NO317435B1 - Isbrytende fartoy - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et isbrytende fartøy av det slag som er angitt i ingressen av krav 1.

En konvensjonell isbryter utgjør et spesialfartøy som først og fremst er konstruert for å oppnå gode isbrytende egenskaper. Da den årlige brukstiden for en isbryter omfatter kun et fåtall måneder, vil den kapital som er investert i en isbryter ikke gi noen avkastning i størstede-len av året. Det foreligger derfor et behov for å utvikle isbryterne slik at de kan anvendes også for andre formål enn isbryting, uten at deres isbrytende evne av den grunn blir dårligere. Hensiktsmessige sekundære arbeidsområder for isbrytere er å fungere som servicefartøy ved offshore virksomhet, som moderfartøy ved undervannsarbeider, som bukserer ved spesielt tung buksering og/eller som forsk-ningsfartøy .

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en effektiv isbryter som også med fordel kan anvendes for mange andre formål. Oppfinnelsens formål oppnås ved hjelp av de karakteristiske trekk som er angitt i krav 1.

Baugen av en isbryter gjøres nå på langt nær like skarp som i et normalt fartøy. En moderne isbryterbaug er enten avrundet med stor krumningsradius eller er utformet med et sentralt plant parti av betydelig bredde, se f.eks. svensk patent nr. 448621. Et ekstremt eksempel på denne type isbryter utgjøres av den svenske isbryter ODEN, bygget 1988. ODEN har en nesten 20 m bred plan sentral baugdel. En slik ekstremt tilflatet baug er ikke fordelaktig i åpent vann fordi den gir stor bevegelsesmotstand og meget kraftige støt i grov sjø.

Oppfinnelsen bygger på den tanke at en isbryter kun relativt sjelden arbeider under ekstremt vanskelige isforhold og utfører størsteparten av sin isbrytende funksjon under lette eller middels vanskelige isforhold. Det er da motivert å anvende meget spesielle løsninger under vanskelige isforhold. Et fartøy ifølge oppfinnelsen er derfor konstruert slik at det ved spesielt vanskelige isforhold svinges rundt og beveger seg med akterenden først mot isen. Dette kan tilveiebringes uten en radikal omformning av skroget fordi en normal fartøyshekk i ganske stor utstrekning har form som med mindre modifikasjoner kan anvendes for isbryting. Dessuten oppnås ifølge oppfinnelsen den fordel at fartøyets propell eller propeller tilveiebringer kraftige vannstrøm-mer, som ved gange med hekken først i betydelig grad reduserer friksjonen mellom fartøyets skrog og den omgivende is. Den teknikk å anvende vann som et smøremiddel mellom fartøy og is er i og for seg kjent i forskjellige varianter.

På grunn av at et fartøy ifølge oppfinnelsen under vanskelige isforhold beveger seg med akterenden først, kan fartøyets baugparti utformes med hensyn til helt andre krav enn isbryting. Forskipet kan optimaliseres for anvendelse i åpent vann, noe som ikke er hensiktsmessig ved konstruksjon av normale isbrytere.

Et fartøy ifølge oppfinnelsen kan ikke forsynes med et normalt ror fordi et sådant medfører problemer ved bevegelse akterover i kraftig is. Spesielt uhensiktsmessige er doble ror fordi is kan kile seg fast mellom rorbladene og der danne en masse som lett kan skade rorene og som gjør fartøyet manøvreringsudyktig, og som dessuten er meget vanskelig å fjerne. Disse vanskeligheter elimineres i et fartøy ifølge oppfinnelsen ved at rorene helt og holdent fjernes og at det istedenfor anvendes i og for seg kjente svingbare propellanordninger. En slik svingbar propellanordning, som i og for seg er kjent fra finsk utlegningsskrift 76977, kan lett gjøres så sterk at den også motstår sterk isbelastning.

En isbryters manøvreringsevne er av stor viktighet. Derfor forsynes et fartøy ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis med minst to dreibare propellanordninger ved siden av hverandre. Dette arrangement gir meget god manøvrerbarhet under alle forhold og spesielt ved manøvrering i is med akterenden først ved at propellenes styreeffekt da direkte påvirker fartøyets i bevegelsesretningen fremre ende. Propellanordningen bør være dreibar i det minste 125°, fortrinnsvis 250°. Mest fordelaktig er det imidlertid at propellanordningen er dreibar 360° eller noe mere.

