DE2537918B2 - Vorrichtung zur abweisung von eis von im wasser vertikal stehenden saeulen, pfeilern o.dgl. von in eisgefaehrdeten seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden bauwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abweisung von Eis von im Wasser vertikal stehenden Säulen, Pfeilern od. dgl., von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken, bestehend aus einem an den einzelnen Säulen angeordneten in unterschiedliche Höhenlagen einstellbaren und im Betriebszustand in der Vertikalen beweglichen Abweiserkörper mit das Eis nach unten oder oben hin abweisenden Leitflächen.

Die Säulen von in eisgefährdeten Seegebieten, wie arktischen Gewässern, feststehend angeordneten Bauwerken, wie z. B. auf Pfählen oder Säulen gesetzte Piers, oder schwimmenden Bauwerken, wie z. B. halbtauchende Bohrinseln, sind oftmals von driftenden Eisschollen bedroht und müssen aus diesem Grunde so konstruiert sein, daß sie starke horizontal wirkende Druckkräfte aufnehmen können, was zu besonders schwerfälligen und teuren Konstruktionen führt. Hinzu kommt, daß in offenem Seegebiet operierende, schwimmende Bauwerke so konstruiert und ausgelegt sind, daß ein Einsatz in eisgefährdeten Seegebieten, wie arktischen Gewässern, nicht möglich ist.

Es ist bekannt, im Umfangbereich der Säulen eine Masse in in Säulenlängsrichtung verlaufende Schwingungen zu versetzen, um die Säulen von in eisgefährdeten Seegebieten angeordneten Bauwerken eisfrei zu halten. Hierfür sind verschiedene Konstruktionen vorgeschlagen worden, um an den Säulen eines Bauwerkes angeordnete Ringkörper in längs zur Säulenachse hin- und hergehende Schwingungen zu versetzen, wobei die hierfür erforderlichen technischen Mittel außenseitig angebracht sind, die aus hydraulisch- oder druckluftbetriebenen, um den Umfang der einzelnen Säulen angeordneten Arbeitszylindern, die mit der Säule des Bauwerks fest verbunden sind und deren Kolbenstangen an den Ringkörper angeschlossen sind, oder aus im Ringkörper angeordneten Arbeitszylindern, deren Kolbenstangen mit aus dem Umfang des Ringkörpers herausschwenkbaren Brecharmen verbunden sind, wobei die Gesamtanordnung so getroffen ist, daß das Eis vcn unten beaufschlagt und gebrochen wird, oder aus einer Konstruktion bestehen, deren Brecharme das Eis seitlich beaufschlagen, wobei jedoch vorausgesetzt ist, daß um die Säule im Bereich des Ringkörpers eine eisfreie Zone vorhanden ist, da sonst die Brecharme keine Schwenkbewegungen ausüben können.

Während bei einigen bekannten Konstruktionen keine in Schwingungen versetzte Masse zur Bewegung der an den einzelnen Säulen angeordneten Ringkörper verwendet werden, wird bei einer weiteren bekannten Ausführungsform der Ringkörper mittels Arbeitszylindern in Schwingungen versetzt. In denjenigen Fällen, in denen die technischen Antriebsmittel für die Ringkörper außerhalb der Säulen des Bauwerkes bzw. außerhalb des Ringkörpers angeordnet sind, sind diese Konstruktionen sehr störanfällig, denn die außen liegenden Antriebsmittel frieren leicht ein und sind nur mit einem hohen Zeitaufwand und zusätzlichen technischen Mitteln enteisbar.

