DE1506264A1

DE1506264A1 - Automatisches dynamisches Verankerungssystem

Info

Publication number: DE1506264A1
Application number: DE19671506264
Authority: DE
Inventors: Pierre Aubel; Pierre Moulin
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1966-01-06
Filing date: 1967-01-05
Publication date: 1969-07-03
Also published as: US3500025A; FR1537671A; NO121131B; NL6700158A; GB1153223A

Description

INSTITUT J¹RAWOAIS DU PBTROLJi DES CARBURANTS ET LUBRIPIANTS 1 et 4, Avenue de Bois-Preau, 92-RUEIL-MALMAIS0N(Hauts-de-Seine;

Automatisches dynamiachea Verankerungaayatem

Die Erfindung betrifft ein automatiach.es dynamisches

Yerankerungaayatem, daa besondera an schwimmende Aufbauten angepasst ist, die ein zentrales ringförmiges Element aufweisen, das sich gegenüber dem Rest des Aufbaus um eine vertikale Achse frei drehen kann.

Schiffe mit einem Aufbau dieser Art sind bereits bekannt und beispielaweise in der britischen Patentschrift 1 014 beschrieben.

Die Achse des zentralen Elements eines solchen Aufbaus kann im wesentlichen in einer Einstellvertikalen, die durch einen festin Punkt am Meeresgrund geht, mit Hilfe mehrerer Kabel oder Taue gehalten werden, welche das Element mit Ankern oder auf dem Meeresgrund aufliegenden Gewichten verbinden.

lei/Ba

9Ö9827/07O

Es

Bs ist dann theoretisch möglich, das Schiff um 56ü° um das zentrale Element zu drehen, insbesondere zu dem Zweck, das Schiff entweder auf dem Kurswinkel zu halten, der für den richtigen Ablauf der vom Schiff aus durchzuführenden Operationen, ■ beispielsweise B_ohrungen, am günstigsten ist, oder auf dem Kurswinkel, bei welchem die auf das Schiff von äusseren Elementen.(Wind, Strömungen, Wellengang) ausgeübten Kräfte eine so geringe Stärke haben, dass sie mit der Widerstandsfähigkeit des Verankerungssystems des Schiffs vereinbar sind.

Die Drehung eines Schiffs mit einem solchen Aufbau kann durchgeführt werden, ohne dass es in irgendeinem Zeitpunkt notwendig ist, die Anker zu lichten, also ohne dass die Achse des zentralen Elements des Schiffs von der Einstellvertikalen abweicht, was bei Verwendung des Schiffs für Bohrungen eine Unterbrechung der Bohrvorgänge erzwingen würde.

Diese für das zentrale ringförmige Element angewendete Verankerungsweise weist die Nachteile auf, welche jeder "statischen" Verankerung mittels Kabeln oder T^uen anhaften, und sie ist auf die Anwendung in geringen Tiefen beschränkt.

Das Ziel der Irfindung ist es, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, dass die für den zentralen ringförmigen Bereich von Aufbauten dieser Art angewendete herkömmliche

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Verankerung mittels Kabel und Ankern durch ein autmatisches Verankerungssystem ersetzt wird, das in der Lage ist, diesen zentralen Teil unabhängig von der Wassertiefe allein durch die wirkung von Vorschuborganen automatisch in einer festen Lage zu halten.

Automatische dynamische Verankerungssysteme für schwimmende Aufbauten sind bereits früher vorgeschlagen worden.

Diese Systeme enthalten stets wenigstens zwei Vorschuborgane, deren Schubkräfte der Stärke und/oder Richtung nacheinstellbar sind und automatisch so gesteuert werden, dass der schwimmende Aufbau im wesentlichen an einem bestimmten Ort und in einem bestimmten Kurswinkel· gehalten wird.

Sie enthalten ferner Anordnungen, welche in Form von elektrischen G-rössen jede horizontale Verlagerung des Schwerpunkts des schwimmenden Aufbaus feststellen, eine Anordnung zur Messung des Kurswinkels der Anlage und ein elektronisches iiechengerät, das die von diesen Anordnungen gelieferten Daten so kombiniert, ( dass es die Stärke und/oder Richtung der Schubkräfte bestimmt, die von den Vorschuborganen ausgeübt werden müssen, damit sie der Wirkung der Wellen und Strömungen entgegenwirken, welche den Ort und/oder den Kurswinkel der schwimmenden Anlage zu verändern suchen.

