NO138368B - Anordning til aa vippe en eller flere plateformede gjenstander i en hvilken som helst vinkel - Google Patents

Description

Passiv stabiliseringsanordning for sjøgående fartøyer.

Foreliggende oppfinnelse angår en passiv stabiliseringsanordning for sjogående fartoyer hvor det benyttes passive anti-rulle-tanker.

I havgående fartoyer har> nodvendigheten av å bekjempe fartoyets bevegelser på grunn av bolgevirkningen lenge vært kjent. Det har vært foreslått en rekke innretninger og konstruksjoner, rettet på å redusere uonsket bevegelse i sjoen. Rullestabilisering, som er hensikten med foreliggende oppfinnelse, har fortsatt å være et problem som det måtte regnes med, til tross for at forskjellige innretninger for reduksjon av rulling er i bruk nå for tiden på

mange slags fartoyer.

Ved mange fartoyer blir det benyttet en eller annen type anti-rulle-finner som stikker frem fra skipssiden for å frembringe stor motstand mot rullingen. Noen av disse finner er faste, mens andre kan styres, men de har alle den ulempe at de ikke kan for-hindre rulling i grov sjo ved hastigheter under ca. 15 knop. Ved fartoyer som er konstruert for lave hastigheter, f.eks. stille-liggende fartoyer for oppsporing av raketter er anti-rulle-finner uten virkning.

Ved isbrytere oppstår det en meget voldsom rulling i grov sjo på grunn av fartoyets konstruksjon. Fartoyet må kunne krenge for å bryte seg los fra isen. Dette oppnås ved at fartoyet konstrueres med stor metacenterhoyde og rund bunn slik at krengningen gjores lettere ved bruk av krengningstanker. Disse egenskaper gjor imidlertid fartoyet ustott i grov sjo, og det vil være klart at et hvilket som helst fremspring fra skrogsiden ikke vil kunne tillates på grunn av de påkjenninger som utoves av isen. Anti-rulle-finner og slingrekjol vil derfor ikke kunne brukes på isbrytere.

Det har også vært forsokt et anlegg av tanker for forskyvning av tyngdepunktet for fartoyet, for å danne et opprettingsmoment mot rulling eller krengning. Disse anlegg har i alminnelighet omfattet et par lukkede tanker, en på hver side av fartoyet og forbundet med hverandre ved hjelp av et U-formet tversgående ror som under bruk var fullstendig' fylt med vann, samt en luftledning mellom de ovre partier av tankene og utstyrt med en ventil for styring av luftstrommen mellom tankene.

Disse stabilisatorer har vært provet på en rekke fartoyer, men

har vist seg å lide av flere alvorlige ulemper. En av disse har vært ytterst stoyende drift. Den styrbare luftstrom mellom tankene virket som en demper for å hindre for hurtig utveksling av vann mellom tankene. For å opprettholde tilstrekkelig trykk i ledningen til å bevirke tilstrekkelig demping, vil luftstrommen gjennom det innsnevrede parti få en meget stor hastighet og medfbre meget stby.

Ved anlegg av denne type var det nodvendig at det laveste vann-nivå i en tank under overforing ikke kunne synke under toppen av den tversgående ledning da det ellers ikke ville oppnås noen demping. Samtidig betinget vanligvis plasshensyn at stabiliserings-anlegget ble begrenset til en dekkshoyde i de tilfeller hvor anlegget skal ligge under hoveddekket. Disse krav begrenser sterkt det som konstruktøren kan gjore for å få best mulig utnyttelse av den vekt og det omfang som med rimelighet kan tillates for passive anti-rulle-tanker. Når konstruktoren velger en vanlig U-rdrs-stabilisator, står han overfor den vanskelighet at av det vann som befinner seg i tanken er den del som er mellom bunnen av tanken og det nivå som svarer til toppen av den tversgående ledning, vann som egentlig ikke tjener noe nyttig formål. Dette vann, som ikke bidrar noe til stabilisatorens virkningsgrad, oker imidlertid den vekt og den plass som kreves for anlegget.

