NL7811837A

NL7811837A - Stabiliseringssysteem van een werkvaartuig met kranen.

Info

Publication number: NL7811837A
Application number: NL7811837A
Authority: NL
Original assignee: Varitrac Ag
Priority date: 1978-12-04
Filing date: 1978-12-04
Publication date: 1980-06-06
Also published as: FR2443418B1; DK510679A; NZ192261A; IN151432B; BR7907866A; FR2443418A1; AU5329979A; MX150213A; AR218407A1; GB2038261A; JPS55102793A; NO793917L; DE2948596A1

Description

785172/L/PB \ »

Aanvraagster: VARITRAC A.G., te Zug, Zwitserland

Titel: Stabiliseringssysteem.van een werkvaartuig met kranen.

De uitvinding heeft betrekking op een stabiliseringssysteem voor een werkvaartuig met in de werktoestand onder de waterspiegel gelegen scheepsrompen waarop holle kolommen geplaatst zijn, die een boven de waterspiegel gelegen werkplateau met een of meer zware kranen dragen, 5 waarbij het stabiliseringssysteem boven en onder de omgevingswater-spiegel gelegen waterballastreservoirs omvat en enerzijds de uitstorting van water uit de bovenwaterreservoirs, anderzijds de inlaat van water in de onderwaterballastreservoirs door regelkleppen selectief beheerst wordt in afhankelijkheid van ogenblik tot ogenblik van 10 het kraanlastmoment tijdens de lastmanoeuvre.

Een dergelijk systeem is bekend uit de Duitse octrooiaanvrage (Offenlegungsschrift) Nr. P 28 02 2^9·3·

De uitvinding beoogt met gebruik van deze bekende techniek een bijzondere uitvoering te verschaffen, die tot een verdere vereenvou-15 diging van de inrichting voor vaartuigstabilisatie tijdens lastver-plaatsing door een of meer op het vaartuig geplaatste kranen voert, waarbij tevens de optredende afwijkingen van de horizontale ligging tot een uiterst minimum (van bijv. 1°) beperkt worden en niettemin de lastmanoeuvres uitgevoerd kunnen worden met de grootste snelheden die 20 de inrichting en besturing van de betrokken kraan als zodanig toelaat, dus zonder dat vertragingen ingevoerd moeten worden om aan stabilisa-tie-eisen tegemoet te komen.

In dit verband beoogt de uitvinding verder om de genoemde onder-i/ater-ballastkamers zo in te richten, dat daarmede een geschikts* aan-25 railing van de aanpassing aan de voor de stabilisatie te verkrijgen jompensatiekrachten verkregen kan worden dan met behulp van luchttoevosr Ln die kamers en daartoe op te stellen voorraadtanks met gecomprimeer-le lucht.

Door met voordeel toe te passen uitvoeringsvormen wordt verder 30 >.m. beoogd onder de gegeven omstandigheden het beginsel te handhaven, lat de ballastwaterverplaatsing in betrekkelijk geringe mate de totaal-relasting van het vaartuig beïnvloedt en dat,door de plaatsing van de 7811837 Η _ 2 _ waterballastkamers aantal en de omvang daarvan voor de meest normale in de praktijk voorkomende omstandigheden beperkt gehouden kan worden-De uitvinding en met voordeel in de praktijk daarbij toe te passen bijzonderheden worden hierna verduidelijkt aan de hand van enige 5 berekeningen en uitvoeringsvoorbeelden die in schematische figuren van de tekening toelichting vinden.

