DE1916587C - Verfahren und Einrichtung zur Regelung der Tankflüssigkeitsfrequenz eines Schlingertanks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Tankflüssigkeitsfrequenz eines Schiffsschlingertanks, der aus zwei über einen in Teilkanäle aufgeteilten Verbindungskanal miteinander nach Art kommunizierender Röh- ren verbundenen Flüssigkeitstanks besteht, mit Hilfe von in den Teilkanälen angeordneten, in Abhängigkeit von Meßwerten der auftretenden Bewegungsgrößen gesteuerten Absperrorganen für Auf- und Zustellung mit stufenweiser Schließ- und öfTnungsfolge.

Die Regelung soll dabei die Schwingungen der

TankflUssiekeit in dem etwa U-förmigen Schlingertank so durch Veränderung des 5trömungsi|uerschnittes im V. bindungskanal beeinflussen, daß die schwingende Tankflüssigkeit dem auf das Schiff einwirkenden Seegangsmoment jederzeit ein kompensierendes Moment entgegensetzt. Dies ist nur dann zu erreichen, wenn die Geschwind.gkeit derTankflüssigkeitsströmung frequenzgleich, aber in Phaseriopposition 7U den Schlingerbewegun^en des Schiffes verläuft. Dies bedeutet, daß im angestrebten durch optimale Schlingerdämpfung ausgezeichneten Betriebszustand der Tankflüssigkeitswinkel ;■ dem die Schlingerbewegunc darstellenden Schlinger- oder SchilTsrollwinkel 7 um 90° vorauseilt. Dabei wird von der vereinfachenden Annah .ie ausgegangen, daß beide Winkel näherungsweise einen sinusförmigen Verlauf über der Zeit aufweisen.

Um die Tankflüssigkeitsfrequenz eines Schlingertanks der Schlingerfrequenz anzugleichen, sind nun schon einige Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen eine in einer Luftverbindungsleitung zwischen den beiden Flüssigkeitstanks angeordnete Luftklappe geregelt wird. Beim Schließen der Luftklappe kommt die im Schlingertank schwingende Flüssigkeitssäule zum Stillstand. Die Regelung der Luftklappenbetätigung läuft darauf hinaus, durch zweckmäßig gewähltes Schließen der Luftklappe die Nulldurchgänge des Tankflüssigkeitswinkels ;· und der Schiffsrollgeschwindigkeit 7 bei gleicher Phasenlage zusammenfallen zu lassen. Die Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit ·'· ist während der Verhaltezeit (bei geschlossener Luftklappe) gleich Null.

Mitunter ist es aber auch zweckmäßig, die Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ ohne Einlegen einer Verhaltezeit, bei der γ den Wert Null beibehält, in ihrem zeitlichen Verlauf der Frequenz des Schiffsrollwinkcls ψ anzugleichen. Dies kann durch Veränderung der Eigenfrequenz der schwingenden Flüssigkeitssäule erreicht werden, in dem die in den Teilkanälen des Verbindungskanals zwischen den Flüssigkeitstanks befindlichen Wasserklappen verstellt werden. Durch die Wasscrklappenverstellung wird eine Veränderung des Strömungsquerschnittes erzielt, wobei eine Querschnittsverklcinerung eine Verringerung der Eigenfrequenz dcrTanknüssigkcitsströmiing und eine Ouerschnittserweitcrunt» eine Vergrößerung der Tankeigenfrequenz ergibt. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Wasserklappen mit Hilfe von Tnbclten von Hand zu verstellen. Dieses Verfahren kann iedoch nur eine sehr ungenaue Anglcichung von Tankflüssiiikeit und Schlingcrfrcqucnz und daher nur ein unbefriedigendes Ergebnis erzielen.

Schließlich ist es zur Anpassung der TankflüssiB-keit>Frequenz an die Schlingerfrequcnz des Schiffes bekannt, den zwischen den FlüssigkcitsUmks bestehenden Verbindungskanal so in seinem Querschnitt zu verändern, daß eine Anpassung ohne wesentliche Drosselung möglich ist. Zu diesem /.weck kann der Verbindungskanal mit ausziehbaren U-förmigen BogenstUcken versehen sein. Er kann aber auch aus mehreren parallelen Teilkanälen bestehen, von denen einige mittels Schiebern verschließbar sind. Dadurch ist die Frequenz der Tankflüssigkeit durch stufenweises Schließen der Teilkanäle beeinflußbar. Diese Veränderung des Querschnitts des Verbindungskanals kann selbsttätig oder von Hand erfolgen. Eine den jeweiligen Witterungsbedingungen möglichst exakt angepaßte Stabilisierungseinrichtung ist mit dieser Anlage aber nicht realisierter.

