DE2456412C3 - Verfahren zur Herabsetzung von Spannungen in den Tanks von Tankschiffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herabsetzen der Spannungen, die v-urch die Beanspruchungen eines Schiffskörpers in Längsrichtung hervorgerufen werden, bei dem die Spitzenspannung durch eine entgegengerichtete Spannung vermindert wird. Dabei ist das Verfahren in erster Linie in Verbindung mit solchen Tanks geeignet, die freistehend im Schiff installiert werden und vor allem zum Transport von verflüssigten Gasen bestimmt sind. Deshalb soll im Zusammenhang mit der Erfindung unter dem Ausdruck »Schiff« jedes Wasserfahrzeug verstanden werden, das zum Transport von freistehenden Flüssigkeitstanks geeignet ist.

Der Transport von verflüssigten Gasen auf dem Seeweg bringt technische Probleme mit sich, die in der Hauptsache dadurch bedingt sind, daß das Schiff Bewegungen und Beanspruchungen ausgesetzt ist, und auch durch die niedrigen Temperaturen, bei denen in der Mehrzahl der Fälle der Transport der Flüssigkeiten durchzuführen ist. Das ist z. B. der Fall bei verflüssigtem Erdgas (LNG), das unter einem Druck, der nahe dem atmosphärischen Druck liegt, und bei einer Temperatur von ca. - 160" zu transportieren ist.

Die Probleme, die sich aus den angeführten niedrigen Temperatu^ren ergeben, bestehen einerseits in der Notwendigkeit, daß der Tank dieses aushalten können muß. andererseits in der Notwendigkeit, /u verhindern, daß sich diese Temperaturen auf den Schiffskörper übertragen und damit die Gefahr eines Sprödbruchcs entsteht.

Die Techniken, die man entwickelt hai, um diesen Transport durchzuführen, sind im Prinzip folgende:

Einsatz von freistehenden prismatischen Tanks mit Metallwänden aus Soezialmaterial. relativ dick und versteift. Diese Tanks werden gegenüber dem Schiffskörper durch Abstützungen aus Isolierstoff gelagert, welche die allgemeinen Bewegungen des Tanks zum Schiff in Vertikal-, Quer- und Längsrichtung verhindern, aber Kontraktionen und Ausdehnungen des Behälters bei Temperaturschwankungen erlauben.

Als zweite Technik läßt sich der Einsatz von Tanks anführen, die in den Schiffsrumpf eingebaut sind, gebildet durch eine oder mehrere Gruben aus

ίο Spezialwänden mit sehr dünnen Wänden und Zwischenschichten aus Isoliermaterial. Bei diesem Lösungstyp wird der Innendruck des Tanks über die Metallgruben und die Isolierung übertragen und von der Innenverkleidung des Schiffes aufgefangen. Die Möglichkeit, die Kontraktionen und Ausdehnungen thermischer Art durch diese Metallgruben zu absorbieren ergibt sich, indem man diese mit einer Riffelung versieht, oder aber sie aus einer Legierung herstellt, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient praktisch Null ist.

Als letztes ist der Einsatz von Tanks mit sehr dicken, nicht verstärkten Wänden aus Spezialmaterial anzuführen, deren geometrische Form es ermöglicht, sie als Druckbehälter zu berechnen, entsprechend den Gesetzen, wie sie allgemein für diesen Behältertyp angewen-

2) det werden. Diese Behälter werden vom Schiffskörper über ein Stützsystem getragen, das relative Bewegungen verhindert, aber die thermischen Kontraktionen und Dehnungen des Tanks bei Temperaturschwankungen erlaubt. Dieses Stützsystem kann aus nicht zusammenhängenden Elementen bestehen, die entsprechend den drei Hauptsymmetrieebenen des Tanks angeordnet sind, die auf dem Schiffsrumpf über Isolierelemente ruhen, oder aber aus fortlaufenden Versteifungen, die am Tank in der Nähe seiner mittleren Horizontalebene an einer seiner Kanten und am Schiffsrumpf auf der entgegengesetzten Seite verschweißt sind. In diesem letzten Fall erreicht man, daß die Temperatur des Schiffsrumpfes nicht unter zulässige Werte absinkt, da diese Versteifungen in Vertikalrichtung sehr lang sind und auch dadurch, daß sie auf einen weiten Bereich hin, in der Nähe ihrer Verbindung mit dem Schiffskörper keine Isolierung haben.

Gleichgültig, welche Lösungen man gewählt hat. unterliegen die Frachttanks und ihr .Stützsystem folgenden Beanspruchungen:

A) Statische Beanspruchungen:

1. Eigengewicht des Tanks und seines .Stützsystems,

2. Gewicht der Einbauten im Inneren des Tanks

für Pumpen. Rohrleitungen und Instrumentierung.
3. Gewicht der Isolierung des Tanks und deren Stüt/system,

4. Überdruck innen in der Dampfkammer des Tanks.