In de tekening is: fig. 1 een perspectivisch schema van een drijvend lichaam waarop een vertikale belasting en een moment wordt uitgeoefend; 1° fig. 2 hetzelfde lichaam in horizontale positie met aanduiding van de voor het innemen van die positie vereiste corapensatie-krachten; fig. 3 een dwarsdoorsnede door een vaartuig volgens de uitvinding volgens de lijn III-III van fig. *»·, waarbij twee kranen in aanzicht aangeduid zijn; 15 fig. k een verder geschematiseerd bovenaanzicht bij fig. 3 op kleiner schaal, ten opzichte van fig. 3 over 90° rechts draaiend gezwenkt om een as loodrecht op het tekeningvlak; fig. 5 een vereenvoudigde kraanvoorstelling met aanwijzingen ten dienste van een berekening; 20 fig. 6 een schematisch bovenaanzicht van het werkplateau van een vaartuig volgens de uitvinding, behorende bij fig. k en 5 en ten opzichte van die figuren over 90° naar rechts gedraaid om een as loodrecht op het vlak van tekening, en ’ fig. 7 een schema betreffende de vulling van waterballastkamers 25 in verschillende stappen van een als voorbeeld beschreven lastmanoeuvre. Compensatie-principe voor een drijvend lichaam:

Als op een drijvend lichaam, zoals dat in fig. 1 met stippellijnen door 1 aangeduid is, een vertikale belasting G wordt aangebracht, treden in het algemeen de volgende veranderingen op in de stand van dit 30 Lichaam, gemeten t.o.v. een vast assenstelsel X - Y - Zs - vertikale verplaatsing (z) - hoekverdraaiing if x t.o.v. de X-as (slingeras) - hoekverdraaiing ^y t.o.v. de Y'-as (stamp-as).

Om al deze veranderingen tegen te gaan, moeten tenminste drie 35 sompensatiekrachten worden aangebracht, aangrijpend op drie verschil-, Tende punten.__ 781 1 8 37 o _ 3 _

Indien volstaan wordt met compensatie van twee van de drie vrijheidsgraden, zijn slechts twee compensatiekrachten nodig.

Met $ên compensatiekracht kan slechts êén graad van vrijheid worden beïnvloed.

5 Als de compensatiekrachten slechts in één richting werken, ont staan nog nadere mogelijkheden.

Zo is het b.v. mogelijk om met drie of meer neerwaarts werkende compensatiekrachten de beide hoekverdraaiingen te compenseren.

Compensatie-systeem met twee compensatiekrachten: 10 Het is gebleken, dat men voor de meest voorkomende, normale om standigheden bij toepassing van een stabilisatiesysteem als voornoemd voor zgn. semi-submersibele kraanschepen kan volstaan met twee compensa-tie-krachten, waarmee de beide hoekverdraaiingen nul gehouden worden.

De verticale verplaatsing wordt daarbij niet gecompenseerd. De 15 plaats van de compensatiekrachten A en B ligt vast in de constructie, als deze, zoals hierna beschreven, plaats heeft met behulp van water-ballastkamers, die paarsgewijze boven elkaar geplaatst zijn en waarbij ie verticale assen van die kamers door de punten 2 en 3 lopen (coördinaten a, b voor punt 3 en a, -b voor punt 2).

20 Als nu de grootte G en het aangrijpingspunt (x,y) van de verticals belastingskracht gegeven zijn, kan de grootte van de beide compen satiekrachten A en B berekend worden, nodig voor horizontaal blijven ran het vaartuig:

Daartoe moet het resulterend moraen Mx t.o.v. de X-as = 0 en 25 Hy t.o.v. de Y-as = 0.

Daartoe moet: (A-B) b = Gy (A+B) a = Gx dus: 30 A = i G (- + B = i G (I - J)

De verandering van diepgang kan berekend worden uit de totale be-lastingsvariatie en het waterlijn-doorsnijdend oppervlak (Atf)

„ S-A-B

35 z = —————

Aw 78 1 1 8 37 * _ k _

Hieruit is te zien dat voor x=a de diepgang niet verandert. Voordat een kraan op het schip in werkig gesteld wordt, worden grootto en plaats en de daarbij behorende waarden van de compensatiekrachten uitgerekend, die aangeduid worden als de nulwaarden A0 en B0. Deze 5 worden in het geheugen van een computer opgeslagen.

Als nu de grootte en/of de plaats van de belasting G verandert, veranderen ook de berekende waarden van de compensatiekrachten.

Deze veranderingen A A = A-A0 resp. A B = B-BQ worden doorgegeven aan het regelsysteem ‘dat de compensatiekrachten instelt.