For å gi størst mulig propelleffekt skal en propell være optimalisert for rotasjon i kun én retning. Dette utgangs-punkt stiller imidlertid større krav til propellanordningens dreibarhet enn om propellrotasjonens retning er valgfri. Det er mest fordelaktig å anordne propellen som en trekkende propell i forhold til propellens drivaksel. Propellen befinner seg da godt beskyttet bak fartøyets dype midtdel når fartøyet beveger seg fremover og nær fartøyets akterdel når fartøyet beveger seg akterover. I det første tilfelle er propellen godt beskyttet mot å komme i berøring med utrustning som f.eks. når fartøyet benyttes for forskningsformål, løper fra fartøyet ned i havet. I det andre tilfelle blir propellen ved gange i is rettet mot isen og kan da male isen i stykker og bidra til å løse opp isvoller. Systemet med trekkende propell er i og for seg kjent fra finsk utlegningsskrift 76977.

Det er viktig at det rundt propellen foreligger tilstrekkelig stort rom for de løsbrutte isstykker.. Spesielt over propellen bør avstanden til fartøysskroget være så stor at isflak av den største tykkelse som fartøyets isbrytningsevne er beregnet for, får god plass mellom propellen og skroget. Et isbrytende fartøy konstrueres for å bryte plan is av en gitt maksimal tykkelse. Denne konstruksjonsparameter tas hensyn til ved dimensjoneringen og utformningen av fartøyet. Med begrepet "vanskelige isforhold" menes gange i ubrutt is av nevnte maksimale tykkelse eller av en tykkelse som er nær den maksimale verdi. Selv betydelige ansamlinger av is, såkalte isvoller og vanskelig skruis (istrykk mot fartøyet) medfører isforhold som anses å være "vanskelige".

Fartøyets manøvreringsevne kan også forbedres ved å gjøre fartøyets midtparti relativt kort. I en foretrukket utførelsesform utgjør lengden av det midtparti der fartøyet oppnår hovedsakelig fullt dypgående høyst 2/3, fortrinnsvis høyst 1/2 av fartøyets vannlinjelengde.

I vanskelige isforhold må en isbryter ofte buksere slike fartøy som den assisterer. I et fartøy ifølge oppfinnelsen arrangeres bukseringsanordningene fortrinnsvis slik at bukservaiere eller lignende kan trekkes over fartøyets forskip, slik at fartøyet kan buksere under bevegelse med akterenden først. Bukseringsanordningene kan med fordel anordnes slik at de valgfritt kan anvendes i retning forover eller akterover. Det er likevel viktig at fartøyets aktre del i så stor utstrekning som mulig er fri for slik ekstrautrustning som kan behøves når fartøyet anvendes for forskningsformål eller for andre spesialoppdrag.

For at et fartøy ifølge oppfinnelsen skal kunne fungere som en effektiv isbryter når det beveger seg akterover, forsynes fartøyets hekk ved og under vannlinjen med en skrått anordnet isbrytende flate, som i retning fra akter mot fartøyets forparti heller nedad med en vinkel på høyst 40°, fortrinnsvis høyst 20° i forhold til horisontalplanet.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter den isbrytende flate et par i sideretningen skrått anordnede isstyrende flater, hvilke befinner seg aktenfor hver propellanordning. De isstyrende flater divergerer i retning oppad og heller minst 7° i forhold til horisontalplanet. I et vertikalt tverrsnitt av fartøyet kan de isstyrende flater møtes i et punkt akterom den foranliggende propellanordning, eller også kan en smal, hovedsakelig plan flate eller rygg utformes mellom de isstyrende flater. En rygg styrer sannsynligvis isflak mest effektivt til sidene bort fra propellanordningen.

For å oppnå effektiv brytning av plan is er det viktig at den skrå isbrytende flate strekker seg tilstrekkelig langt ned under vannflaten. Den loddrette avstand fra fartøyets konstruksjonsvannlinje til den nedre ende av den isbrytende flate bør være minst like stor, men helst større enn tykkelsen av den tykkeste is som fartøyet er konstruert for å bryte.

