DE2802249A1

DE2802249A1 - Stabilisierungseinrichtung fuer ein kran-arbeitsschiff

Info

Publication number: DE2802249A1
Application number: DE19782802249
Authority: DE
Inventors: Pieter Schelte Heerema; Alexandre Horowitz; Henricus Petrus Willemsen
Original assignee: Varitrac AG
Current assignee: Formentor Nv Curacao Nl
Priority date: 1977-01-20
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1978-07-27
Also published as: JPS604038B2; AU3238178A; GB1594903A; NL170940B; DE2802249C2; NL7700589A; NO147511B; FR2377932B1; NZ186252A; NO780175L; NL170940C; US4207828A; AU518612B2; NO147511C; FR2377932A1; JPS5396192A; CA1091512A

Description

Stabilisierungseinrichtung für ein Kran-Arbeitsschiff

Die Erfindung "betrifft eine Stabilisierungseinrichtung für ein Kran-Arbextsschiff mit UnterwasserSchwimmkörpern, welche mittels hohler Säulen eine Arbeitsplattform oberhalb der Wasserlinie tragen, wobei die Arbeitsplattform mindestens einen Kran aufweist, insbesondere zum außenbordseitigen Handhaben von schweren Lasten über 250 t, z. B. von 3000 t.

In der US-PS 3,616,773 ist schon beschrieben worden, ein Schiff mit Unterwasser-Schwimmkörpern zu versehen, welche mittels Säulen eine Arbeitsplattform oberhalb der Wasserlinie der "halbeintauchenden" Bauart tragen, wie es für schwimmende Bohrtürme, schwimmende Krane (worunter auch Auslegerkrane zu verstehen sind) und dergleichen üblich ist, und derartige Schiffe mit einer gewissen, begrenzten Stabilisierungseinrichtung zu versehen, damit die Schiffe als sogenannte "Arbeitsschiffe"eingesetzt werden können, wobei von normalen Ballasttanks Gebrauch gemacht wird, die in den Unterwasser-Schwimmkörpern eingebaut sind.

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— D —

Die Schiffbauart mit Unterwasser-Schwimmkörpern ist im Hinblick darauf gestaltet, daß der Einfluß des Seeganges beim Betrieb auf Gee so gering wie möglich ist, um so eine ruhige Lage aufgrund der die Bewegung begrenzenden Eigenschaften bezüglich Nicken, Stampfen und Rollen zu erzielen, und zwar dank der Tatsache, daß dor Auftrieb im wesentlichen durch die vollständig unter der Wasseroberfläche liegenden Schwimmkörper erzeugt wird,die allein mittels der Säulen mit der oberhalb der Wasserlinie angeordneten Plattform verbunden sind. Andererseits hat ein derartiges Schiff vergleichsweise geringe Stabilität. Pur die Anwendung als Bohrinsel ist dies nicht hindernd, weil der feste Bohrturm zentral angeordnet ist. Auf einem derartigen Schiff können zusätzliche Krane jedoch nur mit geringer Hebeleistung installiert werden, weil eine exzentrische Last eine beträchtliche Schlagseite hervorruft.

Um ein Schiff dieser Bauart als sogenanntes "Arbeitsschiff" mit einem Ausleger, Gerüst und/oder Kranen zum Ausführen von Arbeiten auf hoher See verwenden zu können, z. B. für das Errichten und Entfernen von Produktions-Plattformen und für andere küstenferne Transportaufgaben wurde in US-PS 3,835,800 vorgeschlagen, die Verlagerung von Ballastwasser in den Ballasttanks auszunutzen, um dem Schiff im voraus eine Schlagseite entgegengesetzt derjenigen zu verleihen, wenn eine Last außenbords gehoben wird. Die somit zu entgegengesetzten Seiten zulässige Schlagseite bleibt jedoch begrenzt, so daß nur vergleichsweise kleine Lasten in einem begrenzten Radius senkrecht zur Mittelachse des Schiffes gehandhabt werden können«

Außerdem wirkt die sich bei den Arbeiten kontinuierlich verändernde Schlagseite erschwerend für das Arbeiten und für den Aufenthalt an Bord eines solchen Arbeitsschiffes aus.

Um somit auch größere Kranlasten außenbords wenigstens bei ruhiger See mit Wellenhöhen bisz. B. 1,5 m handhaben zu können, wurden daher bei dem bekannten Arbeitsschiff die großen Ballastkammern ausgenutzt, indem sie in einem solchen Ausmaß vom Ballast entleert

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wurden, daß die Schwimmkörper aufwärts schwammen, und daß aufgrund der in diesem Schwimmzustand stark erhöhten Stabilität auch größere Lasten, z. B. von mehr als 250 t gehandhabt werdentkonnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisierungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche einem damit ausgerüsteten Arbeitsschiff der beschriebenen Art ermöglicht, im Falle des außenbordseitigen Handhabens schwerer Lasten mittels eines oder mehrerer auf dem Schiff angeordneter Krane praktisch horizontale Lage beizubehalten, so daß das Schiff sogar bei Wellenhöhen weit über 1,5 m eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß oberhalb der Wasserlinie im oberen Teil des Schiffes Ballastwasserkammern längs des Umfangsbereiches des Schiffes abgeteilt sind, die für einen Wasserinhalt in einem solchen Verhältnis bezogen auf die maximal von dem Kran bzw. den Kranen zu handhabende Last gestaltet sind, daß durch selektives Entleeren der Ballastwasserkammern eine gesteuerte Lastkompensation mithilfe von Ablaßventilen in Ablaßleitungen aus den Ballastwasserkammern zu dem Umgebungswasser erzielbar ist, und daß eine Steuervorrichtung zum selektiven Steuern der Ablaßventile aus den verschiedenen Ballastwasserkammern in Abhängigkeit von dem auf das Schiff durch die Hakenlast verursachten Lastmoment zusätzlich zu der Kran-Steuervorrichtung vorgesehen ist.