Uitvoering compensatie-systeem (fig. 3).

Zoals in de inleiding vermeld, vindt de uitvinding toepassing bi; een vaartuig (zie fig. 3-5) met twee evenwijdige onderwaterrorapen *f,5i waarop holle kolommen 6-11 geplaatst zijn, die een boven de waterspiegel 12 gelegen werkplateau 13 met een of meer zware kranen 1*f, 15 15 (bijv. een 2000- en een 3000-tons-kraan) dragen.

Het stabiliseringssysteem omvat nu onder elk der kranen twee boven elkaar geplaatste waterballastreservoirs, waarvan het in kolom 6 onder de kraan 1A gelegen paar door A aangeduid is en wel A-j voor het bovenste en Ag voor het onderste reservoir.

20 Het paar reservoirs in kolom 7 is op overeenkomstige wijze door B1.,2 aangeduid. Op bekende wijze worden cpmpensatiekrachten A, B (fig. 2) aangebracht, door water vrij te laten uit- of instromen resp. in de reservoirs Ai}2 en B1,2. Een opwaarts gerichte kracht wordt aangebracht door water te laten uitstromen uit een boven de waterspie-25 gel gelegen reservoir Al of B-].

Een neerwaarts gerichte kracht wordt opgewekt door water in een inder de waterspiegel gelegen reservoir A2 of B2 te laten stromen.

Doordat gebruik gemaakt wordt van bestaande niveau-verschillen tunnen tijdens de kraanlastmanoeuvres in korte tijd zeer grote hoe-50 veelheden water worden verplaatst, zonder dat hiervoor pompinstallatie3 nodig zijn, hetgeen wezenlijk is voor het scheppen van de mogelijkheid, om van ogenblik tot ogenblik het vaartuig horizontaal te houden bij optillen, zwenken en neerzetten van buitenboordlasten door de kranen.

Men ziet dat daartoe de waterballastreservoirs A-j, B-] boven de 35 oagevingswaterspiegel 12 gelegen zijn en de uitstroming geregeld wordt 78 1 1 8 37 - 5 - door regelkleppen 16 en 17, die selectief beheerst worden, zoals hierna nog toegelicht wordt. Het uitstromen geschiedt door valpijpen 18, 19 ( waarvan voor elk der reservoirs Ai, Bi slechts één is weergegeven) die door de onderwaterreservoirs kp, B2 en door de bodem van 5 de rompen 4, 5 geleid zijn. Dergelijke waterinlaat-regelkleppen 21,22 zijn in de bodems van de reservoirs kp, B2 aangebracht voor de inlaat·· pijpen 23, 24, waarvan er eveneens slechts één voor elk reservoir getekend is. Ofschoon men uit deze kamers kp, B2 water zou kunnen uitdrijven door perslucht daarin toe te voeren bij geopende kleppen 10 21, resp. 22, blijken de lastmanoeuvres uitgevoerd te kunnen worden zonder dat een daartoe dienende drukluchtinstallatie nodig is, zoals hierna voor een bepaalde manoeuvreer-cyclus als voorbeeld toegelicht wordt. De reservoirs kp, B^ kunnen na een dergelijke cyclus leeggemaakt worden, door het water uit een benedenkamer naar een bovenkamer 15 te pompen, zoals door de met stippellijnen weergegeven pompleidingen 23, 26 aangeduid is (uiteraard zijn deze binnen de kolommen 6, 7 geplaatst). De bovenkant van de reservoirs A2, B2 kan in open verbinding staan met de buitenlucht, zoals door de pijpstukken 27, 28 aangeduid is. Uiteraard kan op de bovenreservoirs nog een pompleiding 20 (niet weergegeven) aangesloten zijn, waartoe zo nodig water bijgevuld kan worden uit het omgevingswater.

De kleppen en aansluitende leidingen moeten uiteraard voldoende groot en voldoende in aantal zijn, omfte gewenste voluraestroom te kunne o realiseren bij geheel vrijgemaakte uitlaat voor A1B-] resp. inlaat 25 ^2’ B2*

In een geschikte uitvoering wordt bijvoorbeeld een verplaatsing fan plm. 4000 m3 water in 40 seconden mogelijk gemaakt.

