NO180075B - System for permanent fortöyning og marin forankring - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning for fast fortøyning av flytende gjenstander, f.eks. flytebrygger, pongtonger, bøyer, båter osv, hvilken forankring består av et anker i form av en støpt sten, et ringanker e.l.

Systemer for faste fortøyninger av flytende gjenstander, f.eks. flytebrygger, pongtonger, bøyer eller båter, omfatter i det vesentlige et spesielt forbindelsesledd i vannet, et spesialanker og overgangen til den fortøyde gjenstand. Fortøynin-gen danner en sjøforankring.

På landjorden vet vi nøyaktig hvordan vi best skal binde fast og feste gjenstander for forskjellige formål. Fortøyning er det tilsvarende uttrykk til sjøs. Ordsammen-setningen her gir oss hva vi ønsker: forankringen skal være fast, men samtidig tøyelig. Man kan lett tenke seg hva som hender dersom man forsøker å feste et flytende legeme med en enkelt stiv forankring. Hvis ankertyngden på bunnen er lik eller mindre enn den flytekraft som ifølge Archimedes' lov virker på det flytende legeme, letter i steden ankeret og følger med legemets forflyt-ninger ved nivåendringer av vannflaten eller bølger på denne.

En stiv forankring fra et flytende legeme til et anker som veier mer enn flytekraften som virker på legemet, senker dette ved bølgebevegelser, osv. For å fungere, må derfor fortøy-ninger og sjøforankringer på en eller annen måte være elastiske eller fjærende. På den annen side får man da samtidig, i sammenlikning med den ikke brukbare, helt stive forankring, straks et slitasjeproblem gjennom friksjonen i fortøyningens bevegelsespunkter.

I begynnelsen av 1800-tallet erstattet kjettingen, "jerntauet", de stive hamprepene som fortøyningstrosser for dampskipenes baugankere, og de anvendes på samme måte i dagens sjøfart. Man legger ut en betydelig større lengde enn den aktuelle vanndybde, ca. tre til fem ganger denne. På grunn av kjettingens egenvekt kommer denne til å henge i en parabolkurve fra ankeret på bunnen til fartøyet på overflaten. Dermed får man automatisk den ønskede f jæring. Dragbelastningen på ankeret skjer i en skjev vinkel mot bunnen, hvilket øker forankringseffekten.

Videre gjelder det at jo mindre vinkelen mellom den rettlinjede avstand fra båten på overflaten til ankeret på bunnen, desto mindre påvirker bølgebevegelser i forbindelsesled-ningen ifølge sinusfunksjonen, med den vinkelrette vanndybde som ene katet og avstanden derfra til ankeret som den andre katet. Dette virker så godt at man kan fortsette å benytte samme modell for faste forankringer.

Fartøyets anker byttes mot en enklere natursten med et innboret ståløye eller en støpt betongsten, men man får da samtidig flere slitasjepunkter fra øyet i midten (se figur 3). Ankeret legges ut et godt stykke fra pongtongen. Fjæringsvirknin-gen kan forhøyes gjennom at man ved faste forankringer henger ytterligere vekt på parabolkurven. Dette er nødvendig i grunt vann hvor kjettinglenkene er kortere og med forholdsvis lavere egenvekt, og likeledes for å redusere svingelengden i trange farvann. Forankringens maksimale belastning inntreffer når forbindelsesleddet er strukket av f.eks. hård vind og hvor den flytende gjenstand samtidig i sin egen bølgebevegelse kommer i fase med vannbølgenes løftekraft.

Mens fartøyer snart løfter anker og fortsetter ferden, utføres f.eks. pongtongenes faste fortøyninger en gang for alle. Men kjettinglengden i vannet ruster alltid. Jern er et metall som oksyderes lett. Varmgalvanisering er i dag, som for drøyt 100 år siden fremdeles den beste overflatebehandling for å beskytte jernet. På land, i vanlig luftmiljø, holder dette godt og lenge.

