DE1904401C3 - Verfahren zur Regelung der Tank Wasserfrequenz eines Roüdampfungs tanks - Google Patents

Description

Halbperiode der Rollgeschwindigkeit ψ erreicht der organ jeweils um ein Viertel der Eigenperiode T des gegenüber dem Schiit gemessene Ta.-rkwasserwinkel j· Rolldämpfungslanks vor einem Nulldurchgang der mit dem höchsten Tankwasserstand in einem Sehen- Rollgeschwindigkeit geöffnet wird, kel des Rolldärapfungstanks «^:.n Maximum, wäh- Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel einer in

rend geichzeitig die Tankwassergeschwindigkeit 5 der Regeleinrichtung verwendeten Klappensteuerung v = 0 wird. Würde in diesem Moment die als Luft- an Hand der Fig. 2 und 3 gezeigt, wobei in Fig. 2 absperrorgan in der Verbindungsleitung beider eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung eines im-Tankschenkel beispielsweise vorgesehene Luftklappe pulses als Schlicßbefehl und in Fig. 3 eine entsprenicht geschlossen, so flöße das Wasser in den anderen chcnde Schaltungsanordnung für einen Öffnungs-Schenkel zurück und es ergäbe sich ein Moment, das io befehl dargestellt ist. Diese Befehle werden dann in im Sinne einer Verstärkung der Rollbewegung wirkte. üblicher Weise von einem gesteuerten Stellantrieb In diesem Moment jedoch wird die Klappe geschlos- für das Luftabsperrorgan ausgeführt, sen, so daß sich das Tankwasser, von einem geringen Gemäß Fi g. 2 wird die Tankwassergeschwindig-

fcdernden Nachgeben der eingeschlossenen Luft ab- keit y mittels eines geeigneten Meßinstrumentes 10, gesehen, nicht mehr bewegen kann. 15 beispielsweise eines Differenz-Staudruckmessers, ge-

Eine zweite Bedingung im Sinn», der logischen messen und einer Schaltungsanordnung 11 zur ErFunktion UND ergibt sich für das Schließen der beugung eines NullsignaJs als Anzeige für den Null-Klappe daraus, daß das Vorzeichen des Rollwin- durchgang zugeführt. Diese Schaltungsanordnung kels ν (in der F i g. 1 links negativ) dem Vorzeichen kann aus einem Vollweggleichrichter, einer Begrendcr Tankwas^ergeschwindigkeit γ in der unmittelbar 20 zündschaltung und einem Kippglied in Hintereinanihrem Nulldurchgang vorangehenden Zeit (in der derschaltung bestehen, wobei das Kippglied jeweils F i g. 1 positiv) entgegengesetzt sein muß. Andern- in der Umgebung des Nulldurchgangs der Tankfalls wäre nämlich gerade ein schnelles Zurückfließen wassergeschwindigkeit f in den nichtleitenden Zuerwünscht, um damit die nötige Phasenopposition stand zurückkippt und wobei das dann an seinem zwischen Tankwassergeschwindigkeit >'■ und Rollwin- 25 Komplementärausgang anstehende Signal als NuIlkel 7 wiederherzustellen. signal verwendet wird. Dieses Nullsignal wird einem

Vor dem Nulldurchgang der Rollgeschwindigkeit 7 UND-Glied 12 zugeführt, das bei Vorliegen eines beim Übergang von der positiven zur negativen Halb- weiteren Signals das Signal »Schließen« abgibt, periode (etwa in der Mitte der Fig. 1) wird die Das weitere Signal ist dann vorhanden, wenn das