Das

909027/0747

BAD ORIGINAL

Das nach der Erfindung ausgeführte automatische dynamische Verankerungssystem für einen schwimmenden Aufbau der zuvor angegebenen Art arbeitet unabhängig von den Einstellvorrichtungen für den iCurswinkel des Aufbaus und ohne 'Wechselwirkung mit diesem, damit die horizontale Verlagerung der Anlage verhindert oder zumindest so weit wie möglich beschränkt wird. Dies ist das wesentliche Ziel, das insbesondere bei der Durchführung von Unterwasserbohrungen von einem schwimmenden Aufbau aus erreicht werden muss, da die KuBwinkeländerungen des schwimmenden Aufbaus wenigstens in bestimmten Grenzen den Ablauf solcher B_ohrvorgänge sehr viel weniger stören.

Bei dem automatischen dynamischen Verankerungssystem nach der Irfindung werden ferner nur Virschuborgane herkömmlicher Art verwendet, anstelle von ausrichtbaren Aussenbordtriebwerken, die bei den erforderlichen Leistungen sehr teuer sind, oder von Zykloiden-Iriebwerken , die bei den früheren dynamischen Verankerungssystemen benötigt werden.

Schliesslich ist bei dem automatischen dynamischen Verankerungssystem nach der Erfindung für eine schwimmende Anlage der angegebenen Art das elektronische Rechengerät einerseits einfacher als bei den bisher bekannten automatischen dynamischen Verankerungssystemen, und es gewährleistet andererseits eine stabilere Lagehaltung der schwimmenden Anlage.

Diese 9 0 9827/07λ 7 , _:

BAD ORIGINAL

Diese Krgebnisse werden nach der Erfindung mit einem automatischen dynamischen Verankerungssystem erreicht, desaen elektronisches Rechengerät nur elektrische Signale verwertet, die mit den Verlagerungen eines Bezugspunktes der schwimmenden Anlage in einer horizontalen Ebene verknüpft sind, anstatt dass solche Signale in elektronischen Schaltungen mit einem Signal kombiniert werden, das die Kurswinkeländerungen der Anlage ausdrückt, wie dies bei den früheren Systemen der Fall ist. Eine solche Kombination macht nämlich das elektronische Rechengerät kompliziert, und sie führt ferner einen Schwingungs- und Resonanzfaktor bei der Lagehaltung des Bezugspunktes der Anlage ein, da deren Kurswinkel unter der Wirkung der Gesamtheit der äusseren Kräfte im allgemeinen um einen mittleren KuMwinkel schwingt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigen:

I Fig.1 eine schwimmende Anlage mit einem zentralen ringförmigen Element, das mit dem Rest der Aälage nicht.fest verbunden ist,

Fig.2 eine schematische Draufsicht auf den zentralen Teil einer solchen Anlage mit einem dynamischen Verankerungssystem nach der Erfindung,

FJK.2A. 909827/0747

J?ig.2A eine Selinittansicht in der Linie a-a von

eine Darstellung einer Einzelheit von J¹Ig.2A in grösserem Massstab,

J¹Ig. 3 eine Ausfünrungsform einer Detektoranordnung zur Peststellung von Verlagerungen des Schwerpunkts der Anlage, die ftei dem erfindungsgemässen System anwendbar ist,

.4 schematisch einen Potentiometertyp, der bei der Realisierung der Anordnung von Fig.5 verwendbar ist,

Pig.5 den elektronischen Teil der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

fig.6 eine Anordnung, die bei dem erfindungsgemässen System dazu verwendbar ist, die Stärke der von einem Vorschuborgan ausgeübten Schubkraft einem gegebenen Wert nachzuregeln.

Pig.1 zeigt schematisch eine schwimmende Anlage oder ein Schiff N mit einem durch den Rumpf geführten rertikalen Schacht 2, der ein zentrales ringförmiges Element 1 enthält, das nicht fest mit dem Rest des Aufbaus verbunden ist und sich relativ zu diesem frei um eine vertikale Achse Z¹Z drehen kann, die durch den Schwerpunkt O der Anlage geht.

909827/0747 Bei

Bei der in iTig.1 und 2A dargestellten Ausführungsform isc das ringförmige Element 1 mit einer ringförmigen blatte 3 "bedeckt, die mit dem Rest der Anlage sov.ie mit eineLÜ zentralen Kanal 4 fest verbunden ist, der beispielsweise zur Durchführung eines Bohrgestänges dient.

Das ringförmige ': lement 1 ruht auf dem Wasser, dessen iiohe in dem Kanal 4 bei 5 in i"ig.2A angedeutet ist. ,jas Gewichf dieses Elements ist vorzugsweise so bemessen, dass unter Berücksichtigung der V/asserhöhe ^lJ> in dem Kanal 4 die auf den eingetauchten ¹JJeil dieses ringförmigen Elements ausgeübte Auftriebskraft das Gewicht dieses elements gerade aufhebt. Wenn das Gewicht des Clements grosser als die Auftriebskraft ist, gewährleisten Lager 6, welche die Kräfte aufnehmen, dass das ringförmige Element in dem Schacht 2 gehalten wird.

