DE2802249C2

DE2802249C2 - Stabilisierungseinrichtung für ein halbtauchendes Kran-Arbeitsschiff

Info

Publication number: DE2802249C2
Application number: DE2802249A
Authority: DE
Inventors: Pieter Schelte Kapellen Heerema; Alexandre Eindhoven Horowitz; Henricus Petrus Aarle-Rixtel Willemsen
Original assignee: VARITRAC AG ZUG CH; Varitrac Ag Zug
Current assignee: Formentor Nv Curacao Nl
Priority date: 1977-01-20
Filing date: 1978-01-19
Publication date: 1982-02-18
Also published as: NO780175L; FR2377932B1; AU3238178A; NZ186252A; NO147511C; NL170940B; DE2802249A1; GB1594903A; AU518612B2; US4207828A; CA1091512A; NL170940C; NO147511B; JPS604038B2; FR2377932A1; NL7700589A; JPS5396192A

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrichtung mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Eine derartige Stabilisierungseinrichtung ist aus der GB-PS 12 25 372 bekannt. Bei dieser Stabilisierungseinrichtung werden die Ballastwasserkammern zum Stabilisieren mit Hilfe von Pumpen geflutet bzw. gelenzt. Dabei wird eine bestimmte Krängung des Arbeitsschiffes vor dem Ausschwenken des Kranes eingestellt, wobei diese Krängung so bestimmt und gerichtet wird, daß die im Betrieb zu erwartende Krängung verkleinert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisierungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß auch beim Handhaben sehr schwerer Lasten die horizontale Lage des Kran-Arbeitsschiffes im wesentlichen beibehalten werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Stabilisierungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die gemäß der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Mit der Erfindung läßt sich ein »dynamisches« Stabilisieren eines Kran-Arbeitsschiffes realisieren, d. h. ein Stabilisieren während Aufnahme, Handhabung und Absetzen von Lasten. Dies ist deshalb möglich, weil das erfindungsgemäß vorgesehene freie Ein- und Ausströmen von Seewasser sehr viel schneller vonstatten geht als das bei einem vertretbaren wirtschaftlichen Aufwand realisierbare Fluten und Lenzen durch Pumpen.

Die Stabilisierungseinrichtung nach der Erfindung arbeitet so schnell, daß das damit versehene Kran-Arbeitsschiff auch beim Anheben sehr schwerer Lasten (zwischen 250 und 300G t) die horizontale Lage praktisch beibehalten kann, so daß das Kran-Arbeitsschiff sogar noch bei Wellenhöhen weit über 1,5 m arbeitsfähig ist.

Ein weiterer Vorteil der Stabilisierungseinrichtung nach der Erfindung ist, daß die Kranausladung bis zur Grenze der Belastungsfähigkeit des Kranes auch dann ausgenutzt werden kann, wenn die volle Ausladung zwischen Auslegerfußpunkt und Auslegerspitze vollständig über Wasser sich befindet. Damit kann der Kran

an der Ecke des Schiffskörpers, beispielsweise am Heck, angeordnet sein. Dies ermöglicht die Installation eines zweiten Krans an der anderen Schiffsheck-Ecke.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen in weiteren Einzelheiten näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Kranarbeits-Schiff gemäß der Erfindung entlang der Linie I-I is F i g. 2;

F i g. 2 einen horizontalen Schnitt entlang der Linie H-II in F ig. 1;

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

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

F i g. 8a und 8b den Oberteil eines Wasser-Ablaßrohres mit geschlossenem Ablaßventil in einem vertikalen Axialschnitt und einem horizontalen Querschnitt nach der Linie VIHb-VIHb in F i g. 8a und

F i g. 9a einen Querschnitt mit geöffnetem Ablaßventil entsprechend F i g. 8a.

F i g. 9b eine Draufsicht auf das Ventil gemäß F i g. 8a oder 9a.

In den Fig. 1 und 2 sind Unterwasser-Schwimmkörper eines Kranarbeits-Schiffes mit den Bezugszeichen 1 und 2 bezeichnet, an dessen vier Eckpunkten insgesamt vier Säulen 3, 4, 5 und 6 angeordnet sind. Ferner sind Zwischensäulcn 7 und 8 vorgesehen. Die Säulen haben sämtlich rechteckigen Querschnitt. Die Konstruktionsverbindungen über und/oder unter der Wasserlinie zwischen Schwimmkörpern 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 Ballastwasserkammem, die bei den Säulen 3 und 4 in F i g. 1 mit den Bezugszeichen 9,10,11 und 12 bezeichnet sind. In jeder Säule liegt eine Ballastwasserkammer oberhalb des Wasserspiegels 13 und die andere darunter. Bevor der Kran in Betrieb gesetzt wird, sind die oberen Ballastwasserkammem 9 und 11 mit Wasser und die unteren Ballastwasserkammem 10 und 12 mit Luft gefüllt.

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

Der hier als »aktiv« bezeichnete Teil nützt die oberen Ballastwasserkammem 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 Schiffes beim Aufnehmen einer Last (siehe Fig.3) kann die Hebegeschwindigkeit des Kranes übersteigen und hat deshalb einen besonders begünstigenden Effekt auf das »Loskommen« der Last L

Ein Kran 15 kann z. B. über der Säule 4 auf der Arbeitsplattform 14 und damit an einer der Ecken des Schiffes angeordnet sein.

Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die Ballastwasserkammem oberhalb des Wasserspiegels 13

ίο

des umgebenden Wassers über den Säulen 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 Ballastwasserkammem in einer noch zu beschreibenden Weise eine Lastkompensation erreicht werden kann, die zum Stabilisieren des Schiffes während des Handhabens der Last durch den Kran oder durch die Krane ausreicht Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung zum selektiven Steuern von Wasser-Ablaßventilen der Kransteuervorrichtung hinzugefügt, wobei diese Ventile 16a, b bzw. 17a, b gemäß Fig. 1 in den Ballastwasserkammem 9 und 11 angeordnet sind. Jede Ballastwasserkammer ist mittels vertikaler Trennwände 19 and 20 (siehe Fig.2 bei Säule 3) in vier Abschnitte unterteilt Jeder dieser Abschnitte ist mit einem großen Stürz-Ablaß tSa-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 zu 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 Fremdunterlage aufgenommen (freigemacht) bzw. auf die Fremunterlage 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.

Für 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. Die Daten können auch bei der Steuervorrichtung, z. B. in einem Steuerstand, angezeigt werden.

Für jeden Teilschnitt des Kranarbeitsspieles kann ein individuelles Rechenprogramm verwendet werden, in welches die Lastgröße eingespeist wird, so daß nicht länger 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 F i g. 3 - 7 mit zwei Säulen 3 und 4 beruhen, von denen eine einen Kran 15 auf ihrer Spitze trägt. Diese Betrachtungen sind ohne weiteres auch auf das Ausfiihrungsbeispiel nach F i g. 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 F i g. 3 ausEewählt.

G = 70 000 kg · ΙΟ³ gesamte Wasserverdrän- oder

gung

L = 2800 kg · 10³ Kranlast

W= 1400 m² überdeckte Wasserfläche ^v

K = 625 m² Kammerquerschnitt 5

m = 20 m Höhe des Metazentrums -. , , . ..... , ... , , . , . .

__ . ■ -. .· /α ι j \ Der durchschnittliche Niveauunterschied ist:

r = 30 m Arbeitsradius (Ausladung)

desKrans . _ ιπ⁴ν/ ²

a = 30 m Mittenabstand der Säule ^p ' ^{m /m} '

b = 40 m Mittenabstand des Laufgan- io , .

,^_x und damit

ges (Gangway)

Jt = 10 m Kammerhöhe . = Ap

η = 10 m mittlere Druckhöhe, obere ^p>

Ballastwasserkammer _oder Ablaßgeschwindigkeit:

q = 20 m mittlere Luftüberdruckhohe 15

ή = JOOm Höhe der Kranspitze über ] I η ■ 10⁵ 1 ' 10 · 10⁴

dem Wasserspiegel v- | -7777- = | ⁼ Bm/sec.

Im folgenden sind einige überschlägige Rechnungen
angegeben: 20 Erforderlicher Querschnitt des Ablasses

a. Lastbetrieb, bei dem eine Last von einer y j^qq
Fremdabstützung hochgehoben wird (F i g. 3) U = " ττ—— - 28,5 m².

Start: obere Kammer A2 gefüllt mit Wasser.

Es ist erwünscht, daß nach Beendigung des Arbeits- 25 Dieser Querschnitt kann z. B. durch vier Ablaßrohre spiels die Neigung des Decks der Arbeitsplattform sich realisiert sein, wie die Rohre 21 α bis d mit einem
nicht verändert hat.

Es wird ausschließlich das aktive System benutzt. _n _ U _ ,

Aus der oberen Kammer A₂ abzulassende Wasser- Durchmesser - — - Jm.

menge: 30

Größtwert der Anfangskraft:

V = -——L = 5600m/. />„ = *■ i/=10 · 28,5 = 285 - 10⁴N

Wenn die Kraft zu 95% kompensiert wird (auf noch

Damit erzieltes Steigen des Decks: 35 zu beschreibende Weise), ist die erforderliche Anfangs

kraft:

5= = 2m. ρ_Λ = 0,05-285 = 14 · 10⁴N

Mit vier Ventilen je Kammer ist ein Maximum von Wasserstandsverlagerung in Kammer A₁: 40 3 · 5 f je Ventil erforderlich.

Während des Ablassens erzeugt der Impuls eine

/. ₌ _L_ = 9 < ^ ₌ jom aufwärts wirkende Kraft auf die Säule.

⁴ K

Durchschnittswert:

Die für das Arbeitsspiel zugelassene Zeit sei /= 15 Se- 45 , ,

künden. / = U ■ — v² = 28,5 · — 1000 - 13² = 240 - 10⁴N

Dann sollte ein Wasservolumen V = 5600 m³ in t Se- 2 2
künden ausströmen.

Mit einem Auslaß eines Gesamtquerschnittes U der Der Zustand nach dem Freikommen der Last L von

Ablaßrohre 21 ist die Ablaßgeschwindigkeit des 50 der Unterstützung, im vorliegenden Fall einem Kahn 22

Wassers (Fig-4) ist folgender: Kammer A2 ist geleert und die

Arbeitspiattform i4 ist horizontal geblieben.

^v ⁼ (j . _t ' b. Betrieb an Ort und Stelle

55 Verlagerung der angehobenen Last gemäß F i g. 4 zur

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der erzielba- Mitte der Arbeitspiattform und dortiges Absenken, falls

ren Druckdifferenz und der Ablaßgeschwindigkeit. erwünscht

Der Druckverlust beim Ablassen in das umgebende Ohne weitere Erklärung ist klar, daß die Last L mittels

Wasser ist: eines Auslegers angehoben und abgesetzt werden kann

ρ 60 und daß eine entsprechende Rechnung gemacht werden

^A P» ⁼ y V , J_52nJi₁ aufgrund deren eine Ventilbetätigung des VentHs

16 (Fig.3 und 4) zum Ablassen von Wasser ans der

worin: spez. Masse des Wassers ρ = 1000kg/m³. Kammer A₁ auf gleichen Stand wie in Kammer A₁ Der gesamte Druckverlust kann bei vernünftiger Aus- gemäß F ig. 4 durchgeführt wird, wobei die Arbeitsbildung der Ventile 16, 17 angenommen werden zu: 65 plattform 4 im wesentlichen horizontal bleibt und der

Zustand nach F i g. 5 herbeigeführt wird.

= 1 1 £- v¹ = 0 6 - v² ■ Für Betrieb an Ort und SteDe, bei welcher der Kran 15

2 * geschwenkt wird, treffen die Rechnungen auf der

Grundlage eines zweidimensionalen Modelies weniger exakt zu. Zum Aufrechterhalten der Arbeitsplattform in einer gewissen Höhe müssen beide Systeme, d. h. das »aktive« (Au A2) und das »passive« (Bu Bi) System gleichzeitig eingesetzt werden, was im folgenden noch diskutiert wird.

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

Es wird von einem Zustand der Wasserstände in den Kammern Au Ai und B\, Bi gemäß F i g. 5 ausgegangen. Beim Start sind folglich die unteren Kammern B\ und B₂ leer. Die Last wird nun zuerst außenbords geschwenkt, wozu das passive System verwendet, d. h. die Kammer Bi mit Wasser durch im folgenden beschriebene Mittel gefüllt wird.

Bezüglich F i g. 1 und 2 wurden die unter den Ballastwasserkammern 9 und 11 in den Säulen 3 und 4 liegenden Kammern 10 und 12 bereits erwähnt. Bei dem zweidimensionalen Modell gemäß den Fig.3 —7 sind die zuerst erwähnten Kammern mit B\ und Bi bezeichnet.

In den zuletzt genannten Figuren sind diese Kammern als eintauchende, glockenförmige Kammern an den unteren Enden jeder Säule dargestellt. Wie F i g. 1 deutlich macht, sind diese Kammern bei einer bevorzugten praktischen Ausführung höher angeordnet, so daß die Decke der Kammern, die in F i g. 1 für die Kammer 10 mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist, etwa auf der Höhe des Wasserspiegels 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 10 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. Jeder 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, weil dann nur ein verhältnismäßig kleiner Luftdruck erforderlich ist Zum Zuführen von Luft sind Ventile 30 in der Luftleitung 26 angeordnet, die von der Stabilisier-Steuervorrichtung betätigbar sind, die zusätzlich zur Kransteuervorrichtung vorgesehen und mit 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 10 führt Bei der vereinfachten Darstellung in F i g. 3 und 4 sind diese für jede der Kammern Βλ und B₂ vorgesehenen Ventile^it 33" und 34" bezeichnet Ebenso wie die Ventile 17 der oberen Ballastwassersteuerung handelt es sich um Rückschlagventile. Mittels einer externen, ζ. Β. hydraulischen Erregung werden diese Ventile, die von der zusätzlichen Stabilisier-Steuervorrichtung gesteuert werden, geöffnet. Sie neigen dazu, durch den Luft- bzw. Wasserstrom verschlossen zu werden. Dank dieser schnell schließenden Rückschlagventile kann das gesamte System unverzüglich im Notfall abgeschaltet

^ri werden, gegebenenfalls gleichzeitig mit den Kranantrieben.

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

In die untere Kammer B₁ einzulassende Wassermenge:

V =

L = 5600m t.

Verlagerung der Plattform:
V- L

Erhöhung des Wasserstandes in Kammer B₂:

λ« = — = 3<k = 10 m.
K

Zulässige Betriebszeit: / = 15 see.

Ein Luftvolumen V= 5600 m³ sollte dann in 1 Sekunden ausströmen.

Bei Verwendung eines Auslasses vom Durchmesser (/ist die Luft-Strömungsgeschwindigkeit:

Der Druckverlust beim Ablassen in die Umgebungsluft beläuft sich auf:

wobei die spez. Masse der Luft ρ = 1,3 kg/m³ ist.

Gesamter Druckverlust bei vernünftiger Konstruktion:

1,2 ■£- v² = 0,6p v²

oder

Ap

0,6 p

Durchschnittlich verfügbar:

Ap = q- 10⁴N/m²,
somit

Ap₁ = Ap
und Ablaßgeschwindigkeit

,■_£ljg_. ²⁰¹°⁴ =506m/sec.
0,6 0,6 - 1,3

ίο

Erforderlicher Ablaßquerschnitt
V 5600

U =

506 · 15

= 0,75 m².