Bei derjenigen Ausführungsform, bei der die einzelnen Ringkörper an den Säulen mittels Arbeitszylindern in Schwingungen versetzt werden, sind die Arbeitszylinder fest an den Säulen angeschlossen, mit der Folge, daß die Reaktionskräfte als Vertikalkräfte sich in der Säule auswirken, die somit in Schwingungen versetzt wird, was sich bei schwimmenden Halbtauchern als besonders nachteilig auswirkt, zumai sich die Schwingungen im gesamten System, d. h. im gesamten Bauwerk, fortsetzen. Auch bei fest angeordneten Bauwerken ergeben sich Nachteile insofern, als daß entweder zusätzliche Bodenverankerungen vorgenommen werden müssen

oder daß das Bauwerk sich aus den Verankerungen löst. Besonders ungünstige Schwingungsverhältnisse treten bei hoher Driftgeschwindigkeit des Eises auf. Die Bruchstücke müssen nämlich so rasch nacheinander abgebrochen werden, daß die ungebrochene Eisdecke den Ringkörper nicht wesentlich berühren kann. Die Frequenz seiner vertikalen Schwingung muß also hoch sein. Da die Reaktionskräfte mit dem Quadrat der Frequenz wachsen, ergibt sich bei einer hohen Eisdrift, die ohnehin für ein festes oder schwimmendes, am Ort zu fixierendes Bauwerk unangenehm ist, eine hohe Schwingungsbelastung. Daß derartige Belastungen nicht zu unterschätzen sind, zeigt bereits die Größe der erforderlichen periodischen Vertikalkraft bei arktischem Eis von etwa 1 m Dicke: Sie beträgt in ihrer Schwingungsamplitude weit über 100 Tonnen. Außerdem kann driftendes Eis, das seitlich gegen die Kolbenstangen der Arbeitszylinder drückt, zu einer Beschädigung der Antriebseinrichtungen für die Abweiserkörper führen.

Hinzu kommt noch, daß bei der bekannten Einrichtung der Kraftangriff auf das Eis von unten nach oben erfolgt, wofür eine große Kraft erforderlich ist, da für das Eisbrechen das Eis angehoben werden muß. Eis aus dem Wasser heben erfordert einen größeren Kraftaufwand, als wenn Eis untergetaucht wird, da in diesem Falle nur der Restauftrieb überwunden werden muß, beim Heben aber entsprechend dem Auftauchen die Kraft bis zum vollen Gewicht wächst. Der Energieverbrauch bei höheren Frequenzen der erzwungenen Auf- und Abbewegung des Abweiserkörpers ist bei der bekannten Einrichtung sehr groß, was darauf zurückzuführen ist, daß das Brechen des Eises durch Beaufschlagung des Eises von unten her erfolgt, so daß gleichzeitig auch eine Beaufschlagung der Wassermassen erfolgt, die somit mitschwingen.

Darüber hinaus ist es auch bei eisabweisenden Einrichtungen bekannt, die Abweiserkörper in ihrer Höhe zu verstellen, um den höchsten Wirkungsgrad des Abweiserkörpers zu erreichen.

Bei allen bekannten Vorrichtungen zur Abweisung von Eis sind die Abweiserkörper in der Vertikalen nicht nachgiebig aufgehängt, so daß auftretende Schwingungen während des Betriebes der Eisabweiser auf die Säulen der Bauwerke übertragen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Abweisung von Eis von im Wasser vertikal stehenden Säulen, Pfeilern od. dgl. von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken zu schaffen, mit der nicht nur das Eis im Bereich der Säulen gebrochen wird, sondern die darüber hinaus auch ein Fernhalten von Schwingungen ermöglicht, und zwar von solchen Schwingungen, die sich bei der Einwirkung von Vertikalkräften in der Säule auswirken, die sonst in Schwingungen versetzt wird, was sich bei schwimmenden Halbtauchern als besonders nachteilig auswirkt, zumal sich derartige Schwingungen im gesamten System, d. h. im gesam ten Bauwerk, fortsetzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Abweisung von Eis von im Wasser vertikal stehenden Säulen, Pfeilern od. dgl. von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken gemäß der eingangs '"•eschriebenen Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, daß der Abweiserkörper im Betriebszustand in der Vertikalen frei beweglich und nachgiebig an dem die Säulen tränenden Bauwerk aufgehängt und mit einer vertikale

Schwingungen erzeugenden Einrichtung versehen ist.