Diese Lager 6 haben in erster Linie den Zweck, die Drehung des Elements 1 um die Achse Z¹Z zu ermöglichen und das ^

Element dabei zentriert zu halten. Sie liegen vorzugsweise über dem Wasserspiegel. Das gleiche gilt für itollen 1, die am oberen Teil des'Blemetits 1 gelagert sind und in einer ringförmigen Nut 8 laufen, die konzentrisch zur Achse Z¹Z in dem Deckel 3 angebracht ist, wie in Fig.2B genauer dargestellt ist. '■'"■'

' Die

909827/0747 BAD

Die Lager 6 und dieRollen 7 können leicht ausgeführt sein, da sie wegen des Gleichgewichts zwischen dem Gewicht des ringförmigen Elements 1 und der darauf ausgeübten Auftriebskraft nur sehr geringe vertikale Kräfte aufnehmen müssen.

Zwei Vorschuborgane H1 und H2 sind an dem ringförmigen Element 1 in einer ersten diametralen Ebene dieses Elements symmetrisch in Bezug auf die Achse Z¹Z so befestigt, dass die Achsen ihrer Schubkräfte symmetrisch in Bezug auf eine zweite diametrale Ebene gerichtet sind, die senkrecht zu der ersten Ebene steht.

Bei der in Pig.2 dargestellten Ausführungsform sind diese beiden Schubkraftachsen zur Vereinfachung der Ausführung parallel zueinander gelegt.

Es können natürlich auch andere Ausführungsformen gewählt werden, bei denen die Schubkraftachsen in Bezug auf die Symmetrieebene konvergieren oder divergieren. Es ist nicht einmal streng notwendig, dass die Angriffspunkte der Schubkräfte in gleichem Abstand von der Achse Z¹Z liegen, da die Differenz dieser Abstände dadurch kompensiert werden kann, dass die relativen Werte der Schubkräfte der beiden Vorschuborgane so eingestellt werden, dass die Drehmomente gleichgemacht werden.

Die ·

90 9-8 27/0747

BAO OFHGINAL

Die Vorschubanordnung H1, H2 kann somit auf die schwimmende Anlage eine resultierende horizontale ί chubkraft ausüben, deren Grosse dadurch einstellbar 1st, dass auf die Stärke der von den Vorschuborganen H1 und H2 erzeugten Schubkräfte eingewirkt wird, und deren Richtung nach Belieben durch Drehen des ringförmigen Ilements 1 am die Achse Z¹Z verändert werden kann.

Der Ort des Schwerpunkt O der Anlage N in einer horizontalen Ebene kann somit nach Belieben verändert werden, ohne dass die Vorschubanordnung ein Drehmoment auf die Anlage ausübt da sich das ringförmige Element 1 in dem Schacht 2 frei drehen kann.

Die Einwirkung der äusseren Elemente auf dia gesamten schwimmenden Aufbau drückt sich in einer Verlagerung ihres Schwerpunkts in Bezug auf einen Bezugsort aus, und diese Verlagerung kann symbolisch durch einen Vektor r ausgedrückt werden, der den Bezugsort mit dem wirklichen Ort verbindet.

Das erfindungsgemässe System enthält eine Detektoranordnung zur Peststellung der Amplitude und der Richtung dieses Vektors, und zwar vorzugsweise direkt oder auf dem Umweg über Vektorkomponenten in zwei Koordinatenachsen.

Die in Fig.5 dargestellte Anordnung D ist so ausgebildet, das3 sie zwei elektrische Messspannungen <L und «*· liefert,

909827/Q7U

die von der Amplitude des Vektors - V bzw. dem Winkel zwischen diesem Vektor und einer JBezugsachae χ der detektor-

t ■

anordnung abhängen.

Das erfindungsgetnässe System ist so ausgeführt, dass es durch die Vorschuborgane H1 und H2 Schubkräfte ausüben lässt, deren Resultierende eine Amplitude hat, die der Spannung Q proportional ist, und die gleiche Richtung wie der Vektor -V* hat.

Fig.3 zeigt schematisch eine Ausführungsform dieser !Detektoranordnung D für die Feststellung der horizontalen Verlagerung dea Schwerpunkts 0 der Anlage. Diese enthält bei dem dargestellten Beispiel eine I'unktions rechnergruppe RL , welche die Spannungen 9 und xj» aus elektrischen Signalen J\ χ und ,/\ y bildet, die Punktionen der Komponcfnirirti-des '*" Vektors - V* in. zwei rechtwinklige^oordinatenachsen sind.