Somit dient das Wasserballast-System in den Schwimmkörpern nur dazu, dem in Ruhe, wie in der Ausgangslage, befindlichen Schiff eine horizontale Stellung zu verleihen. Wenn jedoch der Kran arbeitet, tritt die zusätzliche Stabilisierungseinrichtung in Punktion, wobei die oberen Ballastvolumina in den Ballastwasserkammern oberhalb der Wasserlinie einzeln der selektiven Steuerung unterworfen werden.

Eg hat sich gezeigt, daß mit der Stabilisierungseinrichtung gemäß der Erfindung eine schnelle verlässliche Kompensation der auf das

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Schiff wirkenden Momente aufgrund des Manipulierens von Lasten durch Anwenden einfacher Mittel in einem solchen Ausmaß erzielbar int, daß das Schiff in halbgetauchter Lage nur geringfügig durch Sehwall urri Schlag der Wellen beeinflußt wird und deshalb für das Handhaben von schweren Lasten von z. B. 3000 t eingesetzt werden kann, so daß es in dieser Hinsicht als sogenanntes "Arbeitsschiff" dienen kann.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen in weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Schiff gemäß der Erfindung nach der Linie I-I in Fig. 2;

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt entsprechend Fig. 1 mit Angaben bezüglich einer Beispielrechnung für eine Ausführung, die in Ausgangs- oder Startstellung dargestellt istj

Fig. 4-7 Schnitte wie Fig. 3 in aufeinanderfolgenden Phasen beim Handhaben einer Last;

Pig. 8a und 8b den Oberteil eines Wasser-Ablaßrohres mit geschlossenem Ablaßventil in einem vertikalen Axialschnitt und einem horizontalen Querschnitt nach der Linie VIIIb-VIIIb in Fig. 8a und

Fig. 9a einen Querschnitt mit geöffnetem Ablaßventil entsprechend Fig. 8a, wobei Fig. 9b eine Draufsicht auf das Ventil gemäß Fig. 8a oder 9a ist.

In den Fig. 1 und 2 sind Unterwasser-Schwimmkörper eines Schiffes mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet, an deren vier Enden (d. h. an den Eckpunkten des Schiffes insgesamt) vier Säulen 3, 4, 5 und

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angeordnet sind. Ferner sind Zwischensäulen 7 und 8 vorgesehen. Die Säulen haben sämtlich rechteckigen Querschnitt. Die Konstruktion^ verb indungen über und/oder unter der Wasserlinie zwischen ochwimmkö'rpern 1 und 2 sind in den Zeichnungen ebenso wenig gezeigt wie die versteifenden Verbindungen zwischen den Säulen und der Arbeitsplattform 14.

Jede Ecksäule hat zwei Ballastwasserkammern, die bei den Säulen 3 und 4 in Pig. 1 mit den Bezugszeichen 9, 10, 11 und 12 bezeichnet sind. In jeder Säule liegt eine Ballastwasserkammer oberhalb des Wasserspiegels 15 und die andere darunter. Bevor der Kran in Betrieb gesetzt wird, sind die oberen Ballastwasserkammern 9 und 11 mit V/asser und die unteren Ballastwasserkammern 10 und 12 mit Luft gefüllt. Pur die Erfindung sind die über der Wasserlinie bzw. dem Wasserspiegel angeordneten Ballastwasserkammern wesentlich.

Das Gesamtsystem umfaßt zwei Teile, die einzeln oder gemeinsam verwendet werden können.

Der hier als "aktiv" bezeichnete Teil nützt die oberen Ballastwasserkammern aus und verursacht ein Steigen des Schiffes bezüglich dem Wasserspiegel nur durch Ablassen von Wasser beim Kranbetrieb, wie noch zu beschreiben ist.

Der sogenannte "passive" Teil benützt die unteren Ballastwasserkammern 10 und 12 und schafft eine Lageveränderung des Schiffes bezüglich der Wasserlinie durch Einlassen von Wasser während des Kranbetriebs.

Die Ansteiggeschwindigkeit des Fahrzeugs beim Aufnehmen einer Last (siehe Fig. 3) kann die Hebegeschwindigkeit des Hebewerkes übersteigen und hat deshalb einen besonders begünstigenden Effekt auf das "Loskommen" der Last L.

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Γ0in Hobewerk 15 kann ζ. B. über der Säule 4 auf der Arbeitsplatt-Γογπι 14 und damit an einer der Ecken des Schiffes angeordnet sein.

Au:; dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Ballastwasserkammern oberhalb des Wasserspiegels 13 des umgebenden Wassers über den Gäulen 3 bis 6 ebenso wie diese Säulen selbst längs des Umfangs des Schiffs verteilt angeordnet sind. Die Wasser-Aufnahmekapazität der Kammern ist in Bezug auf die maximal zu handhabende Last L so gewählt, daß beim selektiven Entleeren der Ballastwasserkammern in einer noch zu beschreibenden Weise eine Lastkompensation erreicht werden kann, die zum Stabilisieren des Schiffes während des Uandhabens der Last durch den Kran oder durch die Krane ausreicht. Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zum selektiven Steuern von Wasser-Ablaßventilen der Kransteuervorrichtung hinzugefügt, wobei diese Ventile 16a, b bzw. 17a, bgemäß Fig. 1 in den Ballastwasserkammern 9 und 11 angeordnet

sind. Jede Ballastwasserkammer ist mittels vertikaler Trennwände 19 und 20 (siehe Fig. 2 bei Säule 3) in vier Abschnitte unterteilt. Jeder dieser Abschnitte ist mit einem großen Stürz-Ablaß 18a-d versehen. Eine zweckmäßige Ausführung der Wasser-Ablaßventile 16a, b oder 17a, b ist im folgenden noch beschrieben und ebenso die Art und Weise, wie diese Ventile geeignet gesteuert werden.

Jeder vollständige Kran-Arbeitsgang umfaßt eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Teilschritten, wobei zwei unterschiedliche Schrittarten ;*,u unterscheiden sind, die im folgenden als "Lastbetrieb" und "Betrieb an Ort und Stelle" bezeichnet sind.

Im Fall eines"Lastbetriebes"wird eine Last ausschließlich von einer PremdunterStützung aufgenommen (freigemacht) bzw. auf die Fremdunterstützung aufgesetzt, so daß eine Laständerung bezüglich dem Schiff stattfindet.

Bei "Betrieb an Ort und Stelle" wird eine Last ausschließlich bezüglich dem Schiff versetzt, so daß keine Laständerung eintritt.

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Pur das vollständige oder teilweise Automatisieren der Vorrichtung für die selektive Steuerung der oben genannten Ablaßventile und der Ventile 33', 34' der unteren Ballastwasserkammern, die im folgenden noch beschrieben werden, wird zusätzlich zu der Kransteuervorrichtung als Hilfsmittel ein Rechner eingesetzt, in den verschiedene Daten mittels Gebern eingespeist werden, wie Gebern für den Wasserstand in beiden Ballastwasserbehältern und Gebern für den horizontalen und vertikalen Schwenkwinkel des Krans. Eine für diesen Zweck bestimmte Anlage mit Meßgebern ist in der anhängigen GB-Patentanmeldung Nr. 4772/77 beschrieben. Die Daten können auch bei der Steuervorrichtung, z. B. in einem Steuerstand, angezeigt werden.

Für jeden Teilschritt des Kranarbeitsspieles kann ein individuelles Rechenprogramm verwendet werden, in welches die Lastgröße eingespeist wird, so daß nicht langer die Notwendigkeit für eine kontinuierliche Messung besteht.

Zusätzlich zu einer vollautomatischen Steuerung ist auch eine wirksame und klare Handsteuerung gut möglich, nämlich eine programmierte Handsteuerung, bei welcher vom Rechner gelieferte Kompensationsdaten für die Stabilisierung benutzt und gegebenenfalls angezeigt werden.

Die folgende Erläuterung in Bezug auf Beispiele aus der Praxis betrifft überschlägige Rechnungen, welche auf einem einfachen zweidimensionalen Modell gemäß Fig. 3-7 mit zwei Säulen 3 und beruhen, von denen eine einen Kran 15 auf ihrer Spitze trägt. Diese Betrachtungen sind ohne weiteres auch auf das Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 und 2 übertragbar, wo die Säulen 4 und 6 gemeinsam einen Auslegerkran als spezielle Krananordnung tragen.

Die numerischen Werte für die verschiedenen Größen wurden entsprechend der folgenden Liste unter Bezugnahme auf Fig. 3 ausgewählt .

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L =	2800	ti
W =	1400	m²
K =	625	Il
τη =	20	m
r =	30	It
a =	30	Il
b =	40	ti
k =	10	Il
η =	10	ti
q. =	20	Il
h =	100	Il

G = 70000 kg.10 gesamte Wasserverdrängung

Kranlast

überdeckte Wasserfläche Kammerquerschnitt Höhe des Metazentrums Arbeitsradius (Ausladung) des Krans Mittenabstand der Säule Mittenabstand der Gangway Kammerhöhe

mittlere Druckhöhe, obere Ballastwasserkamme] mittlere Luftüberdruckhöhe Höhe der Kranspitze über dem Wasserspiegel

Im folgenden sind einige überschlägige Rechnungen angegeben:

a. Lastbetrieb, bei dem eine Last' von einer Fremdabstützunft hoch-• gehoben wird (Fig. 3).

Start: obere Kammer Ap gefüllt mit Wasser.

Es ist erwünscht, daß nach Beendigung des Arbeitsspiels die Neigung des Decks der Arbeitsplattform sich nicht verändert hat.

Es wird ausschließlich das aktive System benutzt.

γι ι **>

Aus der oberen Kammer A₀ abzulassende Wassermenge: V =——L - 5600 m t.

V-L Damit erzieltes Steigen des Decks: s = —~— = 2 m.

Wasserstandsverlagerung in Kammer A«: k. = | = 9""^k = 10 m. Die für das Arbeitsspiel zugelassene Zeit sei t = 15 Sekunden. Dann sollte ein Wasservolumen Y = 5600 m in t Sekunden ausströmen.

Mit einem Auslaß eines Gesamtquerschnittes U der Ablaßrohre 21 ist

ν die Ablaßgeschwindigkeit des Wassers ν ·

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Es besteht ein Zusammenhang zwischen der erzielbaren Druckdifferenz und der Ablaßgeschwindigkeit.

Der Druckverlust beim Ablassen in das umgebende V/asser ist:

V , worin: spez. Masse des Wassers ^ = 1OOO kg/m .

