DE1756326B2 - Passiv wirkender stabilisierungstank fuer schiffe - Google Patents

Description

lisierungstank größer als mit diesem. Wenn also die Kurve der statischen Stabilität des Schiffes die Kurve des mit dem Tank stabilisierten Schiffes schneidet, von wo ab der Betrieb des Tanks eine Vergrößerung der Schwingerbewegung bewirken würde, wird erfindungsgemäß die Bewegung der Stabilisierungsflüssigkeit von einer Schiffsseite auf die andere durch Schließen der Drosselelemente unierbunden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnuig näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch den im Schiffsrumpf angeordneten Stabiüsieningstank in schematischer Darstellung,

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie ¹^-¹ der Fig. I,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig.4 und 5 Diagramme mit Kennlinien stabilisierter und nicht stabilisierter Schiffe und F i g. 6 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung.

Das in den Fig. 1 — 3 gezeigte, bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt einen passiv wirksamen Srabilisationsbehälter 10, der zwischen einander benachbarten Decks 12 und 14 des Schiffes as 16 angeordnet ist und sich von der einen Seite des Rumpfes zur anderen erstreckt. Der Behälter 10 ist im allgemeinen überall gleich hoch und teilweise mit einer Flüssigkeit 18 gefüllt. Der Flüssigkeitsstand ist so gewählt, daß die Eigenschwingungsfrequenz der Behalterflüssigkeit der Rollfrequenz des Schiffes angepaßt ist. Die in der Längsrichtung des Schiffes gemessene Breite des Behälters 10 wird so bestimmt, wie es für das Fassungsvermögen und die geometrische Ausbildung des Behälters für das zu stabilisierende Schiff am vorteilhaftesten ist. Die Flüssigkeit kann von jeder geeigneten Art sein, beispielsweise aus Süßwasser, Seewasser, Bunkeröl, Brennstoff od. dgl. bestehen.

Der Behälter 10 ist in zwei Flügelbehälter 11 und einen Verbindungskanal 13 geteilt. Zu diesem Zweck sind im Abstand von der Mitte und den Enden des Behälters vier aufrechte Einbauten 32 vorgesehen, die paarweise miteinander fluchten. Die Einbauten 32 reichen vom Boden des Behälters bis zu einer Höhe, die beträchtlich über der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers 18 im stationären Zustand liegt. Sie haben einander zugekehrte, im Abstand voneinander angeordnete Randteile 34, die aus hydrodynamischen Gründen at.iswärtsgekrümmt sind. Die Querschnittsfläche der Öffnung 36 ist so ausgebildet, daß die Einbauten die durch die öffnung 36 strömende Flüssigkeit etwas dämpfen. Aus den nachstehend angegebenen Gründen soll die durch die Einbauten 32 bewirkte Dämpfung schwach sein.

In der Mitte des Behälters ist eine Dämpiungs- und Absperreinrichrung 20 angeordnet. Diese Einrichtung kann in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein, beispielsweise mit Schiebern, oder um eine horizontale oder vertikale Achse drehbaren Klappen oder dergleichen. Eine bevorzugte Anordnnung besitzt zwei Platten 22, die von dem Boden des Behälters 10 an dessen vorderer und hinterer Wand bis zu einer Höhe reichen, die oberhalb des zu erwartenden stationären Flüssigkeitsstandes in dem Behälter liegt. Ein Drosselelement in Form einer Klappe 24 ist um eine zwischen den Platten 22 angeordnete, vertikale Achse 26 einer Offenstellung und einer Schließstellung verschwenkbar. In der Offenstellung ist die Klappe 24 zu den Platten 22 rechtwinklig. In der Schließstellung ist die Klappe 24 zu den Platten 22 parallel. Der Abstand D soll so ausgewählt sein, daß die teilweise geöffnete Klappe 24 zusammen mit den Einbauten 32 die Bewegung der Flüssigkeit dämpit.

