NL8600145A - Deiningsdemper. - Google Patents

Description

i I

r -1- 25317/CV/tl

Korte Aanduiding: Deiningsdemper.

Men weet dat zeer vele sectoren van activiteit en, die betrekking heb--. ben op de waterbouw groot voordeel zullen kunnen trekken uit de aan-5 wezigheid van een deiningsdempingsinrichting die van goedkope opbouw zal zijn en slechts een minimum aan onderhoud zal vereisen, daarnaast bestending is tegen weersinvloeden ,het navigeren van schepen van kleine tonnage niet hindert en geen storende invloed heeft op het aanzicht van een bouwplaats.

10 Onder de mogelijke toepassingen van een dergelijke inrichtingen kan men als niet beperkende uitvoeringsvoorbeelden noemen: de vermindering van geklots in havens en natuurlijke schuilplaatsen, de bescherming van dijken,die gevaar lopen vermoeidheidverschijnselen te gaan vertonen, 15 de bescherming van off-shore installaties (platformen van ieder type, ondergedompelde opslagreservoirs,enz.), de verbetering van de veiligheid van op zee uit te voeren werkzaamheden (verhalen van constructies,samenbouwen van voorgefabriceerde elementen, terugwinnen van koolwaterstoflagen, enz.), en zelfs eventueel, 20 de terugwinning van de energie van de golven en van de deining.

Men heeft reeds een groot aantal inrichting voorgesteld ,die trachten effecten van dit type voort te brengen. Men vindt in het bijzonder een nagenoeg uitputtend overzicht van studies over dit onderwerp in het rapport R 727 uitgegeven in mei 1971 door het Departement van de 25 Marines van de Verenigde Staten van Amerika. De tot nu toe voorgestelde inrichtingen doen echter een beroep op materiële elementen,die in het algemeen de van oorsprong viskeuse dempingseffecten tussen beide laten komen terwijl,daar de deining een verschijnsel van het periodiek oscillerende type is het bij het streven naar demping meer belovend lijkt 30 middelen toe te passen resulterende uit gebruikelijke matematische berekeningen in deze golfvormige verschijnselen.

De uitvinding mikt nauwkeurig op een geheel nieuw type inrichtingen bedacht uitgaande van het begrip van een verschijnsel, dat zal worden aangeduid onder de naam van " muur van oscillerend water", en waarvan de 35 vorming ,berustende op theoretische berekeningen van golfverschijnselen van dit type, het mogelijk maakt in de praktijk de gezochte resultaten te Γ> vO ^ Λ if L ; -> ϊ ί -2- 25317/CV/tl verkrijgen met behulp van materiële elementen,die zowel eenvoudig goedkoop als. weinig omvangrijk zijn.

Om het begrijpen van de uitvinding te vergemakkelijken zullen hierna eerst kort de basistheoriën waarop de uitvinding berust worden 5 uiteengezet.

Beschrijving van het verschijnsel van de muur van oscillerend water.

Men kan twee mogelijke gevallen beschouwen volgens de diepte van het water op het punt van installatie: 10 IHerste geval: de diepte van het water is klein ten opzichte van de lengte vancfe golf van de invallende deining.

Indien men in dit geval een caisson beschouwt in de vorm van een parallellepipedum van lengte L en van hoogte h, opgesteld op de bodem 15 van de zee,loodrecht gericht op de invallende deining wordt het systeem van verre golven gevormd door de invallende golf ^1, de teruggekaatse golf ζβ R en de doorgenoemde caisson omgebogen golf Cp D .

Dit is weergegeven door fig.1 van de bijgaande tekening.

Indien men nu veronderstelt dat een willekeurige mechanische 20 inrichting,zoals bijvoorbeeld een hydraulische verstelcilinder 1 genoemde caissan brengt in een afwisselende horizontale translatiebewe-ging van vergelijking X (t) = A elwt gaat zich op het voorgaande golfsysteem dus een systeem plaatsen van twee uitstralings-golven φ r en φτ welke zich aan weerszijden van het .caisson voort-25 planten. Dit is weergegeven in fig.2 van de bijgaande tekening.

