FI67813C - Isbrytarfartyg - Google Patents

Description

Ι·Α^·1 KUULUTUSJULKAISU £.Πθ.Λ~2 1J ^ ; UTLÄGGN,NGSSKRIFT O / o I ό C (45) n.. :i (51) Kv.lk//lnt.CI.* B 63 B 35/08, 35/12 SUOMI FINLAND (21) Patenttihakemus - Patentansökning 783^62 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 13-11-78 (Fl) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 13-11-78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 20.06-79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväkslpanon ja kuul.julkaisun pvm. -

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utiagd och utl.skriften publicerad 28.Ο2.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begärd prioritet 19-12.77 USA(US) 861737 (71) Exxon Production Research Company, P.O. Box 2189, Houston, Texas 77001, USA(US) (72) Hans Otto Friedrich Jahns, Houston, Texas, Joe Darr Wheeler, Bellaire, Texas, USA(US) (7^) Berggren Oy Ab (51+) Jäänmurtoalus - I sbrytarfartyg

Esillä oleva keksintö koskee jäänmurtoalusta, joka murtaa jäätä etuosallaan.

Kiinteitä rakenteita varten ehdotettuihin menetelmiin jään murtamiseksi ja poistamiseksi on sisältynyt kartioiden asentaminen rakenteen tukielimille pakottamaan jääpeite taipumaan ja rikkoutumaan, kun se liikkuu kartion kaltevaa pintaa vastaan, jääkerrok-sen sulattaminen rakenteen ympäriltä ja jääkerroksen jauhaminen jääleikkureilla suhteellisen pieniksi palasiksi. Monet näistä ehdotetuista menetelmistä voitaisiin soveltaa käytettäviksi myös uivien alusten yhteydessä, jään jauhamismenetelmän ollessa edistynein ja lupaavin. Kuitenkin ovat energiavaatimukset jään jauhamisessa erittäin suuret ja tämän keinon teknillinen ja taloudellinen järkevyys ei missään tapauksessa ole varma.

Järjestelmiä jään pilkkomiseksi on kuvattu US-patenteissa n:ot 3 768 428 ja 3 888 544. Järjestelmä jään todellista leikkaamista varten on kuvattu US-patentissä n:o 3 921 560.

2 6781 3 US-patentin n:o 3 921 560 mukainen laite jään leikkaamiseksi sijaitsee laivan keulassa ja leikkaamiselimenä on pyörivä, vaakasuoraan asennettu, kierukkamainen elin.

Lisäksi on tunnettua, että tietyn muotoisia ruuvilaitteita voidaan käyttää aikaansaamaan laivalle työntövoima, jolloin ruuvi sijaitsee veden pinnan alapuolella. Tätä on kuvattu US-patentissä n:o 2 806 441 .

Lisäksi esitetään US-patentissa n:o 1 482 511 joukko päättömiä ketjuja, joissa on jäätä raapivia ja murtavia hampaita ja jotka on asennettu laivan keulaan.

Tämä tunnettu laite poikkeaa esillä olevan keksinnön mukaisesta siinä mielessä, että se on asennettu aluksen sisään, mikä tietysti tekee varsinkin jälkeenpäin suoritetun asennuksen hankalaksi. Lisäksi se perustuu jaksottaiseen iskevään liikkeeseen eikä tasaiseen ruuviliikkeeseen.

US-patentissa 3 985 091 on esitetty aluksen sivuille asennetut pyörät, joilla edesautetaan eteenpäin kulkemista ja jotka pitkän keulan ansiosta tarttuvat olennaisesti vielä ehjänä olevaan jään pintaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on varustaa alus sellaisilla ruuvivälineillä, jotka edesauttavat aluksen keulan nostamista jään päälle ja siten jään murtamista aluksen painon avulla. Tämän tarkoituksen täyttämiseksi on keksinnölle tunnusomaista, että aluksen etuosaan on asennettu kaksi jäähän tarttuvaa pyöritettävää ruuvia siten, että niiden akselit on kiinnitetty alukseen sekä sijaitsevat välimatkan päässä aluksen rungosta, kunkin ruuvien akselin ulottuessa viistoon ylöspäin ja eteenpäin, ja ruuvien eteenpäin suunnatun osan alapinnan tarttuessa jäähän aluksen keulan vetämiseksi ylös jään päälle, jolloin ruuvien vetovoima ja keulan alaspäin suunnattu voima aiheuttavat yhdessä jään murtumisen.