Die Klappe 24 wird von einem umsteuerbaren Motor 28 betätigt, der Steuersignale von einer Steuereinrichtung 31 erhäh, die mit e^;nem Gyroskop versehen ist, das die Rollfrequenz des Schiffes mißt und ein Steuersignal erzeugt, das den Motor 28 veranlaßt, die Klappe 24 in die ganz offene oder ganz geschlossene Stellung oder eine von mehreren Zwischenstellungen zu verschwenken. Auf diese Weise verändert die Einrichtung 20 die Dämpfung, die der Behälterflüssigkeit erteilt wird. In manchen Fällen macht die Einrichtung 20 den Behälter vollständig unwirksam. Man kann natürlich in dem Behälter mehr als eine derartige Einrichtung 20 mit einem sie steuernden Motor vorsehen, wenn dies erwünscht ist. Man kann nicht gezeigte, mechanische Mittel vorsehen, welche die Klappe in ihre Schließstellung zu bewegen trachten, so daß die Bchälterhälften bei einem Stromausfall voneinander getrennt sind. Der Motor 28 ist in einem Raum untergebracht, der im Oberteil des Behälters durch eine ebene Platte 30 abgeteilt ist. Die Platte 30 wird von den Platten 22 und Einbauten 32 an deren oberen Rändern getragen und ist mit der Decke des Behalters durch Querwände 38 und Längsplatten 40 starr verbunden. Diese sind mit Öffnungen 42 versehen, damit die Luft frei hindurchtreten kann und das Gewicht der Anordnung herabgesetzt wird.

Um einen glatten und zuverlässigen Betrieb der üämpfungs- und Absperreinrichtung 20 mit dem Drosselelement in Form einer Platte 24 zu gewährleisten, bildet die Steuereinrichtung 31 den Durchschnittswert der Frequenz der vorhergehenden zehn Rollschwingungen (oder einer anderen geeigneten Anzahl dieser Schwingungen) und erzeugt entsprechende Steuersignale. Infolgedessen wird ein Pendeln des Stabilisators vermieden unnd wird dieser nicht durch Einschwingvorgänge beeinträchtigt, wie dies der Fall wäre, wenn die Einrichtung 20 auf die Frequenz jeder Rollschwingung ansprechen würde.

Die Steuereinrichtung 31 kann jede geeignete mechanische oder elektrische Einrichtung sein. Ein Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 gezeigt. Die Energie wird von einer Stromversorgung 71 zugeführt. Ein Meßwandler 72 mißt die Rollfrequenz und -amplitude und erzeugt ein entsprechendes, sinuskurvenförmiges Signal, das an den Rechner 74 abgegeben wird. Dieser wird mit einem handbetätigten Schalter der Schalttafel 76 programmiert, mit der eine Übersteuerung vorgenommen werden kann. Der Rechner erzeugt automatisch die Klappensteuersignale in Abhängigkeit von den Stellungen der Steuerschalter. Er empfängt ferner die Signale von dem Meßwandler und legt sie an den Motor 28 an. Infolgedessen bewirkt der Motor 28, daß die Klappe 24 geöffnet, geschlossen oder in eine von mehreren Zwischenstellungen bewegt wird.

Die Wirkungsweise: der Erfindung geht am besten aus der F i g. 4 hervor. Dort wird eine typische Amplituden-Frequenz-Ktmnlinie eines nichtstabilisierten Schiffes gezeigt. Die größte Rollamplitude wird bei der Resonanzfrequenz F_n erhalten, bei der die Fre-

quenz der ankommenden Wellen der Eigenrollfrequenz des Schiffes angepaßt ist. Infolge der statischen Stabilität des Schiffes fällt bei Frequenzen, die beträchtlich über und unter F₀ liegen, die Rollamplitude auf einen Bruchteil des Wertes, den sie bei der Resonanzfrequenz hat. F i g. 4 zeigt ferner die Kennlinie für einen typischen Frahmschen Stabilisator, bei dem in der Kurve auf beiden Seiten des Resonanzfrequenzbereiches ein Hocker vorhanden ist. Das heißt, daß bei dem Frahmschen Stabilisator die Rollamplitude im Bereich der hohen und niedrigen Frequenzen größer ist als bei dem nichtstabilisierten Schiff. Im Bereich der Resonanzfrequenz erzielt man dagegen mit dem Frahmschen Stabilisator gute Ergebnisse.

