DE1936558B2 - Verankerte Boje mit einem Stabi hsierungsteil zur Verringerung der Vertikal und Rollbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verankerte Boje mit einem durch die Wasserlinie mit geringem Querschnitt hirdurchtretenden Schwimmkörper und einem unterhalb des Schwimmkörpers in ruhigeren W'asserbereichen konzentrisch zum Schwimmkörper angeordneten und mit diesem starr verbundenen Verdrängungskörper als Stabilisierungsteil zur Verringerung der Vertikal- und Rollbewegungen der Boje.

An der Meeresoberfläche schwimmende körper sind den beschleunigender. Kräften des Seegangs ausgesetzt. Sucht man eine Plattform, die gegenüber der Meeresoberfläche im wesentlichen stillstehen soll (beispielsweise für Signal- oder Meßzwecke), so verwendet man deshalb bisk.ng dort, wo die Wassertiefe dies zuläßt, auf dem Meeresboden gegründete Mastkonstruktionen. In tieferen Gewässern ist die Verwendung schwimmender Körper nicht zu vcimeiden. In flachen Gewässern sind schwimmende Körper wegen der geringeren Kosten vorzü/iehe:,. Dabei sind aber besondere Maßnahmen vorzusehen, die diesen Schwimmkörpern, die im folgenden als Bojen bezeichnet werden, eine möglichst große Stabilität gegenüber der umgebenden Wasseroberfläche geben. Siraffe Verankerung ist dafür nicht brauchbar, weil diese die Boje bei nach oben gerichteten Bewegungen, die sie mit der Wasseroberfläche ausführt, plötzlich abstoppt, ν as häufig zum Brucn der Verankerung und /.um Verlust der Boje führt. Eine solche starre Fesselung kommt ii"u für ticfgetauclite Auftriebst rper in r-rasic. die aber nicht verwendbar sind, wenn die ^r-:..r.kiion der Boje bzw. der von -hr fK-tragener. Einrichtungen an die Wasseroberfläche i'.ehimden sind. P;e E'find'ing bezieh! sich nur auf Bojci. .'.!so nic.i: \oiis! ndiü ^etau-.iite Schwimmkörper.

Die r^c,A'-P;:Un;.ehrift3 4(iSS;! zei-1 eu'e ve-an-

^:c keil·.- HuJe mi: einem vertikal !anggestrec'cten Sci!ui;nmki';pcr. der mi', geringem Ouerschni;: .luuh die W,is^:iir.ie hindiirchtritt und an meinem '/.ntoren Eiii-ie von einem konzentrisch umiauleu-.ien. k.'.i-^euinur 'Le!le;artigcn \ or^ritnguneski'rp,. r _tlN S!aoUi-^:-·-

o rune^leil abüesehio^sen uird. Es ha; s ih ^ /.cig'. Ual:i ■jerartige ilr.ju; iür die Er.'cichup.e eines ie-.;irüri:^" Stabiiisicrung-.efrekti in ihren dän:pienJ \\ irken.le:; ! ''"'er« .!---crteiir: η \ t rtiältnismüßtg umfaTK..rei':!) und Jasi'.ii schwer iuisgcfuhrl werdet; müssen. Außerdem

•^!° besteht die Gefahr, daß de, Stabilisieriiügsteil bei Schrati-teiiungder Boje irid horizontaler .Anströmung un<.:wunschte \'enik;..lkräfte erzeug;. Die bekannte boie hat lerner den Nachteil, daß der Stabilisierung··- teii einer Roil'oc'.vegung der Boje keinen wesentlicher.

Widerstand entgegensetzt.

Zu ei Auftriebskörpergruppen, von denen die eine als völlig getauch,e Verdrängungskörper, die ander als die Wasserlinie durchtretende Schwimmkörper ausgebildet sind, /cigt luch die britische Patentschrift 670 ?! 1 bei -?inem Wasserfahrzeug zur Unterwasscrbeförderung seliwerer Lasten. Dadurch, daß den Verdrängungskörper nicht vie! weniger als Ψ0 '} etes Auftriebs zugeordnet wird, soll eine Verringerung tier Vertik.tibewegung des Fahrzeugs erreicht werden.

Zur noch wirksameren Schwingungsdämpfung wild zusätzlich ein tellcartiger Stabilisierungsteil \erwen del. DL· Verdrängungskörper sind als Zylinder ausgebildet, auf denen die Schwimmkörper direkt aufshzen. Es werden keine Durchmesserang.iben zu den zylindrischcn Aiiftriebskörpern in Abhängigkeit lokaler Seecharakteristiken gemacnt. was bei einem Transportfahrzeug, mangel? lokaler Fixierung auch nicht sinnvoll wäre. Von der Scccharakteristik hängt aber bekanntlich die individuelle Stabilisierungswirkung einer Stabilisierungseinrichtung ab. Damit läßt sich aus den bekannten Angaben alleine eine zuverlässige stabilisierte Schwimmcinheit nicht bauen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Boje der eingangs genannten Art zu schaffen.

die he·: mäßigem Bauaufwand gute Tauehstahilitat gcgenübei den beschleunigenden Kräften des Secangs besitzt und dabei in ihrer Ausführung auf ein bestimmies Scegcbict abstimmbar ist.

Die erfindungsgemüße Lösung besteht darin, daß die Boje '.m wesentlichen vcrtikalkräftefrei verankert ist und dei Stab'li.iic· ungstcil eine in einer Horizontali'bene ringförmig geschlossener. Form besitz¹, wobei au! in-s^i' fei¹ J.cr Hauptteil des v.'asserverdrängenclcn H.ijenvo.umciiä Chl'üHl, und daß ler Stabilisieningst.il mit dem Schwimmkörper über Streben verbunden ist, und daß der Wen Um ■ T/D des ringförmigen Teils kleiner als 10 ist, wobei U;:: die Amplitude· der Rela'i>'geschwmdigkeil zwischen dem Wasser und dem ringförmigen Teil, T die Sei wingungs/cit und P der Ouerschiiitisdurclimesscr des r'mgfö-migen Teils ist.

Es ist /war eine Schwinimeinheit bekannt (USA.-Patentschrift 3 1 1S 4OS), die neben Schwimmkur-

pcm auch einen in einer I lon/ontalehene ringförmig geschlossenen Verdrängungskörper verwendet. auf lien der Hauplleil des wasserv !drängenden Volumens < ntfallt. jedoch dienen die Ausgestaltunu des körpe.s und die hier,".! gemachter! AniU'.ht.-π msschließlich der Verringerung des durch die Wellenbeweguns: hervorgerufenen Strömi ngswiderstands in hori/iintaler Richtung. Lehren /ur Bekämpfun» von \ er'ika!sclrvingi:ngen werden nicht gesellen. "

Die Erfindung beruht auf zwei Eirkenn.nis.sen: Die ^;n erste 'st die. daß die beschleunigenden Kräfie der Meeresoberfläche hai;n!s;ici;iich auf Schwingungen in ;i:in/ bestimmten Frequenz- und AmpiimdcnbeideK■;, zurückzuführen sind. Diese Hauptbereiche können .-v. ar .π unterschiedlichen Gewässern sehr unter- ^!5 schiedlich sein Mild a'rei liir einen Iv.-s'immten S!.i:idoi! icic.U zu ermiit-.in. ! zw.. ite Erkenntnis i:.; ·.'.<■. . daß /U'- Stabilise: ung l..r Boje weniger die a:.l ■ η ersten :ilick nesnndei» gee giiet jricheinen .. i _: -iaKenfi nnigen B;ni:e:le /w-.-cl.m ißig sind, son-'iern quer -u ihrer Ι,ή igv .·'Streckung bewegte Körper. j;L^'-ilossener. rinif irr li.iiei Form, deren Quer-H !l/.ittsdurc'imesse ■ η ganz bestimmter Weise auf die jeweils vui herrsehe.i'.'en f requenzverhaitnisse abgestimmt sind. Diese It.-i'."ere Erkenntnis wurde angeregt durch iiie Untersuchungen von Keulegan und t'.iipen.e. über >,Forces on Cylinders and Plaies ii an Oscillating Fluid .. \cr-ufcntliclr. in Jouniöl of Research of the National Bureau of Standards, Va- :-h ngton. Vol. 6(\ No. r Mav 1^U?S.

■-S zeigt sieh, daß der untere Fiojentei! der erfiniH.'igsgemäßen Boje eine im Vergleich mit dem Bauaufward sehr hohe stabilisierende K:. ^ct am' die Boje aus/iiiibeii vermag, wobei auch J.) . ι · st:/eichneter Rcilwiderst; id erreicht wird. Di ;ser tu >i<· beruht aaf 3i d·:r Akiivierung hydrodynamischer Reak. or.skräfte, mc sich bei gleichbleibende Rückstell <rafi infolge einer angenommenen ! üuchungsande: ι ng des Schwimmkörpers wie eine Massenvcrgrößer ing des gesamten schwingungsfahigen Systems auswirk!. Diese Aktivierung der hydrodynamischen Abstimmung der Querschniusdi'rchmesse. der ringförmig geschlossenen Körper des unteren Bojenteils auf die Frequenz und die Wellenhöhe des in dem jeweiligen Meerest'obiet am häufigsten auftretenden Seegangs.

Normalerweise werden Bojen so verankert, daß über die Ankereinrichtimg Vertikalkräfte auf die Eoje einwirken. Bei einer solchen Verankerung kann sich aber die Wirkung des erfindungrgemäßen Stabilisierungskörpers nicht vMI entfalten Aus diesem Grund erfordert die Erfindung eine lose Verankerung dor Boje. (.!^;e man beispielsweise durch selbstschwimmende oder mit Schwimmkörpern versehende Verankerungsseile erreichen kann.

Die ringförmige Geschlossenheil des Stabilisiclungskörpcrs soll bewirken, daß er gegenüber von allen Seiten eindringenden Beschleunigungskräften glekhe Stabilisierungswiikung besitzt. Zn diesem Zweck braucht der Stabilisierungskörper nich· unbedingt kreisringförmiiz l'.esialt'M /u sein. F^:.s ueniigt bei- So spielswcise Polygonform.

Die Erfindung verlangt ferner, daß der Stabilisierungsteii zur Erreichung eines ausreichenden Stabilisicrungseffckts den Hauptteil des wasscrvcrdrängcnden Hojenvolumvns bildet. Unter wasserverdrängcndem Volumen ist dabei das Volumen sämtlicher Unterwasserbauteile tier Boje zu verstehen, die als einheitlicher Körper an der Schwingungsbcwegurig teilnehmen.

Die Verbindung des Stabilisierungsteils mit dem Schwimmkörper übe Streben, das heißt über im Querschnitt vergleichsweise dünne Bauteile, soll sicherstellen, daß der S'.abilisierungsteii ohne wesentliche Beeinflussung durch diese mit ihm verbundenen Ί e!Je wirken kann.

Unter dem Querschnittsdurehmesser des pi gförmigen Stabilisierung.steils ist im Fall eines kreisförmigen Querschnitts der Kreisdurclimesser und im FaI! einer von der Kreisform abweichenden Querschnittss>est:;it der hydraulisch gleichwertige Durehmesser zu verstellen.

Das Siabilisierungsverhälinis Um Ucrr = Qh< 10 wird für Bornentwürie regelmäßig vom durchschnittlichen Fachmann errechnet. Die Bestimmung v;>ii Um ■ YiD < 10 führt daher in der Praxis nicht /.u Schwierigkeiten. DasStabilisierungsverhältnis wird \'om Besteüer regelmäßig vorgegeben.

Zweckmäßigerweise hat der Stabilisierungsieil kompakte Querschnittsgestait. Strömungsdynainisch am günstigsten ist der krei: unde Querschnitt. Aus konstruktiven Gründen wählt man jedoch häufig zweckmäßiger den quadratischen ^der rechteckigen Querschnitt mit einem nahe bei 1 liegende:"! Seitenverhältnis.

Der Stabilisierungsteil soll in einer Wassertiefe liegen, in der die mit der Wasseroberfläche phasengleicher! Bewegungendes Wassers auf einen geringen Betrag angenommen haben. Und zwar soll die Amplitude der der Wasseroberfläche phasengleichen Vertikalbewegung mindestens auf einen Bruchteil abgesunken sein, der dem gewünschten Reduktionsmaß hinsichtlich der Bewegung der Boje gegenüber der Bewegung der Wasseroberfläche entspricht. Mit anderen Worten ,oll der Stabilisierungsteil in einer Wassertiefe lieger, in der die Amplitude der Vertikalschvvingunger, des Wassers geringer ist ais die bei dem entsprechene'en Seegang zugelafsenc B nvegungsamplitude dtr Boje.

Die Umströmungsfelder des Stabilisierungsteils auf gegenüberliegenden Seiten de^r Boje sollen einander nicht wesentlich beeinflussen.

Diese Überlegung, bestimmt den Mindestdurchmesser eines als Ringkörper ausgebildeten Stabilisierungsteüs. Ob der Druchtnesser gegenüber diesem Mindestdu-ehmesser noch vergrößert wird, richtet sich nach der für den gewünschten Stabilisierungseffekt erforderlichen Umfang ds Rin^körpers und nach dem gewünschten Widersfan .1 gegenüber Rollbewegungen. Gegebenenfalls kan/¹ man de.i Diamctralabstand der den Stabi'isierungstei! bildenden Körper so bemessen, daß sich die einander eeger.übcrliegendcn Körper bzw. Ringteile in solchem Wasserbereichen liegen, daß die auf sie einwirken, ler Beschleuiiigungskräfle nach Phase und/oder Richtung im Vergleich mit den auf die oberflächennahen Bereiche der Boje wirkenden Kräfte entgegengesetzt au' die Boje c.iwirken. Im Grundsatz soll aber der Durchmesser des ringförmigen Stabilisierungstcils nicht größer sein als etwa 20% der Wellenlänge des hauptsächlich in Betracht kommenden Seegangs.

Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die in einer Figur eine schcmatischc Seitenansicht eines vorteilhaften Ausfiihrungsbcispicls der Erfindung darstellt.

Dargestellt ist eine eifindungsgemäße Boje, die /ur Aufhängung von Meßeinrichtungen zur Feststellung

hori/.nntaler und vertikaler o/eaniselier Geschwiiu'igkciten dient, von der also höh·.¹ Stabilität verlangt wird.

Sie besteht aus einem Schwimmkörper 1. der über Streben 2 mit einem Ringkörper 3 als Stabilisierungskörper verbunden ist, der gekennzeichnet ist durch einen rechteckigen Querschnitt, der nach den oben angegebenen Gesichtspunkten im Hirblick auf die am häufigsten auftretenden Secgangsfrei|iienzen bemessen ist, und im Grundriß kreisförmige Gestalt hat. In der Mitte des Ringkörprrs ist ein Trimmtank 4 vorgesehen, der nicht im Sinne der Erfindung als Stabilisierungskörpcr gestaltet ist, aber gleichfalls eine gewisse dämpfende Wirkung ausüben mag. Er ist durch Streben 9 mit dem Ringkörper verbunden, wobei der Abstand des Trimmtanks von dem Ringkörpcf und die Streben so ausgelegt sind, daß die Hydrodynamische Wirkung des Ringkorpets nicht bceintriichtigt wird. Die ozcanographiscri?n Meßfühler S sind über ein Meßkabel 6 an einem Mast 7 aufgehängt. Mit Hilfe einer Winde 8 läßt sich das Meßki>b*l ziehen u.id absenken.

Der Querschnitt des Scliwinimkörp'.rt 1 in der Wasserlinie im Bereich der zu erwartenden Weiler höhen ist mit Rücksicht auf möglichst kleine Huck stellkräftc in bezug auf die Massenkräfte des System? so klein wie möglich gehalten. Die untere Grenze für diesen Querschnitt wird einmal bestimmt durch die vorgeschriebene zulässige Ticicrtaiicluing infolge zulässiger zu erwartender Belastungen (Begehungen, HisiM satz). Zum anderen bedingt die Gcfnhr des Unlersc'iinci'Jens der Boje bei kräftig.ι Strömung einen nicht zu geringen Querschnitt in der Wasserlinie.

Die Verbindung'les Schwimmkörpers mit dem untere.« Bojenfeil durch die Streben 2 ist erforderlich, damit auch in den obersten Wasserschlitten ohne erhebliche Störung dr., Wasserzustands durch Bojenteile Messungen durchgeführt werden können. Die Boje ist vermittelst dreier Ankerseile plnziert, die um 120° zueinander vernetzt sind. Man verwende! dafür zweck.näßigerweisc entweder selbstschwimmcnde

«5 Taue ο .kr Slahlr.cilc mit quasi-iiomogcn verteilten Auftriebskörpern, wodurch man eine minimale Ein-Ά-'>ί·ι.ιημ f'er Verankerung auf die oszillier"nden Bc- ^•••.■;,ijiinf»η der Boje erhält. Die Vt rankcrungdcr Boje sot! nur ein Großraumciriftcn vermeiden, la die Gcslalt;irt» c'c Boje .;db</. eine ausreichende Stabilisierung gcgerviiof. Jen ι !!mittelbar angreifenden Wellenbewegungen ergibt.

Der S'hiviTpiink' de: Boje sol¹ mögiichst \icf, nicht tvt'it unter dem V<Ndri-ngiiMgspun!rt liegen. Die gc-

^a5 wünschte ^chwrpjrA«l&gc kan>. du!ei. geeignete BaJlasrVtii% der Stabiiti-icrung.jVöip'jr ιΐ'κί d-«:s TnmmlaiiKS ericiolit werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche·

   I. Nc. a.,kcrte Hcjc n.ii einem durch die Wasserlinie mn geringem QiR "-chniit hindurihtretcii den Schwimmkörpt. r unu einem unterhalb des Schwimmkörpers In ruhij_ercii W asscrbercichen konzentrisch /um Schwimmkrrpe." angeordneten und mti diesem >·; arr verb.i'uieuen \ eruraniiiinuskörperals Siahilisierungstc;! /.ur Vemnge;ulic tier Vertik:¹.!- und Rollhewc-L'Miiicn der Boje, dadurch g c k C η η / c i c i. i. . .. daß die Boje im wesentlichen vcrtikalkrai'i .-ircι --^ranken ist inKt der Suibilisierurisis'iL-il (3ie';;e i¹.". ·..■■■ nc ι¹ Ho: ■ i.'.i > ii * :i I ehe::·: :"i niifi'ir.n iü i/e-chii^ ^r.c i^:o::!l hc^il^'^:. wob:-i au: dicken 1 ei! (3 ι ..!er Hauplieil des uassei- \crdiäi^enucn linien.¹· ohmic:·.-- cniläüi. lU'.ii da'i ■.i.T Suii^v.!'.sierung.--tei! (3) :^Ίΐπ dem Se'nw iniiiiknr per \1) ubti Sirehen \2) ·■ erbuiidcn <si.. imd chi'J. der Wert U, TD des ■ ingförmigen Teils (3) kleiner als Ic ist. wöbe; ι ;n die Amplitude Jer Relativgeschwi'idigkeii /wischen dem Wasser und dem ringförmigen Teil (3). 7"die Schwingungs/eit ■jnd O der O'.iersehniitsdurchmesser des ringförmigen Tei's is'.

   1. B( ν nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß der Stabih<-ierungsteil kompakte Ouerschnittsgestalt hat.

   3. Bi^-ije nach Anspruch i oder 2. dadurch gekennzeichnet, daIi der Durchmesser des Stahilisierungsteils Sk groß i·.'.. daß sich seine Stnimuiisisfelder auf gegenüberl'cgcnd--n Seilen der Boje nicht wesentlich beeinflussen

   4. Boje nach einem dei .-\.ns; 'uche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daIi der Durchmesser des Stabilisierungsteils nicht größer ist als etwa 20' V der zu erwartenden Wellenlänge.