Het is dan duidelijk door op,"geschikte wijze de amplitude A van de beweging van de verstelcilinder 1 te regelen meh er steeds zorg voor kan dragen dat j rdezelfde amplitude heeft als ψΏ, terwijl door het regelen van de afwisselende bewegingsfase van de verstelcilinder men 30 steeds er voor kan zorgen datφτ in fase tegengesteld is a.snyd, moment waarop de golven^* enj"D elkaar onderling vernietigen om dus een ideale deiningsdemping tot stand te brengen,

Indien men op het matematische vlak de* Newton vergelijkingen opschrijft, die de bewegingen beheersen van een vast lichaam onder de wer-35 king van traagheidskrachten, van hydrodynamische krachten en van verbin-dingseffecten stelt men vast,dat er altijd tenminste een deiningsperiode \ ^ Λ Ί / ·· j ·_, 'j J *",· fc i -3- 25317/CV/tl bestaat voor welke de inrichting zijn kwaliteiten van ideale dempings-inrichting behoudt indien men de verstelcilinder 1 vervangt door een eenvoudige veer van stijfheid K. In dat geval neemt men dus op de voorzijde van de caisson een verschijnsel van zuiver geklots waar.

5 Dit is wat weergegeven is door de fxg.3.

Bovendien is het nog mogelijk aan de massa van het caisson een waarde M te geven voor welke de coefficient K nul wordt. Op dat tijdstip realiseert men een ideale deiningsdemper met caisson,maar zonder dat het noodzakelijk zal zijn dit caisson op een of andere wijze te doen bewegen.

10 Ten slotte bestaat er voor het caisson,indien de hoogte h vast is, een breedte L voor welke de massa M in kwestie gelijk is aan de massa van het verplaatste volume water. Op dit tijdstip is het caisson equivalent aan een eenvoudig omhulsel gevuld met water en welke slechts onderworpen is aan vertciale krachten. Onder deze omstandigheden is er 15 geen enkel bezwaar de zijwanden van het caisson weg te laten zodat men zo een idealè dempingsinrichting tot stand brengt door het caisson te vervangen door een horizontale plaat met kleine dikte e , met een klein po-sietief drijf vermogen, en vastgelegd met gespannen kabels 2,2f.

Met andere woorden, en in theorie,is het dus mogelijk een "ideale" 20 deiningsdempingsinrichting te bedenken,dat wil zeggen volledig een invallende golf te vernietigen met behulp van een eenvoudige enkele plaat van geschikte afmetingen,en ondergedompeld op de geschikte diepte,zodat de schijf water begrenst onder deze plaat dus horizontaal oscilleert met de gewenste amplitude en fase waarvoor deze demping zal zijn vervaardigd. Het 25 is dat wat men het verschijnsel van de muur van oscillerend water heeft genoemd en dat is weergegeven door de fig.4.

In de praktijk is het duidelijk dat het aantal en de grootte van de parameters, die werkelijk tussen beide komen zodanig zijn,dat mei slechts een maximaal dempingsrendement kan trachten te vinden,dat wil zeggen 30 optimaal,in de gegeven omstandigheden een zodanig rendement gegeven zijnde door de formule r - 1- overgebrachte energie invallende energie.

Men heeft zo kunnen constateren dat bijvoorbeeld voor een plaat 35 met lengte L = 12 m met een dikte van e = 0,24 m, ondergedompeld op een 1,5 m van het vrije oppervlak door 11 meter van de bodem het ren- .’-i r* "> .· ί 7 -4- 25317/CV/tl ...

dement R, in percentage , varieert als functie van de periode van de deining ,volgens een kromme weergegeven door de fig.5. Het blijkt dus dat in het eerste geval dit rendement uitstekend is over een groot gebied van frequenties .

5 Tweede geval: de diepte van het water is groot ten opzichte van de lengte van de golf van de invallende deining.

Om realistische vormgevingen te krijgen uit het oogpunt van de technologie zal in dit geval het verschijnsel van de "muur van water" worden ontkoppeld onder het vervaardigen van een fictief caisson welke 10 als hoogte h de afstand heeft ,welke het plafond van een bovenste plaat P^ scheidt van de vloer van een onderste plaat P^. Dit is weergegeven in de fig.6.