Diese Signale können beispielsweise *vött?e3ai&tf unter der ,; Bezeichnung "Neigungsmesser¹¹ bekannten Anordnung geliefert werden, welche die Projektionen des Wiükela zwischen der^d a Vertikalen und einem von der Anlage N zu einem festen Bezugspunkt am Meeresboden gespannten Draht~auf zwei j im rechten Winkel zueinander stehende vertikale Ebenen misst. Diese Signale sind dann funktionen der Kooröhatenx, y des festen Bezugspunktes in einem mit der Anlage N

909827/0747 Terknilpftan

BAD ORIGINAL

verknüpften rechtwinkligen Achsensystem mit den Achsen χ und y und dem Ursprung O.

Die Signale /^ χ und /^ y können in elektrische Spannungen und dL umgeformt werden, für die gilt:

cos ^ = /\ χ und < sin*- = /\ y

und die Punktionen der Aaplitude des Vektors -v bzw. seines Neigungswinkels gegen die x-Achse sind. Dies kann I mit Hilfe einer elektronischen Punktionsrechnergruppe nach Art der in Pig.3 dargestellten Gruppe BL erfolgen.

Bei einer ersten Ausfuhrungsform einer solchen Funktionsrechnergruppe RL verwendet man Koordinatenwandler oder Resolver bekannter Art, deren Stator und Rotor jeweils zwei Wicklungen enthalten, deren Achsen senkrecht zueinander stehen.

Mit den Spannungen /^ x = ^ cos ck, und ^ y = <l sin fc wird jeweils ein niederfrequenter Trägerwechselstrom moduliert, und die dadurch erhaltenen Spannungen werden den beiden Statorwicklungen (!Feldwicklungen) des Resolvers zugeführt.

Hie in einer ersten Wicklung des Rotors (Ankers) induzierte Spannung dient zur Einstellung des Rotors (wobei mit dieser Spannung nach Verstärkung ein Antriebsmotor für den Rotor

gesteuert 909827/0747

gesteuert wirdX Der Rotor nimmt dann d'ie Stellung ein, bei welcher diese Spannung zu Null wird.

In dieser Stellung bildet die ^chse der zweiten Kotorwbklung den Winkelt»mit derjenigen Statorwicklung, der die Spannung (Z cos </L zu.eführt wird, und die an den Klammen dieser zweiten Wicklung erscheinende Spannung ist dem Wert <l proportional.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der tfunktionsrechnergruppe EL verwendet man anstelle der Resolver, die die Anwendung eines Trägerwechselstroms erfordern, SimLs-Gosinus-Potentioraeter, die mit Gleichstrom arbeiten und von der bei Analogrechnern üblichen Weise verwendeten Art sein können.

An diese Sinus-Gosinus-.Potentiometer G1 und G2 werden die Gleichspannungen 4 cos J» bzw. β sin ^» in der in Fig.3 dargestellten Weise angelegt.

In Fig.4 ist ein geeignetes Beispiel eines Sinus-Cosinus-Potentiometers dargestellt, das es ermöglicht, aus beliebigen entgegengesetzten Eingangsspannungen +U und -U die beiden Spannungen UeosA. und U sin ^ zu erhalten, wobei oC der Drehwinkel eines Abgriffs ist.

Das

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Das dargestellte Potentiometer enthält eine Wicklung 9, die in einem Halbkreis angeordnet ist, und deren Enden 10 und 11 einander diametral gegenüberliegen. Diese Enden bilden die beiden Eingaqpklemmen des Potentiometers, an welche die Spannungen +U bzw. -U angelegt werden.

Die Wicklung 9 ist so ausgebildet, dass die Spannung, die an dem mit einem ersten Ausgang 13 des Potentiometers verbundenen Abgriff 12 abgenommen wird, sich bei der Drehung des Abgriffs 12 um die Achse I wie +U cosflLändert, (wobei CiL der Winkel «wischen dem Abgriff und dem durch die Eingangsklemmen 10, 11 gehenden Durchmesser isti

Ein zweiter Abgriff 14, der von dem Abgriff 12 isoliert ist, und sich um die gleiche Achse I so dreht, dass er mit dem Abgriff 12 den festen Winkel - IT/2 bildet, ermöglicht es, an der mit dem Abgriff 1# verbundenen zweiten Ausgangsklemme 15 eine Spannung U «ob ( A* - T*/2) = U sin «Α. abzunehmen.

Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform der Punktionsre ohne r-.gr uppe ist zu .erkennen, dass den beiden Eingangsklemmen des Sinus-Cosinus-Potentiometers G1 die Oleichspannungen /\ x = ^ cos <fc* und -/^ χ * - 9 cos ^- zugeführt werden, wobeidie zweite Spannung aus der ersten Spannung mit Hilfe eines gegengekoppelten. Reohenverstärkers ΪΑ1 mit dem Verstärkungsfaktor -1 erhalten wird.