5. Überdruck außen, wenn der Tank leer ist,

6. Druck innen durch die flüssige Füllung im Tank.

7. Thermoelastische Beanspruchungen, wenn die bo Temperatur in den gefüllten Tanks unter der

des Schiffskörpers liegt.

8. Beanspruchungen durch statische Deformierungen des Schiffskörpers, die sich auf den Tank über sein Stützsystem übertragen.

B) Dynamische Beanspruchungen:

1. Beanspruchungen durch die Beschleunigungen des Schiffes im Vertikal-, Längs- und Ouersinn.

2. Beanspruchungen durch Deformierungen des Schiffskörpers unter dynamischen Bedingungen.

Wenn auch die Art der statischen Beanspruchungen ausreichend klar ist, so ist es doch angezeigt, in allgemeinen Linien die Berechnungsgrundlagen aufzuzeigen, die für die dynamischen Beanspruchungen aufgrund von Beschleunigungen und Deformierungen des Schiffes eingesetzt werden. Diese dynamischen Beanspruchungen berechnet man allgemein auf der Basis: langfristiger Zustand des Meeres, d. h. dem Nordatlantik, welcher der ungünstigste ist. Die Extrembeanspruchungen, die men bei der Auslegung berücksichtigt, entsprechen allgemein einem Wahrscheinlichkeitsgrad von ΙΟ-⁸. Es handelt sich somit um Beanspruchungen, die wahrscheinlich einmal während der Lebensdauer des Schiffes auftreten. Die Werte der Beanspruchungen werden auch auf höheren Wahrscheinliehkeitsgraden errechnet, um das Verhalten bei Ermüdungserscheinungen, und in bestimmten Fällen die stetige Fortpflanzung von Rissen in der Tan'.iwar.d, zu untersuchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das es ermöglicht, die auf die an Bord eines Schiffes installierten Ladungstanks einwirkenden Spannungen des Schiffskörpers zu verringern.

Das neue Verfahren ist besonders bei Schiffen der üblichen Bauart anwendbar, bei denen an Bord freistehende Tanks zum Transport von unterkühltem Flüssiggas aufgestellt sind, wobei die Einwirkung von Spannungen auf die Tanks reduziert werden sollen, die in erster Linie durch die Vertikalbiegungen des Schiffsrumpfes ausgelöst werden, so daß das Gewicht der Tanks und deren Abstützungen und damit deren Kosten gesenkt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Ver-ingerung der auf die an Bord installierten Ladungstanks ausgeübten Spannungen beim Einbau derselben durch Ballastenein die Spannung hervorrufendes Vertikal-Biegemoment erzeugt wird, das in etwa dem Vertikal-Biegemoment in einem Belastungs/ustand des Schiffes während der Reise entspricht.

Weitere vorteilhafte Verfahrenss hritte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

F.s ist /war schon ein Verfahren bekannt (DDPS 26 169), bei dem beim Au^fbau des Schiffsrumpfes auf der Helling die durch die spätere Beanspruchung des Schiffskörpers hervorgerufenen Längsspannungen durch Erzeugung einer entgegengerichteten und verbleibenden Vorspannung abgebaut werden. Damit wird aber lediglich das Ziel verfolgt, durch Verringerung der Betriebsspannungen eine Gcwichtseinsparung des Schiffskörpers und damit eine Verbilligung des Schiffsbaus /u erreichen. Demgegenüber soll mit der Erfindung am üblichen Abbauverfahren des .Schiffsrumpfes nichts verändert werden, und sie verfolgt auch keine Gewichlseinsparung desselben, sondern das erfindungsgemäße Verfahren wird in Verbindung mit einem in konventioneller Bauart hergestellten Schiff beim Einbau der Ladungstanks angewendet, worauf dem bekannten Verfahren kein Hinweis zu entnehmen ist. Bekanntlich werden Tanks, soweit sie zum Transport von chemischen, insbesondere aggressiven Flüssigkeiten, von Wein oder von Flüssiggas geeignet sein sollen, aus teueren Spezialmaterialien hergestellt, die außer ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit im Falle von Flüssiggas, das bis zu -162°C unterkühlt ist, auch große Spannungen und Belastungen aushalten muß. Wenn es also gelingt, die im normalen Schiffahrtsbetrieb auftretenden Spannungen von den Tanks fernzuhalten, kann durch eine geringere Dimensionierung nicht nur das Gewicht des Spezialmaterials und damit die Kosten niedriger gehalten werden, sondern es ist auch möglich,

