FI122338B - Menetelmä aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa - Google Patents

Description

Menetelmä aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa Förfarande för förbättring av färdegenskaper i isförhällanden av ett fartyg

5 TEKNIIKAN ALA

Keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa. Yksityiskohtaisemmin keksinnön kohteena on menetelmä aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa, 10 jossa aluksessa käytetään aluksen eteen- ja taaksepäin liikutteluun sekä aluksen ohjailuun ainakin yhtä aluksen perän alueelle järjestettyä kääntyvää propulsiolaitetta, joka on suunniteltu toimimaan työntävänä propulsio laitteena ja joka on varustettu aluksen runkoon kiinnitetyllä tai laakeroidulla pystyrungolla, jonka alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama alapesä, johon potkurinakseli ja sillä oleva potkuri, jonka lavat käsittä-15 vät johtoreunan ja jättöreunan, on tuettu pyörivästi, jolloin ajettaessa jääolosuhteissa, joissa aluksen liike eteenpäin olennaisesti vaikeutuu, aluksella ajetaan perä edellä.

TEKNIIKAN TAUSTA

20 Erilaisilla aluksilla, kuten erilaiset kuljetusalukset, säiliöalukset, huoltoalukset jne., on pystyttävä operoimaan avovesiolosuhteiden lisäksi myös jäisissä olosuhteissa ja nykyisin yhä enemmän myös jopa arktisissa olosuhteissa. Tällaiset, erityisesti vaikeissa jääolosuhteissa toimivat alukset on suunniteltu kulkemaan paksun jään, ahtojään tai kiintojään läpi takaperin eli perä edellä. Tämä ennestään tunnettu ns. DAS/DAT-menetelmä (DAS/DAT o ^ 25 = Double Acting Ship/Double Acting Tanker) edellyttää tietyn tyyppistä aluksen rungon o V rakennetta etenkin aluksen peräosassa sekä tietyn tyyppisiä propulsio laitteita. Propul-

LO

^ siolaitteina käytetään kääntyviä propulsio laitteita, joilla alusta myös ohjataan, jolloin eril- x £ listä peräsintä ei aluksessa tarvita. Aluksen ohjailua varten propulsio laitteet on järjestetty kääntymään 360° pääasiassa pystysuuntaisen akselin ympäri, oo g 30 ° Propulsio laitteet käsittävät yleisesti ottaen alukseen kiinnitetyn tai laakeroidun pystyrun- gon, jonka alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama alapesä. Jos voima 2 välitetään alapesään mekaanisesti, sisältää alapesä kulmavaihteen, jonka kautta voima välittyy potkurinakselille. Sähkökäyttöisissä ratkaisuissa alapesä voi sisältää potkurinak-selia pyörittävän sähkömoottorin. Yleisesti propulsio laitteet on suunniteltu toimimaan vetävinä propulsio laitteina, jolloin potkuri sijaitsee alapesän etupuolella. Kun esim. 5 DAS/DAT-menetelmää käyttävällä aluksella ajetaan paksussa jäässä tai ahtojäässä aluksen kulkiessa perä edellä, on propulsio laitteet käännettävä 180°, jotta ne edelleen toimisivat kulkiessaan vetävinä laitteina potkurin leikatessa ja rikkoessa jäätä. Potkurin pyörin-täsuunta pysyy samana. Tällaisessa jääajossa potkurin leikkaavana reunana toimii täten potkurin lapojen johtoreuna. Lapojen johtoreunan ja jättöreunan muodot poikkeavat toi-10 sistaan huomattavasti. Johtoreuna on yleensä jättöreunaa paksumpi ja muodoltaan se on jättöreunaan nähden pyöristetty, kun taas jättöreuna voi olla terävä. Jään rikkomiseen tarvitaan siten ’’normaaliajoon” verrattuna ylimääräistä vääntömomenttia käyttömoottorilta. Laskennallisesti ja kokeellisesti on osoitettu, että vääntömomentin tulee olla jopa 130 % momentin nimellisarvosta. Suurempi momentin tarve johtaa moottorin/generaattorin koon 15 kasvamiseen, suurempiin jäähdytyskapasiteetin vaatimuksiin jne. Myös aluksella jää-oloissa eteenpäin ajettaessa jään aiheuttama vääntö potkuriin on suuri, koska potkurin edessä ei ole mitään sitä jäiltä suojaamassa.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

20

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan uudenlainen ratkaisu aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa. Tähän päämäärään pääsemiseksi keksinnölle on pääasiassa tunnusomaista, että jääolosuhteiden vuoksi aluksen kulkusuun- nan vaihtamiseksi eteenpäin ajosta, jossa mainittu ainakin yksi propulsio laite toimii työn-o ^ 25 tävänä propulsio laitteena, taaksepäin ajoon potkurin pyörintäsuunta vaihdetaan päinvas- o V täiseksi j a propulsio laitetta käytetään vetävänä propulsio laitteena.

