NO771417L - Flyteb¦ye. - Google Patents

Description

"Flytebøye"

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sjøbøye konstruert for å flyte ved overflaten av en vannansamling og for å bære data-målingsutstyr.

En slik type bøye, som ofte kalles en databøye, anvendes

til sjøs eller til havs (for det meste på stasjonære steder) for å samle data av meteorologisk og/eller marin (eller oceanografisk) natur, f.eks. informasjon om vindhastighet og -retning, bølge-høyde, barometertrykk, sjøtemperatur,, lufttemperatur, sjønivå, strømhastighet og -retning, idet all.slik informasjon måles med tiden som referanse.

Der finnes allerede en rekke bøyekonstruksjoner til generelle formål såvel som til spesielle formål, i forbindelse med innsamling av marine data. Selv om størstedelen av databøyekonstruk-sjonene ble funnet operasjonsdyktige for innsamling av informasjon om et begrenset antall av parametre, ble det imidlertid funnet at der hvor et stort antall av parametre skulle måles, var det nødvendig med forbedringer av bøyekonstruksjonene uten å øke størrelsen og kostnaden av bøyen uforholdsmessig og samtidig uten å redusere bøyens stabilitet og evne til å overleve og funk-sjonere under spesielt dårlige forhold, som f.eks. råder på steder hvor det er funnet at stormer opptrer hyppig.

Der kan skilles mellom følgende typer av sjøbøyer til å inn-samle meteorologiske og oceanografiske data.

Stav- eller bombøyen omfatter en slank flytende skrogdel

som kan ha en lengde opp til 90 m. Størstedelen av skrogdelenbefinner seg utenfor bølgesonen, og på grunn av tregheten vil en slik bøye ikke eller neppe bli utsatt for vertikale forskyvninger under påvirkning av bølgebevegelse. Slike bøyer danner derfor

et stabilt fundament for påmontering av måleutstyr, men deres ulempe er den høye pris og det forhold at de vanskelig lar seg transportere på grunn av den store lengde.

Stang- eller bomtypebøyer av forholdsvis liten vertikal lengde (f.eks. 5 - 15 m) oppviser ikke disse ulemper, men er funnet å være mindre stabile når de påvirkes av store bølger. Under slike forhold oppviser de et utilstrekkelig opprettings-moment, noe som får dem til å krenge mot flankene av de forbipas-serende bølger og derved gjør dem uegnede for måling av vindparametre.

Man stilles overfor en lignende ulempe når datainnsamlings-organer monteres på eller i et kuleformet skrog som er forsynt med en stang eller bom. Et slikt skrog vil oscillere meget kraf-tig når det utsettes for bølgepåvirkning, og er i praksis funnet å være hensiktsmessig bare til måling av bølgehøyder ved hjelp av et akselerasjonsmåleapparat i kombinasjon med en dobbelt inte-grator. En ren kule viser en bedre oppførsel, men i fravær av en mast kan den ikke brukes til måling av vindparametre.

Videre har der for bæring for marine og meteorologiske data-måleinstrumenter vært brukt bøyer med flytende skrogdeler av sylindrisk form og med dimensjoner svarende til dem for et mindre fartøy. Bøyer av denne type følger bølgene på samme måte som kulebøyen. På grunn av bøyenes størrelse er de forholdsvis stabile og egner seg for detektering av vindparametre, f.eks. fart og retning. Da disse bøyer har store dimensjoner (størrelsen av skrogdiameteren ligger i området mellom 6 og 15 m og skrogets høyde strekker seg fra 2 til 3 m), er de vanskelige å håndtere og dyre å fremstille på grunn av den store størrelse og vekt.

Alle de kjente bøyer kan anvendes som d©r,vbøyer eller på en fast plass ved forankring til sjøen- eller havbunnen. De data som innsamles ved de marine og meteorologiske måleapparater som bæres av bøyen, blir enten lagret ombord i bøyen og fjernet derfra periodisk av operatører som besøker bøyen ved hjelp av et fartøy eller et helikopter, eller overført enten kontinuerlig eller periodisk ved radiobølger til mottagere på land. Bøyene inspiseres da bare for vedlikeholds- og energiforsyningsformål.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe ensjøbøye av forholdsvis liten størrelse, dvs. den skal være forholdsvis rimelig å fremstille og lett å håndtere, den skal følge bølgene under driftsforhold, men til tross for sin forholdsvis ringe størrelse være tilstrekkelig stabil for å tillate nøyaktig registrering av parametre over sjøflaten, f.eks. vindparametre, lufttemperatur, barometertrykk, sikt og nedbør.

Hensikten er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved en sjøbøye

som omfatter en flytende skrogdel av hovedsakelig sylindrisk form og en mast og en kjøl støttet med barduner til motsatte sider av skrogdelen, idet kjølen bare består av en stang og en ballastvekt fastholdt til stangen.

Forholdet mellom skrogdelens diameter og høyde kan være mellom 2 og 6, fortrinnsvis mellom 3 og 4.

Skrogets diameter kan være mellom 2 og 4 m, fortrinnsvis mellom 2 og 3 m.

