DE1531615C - Schwimmplattform - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schwimmplattform mit in der der Seegang nennenswerte Kräfte ausübt, wenigstens einer rohrförmigen Stütze, an der zum zwischen dem Auftriebszentrum und dem Angriffspunkt Dämpfen der vertikalen Stampfbewegungen der Platt- der horizontalen Kraft des Seegangs an der rohrform eine Platte quer zur Symmetrieachse unter förmigen Stütze eine Scheibe angebracht ist, deren Wasser an der rohrförmigen Stütze befestigt ist. 5 Durchmesser erheblich größer ist als derjenige der

Bei einer bekannten Schwimmplattform dieser Bau- rohrförmigen Stütze, wobei der Durchmesser der

art (französische Patentschrift 572 543, USA.-Patent- Scheibe vom Tiefgang der Scheibe und der Wellen-

schrift 1 511 153) sind an der rohrförmigen Stütze länge des heftigsten Seegangs im Einsatzgebiet ab-

zwischen an dieser angeordneten Schwimmelementen hängig ist.

Platten bzw. Scheiben quer zur Symmetrieachse der io Die im Bereich des Seegangs an der rohrförmigen rohrförmigen Stütze an dieser befestigt. Diese Dämpf- Stütze angeordnete Scheibe ist infolge der Orbitalplatten liegen dabei im Bereich des unteren Endes der bewegung der Wassermassen in der vom Seegang beStützen. Bei der beträchtlichen Länge der rohrförmi- wegten Oberflächenzone des Meeres Kräften untergen Stützen für Schwimmplattformen bedeutet das, worfen.-Da die Scheibe zwar oberhalb des Auftriebsdaß die bekannten Dämpfplatten jedenfalls im stillen, 15 Zentrums, jedoch unterhalb des Angriffspunktes der oberflächenfernen Wasserbereich zu liegen kommen, horizontalen Kraftkomponente des Seeganges an der in dem der Seegang keine nennenswerten Kräfte mehr rohrförmigen Stütze an dieser angebracht ist, überauszuüben in der Lage ist. wiegen dabei die von oben nach unten gerichteten

Es ist auch eine an Schiffen anbringbare, die Stampf- vertikalen Kraftkomponenten des Seeganges die an

bewegung vermindernde Dämpfeinrichtung bekannt 20 der Scheibe in Richtung von unten nach oben angrei-

(USA.-Patentschrift 3176 644), die aus einer absenk- feiiden Komponenten. Außerdem sind die von oben

baren rohrförmigen Stütze besteht, an deren unteren nach unten wirkenden vertikalen Kraftkomponenten r

Ende eine quer zur Symmetrieachse der rohrförmigen des Seeganges nicht über die gesamte Querschnitts- v(

Stütze angeordnete Dämpf platte vorgesehen ist. fläche der Scheibe gleichmäßig verteilt. Da der Durch- ,^