Op dezelfde wijze als in het eerste geval heeft men de rendementen kunnen herleiden als functie van de periode van de deining,voor een 15 inrichting welke is samengesteld uit twee boven elkaar geplaatste platen van 12 meter lang en van 0,24 m dik-, ondergedorapeld door 20 meter van bodem , de een op 14 meter van de bodem,en de ander op 18 meter van de bodem, dat wil zeggen gescheiden in hoogte op 4 meter van elkaar.

Men verkrijgt zo de kromme weergegeven in de fig.7 die eveneens een 20 zeer tevredenstellend rendement laat blijken in een redelijk interval van frequenties.

Het zal duidelijk zijn,dat het zowel mogelijk en gewenst is de inrichtingen van de twee typen samen te voegen,hetzij in serie,dat wil zeggen de een achter de andere op het traject van de deining,hetzij evenwij-25 dig aan elkaar,dat wil zeggen de een boven de ander opgesteld.Dit is resp. weergegeven in de fig.8 en 9·

In fig.8 is de dempingsinrichting van lange deining voorop geplaatst en wordt gevormd door twee platen 3,3',terwijl de dempingsinrichting van korte deining ,gevormd door twee platen 4, 4', daarachter is opgesteld 30 en op een lagere diepte dan de eerste .

Indien men nu overgaat naar het plan van concrete uitvoeringen kunnen deze zeer verschillende vormen aannemen volgens: -de diepte van het water -de belangrijkheid van de vloedverhoging 8500 145 35 a « -5- 25317/CV/tl - de' aard van de bodem - de kenmerken van de invallende deining - de bestsaade verrichtingen voor de demping van de deining.

Het aantal in ogenschouw te nemen parameters om de voor een 5 bepaalde plaats het best geschikte dempingsinrichting te bepalen is dus zeer aanzienlijk. Deze omstandigheid is niet zeer dwingend in het kader van de uitvinding,omdat het verschijnsel van de muur van oscillerend water dus een verschijnsel is van golvende aard welke men gemakkelijk door de berekening kan begrijpen, wat ook de gecompliceerdheid van de 10 toegepaste inrichting is,en dit in tegenstelling met vroegere deinings-dempingsinrichtingen, die gebruik maakten van de van oorsprong viskeuse dempingseffecten. Men kan dus een compleet voorontwerp bedenken uitgaande van reeds bestaande matematische modellen (optimalisering van de hydrody-namische werking, berekening van construct!es,krachten overgebracht op de 15 verankeringen,enz.).

De toevlucht tot experimentele proeven op verkleinde modellen is dus niet noodzakelijk dan om de geldigheid van de theorethische vermoedens te bevestigen voor concretisering van het project.

Als voorbeeld heeft men in fig.10 een denkbare vormgeving in een 20 bepaald ongunstig geval schematisch weergegeven waar: - de vloedverhoging belangrijk is - de diepte van het water belangrijk is - de gesteldheden van de zee zeer slecht kunnen zijn en - de aard van de bodem het niet toestaat belangrijke verankerings-25 krachten op te nemen.

In het weergegeven geval,dat vergelijkbaar is met dat van fig.8, zijn de twee opeenvolgende dempingsinrichtingen samengesteld uit vier platen als volgt:

P.j : dikke platen bestand voor het verminderen vanj 30 de dynamische krachten overgebracht op de J

verankeringen ondersteund door

Pg : platen voor het dempen van de langs deining afrolorganen 5 waarvan de onderdompeling variabel is _^ • 35 « 5 -6- 25317/CV/tl ή dubbele plaat welke de korte deining dempt en 1 waarvan de onderdompeling variabel is,ondersteund _J door afrolorganen 5'.

5 De kabelafrolorganen 5 en 5' ,welke het mogelijk maken om de onderdompeling van de plaat en van de dubbele plaat (P^, P^) optimaal te maken behoeven slechts zeer kleine krachten te ontwikkelen indien men rekening houdt met het feit dat beweging van de toestand van de zee altijd zeer traag is.

10 De bediening van deze afrolorganen kan meer of minder spitsvondig zijn al naar men een optimalisering als functie van de vloedbeweging alleen zoekt of meer in het algemeen van de toestand van de zee. In het eerste geval wordt de bediening bestuurd door een eenvoudige drukmeter, terwijl in het tweede geval de bediening noodzakelijkerwijs moet worden 15 bestuurd door een microcomputer.