Avstanden mellom ballastvekten og skrogdelen er mellom 1 og

5 ganger diameteren av skrogdelen, fortrinnsvis mellom 2 og 4 ganger denne diameter. Ballastvekten kan være mellom 1/3 og 1/7, fortrinnsvis mellom 1/4 og 1/6 av bøyens totale vekt.

Skrogdelen kan være forsynt med minst én brønn som er åpen

i begge ender og strekker seg mellom de flate ender av skrogdelen dg er innrettet til å romme en vanntett modul som inneholder elektronisk utstyr.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere ved hjelp av eksempel under henvisning til tegningen som viser en ut-førelsesform for oppfinnelsen. Fig. 1 er et skjematisk sideriss av en utførelsesform for sjøbøyen ifølge oppfinnelsen i en stilling forankret til sjøbunnen. Fig. 2 viser i større målestokk et utsnitt, delvis i snitt, av deler av bøyen på fig. 1.

Bøyen vist på fig. 1 består av en skrogdel 1, en mast 2, en kjøl 3 og et festeorgan 4 til å forbinde skrogdelen 1 til en forankringsline 5. Skrogdelen 1 bærer en flerhet av moduler 6 som inneholder elektronisk utstyr. Detaljer vedrørende måter som modulene bæres av bøyen på, vil bli beskrevet i det følgende under henvisning til fig. 2.

Masten 2 og kjølen 3 er hver for seg bardunert til skrogdelen ved hjelp av en flerhet (minst tre) barduner 7 som er festet til skrogdelen og til kjølen og masten på.en i og for seg kjent måte som ikke trenger å bli beskrevet nærmere. Det samme gjelder for strammeorganene brukt til stramming av bardunene.

Toppen av masten 2 bærer en antenne 8, en vindhastighets-føler 9 og en vindretningsføler 10. Alle disse elementer er av kjent konstruksjon og trenger ikke en detaljert beskrivelse. Følerne 9 og 10 såvel som andre ikke viste følere står i elektrisk forbindelse méd det elektroniske utstyr i en av modulene 6 gjennom lederne i ikke viste vanntette elektriske kabler og kob-linger.

Bøyens kjøl 3 består av en bom eller stang 11 og en ballastvekt 12. Kjølen kan enten bestå av to separate deler, eller stangen og ballastvekten kan utgjøre ett stykke.

Det skal gjøres oppmerksom på at kjølen 3 bare består av stangen og ballastvekten, og at stabiliseringsorgarier, f.eks. i form av horisontale skiver som tjener til å hindre vertikale bevegelser av bøyen, eller i form av plater som strekker seg ver-tikalt og tjener til å forhindre oscillasjonsbevegelser av bøyen, ikke finnes, fordi slike organer er.funnet å influere uønsket på den vertikale stilling av bøyen når denne utsettes for vann-strøm. Når bøyen var forankret, ville den da bli påkjent av kraften i forankringslinen og av den kraft som utøves av vann-strømmen på stabiliseringsorganene, og følgelig krenge for derved å endre stillingen av vindfølerne 9 og 10 der, som et resultat av dette, ville avgi data som ikke var representative for de eksisterende vindforhold.

Når bøyen ifølge oppfinnelsen anvendes på steder hvor der ventes betydelig bølgeaktivitet, bør bøyens dimensjoner velges omhyggelig for å minske bøyens følsomhet overfor oscillasjonsbevegelser som skyldes bølgebevegelser, fordi slike bevegelser ville føre til en uønsket påvirkning av måleresultatene, spesielt for de følere som bæres av bøyemasten på en forholdsvis stor høyde over vannflaten.

Skrogdelen bør konstrueres med et forhold mellom diameter

og høyde (D/H) på mellom 2 og 6. Det nøyaktige forhold avhenger av den spesielle sjø- eller havbølgetype som eksisterer der bøyen skal benyttes. Generelt vil der oppnås et godt resultat med et D/H-forhold mellom 3 og 4.

Det samme gjelder for forholdet L/D som viser sammenhengen mellom den avstand L hvor tyngdepunktet for ballastvekten 12 er plassert fra den side av skrogdelen 1 som vender mot ballastvek ten 12, og diameteren D for hele delen 1. Dette forhold bør være mellom 1 og 5. Det nøyaktige forhold avhenger av bølgetypen på det sted hvor bøyen skal benyttes. Man vil oppnå god stabilitet med et L/D-forhold mellom 2 og 4.

De forhold som er angitt ovenfor, tillater bruken av en

bøye med små dimensjoner uten at dette påvirker bøyens stabilitet uønsket. En skrogdiameter mellom 2 og 4 m (fortrinnsvis mellom 2 og 3 m) kan benyttes, noe som tillater at der kan konstrueres en stabil bøye med dimensjoner som er tilstrekkelige små til enkel transport og montering.

Ballastvekten kan være mellom 1/3 og 1/7 (fortrinnsvis mellom 1/4 og 1/6) av bøyens totale vekt.