Het systeem moet voor gebruik worden "opgeladen" door leegpompen ran de onderste reservoirs A2, B2 en volpompen van de bovenste reser-30 roirs Ai, Bi.

Het is daarom voordelig om de reservoirs twee aan twee boven jlkaar te plaatsen.

Door overpompen van water uit het onderste naar het bovenste reservoir heeft dan geen verstoring van het evenwicht plaats.

35 Dit overpompen kan daarom reeds tijdens de compensatieprocedure 7811837 _ 6 _ plaatsvinden, als het onderste reservoir niet meer geheel leeg is en het bovenste reservoir niet geheel vol.

Het regelsysteem.

De voor een bepaalde verandering in de belading berekende veran-5 dering in compensatiekrachten wordt vertaald in een gewenst waterni-veau in elk reservoir, of in een gewenst volume waterverplaatsing (setpoint).

Bij niveau-regeling wordt het waterniveau continu gemeten. Als do gemet.en waarde afwijkt van de gewenste waarde, wordt een klep geopend.

10 Per reservoir kan een meervoud kleppen van onderling verschillen de capaciteit worden toegepast. Keuze en aantal der geactiveerde kleppen wordt dan bepaald als een functie van het verschil tussen de voor horizontale ligging gewenste waarde en de gemeten waarde van het waterniveau.

'15 Een tweede mogelijkheid wordt gevormd door volumeregeling. In dir geval wordt de stand van de kleppen gemeten. Met behulp van de bijbehorende klep-karakteristieken, welke als vast gegeven in de computer zijn ingevoerd, wordt de volumestroom naar de tijd geïntegreerd tot , het gewenste volume bereikt is.

20 De op elk ogenblik gewenste waarden voor de waterniveau's (of volumina) voor het handhaven van horizontale ligging worden rechtstreeks berekend uit de aanwijzingen van de diverse meetopnemers op de kranen (zwenkhoek, tophoek, last).

Met behulp van allerlei bekende gegevens (zoals gieklengte, af- 25 stand draaipunt kraan tot draaipunt giek, positie zwaartepunt kraan-ïuis en contragewicht, enz) wordt de benodigde verandering van de sompensatie-krachten berekend.

In deze berekening kan de invloed van verscheidene belastings-crachten verdisconteerd worden.

50 Met betrekking tot de in fig. 3 en 5 hiervoor aangeduide meetge- ;evens zijn onderstaand formules bepaald voor de berekening van de seide compensatiekraóhten A^ en Bj^, bij het werken met twee kranen 14 »n 15, rekening houdend met: gewicht van de last in hoofdhijsblok G^, Gg 35 - eigen gewicht van de kranen, verdeeld in gewicht kraanhuis Gg i__ 78 1 1 8 3 7 fl 7 kraantop G^ en contragewicht G^.

In de formules is telkens bij de indexen de letter A of B toegevoegd voor aanduiding van de kraan, waarop de gegevens betrekking hebben, n.l. A voor kraan 1*f en B voor kraan 15 in fig. 3· 5 Zie verder ook de aanwijzingen in fig. b voor de afstanden tot X- en Y-as.

De formules kunnen uiteraard uitgebreid worden voor compesnatie van de lasten in de hulphijsblokken GA 2 3’ GB 1 2 en voor Sebruik van nog meer kranen.

10 Voorbeeld berekening compensatiekrachten: + i (Ga+Gta)(PA+lAcos ƒ A) + gha RhA+GcARCA · ( Si°^ A _ C0SK .

b “ a - i (Gj+Gtb)(P Β+1β cos^ fl) + GhbShb+GcbRcb .

sin D _ cos $ -o 15 <—Γ1 + 5 - i (Ga+GtA5 (PA+1AC0S Ϋ A^ + ÖHA ¾A+GCAECA * sin $. cos 2^.