ίο entsprechend größere Mengen an Fracht zu transportieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aus der Analyse der verschiedenen Typen der Deformierungen des Schiffskörpers in der Zone eines Frachttanks

is ableiten. Diese Deformierungen lassen sich in folgende vierTypen unterteilen:

a) örtliche Deformierungen am Schiff in der Stützzone eines Frachttanks- Diese Deformierungen können statischer oder dynamischer Art sein, und ihr Einfluß auf die Auslegung dtj Tanks und seines Abstützsystems ist relativ klein.

b) allgemeine Deformierungen des Schiffes, betrachtet als Träger oder Balken, unter der Wirkung von

r> horizontalen Biegemomenten. In statischer Hin·

sic.ii sind diese Deformierungen praktisch Null, weil die Horizontalresultierende der hydrostatischen Drücke in jedem Querschnitt des Schiffes auch Null ist. In dynamischer Hinsicht sind diese

jo Deformierungen nicht Null, aber sie !laben einen

sehr kleinen Wert. Das ist einerseits zurückzuführen auf die relative Geringfügigkeit der dynamischen horizontalen Biegemomente, andererseits auf den hohen Wert des Trägheitsmoments der

j) Gesamtheit der Längsbauelemente des Schiffes in

jedem beliebigen Abschnitt im Verhältnis zur Vertikalsymmetrieachse.

c) allgemeine Deformierungen des Schiffes, betrachtet als Träger oder Balken, unter der Wirkung von Torsionsmomenten. Aus Symmetriegründen sind diese Deformierungen in statischer Hinsicht Null; denn das Torsionsmoment ist Null. In dynamischer Hinsicht sind die Deformierungen bedeutender als die durch die Horizontalbiegungen; Jenn die Torsionsmomente sind nicht sehr «roß. aber die Torsionsfestigkeit des Schiffes ist relativ klein.

d) allgemeine Deformierungen des Schiffes, betrachtet als Träger, unter der Wirkung von Vertikalbiegemomenten. In statischer Hinsicht können diese

jo Deformierungen bei Schiffen für den Transport von

Gasen recht bedeutend werden, denn durch die geringe Dichte der Last ist das Schiff vorherr sehend vertikalen statischen Biege-Bruchmomen un ausgesetzt, die das Deck unter Zug und den

j-) Boden und den Doppelboden unter Druck arbei'en

lassen. In dynamischer Hinsicht ist das Schiff auch starken vertikalen Biegemomenten ausgesetzt.

Von allen angeführten Deformierungen sind die dynamischer Natur kaum bedeutend zu mindern, ohne daß man die Baukosten des Schiffes erheblich steigert.

Bei den Deformierungen statischer Natur haben wir schon gesehen, daß die durch Horizontalbiegung und die durch Torsion bewirkten Null sind und es somit nicht erforderlich ist, auf s'e einzuwirken. Dagegen ist es aber möglich, auf die Deformierungen durch Vertikalbicgungen des Schiffsrumpfcs mit Hilfe eines Verfahrens einzuwirken, das unten noch weiter beschrieben wird

und Gegenstand der Erfindung ist. Dieses Verfahren bringt als Nebenwirkung eine Verminderung der Spannungen mit sich, die durch örtliche Deformierungen ausgelöst werden.

Zur Zeit erfolgt bei jeder der verwendeten Tanktypen normalerweise die Montage der Tanks in den Aufbau des Schiffes, wenn dieses auf der Helling oder im Dock im Bau ist, wobei es auf in Abstand angeordneten Stützen ruht. Das bedeutet einerseits — da ja das Schiff dadurch zusammengebaut wird, daß Blocks verschweißt werden, die auf den Stützen ruhen —, daß beim Montieren der Tanks in den Schiffskörper das Biegemoment in jedem beliebigen Querschnitt des Schiffs praktisch Null ist. Da aber das Schiff auf in Abstand angeordneten Stüzen ruht, deren Reaktionen nicht leicht kontrollierbar sind, entstehen andererseits in seinem Körper vorübergehende Deformierungen örili·

Wenn die Tanks unter diesen Bedingungen montiert sind und das Schiff in Dienst gestellt worden ist, dann wird es während seiner ganzen Lebensdauer die vorher angeführten dynamischen Belastungen auszuhalten haben. Darüber hinaus wird der Schiffskörper in der Stützzone der Frachttanks, und im besonderen in der Zone der Zentraltanks, einem starken statischen Vertikalmoment ausgesetzt sein, das sich in Abhängigkeit von den bestimmten Belastungssituationen des Schiffes ändern wird und das eine Deformierung des Schiffskörpers bewirken wird, die zur Zeit der Montage der Tanks in das Schiff nicht bestand. Wie schon vorher gesagt, bewirkt bei Schiffen, die für den Transport von verflüssigten Gasen eingesetzt sind, und besonders bei denen, die flüssiges Erdgas transportieren, die geringe Dichte der Fracht, das dieses Biegemoment bei jeder beliebigen Belastungssituation zu einem Bruchmoment wird, zumindest im Bereich der Zentraltanks.