Klappe wieder geöffnet; das Tankwasser fließt in den 30 Vorzeichen des Rollwinkels 7 dem Vorzeichen der jetzt unten liegenden Schenkel des Rolldämpfungs- Tankwassergeschwindigkeit entgegengesetzt ist, wotanks zurück, erreicht ein negatives Maximum des bei in dem praktisch allein interessierenden Fall, daß Tankwasserwinkels ;· und wird dabei wieder durch die Tankwassergeschwindigkeit:' =--- 0 ist, das Vor-Schließen der Klappe festgehalten. Der sich dabei zeichen in der diesem Nulldurchgang unmittelbar ergebende Verlauf der Tankwassergeschwindigkeit y 35 vorangehenden Zeit gilt. Das dazu nötige kurzzeitige zeigt sein Maximum in gewünschter genauer Phasen- Speichern Lines Vorzeichens erfolgt mittels des Opposition zum Rollwinkel ψ dann, wenn die Null- hysteresebehafteten Kippglieds 13, dessen Arbeitsdurchgänge des Tankwasserwinkels ;· und der Roll- ausgang A im übrigen bei positiven Werten der geschwindigkeit φ, wie in der F i g. 1 gezeigt, zu- Tankwassergeschwindigkeit leitend ist, und das einen sammenfallen. Daher muß das öffnen der Klappe 40 Komplementärausgang B aufweist. Der Rollwinkel 7 zeitlich vor dem Nulldurchgang der Rollgeschwindig- wird mitteis eines geeigneten Meßinstruments 14 gekeit Φ erfolgen. messen; sein Vorzeichen wird von einem weiteren

Zur Abschätzung und Bemessung dieser Vorhalte- Kippglied 15 mit einem Arbeitsausgang A und einem zeit kann ein sinusförmiger Verlauf der Kurve des Komplementärausgang B festgestellt. Die Bedingung Tankwasserwinkels zwischen seinen Maxima ange- 45 für das weitere, dem UND-Glied 12 zuzuführende nommen werden, so daß die zwischen ihnen liegende Signal kann nun dahingehend umgeformt werden, Zeit gleich der halben Dauer der Eigendauer T des daß das Signal dann vorhanden sein soll, wenn der Rolldämpfungstanks, d. h. der halben Periodendaucr Rollwinkel 7 positiv ist UND die gespeicherte Tankbei ungedämpften Schwingungen des Tankwassers wassergeschwindigkeit ;· negativ ist ODER wenn der ist. Dann ist die Zeit von einem ersten Maximum bis 50 Rollwinkel 7 negativ ist UND die gespeicherte Tankzum Erreichen des Nulldurchgangs etwa gleich der wassergeschwindigkeit γ positiv ist, d. h. bei der vorHälfte der vorgenannten Zeit, d. h. gleich 774. Die liegenden Schaltungsanordnung, wenn der Arbeits-Zeit 774 kann zwar so vorausbestimmt werden, tat- ausgang A des Kippglieds 13 UND der Komplemensächlich aber ist der richtige Zeitpunkt für das je- tärausgang B des Kippglieds 15 ODER der Komweilige Öffnen def Klappe nicht in dieser Weise 55 plementärausgang B des Kippglieds 13 UND der automatisch bestimmbar, weil der Nulldurchgang Arbeitsausgang/1 des Kippglieds 15 leitend ist. Demder Rollgeschwindigkeit ψ bei nicht sinusförmigem gemäß sind die vorgesehenen UND-Glieder 16, 17 Verlauf nicht festliegt. Diese Schwierigkeit wird je- und das ODER-Glied 18 verknüpft, doch dadurch vermieden, daß das Luftabsperrorgan Zur Gewinnung eines Befehls »Öffnen« wird ge-

jeweils dann geöffnet wird, wenn die Gleichung 60 _mäß Fig. 3 die Rollgeschwindigkeit Φ mittels eines Φ + k<?3 = 0 erfüllt wird. Diese Maßnahme läuft dar- Kreiselmeßgerätes 19 gemessen und dieser Wert mitauf hinaus, daß das Absperrorgan vor dem Null- tels eines Differenzierverstärkers20 zur Rollbeschleudurchgang bei einem Wert der Rollgeschwindigkcit nigung φ differenziert. Beide Werte werden mittels Φ = 0 geöffnet wird, wenn dieser Wert durch den des Summierverstärkers 21 addiert, nachdem zuvor Wert kq? kompensiert wird, der zu diesem Zeitpunkt 65 der Wert ψ durch Einstellen eines Potentiometers 22 jeweils ein entgegengesetztes Vorzeichen hat. Aus- mit dem weiter oben angeführten Faktor k multipligehend von den vorangehenden Überlegungen ist die ziert wurde und nachdem das Vorzeichen des Werts Φ Konstante k derart definiert, daß das Luftabsperr- zur vorzeichenrichtigen Addition mittels eines Um-