(-“b— + a } + £ (Gg+Gjjig) (Pg+lgCOs ΫB) + Ghb%B+GCBRCB .

sin ^ n cos $ „ 20 ( a - -£ ) b a 78 1 1 8 37 _ 8 _

Er is een speciale procedure ingebouwd om lasten op het dek te kunnen plaatsen en van het dek te kunnen opnemen.

In het geval dat de kraanhaak zich boven het eigen dek bevindt, worden bij verandering van de grootte van de last G de waarden A0 5 en Bq aangepast.

In fig. 3 is verder schematisch de lerwerking van de gegevens in de computer aangeduid n.l. in Afd. I (invoer opgenomen waarden),

Afd. II (vergelijking met berekende vaste programmawaarden) en afd.IIl! (omzetting in commando-gegevens voor de kleppen, waarbij deze laatste 10 door VA en Vg aangeduid zijn).

Voorbeeld van de compensatie-procedure.

In fig. 6 is te zien, dat de kraan 14, waarvan alleen de giek weergegeven is, zich evenals in de overige figuren aan de uiteinden van een dwarsas van het werkplateau nabij een eindzijde daarvan be-15 vindt, en wel boven de kolom 6.

Eenvoudigheidshalve wordt uitgagaan van één kraan, waarbij het eigen gewicht niet wordt gecompenseerd (zie fig. 5 en 6).

We kunnen dan voor de berekening van de compensatie-krachten de eenvoudige formules gebruiken, die hiervoor inleidend onder het 20 hoofd ’’Compensatiesysteem met twee compensatiekrachten” opgenomen werden.

Voor de berekening van de plaats van de last gebruiken we de zwenkhoek en de radius van de kraan, en nemen aan dat het hart van de kraan samenvalt met de werklijn van compensatiekracht A, d.i. met de 25 as van de kolom 6 onder de kraan 14. dan geldt: x = a - R cos ϋ y = b + E sin $ A =s -JG (2 - — cosÜ + E sinÜ ) a -ff B 5 £G ( - — oosO - ^ sint' ) s o 50 i/e kunnen nu,als een getallenvoorbeeld, ‘ aannemen a = ^3 m b a 3k m.

Volume van alle reservoirs: kOOQ m^ ”_Kraancapaciteit: G = 2700 ton bij R = 32 m._ 7811837

Claims

5 Br wordt nu een last van 2700 ton van een draagvlak buiten het vaartuig opgenomen. Uit de formules volgt dat de gewenste compensatie* krachten A 3970,6 ton en B -1270,6 ton bedragen. De horizontale ligging blijft gehandhaafd, doordat tijdens het opnemen van de last klep A^ 3970,6 m3 water uitlaat, terwijl klep B^\270,6 m^ water inlaa:.
10 De dan aanwezige vulling van de reservoirs is in het tweede vak van boven in fig. 6 aangegeven· De kraan zwenkt nu van positie I naar positie II, waarvoor zich uit de formules laat berekenen, dat de gewenste compensatiekrachten in positie II bedragen?
15 A = 3704,7 ton en B = 1004,7 ton. De horizontale ligging van het vaartuig blijft gehandhaafd, doordat tijdens de manoeuvre klep A2 265,9 m3 water inlaat en klep B>j 2275»3 water uitlaat. De dan ontstane reservoirvulling is in het derde, vak van fig. 6 aangegeven.
20 Na het neerzetten van de last uit dé positie II op een draagvlak buiten het vaartuig, zijn A en B, evenals in de uitgangspositie, gelijk aan 0. De horizontale positie blijft gehandhaafd, doordat tijdens het neerzetten de voorafgaand genoemde compensatiekrachten opgeheven wor- 25 den, waartoe klep A2 3704,7 ra^ water moet inlaten en klep B2 1004,7 o3 water moet inlaten. De dan ontstane vulling van de waterreservoirs is in het 4e vak van fig. 7 weergegeven. 5_2_N_C_L_ïï_S_Ï_5_§·
1. Stabiliseringssysteem voor een werkvaartuig met in de werktoe- 50 stand onderewatëf^gefegen scheepsrompen waarop holle kolommen geplaatst zijn, die een boven de waterspiegel gelegen werkplateau met een of neer zware kranen dragen, waarbij het stabiliseringssysteem boven en cnder de omgevingswaterspiegel gelegen waterballastreservoirs omvat »n enerzijds de uitstorting van water uit de bovenwaterreservoirs 781 1 8 37 anderzijds de inlaat van water in de onderwaterballastreservoirs door regelkleppen selectief beheerst wordt in afhankelijkheid van ogenblik tot ogenblik van het kraanlastraoment tijdens de lastmanoeuvre, met het kenmerk, dat de regelkleppen der onderwaterballastkamers 5 waterinlaatkleppen zijn in die kamers, die overigens van het omgevings-water afgesloten zijn.
2. Stabiliseringssysteem volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat een pompinrichting aangebracht is, waarmede het water uit de onderwaterballastkamers naar de bovenwaterballastkamers verpomp-10 baar is.
3· Stabiliseringssysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat slechts aan de uiteinden van een dwarsas van het vaartuig aan een eindzijde van het werkplateau een op een onderwater-rorap gemonteerde, van een boven- en onderwaterballastkamer voorziene 15 kolom toegepast is, waarbij elk der kranen boven een dezer kolommen gemonteerd is. k. Stabiliseringssysteem volgens conclusie 3>met het kenmerk, dat het hart van de kraan in hoofdzaak samenvalt met de gemeenschappelijke as van het boven- en onderwaterreservoir in de onder 20 de kraan gesitueerde kolom.
5. Stabiliseringssysteem volgens conclusie 3 of met het kenmerk, dat bij een kraanmanoeuvre tijdens het buitenboord optillen van een last door een in de langsrichting van het vaartuig overstekende kraanarm een bovenwaterballastkamer in afhankelijkheid van de toe-25 nemende momentbelasting geledigd wordt en aanvullend een deel van de benedenballastkamer aan het tegenoverliggende aseinde door het openen van de watertoelaatklep daarvan gevuld wordt, vervolgens tijdens het zwenken van de kraan over een hoek van 90° naar een tweede buitenboord-positie de stabilisering tot stand gebracht wordt door wateruitlaat uit 30 de aan het laatstgenoemde aseinde gelegen bovenballastkamer en aanvullende inlaatregeling van water in de onder de werkzame kraan liggende benedenballastkamer, terwijl bij het neerzetten van de last na voltooide zwenking de stabilisatie tot stand gebracht wordt door watertoe-laat in de benedenballastkamers onder de werkzame kraan en toelaat van 35 water in de benedenballastkamer aan het tegenoverliggende dwarsaseinde. 781 1 8 37
6. Stabiliseringssysteem volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de door wateruitlaat uit de boven-ballastkamers en waterinlaat in de benedenballastkamers voor stabilisatie te verkrijgen compensatiekrachten tijdens een kraan-manoeuvre 5 voortgaand berekend worden als functie van de voor de gegeven kraan-armpositie en kraanlast vereiste water.niveau of -volumina in de wa-terballastkamers en de betrokken kleppen geactiveerd worden als functie van het verschil tussen de gewenste en gemeten waarden van het waterniveau of watervolume in de betrokken waterballastkamers. 10 7* Stabiliseringssysteem volgens conclusie 6,met het ken merk, dat een volumeregeling toegepast wordt, waarbij de stand van de kleppen van ogenblik tot ogenblik gemeten wordt, waarbij de klepkarakteristiek als vast gegeven wordt ingevoerd en de volumestroom naar de tijd geïntegreerd wordt tot het gewenste volume voor de te 3.5 verkrijgen compensatiekrachten voor elke der waterballastkamers bereikt is.
8. Stabiliseringssysteem volgens conclusie 6 of 7,met het kenmerk, dat per waterballastkamer meerdere kleppen van verschillende capaciteit toegepast worden en keuze en aantal van ge-20 activeerde kleppen per waterballastkamer tijdens de kraanmanoeuvre op elk ogenblik bepaald wordt als een functie van het verschil tussen de gewenste waarde en de gemeten waarde van het waterniveau of watervolume in de betrokken waterballastkamers. 7811837