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Tankstabilisierungsanlage mit veränderlicher Eigenfrequenz Gegenstand
der Erfindung ist eine Anlage zur Dämpfung der Schwingbewegung schwimmfähiger Körper,
insbesondere von Schiffen, unter Verwendung von teilweise mit Flüssigkeit gefüllten
Stabilisierungstanks, die nach Art kommunizierender Röhren über mindestens einen
Verbindungskanal miteinander verbunden sind, unter Verwendung von Mitteln zur Veränderung
des Strömungsquerschnitts im Strömungskanal. Solche Schlingerdämpfungsanlagen sind
in vielen Ausführungen bereits bekannt. Die Stabilisierungswirkung solcher Systeme
basiert auf dem Prinzip des Doppelpendels. Das Dämpfungsoptimum wird im Resonanzfall
erreicht, wenn nämlich die Eigenfrequenz der schwingenden Flüssigkeitssäule in den
Stabilisierungstanks gleich der Frequenz des schwingenden Schiffes ist. In diesem
Fall stellt sich ein stationärer Schwingungszustand ein, bei dem die Flüssigkeitssäule
immer in den sich aufwärts bewegenden Teil der Tankanlage strömt, wodurch in jeder
Phase ein in Größe und Richtung optimales Stabilisierungsmoment entsteht. Da die
Schwingungsdauer des Schiffes von verschiedenen, nicht konstanten Faktoren abhängig
ist, wie z. B. der Ladung des Schiffes, der Frequenz des Seegangs und der Fortpflanzungsrichtung
der Wellen zur Fahrtrichtung, vermögen die bekannten Stabilisierungsanlagen mit
Tanks und nicht verstellbarer Dämpfungsanlage eine nur unvollkommene Schiffsstabilisierung
zu erzielen. Sollte sich z. B. die Frequenz des schwingenden Schiffes ändern, so
nimmt die stabilisierende Wirkung bei unveränderter Tankanlage nach beiden Seiten
des Resonanzpunktes hin ab, die Winkelausschläge des schwingenden Schiffes nehmen
zu und werden von einem bestimmten Wert sogar größer als bei einem Schiff ohne Stabilisierungsanlage,
so daß sich unter Umständen durch den Schlingertank ein gefährliches Aufschlingern
des Schiffes ergeben kann.
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Solche Schlingerdämpfungsanlagen nach der Art des Schlingertanks sind
als Frahmsche Schlingertanks seit langem bekannt. Wegen der unzureichenden Stabilisierung
solcher Anlagen ergibt sich die Notwendigkeit, die Eigenfrequenz der Dämpfungsanlagen
jeweils den Frequenzen der Schwingbewegungen des Schiffes anzupassen.
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So ist eine Anordnung beschrieben, in der die beiden Seitentanks zusätzlich
über eine Luftdrosselleitung, die durch Ventile oder Klappen geschlossen werden
kann, miteinander verbunden sind.
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Es ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei der die Tankflüssigkeitsbewegung,
die durch die zu dämpfenden Schiffsschwingungen hervorgerufen wird, durch eine Abschließvorrichtung
in der Luftdrosselleitung gesteuert wird. Durch einen Drosselvorgang wird in den
beiden Tanks ein unterschiedlicher Druck eingestellt, der jeweils eine bestimmte
Höhe der Flüssigkeitssäule zur Folge hat. Jede Drosselung aber bewirkt, daß die
Dämpfungswirkung des Systems abnimmt, da mit der Abbremsung der schwingenden Tankflüssigkeit
dieser ein gewisses Maß an Energie entzogen wird. Es ergibt sich eine Minderung
des Stabilisierungsmomentes.
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Unter anderem wird vorgeschlagen, den Verbindungskanal in mehrere
vertikale Teilkanäle zu unterteilen. Der Strömungsquerschnitt des gesamten Verbindungskanals
läßt sich durch Drosselschleber verändern. Auch hierfür gilt die nachteilige Wirkung
einer Drosselung.
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Es ist außerdem bekannt, den Boden des Verbindungskanals zwischen
den seitlichen Tanks zur Verstellung des Strömungsquerschnitts giebeldachförmig
von der Mitte her anzuheben. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt vom Eintritt
in den Verbindungskanal zur Mitte hin zunehmend verengt, und er erweitert sich im
selben Maße von der Mitte zum Austritt hin. Bei dieser Lösung, die die Strömungsverhältnisse
im Verbindungskanal dahingehend verbessert, daß bei einer Verstellung der schwingenden
Flüssigkeitssäule in der Tankanlage weniger Energie entzogen wird, als es bei reiner
Drosselung der Fall ist, bringen in bestimmten Bereichen kleine Änderungen der Verstellhöhe
schon große Änderungen der Eigenfrequenz der Schlingerdämpfungsanlage. Dies liegt
unter anderem daran, daß die Form des Strömungskanals mit jeder Verstellung verändert
wird. Damit ergeben sich für jede Verstellhöhe voneinander abweichende Strömungsverhältnisse.