En ytterligere forbedring av fartøyets isbrytningsevne oppnås ved å utføre den aktre del av fartøyets skrog bredere i konstruksjonsvannlinjens plan enn tilsvarende parti av fartøyets midtdel.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til vedføyede tegninger, hvor: fig. 1a skjematisk viser et sideriss av et fartøy ifølge oppfinnelsen,

fig. 1b skjematisk viser et forenklet sideriss av den aktre del av et fartøy ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 skjematisk viser den fremre del av fartøyet ifølge fig. Ia sett ovenifra,

fig. 3 skjematisk viser den aktre del av fartøyet ifølge fig. 1b sett nedenifra,

fig. 4 skjematisk viser fartøyet ifølge fig. 1b og 3 sett aktenifra, og

fig. 5a-5c skjematisk viser tre forskjellige modifiserte utførelsesformer av en del av snittet V-V på fig. 1b.

På tegningen betegner 1 fartøyets skrog, 2 fartøyets fremre del og 3 fartøyets aktre del. I fartøyets aktre del foreligger i det minste en dreibar propellanordning 4, som kan være av det slag som er vist i finsk utlegningsskrift 76977. På fig. 1a er fartøyet klart for bevegelse fremover, og propellanordningens 4 propell 5 befinner seg da foran propellanordningen. Propellen 5 er optimalisert for rotasjon i kun en retning og anvendes i den viste utførel-sesform normalt kun som trekkende propell uavhengig av fartøyets bevegelsesretning. Fortrinnsvis anvendes to ved siden av hverandre plasserte propellanordninger, slik det fremgår av fig. 3.

På fig. 3 er den maksimale dreiningsvinkel av propellanordningene som er nødvendig for normal styring, betegnet med a. Denne vinkel utgjør ca. 35°. Fartøyets bevegelsesretning forover er vist med pilen 6. Dersom samme manøvrerbarhet ønskes når fartøyet beveger seg akterover som når det beveger seg fremover, må propellanordningen 4 være svingbar til en sentral stilling som er motsatt den som er vist på fig. 3 og i denne stilling være dreibar ±35° når fartøyet beveger seg akterover.

Dersom propellen 5 roterer kun i en retning, må propellanordningen være dreibar slik det er vist på fig. 3 for den øvre propellanordning, fra den stilling som angis av linjen 7 via stillingen 9 til den stilling som angis av linjen 8. Dersom vinkelen a er 35°, blir den totale dreiningsvinkel i så fall 250°. Dersom en størst mulig sidekraft ønskes, må propellanordningen kunne innta alle de stillinger som er vist på fig. 3 og dessuten en stilling motsatt stillingen 9. Propellanordningens totale dreiningsvinkel må da økes med en vinkel som utgjør forskjellen mellom en rett vinkel og vinkelen a og blir da 305° dersom a er 35°. Dersom propellen kan rotere i valgfri retning, er det tilstrekkelig at propellanordningens endestillinger utgjøres av posisjo-nene 7 og 9. I så fall utgjør den totale dreiningsvinkel kun 125°.

I et fartøy med to propellanordninger bør avstanden mellom dem gjøres så stor at de kan dreies uavhengig av hverandre og uten å støte mot hverandre. Videre er det hensiktsmessig at propellanordningene befinner seg så langt fra fartøyets ytterside at propellene ikke i noen stilling kommer utenfor fartøysskrogets projeksjon nedad. Dersom fartøyet skal anvendes i oppdrag som krever dynamisk posisjonering, må det dertil forsynes med en eller flere sidestyringspropeller 13 i forskipet.

på fig. 1 betegner 10 fartøyets konstruksjonsvannlinje. Fartøyets vannlinjelengde utgjøres av avstanden mellom linjene 11 og 12. Fartøyets midtparti K utgjør det parti av fartøyet som når i det minste hovedsakelig ned til fartøyets maksimale dypgående. Dette parti har en lengde som er mindre enn halvparten av fartøyets vannlinjelengde. Dersom avstanden K er stor, blir fartøyets manøvreringsevne dårligere. Manøvreringsevnen forbedres dersom fartøyet

nedenfor vannlinjen har innad/nedad hellende sider. Jo mere sidene heller innad/nedad, desto lengre kan avstanden K være uten at fartøyets manøvreringsevne svekkes i betydelig grad.

