NO127961B - - Google Patents

Description

Styringssystem for rullingsstabilisåtoranlegg for skip.

Denne oppfinnelse vedrører et styringssystem for rullingsstabilisåtoranlegg for skip, omfattende en avlang tank som strekker seg på tvers av skipet i det vesentlige over skipets hele utstrekning og er delvis fylt med væske som har fri overflate over hele tanken når denne er i nøytral stilling og innretninger for fylling og tømming av tanken.

Det antas at en passiv tankstabilisator med fri overflate

er med hensyn til drift stabilisatorer av U-rørtypen overlegen. Denne overlegenhet skyldes delvis det faktum at passiv tankstabilisator med fri overflate er slik eit operasjonsfrekvensen avstemmes ved løft-ning eller senkning av vaeskenivået, hvilket igjen vil si at stabilisatoren kan dekke et stort område med hensyn til stabilitetsforhold.

Ved passiv tankstabilisator med fri overflate velges og styres væskenivået manuelt for å bringe det i samsvar med skipets rullingsperiode. Som kjent øker skipets rullingsfrekvens når den métasentris-ke høyde øker. Mens frekvensen for det passive tankstabilisatorsy-stem med fri overflate kan opprettes eller fastlegges ved konstruk-sjonsbetraktninger eller kalkulasjonsbetraktninger, er hovedsakelig konfigurasjonen og væskemassens dybde eller høyde, virkningen av de således frembragte svingninger nesten fullstendig avhengig av opp-rettelsen av en faseforskyvning og avstemmingsforholdet mellom momentkreftene i tanken og rullingen av skipet som inneholder tanken.

Mer spesielt kan nevnes at den frie overflates momentvek-tor som er en funksjon av tankens rullingsfrekvens og rullingsvinkelen for delvis fylt tank, induseres til å forsinke skipets rulling ved (ideelt) 90° på grunn av tankens utforming eller innføring av dempningsinnretninger eller begge deler, for således å hindre far-tøyets rulling og samtidig motvirke tendensen til å rulle forbi nor-malen til bølgehellingen på hvilken fartøyet seiler.

Tidligere har det vært vanskelig å opprettholde under drif-ten riktig faseforhold mellom momentkreftene som frembringes av en væske som strømmer i en passiv tankstabilisator med fri overflate og skipets rullingsbevegelse. Derfor vil stabilisatoren virke med en virkningsgrad som er under den maksimale hver gang det nevnte faseforhold kommer utenfor de forutsatte grenser. Hittil har man benyttet tilnærmelsesmetoder for å korrigere dette forhold og man har bestemt seg for manuell avlesning av skipets rullingsperiode som et middel til fastsettelse av de grunnleggende stabilitetsforhold og i samsvar med disse har man så benyttet manuell innstilling av væskenivået med tanke på å oppnå best mulig virkning. For disse tankstabi-lisatorer som hovedsakelig arbeider med fast væskenivå, ér det derfor nødvendig at en operatør stadig må foreta avlesninger av rul-lingsperioder og foreta kontinuerlig omregulering av væsken i tanken etter å ha tatt en bestemmelse om han skal tilføre eller fjerne væske og hvor meget.

Hensikten med oppfinnelsen er å sikre at faseforholdet i en passiv tankstabilisator med fri overflate opprettholdes under al-le driftsforhold, slik at stabilisatoranlegget alltid vil arbeide med maksimal ytelse uten at de omtalte problemer opptrer. Styrings-systemet ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at systemet omfatter innretninger som avføler væskens bevegelse i tanken, innretninger som avføler skipets rullingsbevegelse og styreinnretninger som påvir-kes av begge avfølingsinnretninger i fellesskap og styrer midler for bevegelse av væske ut og inn av tanken for å forandre væskenivået i tanken, slik at faseforskyvningen mellom skipets og væskens svingebevegelser ligger innenfor et bestemt område,, på omtrent 90°. Andre trekk ved systemet ifølge oppfinnelsen fremgår av underkravene. Ved et skip som ruller med en frekvens som ligger vesentlig utenfor skipets naturlige frekvens, kan en tankstabilisator med fri overflate og konstant væskenivå forårsake en viss avstabilisering. Denne ulempe er unngått ved utførelsen ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksem-pel under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 illustrerer skjematisk systemet ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 er et diagram hvor rullingsvinkelen, dvs. amplituden er vist som funksjon av bølgelengden. Det er vist kurver for tre tilfelle og kurvene illustrerer frekvensforløpet for et ikke stabilisert skip, et skip med passiv tankstabilisator med fri overflate og et skip stabilisert ved hjelp av systemet ifølge oppfinnelsen.

På fig. 1 er vist et system med en passiv stabilisatortank 10 med fri overflate anordnet i et ikke vist fartøy med tankens leng-dedimensjon forløpende tverrskips. I samsvar med vanlig praksis er tanken 10 delvis fylt med væske 12 til en høyde som er forenlig med tankens geometri og indre hydrauliske dempning slik at tankens væskesvingning avstemmes etter skipets rullingsfrekvens og har en ideell faseforskyvning på 90° i forhold til denne. En slik stabilisatortank er beskrevet i det nevnte U.S. patent 3 054 373. Tanken 10 kan imidlertid ha en hvilken som helst passende utførelse så lenge den axbeider med væske med fri overflate. Som væske 12 kan benyttes hvilken som helst passende væske, såsom brenselolje, bunkerolje, væs-keformig last av forskjellige typer eller spesielle faste suspen-sjonsfluider, såsom boreslam e.l.

Arbeidsvæsken kan tilføres fra en reservetank 14 ombord

med passende størrelse som kan være hensiktsmessig inndelt ved flere skott for å hindre at tanken 14 reduserer GM eller tilfører skipet uønsket moment. En reverserbar pumpe 16 er anordnet til å tilføre eller fjerne arbeidsvæske til hhv. fra tanken. Hvis sjøvann benyttes som stabiliseringsvæske, er pumpen 16 i forbindelse med sjøen (ikke vist).

En transduktor 18 er anordnet i tanken 10 for å avføle tankens væskesvingning og for å frembringe et elektrisk signal som al-ternerer på en måte som svarer til væskens svingebevegelse. For-trinnsvis er uttakssignalet fra transduktoren 18 et elektrisk måle-signal som representerer momentet som meddeles skipet. Dette uttakssignal fra transduktoren 18 som representerer tankens væskesvingning, føres til en elektrisk fasekomparator 20 som mottar et signal fra rullingssensoren 21, som avføler rullingssvingningen av skipet og frembringer et tilsvarende elektrisk signal. Komparatoren 20 utvik-ler signaler som representérer faseforskyvningen mellom disse signaler og sender et uttakssignal til styreinnretningen 22 for pumpen som igjen frembringer styresignaler hver gang faseforskyvningen kommer utenfor de forutsatte grenser. Styresignalene går langs 2 3 til pumpen 16 for energisering av denne i den ene eller annen retning avhengig av styresignalene. Pumpen 16 holdes i gang og fortsetter å forandre væskenivået 12 til faseforholdet fra.transduktorens 18 uttakssignal igjen er innenfor det forutsatte område i forhold til skipets rulling. For beste drift har karakteristikkurver for opprett-holdelse av væskenivået fylling og tømming i form av hysteresekurver som skal forklares nærmere nedenfor. Uttakssignalene føres også til en indikator 24 som informerer en monitor når og i hvilken retning væskenivået i tanken 10 skal forandres hvis det er ønskelig med manuell betjening av pumpen 16.