Dieser kann z. B. in vier Behältern eines Durchmessers

/-^- 0.5m
η

realisiert sein.
Kleinste gesamte Anfangskraft:

Ph = q ■ U = 20 0,75 = !5 · 10⁴N wird zu 95% auf eine Anfangskraft
Ph-0,05 ■ 15 = 0,75 ■ 10⁴N

kompensiert.

Bei vier Ventilen je Kammer sind maximal 0,2 10⁴N je Ventil erforderlich.

Der Impuls erzeugt eine nach unten wirkende Kraft: /= ίΛ-ρν² = 0,75·-· 1,3-506²· 12,5-10⁴N = 12,5-10⁴N.

d. Auffüllen einer oberen Kammer

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

A = \0n VA-Nmmit V= 5600m³Wasser bei einer Auffüllzeit T= 1800 see oder 30 mm, und bei einem Gesamtwirkungsgrad η = 0,6 elektrische Fülleistung

15

10/; Y
'«· T

10 - 10 - 5600 0,6 · 1800

519kW.

20

e. Auffüllen der unteren Kammer

Ein Kompressor sollte eine durchschnittliche Druckdifferenz von <7=2O überwinden, mit anderen Worten Umgebungsluft (absolute Druckhöhe 10 m) auf eine absolute Druckhöhe 10 + q=30 bringen.

Erforderliche Nettoenergie bei isothermischer Kompression: A = 10(10+ </) Mn f \ ANm,

V = 5600 m³

Luft in einer Füllzeit von F= 1800 see. oder 30 mm, und bei einem Gesamtwirkungsgrad η = 0,6

10 ■ 30 · 5600

, ,. · u C-Ii · κ, 10(10 + ^) K , / 10 + i/ \

elektrische Fülleistung N = ^ —— In ( — ) =

nT \ 10 J

0,6 ■ 1800

_|n

f. Lasthetrieb, Heben einer Last ohne Kompensation

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

beim Anordnen im Zentrum:
Einstellen auf

d, =■

2800

= 2

W 1400
Bei Aufbringen des Momentes (a + r) L

Winkelverlagerung = = = 0 12 rad oder m 20 · 70000

entsprechende Verlagerung der Last (α+ ή = 0,12 ■ 60 = 7,2m

Verlagerung der Gangway-Kranseitel Anhebung der hinteren Gangway j

gesamt:

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

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

ab = 4,8 m

Bei einer Hebegeschwindigkeit von 4,5 m/min und fester Fremdabstützung sind

9,2

4,5

= 2 Minuten

zum Abheben der Lasten ohne Verwendung des Kompensationssystems erforderlich.

Hierbei beträgt die horizontale Verlagerung der Kranspitze etwa Λ = 0,12 ■ 100= 12 m.

Dieser Abstand sollte im Laufe des Arbeitsspiels mittels der Top-Winschen eingestellt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8a —9b soll nun die Konstruktion eines Ventils 16 eines Bsüastwasserrohres 18 beschrieben werden. Das Ventil umfaßt einen zylindrischen Gleitkörper 36 mit einem Innenring am oberen Rand und einem Außenring 3il am unteren Rand. Das Ablaßrohr 18 ist mittels eines Versteifungsringes 39 mit dem Boden 40 des Kammerabschnitts der Ballastwasserkammer 9 verbunden.

Der Gleitkörper 36 ist längs der Außenseite eines Ventilsitzringes 41 geführt, der bezüglich des 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. Aufgrund dieser Konfiguration wird das im Öffnungszustand des Ventils 16 (F i g. 9a) in Richtung der Pfeile P₁ strömende Wasser 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 Abschlußpiatte 42 sorgt auch für ausreichende Festigkeit gegen den Wasserdruck bei Gegenstrom.

Der Ring 39 bildet einen Ventilsitz, auf dem bei geschlossenem Ventil gemäß F i g. 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 Ventilsitzring 41 aufliegt. Der Abstand des Ringes 41 zum Ring 39 ist so gewählt, daß zwischen den beiden Ringen um sie herum eine Strömungs-Durchtrittsfläche gebildet ist, die der Querschnittsfläche des Ablaßrohres 18 entspricht.

Auf dem Ring 37 sitzt ferner eine Kappe 46, an welcher in der Mitte eine Betätigungsstange 47 befestigt ist Diese kann in Richtung des Pfeiles P hochgezogen werden und z. B. von einer Kolbenstange eines Hydraulik-Zylinders gebildet sein, wodurch gleichzeitig eine Zentrierung erreicht ist Die Kappe 46 ist mit öffnungen 48 eine Zentrierung erreicht ist Die Kappe 46 ist mit öffnungen 48 versehen, so daß normalerweise sich Wasser in dem Raum zwischen dieser Kappe und der Oberseite der Abschlußplatte 42 befindet. Ein Absinken des Gleitkörpers 36 kann niemals unter dem Einfluß von Wasserdruck bei einem unvorhergesehenen Schock stattfinden, weil 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 Ringzone 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;

■j b. die Erhöhung der Kapazität als Ergebnis von oberhalb dem Wasserspiegel untergebrachtem Ballastwasser erleichtert das Anheben und Absenken von Lasten auf Fremdabstützungen;

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

d. die Anwendung von fremderregten Rückschlagventilen stellt einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit des Systems dar;

e. es ist Wirtschaftlichkeit bezüglich des Energieverbrauchs dadurch erreicht, daß das gesamte System in relativ kurzer Zeit mit einer relativ kleinen

2(i Kompressor- und Pumpkapazität betrieben werden kann;

f. es ist auch bei bewegter See möglich, eine Kranlast von beispielsweise 3000 t von einer Fremdabstützung abzuheben und sie in 15 Sekunden davon freizumachen, wobei das Deck der Arbeitsplattform niemals mehr als 1° von der ursprünglichen horizontalen Lage abweicht.

Ein schnelles Ablassen von Wasser aus den unteren κι 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 v/ichtiges 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).

b) Eine Kompensation kann aktiv nur stattfinden, während die horizontale Lage eingehalten wird.

Im allgemeinen nimmt der Auftrieb des Schiffes dann ab (diese Art der Manipulation ist zweckmäßig beim Anheben einer Last).

c) Die Kompensation kann aktiv stattfinden, wobei die horizontale Lage aufrecht erhalten

wird.

Im allgemeinen nimmt der Auftrieb der Plattform zu (diese Art der Manipulation ist beim Absenken einer Last zweckmäßig). iL Wenn sowohl aktive als auch passive Kompensationskammern nur in zwei der Ecksäulen vorgesehen sind, bestehen keine Kompensationsmöglichkeiten in den verbleibenden Säulen. Die Plattform

kann dabei zwar bei allen Kranbetriebsweisen horizontal gehalten, de.· Auftrieb jedoch nicht beeinflußt werden.

iii. Wenn ausschließlich aktive Ballastkammern in allen vier Ecksäulen angeordnet sind, ist eine Kompensation nur möglich im Fall i.b)

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

Während 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 zu halten (Neigungswinkel von 0°).

Dies kann dann nützlich sein, wenn eine Last schnell mittels des Kompensationssystems gehoben werden muß (z. B. von einemauf den Wellen schaukelnden Kahn).

Aus dem Vorhergehenden ist deutlich geworden, daß das schnelle Ablassen von Ballastwasser aus Kammern oberhalb des Wasserspiegels in beträchtlichem Umfang für das Heben von Lasten von einer Fläche außerhall des Schiffes und für das Absetzen auf eine solche Fläch« unabhängig von der Kranbewegung durchgeführ

werden kann. Tatsächlich kann die Seite des Schiffes, wc am Kran eine Last angreift, schnell aufwärts beweg

werden, um die Last durch Ablassen von Ballastwassei aufzunehmen, so daß hierdurch die Last bereits von dei Stützfläche freigemacht werden kann.