Die die vertikalen Schwingungen erzeugende Einrichtung ist als Antrieb mit Unwucht ausgebildet und in dem Abweiserkörper angeordnet.

Eine derart ausgebildete Vorrichtung zur Abweisung von Eis ermöglicht den Schutz der Säulen von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken vor den horizontalen Druckkräften des Eises. Diese horizontalen, auf die Säulen gerichteten Druckkräfte des Eises werden durch die im Bereich der Säulen in Schwingung versetzten Massen verkleinert bzw. unschädlich gemacht, so daß eine Beschädigung der Säulen nicht mehr gegeben ist und aufwendige Konstruktionen der Säulen, wie Materialverstärkungen u. dgl., somit entfallen. Durch die Erzeugung eines senkrecht im Bereich der Säulen schwingenden Druckes ist es möglich, diesen Druck dort auf das Eis einwirken zu lassen, wo das Eis sich auf die Säulen zubewegt. Insbesondere schwimmende Bauwerke, wie Bohrinseln, die mit derart ausgebildeten eisabweisenden Vorrichtungen versehen sind, sind sowohl in eisungefährdeten als auch in eisgefährdeten Seegebieten einsetzbar, ohne daß eine kostspielige Umrüstung erforderlich ist. Lediglich ein Hochfahren des Abweiserkörpers ist erforderlich, wenn ein Einsatz in eisfreien Seegebieten vorgesehen ist. Auch das Nachrüsten von Bauwerken mit der eisabweisenden Vorrichtung ist ebenfalls ohne hohen Kostenaufwand möglich.

Dadurch, daß bei der eisabweisenden Vorrichtung der Abweiserkörper im Betriebszustand federnd bzw. in der Vertikalen nachgiebig aufgehängt ist, und daß die Bewegungen des Abweiserkörpers in der Vertikalen nicht durch einen Stellantrieb mit linearer Verschiebeeinrichtung, sondern durch einen Antrieb mit Unwucht und somit einen Schwingungen erzeugenden Antrieb aufweist, der in den Abweiserkörper integriert ist, ist gewährleistet, daß keine Schwingungen auf die Säulen des Bauwerkes und somit auch keine Schwingungen auf das Bauwerk selbst übertragen werden. Durch die Anordnung der Schwingungserzeugenden Einrichtung in dem Abweiserkörper sind die schwingungserzeugenden Einrichtungen keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt. Die schwingungserzeugenden Einrichtungen beruhen auf dem Prinzip der Kraftwirkung rotierender oder hin- und hergehender Massen, so daß keine Reaktionskräfte des gegenüber der Säule vertikal frei beweglichen Abweiserkörpers auf die Säule übertragen werden.

Zur vertikalen Lagerung der nachgiebig an den Säulen des Bauwerkes aufgehängten Abweiserkörper sind diese mit hydraulischen oder pneumatischen Einrichtungen, wie Luftfeder, Windkessel od. dgl. verbunden.

Die vertikale Schwingungen erzeugende Vorrichtung in dem Abweiserkörper ist dabei derart angeordnet, daß die Resultierende der schwingungserzeugenden Kr2fte, die Resultierende der vom Eis vertikal nach oben auf e'en Abweiserkörper wirkenden Reaktionskräfte und der Schwerpunkt des Abweiserkörpers etwa senkrecht übereinanderliegen.

