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Die Erfindung betrifft eine passive Schiffsstabilisierungsanlage mit
einem sich quer zur Längsachse des Schiffes erstreckenden, allseitig geschlossenen
und mit Wehrmitteln versehenen Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme einer Stabilisierungsflüssigkeit
mit freier Oberfläche.
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Es sind passive Schiffsstabilisierungsanlagen mit freier Oberfläche
und quer zur Längsachse des Schiffes durchlaufendem Behälter bekanntgeworden, bei
denen im Behälter Trennwände vorgesehen sind, die Öffnungen mit beschränktem Querschnitt
oder Düsen aufweisen. Beim Durchtritt der Stabilisierungsflüssigkeit durch diese
Öffnungen bzw. Düsen während eines Rollvorganges wird der Stabilisierungsflüssigkeit
Energie entzogen und auf diese Weise die gewünschte Phasenverschiebung der Stabilisierungsflüssigkeit
und damit die Stabilisierungswirkung erreicht.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verbindungskanal mit freier
Oberfläche und Düsenbildung an den Enden des Kanals verwendet.
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Es ist weiterhin ein Tank bekannt, der eine passive Schiffsstabilisierungsanlage
darstellt, die von den Elementen des Frahmschen Schlingertanks in Anwendung auf
den vorher beschriebenen Tank Gebrauch macht. Diese Anlage besteht aus zwei Flügeltanks,
die durch einen verengten Kanal verbunden sind, der eine freie Oberfläche erlaubt.
Parallel zu dem mittleren Teil dieses Kanals verlaufen zwei am Behälterboden angeordnete,
die Flüssigkeit drosselnde vollständig gefüllte Verbindungskanäle. In der Mitte
des Verbindungskanals mit freier Oberfläche sind zur Trennung der in den Flügeltanks
befindlichen Flüssigkeitsmassen Wehrmittel in kompliziertem Aufbau vorgesehen, die
aus einer fiachbodigen Kanalerweiterung und einer quer durch diese und den Kanal
selbst verlaufenden, sich vom jeweiligen Kanalboden erhebenden, bis zur Flüssigkeitsoberfläche
ragenden Wehrstauwand bestehen. über das Wehr kann bei Rollbewegungen des Schiffes
die in den Flügelbehältern befindliche Dämpfungsflüssigkeit übertreten; der durch
das Wehr verursachte Energieentzug ist aber im Verhältnis zu dem Energieentzug in
den unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden Kanälen gering. Diese Anlage weist gegenüber
anderen passiven Stabilisierungsanlagen den zusätzlichen Nachteil auf, daß sie einen
vielteiligen Aufbau mit schwer zu übersehendem Schwingungsverhalten hat.
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Sämtliche bisher bekanntgewordenen passiven Stabilisierungsanlagen
mit durchlaufendem Tank und durchlaufender freier Oberfläche arbeiten jedoch unbefriedigend
bei großen Schiffen mit langen Schlingerperioden. Bei derartigen Schiffen muß die
Höhe des Flüssigkeitsstandes im Stabilisierungstank notwendigerweise niedrig sein,
damit bei den langen Schlingerperioden die zur Stabilisierung erforderliche Schwingungsabstimmung
erreicht wird. Die aus diesem Grunde gewählte geringe Höhe der Stabilisierungsflüssigkeit
bringt im Betrieb jedoch die Gefahr mit sich, daß während der Schlingerbewegungen
des Schiffes der Boden des Stabilisierungstanks auf einer Seite trocken läuft. Daraus
ergibt sich eine Verkleinerung der freien Oberfläche und damit des aufbringbaren
Moments bezogen auf die Tankfiüssigkeitsmenge.