In 909827/0747

In gleicher Weise werden dem Potentiometer G2 die Spannungen

λ sind^und - <2 sin A. zugeführt, wobei die zweite Spannung in gleicher Weise aus der Spannung ^ sin<jL mit Hilfe des gegengekoppelten Hechenverstärkers FA2 mit dem Verstärkungsfaktor -1 erhalten wird.

Die Abgriffe der Potentiometer GH und G2 nehmen die gleiche Winkelstellung <£» · ein, da ihre Drehung von dem gleichen Elektromotor Mot gesteuert wird.

An den beiden Ausgangsklemmen des Potentiometers GH erhält man die Spannungen

β cos A cos^.¹ und<J

und an den Ausgangsklemmen des Potentiometers G2 die Spannungen

Q sin 4* QOB φ** und 0 sin

Dj.ese verschiedenen Spannungen werden in den Rechenverstärkern PA3 und ΪΑ4 so kombiniert, dass man an deren Ausgängen die folgenden Spannungen erhält:

α (cos(fr. eos^¹ + βΐηλ. sinrfs.¹) bzw. sin J^¹ + sin ^ cos 4.*) = β sin

cos

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Die

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Die zweite Spannung dient nach Verstärkung als Steuerspannung für den Motor Mot, der die Abgriffe der Potentiometer G1 und G-2 so antreibt, dass diese sich drehen, bis die durch <^ ' = ^- definierte Stellung eingenommen wird, da bei diesem Wert von A¹ die Steuerspannung des Motors Mot verschwindet.

Wenn diese Stellung erreicht ist, h^^die Ausgangsspannung .des Verstärkers I¹A 3 den Wert: (cos²*· + sin² ^ ) =

Somit liefert die Funktionsrechnergruppe gleichzeitig den Wert Q^ (Ausgangsspannung des Verstärkers PA3 ) und den Wert <i* (gemeinsame Einstellung der Abgriffe der Potentiometer G1 und Gr2; d.iese Einstellung kann gleichfalls in Form einer elektrischen Spannung erhalten werden, beispielsweise dadurch, dass die Welle des Motors Mot mit dem Abgriff eines Potentiometers gekoppelt wird, wie in Fig.3 dargestellt ist ).

Das automatische -dynamische Verankerungssystem nach der Erfindung ist so ausgeführt, dass es der Spannung ^*", die von der Anordnung D abgegeben wird und die Richtung der Ablage der Anliege N darstellt, eine elektrische Spannung ß gleichmacht, die den Winkel darstellt, welcher im betreffenden Zeitpunkt zwischen der gemeinsamen liichtung der Schubkraftachsen der Vors chub organe H1 und H2 und der als Bezugsachse der Detektoranordnung D dienenden x-Achse besteht.

909827/0747 Dieser

Dieser Abgleich zwischen den Spannungen "λ und ß erfolgt durch eine Drehung des ringförmigen Flements 1 um die Achse Z¹Z. Diese Drehung wird durch ein Begelsystem erhalten, das durch eine elektrische Spannung gesteuert wird, die der algebraisch gemessenen Differenz <f* *· ß proportional ist und eine Steuerspannung des Regelsystems bildet.

Die als Bezugsachse derDetektoranordnung D dienende x-Achse kann eine Achse sein, die mit dem das Element 1 umgebenden Teil der Anlage N verknüpft ist.

Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Detektoranordnung D durch einen Neigungsmesser gebildet ist, der die Neigung eines an einem Punkt dieses Teils der Anlage N befestigten gespannten Drahts misst.

In diesem Fall kann das Regelsystem, das die Drehung des Elements 1 zur Beseitigung der Differenz <Λ* - ß hervorruft, einerseits einen Elektromotor enthalten, welcher das ringförmige Element 1 um die Achse Z¹Z in Drehung versetzt, wobei er sich mechanisch gegen den das Element 1 umgebenden Rest der Anlage abstützt (beispielsweise mit Hilfe von Zahnrädern, die mit einem das Element 1 umgebenden und fest mit diesem verbundenen Zahnkraoe zusammenwirken), wobei dieser Motor durch die dem Wert &" -ß proportionale elektrische Steuerspannung erregt wird, und andrerseits Regelanordnungen, welche die Stärke der von den Vorschuborganen H1 und H2 ausgeübten Schubkräfte einem gemeinsamen Wert nachregeln, der ^ /2 proportional ist, wobei Q eine der beiden von der Detektor-

909827/0747 anordnung

BAD OFHGJNAL

anordnung D gelieferten Spannungen ist (die bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform vom Verstärker FA3 abgegeben wird.)