Der Abweiserkörper besteht aus einem Hohlzylinder und weist im Ruhezustand eine der Wasser- bzw. Eisfläche zugekehrte, konisch sich nach unten verjüngende Leitfläche auf. Der als Hohlzylinder ausgebildete Abweiserkörper kann darüber hinaus eine äußere Mantelfläche mit einer von oben nach unten bis oberhalb der Wasseroberfläche konisch sich nach außen

erweiternden Leitfläche und mit einer sich hieran anschließenden konisch sich nach unten verjüngenden Leitfläche aufweisen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Abweiserkörper aus einem Hohlzylinder mit einem geringen Außendurchmesser, der an seinem unteren Ende in eine unterhalb der Wasseroberfläche liegende, ringartige Erweiterung übergeht, die mit einer konisch sich von der Hohlzylindermantelfläche zum Außenumfang der ringartigen Erweiterung erstreckenden Leitfläche versehen ist, und der an seinem oberen Ende die vertikale Schwingungen erzeugende Einrichtung trägt.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Abweisung von Eis für senkrecht im Wasser stehende Säulen von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Eisabweiservorrichtung mit vertikal schwingendem Abweiserkörper, teils in Ansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

Fig.2 einen waagerechten Schnitt gemäß Linie U-Il in Fig. 1 und

Fig.3 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Abweisung von Eis, teils in Ansicht, teils in einem senkrechten Schnitt.

In den F i g. 1 bis 3 ist mit 100 die Säule eines in einem eisgefährdeten Seegebiet angeordneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Bauwerkes bezeichnet. Die Wasseroberfläche ist in Fig. 1 und 3 bei 50 und die Eisdecke bei 55 angedeutet. Der von der Eisdecke 55 auf die Säule 100 ausgeübte horizontale Druck erfolgt in Pfeilrichtung Y.

An der Säule 100 ist ein ringartiger Abweiserkörper 10 in Säulenlängsrichtung verschieblich gehalten und nachgiebig gelagert. Dieser Abweiserkörper 10 kann als Vollring oder auch als Teilring ausgebildet sein. Die Führung des Abweiserkörpers 10 auf der Säule 100 erfolgt mittels bei U in Fig. 1 angedeuteten Gleit- und Führungsschienen, d. h. mittels Einrichtungen, die ein Gleiten des Abweiserkörpers 10 ohne große Reibungswiderständc ermöglichen. Wie die Ausführungsform gemäß Fig.3 zeigt, ist der Abweiserkörper 10 als Hohlzylindcr ausgebildet und weist einen geringen Außendurchmesser auf.

Der Abweiserkörper 10 weist einen der Wasser- bzw. Eisfläche zugekehrten konisch sich nach unten verjüngenden Abschnitt 13 auf, Dieser Abschnitt 13 ist derart an dem Abweiserkörper 10 ausgebildet, dttß die

Konizität des Abschnittes 13 etwas oberhalb der Wasseroberfläche 50 beginnt, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Die Außenmantelfläche des Abweiserkörpers 10 kann parallel zur Säule 10 verlaufend ausgebildet sein; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Mantelfläche des Abweiserkörpers 10 als konisch sich nach unten zum Abschnitt 13 nach außen erweiternden Fläche 12 auszubilden.

Um den Abweiserkörper 10 in senkrechte Schwingungen versetzen zu können, ist in dem Abweiserkörper eine in an sich bekannter Weise ausgebildete Schwingungserzeugungseinrichtung 20 angeordnet, die beispielsweise als Antrieb mit Unwucht ausgebildet ist. Die Schwingungsbewegung des Abweiserkörpers 10 erfolgt in Pfeilrichtung X. Die Anordnung der schwingungserzeugenden Einrichtung 20 in dem Abweiserkörper 10 ist derart, daß die Resultierende Yi der schwingungserzeugenden Kräfte, die Resultierende V2 des vom Eis senkrecht nach oben auf den Ringkörper 10 wirkenden Kräfte und der Schwerpunkt 15 des Abweiserkörpers 10 senkrecht übereinanderliegen. Die schwingungserzeugende Einrichtung 20 besteht, wie dies aus Fig.2 ersichtlich ist, aus zwei rotierenden Rädern 20a, 20b.