For å oppnå den best mulige virkning av slike anlegg må tankene

og de tversgående ledninger dimensjoneres slik i forhold til hverandre at de gir den riktige beregnede verdi for forholdet mellom den vannrette tverrsnittsflate for tankene og den loddrette tverrsnittsflate for den tversgående ledning. Ytterligere innstilling kan ikke foretas, da tverrsnittet for ledningen er fast-lagt. Folgen er at anlegget har hoyst mangelfull mulighet for å styres, idet faren for at tankanlegget skulle gå gjennom resonans bare kan nedsettes ved å endre dempingen av luft-trotlings-systemet. Slik endring har ofte betydd at anlegget var for meget dempet til å tillate tilstrekkelig vannoverfbring mellom tankene. Selv om anlegget således av og til kan være godt innstilt for en spesiell type sjo, er innstillingen mangelfull i andre tilfeller.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en anordning av den art som består av en tank som er innrettet til å inneholde en væske med fri overflate i hele lengden av tanken, og som strekker seg i tverrskipsretningen et betydelig stykke til hver side fra fartoyets loddrette langskipsmidtplan og med i det vesentlige samme bunn-nivå over hele tverrskipslengden og med en vegghbyde som er vesentlig storre enn den væskehbyde som er nodvendig for å oppnå en egenfbekvens for væsken som svarer til den naturlige rullefrekvens for fartoyet, idet tanken er forsynt med innsnevringer som ligger i vesentlig avstand fra midten og fra endene av tanken som derved er delt i et midtrom og to siderom, og hvor de ulemper ved anlegg av den vanlige U-rorstype som er beskrevet ovenfor,

bl.a. behovet for en separat forbindelse for luften fullstendig er unngått. I henhold til oppfinnelsen er dette oppnådd ved at hver av innsnevringene består av deler som strekker seg i hoyderetningen for tanken og ligger på linje med hverandre i langskipsretningen og som mellom seg danner en eller flere åpninger hvis samlede bredde er vesentlig mindre enn langskipsdimensjonen for tanken, at det ved de endekanter som ligger nærmest hverandre på

de nevnte deler, er anordnet komplementære, krumme elementer som strekker seg i tverrskipsretningen, og som sammen avgrenser en betydelig tverrskipslengde av åpningene, idet de deler som ligger på linje med hverandre og de komplementære, krumme elementer alle strekker seg over hele hoyden av tanken, slik at det mellom dem blir åpninger som også strekker seg over hele hoyden av tanken, samtidig som de komplementære, krumme elementer er krummet motsatt av hverandre slik at det dannes et sammentrengt strupe-område mellom midtrommet og hvert av siderommene^1 slik at væske som strommer fra midtrommet til et siderom blir aksellerert til en eller flere stråler med minst mulig retardering av den samlede væskestrom.

I denne anordning er luftrommet over vannoverflaten i ledningen

så stort at luft-trotling ikke lenger forekommer. Stabilisatorens naturlige frekvens og demping er således begge en funksjon av utformingen av og fyllingsgraden for stabilisatoren, slik at anlegget kan innstilles bare ved å forandre væskenivået i tankene hvorved den naturlige frekvens for anordningen varieres. Når anordningen en gang er innstilt for et bestemt fartoy og lastetil-stand, trenger det ingen overvåking eller styring, og anordningen vil virke tilfredsstillende uavhengig av sjbforholdene. Det vil fblgelig ikke frembringes stby under drift, slik som tilfellet ofte er ved kjente anordninger. Anordningen kan anbringes på ett dekk og inneholder bare væske som tjener et nyttig formål, således at vekt og plassbehov blir mindre enn i den vanlige anordning av U-rbrs-typen.

Det innsnevrede åpningstverrsnitt ved overgangene fra sidetankene til forbindelsesledningen, kan eventuelt oppnås ved at åpningene fra sidetankene til forbindelsesledningen er dannet av langstrakte slisser som strekker seg i det vesentlige fra bunnen til toppen av ledningen, hvorved det oppnås nedsettelse av trykkhdyden for den væske som under rulling strommer gjennom åpningene, mens luften over væskeoverflaten kan passere uten noen strupevirkning.

For å oppnå en gradvis tiltagende bremsevirkning på væsken kan overgangene mellom sidetankene og forbindelsesledningen være utformet som avkortede kiler, likesom hvirveldannelser unngås ved å utfore åpningene med avrundede kanter.

I en anordning som er særlig egnet for innbygging i en allerede eksisterende brennstofftank, kan de slisser som danner åpningene fra sidetankene til forbindelsesledningen være utformet mellom stenger eller ror som strekker seg fra bunn til topp i anordningen. Avstemning av anordningen vil kunne skje ved, i sin alminnelighet,

å utfore åpningene mellom sidetankene og forbindelsesledningen med en langskips lengde som varierer fra topp til bunn i anordningen, hvorved dempingsgraden vil variere med hoyden over bunn-nivået.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til vedfoyde tegninger.