Schwimmplattformen mit rohrförmigen Stützen, 25 messer der Scheibe den der rohrförmigen Stütze er-""''( wie sie als Beobachtungsbasen für bewegte Körper, heblich übersteigt, treten vielmehr in Fortpflanzungsais meereskundliche Forschungsstationen, für meteo- richtung der Wellen gesehen jeweils unterschiedliche rologische Beobachtungen oder für off-shore-Schür- Vertikalkräfte auf der einen bzw. der anderen Seite fungen oder Bohrungen eingesetzt werden, erhalten der rohrförmigen Stütze an der Scheibe auf. Die grödurch die im Bereich stillen Wassers angeordneten 30 ßere und damit im Resultat allein entscheidende Kraft Dämpf platten eine gute Stampf festigkeit. Vertikale greift dabei an der Scheibe auf derjenigen Seite der Bewegungen, also Bewegungen längs der Achse der Stütze an, auf der sie vom Seegang horizontal beaufrohrförmigen Stützen sind damit wirkungsvoll unter- schlagt wird und damit zu einer Pendelschwingung bunden. Die rohrförmigen Stützen von Schwimm- angestoßen werden könnte. Die an der Scheibe anplattformen werden aber zusätzlich von den über dem 35 greifende resultierende Vertikalkraft des Seeganges offenen Meer häufigen Winden hoher Geschwindig- erzeugt aber ein Kippmoment, das auf die rohrförmige keit und vom hohen Seegang in der Fortpflanzungs- Stütze übertragen wird und der horizontalen Anstoßrichtung der Luft- oder Wassermassen mit starken kraft entgegenwirkt. Dadurch können Pendelschwin-Kräften beaufschlagt. Diese Kräfte verursachen eine gungen im günstigsten Fall völlig vermieden werden. Pendelschwingung um die vertikale Stützenachse. 40 Der dafür erforderliche konstruktive Aufwand er-Diese Pendelschwingung kann das Arbeiten der auf schöpft sich in der Anbringung einer Scheibe an der der Schwimmplattform installierten Vorrichtungen un- rohrförmigen Stütze. Um einen möglichst präzisen möglich machen und, beispielsweise bei Bohr- und Ausgleich der Anstoßkräfte für die Pendelschwingung Schürfanlagen, auch zu einer Beschädigung der Geräte durch die auf die Scheibe einwirkenden Vertikalkräfte v{_ führen. Außerdem werden die Pendelschwingungen 45 zu ermöglichen, wird der Scheibendurchmesser in von dem allenfalls auf der Schwimmplattform be- Abhängigkeit vom konstruktiv gewählten Tiefgang Ü. findlichen Bedienungspersonal als äußerst unangenehm der Scheibe und der feststellbaren Wellenlänge des empfunden. Beseitigen lassen sich die Pendelbewegun- heftigsten Seeganges im Einsatzgebiet der Schwimmgen bisher nicht. Es ist lediglich möglich, ihre Ampli- plattform gewählt. Damit ist jedenfalls der größten tude und Schwingfrequenz dadurch zu vermindern, 50 möglichen Beanspruchung der Schwimmplattform daß man am unteren Ende der rohrförmigen Stütze Rechnung getragen und eine gute Stabilisierung gegen hohe Gewichtsbelastungen anbringt. Zum Ausgleich Pendelschwingungen gerade für diesen Extremfall dieser Gewichte muß durch die rohrförmigen Stützen sichergestellt. Die Stabilisierung für geringere Beein höherer Auftrieb erzielt werden, was nur mit lastungen bleibt dabei ausgezeichnet. Wird eine opti-Stützen größerer Dimensionen möglich ist. Der Vor- 55 male Anpassung von Scheibendurchmesser und Scheigang ist also aufwendig und überdies nicht in der bentiefgang auf bestimmte Einsatzbedingungen ge-Lage, die Pendelschwingungen der rohrförmigen wünscht, so kann gegebenenfalls die optimale ZuStütze um eine vertikale Achse völlig zu unterbinden. Ordnung dieser Parameter aufeinander im Modell-Es wird nur eine Pendelschwingung durch eine andere versuch ermittelt werden.

mit etwas veränderten Kennwerten ersetzt. Aufgabe 60 In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise der Erfindung ist es, den die Pendelschwingungen erläutert, und zwar zeigt '
auslösenden Wellengang selbst zum Erzeugen einer F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch einen im Gleichdie Wirkung der Anstoßkraft der Schwingung aus- gewicht befindlichen, die rohrförmige Stütze darstellengleichenden Gegenkraft heranzuziehen. den Zylinder,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 65 F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch den Zylinder

löst, daß zum Ausgleich des Momentes der horizon- nach Fig. 1, der mit einer unter dem Wasserspiegel

talen Kräfte des Seegangs um den Schwerpunkt der befindlichen Stabilisierungsscheibe versehen ist,

Schwimmplattform in der Oberflächenzone des Meeres, F i g. 3 eine horizontale Projektion einer Gruppe

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aus drei vertikalen Bauteilen mit sechseckigen Schei- Diese verschiedenen im Wellenbassin leicht fest-

ben, die in Dreibeinanordnung zusammengefügt sind, zustellenden Punkte lassen die ungenügende Stabilität

F i g. 4 eine Horizontalprojektion einer Gruppe aus eines derartigen Turms deutlich erkennen,

sechs Bauteilen mit sechseckigen Scheiben, die in Der Zylinder 1 gemäß F i g. 2 hat eine horizontale

Sechsbeinanordnung zusammengefügt sind, und 5 ebene Scheibe 5, die um eine Tiefe 6 des Wertes h

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer von einem unter dem mittleren Flüssigkeitsspiegel liegt. Die der-

einzigen Vertikalbauteil getragenen Plattform. art angeordnete Scheibe 5 ist durch den Seegang einer

In F i g. 1 ist ein Hohlzylinder 1 mit einer vertikalen Kraft unterworfen, die auf die Konstruktion eine

Achse zz' und einem Querschnitt σ dargestellt. Er ist Kraft ausübt, die sich der Kraft entgegensetzt, mit der

an seinem unteren Ende 2 geschlossen und befindet io der Seegang den Zylinder 1 beaufschlagt,

sich in einer Flüssigkeit eines mittleren Flüssigkeits- Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen ist

spiegeis xx' im Gleichgewicht. mit u bezeichnet, das Profil der vom Seegang beauf-