Somit bringt die Tatsache der Montage der Tanks zu einer Zeit, in der der Schiffsrumpf keinen vertikalen statischen Deformierungen ausgesetzt ist. es mit sich, daß sich während der ganzen Lebensdauer in den Tanks und ihren Abstützsystemen bedeutende statische Störspannungen ergeben.

Diese Nachteile werden mit der Erfindung dadurch vermieden, daß die Tanks montiert werden, wenn der Schiffsrumpf schwimmt, und daß der Schiffsrumpf in der Stützzone jedes Tanks, und besonders in dem mittleren Querschnitt jedes Tanks einem statischen Vertikalbiegemoment ausgesetzt wird, das Deformierungen hervorruft, die etwa gleich denen sind, die der Schiffsrumpf in den genannten Teilen bei durchschnittlicher Navigationssituation ausgesetzt sein wird, und indem dann die Verbindung des Tanks zum Schiffsrumpf durch das ;;Abstützsystem vorgenommen und während dieses Arbeitsganges der gleiche Wert des genannten Biegemoments aufrechterhalten wird.

Das schon angeführte Biegemoment in jedem Abschnitt kann man leicht erreichen, indem man das Schiff mit Ballast belastet

Das statische Vertikalbiegemoment, dem der Schiffsrumpf in jedem der angeführten Querschnitte ausgesetzt ist, wird sich entsprechend den Faktoren ändern, weiche die Auslegung der Tanks und ihrer Stützen bedingen. Dieses Biegemoment kann etwa gleich dem MIttel der Extremwerte der statischen Vertikalbiegemomente sein, die sich in diesen Querschnitten bei den Bestimmten Navigationssituationen ergeben.

Das Einsetzen dieses Moments kann besonders interessant sein, wenn die Auslegung des Tanks und seines Abstützsystems, oder die von wichtigen Zonen des Tanks und Abstützsystems durch statische Beanspruchungen beschränkt wird.

Alternativ kann das statische Verlikalbiegcmoment, '} dem der Schiffsrumpf in jedem der angeführten Querschnitte ausgesetzt ist, etwa gleich dem Mittel der Extremwerte der Gesamlvertikalbiegemomentc sein, der statischen und dynamischen, die sich in diesem Querschnitt be den bestimmten Navigationssituationen ergeben. Es ist zu beachten, daß im allgemeinen dieser Mittelwert aus den Extremwerten der Gesamtvertikalbiegemomente verschieden sein wird von dem Mittelwert der statischen Vcrlikalbiegemomente.
Das Einsetzen dieses Moments kann besonders interessant sein, wenn die Auslegung des Tanks und Abslützsystems oder die der wichtigen Zonen von Tank und Abstützsystem durch dynamische Beanspruchungen beschränk! vvird

Schließlich kann das Biegemoment einen Zwischenwert zwischen den beiden vorgenannten annehmen. Das Einsetzen dieses Zwischenmoments kann sich als interessant erweisen, wenn die Faktoren, welche die Auslegung beschränken, teilweise statisch und teilweise dynamisch sind.

Diese vorgenannten Momente sind natürlich anwendbar, wenn die Montage der Tanks erfolgt, nachdem der Bau des S -hiffes abgeschlossen ist. Im entgegengesetzten Fall müssen die Momente herabgesetzt werden, um bei der Montage des Tanks Deformierungen in Form von Vertikalbiegung zu erhalten, die gleich denen sind, welche die schon erwähnten Momente auf den Bau des Schiffes ausüben werden, wenn dieses fertig ist. Das gewählte Moment kann sich auf den Schiffsrumpf anwenden lassen, um dabei auch die gewünschte Deformierung gleichzeitig in allen entsprechenden Zonen und Abschnitten zu erzielen oder um diese Deformierungen sukzessive in den Zonen der bestimmten Tanks zu erzielen.

Entsprechend einem anderen Kennzeichen der Erfindung, das dazu dient, den größtmöglichen Vorteil aus der vorher beschriebenen Eigenschaft zu erzielen, wird das Schiff so ausgelegt und betrieben, daß in jedem einzelnen seiner Querschnitte die statischen Vertikalbiegemoment-Extremwerte, die sich unter den bestimmten Navigationssituationen einstellen, untereinander nur in einer sehr kleinen Größe unterscheiden, vorzugsweise weit geringer, als die des maximalen statischen Vertikalbiegemoments, das der Schiffskörper in dem in Frage stehenden Querschnitt aushalten kann.