I vann oppstår det straks en elektrisk strøm i stål-materialet, med vannet som elektrolytt. Denne elektrokjemiske reaksjon angriper stålet, som ved oksydering går over fra en fast form til porøst oksyd. Først blir den galvaniserte overflate oppspist, da det i elektrolyttmiljøet dannes lokalelementer på overflaten hvor sink ligger lavere på spenningskjeden mellom de forskjellige metaller.

Så lenge det finnes sink, beskyttes jernet i den elektrokjemiske prosess. I samme øyeblikk som den galvaniserte kjetting kommer i vannet begynner imidlertid angrepet og når sinken er oppbrukt fortsetter jernet å oksyderes. Større saltinnhold i vannet gir sterkere elektrolytt og hurtigere reaksjon med kortere holdbarhetstid som følge. Kombinasjonen mellom forskjellige metallmaterialer gir separate små galvaniske elementer, hvor den som ligger lavest på spenningskjeden oksyderes hurtigst.

Det sies at en kjettinglengde aldri er sterkere enn sitt svakeste ledd. Også tilgroing, som begynner raskt i vannet, synes å forsterke elektrolytten i kjettingens nærmiljø, og påskynder derved korrosjonen. Det ovenstående gjelder på samme måte for stålringen som utgjør kjettingfestet i ankerstenen. En degradering av materialet på over 20 % fremtvinger utskifting av hele kjettinglengden. En like stor degradering av ankerringen fremtvinger også utskifting av hele ankeret. En godstykkelse på 1/2 tomme holder 5-6 år i våre farvann i Østersjøen og bør besiktiges etter prinsippet jo oftere jo sikrere. For å fjerne disse kostbare ulemper med dagens forankringssystemer, er det utviklet et system for sjøforankring der idéene til det vesentlig nye, som angitt i patentkravene, kombineres med alminnelige løsninger til en praktisk fungerende oppfinnelse.

De ytre forutsetninger for sjøforankringer for broer, båter etc er ulike for de forskjellige steder. Sjøbunnen kan være plan eller skrå, og kan bestå av alt fra mykt til fast fjell. Beliggenheten i vannet kan være en beskyttet vik eller direkte i skipsleden. Sjøforankrede, flytende gjenstander påvirkes av vind, vannstrømmer, bølger og bølgerefleksjoner. Flytende gjenstander av forskjellig størrelse krever således forankringer av forskjellige dimensjoner.

For en bro som er festet med flere forankringer anvendes en type, for en enkelt svingende bøye kreves en annen type. Forskjellige behov, spesielt for å kunne kontrollere undervannsdelen, forekommer selvfølgelig. Forankringens utførelse varierer og tilpasses spesielt ettersom disse forutsetninger, type av forankring og spesielle ønsker varierer. Materialet i de tre hovedbestanddeler, nemlig forbindelsesleddet, ankeret og overgangen til den fortøyde, flytende gjenstand, er nøye valgt og tilpasset for å klare det spesielle, marine miljø.

Forankringssystemet som helhet lykkes i å kombinere og oppfylle disse tekniske krav og den tilpassede materialkvalitet med bryggeeierens og båtskipperens ønsker om god økonomi med lavest mulig kostnader, bl.a. gjennom gjenvinning av materialer som er utrangert fra sitt primære anvendelsesområde og som ellers til og med utgjør et voksende avfallsproblem.

Dette nye forankringssystem beskrives av en enkelt standardutførelse for de alminnelig forekommende forhold i Stockholms skjærgård. Utførelser som siden er anordnet for å tilpasse forankringen til myk eller fast sjøbunn, grunt vann, vann med store bølgebevegelser osv, kan varieres av fagfolk på dette område og likeså spesielle detaljer for ekstra slitasjebeskyttelse og begrenses bare av patentkravene.