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Auch bei den bekannten Anlagen der beschriebenen Art auftretende starke
reflektierte Wellen werden durch die bekannten Einrichtungen nicht genügend gedämpft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine passive Stabilisierungsanlage
der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln derart auszugestalten, daß
die vorstehenden Nachteile des Auftretens reflektierter Wellen und des Trockenlaufens
vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer passiven Stabilisierungsanlage der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem mit im wesentlichen
gleichbleibenden Querschnitt über seine Längserstreckung verlaufenden Flüssigkeitsbehälter
als Dämpfungsmittel zwei quer zur Behälterlängsrichtung angeordnete, sich vom Behälterboden
aus erhebende Wehrstauwände vorgesehen sind, die sich von einer Seitenwand bis zur
anderen quer über den Flüssigkeitsbehälter erstrecken und an den Behälterenden Abteile
begrenzen, und daß der Behälter im Ruhezustand mindestens bis zum Bereich der Wehrkrone
und höchstens so weit gefüllt ist, daß eine überfallwehrwirkung entsteht. Die vorstehend
gekennzeichnete Schiffsstabilisierungsanlage ermöglicht in einfacher Weise die Lösung
des gestellten Problems, da durch den Einbau der Wehrstauwände eine höhere Füllung
des Stabilisierungstanks als ohne die Stauwände möglich ist, wodurch die vorstehend
erläuterten Nachteile vermieden werden. Die überfallwehrwirkung im Sinne der Erfindung
ist so lange gegeben, wie Flüssigkeit von einem höheren statischen Energieniveau
über das Wehr hinwegstürzt. Durch die überfallwehrwirkung wird die durch den überfall
beschleunigte Flüssigkeit in der ruhigeren Flüssigkeit verwirbelt, wobei durch innere
Reibung in der Flüssigkeit deren Bewegungsenergie entzogen wird. Die Energieentziehung
durch die überfallwehrwirkung ist gegenüber den bekannten Maßnahmen zur Dämpfung
der schwingenden Flüssigkeit insbesondere bei großen Anlagen sehr vorteilhaft, weil
so auf einfache Weise die Energie großer Flüssigkeitsmassen entzogen werden kann,
ohne daß dadurch der Umfang des Massentransports, der für die Stabilisierungswirkung
wesentlich ist, wesentlich beeinträchtigt wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Wehrstauwände in
der Höhe einstellbar ausgebildet werden. Auf diese Weise ist es ohne Schwierigkeiten
möglich, verändertenDämpfungserfordernissen durch Änderung der Wehrhöhe Rechnung
zu tragen.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen passiven
Stabilisierungsanlage an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 im Vertikalschnitt ein Schiff mit der Anordnung der Stabilisierungseinrichtung,
F i g. 2 in größerem Maßstab in Draufsicht eine Ausführungsform der Stabilisierungseinrichtung,
F i g. 3 die Stabilisierungseinrichtung in einem Vertikalschnitt nach der Linie
3-3 der F i g. 2 und F i g. 4 schaubildlich die Stabilisierungseinrichtung nach
den F i g. 2 und 3.
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Gemäß F i g.1 ist eine Stabilisierungseinrichtung 10 für Schiffe unterhalb
von Decks 12 des Schiffes 14 quer angeordnet. Wenn die Stabilisierungseinrichtung
10 teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann sie eine passive Stabilisierung
bewirken, wenn Rollkräfte auf das Schiff 14 ausgeübt werden. Die
Stabilisierungseinrichtung
weist einen Tank (Flüssigkeitsbehälter) 16 auf, der Seitenwände 18 und 20 und Endwände
22 und 24 besitzt. Damit ein Verspritzen der Flüssigkeit verhindert wird, kann der
Tank 16 eine Decke haben oder die Seitenwände können zwischen zwei Decks angeordnet
sein, so daß das obere Deck als Decke verwendet wird. Durch die Anordnung der Stabilisierungseinrichtung
quer zum Körper des Schiffes 14 wird der größtmögliche Hebelarm der Flüssigkeit
erzielt. Die Stabilisierungseinrichtung ist so proportioniert, daß das Gewicht der
Flüssigkeit, die im Bereich eines Endteils des Tanks verdrängt wird, zur Erzeugung
eines Rückstellmoments genügt, das imstande ist, der Bewegung des Schiffes in einem
Bereich von Seezuständen entgegenzuwirken. Die in dem Tank befindliche Flüssigkeit
hat eine freie Oberfläche und kann sich unter der Wirkung der Bewegung des Schiffes
bewegen. Wenn daher die Flüssigkeit die Momentenkraft erzeugt hat, die dem Rollen
des Schiffes entgegenwirkt, nimmt die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsmasse zu,
so daß die Flüssigkeitsmasse beginnt, sich in der Querrichtung durch den Tank zu
dessen entgegengesetztem Ende hin zu bewegen. Wie nachstehend beschrieben ist, wird
ein Teil der kinetischen Energie der sich bewegenden Masse von den Wehrstauwänden
26 und 28 absobiert, so daß keine starke reflektierte Welle erhalten wird. Die vom
Behälterboden sich erhebenden Wehrstauwände 26 und 28 sind senkrecht zu der Strömungsrichtung
der Flüssigkeit in dem Tank angeordnet und setzen der Strömung der Flüssigkeit in
dem Tank einen Widerstand entgegen.