Der gesamte Druckverlust kann bei vernünftiger Ausbildung der Ventile 16, 17 angenommen werden zu:

= 1,2 | V² = 0,6 . ν ² oder ν =

Der durchschnittliche Niveauunterschied ist:

.Δρ = η.10 N/m , und damit Ap₁ = Ap oder Ablaßgeschwindigkeit:

Erforderlicher Querschnitt des Ablasses U =· . n r- = 28,5 m .

V« \t · I J m I P

Dieser Querschnitt kann z. B. durch vier Ablaßrohre realisiert sein, wie die Rohre 21a bis d mit einem Durchmesser = — = 3 m.

Größtwert der Anfangskraft: P. * k . ü = 10.28,5 = 285 t.

Wenn die Kraft zu 95 % kompensiert wird (auf noch zu beschreibende Weise), ist die erforderliche Anfangskraft: p_A = 0,05 . 285 = H t.

Mit vier Ventilen je Kammer ist ein Maximum von 3.5 t je Ventil erforderlich.

Während des Ablassens erzeugt der Impuls eine aufwärts wirkende Kraft auf die Säule.

Durchschnittswert: I=U. ^v² = 28,5. i 1000 . 13² = 240 . 10⁴N

oder 240 t,

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Der Zustand nach dem Freikommen der Last L von der Unterstützung, im vorliegenden Fall einem Kahn 22 (Fig. 4) ist folgender: Kammer Ao ist geleert und die Arbeitsplattform 14 ist horizontal geblieben.

b. Betrieb an Ort und Stelle

Verlagerung der angehobenen Last gemäß Fig. 4 zur Mitte der Arbeitsplattform und dortiges Absenken, falls erwünscht.

Ohne weitere Erklärung ist klar, daß die Last L mittels eines Auslegers angehoben und abgesetzt werden kann und daß eine entsprechende Rechnung gemacht werden kann, aufgrund deren eine Ventilbetätigung des Ventils 16 (Fig. 3 und 4) zum Ablassen von Wasser aus der Kammer A₁ auf gleichen Stand wie in Kammer A₂ gemäß Fig. durchgeführt wird, wobei die Arbeitsplattform 4 im wesentlichen horizontal bleibt und der Zustand nach Fig. 5 herbeigeführt wird.

Für Betrieb an Ort und Stelle, bei welcher der Kran 15 geschwenkt wird, treffen die Rechnungen auf der Grundlage eines zweidimensionalen Modelles weniger exakt zu. Zum Aufrechterhalten der Arbeitsplattform in einer gewissen Höhe müssen beide Systeme, d. h. das "aktive" (A-, A₂) und das "passive" (B-, B₂) System gleichzeitig eingesetzt werden, was im folgenden noch diskutiert wird.

o. Lastbetrieb, bei dem Last L auf eine Fremdunterstützung abgesetzt wird.

Es wird von einem Zustand der Wasserstände in den Kammern A-, A₂ und B₁, B₂ gemäß Fig. 5 ausgegangen.Bein Start sind folglich die unteren Kammern B₁ und B₂ leer. Die Last wird nun zuerst außenbords geschwenkt, wozu das passive System verwendet, d. h. die Kammer B₂ mit Wasser durch im folgenden beschriebene Mittel gefüllt wird.

Bezüglich Fig. 1 und 2 wurden die unter den Ballastwasserkammern 9 und 11 in den Säulen 3 und 4 liegenden Kammern 10 und 12 bereits

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erwähnt. Bei dem zweidimensionalen Modell gemäß den Fig. 3-7 r.ind die zuerst erwähnten Kammern mit IL und Bp "bezeichnet.

In den zuletzt genannten Figuren sind diese Kammern als eintauchende, glockenförmige Kammern an den unteren Enden jeder Säule dargestellt. Wie Fig. 1 deutlich macht, sind diese Kammern bei einer bevorzugten praktischen Ausführung höher angeordnet, so daß die Decke der Kammern, die in Fig. 1 für die Kammer 10 mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist, etwa auf der Höhe des Wassersniegels 13 liegt. Diese Kammern können durch luftzufuhr über eine mittels Kompressoren 24 gespeiste Leitung 25 und Zweigleitungen 26, die zu den einzelnen Kammerabschnitten der Kammer führen, entleert werden; statt dessen kann jedoch auch Wasser aus diesen Kammern in die oberen Kammern 9 und 11 gepumpt werden, nachdem die mit 33* und 34' bezeichneten, gestrichelt dargestellten Ventile geschlossen sind. Die Luftleitungen 25, 26 werden dann durch eine nicht gezeigte Pumpenleitung ersetzt, welche mit den Kammern 10, 11 gerade über deren Boden verbunden ist. Jed.er Kammerabschnitt hat an seinem unteren Ende eine Verbindung 28 großen Querschnitts mit dem umgebenden Wasser. Darum herum ist in der Säule ein Raum 29 abgeteilt, durch welchen die Ablaßrohre 18a, b für Ballastwasser nach unten geführt sind und der ferner als zweckmäßiger Speicherraum für die Unterwasser-Schwimmkörper 1 und 2 dient und Antriebswellen und dergleichen durchläßt.

Die hohe Lage der Luftkammern, wie der Luftkammer 10,ist vorteilhaft, wenn zum Entleeren von Wasser Luft darin eingefüllt wird, v/eil dann nur ein verhältnismäßig kleiner Luftdruck erforderlich ist. Zum Zuführen von Lufl, sind Ventile 30 in der Luftleitung 26 angeordnet, die von der Stabilisier-Steuervorrichtung L>. 'gbar sind, • die zusätzlich zur Kransteuervorrichtung vorgesehen ; :iit einem Rechner verbindbar oder von Hand betätigbar ist.

