DE2410528A1 - Dynamische verankerung von schiffen und aehnlichen schwimmkoerpern - Google Patents

Dynamische verankerung von schiffen und aehnlichen schwimmkoerpern

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Description

- 5. Harz 197*
COMPAGJiIE GEHEBAEE D1AUTO]I1IAT I SIE 12, rue de la Baume, 75008 PARIS (Frankreich)
DYNAMISCHE VEBANKEBtHTG VON SCHUHEN UND ÄHNLICHE!!
SCHWIMMKÖRPERN
Die Erfindung "betrifft die dynamische Verankerung von Schwimmkörpern wie Schiffen, Bohrinseln und ähnlichen Schwimmkörpern, für die nachfolgend aus Vereinfachungsgründen der Ausdruck "Schiff" verwendet wird.
Um ein Schiff in einer festen Position zu halten, wurden lange Zeit Anker oder statisch an Ketten aufgehängte Körper verwendet. Bei Schiffen grosser Tonnage führten das hohe Gewicht der Anker sowie der·ziemlich hohe Zeitaufwand für das Ankern zu einem Ersatz der herkömmlichen Ankermittel durch ein moderneres, das im allgemeinen als dynamisches Ankern "bezeichnet
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Dabei wird das Schiff mit Antriebsorganen ausgestattet mit denen es rasch in alle Richtungen beweglich ist.. Eine als Positionsdetektor bezeichnete Vorrichtung ermöglicht es, das Schiff in jedem Augenblick in eine senkrecht über einem Punkt auf dem Meeresgrund liegenden Stellung zu bringen, in der es bleiben soll.
Jede Abweichung wird von dem Positionsdetektor festgestellt, der im Zusammenwirken mit einem Kursmesser, wie beispielsweise einem Kompass, die Antriebsmittel betätigt, um das Schiff in die Sollstellung zurückzubringen.
Die Positionsdetektoren sind am Schiff angebracht und stehen mit dem Meeresboden in Verbindung. Diese Verbindung kann mechanisch, akustisch oder elektromagnetisch hergestellt werden.
Eine mechanische Verbindung besteht beispielsweise aus einem zwischen dem Meeresboden und dem Schiff aufgespannten Draht; eine Lageveränderung des Schiffes überträgt sich in Form einer Winkelveränderung des Drahtes zur Vertikalen? das Messen dieses Winkels ermöglicht die Erstellung eines Steuersignals für die Schiffsantriebsmittel.
Als akustische Verbindung kann ein bekanntes Sonargerät verwendet werden.
Eine elektromagnetische Verbindung kann analog zur Sonarverbindung hergestellt werden, indem eine akustische Welle durch eine elektromagnetische '-VeIIe, wie beispielsweise einen Laserstrahl, ersetzt wird.
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In allen diesen Fällen durchquert die Verbindung zwischen dem Schiff und dem Meeresboden Wasserschichten, die direkt mit den unter der Wasseroberfläche befindlichen Schiffsteilen in Berührung stehen. Hieraus ergeben sich Nachteile:
- Im Falle einer Drahtverbindung kann dieser Draht in der Nähe der Antriebsmittel oder der auf dem Schiff befindlichen Arbeitsmittel deren Betrieb behindern. Darüber hinaus kann die durch die Dünung bedingte Auf- und Abbewegung des Schiffs sowie das Bollen und Schlingern Messfehler bei der Feststellung des Neigungswinkels des Drahtes zur Folge haben.
- Bei einer akustischen oder elektromagnetischen Verbindung können durch die Nähe der Schiffsmaschinen, der Schiffsantriebe und der Arbeitsgeräte die Signa.le gestört oder verzerrt werden, woraus sich Fehler bei der Positionskorrektur des Schiffs ergeben .
Bin Ziel der Erfindung besteht darin, ein dynamisches Ankerverfahren bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Beschaffung einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Gegenstand der Erfindung ist ein dynamisches Ankerverfahren, mit dem ein mit Antriebsmitteln ausgestattetes und auf der Wasseroberfläche schwimmendes Schiff senkrecht über einem ersten gegebenen Meeresbodenpunkt verankert wird, dadurch
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gekennzeichnet, dass bei diesem Verfahren
- eine mit eigenen -dynamischen Ankermitteln ausgestattete Boje in einer Entfernung von dem Schiff verankert wird, bei der die Ankermittel nicht mehr durch entweder auf dem Schiff oder an dem ersten Meeresbodenpunkt befindliche Maschinen und Apparate gestbrt werden und die Boje auf diese Weise eine feste Position in bezug auf einen zweiten Meeresbodenpunkt einnehmen kann,
- mit Hilfe einer an der Oberfläche befindlichen Messvorrichtung, die mit einer Kursfeststellungsvorrichtung des Schiffs zusammenwirkt, die relative Position des Schiffs in bezug auf die Boje und in bezug auf den Kurs festgestellt wird und
- die Positionsabv/eichungen des Schiffs in bezug auf den ersten gegebenen Meeresbodenpunkt durch Betätigen der Antriebsmittel durch von der Messvorrichtung gelieferte Fehlersignale korrigiert werden.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Boje zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass zu ihr dynamische Ankermittel sowie Sende- und Reflexionsmittel für elektromagnetische Signale gehören.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren genauer beschrieben.
Fig. 1 stellt schematisch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens dar.
Fig. 2 stellt einen Schnitt durch eine Boje zur Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens dar.
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Als Beispiel für die Beschreibimg der erfindungsgemässen L'osung wird die Verankerung eines Pipe-line-Legers gewählt.
Die die Pipe-line bildenden Rohre werden an Bord des Schiffs zusammengeschweisst und dann versenkt. Diese Arbeitsweise führt notwendigerweise zu häufigem Anhalten des Schiffs, das während seines Stillstands eine in bezug auf den Meeresboden v'dllig feste Stellung bewahren muss. Da.s Verankern muss sicher sein und in kurzer Zeit vor sich gehen können. Die Erfindung liefert zu diesen Problemen eine L'osung.
In Flg. 1 wird ein auf der Meeresoberfläche 11 schwimmendes Schiff 10 gezeigt. Der Meeresboden ist mit der Referenz 12 bezeichnet. 13 ist die Beferenz für die Pipe-line, deren einzelne Abschnitte an Bord des Schiffs zusammengeschweisst werden, wodurch häufiges Anhalten des Schiffs in fixer Position notwendig wird. Die Verankerung des Schiffs senkrecht über einem festen Punkt A auf dem Meeresgrund wird mit Hilfe einer Schwimmboje 20 erreicht, von der weiter unten ein Ausführungsbeispiel beschrieben wird.
Das Schiff 10 ist mit Antriebsmitteln wie 11a, 11b usw. ausgestattet, mit denen es geringfügige lageveränderungen vornehmen kann.
Die Verankerung des Schiff3 10 geschieht auf folgende Weise;
Die Boje 20 wird in einer bestimmten Entfernung vom
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Schiff (einige zehn bis einige hundert Meter) in einem Punkt G positioniert, der senkrecht über einem willkürlich gewählten festen Punkt B liegt. Die Entfernung wird so gewählt, dass die auf dem Schiff "befindlichen Geräte die dynamische Verankerung der Boje nicht st'ören.
Die Boje ist mit dynamischen Ankermitteln ausgestaltet, zu denen
- ein Positionsdetektor,
- ein oder mehrere Antriebsmittel sowie
- ein Steuersystem gehören, mit dem auf die Antriebsmittel die zur Beibehaltung der Sollposition der Boje notwendigen Befehle gegeben werden.
Schiff und Boje sind mit Mitteln-ausgerüstet, mit denen an der Oberfläche die Entfernung zwischen der Boje und bestimmten Schiffspunkten gemessen werden kann.
Weitere auf dem Schiff und/oder in der Boje angebrachte Mittel ermöglichen ausgehend von den vorgenannten Entfernungsmessungen und der Kurslage des Schiffs die Erstellung von Steuersignalen für die Antriebe des Schiffs, um eine fixe Position des Schiffs zu erreichen.
Fachstehend erfolgt die Beschreibung eines Beispiels:
Die Boje enthält in einem Punkt G einen Referenz taktgeber, einen Sender für Hauptbits und einen Empfänger.
Das Schiff enthält zwei Sender für Antwortbits, die an zwei verschiedenen Punkten C und D untergebracht sind.
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Das Messen umfasst die folgenden Takte: Erster Takt:
Der Taktgeber synchronisiert den Empfänger der Boje und die beiden Antwortsender des Schiffs durch Senden des Haupfbitsignals auf eine Frequenz I'.
Zweiter Takt;
Der erste Sender für Antwortbits strahlt auf derselben Frequenz F Signale aus, die diesmal "vom Empfänger der Boje aufgefangen werden.
Dritter Takt;
Der zweite Sender für Antwortbits sendet auf derselben Frequenz F Signale aus, die vom Empfänger der Boje aufgefangen werden.
In der Boje misst eine Elektronikeinrichtung den Phasenunterschied zwischen jedem Empfang der Antwortbits einerseits und der durch den Taktgeber im ersten Takt gelieferten Synchronisationsfrequenz andererseits.
Diese beiden Phasenunterschiede repräsentieren die Entfernungen G-CG- und GDG, wenn die Antwortsignale ohne eigene Phasenverschiebung vorliegen.
Ausgehend von der Kenntnis dieses Phasenunterschiedes wird durch entweder an Bord des Schiffs oder in der Boje untergebrachte Mittel in Zusammenarbeit mit den Kursfeststellungsmitteln des Schiffs ein oder mehrere Steuersignale für die
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Schiffsantriebsmittel erstellt, durch die, das Schiff in seine Sollposition zurückgebracht wird.
Das aus dem Sender in der Boje und den Antwortsendern im Schiff bestehende System ist bekannt.
Das soeben als Beispiel beschriebene System ist nicht das einzige, mit dem das Schiff in bezug auf eine Boje positioniert werden kann. Beispielsweise können auf dem Schiff an zwei verschiedenen Punkten zwei Teleskope angeordnet werden, die eine von der Boje ausgesandte Laserimpulsfolge empfangen: der Phasenunterschied zwischen dem von den Teleskopen empfangenen Signalen ist proportional zum Abstand zwischen der Boje und jeweils einem der Teleskope.
In einer Variante können zwei Lasersender an zwei Punkten auf dem Schiff angeordnet werden°, jeder dieser Laser sendet eine Impulsfolge aus, wobei zwischen diesen beiden Impulsfolgen ein bekannter Phasenunterschied vorliegt. Ein an der Boje angebrachter Reflektor sendet die Impulse auf zwei jeweils in der Fähe der Lasersender befindliche Empfänger. Durch das Messen des Phasenunterschieds der beiden reflektierten Impulsfolgen erhält man wie zuvor ein Steuersignal fUr die Antriebsmittel des Schiffs.
Eine weitere Variante besteht darin, auf dem Schiff eine Radaranlage zu installieren, die in Richtung auf die Boje sendet.
Der Radarstrahl wird von der Boje (evtl. mit Hilfe 409840/0304
eines an der Boje montierten Reflektors) reflektiert.
Auf bekannte Weise ermöglicht das Radargerät so die Messung der Entfernung zwischen der Boje und dem Schiff.
Diese Entfernung zusammen mit einer Information zur Kurslage des Schiffs und zum Winkel zwischen der Schiffslängsachse und der Achse zwischen dem Radargerät und der Boje ermöglicht die Erstellung eines Signals, mit der die Korrektur der Schiffsposition veranlasst wird.
Bei allen verwendbaren Messgeräten können die Geraden
CG und DG bei genügendem Abstand zwischen dem Schiff und der Boje mit nur geringem Fehler als horizontal betrachtet werden. Es ist deshalb nicht unbedingt erforderlich, eine Horizontalitätskorrektur durchzuführen? nötigenfalls genügt eine feste Korrektur .
Die durch Seegang bedingten Auf- und Abbewegungen des Schiffs und der Boje führen in die Messungen einen kleinen Fehler ein, der jedoch meist nicht berücksichtigt zu werden braucht,
Fig. 2 zeigt im einzelnen eine erfindungsgemasse Boje.
Sie besteht aus einem zylindrischen Mittelkörper 30, der unten in einem Wulst 31 ausläuft. Der Mittelkörper verlängert sich nach oben und bildet dort einen metallischen Hohlkörper 32, der eine Plattform 33 und einen Zyklöidantrieb 34 mit senkrechten Schaufeln 34a trägt.
Die Plattform 33 enthält einen Treibstoffbehälter 35, 409840/0304
eine-Kammer 36 mit Elektronikschaltkreisen und einen Mast 37 mit Rundstrahlantennen 38.
Scheiben 39 und Bremssysteme 40 sorgen für die Stabilität der Boje. Schliesslich sind in dem T¥ulst 31- mindestens drei Positionsdetektoren angeordnet (in der Figur wurden vier Detektoren 42a, 42b, 42c und 42d dargestellt).
Die Boje arbeitet wie folgt;
Am Lageort der Boje wird ein Schallwellensender auf den Meeresgrund versenkt (Punkt B der Fig. 1).
Die Detektoren 42a bis 42d empfangen die Schallwellen und ermöglichen es, die Zeitunterschiede für den Weg zwischen dem Punkt B und den Detektoren zu messen; diese unterschiede treten auf, wenn die Boje ihre senkrechte Stellung über dem Punkt B verlässt.
Diese Messungen werden durch Elektronikschaltkreiso vorgenommen, die in der Kammer 36 untergebracht sindj andere Schaltkreise erarbeiten ein Steuersignal für den Zykloidantrieb 34, der die Boje wieder zum Punkt B zurückbringt. Der Antrieb 34 kann durch einen einfachen Dieselmotor (nicht hier dargestellt) angetrieben werden, der gleichzeitig auch die Stromerzeugungsmaschinen (ebenfalls nicht dargestellt) antreibt, die für die Funktionen der Elektronikschaltkreise notwendig sind.
Der Bojenantrieb kann neben den geringen Positionskorrekturen auch für grössere Bojenbewegungen eingesetzt worden, wenn beispielsweise das Schiff im Verlauf der Verlegearbeiten
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zu weit von der Boje entfernt ist und diese eine neue Position einnehmen muss. Der Befehl für diese Bojenbewegung wird über Funk von der Antenne 38 empfangen.
In der Kammer 36 sind ebenfalls die zu den Messungen notwendigen Elektronikschaltkreise untergebracht.
Die Sender, die für die feste Position der Boje sorgen, können auf die Weise versenkt werden, dass sie mit der Pipe-line verbunden und auf den Meeresgrund gelassen werden.
In diesem Fall befindet sich die Boje hinter dem Schiff, und der Winkel CGD ist sehr spitz. Um bei der Triangulation eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen, darf die Entfernung zwischen dem Schiff und der Boje nur gering sein und/ oder es müssen die Antwortsender C und D auf über die Schiffseiten hinausreichenden Stangen befestigt werden.
Die Sender können auch durch ein Beiboot versenkt werden, und die Antwortsender C und D können an jedem Ende des Schiffes angebracht werden, woraus sich bei einer gleichen Entfernung Boje-Schiff wie im vorhergehenden Fall ein grösserer Winkel CGD ergibt.
Die an Hand eines Pipe-line-Legers beschriebene Erfindung ist ebenfalls sehr vorteilhaft für den Fall einer schwimmenden Bohrinsel; in diesem jj'all stören nämlich die.durch die Bohrwerkzeuge hervorgerufenen Geräusche und die Grosse dieser Yferkzeuge die dynamische Verankerung, wenn diese in herkömmlicher Weise durch einen senkrecht unter dem Schwimmkörper befindlichen Schallsender oder durch einen zwischen dem Schwimmgerat und dem Meeresboden gespannten Draht herbeigeführt wird.