De foran beskrevne krav og fordeler oppnås med anord-ningen ifølge foreliggende oppfinnelse, slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor figur 1 viser en oversikt. To faste forankringer av en flytebro ifølge oppfinnelsen, sett fra bunnen. Den ene går til et brofeste, som f.eks. en vinsj. Den andre har en grov kjetting som forbindelse. Figur 2 viser detaljer. Det spesielle anker er vist her med et mindre anker forbundet som en ekstra rykkdemper. Figur 3 illustrerer hvordan den store festering og den tilkoplede andre gummiring leder for-tøyningstrossen bort fra forankringsstenens slitasjepunkter.

Den første av de tre hovedbestanddelene ifølge det ovenstående er forbindelseslengden mellom ankeret og den forankrede gjenstand på overflaten. De tidligere grove hamprep suget vann og råtnet. De tunge, men bøyelige kjettinger, jerntau, ruster. Tauverket i syntetiske kunstfibrer erstatter nå disse. Strekkfaste trosser får man når garnet i trossenes kordeler er oppbygd av lange fibrer. Mens de lengste naturfibrer (hamp, manila osv) selvfølgelig er begrensede, kan de syntetiske kunstfibrer lages så lange man ønsker dem, på samme måte som silke.

Tauverk i kunstfiber blir mer enn dobbelt så sterkt og kan velges med tilsvarende mindre vekt og dimensjoner. Fuktighet-soppsugingen er meget liten og derfor er strekkfastheten uforandret i vannet. Ekstra vannavstøtning kan lett oppnås ved impregnering. Mens hamprepene alltid måtte være tjærebredte, forblir de syntetiske fibrer upåvirket av vann. Levende organis-mer angriper ikke og det oppstår ingen råte eller mugg. For en sammenlikning med kjetting av samme strekkstyrke bør kvaliteten egentlig være rustfri for likeverdig holdbarhetstid. Men dersom man tar den betydelig billigere galvaniserte, ligger meterprisen på kunstfibermaterialer ca. 60 % lavere. Imidlertid må man ved utleggingen være forsiktig med at den myke fortøyningstrosse henger helt fritt i vannet. På den annen side er disse i

sammenlikning med kjettingen elastiske i seg selv.

En utførelse som vevede belter letter bruken av fortøy-ningstrossene. Et belte med samme strekkstyrke som en kjetting på 1/2 tomme trenger ikke være bredere enn 50 mm. Man kjenner igjen båndene fra bilbelter, lastesurringer osv. Båndene sys i henhold til den følgende formel. Antall sting pr. cm x sømmens lengde x antallet sømmer x trådens bruddstyrke x 0,85 (tapsfa-ktor), hvor sømmene alltid er i vinkel mot varptrådene, enten i enkelt eller dobbelt slynge. Dobbeltslynge muliggjør kontroll og eventuell utskifting av hele båndet fra overflatenivået, gjennom å trekke båndet rundt. Båndene beskyttes mot slitasje på de mest utsatte steder ved overgangene oppe og nede, ved påstøpt plastmateriale, påsydde slitestrømper e.l.

Den andre av de tre hovedbestanddeler består av ankeret. Dette utføres i standardversjonen av en betongblokk (se figur 2). I denne er et vanlig bildekk, helt, men ikke lenger egnet for veitrafikk, innstøpt til midten 1, for å fungere som en stor forankringsring. Dekkets to kantringer av stål blir til to jevne vaierringer, godt festet i betongen. Disse blir holdt elastisk sammen med kordmaterialet og holder alt inne i den ytre slitegummi, som etter vulkanisering av dekket alltid har en tendens til å gå tilbake til sin runde form. I et vanlig 15" dekk består hver kantring av ca. 15 stk. 1 mm's tråder inne i gummien. Hver av de to kantringer har således en godstykkelse som tilsvarer 1/2" kjetting. Den har normalt en strekkstyrke på ca. 5 tonn. Strekkprøver som er utført med dynamometer bekrefter at dekket holder mer enn dette, til tross for at dekket som sådant er kassert for videre veitrafikk.

Før innstøping i ankeret blir dekket åpnet på ett sted, og dette snitt 5 blir siden innstøpt i bunnen. Gjennom snittet 5 blir det før innstøpingen inntredd et annet dekk 3 uten snitt. Dette andre dekk, med sin spesielle ytre sliteoverflate, tar opp mekanisk slitasje som forekommer ved ankerstenen og gir fortset-telsen på fortøyningstrossen åpent vann (figur 3).