Das gleiche gilt für die Ventile 31 in den Zweigleitungen 32 des Luft-Ablaßrohres 33, das zu jedem Kammerabschnitt der Kammer

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führt. Bei der vereinfachten Darstellung in Fig. 3 und 4 sind diese -"Ur jede der Kammern 3* und B₂ vorgesehenen Ventile mit ?"'"■" und >!" bezeichnet. Ebenso wie die Ventile 17 der oberen BallarstwaGoercfccuerung handelt es sich um Rückschlagventile. T-Tibtolc einer externen, z. B. hydraulischen Erregung werden diese Ventile, die von der zusätzlichen Stabilisier-Steuervorrichtung gesteuert werden, geöffnet. Sie neigen dazu, durch den Luft- bzw. V/απ r. er strom verschlossen zu werden. Dank dieser schnell schließenden Rückschlagventile kann das gesamte System unverzüglich im Notfall abgeschaltet werden, gegebenenfalls gleichzeitig mit den Kranantrieben.

Der nun anhand der Fig. 6 und 7 zu diskutierende Lastbetrieb (Aufoetsen einer Last L auf einer äußeren oder fremden festen Abstützung 35) wird mittels des passiven Systems stabilisiert, und die Diskussion ist ganz analog zu derjenigen bezüglich des Anhebens der Last L, wobei die Wasserströmung jedoch durch Luftströmung ersetzt ist.

In die untere Kammer Bp einzulassende Wassermenge: V = £i£ L = 5600 m t.

Verlagerung der Plattform: d = -^- = 2 m.

Erhöhung des Wasserstandes in Kammer B₂: k- = ψ = 3<k = 10 m.

Zulässige Betriebszeit: t = 15 see.

Ein Luftvolumen V = 5600 m sollte dann in t Sekunden ausströmen.

Bei Verwendung eines Auslasses vom Durchmesser U ist die

γ. Luft-Strömungsgeschwindigkeit: ν =

Der Druckverlust beim Ablassen in die Umgebungsluft beläuft sich auf: Δρ =*v , wobei die spez. Masse der Luft ^ = 1,3 kg/nr

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Gesamter Druclrverluüt "bei vernünftiger Konstruktion: .P₁ = 1,2 % ν² = 0,6 ^ ν² oder ν = / ZX η

Durchschnittlich verfügbar: Δ.ρ =,q. . 10 N/m , SOmItAp₁ = Δρ

π 1 0 -Ό 1 0 ■ und Ablaßgeochv/indigkeit ν = ^r— = rr-4—a—■? = 506 m/sec.

Erforderlicher Ablaßquer schnitt U =-^r = ε = 0,75 πι².

^- v.i/. 50ο.15

Dieser kann ζ. B. in vier Behältern eines Durchmessers

— = 0,5 m realisiert sein.
Tr

Kleinste gesamte Anfangskraft: p-n = q . TJ = 20 . 075 = 15 t wird su 95 %

kompensiert.

wird su 95 % auf eine Anfangskraft, r. nc <c ^ tc 4.

" I ρ . 0,05. 15=0,75 t

Bei vier "Ventilen je Kammer sind maximal 0,2 t je Ventil erforderlich.

Der Impuls erzeugt eine nach unten wirkende Kraft: I=U₁JpT²= 0,75 . J · ¹»5 . 506² . 12,5 . 10⁴N = 12,5 t.

d. Auffüllen einer oberen Kammer.

Die Wasserpumpe (nicht gezeigt) sollte einen durchschnittlichen Niveauunterschied η überwinden, weshalb eine Nettoenergie A erforderlich ist:

A= 1OnYk Nm mit V = 5600 m⁵ Wasser

bei einer Auffüllzeit T = 1800 see. oder 30 mm, und bei einem Gesamtwirkungsgrad , η- 0,6

elektrische Püllleistung N = 2^· = _{1n 1n}

0,6.1800 - ^yiJ ~"·

- 18 809830/0810 ^__

BAD

Au'Tin.l·-;! fj'-'r uv. ''.oroil Former

Ein ICoinprGCDor oolite eine durchschnittliche Druckdifferenz von q = 20 überwinden, mit anderen Worten Umgebungsluft (absolute Druf.l'höhe 10m) auf eine absolute Druckhöhe 10 + q = 30 bringen.

■Erforderliche llettoenergie bei isothermischer Kompression:

Λ = 10 (10 + CL) V In (^yJ²O k Nm, V = 5600 m⁵ Luft in einer Jüllzeit von T = 1800 see. oder 30 mm, und bei einem Gesamtwirkungsgrad \ =0,6

elektrische Füllleistung N = 10 (10 + q) 7 In () =

VL T ^IU

10;30.5600 . 30 _ ₁ O,6.18ÖÖ ⁱⁿ Ύδ - '

Γ. Laotbetrieb, Heben einer Last ohne Kompensation.