Im Gleichgewichtszustand hat ein unter dem Was- schlagten Scheibe 5 mit Σ und der Scheibendurch-

serspiegel liegender Teil 3 eine Länge L; ein über dem messer mit Φ. Die Scheibe wird dann vom Seegang

Wasserspiegel befindlicher Teil 4 hat eine Länge /. 15 mit einer vertikalen resultierenden Kraft beaufschlagt,

Der Zylinder 1 ist dem Seegang unterworfen: es deren Moment in bezug auf den Punkt G gleichzeitig

wird angenommen, daß dieser sinusförmig ist. Werden den folgenden drei Größen proportional ist, nämlich

als Koordinaten die oben definierten Achsen xx' und 1 _{2 fc Flüssigkeit)} Σ Φ und

zz genommen, die sich bei 0 schneiden, kann die freie 2^C ' ■ ^e . ^ö

Oberfläche der Flüssigkeit wie folgt definiert werden: 20 a_ __kh , , , _p , ,

'■--■__ Λ " ■ .'■".. ■ · ■,.■■■"'-■"■

Ι ζ = α sin (kx — wt), wobei · Da andererseits w² = g/fc ist, wobei g die Fallbe-

α = die Amplitude des Seegangs, schleunigung und k — 2 π/Α gemäß vorstehender

k = 2 π/Α, wobei A die Wellenlänge, und Gleichung, erhält man für das Produkt einen Wert,

■■" „ ' ,.·„,,.-,»■., Γ ,», ,. ²5 der proportional zu ·

w = 2π/Γ, wobei T die Penode der Welle. ^ ΣΦαβ-"* '· ■ ^Λ

• " - .·■-■■■ -■■ ."': ■ : ■ ■ · ■ ist. ■ ■ . -■■■■.:;.■·.-.■ , ...--V:-.-;.-

Die Gesamtwirkung des Seegangs auf den Zylinder Unter den gleichen Bedingungen hat das Moment

kann in zwei Teilwirkungen zerlegt werden, nämlich der horizontalen Kraft, die bei/einwirkt und durch den

eine Vertikale F_v und eine Horizontale F_n. Diese 30 Seegang auf den Zylinder 1 ausgeübt wird, in bezug auf

können jeweils wie folgt ausgedrückt werden: diesen Punkt G den Wert a a -J G.

F = aae~^kl Eine schnelle Prüfung der Veränderung dieser Grö-

' ρ _ ■ ßen in Abhängigkeit vom Parameter k zeigt, daß für

* ~~ einen richtig gewählten Wert k₀ des Parameters, d. h. '

Wenn die unter dem Wasserspiegel befindliche 35 eines Wertes, der dem heftigsten Mittelmeer- oder

Länge L groß genug ist, liegt ein Angriffspunkt / der Atlantikseegang entspricht, eine Gleichheit. dieser

horizontalen Kraft Fn auf der Achse zz' bei Größen erzielt werden kann, d. h., der von ihnen dar-

_z 1_. _ ·* gestellten, einander entgegenwirkenden Momente.

k 2 π ' Dazu brauchen nur die Stellung und die Abmessun-

Angenommen, die unter dem Wasserspiegel be- 40 gen der unter dem Wasserspiegel liegenden Scheibe

findliche Länge L liegt in der gleichen Größenordnung an den zylindrischen, auszugleichenden Bauteil an-

wie die Wellenlänge A, was der Fall bei einer Boje gepaßt zu werden.

κ oder einem Laboratoriumsturm sein kann, dann ist In einem Wellenbassin Modell 1:100 kann dies

/ folglich die Amplitude der vertikalen Kraft sehr ge- experimentell nachgewiesen werden.

ring, und der Punkt J ist nach der Beziehung - -^- « Mit" einer Scheibe eines Durchmessers von 25 cm,

# 2 η die 15 cm unterhalb des mittleren Flüssigkeitsspiegel

zu berechnen und liegt also etwa bei einem Sechstel χχ' Hegt, kann ein Zylinder eines Durchmessers von

der unter dem Wasserspiegel befindlichen Länge. 4 cm stabilisiert werden, der auf Grund seiner Beschwe-

Für eine einwandfreie statische Stabilität des Turms rung 50 cm unter dem Flüssigkeitsspiegel liegt. Dabei

beiderseits der Vertikalen wird der Zylinder beschwert, 50 handelt es sich aber nicht um die einzig mögliche, son-

um seinen Schwerpunkt G in bezug auf das Auftriebs- dem um eine mögliche Lösung.

Zentrum E ausreichend abzusenken, das bei -kr ist. Andererseits kann durch eine zusätzliche hori-

2 zontale Scheibe 7, die an der Basis des Turms befestigt

Wenn die Bewegungsgleichungen auf den Schwer- ist, sein Verhalten gegenüber den Wellen im Modellpunkt G bezogen werden, ist das daraus resultierende 55 bassin verbessert werden.

Moment der Wellenkräfte bei Berücksichtigung der Die Stabilisierungsscheibe 5 schützt nämlich die Länge / G groß. Die Horizontalkraft Fn des Seegangs Scheibe 7, deren Durchmesser kleiner ist als der Durcherzeugt dann trotz der großen Masse der Konstruktion messer der Scheibe 5, vor der Wirkung des Seegangs, eine merkliche Winkelschwingung beiderseits der und die Scheibe 7 wirkt dann nur noch als Dämpfer. Vertikalen. 60 Sie dient nämlich einerseits dazu, auf bekannte Weise

Darüber hinaus ist die Wirkung des Seegangs in das Seegang-Frequenzband zu verbreitern und da-

Richtung auf das untere Ende des Zylinders kaum be- durch die Stabilität zu gewährleisten und verringert

merkbar, und das momentane Drehzentrum ist ein andererseits das Stampfen.

noch unterhalb des Punkts G liegender Punkt auf der Für eine einfache Observationsplattform genügt Zylinderachse, so daß die horizontale Verstellung der 65 ein einziges vertikales, zylindrisches Bauteil, während am anderen Ende befindlichen Plattform noch ver- für eine größere Oberfläche, beispielsweise für umstärkt wird. Der Turm schwingt also scheinbar um fangreichere Meeresforschungen, für ortsfeste Wetterseine Basis, ν Stationen oder auch für Erdölarbeiten mehrere Bau-

teile entsprechend F i g. 2 verwendet werden, um eine größere Plattform abzustützen.

Die Verbindung der Bauteile miteinander ist dann auf zwei Ebenen möglich: einmal in der Ebene ihrer oberen Enden durch die eigentliche Plattform und zum anderen Mal in der Ebene der Scheiben, die sämtlich gleich tief unter den Wasserspiegel eintauchen und> die durch jedes geeignete Mittel miteinander verbunden sein können. .

Insbesondere bei Verwendung von drei Bauteilen können die Scheiben in Form von regelmäßigen Sechsecken ausgebildet und fugendicht miteinander verbunden sein.

Eine Dreibein-Verbindung gemäß Fig. 3 hat drei sechseckige Scheiben 5', die jeweils auf einen Zylinder 1 vertikaler Achse zz' aufmontiert sind. Jede Scheibe 5' ist dabei an den aufeinanderfolgenden Seiten 8 bzw. .9 fugendicht mit den beiden anderen Scheiben verbunden.

In F i g. 4 ist eine Sechsbein-Verbindung gezeigt. Diese hat sechs sechseckige Scheiben 5', die jeweils auf einen Zylinder 1 mit vertikaler Achse zz' montiert sind. Jede Scheibe 5' ist dabei an einer gemeinsamen Seite 10 bzw. 11 fugendicht mit der benachbarten Scheibe verbunden. Auf diese Weise bietet die aus sechs Scheiben bestehende Einheit nach dem Zusammenbau eine regelmäßige sechseckige Innenfläche 12, die mit der der zusammengefügten sechseckigen Scheiben deckungsgleich ist. Der Raum 12 kann dann gegebenenfalls mit einer Vollscheibe versehen sein. Diese ist deckungsgleich mit jeder der sechs Stabilisierungsscheiben 5' und mit diesen an je einer Seite fugendicht verbunden.

Das zylindrische Element mit vertikaler Achse und kreisförmigem Querschnitt kann jeden anderen Querschnitt haben, der eine vertikale Achse als Symmetrieachse zuläßt.

Desgleichen kann das koaxial zum Zylinder angeordnete, scheibenförmige Element, von dem die entgegenwirkende Kraft herrührt und das auf der Zeichnung eben dargestellt ist, konisch sein oder jede andere Form aufweisen, die als Symmetrieachse die Zylinderachse hat, so daß es gegenüber der Richtung des Seegangs indifferent ist.

Die dargestellten scheibenförmigen Elemente sind derart geformt, daß sie zwei verschiedene Aufgaben erfüllen: Das obere Element liefert die Stabilisierungsgegenkräfte und das untere Element dient zum Dämpfen. Sie können aber auch derart verändert sein, daß sie diese beiden Aufgaben teilweise und gleichzeitig erfüllen.

