DE2155793B2 - Eisbrecher-tanker - Google Patents

Description

Die Erfindung be trifft einen Eisbrecher-Tanker mit einer Verstärkung der Außenhaut in Form mindestens eines Eisgürtelkastens.

Bekannte Eisbrecher-Tanker dieser Art (Zeitschrift »Hansa«, 1969, Seiten 1801,1802) weisen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Außenhaut in dem möglicherweise durch Zusammenstöße mit Eisschollen oder -blöcken gefährdeten Bereich einen hohlen Eisgürtelkasten auf.

Bekannt ist es auch (DT-PS 491303), Bootskörper mit doppelter metallener Außenhaut zu verwenden. Die zwischen den beiden Blechhäuten gebildeten Hohlräume können zur Versteifung mit Beton oder ähnlichen Füllstoffen mit und ohne Verstärkungseinlage ausgefüllt werden.

Zum Zwecke des Hebens gesunkener Schiffe ist es bekannt (US-PS 1495310), Kühlschlangensysteme zum Abdichten vorübergehend anzubringen, die von Geweben oder ähnlichem Material umgeben sein können, um das zu gefrierende Wasser zusammenzuhalten bzw. vor der Bespülung durch das Außenwasser zu schützen. Solche Eiserzeugungssysteme hat man auch zur Versteifung von Decks benutzt, die beim Heben des Schiffes zusätzlichen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden, für die sie normalerweise nicht bestimmt und bemessen sind.

Bei dem gleichen Zweck dienenden, bekannten Kühlschlangensystemen (DT-PS 385 833) hat man die Umhüllung aus Gewebe od. dgl. auch schon dazu benutzt, um dem gefrorenen Eisblock eine passende Form zu geben. Auf diese Weise erzeugte Eisblöcke wurden auch zur Versteifung des Schiffrumpfs benutzt, damit er der zusätzlichen Beanspruchung durch den Hebevorgang widerstehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eisverstärkung eines Eisbrecher-Tankers vorzuschlagen, die Leckagen infolge von Zusammenstößen mit Eisschollen verhindert oder verringert, ohne das Leergewicht des Tankers dauernd zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Eisbrecher-Tanker der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß der Eisgürtelkasten mindestens während der Fahrt durch eishaltige Gewässer

mit einer gefrorenen Wasserfüllung versehen ist.

Zweckmäßige und bevorzugte Weiterbildungen de: erfindungsgemäßen Eisbrecher-Tankers sind in der Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Es folgt die Beschreibung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeich nungen. In diesen zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische, teilweise weggebrochene Ansicht eines Teils eines Eisbrecher-

ίο Tankers,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt einer Hälfte des

Schiffes nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines der

Grundgedanken der Erfindung verwirklichenden Eis-

'5 gürtelkastens,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch den Eisgürtelkasten nach Fig. 3 zur Erläuterung der Aufbringung von Versuchsbelastungen, und

Fig. 5,6 und 7 Diagramme, die den Stoß- und Be-

lastungswiderstand des Eisgürtelkastens nach Fig. 3 und 4 veranschaulichen.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Eisbrecher-Tanker 10, der einen speziell für die Fahrt durch Eis konstruierten Bug 12 aufweist. Das Schiff hat eine innere Außen-

haut Wand 16 und eine äußere Außenhaut-Wand 18, deren Materialstärke der üblicher Schiffe entspricht. Dehnbare Stähle von der für den Bau des Bugs von Arktik-Tankern verwendeten Art, die ihre Dehnbarkeit bei unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperatüren beibehalten, werden bevorzugt. Die Außenhaut-Wände sind durch eine Mehrzahl von Querspanten 20 verbunden und begrenzen zwischen sich eine Mehrzahl von Seitentanks 22. Jeder der Seitentanks enthält, wie ersichtlich, eine beliebig angeordnete Oberseite 24 und eine Unterseite 26, die so eine Mehrzahl von Eisgürtelkästen 28 begrenzen, von denen jeder einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat. Die Eisgürtelkästen 28sind mit Eis gefüllt. Schotten 30 (von denen eines in Fig. 2 dargestellt ist) begrenzen Ladungstanks 32. Der vertikale, mittlere Kiel 34 des Schiffes erstreckt sich zwischen dem inneren Schiffsboden 36 und dem äußeren Schiffsboden 38. Der innere Schiffsboden 36 ibt notwendig, wenn gegenüber Stoßbeanspruchungeri widerstandsfähige Schiffsböden gewünscht werden; in diesem Fall kann der Boden ebenfalls mit Eis gefüllt sein.

Die mit Eis gefüllten Eisgürtelkästen 28 erstrecken sich mindestens auf Bereiche oberhalb und unterhalb der Wasserlinie 42, die für »Eisgürtel« üblich sind.

Die Abmessungen der Hohlräume hängen naturgemäß von der Größe und Art des Schiffes ab.

Zur Erläuterung mag angegeben werden, daß bei einem großen Tanker jeder Eisgürtelkasten etwa 1520 mm zwischen der inneren und der äußeren Außenhautwand dick und etwa 12 bis 15 cm lang ist. Die horizontale Erstreckung jedes F.isgürtelkastens, d. h. der Abstand zwischen den Querspanten 20, hängt weitgehend von der Konstruktion der Schotte und der Landungstanks innerhalb des Schiffskörpers ab, wobei die Anordnung der eisgefüllten Eisgürtelkästen mindestens in der Nachbarschaft der Ladung tragenden Bereiche des inneren Schiffskörpers bevorzugt wird. Der Abstand zwischen den Außenhaut-Wänden wird weitgehend durch Zweckmäßigkeits- und Wirtschaftlichkeitserwägungen bestimmt. Aus baulichen und Unterhaltungsgründen wird der Abstand zwischen den Außenhaut-Wänden zu mindestens etwa 900 mm gewählt; eine Dicke von etwa 1500 mm ver-

hindert wahrscheinlich einen Bruch der inneren Außenhaut-Wand, falls nicht außerordentlich starke Stöße auftreten, ohne daß der keine Ladung tragende Rauminhalt des Schiffes übermäßig vergrößert wird. Bei Anwendung bietet dieser eifindungsgemäße Eisbrecher-Tanker einem poteiitiellen Zusammenstoßobjekt gegenüber mindestens einer Komponentenrichtung jedes Stoßes, die eine in Querrichtung oder senkrecht auf die Schiffsseite auftretende Beanspruchung ausübt, ein dreischichtiges Eis-Sandwich, das aus der äußeren Außenhaut-Wand, der Eisschicht und schließlich der inneren Außenhaut-Wand besteht. Die äußere Außenhaut-Wand und die Eisschicht müssen durch das Stoßobjekt zerbrochen werden, bevor ein Bruch sich bis auf die innere Außenhaut-Wand ausdehnt und eine Leckage auftreten kann. Es wurde festgestellt, daß das Eis nicht nur an sich ein Hindernis gegenüber dem Zusammenstoßobjekt darstellt, sondern daß es die äußere und die innere Außenhaut-Wand in beträchtlichem Ausmaß verstärkt, wie aus Fig. 5 bis 7 ersichtlich ist und mehr im einzelnen nachstehend noch beschrieber, wird, wobei die Stoßfestigkeit beider Außenhaut-Wände wesentlich gesteigert wird. Selbst wenn der Stoß ausreicht, um die Eisschicht zu zerbrechen, besteht nichtsdestoweniger eine erhebliche Festigkeitssteigerung der beiden Außenhaut-Wände gegenüber Bruchbeanspruchungen weiter. Da Eis im allgemeinen längs der Begrenzungskanten der es zusammensetzenden 1,1 bis 25,4 mm großen Körner zerspringt, ergeben 900 bis 1500 mm starke Schichten, wie oben erwähnt, die Aufrechterhaltung einer homogenen Verstärkung in allen drei Dimensionen, selbst wenn sie bereits erheblich gesprungen sind. Diese Sprünge würden naturgemäß verschwinden, sobald das Eis geschmolzen und wieder gefroren ist. Gewünschtenfalls könnten innerhalb der Hohlräume Einrichtungen zum schnellen Schmelzen und Neubilden des Eises vorgesehen werden.

Zur Bildung von Eis aus Wasser in den Hohlräumen könnte auf das natürliche arktische Umgebungswasser zurückgegriffen werden, vielleicht auch unter Verwendung einer gewissen Wärmeisolation, die von der Beschaffenheit, z. B. der Temperatur, der Ladung abhängig ist und zwischen den Ladungs'.anks der inneren Außenhaut-Wände und den Eis-Hohlräumen angeordnet wird; oder es könnte ein Kühlsystem in den Hohlräumen vorgesehen werden.

Wenn das Schiff auch wärmere Gewässer zu befahren hat, könnte ein Kühlsystem innerhalb der Eisgürtelkästen zwecks Aufrechterhaltung von unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperaturen eingebaut sein, falls eine Beibehaltung der Eisschicht gewünscht wird. Wenn jedoch Eiszusammenstoßrisiken in den wärmeren Gewässern fehlen, so können die Hohlräume aufgetaut, das Wasser sogar abgelassen und die Hohlräume als zusätzliche Laderäume verwertet werden. Zusätzlich zu Eis können Verstärkungsmaterialien (die erforderlichenfalls nicht-verschmutzender Art sein können), wie z. B. Glasfasern, Sägemehl, Holzfasern, Asbest, zerrissenes Zeitungspapier u. dgl. mit Wasser gemischt werden, um die Eisschicht zu bilden und die Beanspnichungs- und Stoßfestigkeit des Eis-Sandwich weiter zu erhöhen.

Die Belastungs- und Stoßfestigkeit des Eisgurielkastens wurden wie folgt bestimmt. Vier Versuchsanordnungen 50 (Fig. 3 und 4) wurden gebaut, zwei aus 1.18 mm dickem Stahlblech und zwei aus 3.18 mm dickem Aluminiumblech. Die Abmessungen jede·.· Teiles waren 51 ram X 406 ram Χ 508 mm (wobei innen Platz für eine 44 mm dicke Eisschicht gelassen wird). Obwohl diese Schalen 50 speziell als Schiffskörper entworfen wurden, ist die allgemeine Schalenanordnung in vielen anderen Anwendungsfällen, wo Stoß- und Belastungsfestigkeit wünschenswert sind, nützlich. Obwohl bei der fertig ausgeführten Konstruktion die Ränder dieser Gebilde möglicherweise »o nicht ganz frei wären zu schwenken, wurden trotzdem bei simulierten Stoßversüchen zur Erzielung zuverlässiger Vergleichsergebnisse die Gebilde auf einer kastenförmigen »Messerschneide« 54, wie aus Fig. Λ ersichtlich, gelagert, so daß sämtliche Kanten des ι? Gebildes im wesentlichen frei waren, unter einer aufgebrachten Last zu schwenken.

Eine Punktlast wurde sowohl statisch als auch dynamisch auf die Mitte der oberen Fläche 56 jedes Gebildes 50 (entsprechend der äußeren Außenhaut-Wand) an der durch den Pfeil 58 in Fig. 4 bezeichneten Stelle aufgebracht und eine verteilte Last auf die gesamte obere Fläche 56, wie durch die Pfeile 60 angedeutet. Diese Bclastungsversuche wurden jeweils auf einem leeren und einem eisgefu ten Stahlkörper und einem leeren und einem eisgefullten Aluminiumkörper durchgeführt. Die Lasten wurden unter Verwendung einer Young-Zug-Druck-Materialprüfmaschine aufgebracht, wobei die Punktlast tatsächlich über eine kleine, ringförmige Flache (außerer Durchmesser 38 mm, innerer Durchmesser 15,8 mm) zur Einwirkung gebracht wurde. Eine verteilte Last wurde auf jedes Teil dadurch aufgebracht daß ein Gummi-Luftsack längs der oberen Flache 56 des Gebildes zwischen diesem und dem Belastungs-3S kopf der Young-Maschine angeordnet wurde. Dynamische Belastungen wurden durch Fallenlassen bekannter Gewichte aus bekannten Höhen auf die Punktlastfläche aufgebracht. .

Die Bewegung der unteren und (abgesehen bei Aufbringung verteilter Last) oberen Fläche des Teils, entsprechend den äußeren und den inneren Außenhaut-Wänden, wurde durch linear variable Differential-Transformatoren gemessen (von denen jeder eine Primär- und eine Sekundärwicklung sowie einen beweglichen magnetischen Kern hat, der eine seinei Verschiebung proportionale Spannung erzeugt).

Fig 5 veranschaulicht die Verbesserungen, die mit dieser Eis-Sandwich-Anordnung hinsichtlich der Festigkeit gegenüber statischen Punktlasten erzielt wird. so die kleiner als die Bruchfestigkeit der Eisschicht sind (wie ein Tanker sie durch einen gezackten EisblocK erfahren könnte). Die Kurven geben die folgender Bedingungen wieder:

SA - Stahl, kein Eis, untere Fläche 5ß - Stahl, Eis, untere Fläche

5C- Stahl, kein Eis, obere Fläche SD- Stahl, Eis, obere Fläche SE - Aluminium, kein Eis, untere Flache 5F- Aluminium, Eis, untere Fläche 6o 5G- Aluminium, kein Eis, obere Flache 5H- Aluminium, Eis, obere Fläche Diese Punktlast wurde naturgemäß mehr zu eine verteilten Last, nachdem das Eis gesprungen wai Während z. B. ohne Eis eine Belastung von 111 k 6₅ die Oberfläche des Stahlblech-Gebildes um 1,5 mi auslenkte, wurde zur Herbeiführung derselben Au; lenkung eisgefüllt eine Belastung von 1070 kp be nc tigt. Die zur Auslenkung der oberen Fläche eines AU

miniumblech-Gebildes um 1,1 mm erforderliche Kraft nahm von 22,7 kp auf über 680 kp zu, wenn das Aluminiumblech-Gebilde eisgefüllt war. Der schnelle Wechsel in der Steigung der Stahl-Eisfüllung-Kurven nahe dem Maximum ließ auf Zerspringen des Eises schließen, jedoch ist ersichtlich, daß die Eisschicht immer noch eine erhebliche Verstärkungsfestigkeit aufwies.

Fig. 6 veranschaulicht die Verbesserungen, die mit der Eis-Sandwich-Anordnung hinsichtlich der Festigkeit gegenüber verteilter Last (wie z. B. sie ein Tanker aufnehmen könnte, wenn sein Schiffskörper zwischen zwei Eisschollen eingeklemmt wird — geschätzter Gesamtdruck auf den Schiffskörper für eine durchschnittlich 3,66 m dicke Eisscholle etwa 42,4 kp/cm²) erzielt werden. Wie bereits erwähnt, wurden nur Auslenkungen der unteren oder inneren Fläche gemessen. Die Kurve geben die folgenden Bedingungen wieder: 6/4 - Stahl, kein Eis, untere Fläche
6B - Stahl, Eis, untere Fläche
6E- Aluminium, kein Eis, untere Fläche
6F — Aluminium, Eis, untere Fläche
Die »Zurückbiegung« der Kurve für das ungefüllte Aluminiumblech-Gebilde beruht vermutlich auf Besonderheiten in der Ausbildung und den Eigenschaften seiner geschweißten Ecken. Wiederum war die Verbesserung überraschend. Während z. B. die untere Fläche eines hohlen Stahlblech-Gebildes unter nur etwa 0,21 kp/cm² um 0,55 mm ausgelenkt wurde, wurde ein Gesamtdruck von mehr als 1,12 kp/cm² benötigt, um die Bodenfläche eines eisgefüllten Stahlblech-Gebildes um einen gleichen Betrag auszulenken. Fig. 7 veranschaulicht die Verbesserung, die hinsichtlich der Stoßfestigkeit bei dynamischer Belastung (wie sie z. B. ein Tanker bei der tatsächlichen Fahrt durch Eis bei Kollision mit großen Eisblöcken erfahren könnte) mit der Eisschicht erzielt wird. Auslenkungen sowohl der oberen als auch der unteren Fläche eines Stahlblech-Gebildes und der unteren Fläche eines Aluminiumblech-Gebildes wurden beim Fallenlassen eines Gewichts von 19,7 kp aus Entfernungen von 12,7 bis 152,4 mm auf die obere Fläche jedes Gebildes gemessen. Die Kurven geben die folgenden Bedingungen wieder:

7/4 - Stahl, kein Eis, untere Fläche

IB- Stahl, Eis, untere Fläche

7C- Stahl, kein Eis, obere Fläche
ID - Stahl, Eis, obere Fläche
TE - Aluminium, kein Eis, untere Fläche
TF - Aluminium, Eis, untere Fläche

Wiederum waren Verbesserungen leicht zu beobachten. So verursachte z. B. ein Stoß von 135 kpm (Fallenlassen des Gewichts aus 102 mm) eine 10,2 mm betragende Auslenkung der oberen Fläche eines leeren Stahlblech-Gebildes, jedoch nur eine 3 mm betragende Auslenkung bei einem eisgefüllten Stahlblech-Gebilde.

Abgesehen vom Tanker-Bau würde der eisgefüllte Eisgürtelkasten auch bei anderen mit Verschmutzungsstoffen beladenen Schiffen, wie z. B. Tank-Leichter und L. N. G.-Tankern, wenn sie für den Verkehr in arktischen Gewässern bestimmt sind, nützlich sein.

Dünnere Stahlbleche als sie gegenwärtig erforderlich sind, könnten möglicherweise, wenn sie in der beschriebenen Weise eisverstärkt sind, verwendet werden und sogar leichtere Baustoffe, wie z. B. Aluminium, wobei die Dicke der Eisschicht vielleicht einen Ausgleich zwischen der zu großen Verminderung der Ladefähigkeit des Tank-Leichters und der Optimierung des Schutzes gegen Bruch verursachende Zusammenstöße bieten könnte.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Eisbrecher-Tanker mit einer Verstärkung der Außenhaut in Form mindestens eines Eisgürtelkastens, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisgürtelkasten (28) mindestens während der Fahrt durcheishaltige Gewässer mit einer gefrorenen Wasserfüllung versehen ist.

2. Eisbrecher-Tanker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisgürtelkasten (28) Querspante (20) enthält, die sich durch die gefrorene Wasserfüllung in dem Bereich zwischen den parallelen Außenhaut-Wänden (18, 16) erstrecken.

3. Eisbrecher-Tanker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den parallelen Außenhaut-Wänden (16,18) des Eisgürtelkastens (28) etwa 914 bis 1524 mm beträgt.