Für die frei bewegliche und nachgiebige Aufhängung des Abweiserkörpers 10 an der Säule des Bauwerkes ist der Abweiserkörper 10 über ein Seil 31 mit einer Winde 30 verbunden, und zwar unter Zwischenschaltung einer elastischen Verbindung 35, die aus einem hydraulischen oder pneumatischen System besteht. Mit dieser Einrichtung ist auch gleichzeitig die jeweilige Höhenlage des Abweiserkörpers 10 einstellbar.

Während mittels des auf- und abschwingenden Abweiserkörpers 10 das ankommende Eis 55 von oben beaufschlagt wird, ist es mittels der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform möglich, auch das Eis 55 von unten mittels des Abweiserkörpers zu beaufschlagen. Um dies zu erreichen, ist der Abweiserkörper 10 in seinem unterhalb der Wasseroberfläche 50 liegenden Bereich mit einer auskragenden, ringartigen Erweiterung 18 versehen, die mit einer sich von der Außenmantclflächc des Abweiserkörpers 10 nach außen verlaufenden konischen Fläche 19 verschen ist.

Die in Fi g. 1 gezeigte Winde für die llöhcnlagcneinstellung des Abweiserkörpers 10 kann auch zusätzlich für das Hochfahren des Abweiserkörpers bei Nichtgebrauch verwendet werden. Im hochgezogenen Zustand ist der Abweiserkörper 10 mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtung urretierbur.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abweisung von Eis von im Wasser vertikal stehenden Säulen, Pfeilern od. dgl., von in eisgefährdeten Seegebieten fest angeordneten oder schwimmenden Bauwerken, bestehend aus einem an den einzelnen Säulen angeordneten, in unterschiedlichen Höhenlagen einstellbaren und im Betriebszustand in der Vertikalen beweglichen ir· Abweiserkörper mit das Eis nach unten oder nach oben hin abweisenden Leitflächen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiserkörper (10) im Betriebszustand in der Vertikalen frei beweglich und nachgiebig an dem die Säulen tragenden Bauwerk aufgehängt und mit einer vertikale Schwingungen erzeugenden Einrichtung (20) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Schwingungen erzeugende Einrichtung (20) als Antrieb mit Unwucht ausgebildet und in dem Abweiserkörper (10) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiserkörper (10) zu -'? seiner vertikalen Lagerung mit einer hydraulischen oder pneumatischen Einrichtung (35), wie Luftfeder, Windkessel od. dgl., verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Schwingungen erzeugende Einrichtung (20) in dem Abweiserkörper (10) derart angeordnet ist, daß die Resultierende (Yi) der schwingungserzeugenden Kräfte, die Resultierende (Y 2) der vom Eis vertikal nach oben auf den Abweiserkörper (10) wirkenden Reaktionskräfte und der Schwerpunkt (15) des Abweiserkörpers (10) etwa senkrecht übereinanderltegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiserkörper (10) aus einem Hohlzylinder besteht, der im Ruhezustand eine der Wasser- bzw. Eisfläche (50; 55) zugekehrte, konisch sich nach unten verjüngende Leitfläche (13) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiserkörper (10) aus 4s einem Hohlzylinder besteht, dessen äußere Mantelfläche eine von oben nach unten bis oberhalb der Wasseroberfläche konisch sich nach außen erweiternde Leitfläche (12) und eine sich hieran anschließende konisch sich nach unten verjüngende M⁵ Leitfläche (13) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abweiserkörper (10) aus einem Hohlzylinder mit einem geringen Außendurchmesser besteht, der an seinem unteren Ende in eine unterhalb der Wasseroberfläche (50) liegende ringartige Erweiterung übergeht, die mit einer konisch sich von der Hohlzylindermantelfläche zum Außenumfang der ringartigen Erweiterung erstrekkenden Leitfläche (19) versehen ist, und der an <ό seinem oberen Ende die vertikale Schwingungen erzeugende Einrichtung (20) trägt.