Tilsammen utgjør gummidekkene en elastisk overgang til ankertyngden, hvilket tjener til å oppfylle ønsket om rykkdem-ping. Den innvendige diameter i et 15" dekk er 37,5 cm, og kan tøyes opp til 20 cm. Diagonal kord gjør elastisiteten noe mindre enn radialkord.

For å beskytte anleggsoverflåtene mellom de to sammenlenkede dekk 1 og 3, er det før innstøpingen, i hvert av disse, lagt inn et litt mindre dekk på f.eks. 13", kalt slitasjedekk 2 og 4. Funksjonen til disse er å ta opp slitasje ved anleggsover-flatene og beskytte de ytre dekk 1 og 3 som sørger for strek-kstyrken. Slitasjedekkene 2 og 4 fordeler også kreftene ved strekkpåkjenninger til sine respektive ytterdekk 1 og 3. Friksjonen i anleggsflåtene avtar dessuten på grunn av at dekkenes egenvekt er mindre på bunnen og vannet kan også anses som et smøremiddel. Betongankerne støpes alltid rektangulære, med hensyn til innstøpningsdekkets 1 mål, med minst mulig bredde. Man skal huske de tidligere ankere, med et par centimeters ståløye i midten og fortøyningskjettingens slitasje på ankerstenen og dens kant.

Stål/gummi f esteøyet ifølge oppfinnelsen er meget større og stenen så smal som mulig, for å få ut fortøyningstrossen så langt som mulig (figur 3). Med behov for større ankere kan to eller flere stykker mindre dekk benyttes parallelt som festering-er i ankeret og tilhørende forankringsdekk, som et alternativ til enda større dekk. Overgangen mellom båndet og forankringsdekket 3 skjer gjennom en U-formet slange 6, gjerne oval og med bredde som er tilpasset båndet. Slangen 6 festes rundt dekket gjennom at dets indre ben blir strukket og krysset for sammenklinking eller festing med et lite smalt bånd gjennom slangen. I slangen 6 løper båndet gjennom forankringsdekket 3 med minst mulig friksjon.

I grunt vann og vann med store bølgebevegelser ønsker man ekstra rykkdempning. Da kan man støpe på et betydelig mindre anker, hvis festering sammenkoples med det første ankers andre dekk og fortøyningstrossen flyttes fra hovedankerets andre dekk, som er itredd på samme måte som ved hovedankerets andre dekk (figur 2).

En alternativ rykkdempning kan i dette system utføres gjennom at flere dekk legges etter hverandre og sammenlenkes med slitebanene liggende mot hverandre, f.eks. ved rustfri stålplate, som utformes på tvers rundt dekkene ved hvert anleggspunkt og sveises, klinkes eller boltes sammen til en rett kjede av utvendig sammenlenkede gummidekk, som isatt i fortøyningen tjener som en ekstra rykkdempende, elastisk lengde.

I den her beskrevne standardutførelse utgjør til slutt overgangen til den fortøyde gjenstand av en 1-2 m lang kjetting fra brofestet, bøyen osv. Hensikten med dette er å skåne båndet mot eventuell slitasje fra is som man har om vinteren og også andre typer slitasje som kan oppstå ved bryggekanten. Hvis man velger en kjettingstump med større dimensjoner enn den nødvendige strekkstyrke tilsier, kan denne på tross av korrosjonsdegraderin-gen få en holdbarhetstid på 15 år, som forankringen for øvrig ventes å holde. Ettersom båndene har liten egenvekt i vannet, fungerer denne meterlengde med kjetting som avveining av bøyen i vannet. Uavhengig av vanndybden kan man beholde en og samme størrelse på bøyens flottør.