F i g. 4 zeigt ferner eine Kurve A für einen typischen passiv wirksamen Stabilisationsbehälter mit freier Flüssigkeitsoberfläche. Hier erhält man einen allgemein horizontalen Frequenzgang A mit genügender Unterdrückung des Rollens im Bereich der Resonanzfrequenz und besseren Ergebnissen bei hohen und niedrigen Frequenzen als bei dem Frahmschen Stabilisator.

Die Kurve B zeigt die Amplituden-Frequenz-Kennlinie für das Rollen eines erfindungsgemäß stabilisierten Schiffes. Wenn das Schiff mit einer Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz (F₀) rollt, veranlaßt die Steuereinrichtung 31, daß der Motor 20 die Klappe 24 ganz öffnet. Bei ganz geöffneter Tür 24 bewirkt der Behälter eine minimale Dämpfung der Flüssigkeitsbewegung, so daß ein maximales Stabilisationsmoment erzeugt wird, das dem Rollen entgegenwirkt. Infolge der nachstehend beschriebenen Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes bei hohen und niedrigen Frequenzen ist der Betrag dieser von allen Einbauten 32, 22, 24 zusammen bewirkten, minimalen Dämpfung kleiner als die Dämpfung in dem üblichen Behälter mit freier Flüssigkeitsoberfläche. Infolgedessen liegt bei Frequenzen im Bereich von F₀ die Kurve B unter der Kurve A. Ebenso wie dieser Behälter ist der erfindungsgemäße Stabilisator so ausgelegt, daß die Behälterflüssigkeit dem Rollen des Schiffes mit einem beträchtlichen Phasenwinkel von theoretisch bis zu 90° nacheilt.

Wenn die mit einem Gyroskop versehene Steuereinrichtung 31 feststellt, daß das Schiff mit einer Fre quenz rollt, die unter F₄ oder über F₅ liegt, erzeugt die Einrichtung 31 ein Signal zum Schließen der Klappe um einenn Betrag, der dem Abstand der ge nannten Frequenz von F₄ oder F₅ entspricht. Beim Rollen des Schiffes mit abnehmenden Frequenzen unterhalb von F₄ oder mit zunehmenden Frequenzen oberhalb von F₅ wird daher die Klappe 24 stärker geschlossen und dadurch die Flüssigkeitsbewegung stärker gedämpft Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, bewirkt das Schließen der Klappe 24 in den Bereichen F₁-F₄ tmd F₅-^-F₈, daß der Frequenzgang an den Grenzfrequenzen zu dem Freqüenzgaag des nichtstabilisierten Schiffes hin verlagert wird. Nachstehend sind Beispiele für die Zuordnung von Klappenstellungen zu Rollfrequenzen angegeben:

Rollfrequenz

F₁ und darunter
im Bereich von F₂
im Bereich von F₃
F₄ und darüber

Rollfrequenz

F₅ und darunter
im Bereich von F₆
im Bereich von F₇
F₈ und darüber

Klappenstellung
ganz geschlossen
Vs offen
Vs offen
ganz offen

Klappenstellung

ganz offen
Vs offen
Vs offen
ganz geschlossen

Wenn die Steuereinrichtung feststellt, daß das Schiff mit einer Frequenz rollt, die bei F₁ oder darunter oder bei F_n oder darüber liegt, wird die Klappe 24 vollständig geschlossen und dadurch der Stabilisator unwirksam gemacht. Daher rollt das Schiff wie ein nichtstabilisiertes Schiff, was einen Vorteil gegenüber den üblichen Behältern mit freier Flüssigkeits-' oberfläche und natürlich gegenüber dem Frahmschen Stabilisator darstellt. Wenn der Behälter bei vollständig geschlossener Klappe 24 unwirksam ist, unterstützen die Einbauten 32 das Beruhigen der Flüssigkeiten auf den beiden Seiten der Klappe 24.