I fartøyets overbygning 14 foreligger en vinsjanordning 15,

som omfatter en flerhet vinsjtromler eller tilsvarende. Vinsjene kan anvendes for buksering såvel ved bevegelse akterover som ved bevegelse forover. I det førstnevnte tilfelle løper bukservaieren slik tallet 16 viser, i det sistnevnte tilfelle slik tallet 17 viser. I fartøyets forstevn foreligger en såkalt buksergaffel 18, som opptar et buksert fartøys stevnparti ved buksering under gange akterover i vanskelige isforhold. Buksering i samme retning er hensiktsmessig også ved utførelse av geofysiske forsk-ningsarbeider fordi det da vanligvis er viktig at propell-støyen og -virvlene forstyrrer det bukserte objekt så lite som mulig. Det er da av fordel at propellene i det bukserende fartøy er så langt borte fra bukseringsobjektet som mulig.

Slik det fremgår av fig. 1, kan den betydelige del av fartøyet som befinner seg aktenfor overbygningen 14, fritt anvendes for spesielle formål. På akterdekket kan det anordnes en landingsplass for helikoptere, romenheter for forskningsutstyr, vinsjer, last, måleutrustning m.m. Disse anordninger er ikke vist.på tegningene fordi de kan være av svært forskjellig slag. Det er vesentlig at fartøyets hele aktre del er fritt disponibel for ønskelig spesialutrust-ning.

I fartøyets hekk, ved og under konstruksjonsvannlinjen 10, foreligger en skråstilt isbrytende flate 20, hvis helningsvinkel b i forhold til horisontalplanet er ca. 20°. Denne vinkel kan være enda mindre, men bør fortrinnsvis ikke overstige 40°. Fartøyets isbrytende akterparti må nødven-digvis i sin helhet være forsterket og dimensjonert for sin isbrytende oppgave.

Slik det er vist på fig. 1b, foreligger det et hovedsakelig horisontalt plant bunnparti 19 over propellanordningene 4. Planet 19 befinner seg i en avstand A fra konstruksjonsvannlinjen 10. Avstanden A er like stor eller fortrinnsvis større enn den maksimale tykkelse av den is som fartøyet er konstruert for å bryte.

Mellom propellen 5 og fartøysskroget 1 bør det foreligge et fritt område B, som er like stort eller større enn den maksimale tykkelse av den is som fartøyet er konstruert for å bryte. Den vertikale dreibare aksel 4a i hver propellanordning er, slik det er vist på fig. 3, omgitt av et strømlinjeformet skall som følger propellanordningens dreiebevegelse. Det strømlinjeformede skall har et dråpeformet tverrsnitt med den butte delen vendt mot propellen 5.

Slik det fremgår av fig. 3 og 4, omfatter skrogets aktre del 3 et mot sidene utvidet parti. Dette partis maksimale bredde ved konstruksjonsvannlinjen er fortrinnsvis ca. 110% av bredden av skrogets midtparti. Det utvidede parti bør hensiktsmessig ikke være mer enn 25% bredere enn skrogets midtparti fordi det da vil gi unødig stor bevegelsesmotstand. Selv større bredder er dog tenkelige innenfor oppfinnelsens ramme dersom øket bevegelsesmotstand av en eller annen grunn skulle være akseptabelt.

Fig. 5a-5c viser detaljer ved isbrytningsflaten 20. I en foretrukket utførelsesform modifiseres flaten 20 slik at den omfatter to mot siden hellende isstyrende flater 20a, som i et tverrsnitt av fartøyet divergerer oppad og har en helningsvinkel c på minst 7° i forhold til horisontalplanet. De isstyrende flater 20a kan møtes aktenfor propellanordningen 4, slik det er vist på fig. 5a, eller det kan foreligge et plant parti 21a eller en rygg 21b mellom flatene 20a, slik det er vist på hhv. fig. 5b og 5c.