AutgaDe der fcrtinclung ist es daner, tue verstellung des Querschnitts des Verbindungskanals von Tar.kstabilisatoren derart zu steuern, daß die Tankflüssigkeitsfrequenz jeweils der Schlingerfrequenz des Schiffes möglichst genau angepaßt wird, um die Resonanz zwischen der Bewegung der Tankflüssigkeit und des Schiffes zu erreichen.

Die Erfindung besteht darin, daß die stufenweise Schließung erfolgt, wenn die Tankfliissigkeitsgeschwindigkeit ;" vor dem Schlingerwinkel 7 den Nulldurchgang erreicht und daß die stufenweise Öffnung der Absperrorgane erfolgt, wenn der Schlingerwinkel 7 vor der Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ den Nulldurchgang erreicht, wobei als Mindestwert der Zeitdifferenz zwischen den Nulldurchgängen der reziproke Wert derjenigen Frequenzdifferenz erreicht sein muß, die zwischen dem Maximum der Tankwasserresonanzkurve (entspricht Tankeigenfrequenz) für die in Betrieb befindliche Teilkanalzahl und dem Schnittpunkt mit der nächstfolgenden Tan\vasserresonanzkurve der in der nächsten Schaltstufe vorgesehenen Teilkanalanzahl liegt. In weiterer zweckmäßiger Ausbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, erst dann, wenn bei mehreren aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ bzw. des Schlingerwinkels q> die zur Schaltung erforderliche Zeitdifferenz vorliegt, das nächstfolgende Absperrorgan zu betätigen. Zur Durchführung des Verfahrens wird gemäß der Erfindung eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der Speicherglieder vorgesehen sind, die beim Erscheinen des ersten einen Nulldurchgang anzeigenden Signals gesetzt und vom zweiten Signal gelöscht werden, wobei der Speicherausgang direkt sowie über ein Zeitglied einem UND-Glied zur Beaufschlagung hintereinandergeschalteter binärer Zählglieder zugeleitet wird und bei der ein vorwärts und rückwärts zählendes Schieberegister vorgesehen ist, das den Befehl zum stufenweisen öffnen oder Schließen der Absperrorgane bei Vorliegen eines Signals von einem die Ausgänge der binären Zählglieder verknüpfenden UND-Glied abgibt.

Die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungstiemäßen Regelung wird im folgenden an Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. Dabei geben die Kurven in

Fig. 1 den Verlauf des Schlingerwinkels ψ, des Tankflüssigkeitswinkels γ und der Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ wieder, während in

F i g. 2 die Resorvanzkurven des Schlingertanks bei verschiedenen Strömungsquerschnitten aufgetragen sind;

F i g. 3 der Zeichnung zeigt schließlich eine schematische Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispielcs der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Nach Fig. 1 sollen der Kurvenzug des Schiffsroll- wird mn ein zweites Absperrorgan winkeis oder Schlingerwinkels _Ψ eblnso wie der des wenn die ™f^™*~ ? JSS SS. Tankflüssigkeitswinkels γ näherungsweise änen sinus- durchgangen, dieui der t-ιg- s *._{ff 7wi}. förmigen Verlauf haben. Dann zeigt auch die zeit- größer als der reziproke Wert « JJ™JV _{2 (f)} S Ableitung des Tankflüssigkeilwinkels y, näm- 5 sehen den ^TSS^SZ Ku^mft de! Hch die Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit y, einen sinus- in F ι g. 2 und ™ ^^"P^un*^*£" 7!"Ti// = 1//.. Snigen Ve,lauf. Der ausgezogene Kurvenzug gibt ^»if ^«^^J^^ä Ad^ dabei die Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit f Wr den Liegt *gcgcnder ^•^^„eSrequenz ist. erwünschten Betriebszustand wieder, bei dem γ und ,. frequenz U₁) U«ner jjsdie ScWlinge π q in Gegenphase und mit der gleichen Frequenz 1. was durch die gestnchelte Kurve "»T JB £,_ ^hwingen^P Der gestnchelte Ku^nzug ist die Tank- deutet ist, dann wird ^»^T _/(i flüssigkeitsgeschwindigkeit y mit einer Frequenz, die sperrorgan auch noch geöffnet, wenn 1» 1 h η "iednger als die des Schlingerwinkels ₇ ist! während ist. Es darf näherungswe,se angenommen werden, der strichpunktierte Kurvenzug die Tankflüssigkeits- daß 7>,-Γ., ist- . Mindestzeit-Geschwindigkeit f mit zu hoher Ftoquenz darstellt. ,5 Durch ^^!^^^,,XXUen der