kehrverstärkers 23 vertauscht wurde. Der Nulldurchgang der so ermittelten Summe wird mittels der Schaltungsanordnung 24 ermittelt, die der Schallungsanordung 11 in F i g. 2 in ihrem Aufbau entsprechen kann.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird von solchen Werten ausgegangen, die in einfacher Weise mit genügender Präzision gemessen werden können. Dagegen wird'der Wert der Rollbeschleunigung?' nur als HUfswert verwendet, so daß seine schwierige Messung, die hier durch eine einfache Rechnung ersetzt ist, vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. genaue Anpassung an die wechselnden Seegangs-Verhältnisse nicht erzielt werden kann.

   Ferner ist in der britischen Patentschrift 1020 451 eine Einrichtung zur Stabilisierung eines Wasserfahr-

   Verfahren zur Regelung der Tankwasserfre- 5 zeugs beschrieben. In einer Ausführungsform wird quenz eines Rolldämpfungstanks, der eine Eigen- die Betätigungseinrichtung für die Klappen durch frequenz besitzt, die größer ist als die betriebs- ein weiteres Mittel gesteuert, das auf die Rollbewemäßig vorkommenden Schiffsrollfrequenzen, gung und auf eine oder mehrere zeitliche Ableitungen mittels eines in einer Verbindungsleitung ange- der Rollbewegung, wie Geschwindigkeit und Beordneten in Abhängigkeit von Meß- oder 10 schleunigung, anspricht, deren Zeitphase in geeigne-Rechenwerten des Rollwinkels ψ, des Tank- ter Weise voreilend und nacheilend sein kann, um wasserwinkels ψ und/oder ihrer seitlichen Ab- eine optimale Stabilisierungssteuerung zu schaffen, leitungen gesteuerten Luftabsperrorgans, das In einer solchen Steuerung, die abhängig von der dann geschlossen wird, wenn die Tankwasser- Rollgeschwindigkeit arbeitet, ist beispielsweise ein geschwindigkeit γ = null und das Vorzeichen des 15 geeigneter Wert der Phasenvoreilung des Steuer-Rollwinkels φ dem Vorzeichen der Tankwasser- signals erwünscht, da das Stabilisierungsmoment im geschwindigkeit y in der unmittelbar ihrem wesentlichen durch das Gewicht des Wassers in den Nulldurchgang vorausgehenden Zeit entgegen- Tanks gegeben ist und infolgedessen bestrebt ist gesetzt ist. dadurch gekennzeichnet, nachzueilen.

   daß der Öffnungszeitpunkt dann erreicht ist, wenn ao Es wird bei der bekannten Einrichtung eine Rolldie Gleichung ψ + k<p = 0 erfüllt ist, worin der beschleunigungsmeßeinrichtung verwendet, die in Koeffizient k gerade so gewählt ist, daß der an sich üblicher Weise einen mechanischen Differen-Öffnungszeitpunkt um ein Viertel der Eigen- tiatpr besitzt, der von einer Geschwisidigkeitsmeßperiode des Rolldämpfungstanks vor dem Null- einrichtung betätigt wird, mit dem ein Drehfeldgeber durchgang der Rollgeschwindigkeit φ liegt. 25 gekuppelt ist. Die Ausgänge der Geber, die der

   Geschwindigkeit und der Beschleunigung proportional sind, werden in vorgegebenen Größen im Differentialgeber in ein Steuersignal umgeformt.
   Es ist in dieser Patentschrift erwähnt, daß xier

   30 öffnungs- oder Schließzeitpunkt kurz vor bzw. kurz

   nach dem Nulldurchgang der Rollgeschwindigkeit erfolgen soll, wobei sich eine Gleichung von Φ τ- kr == 0 für den öffnungszeitpunkt ergibt (7 = Rollwinkel). Der genaue Zeitpunkt für die Öffnung der Luft-

