FI75772B - Fartygs bottenkonstruktion. - Google Patents

Description

75772

LAIVAN POHJARAKENNE - FARTYGS BOTTENKONSTRUKTION

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen jäisissä vesissä liikkumaan tarkoitetun laivan pohjarakenteeseen.

Huomattava osa jäätämurtavan laivan kulkuvastuksesta jää-ajossa johtuu murrettujen jäälohkareiden laivan kylkeen ja pohjaan kohdistuvasta kitkatyöstä. Ohjaamalla ainakin suuri osa jäälohkareista pois ajorännistä kiintojään reunojen alle tämä kitka pienenee. Samalla saavutetaan myös se etu, että laivan potkurit suojataan murretuilta jäälohkareilta, sekä helpotetaan murretussa uomassa eli ajorännissä jäljessätu-levien laivojen kulkua.

Jäälohkareiden ohjaamiseksi pois laivan alta on ehdotettu erilaisia laivan rungon muotoja. Suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 840995 on esitetty alus, jossa laivan kylkien ja vaakasuoran pohjaosan väliin on muodostettu kalteva pohjaosa yli huomattavan osan laivan pituudesta. Tällä rakenteella pystytään vähentämään laivan alle joutuvien jääpalojen määrää. Vieläkin tehokkaampi järjestelmä jääpalojen ohjaamiseksi sivuille on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 850862. Keulavilvan pohjasta alkava kiilan-muotoinen, taaksepäin laajeneva aura siirtää jääpalat pois laivan potkurien ulottuvilta ja suurelta osin ajorännin Jää-reunojen alle. Tällaisen runkorakenteen heikkoutena on kuitenkin sen tavanomaiseen laivan runkoon verrattuna huonompi merikelpoisuus ja suurempi ajovastus avovedessä. Kiinteä aurarakennelma myöskin pysyvästi lisää aluksen syväyttä sekä pienentää sen uppoumaa.

Keksinnön tarkoituksena on luoda uuel ja entistä taloudellisempi järjestelmä murrettujen jäälohkareiden ohjaamiseksi sivuille pois jäätämurtavan laivan pohjan alta. Tarkoituksena on myös sellaisen järjestelmän luominen, joka on muunneltavissa siten, että avomeriolosuhteissa laivan merikelpoi-suus ja ohjailtavuus pysyy korkealla tasolla ja ajovastus 2 75772 mahdollisimman pienenä. Lisäksi tarkoituksena on luoda järjestelmä, jonka puitteissa jäälohkareita sivuille ohjaavan järjestelmän laivan syväyttä suurentava vaikutus on poistettavissa matalissa kohdissa liikuttaessa. Keksinnön tarkoituksena on tämän lisäksi aikaansaada järjestelmä joka estää laivaa ajautumasta kantavan jääkerroksen päälle kiinnijuuttumiseen saakka. Keksinnön tunnusmerkit käyvät ilmi patenttivaatimuksesta 1.

Keksinnön mukaisesti upotetaan laivan pohjassa sijaitseviin syvennyksiin elimet, jotka ensimmäisessä asennossaan muodostavat olakkeettoman osan laivan pääasiallisesti vaakasuorasta pohjaosasta. Jääolosuhteissa kyseiset elimet ovat voimalaitteen avulla käännettävissä kääntöakselin ympäri toiseen asentoon siten, että laivan pohjasta alaspäin muodostuu pääasiallisesti pystysuuntainen, kiilamainen, suunnnassa taaksepäin laajeneva jääaura. Tämä aura pystyy vastaavalla tavalla kuin suomalaisessa patenttihakemuksessa 850862 esitetty pohjaratkaisu tehokkaasti ohjaamaan murretut jäälohkareet sivuille pois ajorännlstä ja laivan alta. Avovedessä liikuttaessa auraellmet ovat sisään käännetyssä, ensimmäisessä asennossaan, jolloin laivan ajovastus on pienempi ja merlkelpoisuus sekä ohjalltavuus huomattavasti parempi kuin kiinteän aurarakennelman omaavassa laivassa. Käännettävästä aurasta on myöskin se etu, että esim. jokijäänmurtajan ajaessa matalan kohdan ylitse on laivan , syväys helposti pienennettävissä hetkellisesti kääntämällä auraellmet sisäänpäin.