Bei zu nnner 1 aiiMiussigNcuscicuuc..*., uiv J"J—>■ J-"— --¹— ?-·* ~^ht daO,beim1 Auttreten

angezeigt wird, daß ν vor _v den Nulldurchgang er- Kurven >-und φ w.rd erre cn t daß bem»

reicht, muli eines der vorgesehenen Absperrorgane einer Schl.ngerfrequenz die gerade zwjsch.n

geschlossen werden, wohingegen bei ,u niedriger Tanke.genfrequenzen hegt η cM ^jahr

Tankflüssigkeitsfrequen, W erreicht vor y den Wert ao Absperrorgane geöffnet und ^ g^eschlo ^

Null) eines der geschlossenen Absperrorgane geöffnet den müssen. Aus ^^8'™^^" dann erfolgen,

werden muß. Voraussetzung dazu ist allerdings, daß tat.gung eines Abspe.™^£,*^¹ ₆Γ_{ηε de}m oben

die ungedämpfte Eigenfrequenz des Schlingertanks wem w^^l^^^^teSm zwischen

größer gewählt ist als die größte betriebsmäßig vor- angegebenen Wert ^«fⁿ« ^^™. _hwin.

kommende Grundfrequenz der Schlingerbewegung. a₅ den,Nulldurchgangen_de. T^X f^Lgestellt

Diese ungedämpfte Eigenfrequenz des Schlingertanks digkeit y und des SchlingerwinKeis φ t

wird mit /_u bezeichnet und ergibt sich aus Fi g. 2 am wird. t,-i_H„rtP Vprfahren zur Regelung der

Ort des Maximums des Kurvenzug<* 1, der die Reso- Das vorgeschilderte Verfahren zur Ktfe y „anzkurve des Schlingertanks mh vol. geöffnetem ™^1<^^^£^£* _durch.

dkl i 3° in Fig 3 ^da^rgestellten Kegei |

„anzkurve des Schlingertanks mh vol. g ^^^^£^£

Verbindungskanal zeigt. 3° in Fig. 3 ^da^r.gestellten Kegei | , _rdnung

Der Kurvenzug 2 stellt die Resonanzkurve für den gefuhrt, wobei die F1 g. 3 eine Sc halt inJ- _f ^

Fall dar, daß ein Absperrorgan geschlossen ist, und zur Gewinnung eines Impulses als O..nun_fe.D

Kurvenzug 3 für den Fall, daß /:wei Absperrorgane zeigt. dareestellt sind an sich

geschlossen sind. Die Amplituden der Resonanzkur- In der ZeichnungJ. ht ^^rg^es|^e^ _fl j _kdt

ten, die das von der Tankflüssigkeit dem Schhngcr- 35 bekannte MeßgeraU- ^ *_e 1^ank^ S ^_

moment entgegengesetzte Tankmoment wiedergeben, schwindigkeit y, .^P f'^,^"^^! _(/, wofür

nehmen infolge der durch das Schließen der Absperr- druckmesser, "^^^,"Kle verwendet

organe verursachten Dämpfung etwa, ab. Im Max.- be.spel_fwe.se eine[^^_ηά^^_{η&αηοτά}- _mL der Kurvenzuge liegt die jeweils vorhandene werden ^J^ _als ^g _Anzcige

des Tankflüssigkeiis-Strömungsquerschnittes durch Kippglied in Hintereinanderscnaiiung uraicu«.", "~ öffnen bzw. Schließen eines Absperrorgans vorge- 45 bei das Kippglied jeweils in der Umgebung ejnes nommen wird, d. h. bei der von einer Tankeigen- Nulldurchgangs in den nichtleitenden Zustand zufrequerz auf eine andere, also von einer Resonanz- rückfällt und das an seinem Komplementärausgang kurve auf eine andere übergegangen wird. Der anstehende Signal als Nullsignal verwendet wird. Frequenzunterschied, der der Differenz der Frequenz- Diese Nullsignale für ψ — 0 und γ = 0 beaufschlagen werte zwischen dem Maximum der Resonanzkurve 5» nun nacheinander die beiden Eingänge eines Spei-(Eigenfrequenz) und dem Schnittpunkt mit der nach- chers 10, dessen Ausgang einmal direkt und zum sten Resonanzkurve (Umschaltfrequenz) entspricht, anderen über ein Zeitglied 11 einem UND-Glied muß demnach zwischen Schlingerfrequenz und Tank- zugeleitet wird. Dadurch wird erreicht, daß erst bei eigenfrequenz erreicht werden, bevor ein Absperr- Vorliegen -iner genügend großen Zeitdifferenz zwiorgan verstellt wird. Der reziproke Wert dieses Fre- 55 sehen dem Eintreffen der Nullsignale der Ausgang quenzunterschiedes entspricht derjenigen Zeitdiffe- des Speichers durchgeschaltet wird. Erseheint das renz, die nach Fi g. 1 zwischen dem Nulldurchgang Signal für γ = 0, das den Speicher IG löscht, zu früh, der Tankfiüssigkeitsgeschwindigkeit γ und dem des also bevor das Zeitglied 11, dem der Grenzwert T_n Schlingerwinkcls </■ bestehen muß, bei der die Ver- aufgeprägt ist, durchschaltet, so liegen die beiden stellung der Absperrorgane vorgenommen wird. 6o Bedingungen für das UND-Glied 12 nicht vor, und es