Es ist auch wichtig, daß dies in sehr kurzer

ίο Zeiträumen bewirkt werden kann, so daß man wenigei abhängig von der Wellenbewegung ist

Es wurde schon ausgeführt, daß es möglich ist, eir allein mit Wasser arbeitendes System zu haben. Da; Umgebungswasser sollte dann durch große steuerbare Rückschlagventile wie die Ventile 33' und 34' eingeleitet werden, die anstelle der Luftventile 30 vorgesehen sind Obleich eine solche Ausführung in mancher Hinsichi 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 zi deren Entleeren hechgepumpte Wasser zum Vorbereiten eines anderen Arbeitsspieles des Kranes zu den oberhalb des Wasserspiegels liegenden Kammern gepumpt werden kann, um diese mit Ballast zu versehen,

Hierzu 5 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Stabilisierungseinrichtung für ein halbtauchendes Kran-Arbeitsschiff mit Unterwasser-Schwimmkörpern, welche mittels hohler Säulen eine Arbeitsplattform oberhalb der Wasserlinie tragen, und mit unterhalb der Wasserlinie angeordneten unteren Ballastwasserkammern sowie mit einer Steuervorrichtung zum selektiven Fluten und Lenzen der Ballastwasserkammern zum Beeinflussen der Trimmung des Schiffes für den Kranbetrieb, wobei die Arbeitsplattform mindestens einen Kran für schwere Lasten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich oberhalb der Wasserlinie obere Ballastwasserkammern (9,11) längs des Umfangsbereiches des Schiffes angeordnet sind; daß durch selektives Lenzen der oberen Ballastwasserkammt-rn (9,11; A_x, A₂) mit Hilfe von ein schnelles freies Ausströmen ermöglichenden Ablaßventilen (16, 17) Wasserablaßleitungen (18) zum Umgebungswasser bei Lastaufnahme und/oder -handhabung durch den Kran und durch selektives Fluten der unteren Ballastwasserkammern (10, 12; B\, B₂) mittels von ein schnelles freies Einströmen ermöglichenden Wassereinlaßöffnungen (28) aus dem Umgebungswasser bei Lasthandhabung und/oder -absetzen durch den Kran eine Kompensation des durch die Hakenlast auf das Schiff ausgeübten Lastmomentes erzielbar ist. _J0

2. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb der Wasserlinie liegenden Ballastwasserkammern (9,11) im Oberteil der Ecksäulen (3 bis 6) angeordnet sind.

3. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Ballastwasserkammern (10,12; B_u B₂) im unteren Abschnitt der Säulen (3 bis 6) mit ihrer Oberseite im wesentlichen auf dem Niveau der Wasserlinie (13) angeordnet sind und an ihrer Unterseite die groß dimensionierten Wassereinlaßöffnungen (28) zum umgebenden Wasser und an ihrer Oberseite eine Luftablaßleitung (33) zur Umgebungsluft haben.

4. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitungen von den in den Ecksäulen (3 bis 6) angeordneten unteren Ballastwasserkammern (10, 12; B₁, B₂) mit dem umgebenden Wasser von Ventilen gesteuert sind, und daß die unteren Ballastwasserkammern (10, 12; Bi, B₂) je mit einer Wasserpumpenleitung verbunden sind, die zu der oberen Ballastwasserkammer (9,11; Au A₂) der entsprechenden Säule (3 bis 6) führt.

5. Stabilisierungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaßventile (16,17) unter der Wirkung ausfließenden Wassers zum Schließen neigen, wobei eine Nothaltvorrichtung in der Trimm-Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche die Ventile schließt.

6. Stabilisierungseinrichtung nach einem der bo Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile für die Steuerung der oberen und unteren Ballastwasserkammern je einen zylindrischen Gleitkörper (36) aufweisen, der axial über den Einlaß der zugehörigen Ablaßrohre (18) bewegbar ist, daß bs jeder Gleitkörper einen Wasserdurchlaß 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) am oberen Rand 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

7. Stabilisierungseinrichtung nach Anspruch 6, 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.