Dieser Betrieb kann ersetzt v/erden durch Anordnen einer Last L im Zentrum und Aufbringen eines Momentes (a+r)L'.

beim Anordnen im Zentrum:
Einstellen auf d₁ = | = ^|§§ = 2

Bei Aufbringen des Momentes (a+r) L

Winkelverlagerung = = = °»^{12 rad oder 7}°

entsprechende Verlagerung der Last (a+r) =0,12 . 60 = 7,2 m

Verlagerung der Gangway-Kranseite )

S (Scb = 4,8 m Anhebung der hinteren Gangway )

gesamt:

Verlagerung der Last . 7,2+2=9,2m

Verlagerung der Gangway-Kranseite 4,8+ 2 =6,8m

Anhebung der hinteren Gangway |,8 - 2 = 2,8 m

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—* - 19 BAD ORIGINAL

■"-•.μ. ol.---.ov V,chozooch\-;iridirVc.\t von /j, 5 m/niinjund felter Frcmdabctützur,"· :·^:ν.ίί -T^T^- = - I'lmitcn Kurn Abhob on der Last ohne Verwendung dec i>npGrK?.rii..i onosyoteno erforderlich.

"TIiorboi betragt die horizontale Verlagerung der Kranspitze etwa h = 0,1?. . 100 = 12 τη.

Oi οπor Abntand sollte im Laufe dec Arbeitsspiels mittels der Top-'/inr.ohen eingestellt v/erden.

Untor Bezugnahme auf die Fig. 8a - 9b soll nun die Konstruktion eines Ventils 16 eines Ballastwar.serrohres 18 beschrieben werden. Das Ventil umfaßt einen zylindrischen Gleitkörper 36 mit einem Innenring am oberen Rand und einem Außenring 38 am unteren Rand. Das Ablaßrohr 18 ist mittels eines Versteifungsringes 39 mit dem Boden 4 0 des Kammerabschnitts der Ballastwasserkammer 9 verbunden.

"Jor Gleitkörper 36 ist längs der Außenseite eines Ventilsitzringes geführt, der bezüglich den Ablaßrohres 18 fest zentriert ist und in dem eine Abschlußplatte 42 nach unten und einwärts bis zu ihrer an einer niedrigsten gelegenen Mitte gekrümmt angeordnet ist. Aiifgrund dieser Konfiguration wird das im Öffnungszustand des Ventils 16 (Fig. 9a) in Richtung der Pfeile P₁ strömende V/asser in das Ablaßrohr 18 mit geringstmöglichem Widerstand eingeleitet. Das letztere ist auch zum Zwecke von Strömungsverlusten mittels radial gerichteten vertikalen Trennwänden 43 in seinem oberen Ende unterteilt. Die Krümmung der Oberseite der Abschlußplatte 42 sorgtauch . für ausreichende Festigkeit^gegenden Wasserdruck bei Gegenstrom.

Der Ring 39 bildet einen Ventilsitz, auf dem bei geschlossenem Ventil gemäß Fig. 8a eine Ringdichtung 44 im Außenring 38 des Ventils aufsitzt. Am oberen Ende des Gleitkörpers ist eine ähnliche Dichtung 45 im Innenring 37 angeordnet, der bei geschlossenem Ventil auf dem Ventilsitsring 41 aufliegt. Der Abstand des Ringes 41 zum Ring 39 int so gewählt, daß zwischen den beiden Ringen um sie herum eine

809830/0810 _{BAD 0R!},_3iNA,

::-Durchtritt::; fläche gebildet ist, die der Querschnittsflache dor; Ablaßrohres 18 entspricht.

Au Γ dem Ring 37 sitzt ferner eine Kappe 46, an welcher in der Mi tto oino Betätigungsntange 47 befestigt ist. Diese kann in Richtung des Pfeilen Γ hochgozogen werden und z. B. von einer Plunger-G bange eines Hydro-Zylinders gebildet sein, wodurch gleichzeitig eine Zentrierung erreicht ist. Die Kappe 46 ist mit Öffnungen 48 verschen, r>o daß normalerweise sich Wasser in dem Raum zwischen diesel' Kappe und der Oberseite der Abschlußplatte 42 befindet. Sin Absinken des Gleitkörpers 36 kann niemals unter dem Einfluß von V/ancerdruck bei einem unvorhergesehenen Schock stattfinden, v/eil dann das Wasser aus dem Raum zwischen der Abschlußplatte 42 und der Kappe 46 durch die Öffnungen 48 herausströmt und so eine "Bremswirkung ausübt. Der zu überwindende Druckunterschied beim Öffnen des Ventils ist offensichtlich allein durch die Fläche einer ilingzone der Breite χ bestimmt, die den horizontalen Abstand zwischen den Mittenkreisen der Dichtungen 44 und 45 darstellt.

Zusammenfassend sei nun eine Anzahl von wesentlichen Vorteilen. aufgeführt:

a. Die Konstruktion ist insgesamt relativ billig. Keine schweren Kompressoren und voluminösen Gefäße für Preßluft sind für eine adäquate Speisung von Luft hohen Druckes erforderlich;

b. die Erhöhung der Kapazität als Ergebnis von oberhalb dem V/asoerspiegel untergebrachtem Ballastwasser erleichtert das Anheben und Absenken von Lasten auf Fremdabstützungen;

£. die Erhöhung der Kapazität und die Anwendung zweier getrennter Systeme ("aktives" und "passives" System), die parallel zueinander arbeiten, ermöglicht eine vorprogrammierte Steuerung zusätzlich zu einer vollautomatischen Steuerung;

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α. die Anwendung von fremderregten Rückschlagventilen stellt einen we D ent liehen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit des Systems dar;

£. es ict Wirtschaftlichkeit bezüglich des Energieverbrauchs dadurch erreicht, daß das gesamte System in relativ kurzer Zeit mit einer relativ kleinen Kompressor- und Pumpkapazität betrieben v/erden kann;

f. es ist auch bei bewegter See möglich, eine Kranlast von beispielsweise 3000 t von einer PremdabStützung abzuheben und sie in 15 Sekunden davon, freizumachen, wobei das Deck der Arbeitsplattform niemals m>
abweicht.

niemals mehr als 1 von der ursprünglichen horizontalen Lage

Ein schnelles Ablassen von Wasser aus den unteren Kammern in das Umgebungswasser ist zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck sind sehr große Ablaßleitungen mit entsprechenden Ventilen unerläßlich. Es wurde jedoch gezeigt, daß dieses besondere Problem verhältnismäßig einfach und billig gelöst werden kann.