Kun ruuvivälineitä pyöritetään sopivalla nopeudella, nämä vaikuttavat viereiseen jääkerrokseen ja kehittävät siirtovoimia, 3 6781 3 jotka pyrkivät siirtämään aluksen jääkerroksen päälle ja siten tekevät mahdolliseksi sen, että aluksen paino aikaansaa taivu-tusmomentin jäähän, kunnes tämä murtuu taipumasta. Keksinnön mukaiset jäätä murtavat välineet, toiminnassa ollessaan, murtavat jään paljon suuremmiksi lohkareiksi kuin ennestään tunnetut jauhamisprosessit ja sen vuoksi ne kuluttavat paljon vähemmän energiaa kuin ennestään tunnetut laitteet ja saavutetaan tuloksia, joita ei tähän asti ole ollut saavutettavissa.

Haluttaessa voidaan aluksen liikettä jääkerroksen päälle auttaa lisätyöntövälineillä mainittujen veto- tai hinausvälineiden lisäksi. Näinä työntövälineinä voi olla välineet, jotka sijaitsevat laivassa joko sisäisesti tai ulkoisesti tai molemmilla tavoilla.

Oheisissa piirustuksissa esittää kuvio 1 päältä katsottuna kaaviokuvaa keksinnön mukaisen jään-murtoaluksen keulasta, kuvio 2 esittää kaaviollista sivukuvaa kuvion 1 mukaisen aluksen keulasta, kuvio 3 esittää poikkileikkausta laakeri- ja hammasrataskote-loista, joita käytetään tukemaan ja käyttämään kuvioissa 1 ja 2 esitettyjä ruuveja, kuvio 4 esittää graafisesti aluksen vastusta ja tehoa suhteessa ruuvien pyörintänopeuteen ja kuvio 5 esittää graafisesti ruuvin ja potkurin tehoa suhteessa ruuvien pyörintänopeuteen.

Esillä olevan keksinnön sovellutus jäänmurtajanmuotoiseen alukseen on kuvattu kuvioissa 1 ja 2. Kuvio 1 esittää päältä katsottuna ja kuvio 2 sivusta katsottuna tavanomaisen jäätämurtavan aluksen 20 tavanomaista keulaa 21, joka on varustettu esillä olevan keksinnön mukaisella laitteistolla.

Kuten on esitetty kuviossa 1, on ruuvi 1 sijoitettu keulan molemmille sivuille. Kumpikin ruuvi 1 käsittää kierukkamaisen siiven 2, joka on kiinnitetty karalle 3. Jäätä särkevässä aluksessa käyttöä varten edellytetään, että tarvittavan kokoiset ruuvit voidaan joko valaa tai takoa. Koko ruuvi voidaan muodostaa kerralla taikka ruuvin osat, ehkä kierteennousun pituiset, voidaan 4 6781 3 muodostaa erikseen ja sitten hisata yhteen. Optimaalinen yhdistelmä ruuvin kierteennoususta, kartiokkuudesta, pituudesta ja teränsyvyydestä eri sovellutuksissa riippuu monista tekijöistä, mm. rakenteen koosta, ruuvin pyörintänopeudesta, jään paksuudesta, siitä suhteellisesta nopeudesta, jolla jääkerros ja rakenne liikkuvat toisiaan vastaan ja jään lujuudesta.

Yksinkertaisimmassa aspektissaan esillä olevassa keksinnössä käytettyjä ruuvivälineitä voidaan pitää yksinkertaisena koneena, analogisena väkiruuvin tai syöttöruuvin kanssa ruuvihammastangossa. Tosiasiassa ruuvi on kalteva taso, joka on kiedottu sylinterin päälle. Kalteva taso ottaa yleensä kierukkamaisen muodon, jota sanotaan ruuvipinnaksi.

Yksinkertaista ruuvia voidaan kuvata siten, että siinä on pyöritettävä sydän, joka on varustettu välin päässä toisistaan olevilla kierukkamaisilla siivillä, jotka on asennettu kiinteään asemaan mainitulla sydämellä. Siivet muodostavat kanavia, kierteiden välisiä sileitä välejä.