Eine andere Betriebsart der Erfindung wird zum Stabilisieren von Schiffen mit kurzer Rollperiode angewendet. Dabei kann das in dem Behälter befindliche Flüssigkeitsvolumen größer sein, als es zum Abstimmen auf das Rollen des Schiffes erforderlich ist. Das würde normalerweise bei niedrigen Frequenzen nachteilig sein, ist aber im Bereich von F₆ und bei den hohen Frequenzen vorteilhaft, siehe die Kurve C in F i g. 5. Erfindungsgemäß werden dagegen in dem ganzen Frequenzbereich gute Ergebnisse erhalten, weil für Frequenzen unter F₅ die Kurve D maßgebend ist. Zu diesem Zweck arbeitet der erfindungsgemäße Stabilisator wie folgt:

Rollfrequenz

F₁ und darunter
im Bereich von F₂
im Bereich von Fj
im Bereich von F₄
F₅ und darüber

Klappenstellung

ganz geschlossen
V< offen
Vs offen
»/4 offen
ganz offen

Die Erfindung schafft somit einen passiv wirksamen Stabilisationsbehälter, der eine freie Flüssigkeitsoberfläche und eine veränderliche Dämpfung hat und so ausgebildet ist, daß er im Bereich der Resonanzfrequenz optimal arbeitet, beim erzwungenen Rollen mit hoher oder niedriger Frequenz dieses Rollen dagegen nicht verstärkt. Die Erfindung schafft ferner eine Einrichtung zum veränderlichen Dämpfen der Behälterflüssigkeit in vorherbestimmten Frequenzbereichen, so daß die Stabilität des Schiffes verbessert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

3 5672

Claims (1)

1 2

wird. Für den Fall, daß die Steuerkräfte ausfallen

Patentanspruch: sollten, sind in der Verbindungsleitung einstellbare

Dämpfungselemente vorgesehen, die verhindern sol-

Passiv wirkender Stabilisierungstank für Schiffe, len, daß die Stabilisierungsflüssigkeit destabilisierend bei dem die Stabilisierungsflüssigkeit mit freier 5 wirkt

Ofeerfläche durch einstellbare Drosselelemente Mit dem Problem der Anpassung der Tankstabili-

gedämpft ist und eine Steuereinrichtung voige- sierungsanlage bei einer durch den Seegang hervorsehen ist, die zur Erhöhung der Dämpfung in dem gerufenen Abweichung der Rollfrequenz von der MsSe die Drosselelemente schließt, in dem die Eigenfrequenz des Schiffes befaßt sich die DT-PS Rollfrequenz von der Eigenfrequenz des Schiffes io 6 45 658. Bei dieser bekannnten Frahmschen Tankabweicht, dadurch gekennzeichnet, daß Stabilisierungsanlage wird bei einer durch den Seedie Steuereinrichtung (31) die Drosselelemente gang hervorgerufenen Abweichung der Rollfrequenz (24) vollständig geöffnet hült, wenn das Schiff von der Eigenfrequenz des Schiffes die Phasenver-(16) etwa mit i*iner Eigenfrequenz rollt, daß sie Schiebung in Abhängigkeit von den mit Hilfe eines die Drosselelemente (24) vollständig schließt, 15 Periodenmeßgerätes ermittelten Periodenänderungen wenn das Schiff (16) mit einer Frequenz rollt.- bei der Schiffsschwingung durch entsprechende Einstelder die Behälterflüssigkeit (18) das Rollen des lung der die Tankflüssigkeit drosselnden Elemente Schiffes (16) verstärken würde, daß die Drossel- bei zunehmender Periodenlänge der Schiffsschwinelemente (24) in die Bereiche zwischen vollstän- gung vergrößert und bei abnehmender Periodenlänge diger öffnung und vollständigem Verschluß über- ao verkleinert. Bei einer aus der DT-PS 6 53 404 bedeckenden Stufen verstellbar sind, und daß durch kannten Frahmschen Tankstabilisierungsanlage wird die Steuereinrichtung (31) eine Verstellung nur zur Erzielung einer phasenrichtigen Bewegung der erfolgt, ;venn der Durchschnittswert der Frequenz stabilisierenden Tankflüssigkeit in bezug auf die RoII-rnehrerer vorhergehender Rollschwingungen in schwingungen des Schiffes ein die Phasen verschieden Bereich einer anderen Stufe fällt. as bung ermittelndes Phasenmeßgerät vorgesehen, das

die die Tankflüssigkeit drosselnden Drosselklappen entsprechend steuert.