Da et fartøy ifølge oppfinnelsen i vanskelige isforhold beveger seg med akterenden først, er det ikke nødvendig å optimalisere baugpartiet for isbryting, men det kan istedenfor fritt utformes med tanke på andre ønskemål og funksjoner.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste utførelses-former, idet flere varianter og modifikasjoner er tenkelige innenfor rammen av de påfølgende patentkrav.

Claims (13)

1. Isbrytende fartøy beregnet for operasjoner såvel under isforhold som i åpent vann og omfattende et skrog (1) med en fremre del (2) og en aktre del (3) med fartøy-ets hoveddrivanordning omfattende i det minste en hovedsakelig i et horisontalplan dreibar propellanordning (4) med en av et maskineri drivbar roterende propell (5), idet propellanordningen (4) også er anordnet til å fungere som fartøyets hovedstyreanordning, karakterisert ved at fartøyets propellanordning (4) og skrog (.1) er konstruert og dimensjonert slik at fartøyets mest effektive bevegelsesretning ved . utførelse av vanskelige isbryteroppgaver er med den aktre del (3) foran, mens derimot fartøyets mest effektive bevegelse i åpent vann er med den fremre del (2) foran.

2. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det har to dreibare propellanordninger (4), hvilke er anordnet ved siden av hverandre slik at de kan dreies fritt i forhold til hverandre.

3. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at propellanordningens (4) propell (5) er optimalisert til å rotere kun i en retning.

4. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det over propellanordningen (4) foreligger en hovedsakelig horisontal skrog-bunnflate (19) i en minste avstand (B) fra propellen (5) som er like stor eller større enn tykkelsen av den tykkeste is som fartøyet er konstruert for å bryte.

5. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det i sin akterende ved og under konstruksjonsvannlinjen (10) har en skråstilt isbrytende flate, hvis helningsvinkel i forhold til horisontalplanet er høyst 20°.

6. Fartøy ifølge krav 5, karakterisert ved at den isbrytende flate (20) omfatter et par skråstilte isstyrende flater (20a) aktenfor hver av fartøyets propellanordninger (4), at helningsvinkelen (c) av de isstyrende flater (20a) i et vertikalt tverrsnitt av fartøyet er minst 7° i forhold til horisontalplanet, og at de isstyrende flater (20a) i hvert par divergerer i retning oppad.

7. Fartøy ifølge krav 6, karakterisert ved at det mellom de isstyrende flater (20a) i hvert par foreligger en rygg (21b) eller en hovedsakelig plan flate (21a).

8. Fartøy ifølge et av kravene 5-7, karakterisert ved at den isbrytende flate (20) strekker seg nedad til et nivå under konstruksjonsvannlinjen (10) hvis avstand fra konstruksjonsvannlinjen er like stor eller fortrinnsvis større enn tykkelsen av den tykkeste is som fartøyet er konstruert, for å bryte.

9. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at fartøyets aktre del i området ved konstruksjonsvannlinjen (10) er vesentlig bredere enn på tilsvarende sted i et sentralt tverrsnitt av fartøyets skrog.

10. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom fartøyets fremre og aktre del foreligger en midtdel (K) som i det minste hovedsakelig når ned til fartøyets største dypgående, idet lengden av denne midtdel utgjør høyst 2/3, fortrinnsvis høyst 1/2 av fartøyets vannlinjelengde.

11. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det har en bukse-ringsvinsj (15) eller lignende som er anordnet til å fungere over fartøyets fremre del (2) når fartøyet beveger seg med akterenden først, fortrinnsvis alternativt kan anvendes for buksering over fartøyets fremre del (2) eller over fartøyets aktre del (3).

12. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det i eller nær fartøyets aktre del (3) foreligger et område som fritt kan anvendes for installasjon av utrustning beregnet for annen anvendelse av fartøyet enn isbrytervirksomhet.

13. Fartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det i eller nær fartøyets aktre del (3) foreligger et område som fritt kan anvendes for installasjon av utrustning beregnet for annen anvendelse av fartøyet enn isbrytervirksomhet.