Diese Schubkraftrege!anordnungen können beispielsweise in gleicher Weise ausgebildet sein, wie die bei der an Hand von I¹Ig.6 später beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwendeten.

Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es, die Drehung des ringförmigen Elements 1 vollkommen unabhängig von dem liest der schwimmenden Anlage N zu machen, indem die Drehung dieses Elements um seine Achse Z¹Z durch die Wirkung von unterschiedlichen Stärken der von den Vorschuborganen H1 und H2 ausgeübten Schubkräfte erhalten wird.

Bei dieser Ausführungsform wird dann vorzugsweise eine Detektoranordnung D verwendet, deren B_ezugsachse χ nicht mehr eine bestimmte Richtung des das Element 1 umgebenden Teils der Anlqge N ißt, sondern eine "absolute" Richtung einnimmt, beispielsweise die durch einen Magnetkompass oder durch einen Kreiselkompass gegebene· Nordrichtung.

Diese Ausführungsform ergibt den Vorteil, dass in das Regelsystem nicht mehr der Wert des Kurswinkels der Anlage "S eingeführt wird, der, wie zuvor angegeben, infolge der Einwirkung der äusseren Elemente Schwingungen ausführt, die bei Zuführung zu dem Regelsystem die Stabilität und

909827/0747 ~

die Genauigkeit der lagehaltung des Mittelpunkts O der Anlage beeinträchtigen.

Als Detektoranordnung D für die Feststellung der Ablage des Punktes O kann beispielsweise eine Anordnung verwendet werden, die (Pig.1) vier Bebakungseinheiten h., b₁; h₂, b₂i h,, ΐ>3> h., b, verwendet, von denen'jede aus einem Unterwasser-Schallempfanger (Hydrophon) h., hp·.. besteht, der auf dem Meeresgrund befestigt ist und über einen Draht oder ein elektrisches Kabel elektrisch mit einer zugehörigen Oberflächenboje b., bp... verbunden ist. Diese Oberflächenbojen enthalten einen elektromagnetischen Antwortsignalsender, dessen Sendung durch den E_rapfang eines Schallsignals an dem zugeordneten Hydrophon ausgelöst wird. Die vier Hydrophone liegen im wesentlichen auf den Ecken eines Quadrats, und die Richtung, in welcher die Hydrophone h₁ und h, angeordnet sind, ist in Bezug auf die Nord-Lüd-Kichtung angegeben.

Diese Anordnung enthält einen ßchallsender E zur Aussendung von Schallwellen in Wasser, der in unmittelbarer Nähe der vertikalen Achse Z¹Z angeordnet wird, und einen Empfänger für die elektromagnetischen Anbwortsignale, der sich auf der Anlage N befindet.

Wenn

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Wenn man beispielsweise in Form von elektrischen Spannungen die beiden Differenzen:

Δ φ - + — +
X ~ 1 3

auf Grund der Zeitpunkte t.., tp, t,, t^, ermittelt, an denen elektromagnetische Antwortsignale empfangen werden,

die von den vier Bebakungseinheiten auf die Aussendung ™

des gleichen Schallsignals von der Anlage N aus empfangen werden, kann diese Anordnung die folgenden beiden elektrischen Spannungen erzeugen:

* = fV^₊iA*₃

x . ι ν S_{2 +} , _Δ

Diese Spannungen sind mit den Koordinaten des Punktes O in dem System der mittelsenkrechten Ebenen bzw. Symmetrieebenen der Strecken h.|h, und h^A ^verknüpft, wenn die Differenz der Entfernungen Oh..-Oh, sehr viel kleiner als die Strecke h..h, und die Differenz Ohp - Oh₇, sehr viel kleiner als die Strecke hph/ 1st, und wenn ferner die Koordinaten des Punktes 0 kleiner als Grenzwerte bleiben, die ihrerseits klein gegen h sind.

Bei

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1S0626A

Bei den zuvor angegebenen Gleichungen ist h die Wassertiefe, c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Wasser

h₁ h, h₂ h,
und a = —!—* _f ^ = _£—i «-ei,

Eine solche Detektoranordnung ermöglicht die Bildung von zwei elektrischen Spannungen, welche die Augenblickskoordinaten des Punktes O in einem rechtwinkligen Bezugskoordinatensystem darstellen, das mit dem Meaesgrund verknüpft ist, wobei die ι: ine dieser Achsen in der Nordrichtung liegt und die Bezugs-) achse χ der Detektoranordnung bildet.