Ein Nachteil der bekannten Tankstabilisierungs-

—■ anlagen liegt darin, daß es zu Pendelungen kommen

30 kann, weil die die Rollschwingungen anregenden Meereswellen häufig ihre Richtung und Periodizität ändern und die Meßeinrichtungen bei jeder Ände-

Die Erfindung betrifft einen pass^;v wirkenden Sta- rung der Schiffsrollschwingung die Dämpfung der bilisierungstank für Schiffe, bei dem die Stabilisie- stabilisierenden Tankflüssigkeit entsprechend ändern, rungsflüssigkeit mit freier Oberfläche durch einstell- 35 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bare Drosselelemente gedämpft ist und eine Steuer- eine passiv wirkende Tankstabilisierungsanlage zu einrichtung vorgesehen ist, die zur Erhöhung der schaffen, deren Wirksamkeit in optimaler Weise ausDämpfung in dem Maße die Drosselelemente schließt, genutzt ist und die durch die Unregelmäßigkeit der in dem die Rollfrequenz von der Eigenfrequenz des die Rollschwingungen anregenden Schiffswellen nicht Schiffes abweicht. «° zu Pendelungen veranlaßt wird.

Passiv wirkende Stabilisierungstanks erreichen üb- Diese Aufgabe wird bei einem passiv wirkenden

licherweise dann ihre größte stabilisierende Wirkung, Stabilisierungstank der eingangs beschriebenen Art wenn das Schiff mit seiner Eigenfrequenz rollt, da erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinder Stabilisierungstank nach seinen geometrischen richtung die Drosselelemente vollständig geöffnet Abmessungen und seiner Füllung mit Stabilisierungs- 45 hält, wenn das Schiff etwa mit seiner Eigenfrequenz flüssigkeit normalerweise auf die Eigenfrequenz des rollt, daß sie die Drosselelemente vollständig schließt, Schiffes abgestimmt ist. Durch Dämpfung der Stabi- wenn das Schiff mit einer Frequenz rollt, bei der die lisierungsflüssigkeit kann auch bei Abweichung der Behälterflüssigkeit das Rollen des Schiffes verstärken Ro'Jfrequsnz von der Eigenfrequenz des Schiffes würde, daß die Drosselelemente in die Bereiche zwinoch eine hinreichend gute Stabilisierung erreicht so sehen vollständiger öffnung und vollständigem Verwerden. Schluß überdeckenden Stufen verstellbar sind, und

Bei einer aus der GB-PS 10 02 788 bekannnten daß durch die Steuereinrichtung eine Verstellung nur passiv wirkenden Schiffsstabilisierungsanlage mit erfolgt, wenn der Durchschnittswert der Frequenz einem querschiffs angeordneten Stabilisierungstank mehrerer vorhergehender Rollschwingungen in den mit Stabilisierungsflüssigkeit mit freier Oberfläche 55 Bereich einer anderen Stufe fällt. Durch den erfinbegrenzen entsprechend der Rollbewegung des Schif- dungsgemäßen Stabilisierungstank sind Pendelungen fes gesteuerte Absperrmittel die Flügeltanks. Dabei dadurch vermieden, daß die Steuersignale aus Durchwerden die Absperrmittel in der Weise gesteuert, daß schnittswerten der Frequenz der vorhergehenden während eines Teils der Rollperiode die Absperr- Rollschwingunngen gebildet werden und eine Vermittel geschlossen und während des anderen Teils 6° stellung der Drosselelemente nur erfolgt, wenn sich der Rollperiode in der Weise vollständig geöffnet dieser Durchschnittswert ändert. Bei grundsätzlich sind, daß über ein größeres Intervall eine größere gleicher Periodizität der die Rollschwingungen an-Wassermenge zur Stabilisierung des Schiffes wirksam regenden Meereswellen vermögen daher einzelne unwird. regelmäßige Wellen den Stabilisierungstank nicht zu

Aus der GB-PS 10 30 812 ist ein Frahmscher Sta- 65 verstellen, so daß Pendelungen ausgeschlossen sind, bilisierungstank bekannt, bei dem der Durchfluß der Bei starker Abweichung der Rollfrequenz von der Stabiiisierungsflüssigkeit durch die die Flügeltanks Eigenfrequenz des Schiffes nach oben und nach unten verbindenden Leitungen durch Absperrmittel gesteuert hin ist die statische Stabilität des Schiffes ohne Stabi-