Transduktoren 18 omfatter en innretning 26 for avføling av trykkdifferanse som tilveiebringes ved babord og styrbord trykkrør med inntaksåpninger 28 hhv. 30 anordnet under væskens overflate og innenfor tankens 10 motsatte sidepartier. Sensoren kan være direkte eller indirekte avlesende apparat som øyeblikkelig kan måle fysi-kalsk eller som differanse væskenivåene, kreftene eller vektene av væsken på avfølingsstedene. Det foretrekkes en trykkfølsom transduktor selv om en innretning som måler væskenivået, såsom en flottør eller en elektrisk bro med variabel motstand eller kapasitens, kan brukes. Måling av transduktortypen under overflaten foretrekkes fordi det finnes en stor forskjellighet av bølger med varierende profiler og høyde som kan opptre på væskens overflate avhengig av tankens utforming. Enkle eller flerdobbelte steder for sensorinnretningens inntak kan brukes med steder valgt i samme avstand mot styrbord og babord fra tankens senterlinje slik at der oppnås målinger av den minste og den største fase eller kan utvikles, hviike selvfølgelig er forenlige med styreenheten.

Som omtalt ovenfor tilføres det elektriske uttakssignal fra sensoren 26 til fasekomparatoren 20 som er et standardapparat og er alminnelig kjent. Komparatoren 20 kan f.eks. være en fasediskrimina-tor som frembringer et likestrømssignal (D.C.signal) i samsvar med faseforskyvningen av inntakssignalene.

Rullingssensoren 21 er et vanlig gyroskop eller en ekviva-lent innretning.

Pumpestyreenheten 22 kan omfatte et vanlig signalavfølings-apparat som mottar varierende likestrømssignal fra innretningen 20

og styrer pumpen 16 i samsvar med dette. Hvis det mottatte signal ligger innenfor det valgte område, frembringer innretningen 22 et in-dikasjonssignal ved uttaket 23 som indiserer ved 24 at tanknivået er i godtagbar stilling. Hvis likestrømssignalet fra enheten 20 faller under eller over det område som innretningen 22 er innstilt på, vil et tilsvarende styresignal komme frem ved uttaket 23 og gå til styre-pumpen 16 for betjening av pumpen i den ene eller annen retning for å frembringe det riktige signal for indikatoren 24. Om ønskelig kan systemet omfatte en pumpe som virker i én retning og det kan være anordnet reverseringsventiler som styres av innretningen 2.3. Innretningen 22 fortsetter å betjene pumpen 16 til uttaket fra innretningen 20 igjen faller vel innenfor det forutsatte område for å tvinge innretningen 22 til å désåktivére det resp. uttak 23 og tilføre et holdesignal til indikatoren 24.

Systemets pålitelighet er forbedret og pendling er. unngått ved utførelse av systemet for å virke som et automatisk feed-back servosystem, hvorved pumping vil stanse på det tidspunkt når væskenivået i stabilisatortanken er slik at 90° eller beste faseforhold eksisterer og avfølingskriterier for stansning av pumpingen vil virke over et merkbart mindre område med faseforskyvningsnøyaktighet enn det område som må overskrides i ikke-pumpetrinnet slik at kret-sen automatisk frembringer korrektivvirkning. Når anlegget er i drift, vil et holdesignal opptre på ledningen,23- så lenge tankens svingebevegelse ligger etter skipets.rullingsbevegelse i et,område innenfor 70 til 110°. Ved eller under 70° vil innretningen 22 betjene pumpen 16 for å sette igang tømning av tanken, hvilken tilstand fortsetter til rullingsvinkelen når 85° forskyvning, på hvilket tidspunkt signalet fra innretningen 22 returnerer til holdetilstand og tømningen stanses. Tilsvarende vil fyllingen ikke settes igang før tanksvingebevegelsen ligger etter skipets bevegelse med 110° eller mer hvoretter fyllingen fortsetter til forskyvningsvinkelens størrel-se ér redusert til f.eks. 90°, på hvilket tidspunkt innretningens 22 uttakssignal returnerer til holdetilstand. På denne måte igangset-tes fylling eller tømming bare når de forutsatte grenser på 70 eller 110° forskyvningsvinkel er overskredet og når engang fylling eller tømming er satt igang, vil den fortsette til vinkelen er innstilt til å ligge godt innenfor de godtagbare driftsverdier fra 85 til 90° forskyvningsvinkel.