Diese elektrischen Spannungen können die elektrischen fpannungen /\ χ und J\± y bilden, die in eine elektronische F unkt ions rechne rgruppe nach Art der in lig.3 dargestellten Gruppe ICL eingegeben werden, die zwei elektrische Spannungen«? undoC> abgibt, wobei die zweite Spannung den Winkel zwischen der Fordrichtung und der richtung der Ablage des Punktes 0 von einem Bezugsort, der im wesentlichen auf der Vertikalen des Mittelpunkts des Quadrats h^b. h h. liegt, darstellt.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liefert eine auf dem ringförmigen Element 1 angeordnete und sich demzufolge mit diesem um die Achse Z¹Z drehende Markierungsvorrichtung, beispielsweise ein Kreiselkompass Gyr (Pig.2) die elektrische Spannung ß, die den Winkel darstellt, der in einem bestimmten Zeitpunkt zwischen der Symmetrieebene der ί chubkraft.jachsen der Vorschuborgane HLt und H2 und der Nordrichtung besteht.

909827/0747 ~

Ein Differenzverstärker d (Pig.5), der an der einen Eingangsklemme die von der Detektoranordnung D kommende Spannung<Ä»und an der anderen Eingangsklemme die Spannung ß empfängt, liefert die Steuerspannung K (&* - Q) , wobei K. die Verstärkung dieses Verstärkers ist.

llechenverstärker PA5 und FA6 sind an die Ausgangsklemmen des Differenzverstärkers d und der iietektoran Ordnung D in der in Fig.5 dargestellten Weise so angeschlossen, dass sie die folgenden elektrischen Ausgangsfijjannungen liefern:

- 1 " 2

- I

Diese Spannungen werden Regelanordnungen zugeführt, welche die Stärke der von dem Vorschuborgan H1 ausgeübten Schubkraft einem der Spannung * .. proportionalen Wert und die Stärke der

von dem Vorschuborgan H2 ausgeübten Schubkraft einem der Spannung 0 ρ proportionalen Wert nachregeln, wobei die von diesen Vorschuborganen ausgeübten Schubkräfte die gleiche Richtung haben.

Solange

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Solange die Spannung ß von der von der Anordnung D gelieferten Spannung<k* -verschieden ist, sind die Stärken der von den Vorschuborganen ausgeübten Schubkräfte ^ ₁ und ^ ₂ verschieden gross, und das ringförmige Element dreht sich um die Achse Z¹Z, wobei jedoch kein Drehmoment auf den Rest der ' nlage ausgeübt wird.

Die Drehung hört für ß = ¹^. auf, und dann gilt ^₁ = was eine Richtung und eine f'tärke der resultierenden Schubkraft er^gibt, welche den von der Detektoranordnung D stammenden

Fig.6 zeigt schematisch eine Regelanordnung, die dazu geeignet ist, die Stärke der von einem Vorschuborgan ausgeübten Schubkraft einem beliebigen tfert Q^ nachzuregeln, wobei als Beispiel angenommen wird, dass der Antriebsmotor des Vorschuborgans ein Dieselmotor ist.

Zur Erzielung einer bestimmten Schubkraft eines Vorschuborgans mit einer Schraube tnuas die Drehzahl der Schraube geregelt werden, die der Quadratwurzel aus der Schubkraft proportional ist.

Es ist also erforderlich, Regelschaltungen zu realisieren, welche die Drehzahl der Vorschuborgane in Abhängigkeit von einem gegebenen Wert ^₁ der auszuübenden Schubkraft regeln.

Diese 909827/0747

Diese Regelung kann in einfädler Weise erfolgen, wenn man über parabolische Potentiometer (quadrierende Potentiometer) oder "Quadratwurzelpotentioraeter" verfügt.

Bei einer Regelanordnung der in 3 ig.6 gezeigten Art wird die elektrische Spannung ^₁ einem Quadratwurzelpotentiometer Rc zugeführt, das die Spannung VlT-i abgibt. Diese wird dem Differenzverstärker Ad zugeführt, das die Differenz zwischen dieser spannung V*"^ und einer Gegenkopplungsspannung verstärkt, die der Drehzahl des das Vorschuborgan 111 antreibenden Dieselmotors H₁ proportional ist.

Das vom Verstärker Ad abgegebene Signal geht durch den Gleichstromverstärker Ac, dessen Ausgangsspannung die Drehung eines Elektromotors m steuert.

Diese Drehung steuert ihrerseits den Betrieb der Einspritzpumpe des Dieselmotors HL über ein Getriebe, das aus einem

Zahnrad 16, einem Zahnsektor 17, der bei 18 auf einer parallel zur Drehachse des Motors m. liegenden und von

dessen Gestell 19 getragenen Achse 18 schwenkbar gelagert ist, und dem Gestänge 20 besteht.