Da durch den First des Giebeldaches eine genau definierte
engste
Stelle im Strömungsquerschnitt vorgegeben ist, treten in bestimmten Fällen eine
vorzeitige Strömungsablösung und Wirbelbildung auf. Diese hat Strömungsverluste
zur Folge, wodurch, wie in den schon beschriebenen bekannten Lösungen, das Stabilisierungsmoment
der Schlingerdämpfungsanlage verringert wird. Außerdem treten durch diese Turbulenz
Schwankungen der eingestellten Eigenfrequenz in der Dämpfungsanlage auf.
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Ein weiterer Vorschlag beschreibt einen Verbindungskanal, der durch
mehrere horizontale Leitbleche unterschiedlicher Länge in mehrere Teilkanäle unterteilt
ist. Durch entsprechende Verstellelemente, wie z. B. Schieber oder Klappen, wird
eine Veränderung des Strömungsquerschnittes vorge-nommen.
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Zur Beseitigung der vielen Nachteile schlägt nun die Erfindung eine
Schlingerdämpfungsanlage vor, bei der die Basis und der untere Teil der Schenkel
der inneren U-förmigen Begrenzungswand der Tankeinrichtung als einteilig starrer
und in vertikaler Richtung gleichmäßig verstellbarer Körper ausgebildet sind. Zur
Einstellung verschiedener Eigenfrequenzen der Dämpfungsanlage wird der ganze Körper,
der z. B. als Ponton ausgeführt werden kann, vertikal verstellt. Daraus ergibt sich
direkt der Vorteil, daß die Form des Strömungskanals in jeder Einstellung beibehalten
wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine feinfühlige Veränderung
der Eigenfrequenz des Dämpfungssystems bei geringem mechanischem Aufwand möglich
ist.
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In weiterer Ausgestaltung schlägt die Erfindung vor, daß die innere
U-förnüge Begrenzungswand in an sich bekannter Weise, in Strömungsrichtung gesehen,
von der Mitte des Verbindungskanals zu beiden Enden hin nach oben gekrümmt ist,
derart, daß sich der Verbindungskanal zu beiden Enden diffusorförmig erweitert.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Form des Pontons ergeben sich im Verbindungsknal
nahezu ideale Strömungsverhältnisse. Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen
zur Veränderung des Verbindungskanals tritt hier bei der Veränderung des Strömungsquerschnittes
nur eine geringe Drosselung auf und damit ein entsprechend geringer Energieverlust
der Strömung.
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In der Zeichnung ist schematisch die erfindungsgemäße Anlage zur Dämpfung
der Schwingbewegung eines Schiffes gezeigt. Im Querschnitt ist ein Schiffskörper
mit dem Deck 10, der Außenhaut 11 und dem Boden 12 zu sehen. In dem
Schiffskörper sind beid" seitig Tanks 13 und 14 angeordnet, die zum Teil
mit einer Flüssigkeit 15, z. B. öl oder Ballastwasser, gefüllt sind.
Die Tanks 13 und 14 sind über einen Verbindungskanal 16, der sich
von der Mitte zu beiden Enden hin diffusorförmig erweitert, miteinander verbunden.
Der Verbindungskanal 16 kann, was hier nicht gezeigt ist, durch vertikale
Teilungsbleche in mehrere vertikale Kanäle unterteilt werden. Der Verbindungskanal
16 hat, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit 15 gesehen, überall einen
rechteckigen Strömungsquerschnitt. Die Basis und der untere Teil der Schenkel der
inneren U-förmigen Begrenzungswand sind von der Mitte zu beiden Seiten, in Strömungsrichtung
gesehen, nach oben gekrümmt
und werden von einem gleichmäßig vertikal verstellbaren
Ponton17 gebildet, die untere ebene Begrenzungsfläche von dem Schiffsboden12 und
die beiden seitlichen, ebenfalls ebenen Begrenzungsflächen durch hier nicht gezeigte
seitliche Abschlußbleche. Eine Luftdrosselleitung 18, in der die Stellung
einer Klappe 19 den Drosselquerschnitt bestimmt, verbindet die beiden Tanks
13 und 14. Die zur Veränderung des Durchströmquerschnitts des Verbindungskanals
16 senkrechte Verstellung des Pontons 17 geschieht entweder mechanisch
mit I-Elfe von Spindeln oder, wie hier aufgezeigt, mittels hydraulischer Verstellzyader
20, die sich gegen einen Körper 21, der am Deck 10 befestigt ist, abstützen.
Zur mittigen Führung des verstellbaren Pontons 117 sind an diesem Führungsspindeln,
von denen nur eine Spindel 22 zu sehen ist, befestigt. Die Führungsspindel 22 bewegt
sich in einer Führungs-und Paßbuchse 23, die an dem Stätzkörper 21 befestigt
ist.
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Durch die Diffusorform des Strömungskanals ist die Strömungsgeschwindigkeit
und die Eigenfrequenz der schwingenden Flüssigkeit bestimmt. Zweckmäßigerweise wird
die obere Begrenzungsfläche des Strömungskanals auf die am häufigsten auftretende
Schiffsfrequenz in der Ausführung abgestimmt. Die erfindungsgemäße Schiffsstabilisierungsanlage
ist für den Einbau einer Aktivierung geeignet.