Der gesamte Ablauf eines "Lastbetriebes"kann möglicherweise berechnet und in Komputerprogrammen verarbeitet werden. Dies ist ein wichtiges Hilfsmittel zum Erhalten einer optimalen Steuerung sowohl bezüglich vollautomatischer Steuerung als auch einer visuell geführten Handsteuerung.

Einige andere Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten sind im folgenden geschildert:

i. Wenn beide aktiven (Wasser-) Kammern und passiven (Luft-) Kammern in allen vier Ecksäulen angeordnet sind, ist folgender Kompensationsbetrieb möglich:

a) In allen denkbaren Kranbetriebsweisen kann die Plattform horizontal und unter gleichem Auftrieb gehalten werden (dann ist die Kompensation sowohl aktiv als auch passiv).

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b) Ί3ΐΐΐι> Kor.oonna'-.ion i-rinn aktiv nur stattfinden, während die hoi-i.^nr.tal·? Lago eingehalten wird.

T'n aligoraoinon nimmt dor Auftrieb des Schiffer, dann ab (diese Art der T-Tanipulati on ist zweckmäßig beim Anheben einer Last).

e) Diο Kompensat.i cm kann aktiv stattfinden, wobei die horizontale Lage aufrecht; erhalten wird.

Im allgemeinen ninmt der Auftrieb der Plattform zu (diese Art der I-Tanipulation ist beim Absenken einer Last zweckmäßig).

ii. V7enn sowohl aktive als auch passive Kompensationskanoern nur in zwei der Scksäulon vorgesehen sind, bestehen keine Kompenoationsnöglichkeiten in den verbleibenden Säulen. Die Plattform kann dabei swar bei allen Kranbetriebsweisen horizontal gehalten, der Auftrieb jedoch nicht beeinflußt werden.

ili. V/enn ausschließlich aktive Ballast kammern in allen vier Ecksäulen angeordnet sind, ist eine Kompensation nur möglich im Pall i.b)

liü ist su bemerken, daß unter gewissen Umständen es ausreichen kann, das Gewicht der Last am Kranhaken ausschließlich durch Heben und Absenken der Last su kompensieren und Winkelbewegungen des Krans ohne Kompensation während des Schwenlcens zuzulassen. ·

Y.'ährend der Kompensation kann eine gewisse. Änderung der Neigung mit einer Abwärtsneigung zur Seite der Last absichtlich bei allen erwähnten Systemen herbeigeführt werden, anstatt das Deck horizontal au halten (Neigungswinkel von O).

Dies kann dann nützlich sein, wenn eine Last schnell mittels dec Kompensationosyctems gehoben werden muß (z. B. von einem auf den V/ellen schaukelnden Kahn).

Aus dem Vorhergehenden ist deutlich geworden, daß das schnelle Ablassen von Ballastwasser aus Kammern oberhalb des V/asserspiegels

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BAD QRiGINAL - 25 -

in beträchtlichem Umfang für das Heu cn von Lasten von einer Flüche außerhalb des Schiffes und für das Absetzen auf eine solche Fläche unabhängig von der Xranbewegung durchgeführt werden kann. In der Tat !.ami die Seite des Schiffes, v/o am Kran eine Last angreift, schnell aufwärts bewegt worden, um die Last durch Ablassen von Ballastwasser aufzunehmen, so daß hierdurch die Last bereits von der Stützfläche freigemacht werden kann.

2s ist auch wichtig, daß dies in sehr kurzen Zeiträumen bewirkt v/erden kann, so daß man weniger abhängig von der Wellenbewegung ist.

3s wurde schon ausgeführt, daß es möglich ist, ein allein mit V/asser ax-beitendes System zu haben. Das Umgebungswasser sollte dann durch große steuerbare Rückschlagventile wie die Ventile 33' und 34' eingeleitet werden, die anstelle der Luftventile 30 vorgesehen sind. Obgleich eine solche Ausführung in mancher Hinsicht anfälliger als ein Luftsystem mit Kompressoren für die unteren Kammern sein dürfte, hat es den Vorteil, daß es einfacher ist und daß das aus den unteren Kammern zu deren Entleeren hochgepumpte V/asser zum Vorbereiten eines anderen Arbeitsspieles des Kranes zu den oberhalb des Wasserspiegels liegenden Kammern gepumpt v/erden kann, um diese mit Ballast zu versehen.