Bei der normalen Auslegung von Schiffen sieht i.tan darauf, daß die statischen Vertifcalextremwerte nicht über den in jedem Abschnitt zulässigen Werten liegen, aber man sieht nicht im besonderen darauf, daß sich in jedem Abschnitt diese Extremwerte nur wenig untereinander unterscheiden.

Bei Schiffen, die für den Transport von verflüssigten Gasen bestimmt sind, weiche die große Mehrheit der Schiffe darstellen, bei denen freistehende Tanks an Bord aufgestellt werden, bringt die Aufrechterhaltung der statischen Vertikalmomente innerhalb der Grenzen, welche die Festigkeit des Schiffes erlaubt keine besonderen Schwierigkeiten mit sich, da die Ladung von geringer Dichte ist (0,5Tm/cbm bei Erdgas) und die Beziehung größte Länge des Schiffes/Schiffshöhe (puntai) kiein ist» so daß ein großes Festigkeitsmodui für die LängsStrukturelemente erzielbar ist Das ermöglicht es, besonderes Augenmerk auf die Ausführung der Auslegung des Schiffes zu richten, so daß in jedem

Querschnitt die Extremwerte des statischen Verlikalbicgemoments einander sehr nahekommen und demzufolge auch dem Wert des Moments nahekommen, das auf den Schiffsrumpf während des Anschlusses des Tanks an diesen ausgeübt wird.

Bei großen Transporten von Erdgas ist das relativ leicht zu erreichen; denn durch das Vorhandensein eines Doppelbodens ermöglicht die verfügbare Aufnahmemöglichkeit für Ballast, die Zone jedes Frachltanks zu erreichen, ein Gewicht an Ballast (Scewiisser), das praktisch gleich dem der vollständigen Belastung des Tanks ist. Da dies für alle Tanks zutrifft, kann gesagt werden, daß sowohl bei Vollast als auch b.i Ballast die Längsverteilung von Gewichten und Drücken und damit die Verteilung der Scherspannungen und der Biegemomente sich praktisch gleich halten lassen.

Was den Verbrauch betrifft, insbesondere den Treibstoff, kann man auch Längsverteilungen des Gewichts erzielen, die sehr ähnlich sind der Situation beim Auslaufen aus dem Hafen mit Vorrat und der beim Eintreffen im Hafen ohne Vorrat. Das Verfahren besteht einfach darin, Ballasttanks mit einem Fassungsvermögen, das ähnlich dem der Vorratstanks ist und diese nahe und längs an ihnen anzuordnen, d. h. ganz am Bug und Heck, also den Stellen, an denen normalerweise die Vorratstanks angeordnet sind.

Vom Standpunkt des Betriebs des Schiffes gibt es kein besonderes Problem, sich davon zu vergewissern, daß die Abweichungen des statischen Vertikalbiegemoments in irgendeinem Abschnitt gegenüber dem vorbestimmten Mittelwert für diesen Abschnitt nicht einen absoluten, auch vorher festgelegten Maximalwert übersteigen. Das kann man leicht mit Mini-Computern feststellen, die jetzt auf dem Markt sind und die, in Funktion zur Geometrie des Schiffes, der Längsverteilung des Gewichtes, und der Messungen in den Frachttanks, Ballast und Verbrauch direkt den Wert des statischen Vertikalbiegemoments in jedwedem Querschnitt des Schiffes angeben oder aber den Wert seiner Abweichung von einer Vergleichsgröße. Diese Geräte, deren Kosten unbedeutend sind im Vergleich zu der Minderung der Kosten, die man mit den Frachttanks erzielen kann, können durch Signale gespeist werden, die aus den Fracht-, Ballast- und Vorratstanks ferngesteuert übertragen werden, und sie können einen Alarm auslösen, wenn aufgrund einer falschen Handhabung das statische Vertikalbiegemoment in irgendeinem Teil über die zulässige Maximal- bzw. Minimalwerte steigt.

Die Vorteile, daß durch die Erfindung die Störspannungen beseitigt werden, die durch die Vertikalbiegemomente entstehen, die auf den Schiffskörper einwirken, treten ein, gleichgültig welcher Tanktyp eingesetzt ' wird. Andererseits ist die Wirkung dieser Beseitigung der Störspannungen in allen Schritten des Prozesses der Auslegung zu spüren, wie in der Einleitung dieser Beschreibung skizziert.