Die Drehzahl des Vorschuborgans H1 kann dem Winkel proportional gemacht werden, um den sich der Sektor 1$ dreht. Dieser Winkel kann durch den mit dem Sektor 17 fest verbundenen Abgriff 21 angezeigt werden, der sich auf dem linearen xOtentiometer PL bewegt, an dessen Enden eine !Potential-

^909827/0747 differed

differenz E angelegt wird.

Der Abgriff 21 ermöglicht also die Abnahme einer Spannung, die dem Winkel proportional ist, um den sich der Sektor 17 dreht, und die somit auch der Drehzahl des Vorschuborgans H1 proportional ist.

Diese Spannung bildet das Gegenkopplungssignal, das dem Differenzverstärker Ad über den Leiter 22 zugeführt wird.'

Eine schwimmende Anlage, die mit einem automatischeη dynamischen Verankerungssystem nach der Erfindung ausgestattet ist, kann natürlich auch bekannte Einrichtungen enthalten, die von diesem System völlig getrennt sind, um den Kurswinkel der Anlage getrennt einzustellen, wobei diese Einrichtungen entweder von Hand oder vollkommen automatisch gesteuert werden.

Das Schiff N kann beispielsweise entsprechend der bereits zuvor erwähnten britischen Patentschrift 1 014 mit einem Bugtriebwerk mit einstellbarer Stärke und Richtung der Schubkraft ausgestattet sein, das in einem Quertunnel 23 (Fig.i) angeordnet ist. Dieses Triebwerk arbeitet jedoch vorzugsweise mit einem Hecktriebwerk zusammen, das gleichfalls eine Schubkraft quer zu der Anlage N ausüben kann, so dass auf diese; ein reines Drehmoment ohne Erzeugung einer den Schwerpunkt 0 der Anlage verschiebenden

störenden 909827/07 47

störenden resultierenden Schubkraft ausgeübt wird.Diese zusätzlichen Triebwerke können automatisch durch eine elektrische Spannung gesteuert werden, welche den Unterschied zwischen dem Sollkurswinkel des Schiffs und dem mit Hilfe irgendeiner geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einem Kreiselkompass gemessenen Kurswinkel anzeigt.

Patentansprüche

9098 27 /07 /. 7

Claims

Patentansprüche

1. Automatisches dynamisches Verankerungssystem, das eine schwimmende Anlage mit einem gegenüber dem Rest der Anlage frei drehbaren ringförmigen zentralen Element mit vertikaler Achse im wesentlichen in einer Bezugsstellung hält, gekennzeichnet durch zwei im wesentlichen in einer diametralen Lbene des ringförmigen Elements (1) an diesem befestigten Vorschuborganen (H1, H2) , deren Schubkraftachsen im wesentlichen symmetrisch in Bezug auf eine zweite diametrale Ebene sind, die senkrecht zu der ersten diametralen Ebene steht, eine Detektorvorrichtung (D), die eine von der Amplitude der Ablage der schwimmenden Anlage von der Bezugsstellung abhängige erste elektrische Γ pannung ( ¹J ) .und eine von der Richtung dieser Ablage abhängige zweite elektrische Spannung erzeugt, eine Vorrichtung (Gyr), welche die Richtung der zweiten diametralen lbene in Form einer dritten elektrischen Spannung (ß) angibt, einer Vorrichtung (d), die eine von > der Differenz zwischen der zweiten elektrischen Spannung und der dritten elektrischen Spannung abhängige elektrische Richtungssteuerspannung £~JL (^- ß)__7 erzeugt, und durch ein Regelsystem, welches die Summe der von den Vorschuborganen erzeugten Schubkräfte entsprechend der ersten elektrischen Spannung und die Drehung des zentralen ringförmigen Elements entsprechend der Richtungssteuerspannung segelt.

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2. Verankerungssystera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorrorrichtung (I)) so ausgeführt ist, dass sie die Ablage der Anlage in Bezug auf eine Bezugsachse (X) angibt, deren !Richtung unabhängig von kurswinkeländerungen der das zentrale ringförmige Element umgebenden schwimmenden Anlage ist, dass Anordnungen (3?A5, FA6) vorgesehen sind, denen die erste elektrische .'pannung (\) und die Richtungssteuerspannung zugeführt werden, und die zwei elektrische Spannungen (^1, ^ 2) abgeben, deren wurame im wesentlichen gleich der ersten elektrischen ,Spannung (£) und deren Differenz im wesentlichen der ' ichtungssteuerspannung proportional ist, und dass das Jiegelaystem aus zwei Anordnungen besteht, welche die Grossen der von den beiden Vorschuborganen ausgeübten Schubkräfte dem Wert der einen bzw. der anderen dieser beiden elektrischen Spannungen ( ' 1, i2) nachregelt.

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