NO159647B - Fremgangsmaate til forlengelse av svingeperioden for et sjoegaaende fartoey. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til forlengelse ay svingeperioden for et sjøgående fartøy med to tanker som er anbragt i avstand fra hverandre i fartøyet under vannlinjen.

Det er behov for sjøgående fartøyer for forskjellige formål til havs, blandt annet for videnskapelige undersøkelser og olje-og gassboring samt produksjon. Slike fartøyer kan være konstruert som boreskip, lektere eller oppjekkbare

plattformer, samt som forsynings-og servicefartøyer.

Både aktive og passive teknikker er blitt foreslått for å dempe de naturlige fartøysvingninger, slik at man oppnår stabilisering mot rulling og krengning med dønninger og andre havbevegelser. Ved slike teknikker har man benyttet vanntanker på fartøyene og forskjellige anordninger som blåseanordninger, pumper, ventiler, ventilutløsere, rulle-og stampefølere og elektriske styrekretser, for å bevege vannet i tankene, slik at det motvirker rulling og krengning. Et vanlig formål ved de kjente systemer, var å gjøre den naturlige svingningsfrekvens for vannet i tankene lik fartøyets naturlige svingningsfrekvens, for derved å "avstemme" tankene til fartøyet. Etterat slik avstemming var oppnådd, fremkalles den dempende virkning ved at vannets strømningsmønster i tankene bringes ca. 90° ut av fase med fartøyets naturlige svingninger. De krefter som fremkalles av vannet i tankene, vil da søke å motvirke rulle-og krengningskreftene på fartøyet. De kjente systemer der stabilisering søkes oppnådd på en av de måter som er omtalt ovenfor, har den ulempe at det må frembringes store motsattvirkende dempende krefter for at systemet skal virke effektivt. Det utstyr som kreves til frembringelse av slike krefter, er komplisert og kostbart. Til aktive systemer kreves blåseanordninger og pumper. Passive systemer krever som regel ventiler med stor kapasitet, spesielle stabilise-ringstankutforminger og styrekretser for tidsinnstilling av vannstrømmingen i tankene.

Et representativt eksempel på teknikkens stand finner man i britisk påtent nr. 1.020.451, men i dette patent forutsettes det styring av en ventil og denne styring skal foregå fra et gyroskop som sender signaler til ventilen om den skal åpne eller lukke. Prinsippet i dette patent går ut på at fartøyet skal stabiliseres ved at det etter en rullebevegelse til den ene side skal løfte en vannmasse som er større på denne side enn den vannmasse som senkes på den annen side av fartøyet. Det er vekten av vannmassen som utgjør det moment som virker på fartøyet og som skal hindre dette i å rulle for langt over til den ene side.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en fremgangsmåte til stabilisering av fartøyer med et passivt system, der det ikke er behov for tanker med en naturlig periode som i det vesentlige er lik den naturlige svingeperiode for fartøyet, for å produsere motsattvirkende krefter som skal dempe fartøyets bevegelser. I stedet går man den motsatte vei og benytter tanker for reduksjon av fartøyets oppretningsmoment.

Under bruk vil vanntankene vekselvis fylles og tømmes synkront med bølgesvingningsbevegelsen. Når fartøyet for eksempel søker å rulle om sin midtakse i urviseretningen, vil tanken på høyre fartøyside hurtig fylles gjennom sin store bunnåpning. Luft tvinges ut fra denne tank gjennom en ledning og inn i tanken på venstre side av fartøyet. Det økte luftvolum i venstre tank tvinger vannet hurtig ut av denne. Når fartøyet søker å rulle mot urviseretningen, vil venstre tank fylles og høyre tank tvinges til tømming på samme måte under påvirkning fra systemets lufttrykk. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i karakteristikken i kravene og et eksempel på oppfinnelsen vil bli beskrevet nærmere i det følgende under henvisning til tegningene der: Figur 1 viser et fartøy, sett fra siden, med stabiliserings-tanker som kan utnytte fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

figur 2 viser fartøyet på figur 1, sett nedenfra,

figur 3A-3D viser skjematisk forskjellige utførelsesformer for stabiliseringssystemet som kan utnytte fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

figur 4 viser skjematisk fremgangsmåten under anvendelse og

figur 5 er et diagram som viser størrelsesforholdet mellom rulleamplitude og bølgehelling som en funksjon av bølgebe-vegelsesperioden for fartøyer som henholdsvis anvender fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og ikke gjør bruk av denne.

På figur 2 er det vist et fartøy 11 i form av en lekter av den type som benyttes for oljeboring til havs. Under vannlinjen 13, i bunnen av lekteren 11 foreligger to avlange tanker 15 og 17. Tankene 15, 17 har bunnpartier som er betegnet med 19, henholdsvis 21 (figur 2). Bunnpartiene 19, 21 er fortrinnsvis i det vesentlige åpne mot sjøen, men de kan også være dekket av en perforert plate eller en rist, slik at det oppnås større strukturell styrke. Tankene 15, 17 er begge grunne, med større horisontale enn vertikale dimensjoner. Ved en slik anordning kan sjøvann fylles, henholdsvis tømmes fra tankene meget raskt. Spesielt må tankene være utformet slik at de tillater fylling, henholdsvis tømming under tidsperioder som er langt kortere enn den tid lekteren trenger til å fullføre en syklus av en naturlig rulle- eller krengningsbevegelse i periodevis bølgende sjø.