Jääauran tehokkuus riippuu olennaisesti niistä veden virtausilmlölstä, jolta se aikaansaa ympäristössä. Llstamalslsta kylkiosista muodostettu pystysuuntainen jääaura, joka on kärjeltään umpinainen, synnyttää voimakasta veslvirtausta auran kylkien alla, sillä laivan edetessä syntyy auraellmen takapuolella alipaine verrattuna auran etupuoleen. Tämän virtauksen mukana siirtyy myös jäälohka- 3 75772 reita auran takapuolelle. Tällaisen virtausilmiön muodostumista voidaan edullisesti pienentää järjestämällä pienehkö aukko auran kärkiosaan, tai vaihtoehtoisesti järjestämällä auraelimen kylkien sisäpinta kaltevan pinnan muotoiseksi. Käytettäessä keksinnön mukaisia käännettäviä auraelimiä, edellämainittu edullinen järjestely toteutuu automaattisesti kääntömekanismln ansiosta.

Keksinnön erään sovellutuksen mukaisesti auraellmet käsittävät kaksi pääasiallisesti suorakaiteen muotoista, jäykis-teillä vahvistettua levyelintä, joiden pituussuntainen kääntöaksell edullisesti sijaitsee toisen, laivan pltuussym-metriatasoon nähden ulompana olevan sivun alueella. Levy-elimet muodostavat keskenään 30°...90° kulman. Auraellmet käännetään jääolosuhteissa voimalaitteen avulla noin 90° siten, että levyellnten pohjat muodostavat listamalsestl sanotun jääauran kylkiä. Laivan keulan murtamat jääpalat jotka painautuvat laivan alle luistavat laivan edetessä pitkin näitä kylkiä taaksepäin ja ulospäin. Auran kärjessä syntyy kylkien väliin kapeahko aukko, joka sallii veden virtausta auran kylkien sisäpuolelle. Tämän virtauksen ansiosta voidaan veden virtaus ja jääpalojen luisuminen auran reunan alitse laivan pohjan alle suurimmalta osalta välttää. Keksinnön erään toisen sovellutuksen mukaisesti molemmat levymäiset auraellmet varustetaan ulommaisella sivulla pitkittäissuuntaisella seinämällä joka ulottuu aura-elimen pohjasta sisäänpäin. Auraelintä käännettäessä noin 20-40° elimen vastakkaisen sivun alueella olevan kääntö-akselin ympäri, sanotut seinämät muodostavat auran kylkl-osia. Tässä sovellutusmuodossa auran kärki saa terävän muodon. Auran reunan alitse tapahtuva virtaus ei kuitenkaan liiemmin aiheuta haittaa, sillä auran kylkien sisäpuoli on tässä sovellutuksessa edullisen kalteva.

On edullista valmistaa levymäiset auraellmet kahdesta tai useammasta peräkkäin asetetusta levysegmentistä, joilla 4 75772 jokaisella on omat voimalaitteet. Tämä on valmistustekni-sestl ja myös huollon kannalta edullinen ratkaisu, lisäksi tällä tavoin vältytään laivan rungon sisäisestä liikkumisesta auraellmlln kohdistuvista rasituksista.

Eräässä edullisessa sovellutuksessa auraelinten seinämiä ja/tai jäykisteitä käsittävä sisäpuoli tehdään umpinaiseksi, mieluiten siten että syntyvä sisätila täytetään vaahdotetulla polymeerillä tai vastaavalla vettähylkivällä aineella. Tällä tavoin kääntyvän auraelimen uppoumaa heikentävä vaikutus voidaan suurimmilta osalta eliminoida.