Es wird beispielweise der Fall angenommen, daß erscheint kein Nullsignal am Ausgang des L)ND-im Verbindungskanal des Schlingertanks ein Ab- Gliedes. 13 und 14 sind aus Flip-Flop-Elementen sperrorgan geschlossen ist, die Tankeigenfrequenz(/,) bestehende binäre Zählglieder, die erst dann, wenn jedoch immer not·!· höher als die Schlingcrfrequenz das Nullsignal dreimal hintereinander erscheint, über ist. Bei diesem Betriebszustand erreicht die Tank- 65 das UND-Glied 15 das Signal an ein vorwärts und flüssigkeitsgeschwindigkeit γ (strichpunktierte Kurve rückwärts zählendes Schieberegister 16 weiierpeben. in Fig. 1) den Nulldurchgang vor dem Schlinger- Das Schieberegister 16 erteilt nun dem nicht dargewinkel 0.. Nach dem erfindungsgemußen Verfahren stellten Stellantrieb des in der Reihe nächstfolgenden

Absperrorgans den Befehl zum öffnen. Es wäre selbstverständlich auch möglich, noch mehr binäre Zahlglieder hinter die Glieder 13 und 14 zu schalten, um die Zahl des vorgeschriebenen Erscheinens der Nullsignale zu erhöhen.

Eine entsprechende Schaltungsanordnung ist für die Erzeugung eines Schließbefchls vorgesehen, wobei lediglich der Speicher durch das erscheinende Signal für γ — 0 gesetzt und durch das für φ — 0 gelöscht wird.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Regelung der Tankflüssigkcitsfrcqucnz eines Schiffsschlingertanks, der aus zwei über einen in Teilkanäle aufgeteilten Vcrbindungskanal miteinander nach Art kommunizierender Röhren verbundenen Flüssigkeitstanks besteht, mit Hilfe von in den Teilkanälen angeordneten, in Abhängigkeit von Meßwerten der ao auftretenden Bewegungsgrößen gesteuerten Absperrorganen für Auf- und Zustellung mit stufenweiser Schließ- und Öffnungsfolge, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Schließung erfolgt, wenn die Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ vor dem Schlingerwinkcl φ den Nulldurchgang erreicht, und daß die stufenweise öffnung der Absperrorgane erfolgt, wenn der Schlingerwinkel φ vor der Tankflüssigkeitsgeschwindigkeit γ den Nulldurchgang erreicht, wobei als Mindestwert der Zeitdifferenz zwischen den Nulldurchgängen der reziproke Wert derjenigen Frequenzdifferenz erreicht sein muß, die zwischen dem Maximum der Tankwasscrresonanzkurve (entspricht Tankeigenfrequenz) für die in Betrieb befindliche Teilkaiialzahl und dem Schnittpunkt mit der nächstfolgenden Tankwasserrcsonanzkurve der in der nächsten Schaltstufc vorgesehenen Teilkanalzahl liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erst dann, wenn bei mehreren aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der Tankflüssigkcitsgeschwindigkeit γ bzw. des Schlingerwinkels ψ die zur Schaltung erforderliche ZeitdifTerenz vorliegt, die Betätigung des nächstfolgenden Absperrvorgangs erfolgt.
3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherglicder (10) vorgesehen sind, die beim Erscheinen des ersten einen Nulldurchgang anzeigenden Signals gesetzt und vom zweiten Signal gelöscht werden, wobei der Speichcrausgang direkt sowie über ein Zeitglied (11) einem UND-Glied (12) zur Beaufschlagung hintereinander geschalteter binärer Zählglieder (13, 14) zugeleitet wird, und daß ein vorwärts und rückwärts zählendes Schieberegister (16) vorgesehen ist, das den Befehl zum stufenweisen öffnen oder Schließen der Absperrorgane bei Vorliegen eines Signals von einem die Ausgänge der binären Zählglieder (13,14) verknüpfenden UND-Glied (15) abgibt

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen