DK178596B1 - Ice breaking ship - Google Patents

Description

Isbrydende skib

Opfindelsen vedrører et skib som angivet i indledningen til krav 1.

Skibet er til brydning af is, som driver med en fremherskende retning i forhold en off shore installation som f.eks. et boreskib. Isen driver med strømmen, men påvirkes også af vinden.

Det er meget vigtigt, at off shore installationer i isfyldte farvande beskyttes mod isens påvirkninger. Der kan f.eks. være tale om en olie- eller gasplatform. I den følgende beskrivelse vil der være anvendt et boreskib som eksempel på en offshore installation. Ved sidepåvirkning af et boreskib må dette normalt ikke forskydes mere end ca 2 % af vanddybden, før boringen skal indstilles, og hvis det forskydes ca 5 %, skal borerøret normalt afkobles. Det vil derfor kunne forstås, at ispåvirkninger, navnlig på lave vanddybder, er særdeles kritisk. Større stykker is må under ingen omstændigheder ramme boreskibet.

Det er kendt teknik, at gøre brug af flere, typisk tre kraftige isbrydere, som arbejder sammen (ice management) om at sikre, at der ikke kan drive store isstykker mod platformen eller at isen kan pakke omkring denne.

Pakis og skrueis er den isform, som kræver den største energi at undgå.

Man antager at det med traditionelle isbrydere kan være nødvendigt med en maskinkraft på op til 60-70 Megawatt, når isen er tyk og strømmen er kraftig. Denne maskinkraft er sammenlignelig med effekten på atomdrevne skibe, og da der ofte anvendes tre skibe, vil det kunne forstås at det er særdeles ressourcekrævende og omkostningstungt at sikre et boreskib mod isens påvirkning.

Formålet med opfindelsen er at angive et skib, som er væsentlig mere ressourcebesparende end den kendte teknik.

Dette formål opnås ved, at åbningen hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet er placeret under (dybere) end skibets propelleraksel.

Ved at placere åbningen som ankerlinen passerer ud gennem under overfladen opnås, at ankerline ikke påvirkes af isen og derved minimeres det drejende moment på skibet som ellers ville kunne opstå som følge af isens påvirkning på ankerlinen. I den kendte teknik vil man, når man fortøjrer et skib til et anker fastgøre ankerlinen til skibet i stor afstand fra skibets naturlige omdrejningspunkt. Derved åbner man at skibet - på grund af det herved opståede moment mellem fastgø ringspunkt og omdrejningspunkt - vil søge opretholde en fast orientering i forhold til den is/strøm eller vind der påvirker skibet.

Ved at placere åbningen inde på skibet og under dette er ankerlinen ydermere placeret tættere på skibets naturlige omdrejningspunkt og derved opnår man, at ovennævnte moment minimeres hvorved det bliver nemmere frit at vælge en passende orientering af skibet mens dette - under påvirkning af kræfterne fra ankeret - bevæges gennem isen på tværs af dennes bevægelsesretning og hen over bunden af vandet under påvirkning af isen. I en udførelsesform af skibet er åbningen, hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet placeret - i det væsentlige - halvvejs mellem skibets midtpunkt (dvs. skibets midtpunkt i længderetning, som også kaldes nulkryds) og skibets agterende.

Ved at placere åbningen for ankerlinen hér opnås, at skibet skal bruge mindre brændstof til manøvrering samtidig med, at der opretholdes et tilpas oprettende moment mellem åbning og skibets naturlige omdrejningspunkt.

Skibet kan i denne udførelsesform således bevæges over et overfladeareal af vandet uden at isen påvirker ankerlinen, og uden at der skal benyttes uhensigtsmæssigt meget energi på opretholdelse af en for isbrydning gunstig kurs/orientering I praksis skifter isen også retning, og man vil ofte i forvejen vide, hvilken retning den skifter til. Skibet kan derfor være udstyret således at det kan udlægge to eller flere ankre. Derved kan skibet udnytte trækket fra den ene eller en anden ankerline til isbrydning. Skibet kan i en sådan udførelsesform selvfølgelig også benytte trækket fra to eller flere ankerliner til isbrydning såvel som, at ankerhåndteringsspillene - ved en passende udlægning af flere ankre - kan udnyttes som kraftgivende foranstaltning til at bevæge skibet på tværs af isens bevægelsesretning. I en udførelsesform af opfindelsen har skibet to åbninger placeret under vandlinjen og begge mellem skibets nulkryds (som ovenfor forklaret er skibets midte) og agterenden. I en udførelsesform af opfindelsen har skibet to åbninger placeret under vandlinjen og begge mellem skibets nulkryds og stævn. I en udførelsesform anvendes der et isbrydende supply skib med en eller to azimut-propeller, dvs propeller, som kan drejes 360° omkring en i hovedsagen lodret akse. Skibet har normalt også sidepropeller, men de spiller en mindre rolle i forhold til azimut-propellerne, især når man lægger hækken op mod isen. Derved kan azimut-propellerne dels kværne isen og dels skubbe isstykkerne bort sammen med skruevandet. Når hækken er lagt op mod isen, kan ankerhåndteringsspillet benyttes til at trække skibet op imod isens bevægelse, således at der kun benyttes maskinkraft til at kværne isen og til at skubbe isen uden om boreskibet.

Ved at benytte skibe ifølge opfindelsen kan flere skibe forankres og operere ganske tæt på boreplatformen uden nogen risiko for indbyrdes kollisioner mellem skibene. Dermed kan vandet omkring boreskibet holdes isfrit særligt effektivt, og der kan spares mange penge på isforstærkning af boreskibet.

Udførelsesformer af opfindelsen er angivet i de uselvstændige krav.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde som angivet i krav 16. I teksten er omtalt brugen af azimut-propeller, disse kan selvfølgelig også udgøres af andre for fagmanden velkendte typer af fremdrivningsmidler/ thrusters/propeller.

Med betegnelsen ’’skibets udstrækning” menes det areal, der udspændes af: • skibets største længde og • skibets største bredde.

Skibets største længde og største bredde kaldes også: L.O.A.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, hvor:

Figur 1 illustrerer kendt teknik, figur 2 viser en udførelsesform for en fremgangsmåde til ice management, figur 3 viser en anden udførelsesform for en fremgangsmåde til isbrydning i et givent areal, medens figur 4 viser endnu en udførelsesform, medens, figur 5 illustrerer ice management med tre skibe, figur 6 viser en udførelsesform af et skib ifølge opfindelsen, figur 7 viser en udførelsesform af opfindelsen udført på et skib som omfatter et såkaldt ”skeg” og i figur 8 er vist et skib som vist i figur 6 set fra oven.

Figur 1 viser et boreskib 1 i arktisk farvand. Boreskibet er fastholdt ved hjælp af eksempelvis otte ankre. De tilhørende ankerliner er illustreret ved hjælp af de otte pile på figuren. Fig 1 viser også et antal store isflager F1, F2 og F3, som bliver brudt ved hjælp af isbrydere 2, 3 og 4 således, at der kun driver relativt få og små isklumper K1, K2 og K3 ned forbi boreskibet, idet isen driver i retning af den viste pil P. Hvis en isflage på størrelse med flagerne F1, F2 eller F3 rammer boreskibet, kan dets ankre ikke opretholde den nødvendige, nøjagtige position.

Isbryderne 2, 3 og 4 er i indbyrdes kommunikation med hinanden for at opnå en så effektiv isbrydning som muligt. Dette kan dog ikke hindre, at energiforbruget på de tre skibe er stort, jvf hvad der blev forklaret i indledningen. Opfindelsen medfører en væsentlig reduktion af ressourceforbruget for at bryde isen tilstrækkeligt.

Figur 2 illustrerer en fremgangsmåden, hvor et skib 5, f.eks. et isbrydende supply skib, sejler ud og lægger et anker 6, således at skibet 5 vil sakke i retning mod boreskibet 1, når ankerlinen stikkes ud. Ankerlinen kan typisk være 1000 m lang (afhængigt af vanddybden, men typisk mindst 3 gange vanddybden). Isen bevæger sig i hovedsagen i pilens P retning, men er ikke vist på figur 2 af hensyn til overskueligheden.

Alene at skibet 5 ligger stille uden aktivt fremdrivningsmaskineri vil medføre, at isen, som har retning mod boreskibet 1 brydes. Det kan ses på figuren, at skibet vender hækken til isen, og med et par faste propeller er det let at dreje skibet i forhold til isens bevægelsesretning (se senere), og således udnytte isens pres til at forskyde skibet 5 på tværs af isens bevægelsesretning.

Under visse forhold er det tilstrækkeligt med et enkelt skib, som opererer på denne måde, for at beskytte boreskibet 1. På fig 3 er vist en alternativ, eller supplerende metode for at tværforskyde skibet 7 således, at der opnås et tilstrækkeligt bredt bælte, hvor isen er uskadeliggjort. Dette gøres ved at udlægge to ankre 8 og 9 og udnytte de respektive ankerliners ankerhåndteringsspil til at balancere kræfterne i og længderne af ankerlinerne, således at dette bidrager til at styre skibets beliggenhed. Ved samtidig brug af propellerne har skibsføreren mange muligheder for optimal brydning af isen.

Ved en udførelsesform anvendes et (eller flere) isbrydende supply skibe, som er forsynet med en azimut propel i begge sider agtertil. Disse propeller, som kan drejes 360° rundt, er særligt effektive til anvendelse ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Når ankerlinen holder skibet op imod isens tryk, så kan propellerne tværstilles således, at de begge trykker skibets ene side mod isen, idet propellen tæt på isen knuser denne, medens den anden bortskaffer isen med skruevandet. På fig 4 er vist en yderligere, alternativ udførelsesform, hvor der anvendes to supply skibe 10, 11, som ligger for hvert sit anker hhv 12, 13. På denne måde kan bredden af det bælte, hvor isen er uskadeliggjort, gøres bredere, og det bemærkes, at det er muligt at lægge skibene 10, 11 temmelig tæt på boreskibet 1 uden risiko for indbyrdes kollisioner, da de meget store kræfter i isens bevægelsesretning optages af de respektive ankerliner, som er i hovedsagen parallelle.

Fig 5 illustrerer ice management ved hjælp af en fremgangsmåde.

Boreskibet er stadig vist ved 1, men der er nu vist tre isbrydende supply skibe 14,15 og16, som er forankret ved hjælp af respektive ankerliner hhv 17,18 og 19. På figuren er også vist tre store isflager 20, 21 og 22. De mindre isstykker er ikke vist. De er blevet knust af de tre skibes i alt seks azimutpropeller til en størrelse, som er uskadelig for boreskibet 1.

Det midterste skib fastholdes af sin ankerline 18 og kværner is af isflagen 22, som skubbes bort med skruevandet. De yderste skibe 14 og 16 bearbejder også isflagen 22 samtidig med, at flagerne 20 og 21 skubbes til hver sin side, uden om boreskibet 1. På denne måde kan vandet omkring boreskibet holdes så isfrit, at det ikke er nødvendigt at isforstærke boreskibet nævneværdigt. Derved kan der opnås yderligere besparelser ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen ud over de store besparelser på brændstof og deraf følgende reduktion af forurening.

Det er naturligvis almindeligt at strømmens/isens retning skifter. Det kan derfor også blive nødvendigt at flytte ankre og skibe for kontinuert at friholde /og eller uskadeliggøre is omkring en off shore installation. For at monitorere isens bevægelser kan man i et areal omkring off shore installationen udsætte et eller flere - i og for sig kendte - GPS apparater (loggere) på isen. Ved hjælp af GPS apparaterne kan man således overvåge isens bevægelse omkring off shore installationen og få et (for)varsel om væsentlige ændringer i isens bevægelsesretning. Dermed kan man også varsle og iværksætte flytningen af ankre og skibe i tide således, at man kontinuerligt kan uskadeliggøre isen (eller helt friholde vandet for is) omkring off shore installationen. I figur 6 er vist et skematisk snitbillede af en udførelsesform af et skib ifølge opfindelsen.

Skibet omfatter en stævn 51 og en agterende 52 som begge er udført med en isbrydende del 54, 55. Disse er adskilt af og ligger over skibets dybestliggende del, - som i den viste udførelsesform er den såkaldte fladbund 53 - i det vandrette plan. I skibets agterende er der vist en indre kanal 60 som - i den viste udførelsesform - indeholder en ankerline 61. Ankerlinen er i den ene ende oprullet omkring et ankerhåndteringsspil/hjul62 og i den anden ende er den fastgjort til et anker (ikke vist). I en udførelsesform af opfindelsen er åbningen, hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet placeret så langt agterude som muligt i skibets fladbund. Så langt agterude som muligt betyder normalt så langt agterude som muligt uden at åbningen kommer længere op end fladbundens horisontalplan. I teksten er brugt udtrykket ankerhåndteringsspil, som er forskellig fra et normalt ankerspil idet det normalt er designet til langt større kræfter end konventionelle ankerspil. Således kan et ankerhåndteringsspil udføre træk på 600-1000 tons (svarende til ca. 6.000.000-10.000.000 Newton) og have en bremsekraft på 1000-1500 tons (svarende til ca. 10.000.000-15.000.000 Newton).

Skibet omfatter en eller flere thruster(s) 50 placeret i skibets agterende 52. I den viste udførelsesform er thrusteren lejret drejelige omkring en akse (91).

Naturligvis kan skib og thruster (s) også være fremstillet således at en eller flere thruster (s) ikke er drejelige.

Af stabilitetsgrunde såvel som af effektivitetsgrunde er skibets thrustere placeret således at propellernebefinder sig over fladbundens horisontalplan.

Det er med opfindelsen indset, at en ankerline kan ledes ud gennem den del af bunden som befinder sig under skibets propeller (thrusters) uden at linen derved kommer i berøring med skibets agter propeller (thrusters). I figur 7 er vist en udførelsesform af opfindelsen udført på et skib som omfatter et såkaldt ”skeg” 70, hvis funktionalitet vil blive forklaret i det følgende.

For god ordens skyld nævnes indledningsvist, at skibet afbilledet i figur 7 ikke er en egentlig isbryder, og at afbildningen tjener til forklaring af et ’’skegs” funktionalitet.

For at forøge virkningsgraden af et isbrydende skibs agterpropeller er disse på tilsvarende vis (som vist i figur 7) undertiden anbragt således, at en del af propellerne eller deres blade stikker dybere i vandet end skibets fladbund 60. Sådanne skibe er ofte udført med en forsænket bunddel, som kaldes skeg. Skegget er anbragt foran (set i forhold til skibets normale sejlretning) propellerne. Formålet med et skeg er, at beskytte propellerne i grundt vand idet ’’skegget” vil forebygge at propellerne rammer bunden ved en evt. grundstødning.

Et egentligt isbrydende skib kan således udføres med ”skeg” som vist i figur 7, og i sådanne skibe kan opfindelsen udføres ved, at lade ankerlinen passere ud i vandet fra et punkt i ’’skegget”, der befinder sig under/(dybere end) skibets propeller (thrusters).

Det vil hermed være fagmanden åbenbart, at et skib med et isbrydende skrog kan tilføjes et skeg. Det kan således også udføres med en kanal til ankerline, hvor åbningen, der leder ankerlinen ud i vandet er placeret i ’’skegget”, og mere specifikt også bagest i dette (mod agter), som vist i figur 7. Også med de ændringer, som ligger inden for fagmandens almindelige kunnen. I figur 8 er vist et skib som vist i figur 6 set fra oven. I midten af skibet ses et ankerhåndteringsspil 62, som er forbundet med et anker (ikke vist) via en ankerline 61, som forløber via en indre kanal (skitseret bag tragten) og videre ud gennem en åbning (heller ikke vist) i skibets bund.

Som det ses af figur 8 forløber ankerlinen fra ankerhåndteringsspillet og ind i en tragtlignende del 80. Formålet med denne del 80 er, at lede ankerlinen fra spillet og ind i den indre kanal (vist stiplet) som forløber gennem skibet og ud gennem dettes bund. Formen på den tragtlignende del kan selvfølgelig varieres indenfor fagmandens almindelige kunnen, det væsentlige er at den tragtlignende del kan opfange ankerlinen fra hele bredden af ankerhåndteringsspillet og lede denne ind i skibets indre kanal.

Andre aspekter af opfindelsen er: I et første aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde ved brydning af is, som driver med en fremherskende retning i forhold til en off shore installation, kendetegnet ved, at der ved hjælp af et skib udlægges et anker på en position i afstand fra off shore installationen og i en retning, som set fra off shore installationen er det i væsentlige parrallel med isens bevægelsesretning, og at skibets maskineri benyttes til at justere ankerlinens retning. I et andet aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i den første udførelsesform, kendetegnet ved, at der anvendes et skib, hvor maskineriet omfatter en eller flere azimut-propeller. I et tredje aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det første eller andet aspekt, kendetegnet ved, at der anvendes et skib, hvor maskineriet omfatter sidepropeller. I et fjerde aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det første til tredje aspekt, kendetegnet ved, at maskineriet benyttes til at justere skibets retning i forhold til ankerlinens retning. I et femte aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det første til fjerde aspekt, kendetegnet ved, at skibet drejes således, at hækken vender imod isen. I et sjette aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det femte aspekt, kendetegnet ved, at ankerhåndteringsspillet anvendes til at trække skibets hæk op mod isen. I et syvende aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det første aspekt, kendetegnet ved, at der udlægges flere ankre i uens retninger i forhold til off shore installationen. I et ottende aspekt af opfindelsen er denne en fremgangsmåde som i det første til syvende aspekt, hvor der udlægges et antal GPS -apparater på isen, opstrøms og i afstand fra off shore installationen, kendetegnet ved, at den modtagende information fra GPS-apparaterne benyttes til at detektere en ændring i isens bevægelsesretning, og at denne information benyttes til at beslutte om et eller flere ankre skal flyttes.

Ethvert af disse aspekter kan kombineres med opfindelsen som angivet i ethvert af patentkravene.

Claims (16)

1. Et isbrydende skib (5, 7, 10, 11, 14, 15, 16) til friholdelse eller uskadeliggørelse af is (F1, F2 og F3, 20, 21, 22) i et overfladeareal af vand i nærheden af en off-shore installation (1), hvilket skib omfatter: • et anker (6, 8, 9, 12, 13), som kan udlægges i en ankerline (17, 18, 19, 61) i en afstand fra skibet, • et ankerhåndteringsspil (62), der kan indrulle eller udrulle en ankerline gennem en åbning i skibet, • fremdriftsmidler til bevægelse af skibet mens dette er forankret, hvilket skib kan udføre isbrydende opgaver mens det er forankret idet skibet ved hjælp af fremdriftsmidlerne eller ankerhåndteringsspillet kan bevæges på tværs af dets længderetning og over et overfladeareal af bunden af vandet, der har en væsentligt større udstrækning end skibets udstrækning, hvorved skibet kan friholde eller uskadeliggøre isen i et overfladeareal af vandet, kendetegnet ved, at skibet omfatter en første og en anden åbning, hvorigennem ankerliner kan passere ud i vandet og at disse åbninger er placeret under (dybere end) skibets propelleraksel, hvilken første åbning er placeret mellem skibets nulkryds og skibets stævn (51), og hvilken anden åbning er placeret mellem skibets nulkryds og skibets agterende (52), hvilket skib kan kaste to ankre på samme side af skibet for at bevæge skibet på tværs af sin længderetning.

2. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret i nærheden af et punkt som skibet naturligt vil dreje sig om.

3. Skib ifølge krav 1 kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets bund som muligt uden, at åbningen kommer højere op end horisontalplanet af skibsbunden.

4. Skib ifølge krav 1 eller 3, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets fladbund (53) som muligt uden at åbningen kommer højere op end horisontalplanet af skibsbunden.

5. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibet som muligt uden at åbningen kommer højere op end det nederste af propellerperiferien.

6. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret i skibets fladbund.

7. Skib ifølge krav 1 eller 6, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets fladbund som muligt.

8. Skib ifølge krav 1 eller 6, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets fladbund som muligt uden at åbningen kommer over fladbundens horisontalplan.

9. Skib ifølge krav 1 eller 6-8, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets fladbund som muligt uden at åbningen kommer højere op end det nederste af propellerperiferien.

10. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret i skibets skeg (70).

11. Skib ifølge krav 1 eller 10, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets skeg som muligt.

12. Skib ifølge krav 1 eller 10-11, kendetegnet ved at den ene åbning er placeret så langt agter ude i skibets skeg som muligt uden at åbningen kommer højere op end det nederste af propellerperiferien.

13. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den ene åbning, hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet er placeret - i det væsentlige - halvejs mellem skibets nulkryds og skibets agterende.

14. Skib ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den ene åbning, hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet er placeret mellem skibets nulkryds og skibets stævn.

15. Skib ifølge krav 1 eller 14, kendetegnet ved, at den ene åbning, hvorigennem ankerlinen passerer ud i vandet er placeret - i det væsentlige -halvvejs mellem skibets nulkryds og skibets stævn.

16. Fremgangsmåde til brydning af is ved en offshore installation, ved brug af et skib ifølge ethvert af kravene 1 -15, kendetegnet ved, at: • skibet anbringes i en afstand fra offshore installationen og i en retning, som set fra offshore installationen er i det væsentlige parallel med isens bevægelsesretning (P) således at skibet kan bryde is der driver mod off-shore installationen, • at der udlægges et anker i en ankerline, som er ført gennem en indre kanal i skibet og ud gennem en åbning, som er placeret under vandets overflade, • skibet positioneres således at ankerets holdekraft kan overføres fra ankeret til skibet via ankerline og et eller flere ankerhåndteringsspil, • at skibets maskineri og/eller ankerhåndteringsspil benyttes til at justere ankerlinens retning og/eller længde således at skibet kan bevæges over et overfladeareal af bunden af vandet, der har en væsentligt større udstrækning end skibets udstrækning, hvorved skibet kan friholde og/eller uskadeliggøre isen i et overfladeareal af vandet.