Siipien tai siipien välien kokonaispituus riippuu siipien välien kallistuksesta ja sydämen halkaisijasta. Siipikulmaa sanotaan kierteennousuksi. Tyypillisesti on siipien aksiaalinen pituus alueella 1/10-5 sydämen halkaisijaa. Ruuvin pituuden suhde halkaisijaan (L/D) on 2:1-25:1, edullisesti 2:1-15:1 ja vielä edullisemmin 2:1-10:1.

5 6781 3

Kierteennousu on määritelty pituudeksi pitkin sydämen pituusakselia siiven yhden täydellisen kierroksen matkalla taikka tämän täyden kierroksen projektiona pitkin kierukan akselia.

Ruuvia voidaan sanoa oikeakätiseksi tai vasenkätiseksi riippuen kie-rukkamaisten siipien suunnasta verrattuna niiden alkuasentoon.

Siipiä voidaan myös sanoa ruuvin teriksi. Tässä selityksessä tuntuu termi terä varsin sopivalta.

Koska ruuvin pyörintäliike aiheuttaa sen, että terät kovertavat uria jäähän, mikä aikaansaa tartunnan ja siirtovoiman, mikä taas tekee mahdolliseksi muuttaa ruuvin pyörintäliikkeen vaakasuoraksi vetovoimaksi, joka nostaa aluksen keulan jääkerroksen yläpuolelle, on tärkeää tarvittaessa varustaa terien reunat jäätä leikkaavilla välineillä. Terien leikkaamia uria nimitetään vetouriksi.

Käyttöyksiköt 30, jotka on asennettu alukseen 20, synnyttävät tarpeellisen tehon ruuvien pyörittämiseksi. Käyttöyksiköt voivat saada käyttövoimansa aluksen pääkuljetusjärjestelmästä taikka olla riippumattomia moottoreita, joita käytetään vain ruuvien pyörittämiseen. Käyttöyksiköt on kuvattu kaaviollisesti kuviossa 1, koska ne voivat olla mitä tahansa kone- tai voimanlähdetyyppiä, mukaanluettuna polttomoottorit, hydrauliset moottorit, sähkömoottorit taikka höyrykoneet.

Kuvatussa erityisen edullisessa suoritusmuodossa teho ruuvin pyörittämiseen siirretään käyttöyksiköstä 30 ruuviin 1 käyttönivelistön kautta, johon kuuluu käyttöakseli 31 ja sarja kartiohammaspyöriä. Käyttönivelistön ja laakerikoteloiden 23 ja 23a yksityiskohtia on kuvattu kuviossa 3. Käyttöakseli 31 ulottuu käyttöyksiköstä 30, joka on aluksessa, läpi suojakoteloputken 32 hammaspyöräkoteloon 34. Käyttöakseli 31 on pyörivästi laakeroitu laakeriin 33 hammasratas-kotelon seinässä. Hammaspyöräkotelon 34 sisällä on kartiohammaspyörä 35 kiinnitetty käyttöakseliin 31. Kartiohammaspyörä 35 on hammastaneena toiseen kartiohammaspyörään 36, joka on kiinnitetty ruuvin karan 3 päähän.

Kara 3 on pyöritettävästä laakeroitu kahteen laakerikoteloon 23 ja 23a, jotka on jäykästi kiinnitetty alukseen 20 tukivarsilla 22 ja 22a. Kummankin laakerikotelon 23 ja 23a sisällä ruuvikara 3 kapenee 6 6781 3 pienempihalkaisijäisiin laakereihin 25 ja 25a. Useita laakeri-kehiä 26 ja 26a on muodostettu kumpaankin laakeriin 25 ja 25a. Laakeripesät 26 ja 26a on sijoitettu ja koneistettu sopimaan kiilojen 24 ja 24a laakerikehiin 27 ja 27a. Laakerit (ei viitenumeroa) sijaitsevat tietysti mainituissa laakerikehissä mahdollistaakseen ruuvikaran 3 vapaan pyörinnän.