Auran pääasiallisesti pystysuuntaiset kyljet muodostavat keskenään kylklen välisellä alueella 30-90° kulman. Kyljet tulee mieluiten ulottua yli koko laivan pohjaosan leveyden. Auran kylkien pystysuuntainen korkeus on 50-120 % laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudesta. Tällä käsitteellä tarkoitetaan paksulnta tasaista jäätä, jonka laiva jatkuvalla liikkeellä pystyy murtamaan. Tämä ominaisuus on uuden jäätämurtavan laivan suunnittelun lähtökohtana.

Keksinnön mukaisen laivan pohjarakenne on edullisimmin sovellettavissa sellaisen rungon keulaosaan, mikä on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa 850862. Auran kärjen etäisyys keulaviivan alimmaisesta pisteestä on oltava vähintään 3 kertaa laivan jäänmurto-ominaisuuden raja-paksuus. Käytettäessä patenttihakemuksen FI 850862 mukaista kaksiosaista keulavllvaa, mainittu etäisyys lasketaan keula-viivan talttokohdasta, josta lähtöisin keulaviivan kulma vesiviivatasoon nähden on korkeintaan 15°, edullisesti korkeintaan 10°. Tällä järjestelyllä jääpalojen liike alaspäin hidastuu riittävästi ennenkuin jääpalat kohtaavat auran, minkä ansiosta ne eivät luisu auran kyljen alitse laivan pohjan alle. Valitsemalla auran etäisyys keulasta sopivasti keksinnön mukaisesta aurarakennelmasta on lisäksi se hyöty, että tällä tavoin pystytään estämään laivaa ajau 5 75772 tumasta kantavan jääkerroksen päälle kiinni juuttumiseen saakka. Tällöin kyljet on rakennettava kestämään tästä johtuvat rasitukset, jotka paikallisesti saattavat nousta yli 5 Mpa:n.

Keksinnön mukaisen pohjarakennelman yhteydessä voidaan myös käyttää esim. suomalaisesta patentista n:o 47061 tunnettuja paineilman puhallusaukkoja kulkuvastuksen pienentämiseksi ja jäistä irrottautumisen helpottamiseksi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheiseen pllrrustukseen, jossa

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti erään keksinnön mukaisen laivan rungon keulapuolta sivulta katsottuna; - kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaista pohja-rakennelmaa alta katsottuna, auran ollessa ylös-käännetyssä asennossaan; - kuvio 4 esittää kuvion 2 mukaista pohjarakennelmaa leikkauksena tasossa A-A auran ollessa alas käännetyssä asennossa; kuvio 5 esittää kuvion 2 mukaista pohjarakennelmaa leikkauksena tasossa 5-5; kuvio 6 esittää kuvion 2 mukaista pohjarakennelmaa alas käännettynä laivan keulasta päin katsottuna; - kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen pohjarakennelman erästä toista sovellutusmuotoa alta katsottuna; ja - kuvio 8 esittää kuvion 7 mukaista rakennelmaa leikkauksena tasossa C-C.

6 75772

Piirustuksessa viite 1 tarkoittaa laivan pystysuoria tai suunnassa ylöspäln-ulospäin kaltevia kylklosla. Kyljet 1 on liitetty edullisesti pyöristyksin laivan pääasiallisesti vaakasuoraan pohjaosaan 3. Laivan pohja 3 voi myöskin olla kaksiosainen siten, että pohjaosan 3 vasen ja oikea puoli muodostavat pienen kulman pitkin pltuussymmetriatasoa Z. Viite 2 tarkoittaa laivan konstruktiovesiviivatasoa.