Bovendien kan de bediening van de afrolorganen in werkelijke tijd nog worden beheerst ten einde de stamp en rolbeweging van de plaat P^ of van de dubbele plaat P^, P^ tot nut te maken om geheel of gedeeltelijk de energie van de invallende golven te absorberen; hetzij om deze 20 energie terug te winnen hetzij slechts om de voor de werking van de afrolorganen noodzakelijke energie te levéren.

Het voorgaande voorbeeld is uiteraard slechts in de hoedanigheid van mogelijke uitvoeringsvorm gegeven en zonder enig beperkend karakter, waarbij de uitvinciLng alle verenigingen en combinaties dekt van " muren 25 van oscillerend water” scheppende balken,die tot effect hebben de gevolgen te verminderen van het verschijnsel van deining,en dit in het bijzonder maar niet uitsluitend in de bij het begin opgesomde toepassingen.

Zo tonen de fig.11 tot 13 een praktische uitvoeringsvorm van de uitvinding in zijn toepassing van de bescherming van een in slechte toestand 30 verkerende dijk·.

In fig.11 heeft men schematisch de te beschermen dijk weergegeven, aangeduid door de verwijzing D,evenals de hoogtelijnen op 5,10,20,30,35 en 40 meter,en de richting H van de dominerende deining.

Volgens de uitvinding is de bescherming van deze dijk verkregen met 35 behulp van een plaat van 12 meter breedte en 1,2 m dikte,loodrecht gericht op de richting H en ondergedompeld over 3 meter boven de bodem n · ; '· · ’ .·.

-7- 25317/GV/tl * Μ van 35 meter,zoals weergegeven in fig.12. De plaat heeft een sterk positief drijfvermogen,is vervaardigd uit een stijf en licht materiaal bedekt met een huid van 10 mm dikte.Ze wordt vastgehouden door kabels C,die op 1 meter van ieder rand van de plaat zijn bevestigd en aan de bodem zijn 5 verankerd door zware verankeringsorganen opgesteld op 8 meter aan weerszijden van de langsas van de plaat. Deze kabels hebben een stijfheid van 10 .000 ton per meter voor een tussenruimte van de kabels van 10 meter in de richting evenwijdig aan de deiningsbrug.

Het rendanent verkregen door dit systeem is weergegeven door de 10 kromme van fig.13 en kan worden beschouwd als geheel tevredenstellend zijnde,te weten gelegen tussen 80 en 100% voor de deiningsperiode gaande van 4, 5 tot 7 seconden.

Men kan dus beschouwen dat de dijk D effectief is beschermd tegen de invloeden van de deining in de meest gebruikelijke omstandigheden 15 dank zij de inrichting volgens de uitvinding waarvan de eenvoud duidelijk is.

O ; * „·

Claims (13)

1. J- fc | '} V V 5 ) 35 ί ί , I -9- 25317/CV/tl

1. Werkwijze voor het teweegbrengen · van de demping van de invloeden van de deining met het oog op de bescherming van werken of installaties aan de kust of buitengaats,met het kenmerk,dat de werkwijze bestaat uit het,uitgaande van de invallende deining ,scheppen van een verschijnsel 5 van golvende aard,welke zich materialiseert in de vorm van een "muur van oscillerend water" onder het voortbrengen van een systeem van uitstra-lingsgolven waarvan de samenstelling met de omgebogen golf stroomafwaarts van de genoemde " muur van oscillerend water" bewerkstelligd een resultante nul of van kleine amplitude geeft.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk,dat het genoemde verschijnsel van golvende aard tot stand wordt gebracht door een parallellepipedum vormig caisson,dat is opgesteld op een zekere diepte loodrecht op de invallende deining en welke een zodanige massa bezit,dat hij in oscillatie geraakt met een amplitude en een fase welke de annulering 15 of de aanzienlijke vermindering tot stand brengt van de afgebogen golf gevormd aan de benedenstroomse zijde van het caisson, en dit voor een groot gebied van periodes van de invallende deining.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,dat het caisson wordt gevormd door een eenvoudig met water van de omgeving gevuld omhulsel 20 en waarvan de afmetingen zodanig zijn ,dat de massa van het caisson gelijk zal zijn aan de massa van het verplaatste watervolume,terwijl het omhulsel slechts is onderworpen aan verticale krachten.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de genoemde oscillatie in massa die is van de gehele kolom' water 25 opgesloten te midden van het genoemde omhulsel en dat deze laatste geen zijwanden bezit zodat het genoemde verschijnsel van golvende aard die zal zijn van een " muur van oscillerend water".

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk, dat de "muur van oscillerend water " wordt verkregen door onderdompe- 30 ling van althans een plaat met kleine dikte ten opzichte van zijn andere afmetingen op een afstand van de bodem zodanig dat de massa water gelegen tussen de genoemde plaat en de bodem gelijk is aan de genoemde massa van het caisson,terwijl de genoemde plaat slechts is onderworpen aan verticale krachten. -”\ *> «Λ 7 v*

6. Inrichting voor de demping van de deining op een gegeven plaats,in het bijzonder met het oog op het bescbrmen van deze plaats door het in werking stellen van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies,met het kenmerk,dat indien de waterdiepte klein is ten opzichte 5 van de lengte van de golf van de invallende deining hij een horizontale plaat omvat van kleine dikte ondergedompeld op een bepaalde diepte en dat de genoemde plaat is bevestigd op stijve steunen of een weinig positief drijf vermogen is verleend en verankerd is met behulp van gespannen kabels zodanig dat de genoemde "muur van oscillerend water" wordt ge-10 vormd door de kolom water gelegen tussen genoemde plaat en de bodem.

7- Inrichting voor de demping van de deining op een gegeven plaats in het bijzonder om deze te beschermen onder het in werking stellen van de werkwijze volgens een der conculsies 1 tot 5,met het kenmerk,waar de waterdiepte groot is ten opzichte van de lengte van de golf van de in-15 vallende deining de genoemde " muur van oscillerend water" tot stand wordt gebracht tussen twee boven elkaar geplaatste platen,die op verschillende dieptes zijn ondergedorapeld en op deze dieptes worden vastgehouden.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7,met het kenmerk,dat met het 20 00g op het vergroten van het gebied van frequenties voor welke de werkwijze doeltreffend is men meerdere van dergelijke "muren van ocsillerend water" met elkaar,hetzij in serie, hetzij parallel verbindt.

9. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 6 tot 8,met het kenmerk,dat de inrichting is voorzien van twee of meer boven elkaar 25 geplaatste ondergedompelde platen die op verticale afstanden van elkaar zijn gelegen,zodanig dat de massa’s water gelegen tussen deze platen oscilleren volgens het verschijnsel van de "muur van oscillerend water".

10. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 6 tot 8,met het kenmerk,dat de inrichting is voorzien van twee of meer horizontaal op 30 afstand van elkaar gelegen platen,die op zodanige dieptes zijn ondergedompeld, dat de tussen deze platen en de bodem gelegen watermassa's oscilleren volgens het verschijnsel van de "muur van oscillerend water".

11. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies 6 tot 8,met het kenmerk,dat de inrichting is voorzien van twee of meer opstellingen van 35 ondergedompelde platen,die zijn opgesteld met horizontale tussenruimtes terwijl de genoemde opstellingen ieder zijn voorzien van twee of meer . . : 0 -10- 25317/CV/tl boven elkaar opgestelde plaatsen,die op verschillende verticale afstanden zijn gelegen zodanig,dat de daartussen gelegen watermassa's oscilleren volgens het verschijnsel van de " muur van oscillerend water".

12 Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der con-5 clusies 1 tot 5,met het kenmerk,dat de inrichting bestaat uit althans een plaat,welke ten opzichte van zijn andere afmetingen een kleine dikte heeft en die is ondergedompeld boven de bodem op een regelbare hoogte.

13. Inrichting volgens conclusie 12,met het kenmerk,dat de regeling van de onderdompeling van althans een van de platen op optimale wijze 10 wordt bewerkstelligd als functie van de kenmerken van de opstelling-plaats(diepte, vloedverhoging) en van de kenmerken van de invallende deining (periode en amplitude) resp. met behulp van drukmeters of microcomputers. 15 - Λ -S\ t 1 ; i } ΰ