Det foretrekkes at kretssystemet er slik innstilt med hensyn til servotilbakekoblingen at den diagnostiske indikasjon av feil-innstilling bare vil virke hvis faseforskyvningen ligger utenfor de forutsatte grenser for et bestemt antall sykluser. Hvis f.eks.kretssystemet er forutinnstilt for å godta operasjonsområdet med 80 til 90° faseforskyvning som brukbart for drift, vil innretningen 22 foreta korreksjon på basis av et gjennomsnitt fra to tidssykluser.

Det forekommer variasjoner ved det automatiske kontrollsy-stem, hvor indikatorlys viser at vannivået enten er for lavt eller for høyt for riktig faseforhold og manuell korreksjon kan foretas ved betjening av overskytningsenheten 25. Oppfinnelsen kan også brukes til automatisk kontroll eller indikasjon av korrekt nivå når tanken første gang er fylt for drift.

I diagrammet på fig. 2 viser abscissen bølgelengden i me-ter og ordinaten rullingsvinkelen i grader målt for dobbelt amplitu-de. I diagrammet på fig. 2 viser kurven A frekvensforløpet for et ikke stabilisert skip, kurven B er frekvenskurven for et skip utstyrt med en passiv tankstabilisator med fri overflate og med fast midlere væskenivå innstilt for resonans ved skipets naturlige rullingsfrekvens , mens kurven C viser tilfelle for samme skip og stabi-lisator som kurven B, men under bruk av systemet ifølge oppfinnelsen. Kurven B viser at systemet frembringer noe avstabilisering ved fre-kvensområdets ender. Denne avstabilisering skyldes en vesentlig forskyvning av væskens svingebevegelse fra den ideelle 90° faseforskyvning i forhold til skipets rullingsbevegelse. Ved utførelsen ifølge oppfinnelsen holdes frekvensene i nærheten av 90° faseforskyvning som beskrevet og derfor vil avstabilisering unngås samtidig som det oppnås maksimal stabiliseringsvirkriing i hele frekvensområdet.

Claims (4)

1. Styringssystem for rullingsstabilisatoranlegg for skip, om-fattende en avlang tank som strekker seg på tvers av skipet i det ve sentlige over skipets hele utstrekning og er delvis fylt med væske som har fri overflate over hele tanken når denne er i nøytral stilling og innretninger for fylling, og tømming av tanken, karakterisert ved at systemet omfatter innretninger (18,28,30) som avføler væskens bevegelse i tanken (10) , innretninger (21) som avføler skipets rullingsbevegelse og styreinnretninger (22) som på-virkes av begge avfølingsinnretninger i fellesskap og styrer midler (16) for bevegelse av væske ut og inn av tanken for å forandre væskenivået i tanken slik at faseforskyvningen mellom skipets og væskens svingebevegelser ligger innenfor et bestemt område, på omtrent 90°.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at avfølingsinnretningen for tankvæske omfatter en transduktor (18) som frembringer et elektrisk signal som svarer til væskens svingebevegelse, at avfølingsinnretningen for skipets rullingsbevegelse er en sen-sor (21) som også frembringer et elektrisk signal som svarer til skipets rullingsbevegelse, at en fasekomparator (20) er anordnet til å motta de nevnte signaler for frembringelse av et styresignal som svarer til faseforskyvningen mellom inngangssignalene, og at en styre-innretning (22) er anordnet til å motta styresignalet fra fasekomparatoren (20) for igangsetning av en pumpe (16).

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at pumpen er utstyrt med manuell kontroll for ytterligere kontrollinn-grep.

4. System ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at transduktoren (18) samvirker med minst en trykkfølsom innretning (28,30) i nærheten av tankens endeparti og beliggende under væskenivået for avføling av trykkvariasjoner i væsken under rullingsbe-vegelsen.