In einer besonderen Weise zeigen sich diese Vorteile bei großen Druckbehältern, z. B. in Kugelform, die auf durchgehenden Stützen ruhen und mit dem Tank in der Nähe der Mittellinie verbunden sind. In diesem Fall wird die Dicke der oberen Halbkugel des Tanks, besonders in der Zone, die der Mittellinie am nächsten liegt, aus Gründen der elastischen Stabilität auferlegt, was sich als kritisch erweist, wenn das Schiff mit leeren Tanks fährt und auch beim Beladen und Entladen, wenn der Flüssigkeitsstand nahe der Mittellinien ist

Unter diesen Bedingungen kann eine relativ kleine Druckspannung in dem Tank eine lokale Ausdehnung in der Zone unmittelbar über der Verbindung mit der Abstützung bewirken. Das ergibt sich daraus, daß die Stärke des Mantels des Tanks recht gering ist im

■> Vergleich zu seinem Durchmesser.

Bei den obenerwähnten Belastungen kommt die Hauptkomponente der Druckspannungen in der oberen Halbkugel des Tanks von Vertikalbiegedeformierungen des Schiffskörpers, die auf den Tank über die

ίο Abstützung übertragen werden. Zum besseren Verständnis dieser Erscheinung sei ein Tank vom angegebenen Typ betrachtet, der in einem Schiff ruht, das von einem Verlikalbiegemoment des Bruchs beansprucht ist. das statisch oder dynamisch sein kann.

Unter der Wirkung dieses Moments wird sich die Unterkante der Abstützung, die an dem Schiff verschweißt ist, so weil verformen, daß sich die beiden Extremstellen des Längsdurchmessers nach unten und die Extremstellen des Querdurchmessers nach oben verschieben, im Vergleich zu der Stellung, wenn ein solches Bruchmoment nicht vorhanden ist. Gleichzeitig wird die Oberkante der Abstützung, die mit der Mittellinie des Tanks verbunden ist, die Neigung aufweisen, sich so zu verformen, daß die Länge ihres Längsdurchmessers größer wird und die des Querdurchmessers kleiner. Andererseits werden beide Extremstellen des Längsdurchmessers die Neigung haben, sich nach unten zu verschieben, während die des Querdurchmessers die Neigung haben werden, sich nach oben zu verschieben.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß, gleichgültig um welchenTanktyp es sich handelt, der hydrostatische Druck auf jede Zone des Schiffsbodens bekannt ist, wenn der Tank mit dem Schiff verbunden worden ist, während dieses schwimmt, und daß er eine stetige Verteilung hat, die der ähnlich ist, die sich beim Betrieb ergibt. Wenn dagegen der Tank im Schiff angebracht wird, während dieses auf seinen Konstruktionsstützen ruht, die unbekannte und praktisch punktuelle Reaktionen erzeugen, kann man den Zustand der Belastungen und Deformierung des Schiffskörpers nicht wissen, und das nicht einmal in angenäherter Form.

Es ist demzufolge klar, daß man mit der Anwendung der Erfindung erreicht, den abträglichen Effekt der örtlichen Deformierungen des Schiffskörpers zu beseitigen, auf den zu Beginn der Beschreibung Bezug genommen wurde.

Die Merkmale und Vorteile, die mit der Erfindung

so erzielbar sind, lassen sich leichter anhand der folgenden Beschreibung verstehen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung gemacht wird. Diese zeigt in dem Diagramm nach

:* F i g. 1 die größten und kleinsten statischen Vertikalbiegemomente, denen die bestimmten Querschnitte eines Erdgastransportschiffes ausgesetzt sind.

Auf der Abszissenachse sind die Abstände jedes Querschnitts zu der Lotlinie des Hinterschiffs dargestellt, während die Ordinaten Werte des statischen Vertikalbiegemoments darstellen. Die Bruchmomente, die das Deck des Schiffes unter Spannung bringen, sind oben auf der Abszissenachse dargestellt, und die Sprungmomente, die das Deck unter Druck belasten, sind unterhalb der genannten Achse dargestellt.

In Fig.2 sind die Vertikalbiegemomente, sowohl statische als auch insgesamt, dargestellt (d. h. statische plus dynamische), denen die bestimmten Querschnitte desselben Erdgastransporters ausgesetzt sind, auf den

sich Fig. 1 bezieht.

Auf der Abszissenachse stehen die gleichen Größen wie in Fig. 1 und auf der Ordinatenachse die statischen und Gesamtmomente. Auch wie in Fig. I werden die Bruchmomente oben auf der Abszissenachse, die des Sprungs unterhalb der genannten Achse dargestellt.

In Fig. I entsprechen die Vertikalstriche A, B, C, D und E den Stellungen der mittleren Querschnitte der Frachttanks eines Erdgastransportschiffes. Kurve I der F i g. 1 stellt für jeden Querschnitt den Wert des größten statischen Vertikalbiegemoments dar, der bei Vollbelastung auftritt. Wie an der Form der Kurve I zu sehen ist, handelt es sich in jedem beliebigen Abschnitt um ein Moment des Reißens (positiv, Zugspannung).