Zu diesem Zweck sind dann die Scheiben nicht voll, sondern durchbrochen und unterstützen die Bildung zahlreicher Wirbelströmungen, die Energie verbrauchen.

Weiterhin brauchen die Scheiben nicht starr zu sein, sondern können eine gewisse Elastizität aufweisen, wenn die Legierung, aus denen sie hergestellt sind, dementsprechend gewählt oder ihre geometrische Form verändert ist. Dadurch wird das Stabilisierungsfrequenzband gegenüber dem Seegang verbreitert.

Der Turm gemäß Fig. 5 hat folgende Teile, die auf einen einzigen, durch eine Scheibe 5" stabilisierten zylindrischen Bauteil Γ montiert sind: eine Plattform mit zwei Etagen 13 und 14, die von einer teleskopartigen Plattform 15 überragt sind, die von Radomen 16 umgeben ist.
Im Gegensatz zum Zylinder 1 ist der Zylinder 1' unterhalb der Scheibe 5" nicht verlängert und ist mit dieser über einen Raum 17 verbunden. Dieser dient als Maschinenraum. Zwölf Säulen 18, die an den Ecken eines regelmäßigen Zwölfecks angeordnet sind, tragen zur Abstützung der Plattform bei. Zwölf Säulen 19 tragen ein als Dämpf platte ausgebildetes Gegengewicht 20, das den Schwerpunkt des Turms nach unten verlegt. Wenn die Scheibe 5" als starrer Hohlkörper vorgesehen ist, kann das Auftriebszentrum des Schwimmsystems in dessen unmittelbare Nachbarschaft nach oben verlegt werden, so daß der Zwischenraum zwischen dem Schwerpunkt und dem Auftriebszentrum, der dem Zwischenraum JG der F i g. 1 entspricht, ausreicht, um dem Turm eine einwandfreie Stabilität gegenüber dem Seegang zu erteilen. Es sei die Funktion der Scheibe als Ganzes erläutert. Eine Linie 21 ist eine Umhüllende der Wellen, die bei ihrem Durchtritt durch die Turmkonstruktion einerseits den Zylinder 1' mit horizontalen Kräften 22 beaufschlagen, die sich aus der Differenz des Druckes ergeben, den sie gleichzeitig auf die rechte und linke Seite des Turms,ausüben, und andererseits die Scheibe 5" mit vertikalen Kräften 23. Letztere rühren von dem Überdruck her, mit dem die Wellendie Oberfläche der Scheibe beaufschlagen, und zwar* bei auf der Unterseite der Scheibe herrschendem konstantem hydrostatischem Druck. Die die Scheibe beaufschlagenden Kräfte 23 erzeugen ein Moment, das das Moment der den Zylinder 1' beaufschlagenden Kräfte 22 ausgleicht.

Eine Plattform, die größer ist als die der einzigen Vertikalkonstruktion gemäß dem vorstehenden Beispiel entsprechende, ist mit mehreren identischen Bauteilen zu versehen, und die Stabilisierungsscheiben müssen dann weit genug voneinander entfernt sein, damit der Ausgleichseffekt jeder, einzelnen Scheibe nicht beeinträchtigt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schwimmplattform mit wenigstens einer rohrförmigen Stütze, an der zum Dämpfen der vertikalen Stampfbewegung der Plattform eine Platte quer zur Symmetrieachse unter Wasser an der rohrförmigen Stütze befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich des Momentes der horizontalen Kräfte des Seegangs um den Schwerpunkt (C?) der Schwimmplattform in der Oberflächenzone des Meeres, in der der Seegang nennenswerte Kräfte ausübt, zwischen dem Auftriebszentrum (P) und dem Angriffspunkt (J) der horizontalen Kraft des Seegangs an der rohrförmigen Stütze eine Scheibe (5, 5', 5") angebracht ist, deren,Durchmesser erheblich größer ist als derjenige der rohrförmigen Stütze (1,1'), wobei der Durchmesser der Scheibe vom Tiefgang der Scheibe und der Wellenlänge des heftigsten Seegangs im Einsatzgebiet abhängig ist.

2. Schwimmplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung mehrerer Stützen (1) alle Scheiben (5') auf derselben Höhe und einander angrenzend angeordnet und mit den angrenzenden Scheiben (5') verbunden sind.

3. Schwimmplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (5, 5', 5") eine zylindrische auftriebserzeugende Hohlscheibe ist, deren Durchmesser erheblich größer ist als ihre Dicke. · ΐ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen