F i
g. 5 eine änhnliche Darstellung wie F i g. 3, nur in Arbeitsstellung.
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In der Zeichnung, in der gleiche Nummern auf gleiche Teile
hinweisen, sind die Tanks an den Seiten des Schiffes angeordnet und ruhen auf dem
Schiffsboden 4. Die Böden der Tanks sind - in Längsrichtung des Schiffes
gesehen - am vorderen Ende durch den Kanal 5 und am hinteren Ende
durch den Kanal 6 miteinander verbunden. Ein Querkanal 7 verbindet
die Kanäle 5 und 6 und enthält eine Axialpumpe 8, deren Welle
10 von dem Elektromotor 9 angetrieben wird. Der Lieferkanal
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auf der Hochdruckseite der Pumpe ist mit Ventilen 11 und 12 versehen,
die den Zufluß des Wassers zu den Tanks 1 und 2 steuern, und im Ansaugkanal
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auf der Niederdruckseite befinden sich die Auslaßventile 13 und 14
der Tanks. In der Ausführung nach F i g. 1 werden die Ventile durch Elektromagnete
15 über Gelenke 16 betätigt. In großen Anlagen werden stärkere, z.
B. elektrohydraulische Antriebe notwendig sein. Die Ventilantriebe werden zweckmäßigerweise
von einem Rollregler 23 gesteuert.
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Die Tanks sind mit flüssigem Ballast, z. B. Waser, gefüllt, wenigstens
bis zu einer solchen Höhe, daß bei einem im Gleichgewicht befindlichen Schiff das
Leitungssystem und die Pumpe gefüllt sind.
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Wenn das Schiff keinem Rollmoment ausgesetzt ist, sind die Ventile
11 bis 14 offen, und das Wasser läuft durch die Tanks 1 und 2 um,
wie es durch die Pfeile in F i g. 1 angedeutet ist. Wenn der Regler jedoch
auf ein Rollmoment anspricht, z. B. ein Moment, das das Schiff nach Backbord
rollt, werden die Ventile 11 und 14 geschlossen, so daß das Wasser aus Tank
1 durch das offene Ventil 13 aus- und in den Tank 2 durch das offene
Ventil 12 einströmt und somit ein Gegenmoment aufbringt (F i g. 2).
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Damit die Tanks völlig geleert werden können, sind die Kanäle
5 und 6 in die Tanks 1 und 2 hinein und, wie bei 21, nach unten
in Vertiefungen oder Sümpfe 17 geführt, die in den Boden des Tanks eingelassen
sind. Der Boden ist von dort zu der dem Kanal gegenüberliegenden Seite leicht aufwärts
geneigt (F i g. 2).
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Die Tanks 1 und 2 sind oben durch ein Rohr oder einen Luftkanal
18 miteinander verbunden. Der Kanal wird seitlich in den Tank kurz unterhalb
der Tankdecke eingeführt, damit ein Luftkissen 19 erhalten bleibt, wenn der
Tank voll ist. Der Luftkanal ist in der Mitte nach oben gekröpft, um ein freies
überfließen von Wasser aus dem vollen in den leeren Tank zu vermeiden. Ein weiterer
Luftkanal oder ein Rohr20 verbindet den Wasserkana17 mit dem Luftkanal 18 und dient
zur Entlüftung des Wasserkanals, damit die Pumpe 18 blasenfrei arbeiten kann.
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Ein Entlüftungsventil 22 ist an den Luftkanal 18
angeschlossen
und sorgt für Druckausgleich bei Temperaturänderungen.
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Zur Betätigung des Systems ist der Regler 23 vorgesehen, der
auf die verschiedenen Funktionen'der Rollbewegung des Schiffes anspricht. In den
Zeichnungen ist ein Regler dargestellt, der den Rollwinkel 0, die Rollwinkelgeschwindigkeit
ö und die Rollwinkelbeschleunigung ä erfaßt. Die entsprechenden elektrischen
Signale können in jedem beliebigen Verhältnis kombiniert werden und speisen die
Elektromagnete 15 über die Zuleitungen 26, wodurch ein dem Regelsignal
proportionales, unterschiedliches Öffnen und Schließen der Ventile 11, 12,
13 und 14 bewirkt wird.
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F i g. 3, 4 und 5 zeigen in schematischer Form die Anordnung
wie in Fig. 1 und 2, jedoch mit einer Abwandlung. Der besseren übersicht
wegen ist die Darstellung der Ventile in den Zeichnungen-vereinf acht dargestellt.
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Fig, 3 und 4 zeigen die Verhältnisse, wenn das Schiff nicht
rollt. Die Ventile 10, 11, 12 und 13 sind teilweise geöffnet, und
die Pumpe hält den Umlauf des Wassers in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung
aufrecht.
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F i g. 5 zeigt die Verhältnisse, wenn das Schiff einer Beschleunigung
unterworfen ist, die ein Rollen des Schiffes nach Backbord hervorruft. Der auf Beschleunigungen
ansprechende Regler hat ein Schließen der Ventile 11 und 14 und ein Öffnen
der Ventile 12 und 13 ausgelöst. Von der Pumpe 8 wird jetzt ein starker
Strom von Wasser aus dem Tank 11 in den Tank 2 in Richtung der eingezeichneten Pfeile
erzeugt, und damit eine Kraft in dem Schiff, die der aufgebrachten Beschleunigung
entgegenwirkt. Um die Wirksamkeit gegen Beschleunigungskräfte weiter zu erhöhen,
ist ein zusätzlicher Tank 24 vorgesehen, der über dem Kanal 5 erhöht angebracht
ist und mit diesem durch die Leitungen 25 verbunden ist.
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Wenn sich das Stabilisierungssystem in der Ruhestellung (Fig.
3) befindet, wobei die Ventile 11 und 12 nur teilweise geöffnet sind,
wird von der Pumpe im Kanal 5 ein Staudruck erzeugt, durch den Wasser in
den Tank 24 hinaufgedrückt wird. Wenn als Folge einer aufgebrachten Beschleunigung
z. B. nach Backbord, wie in F i g. 5, sich das Ventil 11 schließt
und das Ventil 12 weit öffnet, sinkt der Staudruck nahezu auf Null ab, und das Wasser
im Tank 24 fließt plötzlich in den Kanal 5 ab und verstärkt impulsförmig
den Strom in den Tank 2. Das Speichern von Wasser im Tank 24 und das plötzliche
Abfließen wirkt als Ausgleich bei Drückstößen und erzielt einen ruhigeren Lauf der
Pumpe. Es ist leicht einzusehen, daß die Ventile bei einer Beschleunigung nach Steuerbord
im umgekehrten Sinn arbeiten.