Die Kurve Il derselben Fig. 1 stellt den kleinsten Wert des statischen Vertikalbiegemoments für jeden Abschnitt dar, der bei Ballast-Situation auf einem Schiff auftritt, dessen Auslegung und Betriebsform nicht (js^enstsnd besonderer Vorkehrungen v/sren. Die Momente sind hauptsächlich Bruchmomente, aber es besteht eine Zone am Vorschiff, wo Sprungmomente auftreten.

In der Kurve III der Fig. I ist für jeden Abschnitt der kleinste Wert des statischen Vertikalbiegemoments dargestellt, der auch bei Ballast-Situation auftritt, und zwar bei einem Schiff, dessen Anordnung von Ballast und Vorrat und dessen Betrieb im Hinblick darauf ausgewählt worden sind, eine Verteilung der kleinsten »tatischen Momente zu erzielen, die der der größten Momente sehr ähnlich ist.

Wenn die Frachttanks an den Schiffsrumpf angeschlossen werden, wenn das Schiff auf seinen Montage- »tützen ruht, wird das statische Vertikalbiegemoment in jedem beliebigen Abschnitt Null sein, und die größten Störspannungen, die in irgendeinem der Tanks und Abstützungen auftreten, werden proportional zu dem größten Wert des größten statischen Vertikalbiegemoments sein. Für Tank Nr. 2 des Schiffes, auf den sich F i g. 1 bezieht, werden die größten Störspannungen proportional sein zu der Strecke BB]. Demzufolge hängt der Maximalwert der statischen Störspannungen allein vom Maximalwert dta statischen Vertikalbiegemoments ab, dargestellt in der Kurve I, hängt aber nicht ab von der Anwendung besonderer Maßnahmen, um die Variationsbreite dieses Moments zu steuern.

Wir wollen nun den Fall eines Schiffs betrachten, in dem keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, Um die Variationsbreite des statischen Vertikalbiegemoments zu steuern, aber bei dem derselbe Tank Nr. 2 mit dem Schiffsrumpf verbunden wird, wenn dieser einem Bruch-Biegemoment ausgesetzt ist, dargestellt in F i g. 1 durch den Punkt B₁₂, der der Mittelpunkt der Strecke B\ — Bi ist. In diesem Fall ist der absolute Maximalwert der statischen Störspannungen, die auf den Tank und Abstützung ausgeübt werden, nicht proportional der Strecke BBi, sondern der Strecke

B₂B₁₂ = B₁₂B₁ = — B₂B₁ < BB₁ .

Das bedeutet, obwohl keine besonderen Maßnahmen getroffen worden sind, um die Variationsbreite des statischen Vertikalbiegemoments in jedem Abschnitt zu steuern, haben sich die größten Störspannungen beachtlich durch die Tatsache vermindert, daß man die Tanks an den Schiffsrumpf angeschlossen hat, während dieser einem entsprechenden Biegemoment ausgesetzt war.

Wir wollen nun sehen, was bei einem Schiff passiert, bei dem man Maßnahmen ergriffen hat, um die Variation des statischen Vertikalmoments zu steuern, und in dem darüber hinaus der Tank Nr. 2 an den Schiffsrumpf angeschlossen wird, wenn dieser einem Bruch-Biegemoment ausgesetzt wird, dargestellt in F i g. 1 durch den Punkt Sn, der Mittelpunkt der Strecke B\Bi ist. In diesem Fall wird der absolute Maximalwert der statischen Störspannungen, die auf den Behälter und

ίο seine Abstützung ausgeübt werden, proportional der Strecke

ι

j

< y B₂Bi < BB₁

sein.

Wenn man also Maßnahmen, welche die Variationsbreite des statischen Vertikalbiegemoments in jedem Teil steuern, mit dem Aufbringen eines entsprechenden RjgtTgiTjQmgntc aiif rlpn ^phiffsmmnf yprhinrlpl php rnan die Verbindung des Tanks zum Schiffsrumpf durchführt, vermindern sich die Störspannungen statischen Ursprungs radikal.

Um eine vergleichende Vorstellung dieser Spannungen zu geben, können wir das anzeigen, was in dem Fall des Tanks Nr. 2 des Schiffes passiert, dem Fig. 1 entspricht. Wenn man den statischen Spannungen einen Wert gibt, die entstehen, ohne Maßnahmen zur Steuerung der Momente zu treffen und ohne den Schiffsrumpf vorher zu deformieren, hat der Wert, der dem Fall entspricht, bei dem man den Schiffsrumpf vorher deformiert, ohne Maßnahmen zur Steuerung der Momente zu treffen, die Größe 0,62. Wenn man die Vor-Deformierung des Schiffsrumpfes mit Maßnahmen zur Steuerung der Momente verbindet, vermindert sich der Wert auf die Größe 0,15.