I forankringsutførelser med kjetting hele veien ned, må man benytte større bøye ved økende vanndybde. Spesielt ved bøyeforankringer der den lette bøye hele tiden slingrer og krenger i sjøen, vil kjettingstumpen dekke disse bevegelser og redusere friksjonen i båndets feste i det nederste ledd under vannet. Dette feste blir spesialsmidd som en enkelt trekant, en sjakkel e.l. med tilstrekkelig bredde for bare det bånd som brukes. Båndet beveger seg mest på dette punkt og skånes mot slitasje med slitasjebeskyttelse etter behov. Spesielt ved bryggeforankringer kan man utelate kjettingovergangen og feste fortøyningsbåndet fra ankeret på bunnen i et spesielt feste på bryggen, utformet som en liten vinsj. Dette letter justering av båndlengden ved skiftende vannivå. Båndet som er opprullet på vinsjrullen har eliminert friksjonsslitasje på den øvre overgang (figur 1).

Alle utlegginger av faste fortøyninger ifølge det beskrevne system skal bare utføres i nærvær av en dykker. Det skal kontrolleres omhyggelig at forankringsbåndet henger fritt i vannet og at slitasjebeskyttelsen på øvre og nedre overganger er korrekt. Deretter forventes det at forankringen skal holde i 15 år eller mer.

Alle besiktigelser av kjettingforankringene og alle tvilsomme avgjørelser om når rustende kjettingstål skal utskif-tes, forsvinner samtidig med de store material- og arbeids-kostnadene, som hver slik utskifting fører med seg. Forskjellene mellom kjettingutførelsen og den nye forankring øker progressivt med økende vanndybde.

Det hører med til helhetsbildet av det nye system at man for fremstillingen av en eneste kjettingforankring for f.eks. 10 m vanndybde, kan fremstille ti stk. tilsvarende i det nye system, til samme kostnad og energiinnsats. Systemets kvalitet ligger i at man ut fra de rådende forutsetninger har valgt tekniske løsninger som gjør det mulig å anvende materialer som er vedlikeholdsfrie i det spesielle miljø, og samtidig lett tilgjengelig på markedet, tildels gjenvunnet fra overskud-dsproduksjon. Forbedring gjennom forenkling.

Claims (5)

1. Anordning for fast fortøyning av flytende gjenstander, f.eks. flytebrygger, pongtonger, bøyer, båter osv, hvilken forankring består av et anker i form av en støpt sten, et ringanker e.l., KARAKTERISERT VED at det som feste på ankeret er innsatt ett eller flere parallelle gummidekk, fortrinnsvis bildekk e.l., ved at det i gummidekket (1) som er innsatt som f es tering, er innsatt en del som virker som et kjettingledd, fortrinnsvis utformet av ett eller flere andre dekk (3), og ved at det mellom dette andre dekk (3) og den flytende gjenstand blir plassert en fortøyningstrosse av kunstfibermateriale.

2. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at en del av det første gummidekk eller de første gummidekk (1), f.eks. halvparten, er nedstøpt i ankeret, og at det i dette er innlagt et mindre dekk (2), hvor også dettes nedre halvdel er innstøpt i betongen.

3. Anordning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at det første gummidekk eller de første gummidekk (1) sammen med sine innlagte mindre dekk (2) er forsynt med et snitt (5) tvers gjennom dekket for å muliggjøre påtredning av det eller de andre gummidekk (3) som fungerer som kjettingledd, på det første gummidekk eller de første gummidekk (1), ved at dette snitt (5) er i den del av det første gummidekk eller de første gummidekk (1) som er nedstøpt i ankeret og ligger lengst nede.

4. Anordning ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at også det andre dekk (3) som er innvendig forbundet i det første dekk (1) har innlagt et noe mindre dekk.

5. Anordning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at flere gummidekk kan legges etter hverandre og sammenbindes med sliteoverflåtene mot hverandre, f.eks. med en rustfri stålplate som formes på tvers rundt dekkene ved hvert anleggspunkt og sveises, klinkes eller boltes sammen slik at det dannes en rett kjede av utvendig sammenlenkede gummidekk, som innsatt i fortøy-ningen tjener som en ekstra rykkdempende, elastisk lengde.