On edullista, että ruuvit on siten suunnattu, että asianomaiset kosketuslinjät ovat ylöspäin kaltevat kohti ruuvien etupäitä kulmassa, joka on suurempi kuin 0° mutta pienempi kuin 45° vaakatasosta, kun laiva on levossa vedessä. Ruuvien tulee sijaita keulassa 21 siten, että kun alus 20 ja jääkerros 10 liikkuvat toisiaan vastaan, jääkerros koskettaa ruuvien alasivuja. Täsmällisemmin sanottuna jääkerroksen tulee koskettaa ainakin yhtä tai useampaa pistettä pitkin ruuvisiipien reunaa, joka on kosketus-linjalla .

Ruuvien 1 tulee edullisesti sijaita riittävän etäällä aluksesta 20, niin että jääkappaleet eivät pyri kiilautumaan ruuvien ja aluksen väliin ruuvien pyörinnän pysäyttämiseksi tai estämiseksi. Riippuen aluksen keulan muodosta on mahdollista, että ruuvien pituusakselit muodostavat kulman kohti aluksen keulaa (ks. kuvio 1). Jos ne ovat tällaisessa kulmassa, niin pystytasojen, jossa ruuvien akselit sijaitsevat, tulee leikata se pystytaso, joka sisältää aluksen pituusakselin, kulmissa, jotka ovat enintään 45°. Luonnollisesti on täysin hyväksyttävää, että nämä tasot ovat olennaisesti yhdensuuntaiset.

Kun alus ja jääkerros liikkuvat toisiaan vastaan, ruuveja pyöritetään vaikuttamaan jääkerrokseen, niin että muodostuu vetovoima, joka pyrkii vetämään aluksen 1 jäätä murtavan keulan eteenpäin ja ylöspäin jääkerrokselle 10. Tämä tietysti aiheuttaa ruuveihin suuria voimia, joilla on sekä pystysuorat että vaakasuorat komponentit. Ruuvien tukivarsien 22 ja 22a tulee olla riittävän tukevia kestämään nämä voimat ja siirtämään ne alukseen 20. Myös laakeri-koteloiden laakereiden tulee olla suunniteltuja toimimaan odotettavissa olevien säteittäisten ja aksiaalisten voimien avulla.

Kun aluksen keulaa nostetaan, ainakin osa aluksen painosta taivuttaa jääkerrosta alaspäin sen murtamiseksi taivutuksella. Pyörivät ruuvit 6781 3 pyrkivät selvittämään murretun jään pois aluksen kulkutieltä. Jos aluksen leveys kasvaa keulasta perään, kasvaa myös murretun jään määrä keulasta perään, koska jatkuvasti leveämpi tie murretaan jää-kerroksen lävitse keulasta peräänpäin. Murretun jään tehokkaammin poistamiseksi aluksen kulkutieltä, voivat ruuvit olla kartiokkaat siten, että siipisyvyys kasvaa edestä taaksepäin, kuten on esitetty kuvioissa 1 ja 2. Ruuvit voivat myös olla kartiokkaat siten, että ruuvikarojen tai sydämien halkaisijat kasvavat edestä taaksepäin.

Kun alus etenee jääkerroksen lävitse, tulee jääkerros kosketukseen ainakin joidenkin pisteiden kanssa pitkin ruuvisiipien ulkoreunoja, jotka sijaitsevat kosketuslinjalla. Luonnollisesti kun ruuvi pyörii, eri pisteet kierteen reunalla sijaitsevat kosketuslinjalla ja tekevät tarttuvan kosketuksen jääkerrokseen eri ajankohtina. Vaikka eri pisteet pitkin ruuvikierteen syrjää tekevät kosketuksen jääkerrokseen eri ajankohtina, säilyvät kosketuspisteet ruuvikierteen ja jääkerroksen välillä jatkuvina. Kun ruuveja pyöritetään vetämään alusta eteenpäin jääkerroksen päälle ja lävitse, kosketuspisteet, joita osoittavat kourut jääkerroksessa, liikkuvat pitkin kosketuslinjaa taaksepäin, so. keulasta kohti perää aluksesta katsottuna.

Mitä jääkerrokseen tulee, kosketuspisteiden siirtyminen suuntaan, joka on samansuuntainen aluksen liikesuunnan kanssa, voi olla taaksepäin, so. kohti aluksen perää taikka ne voivat siirtyä eteenpäin taikka olla kokonaan siirtymättä aluksen kulkusuunnan suuntaan. On huomattava, että kosketuspisteet voivat siirtyä suuntaan, joka ei täsmälleen ole aluksen kulkusuunnan suuntainen johtuen ruuvien suuntauksesta aluksessa, mutta tästä huolimatta niillä on nopeuskompo-nentti, joka on samansuuntainen aluksen kulkusuunnan kanssa. Olettaen, että ruuveja pyöritetään liikuttamaan alusta eteenpäin läpi jääkerroksen, on kosketuspisteiden liikkeellä suhteessa jääkerrokseen aluksen kulkusuunnan kanssa samaan suuntaan tietty merkitys.

Jos kosketuspisteet liikkuvat eteenpäin, so. samaan suuntaan kuin alus liikkuu läpi jääkerroksen, ruuvit tosiasiassa aiheuttavat vastusta aluksen liikkeelle. Aluksen toinen kuljetusjärjestelmä pakottaa alusta liikkumaan niin nopeasti läpi jään, että ruuvit kaapivat jäätä aluksen liikettä vastustavaan suuntaan. Tämä tunnetaan negatiivisena luistona ja sitä olisi vältettävä, koska ruuvit tosiasiassa ovat esteenä aluksen liikkeelle jääkerroksen lävitse.

6781 3

Jos kosketuspisteet eivät liiku aluksen liikesuunnan suuntaan, mikä tunnetaan nolialuistona, ruuvit voivat edistää tai olla edistämättä aluksen liikettä eteenpäin. On mahdollista, että ruuveja voidaan pyörittää nollaluisto-olosuhteissa juuri riittävällä vääntömo-mentilla pysymään tasoissa aluksen liikkeen kanssa mutta ei aiheuttamaan tätä liikettä. Mutta jos yli tämän määrän suuruinen vääntö aikaansaadaan ruuveihin, nämä silloin edistävät aluksen liikettä eteenpäin .

On edullista, että ruuvivälineet ja välineet ruuvien pyörittämiseksi tietyssä aluksessa sovitetaan sillä tavoin, että ruuveja voidaan pyörittää siirtämään kosketuspisteitä jäähän suhteessa jääkerrokseen suuntaan, joka on samansuuntainen aluksen tarkoitetun kulkusuunnan kanssa, mutta tähän kulkusuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan (so. positiivisella luistolla) nopeudella, joka on aina kaksinkertainen aluksen suunniteltuun maksiminopeuteen verrattuna. Suunniteltu maksiminopeus määritellään aluksen maksiminopeutena suhteessa jääkerrokseen aluksen liikkuessa jääkerroksen peittämässä vedessä, kun on tarkoitettu, että ruuvit auttavat aluksen liikettä. On toivottavaa, että luistonopeus on pienempi tai yhtä suuri (mutta vastakkaissuuntainen) kuin aluksen nopeus suhteessa jäähän.

Suurempi määrä luistoa (luiskahdusta, liukumista) on hyväksyttävä rajoitettuina ajanjaksoina tietyissä olosuhteissa, kuten lähdettäessä olennaisesti paikaltaan paksussa jäässä. Esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää auttamaan jäänmurtajan muotoista alusta joko liikkumaan läpi jäänpeittämän veden taikka säilyttämään kiinteä asema vedessä. Lisäksi esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää sekä itsekul-kevissa aluksisa että ei-itsekulkevissa aluksissa kuten proomuissa. Tietyissä olosuhteissa voidaan tarvita joitakin keinoja aluksen työntämiseksi jääkerrosta vastaan jotta estettäisiin sitä liukumasta taaksepäin. Tämä voima voidaan saada aikaan useilla keinoilla, mukaanluettuna itse ruuvit, tavanomainen ankkurointijärjestelmä, aluksen pääkuljetusjärjestelmä taikka yksi tai useampia tycntövälinei-tä, kuten hinaajat.

On erityisen edullista, että ruuvit ovat vastakkaiskätisiä, so. toinen oikeakätinen ja toinen vasenkätinen 6781 3 (ks. kuvio 1). Tämä tekee välttämättömäksi pyörittää ruuveja vastakkaisiin suuntiin, jotta molemmat ruuvit vaikuttaisivat samanaikaisesti jääkerrokseen vetämällä aluksen keulaa jää-kerroksen päälle. Jos vastakkaiskätisiä ruuveja pyöritettäisiin samaan suuntaan, laiva pyrkisi kääntymään ja ottamaan uuden suunnan.

Joissakin tapauksissa voi myös olla toivottavaa, että ruuvi-välineet ja näiden tukivälineet, so. tukivarret suunnitellaan sillä tavoin, että ruuvit voidaan kallistaa ylös vedestä taikka jopa irrottaa aluksesta, kun alus liikkuu jäättömässä vedessä. Muussa tapauksessa ruuvit voivat estää aluksen aiheuttamaa veden virtausta ja siten aikaansaada lisävastusvoiman alukselle. Asianlaita voi olla sama, kun veden päällä on vain ohut tai rikkonainen jääpeite. Vaihtoehtoisesti ruuvivälineet voivat olla suunnitellut auttamaan aluksen kuljetusta.

Ajoittain voi olla toivottavaa parantaa ruuvikierukoiden purentaa eli tartuntaa ja siten niiden vetovaikutusta. Ruuviveto voi olla erityisen tärkeä, kun aluksen on tultava toimeen paksujen jäämuodostumien kuten ahtojäiden seassa. Ruuvivetoa voidaan lisätä varustamalla kierteen harja lisävälineillä urien leikkaamiseksi jäähän. Leikkausvälineet, kuten leikkaushampaat, leik-kaavat jäätä suuremmalla kyvyllä kuin tavallinen kierteen reuna synnyttääkseen vetouran, jossa ruuvikierre voi kulkea siten lisäten mainittujen ruuvivälineiden vetovoimaa.

Esimerkki

Suoritettiin testiohjelmamalli tarkoituksella määrätä sen rakenteen edullisuus, jossa käytetään ruuviparia asennettuna jäänmurtajamuotoisen aluksen keulaan. Näissä testeissä käytettiin Wind Class-jäänmurtajän mallia mittakaavassa 1/36. Mallin pinta valmistettiin eri- 10 6781 3 tyisesti tarkoituksella saada sama kitkakerroin kuin täysikokoisen laivan rungolla on jään kanssa. Pinta hiekkapuhallettiin tuottamaan maHin ja jään välille kitkakerroin 0,25. Malli kuormitettiin sen pituudelle jaetuilla painoilla tarkoituksella saada jäänmurtajalle tyypillinen gyraatiosäde. Kaksi kartiokasta ruuvia, joiden kierukka-kulmat olivat 30°, asennettiin yksi molemmille puolille keulaa olennaisesti siten kuin on esitetty kuvioissa 1 ja 2.

550 W tasavirtamoottori valittiin käyttämään ruuveja. Moottorin pyö-rintänopeutta muutettiin tasavirtamoottorin nopeussäätimellä. Asennettiin hammaspyöräkotelo, jossa oli kaksi ulostuloakselia, joista kumpikin oli kytketty yhteen ruuviin taipuisalla akselilla. Ruuvien pyörintänopeus mitattiin laskemalla pulssit, joita synnytti magneettinen koestin, joka oli kiinnitetty levyyn, jota käytettiin kiila-hihnalla moottorin akselilta. Vääntömomenttimittaria käytettiin joidenkin kokeiden aikana yhden ruuvin vääntömomentin mittaamiseksi. Voimalohko, joka oli asennettu malliin, mittasi mallin vastuksen jääkerrokseen, kun mallia hinattiin sitä vastaan. Kunkin kokeen aikana mallia hinattiin jääkerroksessa ja mitattiin sen nopeus jääker-rokseen nähden.

Saadut mallikokeiden tulokset korjattiin mittakaavatekijällä tarkoituksella ennustaa täyskokoisen Wind Class jäänmurtajan jäänmurto-kyky, kun tämä on varustettu keulaan asennetulla ruuviparilla. Kuviot 4 ja 5 kuvaavat joitakin ennustettuja kykyjä täyskokoisessa jäänmurtajassa.

Kuvio 4 esittää graafisesti ruuviparilla varustetun jäänmurtajan liikevastusta jään lävitse ja tarvittavaa tehoa pyörittämään ruuveja funktiona ruuvien pyörintänopeudesta. Tätä graafista esitystä varten pienennettyä mallia vedettiin läpi jääkerroksen, jonka täys-kokoinen ekvivalenttipaksuus oli 168 cm täyskokoista nopeutta 2,3 solmua vastaavalla ekvivalenttisella nopeudella. Vastus laivan liikettä vastaan läpi jään pieneni ruuvinopeuden kasvaessa, kuten nähdään käyrästä "vastus ruuvien kera". Ruuvien pyörittämiseen tarpeellinen teho kasvoi pyörintänopeuden kasvaessa. Tätä suhdetta kuvaa käyrä "teho". Vertailun vuoksi on liikevastus täyskokoisel]a Wind Class jäänmurtajalla ilman ruuveja läpi 168 cm:n paksuisen jääkerroksen nopeudella 2,3 solmua esitetty vaakasuoralla katkoviivalla "vastus ilman ruuveja".

67813 "Vastus ruuvien kera" ja "teho" käyrät perustuvat koetuloksiin todellisen mallin vastuksesta ja ruuvivääntömomentista muunnettuna mittakaavatekijällä täyteen kokoon. "Vastus ilman ruuveja" käyrä on estimaatti, joka on laskettu Vancen ennustuskaavasta. Vancen ennus-tuskaava osoitti läheisen yhtäpitävyyden mallitestien tulosten kanssa (G.P. Vance, 1975, A scaling system for vessels modeled in ice: artikkeli, joka on esitetty julkaisussa Ice Tech 75, Soc. Naval Architects and Marine Engineers, s. H^-l—H^-34).

Kuvion 4 graafinen esitys osoittaa, tietyille olosuhteille, että esillä olevan keksinnön mukaisilla ruuveilla saadaan aikaan merkittävä pienennys aluksen liikevastuksessa läpi jään peittämän veden. Tosiasiassa ruuvit voivat pienentää aluksen ja jään välisen liike-vastuksen nollaan, jos niitä pyöritetään nopeudella, joka on hieman suurempi kuin 110 kierrosta minuutissa.

Tämä tarkoittaa, että ruuvit yksinään, toimiessaan tällä nopeudella, kuljettavat alusta 168 cm:n paksuisen jääkerroksen lävitse nopeudella 2,3 solmua. On myös huomattava, että tarvittaisiin likimain 24 000 kW:n teho pyörittämään ruuveja nopeudella hieman yli 110 kierrosta minuutissa.

Koska ruuvien pyörittämiseen tarvittava teho nousee nopeammin kuin aluksen liikkeen vastus jään lävitse pienenee ruuvin nousevan nopeuden mukana, on ilmeistä, että ruuvit ovat tehokkaampia kuvatun alueen pienemmillä pyörintänopeuksilla.

Sen vuoksi voi olla edullista edullisessa suoritusmuodossa käyttää ruuveja alhaisella pyörintänopeudella ja täydentää loppu aluksen liikkumiseen jään lävitse tarvittava työntö tavanomaisesta liikevoiman lähteestä, kuten esim. potkurijärjestelmästä. Arvioitu koko-naisteho, joka tarvitaan yhteensä ruuveille ja potkureille, on ruuvi-nopeuden funktiona kuvattu kuviossa 5.

Kuten kuvio 4 myös kuvion 5 graafinen esitys kuvaa Wind Class jäänmurtajaa, joka liikkuu 168 cm:n paksuisen jään lävitse nopeudella 2,3 solmua. Käyrä, joka on merkitty "ruuviteho" osoittaa tehoa, joka tarvitaan ruuvien pyörittämiseen vastaavalla ruuvinopeudella. Lisätyöntö, joka tarvitaan liikuttamaan alusta 168 cm:n paksuisen jääkerroksen lävitse nopeudella 2,3 solmua saadaan laivapotkurijär- 6781 3 jestelmästä. Teho, joka tarvitaan kehittämään vaadittu työntö laiva-potkuri järjestelmästä, on esitetty käyrällä "laivapotkuriteho". Ruu-vitehon ja laivapotkuritehon summa on kokonaisteho, joka tarvitaan liikuttamaan alusta 163 cm:n paksuisen jään lävitse nopeudella 2,3 solmua ja tätä tehoa on kuvattu käyrällä "kokonaisteho".

Yhdistetyn ruuvien ja laivapotkureiden järjestelmän minimiteho, joka tarvitaan liikuttamaan alusta 168 cm paksuisen jään lävitse nopeudella 2,3 solmua on likimain 18 000 kW:n ruuvinopeusalueella likimain 45-60 kierrosta minuutissa. Tätä on verrattava 24 000 kW:n, joka tarvittiin liikuttamaan alusta 168 cm:n paksuisen jään lävitse nopeudella 2,3 solmua yksinomaan ruuveilla ja 37 000 kW:n, joka tarvittiin kuljettamaan alusta 168 cm:n paksuisen jään lävitse nopeudella 2,3 solmua yksinomaan laivapotkurijärjestelmällä.

Tässä annetut koetulokset ovat vain kuvaavia esillä olevan keksinnön suorituskyvylle ja eduille. On olemassa suuri joukko muuttujia, jotka alan ammattimiehelle ovat ilmeisiä, jotka tietyissä olosuhteissa saattavat muuttaa keksinnön täsmällistä suorituskykyä kysymyksessä olevissa olosuhteissa. Näihin muuttujiin sisältyvät ruuvin kierteen-nousu, ruuvin kierteensyvyys, ruuvin kartiokkuus, ruuvin kosketus-linjan kaltevuus, aluksen painonjakaantuma, kitkakerroin aluksen ja jään välillä, jään lujuus ym.

On ilmeistä, että esillä oleva keksintö merkittävästi vähentää koko-naistehoa, joka tarvitaan liikuttamaan jäänmurtaja-alusta, jossa on jäätämurtava keula, joka on sovitettu aiheuttamaan alaspäin suunnattu voima jäähän, läpi jäänpeittämän veden ja auttaa sellaista rakennetta, joka sijaitsee jäänpeittämässä vedessä, vastustamaan siihen vaikuttavia, liikkuvan jääkerroksen aiheuttamia vaakasuoria voimia sekä auttaa pystysuoria tukielimiä myös vastustamaan liikkuvia jääkerrok-sia.

Keksinnön tärkeänä lisäetuna on, että sillä saadaan aikaan keinot liikkumiseen ja stabiliteettiin jään peittämässä vedessä, joita keinoja ei aikaisemmin ole ollut käytettivässä ennestään tunnetuista laitteista riippumatta tehovaatimuksista.

Claims (10)

1. Jäänmurtoalus, joka murtaa jäätä etuosallaan, tunnettu siitä, että sen etuosaan on asennettu kaksi jäähän tarttuvaa pyöritettävää ruuvia (1) siten, että niiden akselit on kiinnitetty alukseen sekä sijaitsevat välimatkan päässä aluksen rungosta, kunkin ruuvien (1) akselin ulottuessa viistoon ylöspäin ja eteenpäin, ja ruuvien eteenpäin suunnatun osan alapinnan tarttuessa jäähän aluksen (20) keulan (21) vetämiseksi ylös jään (10) päälle, jolloin ruuvien vetovoima ja keulan (21) alaspäin suunnattu voima aiheuttavat yhdessä jään murtumisen.

1 3 6781 3

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että ruuvit (1) on varustettu elimillä uran leikkaamiseksi aluksen (20) edessä olevaan jäähän.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että ruuvit (1) ovat pyöritettävissä siten, että niiden kosketuspinnat jääkerrokseen siirtyvät taaksepäin yhdensuuntaisesti aluksen pitkittäisakselin kanssa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että ruuvit (1) on laakeroitu laakereihin, jotka on tukevasti kiinnitetty alukseen (20) sekä sallivat ruuvien (1) pyörimisen erillään aluksen rungosta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että yksi ruuvi (19) on asennettu aluksen toiselle puolelle ja on oikeakätinen ja toinen ruuvi on asennettu aluksen vastakkaiselle puolelle ja on vasenkätinen.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että se lisäksi tunnetulla tavalla on varustettu käyttö-elimillä aluksen eteenpäin kuljettamiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen alus, tunnettu siitä, että kukin ruuvi (1) käsittää akselin (3) sekä siihen kiinnitetyn ruuvimaisen siiven (2).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen alus, tunnettu siitä, että ruuvin nousu kasvaa ruuvin etuosasta takaosaan päin. 14 6781 3

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen alus, tunnettu siitä, että ruuvin akselin (3) halkaisija kasvaa ruuvin etuosasta takaosaan päin.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen alus, tunnet-t u siitä, että ruuvin siiven (2) halkaisija kasvaa ruuvin etuosasta takaosaan päin.