Som vist i figur 2, har lekteren 11 en lengdemidtakse 22. Tankene 15, 17 er anordnet i et symmetrisk avstandsforhold på motstående sider av aksen 22. Hver tank 15, 17 kan være oppdelt 1 et antall adskilte rom. Tanken 15 omfatter seks rom a, b, c, d, e og f, som hver er Isolert fra de øvrige som ved mellomvegger, antydet ved stiplede streker 29. På lignende måte omfatter tanken 17 adskilte rom a', b', c', d', e' og f, som er isolert ved vegger 31. De enkelte rom er anordnet i symmetriske par i innbyrdes avstand på motstående sider av lengdeaksen 22, hvorved parene omfatter a og a', b og b' o.s.v. Oppdelingen av tankene 15, 17 i rom medvirker til å redusere fremkalling av bølger og uønskede resulterende bølgekrefter på den frie vannflate i tankene.

Hvert par av tankrom er sammenkoblet av en separat ledning, generelt antydet ved rør 33 i stiplet strek. Tankromparet a, a' er således koblet i et lukket trykksystem, som vist i figur 2. De øvrige tankrompar er tilsvarende koblet. En vanlig blåse- og kanalanordning (ikke vist) kan benyttes for å forsyne samtlige par av tankrom med lufttrykk.

Tankene 15, 17 er koblet sammen av en ledning 23, som er skjematisk vist i figur 3. Ledningen 23 har formen av et kontinuerlig, åpent rør, som oppretter en luftpassasje mellom tankene. En ende av ledningen 23 er via en port koblet til toppflaten av tanken 15, mens den andre enden av ledningen 23 via en port er koblet til toppflaten av tanken 17.

Organer som omfatter en luftpumpe eller blåseanordning 25 og en luftventil 27, er koblet til ledningen 23 for opprettelse av lufttrykk i ledningen og tankene 15, 17. Ledningen 23 og tankene 15, 17 danner et lukket system, og lufttrykket i dette system kan velges ved åpning av ventilen 27 og drift av pumpen 25, inntil et ønsket lufttrykk er nådd. Deretter lukkes ventilen 27. Alternativt kan ventilen 27 utelates eller stå åpen, og luftpumpen kan drives kontinuerlig med en valgt hastighet for å opprettholde det ønskede lufttrykk i systemet. Fortrinnsvis reguleres lufttrykket inntil sjøvann tillates å fylle tankene vekselvis under bølgebevegelsen, som omtalt ovenfor.

Den ønskede reduksjon av opprettingsmomentet når fartøyet krenger, er en følge av at sjøvann trer Inn 1 en tank på en side av fartøyet og forlater en tank på motstående side av fartøyet i tilnærmet like store mengder, som følge av at det foreligger en åpen, luftfylt f orbindelsesledning. Plasse-ringen og utformingen av tankene 15 og 17 kan således varieres som vist i figur 3B, 3C og 3D. Figur 3B viser tankene i bunnen, men innenfor fartøyets skrog. Denne anordning kan foretrekkes for montering i nye fartøyer under bygging. Figur 3C viser tanker 15 og 17 utenfor, på sidene av skroget, ved eller nær bunnen. Denne, likesom den form som er vist i figur 3A, kan foretrekkes for ombygging av eksisterende fartøyer, idet det opprinnelige skrog forblir i alt vesentlig uforandret. Figur 3D viser ytterligere en utførelsesform, hvor tankene 15 og 17 befinner seg delvis innenfor og delvis utenfor fartøyets skrog, ved eller nær dets bunn.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil bli forklart under henvisning til figurene 3A og 5. Som vist på figur 3A, settes fartøyets 11 tanker 15, 17 opprinnelig under trykk av luftpumpen 25, slik at sjøvann fyller omtrent halvparten av hver tank i rolig sjø, som antydet ved vannflaten 35. Når fartøyet 11 tenderer til å rulle om aksen 22 i urviserens retning, som vist i figur 5, vil tanken 17 fylles med vann. Luft drives derved ut fra tanken 17 gjennom ledningen 23 og inn i tanken 15. Den økende luftmengde i tanken 15 tvinger vann ut fra tanken og senker vann-nivået 35 til et nivå 37. Under denne operasjon er ventilen 27 lukket eller ventilen 27 er åpen og pumpen 25 er igang for å opprettholde konstant lufttrykk i tankene og ledningen. Det fortrengte luftvolum fra tanken 17 overføres således til tanken 15. Når rullingen skjer mot urviserens retning, fylles tanken 15 og tanken 17 tømmes på samme måte som ovenfor omtalt.

Fyllingen av tanken 17 med vann, når fartøyet 11 tenderer til å rulle i urviserens retning, har den virkning at fartøyets opprettingsmoment reduseres. Med andre ord vil fartøyets tendens til å vende tilbake til opprett stilling etter rulling hemmes, slik at den svingende rullebevegelse av fartøyet blir tregere. Fartøyets rulleperiode forlenges. I en typisk situasjon, hvor bølgebevegelsen går over en 7-sekunders periode, blir fartøyets rulleperiode, som fremkalles av systemet ifølge oppfinnelsen, fortrinnsvis forlenget til ca. 12 sekunder. Ettersom fartøyets rulleperiode er vesentlig lengre enn bølgebevegelsens periode, har bølgene sterkt redusert virkning på fartøyet.

Reduksjonen av fartøyets opprettingsmoment i rolig sjø ved hjelp av foreliggende oppfinnelse vil også redusere rulle-moment i dønninger. Tankene 15, 17 er dimensjonert slik at når det er pumpet luft i dem, foreligger det fortsatt en positiv metasenterhøyde, d.v.s. et positivt opprettingsmoment. Under drift i sjø med dønninger kan det være en tendens til at fartøyet 11 kantrer, hvis opprettingsmomentet reduseres for meget. Dette gjelder spesielt hvis fartøyet er utsatt for sterk vind. En avgjørende sikkerhetsforan-staltning ved systemet ifølge oppfinnelsen er at tankens høyde og det opprinnelige, stille vann-nivå i tanken (f.eks. tank 17) velges slik at tanken fylles helt under en meget langvarig rullebevegelse. Når tanken er fylt, gjenopprettes de normale oppdriftskrefter på fartøyet og opprettingsmomentet øker raskt som en funksjon av ytterligere rullende vinkelforskyvning, hvilket hindrer kantring av fartøyet.

Figur 5 gir som sammenligning en illustrasjon av virkningen av et redusert opprettingsmoment på fartøyet 11, fremkalt ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Kurven 37 viser forholdet mellom rulleamplitude og bølghelling som ikke er stabilisert, mens kurven 39 illustrerer rulleamplituden for fartøyet 11 som er stabilisert med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det ustabiliserte fartøy har en rulleamplitude som er karakteristisk med en resonensspiss hvert syvende sekund. Bølgebevegelse i åpen sjø har også en typisk syvsekunders-periode. Uten stabilisering, vil fartøyet således ha en rulleamplitude ved eller nær toppunktet P for sin resonansspiss. Det stabiliserte fartøy 11 har derimot en resonansspiss som opptrer i en ca. 12 sekunders periode, hvilket er betydelig lengre enn den typiske 7-sekunders bølgeperiode i åpen sjø. Ved 7-sekunders bølger vil det stabiliserte fartøy således befinne seg i punkt S på kurven 39 og rulleamplituden vil være redusert til mindre enn 1/6 av det som er tilfelle ved det ustabillserte fartøy.

Fartøyet 11 er en lekter med ca. 114 m lengde. Hver av tankene er ca. 84 m lange og oppdelt i seks rom som er like store. Hver tank har en bredde på 3 til 3,6 m og en høyde på 1,8 til 2,1 m. Ledningene 23 som forbinder tankenes rom har hver en diameter på 0,9 - 1,2 m.

Skjønt fartøyet 11 er illustrert som en lekter, kan andre fartøytyper stabiliseres ved bruk av foreliggende oppfinnelse. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan f.eks. benyttes i forbindelse med trekantformede eller rektangulære oppjekkbare oljeborerigger. Tankene kan være symmetrisk anordnet i forhold til fartøyets geometriske sentrum, f.eks. ved toppunktene av en trekantformet plattform eller ved hjørnene av en rektangulær plattform. For å utnytte fremgangsmåten til stabilisering mot rulling og krengning, kan alle tanker sammen via ledninger være koblet til en trykkluftkilde.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til forlengelse av svingeperioden for et sjøgående fartøy (11) med to tanker (15, 17) som er anbragt i avstand fra hverandre i fartøyet under vannlinjen (13), karakterisert ved at en av tankene (15 eller 17) fylles til en bestemt høyde i fase med tankens bevegelse i sjøen under en periode av fartøyets (11) svingebevegelse og at luft som drives ut av den ene tank (15 eller 17) ved fyllingen av denne, ledes inn i den annen tank (17 eller 15) gjennom en ledning (23) med uhindret gjennomløp for luften for samtidig tømming av vann fra den sistnevnte tank (17 eller 15) til en annen bestemt høyde i den samme periode av fartøyets svingebevegelse, hvorved fartøyets opprettende moment reduseres og fartøyets svingeperlode forlenges ut over sjøens bølgeperiode.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fylletrinnet omfatter kontinuerlig fylling av en tank til et første vann-nlvå i fase med tankens bevegelse i sjøen under en periode av fartøyets svingebevegelse og at tømmetrinnet omfatter samtidig kontinuerlig tømming av den annen tank til et andre vannivå som resultat av fyllingen av den førstnevnte tank under samme periode av fartøyets svingebevegelse, ved å føre luft som drives ut av den ene tank som fylles med vann i den annen tank gjennom ledningsanordningen (23).