I tegningene er like deler gitt samme henvisningsta.il.

Fig. 1 viser i loddrett snitt gjennom en anordning i henhold til oppfinnelsen i en utforelsesform, anordnet i et skipsskrog. Fig. 2 viser et grunnriss av den anordning som er vist i fig 1. Fig. 3 viser et perspektivriss av den anordning som er vist i fig. 1.

I fig. 1 er det vist et skrog 11 for et overflateskip, idet det

vil være klart at skrogformen bare er vist som eksempel og kan ha

hvilken som helst utforming.

Inne i skroget 11 er det på sidene anordnet et par tanker 12 som

er forbundet med hverandre gjennom en ledning 13 som, som det fremgår av tegningene, har omtrent samme hoyde som tankene, og både tankene og ledningen er åpne mot luft med omtrent atmosfære-

trykk. Som det fremgår av tegningene, har ledningen 13 et tilnærmet rett midtparti og er tilsluttet hver av tankene 12 gjennom åpninger 14 hvis tverrsnitt er mindre enn langskipstverrsnittet for side-

tankene og som strekker seg over omtrent hele hoyden av ledningen,

idet overgangene mellom det rette parti og sidetankene 12 er utformet som avkortede kiler. Inne i hver tank 12, ved innforings-kantene av åpningene 14 for ledningen 13, er det anordnet1 et par halv-sylindriske vulster 16 som bevirker utjevning av væskestrommen og eliminering av påkjenninger på disse steder. Åpningene 14 er vist med konstant langskips lengde fra toppen til bunnen, men det er klart at denne lengde også kan variere fra topp til bunn.

Tankene og ledningen inneholder vanligvis væske, f.eks. vann eller brenselolje, opp til et forut bestemt nivå, slik som vist i fig.

3. Den forste avstemning av anordningen for reduksjon av rulling for et bestemt fartoy under bestemte laste-forhold foretas ved proporsjonering av den effektive vannrette tverrsnittsflate av tankene i forhold til den loddrette tverrsnittsflate av væske i den tversgående ledning. Med en slik anordning er det mulig å

variere væsketverrsnittet i ledningen ved bare å heve eller senke væskenivået i anordningen, og den innstilling av væskenivået, og dermed av dempingen som derved oppnås, vil være korrekt gjennom heJe levetiden for stabilisatoren. Dimensjonene for åpningene mellom tankene og ledningen må bestemmes samtidig med dimensjonene for tankene og ledningene, i overensstemmelse med konstruksjonen av det spesielle skip hvor anordningen skal bygges inn.

For å være godt konstruert må kapasiteten av en stabilisator av foreliggende type med hensikt være overdimensjonert, når det med kapasiteten menes hvor meget hoyden av væskenivået i tankene endres ved storst mulig overforing av væske mellom tankene. Dette gir en margin som gjor det mulig å variere det opprinnelige væskenivå i anordningen, for å holde stabilisatoren korrekt avstemt i forhold til fartoyet. I en utforelsesform for oppfinnelsen som nå er i bruk er en forandring på bare 30,5 cm opp eller ned av væskenivået tilstrekkelig til å korrigere for en endring i metacenter-hoyden på ca. 27 cm opp eller ned fra den beregnede verdi av denne hoyde.

Det har vist seg at med en tankstabilisator i henhold til oppfinnelsen konstruert for en verdi av forholdet B^/Jjp på mellom 10 og 20, når B er koeffisienten for uttrykket for den ikke lineære demping i kg m sek. 2/radian og J„, er det polare treghets-moment for væsken i tankene i kg m sek. 2/radian, vil skipet opptre tilfredsstillende uavhengig av sjogangens retning, skipets hastighet og hvor voldsom og gammel sjogangen er.

I en utforelsesform for oppfinnelsen som nå er i drift gjelder folgende data:

De resultater som er oppnådd med denne anordning, viser at den gjennomsnittlige rulling i middels sjogang, grad 5, reduseres til mellom en grad for sjogang 45° forfra og to grader for sjogang 45° bakfra. Når bare den tiendedel av rullingene som er storst benyttes for å oppnå en gjennomsnittlig rulling, blir rulleverdien fordoblet. En tilfeldig rulling på 4° ved sjogang 45° bakfra, tilsvarer en tilfeldig rulling på ca. 15° ved samme slags sjogang, men med tomme tanker i anordningen. Den forbedring som oppnås ved foreliggende oppfinnelse er således klar.

Under drift av anordningen vil væsken, idet skipet ruller på grunn av sjogang, overfores mellom tankene under påvirkning av tyngde-kraften og lokal svaiing, men dempes ved hjelp av innsnevringene i ledningene. På grunn av den demping av væskeoverforingen som oppnås ved hjelp av ledningene når skipet ruller om sitt rotasjonscenter, fig. 1, utoves det et opprettingsmoment som bevirker en forskyvning av tyngdepunktet som vil oke oppdrifts-kreftene som soker å rette opp skipet til loddrett stilling.

I en annen utforelsesform for anordningen i henhold til oppfinnelsen som er beregnet for innbygging i en allerede eksisterende reservebrennstofftank er det i skroget mellom to dekk anordnet en tank som kan inneholde brenselolje eller vann eller en annen væske og strekker seg på tvers over skipet over omtrent dets fulle bredde.

Inne i tanken er det på hver side anordnet flere parallelle ror

som strekker seg fra toppen til bunnen av tanken. Rorene virker som innsnevringer på overforingen av væske fra den ene tank til den annen når skipet ruller.

Rekkene av parallelle ror kan være skråstilt innover mot toppen. Dette tillater lagring av den storst mulig mengde væske i Sidetankene under rulling og gir dermed det storst mulig opprettingsmoment for å motvirke rullingen.

Den forste avstemning i denne utforelsesform er igjen avhengig av det effektive vannrette tverrsnitt av tanken og det effektive stromningstverrsnitt gjennom ror-rekken. Dette siste kan igjen forandres i stor grad ved å forandre væskenivået i tanken.

I stedet for å anordne en enkel innsnevring som vist i fig. 2,

eller en rekke ror som beskrevet, kan det også benyttes andre former for innsnevringer.

Foreliggende oppfinnelse, slik den er beskrevet ovenfor, gjor det mulig å redusere rulling der hvor vanlige anordninger ikke ville være tilstrekkelige. Det har vist seg at det i tillegg til reduksjon av rulling oppnås også en vesentlig reduksjon av både giring og duving. Ytterligere fordeler er den stoyfrie drift av anordningen, lite plassbehov, lett avstemming ved bare å variere væskenivået og det minimale pass som kreves for drift av anordningen. Selv om anordningen er beskrevet som en anordning for reduksjon av rulling for skip eller båter, er det klart at det også kan benyttes for andre fartoyer og prinsippet kan også benyttes for f.eks. reduksjon av stamping i tillegg til reduksjonen av rulling.

Claims (2)

1. Passiv stabiliseringsanordning for sjdgående fartoyer, bestående av en tank som er innrettet til å inneholde en væske med fri overflate i hele lengden av tanken, og som strekker seg i tverrskipsretningen et betydelig stykke til hver side av fartoyets loddrette langskipsmidtplan og med i det vesentlige samme bunn-nivå over hele tverrskipslengden og med en vegghdyde som er vesentlig storre enn den væskehoyde som er nodvendig for å oppnå en egenfrekvens for væsken som svarer til den naturlige rullefrekvens for fartoyet, idet tanken er forsynt med innsnevringer som ligger i vesentlig avstand fra midten og fra endene av tanken som derved er delt i et midtrom og to siderom, karakterisert ved at hver av innsnevringene består av deler som strekker seg i hoyderetningen for tanken og ligger på linje med hverandre i langskipsretningen og som mellom seg danner en eller flere åpninger hvis samlede bredde er vesentlig mindre enn langskipsdimensjonen for tanken, at det ved de endekanter som ligger nærmest hverandre på de nevnte deler, er anordnet komplementære, krumme elementer som strekker seg i tverrskipsretningen, og som sammen avgrenser en betydelig tverrskipslengde av åpningene, idet de deler som ligger på linje med hverandre og de komplementære, krumme elementer alle strekker seg over hele hoyden av tanken, slik at det mellom dem blir åpninger som også strekker seg over hele hoyden av tanken, samtidig som de komplementære, krumme elementer er krummet motsatt av hverandre og danner et sammentrengt strupe-område mellom midtrommet og hvert av siderommene, slik at væske som strommer fra midtrommet til et siderom blir aksellerert til en eller flere stråler med minst mulig retardering av den samlede væskestrom.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at midtrommet er tilsluttet siderommene gjennom partier som er utformet som avkortede kiler.