DE652792C - Schiffsstabilisierungsanlage - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AJl
8. NOVEMBER 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

' KLASSE 65 a² GRUPPE

Schiffsstabilisierungsanlage

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. April 1936 ab ■

Hs ist bekannt, daß durch Verstimmung der Eigenschwingungsdauer des Schiffes gegenüber der Schwingungsdauer des relativen Wellenganges die schwingungsanfachende Wirkung des Wellenganges auf das Schiff herabgesetzt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine die vorgenannte Erkenntnis sich zunutze machende Schiffsstabilisierungsanlage. Die neue Lösung ist gekennzeichnet durch die Anwendung einer mit o^c Phasenverschiebung " ihrer Flüssigkeitsbewegung gegenüber der Schiffsschwingung arbeitenden Tankanlage, die in mehrere iür sich ein- und abschaltbare Einheiten unterteilt ist.

Es wird also hier zur Änderung der metazentrischen Höhe des Schiffes von dem sogenannten Prinzip der freien Oberflächen (Gebrauch gemacht. Tn Verbindung mit der Anwendung dieses Prinzips sind jedoch zugleich Mittel vorgesehen, durch die die in -einer Anwendung liegende Gefahrenquelle beseitigt wird. Hierzu ist, wie schon gesagt, die nach dem Prinzip der freien Oberflächen arbeitende Tankanlage in mehrere für sich . in- und abschaltbare Einheiten unterteilt. Durch die Unterteilung der Tankanlage in die vorerwähnten Einheiten ist außer der sicheren Beherrschung der Bewegung der Tankflüssigkeit auch noch der Vorteil gegeben, daß die metazentrische Höhe stufenweise geändert und somit die Eigenschwingungsdauer des Schiffes innerhalb der gegebenen Grenzen auf beliebige Werte (stufenweise) eingestellt werden kann.

Hinsichtlich des hier angewandten Prinzips der freien Oberflächen besteht eine gewisse Berührung mit den in den ersten Anfängen der Schiffsstabilisierung für diese Zwecke vorgeschlagenen sogenannten Wasserkammern. Das waren querschiffs \^-erlaufende Wasserbehälter in Wannen form. Die Füllhöhe dieser Kammern wurde bemessen · im Sinne der Abstimmung der Kammern auf die Eigenschwingungsdauer des Schiffes. Es handelt sich danach bei diesen Wasserkammern im wesentlichen um Vorläufer der ' Frahmschen Tanks, bei welchen bekanntlich im wesentlichen 90⁰ Phasenverschiebung j zwecks Dämpfungswirkung angestrebt wird. Es könnte hierbei die Wirkung nach dem Prinzip der freien Oberflächen nur als unerwünschte, wirkungsvennindernde Begleiterscheinung möglicherweise eintreten.

") l'on dein Patentsucher ist als der Erfinder angegeben z^orden:

Dipl.-Ing. Dr. Hermann Hort in Berlin-Charlottenburg.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel.
Es zeigt

Fig. ι eine Draufsicht auf ein mit der erfindungsgemäl.ien Anlage ausgerüstetes Schiff, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-1I,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie Ill-Iil und

ίο Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. i.

Zum Ändern der Eigenschwingungsdauer des Schiffes wird im Ausführungsbeispiel die metazentrische Höhe verändert, und zwar mit Hilfe von vier in der vorderen Hälfte des Schiffes ι untergebrachten Tankgruppen.2,3,4 und 5. Die einzelne Tankgruppe umfaßt, wie das für die in Fig. 4 im Schnitt,dargestellte Tankgruppe 2 erläutert sei, zwei auf den beiden Schiffsseiten untergebrachte Tanks. 2_a und 2_b, die durch eine Flüssigkeitsverbindungsleitung 2_C und eine Luftverbindungsleitung 2_(/ verbunden sind. In der Luftverbindungsleitung 2_d befindet sich'· ein schematisch angedeutetes Absperrorgan~2_C. Der Überströmquerschnitt der Flüssigkeitsverbindungsleitung 2_;. und der Luftverbindungsleitung 2_d ist so groß bemessen, daß beim größten Öffnungsgrad des Absperrorgan 2_e zwischen der Bewegung der Tankfliissigkeit und der Schiffsbewegung die_Plmsenverscliiebung_Xull· besteht.

Zum Verständnis der Wirkungsweise der Tankgruppe denkt man sich am besten zu-,nächst die Luftverbindungsleitung 2_(/ weg und nimmt an, daß die beiden Tanks 2„ und 2_b oben offen seien und im Wasserverbindungskanal 2_C ein Absperrorgan vorgesehen sei. (Eine derartige Ausführung wäre übrigens auch praktisch möglich und gehört mit zum Gegenstand der Erfindung.) Wird das vorerwähnte Absperrorgan im Wasserverbindungskanal 2_C geschlossen, so ist natür- · lieh die Tankfüllung nahezu starr mit dem Schiff gekoppelt, d. h. sie bildet einfach einen Teil der Schiffsmasse und vergrößert die metazentrische Höhe gegenüber dem Kalk¹, daß diese Flüssigkeit nicht vorhanden wäre. Befindet sich das erwähnte Absperrorgan im Kanal 2_C hingegen in dar Offenstellung, so nimmt, wie schon erwähnt, die Tankfüllung bei hinreichend großem Querschnitt des Kanab 2_L. an e'.cr Schlirsschwingung nicht teil, el. h. sie verhält sich nahezu so, als ob sie einen Teil das Seewassers bildete, mit anderen Worten, die Tankflüssigkeit bildet freie Oberflächen im Schiff. Das bedeutet, bei offenem Absperrorgan ist die mctazeutrischc Höhe des Schiffes kleiner als in dem

fio Falte, daß das Absperrorgan geschlossen ist. Das.Absperrorgan Aviird; bei Anbringung im Fiüssigkeitsverbindungskanal 2_r verhältnismäßig groß werden. Ks läßt sich ein'.· starke Untersetzung oder·, mit anderen Worten, eine Verkleinerung- des Absperrorgans erzielen, wenn, wie in Fig. 1 und 4 gezeigt, die beiden Tankhälften oben geschlossen, durch eine Luftverbindungsleitung 2_t/ miteinander verbunden werden und in' dieser Luftverbindungsleitung das Absperrorgan 2 7» angebracht wird. Die grundsätzliche Wirkungsweise bleibt aber im wesentlichen die gleiche wie in dem vorbeschriebenen Fall.

Es kann also, kurz zusammengefaßt, durch Öffnen- und Schlieren des Absperrorgans 2,. elie metazentrische Höhe und damit die Eigenschwingungsdauer des Schiffes geändert werden. Je nach eier gewünschten Größe des Be-reiches, in dem die Eigenschwingungsdauer eles Schiffes geändert werden soll, werden eine oder mehrere, z. B., wie dargestellt, vier der an Hand der Fig. 4 näher erläuterten TankgTuppen vorgesehen.

Es 'war im vorhergehenden lediglich der Fall betrachtet, daß das Absperrorgan 2_t. ganz geöffnet oder ganz, geschlossen wird. Man kann natürlich das Absperrorgan auch in eine zwischen diesen Endstellungen liegende Stellung bringen mit der Folge, daß die betreffende Tankgruppe daraufhin als passive Schliugertänkanlage arbeitet. Das ist von Bedeutung bei folgendem Fall: Ks war schon gesagt, daß sich naturgemäß mit den dargestellten oder ähnlichen Hilfsmitteln die Eigenschwmgungsdaucr des Schiffes nur innerhalbbestimmter Grenzen ändern läßt. Es möge die Eigenschwingungsdauer des Schiffes in dem betrachteten Fall oberhalb eier Schwingungsdauer des relativen Wellenganges liegen, sich nun aber die letztere im Sinne der Annäherung an die Eigenschwingungsdauer des, Schiffes ändern. Es besteht die Möglichkeit, zunächst durch entsprechende Einstellung eier Tankgruppe 2 bis 5 die Eigenschwingungsdauer des Schiffes heraufzusetzen und so eier Schwingungsdauer des relativen Wellenganges zunächst auszuweichen. Ändert eliese sich aber weiterhin nach oben, so ist mau schließlich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens no genötigt, elie Eigenschwingungsdauer eles Schiffes wieder nach unten zu verschieben. Hierbei ist man gezwungen, durch den Resonanzfall hindurchzuregeln mit der Folge, daß das Schiff vorübergehend sehr stark aufgeschaukelt werden kann. Um die Schwin-gungsamplitude hierbei in erträglichen Grenzen zu halten, wird zweckmäßig das Verfahren in der Weise ausgeführt, dall eine oder mehrere der zur Änderung der metazenfrischen Höhe des Schiffes dienenden Tankgruppcn 2 bis 5 zunächst sämtlich voriilvr-

gehend als Schlingertankanlagen und dann erst nach Bedarf als Verstimmungstanks eingestellt werden, bzw. man wird die zur Verstimmung der Eigcnscliwingungsdauer gegenüber der Schwingungsdauer des relativen Wellenganges erforderliche Änderung der Einstellung der Ventile 2,., 3_t. usw. allmählich vornehmen oder zuerst alle Tankgruppen 2 bis 5 als Schlingertankanlage und dann alle diese Tankgruppen als Verstimmungstanks zur Änderung der Eigenschwingungsdauer des Schiffes benutzen.

Bei einer Ausführungsform kann die Anlage auch so bemessen werden, daß sie gestattet, die metazentrische Höhe des Schiffes ganz oder nahezu bis auf Null herabzusetzen, so daß das Schiff labil wird bzw. eine sehr lange Schwingungsdauer erhält. Bei dieser Ausführung kann gemäß weiterer Erfindung 2ö dadurch ein Vorteil erreicht werden, daß der Überströmquerschnitt der Tankgruppen 2 bis 5 so bemessen wird, daß bei größter öffnung der Absperrorgane 2₍. bis 5,. sich die Phasenverschiebung Null nur bei den eras wähnten langen Schwingungen des Schiffes ergibt, aber selbsttätig eine 90⁰ sich nähernde Phasenverschiebung eintritt, wenn das Schiff aus irgendwelchen Gründen kürzere Schwingungen ausführt. Das bedeutet gleichsam eine sich selbsttätig einschaltende Sicherheitsvorrichtung insofern, als bei schnelleren Schwingungen des Schiffes die betreffende Tankgruppe bzw. -gruppen sich in passive Schlingertankanlagen umwandeln. Es kann gegebenenfalls noch eine besondere, auch bei langer Schwingungsdauer des Schiffes wirksame Schlingerdämpfungsanlage 6 vorgesehen werden. Diese kann als eine passive oder auch als eine gesteuerte und gegebenenfalls mit einem Förderantrieb ausgestattete Anlage ausgebildet werden. In der Zeichnung ist eine passive Anlage mit zwei durch einen Wasserverbindungskanal G_c verbundenen Tanks 6_a und 6_b dargestellt. Oben stehen die beiden Tanks 6_a und 6_h über einen Stutzen 6_d bzw. 6_t. mit der Atmosphäre in Verbindung. In jedem Stutzen ist ein einstellbares Absperrorgan 6_f bzw. 6_g angeordnet. Diese Absperrorgane ermöglichen die Einstellung eines gewünschten Drosselungsgrades und damit einer gewünschten Phasenverschiebung zwischen Schiffsschwingung und Schwingung der Tankfüllung innerhalb der durch die Anlage gegebenen Grenzen. _f55 Darüber hinaus können im Wasserverbiu- \ dungskanal 6_C noch schmale, z. B. feste Dro's-S seistellen 6/, und 6,- vorgesehen werden.

Endlich ist noch eine im Ausführungsbeispiel aus zwei Sätzen'7 und 8 bestehende An- ^o lage zur Bekämpfung einer statischen Schräglage l)/.w. eine bei einem labilen Schiff zum Wiederaufrichten des Schiffes dienende Anlage vorgesehen. Der einzelne Satz umfaßt, wie aus dem in'Fig. 3 gezeichneten Querschnitt des Satzes·7 hervorgeht,'je zwei auf den beiden Schiffsseiten befindliche und durch einen Flüssigkeitsverbindungskanal j_c verbundene Tanks j_a und γ,,. , Im Flüssigkeitsverbindungskanal ist als Förderantrieb ein mit einem Motor j_e in Antriebsverbindung stehender Propeller J_d vorgesehen. Zur Ermöglichung der. Umkehrung der Förderrichtung kann der Propeller 7,, als Verstellpropeller oder auch der Antriebsmotor j_e als Wendemotor ausgebildet werden. Die Steuerung erfolgt über ein Steuergerät, das die statische Schräglage des Schiffes ermittelt. Auf die besondere Ausbildung des Steuergerätes braucht hier nicht eingegangen zu werden, es sei statt dessen hingewiesen auf das im Patent 643 383 beschriebene Steuergerät.

Die Bedienung der Anlage kann auch, soweit es sich um ihre Einstellung mit Bezug au_f die ständig etwa durch Zeitmessungen zu ermitteliideEigenschwingungsdauer des Schiffes handelt, selbsttätig erfolgen. Hierzu kann z. B. mit Hilfe eines Rechengerätes, dem eingangsseitig die Fahrtrichtung des Schiffes relativ zum Wellengang, die Fahrt und weiterhin die auf Grund einer subjektiven oder objektiven Beobachtung ermittelte Schwingungsdauer bzw. Periodenlänge des Wellenganges zugeleitet werden, die Schwingungsdauer,des relativen Wellenganges dargestellt werden. Mit Hufe eines Organs, dessen Stellung ein Maß für die vorgenannte Größe gibt, wird ein Nachlaufmotor o. dgl. eingestellt, der seinerseits innerhalb der gegebenen Grenzen die Eigenschwingungsdauer des Schiffes auf die größtmögliche Abweichung von der Schwingungsdauer des relativen Wellenganges einstellt. Statt dessen kann aber auch in Abhängigkeit von der in der vorerwähnten Weise ermittelten oder ge- i°5 schätzten Schwingungsdauer des relativen Wellenganges * und der ebenfalls ermittelten Eigenschwingungsdauer des Schiffes die Bedienung von Hand erfolgen. Zweckmäßig werden Fernzeigesysteme verwendet, die auf no der Kommandobrücke und gegebenenfalls an anderen Stellen die Stellungen der Absperrorgane 2₍. bis 5_t. anzeigen, so daß von den betreffenden Stellen die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Kommandos gegeben werden können.

Um den Aufwand der Anlage zu verringern, empfiehlt es sich, die Tanks für die ohnehin mitzuführenden Flüssigkeiten, wie z. B. die Brennstöfftanks usw., für die vorliegenden Zwecke mitzubenutzen, d. h. diese Tanks so auszubilden, wie bei 2 bis 5

und/oder bei 6, ~ und 8 in eier Zeichnung Veranschaulicht.'

Um lebendige Strömungskräfte in den Verstimmungstanks schnell zu vernichten, sind entweder zähe Flüssigkeiten mit großer, innerer Reibung zu verwenden oder gelochte Bleche u.dgl. in die Strömung einzubauen. Gegebenenfalls sind auch die freien Oberflächen der Tanks mit geeigneten, dämpfenden Mitteln, z. B. zähen Flüssigkeiten oder Schwimmkörpern, zu bedecken.' .

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schiffsstabilisierungsanlage, bei der die Schiffsschwingungsperiode durch Änderung der metazentrischen Höhe gegenüber der Wellenperiode verstimmt wird, gekennzeichnet durch die Anwendung einer mit o° Phasenverschiebung ihrer Flüssigkeitsbewegung gegenüber der Schiffsschwingung arbeitenden Tankanlage, die in mehrere für sich ein- und abschaltbare Einheiten unterteilt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Tankeinheit in an sich bekannter Weise aus zwei auf die beiden Schift'sseiten verteilten Tanks besteht, die unten einen Wasserverbihdungskanal und in diesem oder einem Luftverbindungskanal ein Absperrorgan besitzen, mit dessen Hilfe zwecks zeitweiser Benutzung der Tankeinheit als Schlingertank die Phasenverschiebung .von oⁿ bis auf 90^ geändert ^;35 werden kann. Ί

3. Verfahren zum Stabilisieren von · Schiffen mit einer Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ändern der Eigenschwingungsdauer des Schiffes die- Tankeinheiten oder ein Teil derselben allmählich in den jeweils gewünschten Endzustand über den Zustand der 90⁰ Phasenverschiebung hineingeregelt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche ι bis 3, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anwendung einer Einrichtung zum Wiederaufrichten des Schiffes bei statischen Schräglagen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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