LO

CM

X

£ Jääolosuhteiden vuoksi aluksella takaperin ajettaessa jäätä murskataan eteenpäin ajoon nähden vastakkaiseen suuntaan pyörivän potkurin j ättöreunan avulla, oo g 30 cm Keksinnöllä saadaan aikaan merkittäviä etuja tunnettuun tekniikkaan nähden. Keksinnön mukaista menetelmää käytettäessä ja aluksella normaaliolosuhteissa ajettaessa, joissa jää- 3 olosuhteet eivät ole vaikeat, propulsiolaite toimii työntävänä propulsiolaitteena, jolloin alapesä on potkurin etupuolella suojaten potkuria ja ohjaten ainakin osittain jäitä potkurin ohi. Potkurin ollessa täten suojattuna tarvittava vääntömomentti on vähäinen verrattuna tilanteeseen, jossa propulsio laitetta käytetään vetävänä laitteena. Vastaavasti vaikeissa 5 jääolosuhteissa ajettaessa, joissa potkurilla tulee murskata jäätä, aluksella ajetaan perä edellä propulsio laitteen toimiessa vetävänä laitteena. Propulsio laitetta ei siten käännetä ajosuuntaa vaihdettaessa, vaan sen sijaan potkurin pyörintäsuunta muutetaan päinvastaiseksi. Jäitä murskataan siten potkurin lapojen terävällä jättöreunalla. Tämä vähentää merkittävästi tarvittavaa vääntömomenttia, mikä on myös pystytty osoittamaan mallikokein. 10 On osoitettu, että jäitä murskattaessa tarvittavan vääntömomentin tulee olla 60 % momentin nimellisarvosta. Tarvittava vääntömomentti on siten olennaisesti pienempi kuin tunnettua menetelmää käytettäessä. Moottorin/generaattorin koolle ja niiden jäähdytystar-peelle ei siten ole vastaavia vaatimuksia kuin tunnetussa menetelmässä.

15 Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta, jossa keksintöä on selitetty viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole yksinomaan rajoitettu.

KUVIOIDEN LYHYT SELOSTUS

20

Kuvio 1 esittää täysin kaaviomaisesti sivukuvaa kääntyvillä propulsio laitteilla varustetusta aluksesta.

Kuvio 2 on vastaavasti kaavioiminen esitys kääntyvillä propulsio laitteilla varustetusta o ^ 25 aluksesta päältä katsottuna, o m 0X1 Kuvio 3 esittää kaaviomaisesti propulsio laitetta sitä käytettäessä työntävänä propulsio lait-

X

£ teenä, tn h-· oo o 30 Kuvio 4 on kuviota 3 vastaava esitys propulsio laitteesta sitä käytettäessä vetävänä propul- cg sio laitteena.

4

EDULLISTEN SUORITUSMUOTOJEN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

Piirustuksen kuvioissa 1 ja 2 on täysin kaaviomaisesti esitetty propulsiolaittein varustettu alus, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 1. On ymmärrettävä, että kuvioiden 1 ja 2 5 esitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksintöä, jolloin aluksen 1 rungon muoto, mittasuhteet jne. eivät välttämättä vastaa todellisuutta. Aluksen 1 propulsio laitteita on merkitty yleisesti viitenumerolla 10 ja ne käsittävät tavanomaiseen tapaan alukseen 1 pääasiassa pystysuuntaisen kääntöakselin suhteen kääntyvästi laakeroidun pystyrungon 12, jonka alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama alapesä 13. Propulsiolait-10 teen 10 tyypistä riippuen alapesä 13 sisältää alakulmavaihteen tai sähkömoottorin, jonka kautta tai josta voima välittyy potkurinakselille ja sillä olevalle potkurille 11. Kuviossa 2 on esitetty aluksen olevan varustettu kahdella propulsio laitteella 10, mutta luonnollisesti niiden lukumäärä voi poiketa kuvion esityksestä.

15 Keksinnön mukaisessa tapauksessa propulsio laitteet 10 on suunniteltu normaaliolosuhteissa ja helpoissa jääoloissa toimimaan työntävänä propulsio laitteena, jossa aluksen ete-nemissuunnan suhteen propulsio laitteen alapesä 13 sijaitsee potkurin 11 etupuolella. Tällöin kuvioiden 1 ja 2 tapauksessa alus 1 liikkuu eteenpäin eli kuvioissa oikealle. Kun aluksella 1 liikennöidään vaikeissa jääolosuhteissa, kuten paksussa ja/tai kiinteässä jäässä, 20 propulsio laitteet 10 toimivat vetävänä propulsio laitteena aluksen kulkiessa taaksepäin.

Alapesä 13 sijaitsee tällöin potkurin 11 takana. Kuvioiden 1 ja 2 esityksessä tämä tarkoittaa sitä, että alus 1 liikkuu kuvioissa vasemmalle. Kuvioissa 3 ja 4 ja niihin liittyvässä selostuksessa on seuraavassa propulsio laitteen toimintamuotoja selvitetty tarkemmin.