Kuviossa 2, 4-6 laivan pohjaosaan 3 on muodostettu syvennyksiä, joihin pääasiallisesti suorakaiteen muotoiset aura-elimet 4 on upotettu. Auraelimet 4 on jaettu segmentteihin 5, joista jokainen on varustettu voimalaitteella 11, joka edullisesti on hydraulisylinteri. Auraelimien 4 segmenttien 5 yhteyteen on järjestetty saranaelimet 10, joiden avulla segmentit 5 ovat käännettävissä suunnassa R noin 90° kääntö-akselinsa 6 ympäri, siten että auraelimen kyljet alaskäänne-tyssä asennossaan 8 (kuvio 5) muodostavat pääasiallisesti 90°:n kulman b pohjatasoon 3 nähden. Viite 9 tarkoittaa kaksoispohjaa tai tankin kattoa. Auraelimen kääntyminen aikaansaadaan voimalaitteella 11, jonka voimansiirtoelin on työnnettävissä suunnassa S siten että pystyy liikkumaan myös suunnassa P. Voimansiirtoelin on alapäästään nivelöity segmenttiin 5 nivelellä 7· Segmentti 5 on varustettu pituus-ja/tai poikittaissuntaisilla jäykisteillä 13. Auran kärjen etäisyys 1 keulaviivan loppupisteestä on vähintään kolme kertaa laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuus. Auran korkeus k alaskäännetyssä asennossa on 50-120 % rajapaksuu-desta. Auraelimen 4 kyljet muodostavat keskenään kylkien välisellä alueella kulman a, joka edullisesti on 30°...90°. Piirrustuksessa viite 15 tarkoittaa Ilman ulospuhallus-aukkoja.

Kuviossa 2 levyelimet 4 on sijoitettu symmetrisesti pohjaosan molemmin puolin. Levyelimet 4 ovat muodoltaan pääasiallisesti suorakaiteen muotoisia siten, että lähinnä laivan pltuussymmetriatasoa Z oleva kulma on poisleikattuna jotta 7 75772 elimiä voidaan sijoittaa lähempänä toisiaan. Kun elimet käännetään toiseen asentoonsa, muodostuu auran kärkeen aukkko (kuvio 6). Tämä aukko sallii veden virtaamista auran takapuolelle siten, että veden paine-ero auran etu- ja takapuolella tasaantuu ja turbulenssi vähenee.

Kuviossa 7 ja 8 on esitetty keksinnön toista sovellutusta. Auraelinten 4’ saranointi on toteutettu levyjen lähempänä symmetriatasoa Z olevan sivun alueella. Auraelin 4' on toisella sivulla varustettu seinämällä 14, joka muodostaa auran kylkeä kun auraelin 4' on käännetty alas kääntöakselinsa 6' ympäri suunnassa R. Tukiosan 12 avulla auraelin 4' asettuu oikeaan asemaansa 8' alaskäännetyssä asennossa. Saranaelin 10’, nivel 7'» jäykisteet 13'» voimaelin 11’, korkeus j£‘ ja kulmat a', b' vastaavat ensimmäisen sovellutusmuodon vastaavia käsitteitä. Tässä sovellutuksessa jääauran kärki on terävä ja umpinainen. Auran takasivun pinta on kuitenkin kalteva taso pohjaan 3 nähden, joten toimintaa häiritsevää virtausllmlötä ei liiemmin esiinny.

Eräässä edullisessa sovellutuksessa segmentin 5 pohjan, seinämien ja jäykisteiden kokonaisuus tehdään umpinaiseksi siten, että näin syntynyt tila täytetään sopivalla polymeerisellä vaahdotetulla aineella, jonka veden imeytymiskyky on alhainen. Tällä tavoin auraellmen laivan uppoumaa heikentävä vaikutus voidaan vähentää.

Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan useita keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (11)

1. 8 75772
2. 1. Jäisissä vesissä liikkumaan tarkoitettu laiva, jonka runko käsittää pääasiallisesti vaakasuoran pohjaosan (3) ja molemmilla sivuilla pystysuoran tai suunnassa ylöspäin-ulos-päin kaltevan kylkiosan (1) sekä edessä jäätä edullisesti murtavan keulan, tunnettu siitä, että upotettuna laivan pohjaosaan (3) pituussymmetriatason (Z) molemmille puolille on asennettu elimet (4, 4’), jotka ensimmäisessä asennossaan muodostavat olakkeettomasti osan laivan pohjaosaa (3) ja toisessa asennossaan (8,8*) yhdessä muodostavat pohjan (3) alle pääasiallisesti pystysuuntaisen ja suunnassa taaksepäin kiilamaisesti laajenevan auran, jotka elimet (4,4') on varustettu voimalaitteilla (11,11'), jotka aikaansaavat elinten liikkumisen ensimmäisestä asennosta toiseen (8,8') kääntämällä elimet (4,4') pituussymmetriatasoon (Z) nähden vinossa asennossa olevien kääntöakseleidensa (6,6') ympäri siten, että jouhevan vesivirtauksen aikaansaamiseksi elinten (4,4') ympäristössä ja täten elinten jäänsiirtokyvyn varmistamiseksi elinten sanotussa toisessa asennossaan (8,8'), sanottu aura käsittää joko vesivirtausta sallivan aukon kärkiosassaan tai kaltevan pinnan muotoiset takapinnat kyljissään.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laiva, tunnettu siitä, että sanotut elimet käsittävät kaksi pituussymetriatasoon (Z) kummallakin puolella sijaitsevaa, pääasiallisesti suorakaiteen muotoista, jäykisteillä varustettua levyelintä (4), joiden kääntöakseli (6) sijaitsee symmetriatasoon (Z) nähden ulomman sivun alueella siten, että käännettäessä levyelimet (4) noin 90° kääntöakselinsa (6) ympäri ne (4) muodostavat sanotun, kärkiosassaan aukolla varustetun auran listamaiset kyljet. 3* Patenttivaatimuksen 1 mukainen laiva, tunnettu siitä, että sanotut elimet käsittävät kaksi pituussymmetriatason 9 75772 (Z) kummallakin puolella sijaitsevaa pääasiallisesti suorakaiteen muotoista, jäykisteillä varustettua levyelintä (4'), joiden toinen, laivan pituussymmetriatasoon (Z) nähden ulompana oleva sivu on varustettu laivan pohjatasosta ylöspäin suuntautuvalla seinämällä (14), levyelimien kääntö-akselin (6') ollessa toisen sivun alueella siten, että levyelintä (4') käännettäessä kääntöakselinsa (6') ympäri sanotut seinämät (14) muodostavat auran kyljet.
4. 4. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että levyelin (4, 4·) käsittää ainakin kaksi peräkkäin asetettua erillistä levysegmenttiä (5), joista jokainen on varustettu omalla voimalaitteella (11, 11').
5. 5. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että levyellmen (4,4’) tai segmentin (5) sekä jäykisteiden (13*13’) ja seinämän (14) kokonaisuus tehdään umpinaiseksi siten, että näin muodostettu suljettu tila edullisesti täytetään vaahdotetulla polymeerillä tai vastaavalla aineella, jonka veden imeytymiskyky on pieni.
6. 6. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että auran kyljet (4,14) muodostavat keskenään kylkien välisellä alueella 30°...90° kulman (a).
7. 7. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että sanottu aura ulottuu ainakin pääasiallisesti yli koko sanotun vaakatasoisen pohjan (3) leveyden.
8. 8. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että auran korkeus (k,k') on 50...120¾ : laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudesta.
9. 9· Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että levyelimiä (4,4·) kääntämällä muodostetun auran kärjen etäisyys (1) keulaviivan alimmaisesta pisteestä on vähintään 3 kertaa laivan jäänmurto-omi- 10 75772 naisuuden rajapaksuus.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laiva, tunnettu siitä, että auran kärjen etäisyys (1) keulaviivan alimmaisesta pisteestä valitaan siten, että aura pystyy estämään laivan ajautumista kantavan jääkerroksen päälle kiinni juuttumiseen saakka.
11. 11. Jonkin ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että rungon alaosassa, edullisesti auran kylkien (4,14) alueella on paineilman ulospuhallusaukkoja (15).