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Claims (13)

PATENTANSPRÜCHE
1. Dynamisches Ankerverfahren, mit dem ein mit Antriebsmitteln ausgestattetes und auf der Wasseroberfläche schwimmendes Schiff senkrecht über einem ersten gegebenen Meeresbodenpunkt verankert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei diesem Verfahren
- eine mit eigenen dynamischen Ankermitteln ausgestattete Boje(20) in einer Entfernung von dem Schiff verankert wird, bei der die Ankermittel nicht mehr durch entweder auf dem Schiff oder an dem ersten Meeresbodenpunkt befindliche Maschinen und Apparate gestört werden und die Boje auf diese Weise eine feste Position in bezug auf einen zweiten Meeresbodenpunkt B einnehmen kram,
- mit Hilfe einer an der Oberfläche befindlichen Messvorrichtung, die mit einer Kursfeststellungsvorrichtung des Schiffs zusammenwirkt, die relative Position des Schiffs in bezug auf die Boje und in bezug auf den Kurs festgestellt wird und
- die Positionsabweichungen des Schiffs in bezug auf den ersten gegebenen Meeresbodenpunkt durch Betätigen der Antriebsmittel durch von der Messvorrichtung gelieferte Fehlersignale korrigiert werden.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass zu der Messvorrichtung ein Sender-Empfänger für elektromagnetische Wellen gehört, der auf der Boje angebracht ist, sowie zwei Antwortsender, die an zwei ver-
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schiedenen Punkten (C und D) des Schiffs angeordnet sind.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung einen Lasersender umfasst, der auf der Boje angeordnet ist, sowie zwei Teleskope, die an zwei verschiedenen Punkten (C und D) des Schiffs angebracht sind.
4. Verfahren geraäss Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung zwei an zwei verschiedenen Punkten des Schiffs aufgestellte Lasersender, einen auf der Boje angeordneten Reflektor und je einen in der Mähe jedes der Lasersender angeordneten Empfänger umfasst.
5. Verfahren gemäss Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eins auf dem Schiff installierte Radareinrichtung umfasst.
6. Boje zur Anwendung des Verfahrens gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, dass zu ihr Mittel zur dynamischen Ankerung sowie Mittel zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen gehören.
7. Boje gemäss Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur dynamischen Ankerung mindestens drei Empfänger für elektroakustische Wellen (42a, 42b,' 42c), einen elektronischen Messschaltkreis für die Zeitunterschiede für den Weg einer von einem ausserhalh der'Boje befindlichen Sender, ausgesandten Welle, die durch diese Empfänger
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(42a, 42b, 42c) empfangen wird, sowie einen Elektronikschaltkreis umfassen, der ausgehend von den Zeitmessungen.ein Steuersignal für einen Antrieb (34) der Boje erarbeitet.
8. Boje gemass Anspruch 6, d-adurch gekennzeichnet, dass sie Mittel für den Empfang elektromagnetischer Wellen enthält«
9. Boje gemass Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Antrieb (34) um einen Zykloidantrieb handelt.
10. Boje gemä'ss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem zylindrischen Körper (30) besteht, der an seinem oberen Ende' eine Plattform (33) und an seinem unteren Ende einen Wulst (31) trägt.
11. Boje gemass Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (42a, 42b, 42c) in dem Wulst (31) untergebracht sind.
12. Boje gemass Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (33) eine Kammer (36) für die Elektronikschaltkreise, mindestens eine Sendeantenne (38) und einen Treibstoffbehälter (35) trägt.
13. Boje gemass Anspruch 10, dadurch g e kennze ichnet, dass der Zykloidantrieb zwischen der Plattform (33) und dem Wulst (31) angeordnet ist.
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