δ ^ 25 Kuvion 3 esityksessä keksinnön mukaista menetelmää käytetään ja aluksella 1 ajetaan ns.

ό T normaaliolosuhteissa, joissa jääolosuhteet eivät ole vaikeat. Aluksella 1 ajetaan tällöin

LO

0X1 eteenpäin ja aluksen liikkeen suuntaa on kuviossa 3 merkitty nuolella ja viitemerkinnällä

X

£ A. Propulsio laite 10 toimii tällöin työntävänä propulsio laitteena, jolloin alapesä 13 on }{? potkurin etupuolella. Tässä toimintamuodossa alapesä 13 suojaa potkuria 11 ja alapesän oo o 30 etukupu 14 ohjaa ainakin osittain jäitä 15 potkurin 11 ohi. Potkurilla 11 ja etenkin sen johtoreunalla 11a ei tällöin tarvitse murskata suuria määriä jäätä 15. Potkurin 11 ollessa 5 tällä tavoin suojattuna tarvittava vääntömomentti on vähäinen verrattuna normaaliin tekniikan tason mukaiseen tilanteeseen, jossa propulsiolaitetta käytetään vetävänä laitteena.

Kuvio 4 esittää vastaavasti tilannetta, jossa aluksella 1 ajetaan vaikeissa jääolosuhteissa. 5 Aluksen 1 kulkusuunta on tällöin taaksepäin eli aluksen perä edellä ja kuviossa 4 on liikkeen suuntaa merkitty nuolella ja viitemerkinnällä B. Tässä toimintamuodossa propul-siolaite 10 toimii vetävänä propulsiolaitteena potkurin 11 sijaitessa liikkeen suunnan suhteen alapesän 13 edessä. Propulsiolaitetta 10 ei siten käännetä tähän toimintamuotoon siirryttäessä, vaan potkurin 11 pyörintäsuunta muutetaan päinvastaiseksi. Tällöin potkurin 10 11 jättöreuna 11b sijaitsee potkurin johtoreunan 11a edessä. Jäitä 15 murskataan siten pienemmiksi kappaleiksi 16 potkurin 11 lapojen terävällä jättöreunalla 11b. Tässä toimintamuodossa jäiden murskausteho on merkittävästi parempi kuin tilanteessa, jossa jää murskataan potkurin paksummalla johtoreunalla 11a. Tarvittava vääntömomentti on tästä johtuen ratkaisevasti pienempi kuin esim. ennestään tunnetussa DAS/DAT-menetelmässä. 15 Mallikokein ja muutoinkin on kokeellisesti osoitettu, että jäitä murskattaessa vaadittu vääntömomentti on vain n. 60 % momentin nimellisarvosta, kun taas DAS/DAT-menetelmässä vaadittu vääntömomentti on jopa 130 % mainitusta nimellisarvosta. Keksinnön mukainen menetelmä tuo siten mukanaan merkittävän parannuksen, koska mootto-rin/generaattorin koko voi olla tunnettua menetelmää käyttävää ratkaisua olennaisesti 20 pienempi, moottorin/generaattorin jäähdytystänne on vähäisempi, energian kulutus on pienempi jne.

Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin viittaani maila. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan yksinomaan kuvioissa esitettyjä o ^ 25 esimerkkejä, vaan keksinnön eri toteuttamismuodot voivat vaihdella oheisissa patentti- o V vaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

LO

C\l

X

cc

CL

LO

oo

LO

o δ

CM

Claims (2)

1. Menetelmä aluksen kulkuominaisuuksien parantamiseksi jääolosuhteissa, jossa aluksessa (1) käytetään aluksen eteen- ja taaksepäin liikutteluun sekä aluksen ohjailuun aina- 5 kin yhtä aluksen perän alueelle järjestettyä kääntyvää propulsiolaitetta (10), joka on suun niteltu toimimaan työntävänä propulsio laitteena ja joka on varustettu aluksen runkoon kiinnitetyllä tai laakeroidulla pystyrungolla, jonka alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama alapesä (13), johon potkurinakseli ja sillä oleva potkuri (11), jonka lavat käsittävät johtoreunan (11a) ja jättöreunan (1 Ib), on tuettu pyörivästi, jolloin ajetta-10 essa jääolosuhteissa, joissa aluksen liike eteenpäin olennaisesti vaikeutuu, aluksella ajetaan perä edellä, tunnettu siitä, että jääolosuhteiden vuoksi aluksen kulkusuunnan vaihtamiseksi eteenpäin ajosta, jossa mainittu ainakin yksi propulsio laite (10) toimii työntävänä propulsio laitteena, taaksepäin ajoon potkurin pyörintäsuunta vaihdetaan päinvastaiseksi ja propulsio laitetta käytetään vetävänä propulsio laitteena. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jääolosuhteiden vuoksi aluksella (1) takaperin ajettaessa jäätä murskataan eteenpäin ajoon nähden vastakkaiseen suuntaan pyörivän potkurin jättöreunan (1 Ib) avulla. 20 δ (M o tn (M X en CL m h-· oo m o δ (M