Die Kurven I und III der Fig. 2 sind — wenn auch in anderem, verkleinertem Maßstab — die gleichen wie die Kurven I und III der Fig. 1 und stellen somit die Maximal- und Minimalwerte des statischen Vertikalbiegemoments in jedem Abschnitt dar. Nicht dargestellt ist die Kurve II, denn Fig. 2 bezieht sich auf den Fall, bei dem die Auslegung und der Betrieb des Schiffes darauf abgestellt worden sind, die Variationsbreite des statischen Vertikalbiegemoments in jedem Abschnitt auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Kurve IV der Fi g. 2 stellt für jeden Querschnitt den Maximalgesamtwert des Vertikal-Bruchbiegemoments dar, entsprechend einem Wahrscheinlichkeitsgrad von_[0_~⁸. Für den Fall des Tanks Nr. 2 stellt das

Segment BBi das größte statische Moment dar, während das Segment BiBt das dynamische Moment des Reißens beim Wahrscheinlichkeitsgrad 10~⁸ darstellt. In Fig.2 stellt die Kurve V für jeden Querschnitt den kleinsten

;a !^Gesamtwert des Vertikal-Bruchbiegemoments dar, "entsprechend dem angeführten Wahrscheinlichkeitsgrad. Für den Tank Nr. 2 stellt die Strecke BBz das kleinste statische Moment dar, während die Strecke B3B5 das dynamische Moment des Sprungmoments auf Wahrscheinlichkeitsgrad 10~⁸ darstellt. In dem Fall des Schiffes, auf das sich Fig.2 bezieht, kann man beobachten, daß die Differenz der Ordinatenstrecken zwischen den Kurven III und V größer ist als die Differenz der Ordinatenstrecken zwischen den Kurven IV und I. Das bedeutet, daß im absoluten Wert die dynamischen Sprung-Vertikalbiegemomente größer sind als die Bruchmomente.

Die verschiedenen Wahlmöglichkeiten hinsichtlich der Größe des Biegemoments, zur Anwendung auf den

kompletten Schiffsrumpf, auf der mittleren Quer schnittsebene jedes Tanks sind graphisch in F i g. 2 unter besonderer Bezugnahme auf Tank Nr. 2 zu sehen.

Wenn die Auslegung der Tanks und Abstützungen durch statische Beanspruchungen bedingt wirJ, wird es angebracht sein, auf den Rumpf des Schiffes, ehe der Tank angeschlossen wird, ein bestimmtes Moment an Punkten wie in Su aufzubringen, dem Mittelpunkt der Strecke B\Bj. Auf diese Weise werden die Störspannungen, die durch die statischen Vertikalmomente ausgeübt werden, sehr gering werden.

Wenn dagegen die Auslegung der Tanks und Abstützungen durch Gesamtbeansprüchüngeft (stali-

sehe und dynamische) bedingt wird, wird es angebracht sein, auf den Rumpf des Schiffes, ehe der Tank angeschlossen wird, ein bestimmtes Moment an Punkten wie B^ aufzubringen, dem Mittelpunkt der Strecke B*B% womit die Spannungen, die durch Gesamt-(statische und dynamische) Vertikalmomente ausgeübt werden, sehr gering werden.

Schließlich wird in Fällen, in denen die Auslegung teilweise durch statische Beanspruchungen und teilwei se durch Gesamtbeanspruchungen bedingt wird, das aufzubringende Moment durch einen Punkt zwischen ßijund H45 bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herabsetzen der Spannungen, die durch die Beanspruchung eines Schiffskörpers in Längsrichtung hervorgerufen werden, bei dem die Spitzenspannung durch eine entgegengerichtete Spannung vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verringerung der auf die an Bord installierten Ladungstanks ausgeübten Spannungen beim Einbau derselben durch Ballasten ein die Spannung hervorrufendes Vertikal-Biegemoment erzeugt wird, das in etwa dem Vertikal-Biegemoment in einem Belastungszustand des Schiffes während der Reise entspricht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau der Ladungstanks im schwimmenden Zustand des Schiffskörpers erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte statische Vertikal-BiegemomeJt dem Mittelwert aus den auftretenden extremen statischen oder dynamischen oder statischen und dynamischen Vertikal-Biegemomenten entspricht

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte statische Vertikal-Biegemoment dem Mittelwert aus den Mittelwerten der extremen statischen und den dynamischen und statischen Vertikal-Biegemomenten entspricht.