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In der Stabilisierungseinrichtung kann jede Flüssigkeit verwendet
werden, die eine genügende Dichte und genügend niedrige Viskosität hat, so daß sie
ohne weiteres in dem Tank 16 strömen kann. Beispielsweise können in dem Stabilisierungsbehälter
Seewasser, Süßwasser, Bunkeröl oder flüssiges Frachtgut verwendet werden. Nach der
Konstruktion des Stabilisators und seinem Einbau in das Schiff kann durch Veränderung
des Flüssigkeitsstandes in dem Stabilisierungstank dieser auf verschiedene Zustände
der See und des Schiffes abgestimmt werden. Das bedeutet im Zusammenhang mit der
Ausführung des Widerstandes als Wehrstauwand aber, daß der Behälter im Ruhezustand
mindestens bis zum Bereich der Wehrkrone und höchstens so weit gefüllt ist, daß
eine überfallwehrwirkung entsteht.
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Zur Erzeugung eines Rückstellmoments muß das Moment gegenüber den
Kräften, welche die See auf das Schiff ausübt, beträchtlich phasenverschoben sein.
Die Wirkungsweise der Stabilisierungseinrichtung wird nachstehend beschrieben. Es
sei angenommen, daß eine Welle so auf das Schiff auftrifft, daß das Schiff rollt
und dabei die Seite 30 gehoben und die Seite 32 aesenkt wird. Wenn sich die Seite
30 hebt, setzen die Wehre 26 und 28 der Strömung, der Flüssigkeit in dem
Behälter 16 von dem durch die Wehre be#o-renzten Abteil 34 an dem einen Behälterende
zu dem Abteil36 an dem anderen Behälterende einen Widerstand entgegen. Wenn die
Seite 30 sich ihrer höchsten Stellung nähert, ist in der Stabilisierungseinrichtung
eine solche hydrostatische Druckhöhe verbanden, daß die Flüssigkeit über das Wehr
26 zu dem Abteil 36 hin strömt. In der höchsten Stellung der Seite 30 hat die Flüssigkeit
die größte potentielle Energie. Die . Kraft des hydrostatischen Drucks übt auf das
Schiff ein Rückstellmoment aus. Die Potentialenergie der in dem Abteil 34 befindlichen
Flüssigkeit wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn die Flüssigkeitsmasse beginnt,
über das Wehr 26 zu dem Abteil 36 hin zu fließen. Wenn sich die Seite 30 senkt und
das Schiff sich durch eine horizontale Lage bewegt, fließt die Flüssigkeit infolge
ihrer kinetischen Energie weiter zu dem Abteil 36 hin, so daß sich Flüssigkeit
in dem Abteil 36 sammelt, wenn die Kräfte der See oder die Rollkräfte trachten,
den dem Abteil 36 zugehörigen Teil des Schiffskörpers zu heben. Wenn die
Masse der Flüssigkeit an dem Abteil 36 ankommt, wird ein Teil ihrer kinetischen
Energie von dem Wehr 28 absorbiert. Das Wehr 28 setzt ferner einer reflektierten
Welle einen Strömungswiderstand entgegen. Infolgedessen verhindert das Wehr 28 eine
sofortige Umkehrung der Flüssigkeitsströmung, wenn sich die Seite 32 des Schifes
hebt. so daß die Flüssigkeit ein Rückstellmoment ausübt. das dem Heben der Seite
32 entgegenwirkt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, solange die See auf den Schiffskörper
Kräfte ausübt.
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Der Querschnitt der Wehrstauwände kann dreieckig, rechteckig oder
trapezförmig sein.
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Ferner versteht es sich. daß die Höhe des Wehrs 26 und die Höhe des
Wehrs 28 entsprechend dem gewünschten Flüssigkeitsstand in dem Tank 16 eingestellt
werden kann.