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BAD ORIGINAL

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L e e r s e ί t e

Claims

Patentansprüche

1. Stabilisierungseinrichtung für ein Kran-Arbeitsschiff mit Unterwasser-Schwimmkörpern, welche mittels hohler Säulen eine

Arbeitsplattform oberhalb der Wasserlinie tragen, wobei die Arbeitsplattform mindestens einen Kran aufweist, insbesondere zum außenbordseitigen Handhaben von schweren Lasten über 250 t, z. B. von 3000 t, dadurch gekennzeichnet , do.3 oberhalb der Wasserlinie im oberen Teil des Schiffes Ballastwasserkammern (9, 11) längs des Umfangsbereiches des Schiffes abgeteilt sind, die für einen Wasserinhalt in einem solchen Verhältnis bezogen auf die maximal von dem Kran (15) bzw. den Kranen zu handhabende Last gestaltet sind, daß durch selektives Entleeren der Ballastwasserkammern eine gesteuerte Lastkompensation mithilfe von Ablaßventilen (16, 17) in Ablaßleitungen (Ic) aus den Ballastwasserkammern zu dem Umgebungswasser erzielbar ist, und daß eine Steuervorrichtung zum selektiven Steuern der Ablaßventile aus den verschiedenen Ballastwasserkammern in A- hängigkeit von dem auf das Schiff durch die Hakenlast verursachten Lastmoment zusätzlich zu der Kran-Steuervorrichtung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hohle Säulen (3 bis 6) zwischen den Unterwasser-Schwimmkörpern (1,2) und der Arbeitsplattform (14) mindestens an den Ecken des Schiffskörpers vorgesehen sind, wobei die oberhalb der Wasserlinie liegendenBallastwasserkammern (9, 11) im Oberteil dieser Säulen angeordnet sind.

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^v>. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Abschnitt jeder Säule weitere BaI las;,-wasnerkammern (10, 12) angeordnet sind, deren Oberseite im wesentlichen auf dem Niveau der Wasserlinie (13) liegen, und die an ihrer Unterseite groß dimensionierte Verbindungen28) mit dem umgebenden Wasser und an ihrer Oberseite eine Luftablaßleitung (33) zur Umgebungsluft haben.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungen von in den Säulen angeordneten unteren Ballastwasserkammern mit dem umgebenden V/asser von Ventilen gesteuert sind, wobei diese Ballastwasserkammern Je mit einer Wasserpumpenleitung verbunden sind, die zu der oberen Ballastwasserkammer der entsprechenden Säule führt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ablaßleitungen (18) aus den oberen Ballastwasserkammern (9, 11) als Ablaßrohre (18a bis 18d) großen Querschnitts ausgebildet sind, und daß die Ventile (16, 17), welche die Einlasse dieser Rohre steuern, als Rückschlagventile ausgebildet sind, welche unter der Wirkung ausfließenden V/assers zum Schließen neigen, wobei eine Rothaltvorrichtung in der Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche ein Schließen der Ventile fördert.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e kennzeichne t , daß die Nothaltvorrichtung gleichzeitig sowohl auf die Kransteuervorrichtung als auch auf die Steuervorrichtung zum selektiven Steuern der Ventile für die Ballastwasserkammern wirkt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuervorrichtung zum selektiven Steuern der verschiedenen Ventile einen Rechner und

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Geber zum Erfassen des Wasserstandes in den Ballastwasserkammern, der Neigung des Schiffkörpers und des horizontalen und vertikalen Schwenkwinkels des Kranes umfaßt, wobei die erfaßten Werte in den Rechner als Daten eingegeben und an einem Steuerstand angezeigt werden, und daß Mittel zum wahlweisen Verbinden der Steuervorrichtung mit einer vollautomatischen 'Steuerung oder einer Handsteuerung vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß je ein getrenntes Rechenprogramm für jeden Teilschritt für die gemessenen Werte der Kran-Lastmoment-bzw.Kraftgröße zur fügung steht, . wobei das gesamte Kranarbeitsspiel in einzelne Teilschritte wie "Lastbetrieb" und "Betrieb an Ort und Stelle" unterteilt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Steuern der Ventile in den oberen und unteren Ballastwasserkammern jeweils einzeln als aktive und passive Teilsysteme für das außenbordseitige Anheben bzw. Absenken einer Last zuschaltbar sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Handsteuervorrichtung als Steuervorrichtung ausgebildet ist, welche durch aus dem Rechner erhaltene Werte geführt wird.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventile für die Steuerung der Ballastwasserkammern je einen zylindrischen Gleitkörper (36) aufweisen, die axial über den Einlaß der zugehörigen Ablaßrohre (18) bewegbar sind, daß jeder Gleitkörper einen Wasser-Durchlaß zwischen zwei Ventilsitzringen (39, 41) steuert, die konzentrisch übereinander angeordnet sind, daß der obere Ventilsitzring (41) eine Führung für den Gleitkörper bildet, welcher in geschlossenem Zustand mittels eines Innenringes (37) über eine Dichtung (45)

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am oberen R nd des Ventilsitzringes (41) anliegt, und daß in geschlossenem Zustand ein Außenring (38) am unteren Rand des Gleitkörpers (36) über eine Dichtung (44) mit dem unteren Ventilsitzring (39) benachbart dem oberen Rand des zugehörigen Ablaßrohres (18) zusammenwirkt, wobei der obere Ventilsitzring (41) den Rand einer oberen Abschlußplatte (42) für den Ablaß bildet, die nach unten und einwärts gekrümmt verläuft und ihre Mitte am niedrigsten Punkt auf der Höhe der Ebene des unteren Ventilsitzringes (39) hat.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Ring (37) des zylindrischen Gleitkörpers (36) mit einer perforierten konischen Kappe (46) versehen ist, an deren nach oben weisenden Spitze eine axiale Betätigungsstange (47) für den Gleitkörper (36) angreift.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Säulen (3 bis 8) Rechteckquerschnitt haben und daß ausschließlich die Ecksäulen (3 bis 6) mit dem Ballastwasserkammern versehen sind, während dazwischen an den Längsseiten des Schiffskörpers Säulen (7, 8) mit kleinerem Querschnitt angeordnet sind.

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