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur 35 klappe ist hieraus nicht zu entnehmen, denn die Kon-Regelung der Tankwasserfrequenz eines Rolldämp- stante k ist nicht definiert,

   iungstanks, der eine Eigenfrequenz besitzt, die größer Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

   ist als die betriebsmäßig vorkommenden Schiffsroll- wird darin gesehen, ein Verfahren zur Regelung der frequenzen, mittels eines in einer Verbindungsleitung Tankwasserfrequenz eines Rolldämpfungstanks zu angeordneten, in Abhängigkeit von Meß- oder 40 schaffen, mit dem die Schließzeit und der öffnungs-Rechenwerten des Rollwinkels ψ des Tankwasser- Zeitpunkt der Luftabsperrorgane möglichst genau winkeis γ und/oder ihrer zeitlichen Ableitungen ge- bestimmt sind und auf die Schwingungsvorgänge steuerten Luftabsperrorgans, das dann geschlossen besonders günstig abgestimmt sind,
   wird, wenn die Tankwassergeschwindigkeit y ^ null Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein-

   und das Vorzeichen des Rollwinkels ψ dem Vorzei- 45 gangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Öffchen der Tankwassergeschwindigkeit 7 in der unmit- nungszeitpunkt dann erreicht ist, wenn die Gleichung telbar ihrem Nulldurchgang vorausgehenden Zeit j 4-kr = 0 erfüllt ist, worin der Koeffizient Ic gerade entgegengesetzt ist. so gewählt ist, daß der öffnungszeitpunkt um ein

   Die Regelung soll dabei die Bewegungen des Tank- Viertel der Eigenperiode des Rolldämpfungstanks wassers in dem etwa U-fÖrmigen Rolldämpfungs- 5° vor dem Nulldurchgang der Rollgeschwindigkeit φ tank so beeinflussen, daß das strömende Tankwasser liegt.

   dem auf das Schiff einwirkenden Seegangsmoment Das Verfahren nach der Erfindung hat den Vor-

   jederzeit ein kompensierendes Moment entgegensetzt. teil, daß die Ermittlung des genauen Zeitpunkts Dies kann nur dann erreicht werden, wenn die Tank- für die öffnung des Luftabsperrorgans und eine Wassergeschwindigkeit frequenzgleich, aber in Pha- 55 exakte Anpassung der Schiffsbewegungen auch an senopposition zu den Rollbewegungen des Schiffes unregelmäßige Seegangsverhältnisse möglich ist. Mit verläuft. dieser Maßnahme ist darüber hinaus gewährleistet,

   Aus der deutschen Patentschrift 688 360 ist eine daß jede Änderung der Rollgeschwindigkeit vor dem Tankstabilisierungsanlage für Schiffe der eingangs Nulldurchgang erfaßt wird.

   genannten Art bekannt, bei der die richtige Phasen- 6° Die prinzipielle Wirkungsweise einer erfindungslage des Steuersignals mit Hilfe ,eines Phasenreglers gemäßen Regeleinrichtung sei im folgenden an Hand gewonnen wird. Der Öffnungszeitpunkt der Klappen, der F i g. 1 unter der vereinfachenden Annahme erder vor dem Nulldurchgang der Schlingergeschwin- läutert, daß der Rollwinkel φ eines Schiffes etwa digkeit liegt, wird durch eine über ein Relais er- sinusförmig und frequenzgleich mit der Grundschwinzeugte Zeitkonstante bestimmt. Die Verzögerungszeit 65 gung des anregenden Seegangsmomentes ist, so daß dieses Relais soll einstellbar sein, doch bleibt sie ein- auch seine zeitlichen Ableitungen, die Rollgeschwinmal zu Beginn einer Seereise eingestellt, für den Rest digkeit φ und die Rollbeschleunigung φ, etwa sinuskonstant. Das bedeutet aber, daß eine möglichst förmig verlaufen. Während der ersten, positiven