For å motvirke krengningen av den forankrede bøye når denne påvirkes av vannstrømmen, bør forholdet L/A være mellom 10 og 20 (fortrinnsvis mellom 13 og 16). Som allerede nevnt angir L avstanden mellom tyngdepunktet for ballastvekten 12 og den endeflate av skrogdelen 1 som vender mot ballastvekten. Videre angir A avstanden mellom festeorganet 4 for forankringslinen 5 og omkretsen av den endeflate av skrogdelen 1 som vender mot organet 4.

Forankringslinen 5 er ved hjelp av en dreiekobling 13 forbundet til strammelinen 14 som strekker seg mellom et lodd 15 og en undervannsbøye 16.

Fig. 2 viser detaljer av den måte på hvilke modulene 4 bæres av skrogdelen 1.

Skrogdelen 1 er en stiv, hul metallkonstruksjon konstruert for å flyte på vannflaten selv under stormforhold. Delens indre 17 kan være fylt med et harpiksskum med porehulrommene fylt med en gass. Skrogdelen kan være laget av metall eller armert harpiks.

En brønn 18 som er åpen i begge ender, består av en rørfor-met del (som kan ha rundt tverrsnitt) anordnet mellom endeflaten 19 og endeflatene 20 av den sylindriske skrogdel 1. En modul 4 er opphengt i brønnen 18 og forbundet med skroget 1 ved hjelp av i og for seg kjente organer. Modulen 4 omfatter en vanntett be-holder 21 som på toppen er forsynt med et håndtak 22 og tjener til oppdrift av bøyen. Beholderen 21 rommer ikke vist elektronisk utstyr til å drive måleutstyr som samvirker med en føler23 montert i bunnstykket av beholderen 21. En elektrisk kabel

24 er ført fluidumtett gjennom toppflaten 19 av beholderen 21 og

fører til antennen 8 (se fig. 1).

Det skal forstås at den energi som kreves for å drive det elektroniske utstyr, kan være av en hvilken som helst passende form, f.eks. i form av batterier som er plasert i de forskjellige moduler eller inneholdt i en separat modul som ved elektriske kabler er forbundet med de moduler som inneholder det elektroniske utstyr.

Selv om den utførelsesform som er vist på fig. 1, viser en antenne til å overføre de innsamlede data til en mottager som enten er plasert på land eller på et nærliggende skip, skal det forstås at dataene også kan lagres i digital eller analog form på bånd i modulene og innsamles periodevis ved utskifting av modulene med moduler som inneholder ferske bånd.

Det skal forstås at måten føleren 23 er montert på tillater måling av undervanns-parametre. Eventuelt kan ytterligere følere monteres på toppstykket av modulene for måling av parametre over vannflaten. Følere som er montert på selve bøyen (f.eks. følerne 9 og 10 på fig. 1) eller på noe avstand fra bøyen, er forbundet til en modul ved hjelp av elektriske kabler som tjener til å over-føre de målte data til modulen.

Ved å montere masten 2 og/eller kjølen 3 på skrogdelen 1 på den måte som er vist på fig. 2 i tegningen, vil man oppnå en rimelig konstruksjon av bøyen, noe som medfører en betydelig vektreduksjon og samtidig tillater enkel transport og lagring av bøyen.

Til den nedre ende 20 av skrogdelen 1 er der festet (f.eks. ved sveising) en fatning 25 som inneholder et koppformet element 26 av bøyelig materiale (f.eks. gummi). Den øvre ende av stangen 11 passer inn i det koppformede element 26 og presses inn i kop-pen under virkning av den spenningspåkjenning som utøves av strammeorganer 27 i bardunene 28 som bardunerer kjølen 3 til skrogdelen 1.

På en alternativ måte holdes masten 2 i berøring med skrogdelen 1 gjennom det indre av en elastisk kopp 29 anordnet mellom en bolt 30 fastsveiset til den øvre endeflate 19 av skrogdelen 1 og en fatning 31 som danner den nedre ende av masten 2. Stramme-organer 3 2 i bardunene 33 tvinger den nedre ende av masten 2 ned på skrogdelen 1.

Trykket mellom den øvre endeflate 19 og den nedre endeflate

20 av skrogdelen tas opp ved avstivningsflater (ikke vist) anordnet i det indre av skrogdelen 1.

Det skal forstås at de elastiske kopper 26 og 29 forhindrer skrogdelen fra å bli påkjent av bøyemomenter som varierer i størrelse og retning og skyldes tverrpåkjenninger utøyet på masten 2 og kjølen 3. Montering av mast og kjøl på en fiksert måte på skrogdelen 1 ville kreve kompliserte og tunge konstruksjoner for å unngå tretthetsbrudd som er forbundet med slike monteringer, og som skriver seg fra det varierende belastningsmønster som slike utsettes for. Den foreliggende løsning unngår dette problem og fører til en bøyekonstruksjon som oppviser de fordeler som er beskrevet ovenfor.

Det skal forstås at de to alternative måter som stangen og masten er montert på på fig. 2, bare er vist som eksempel. En hvilken som helst annen konstruksjon som forhindrer påkjenninger på koblingen mellom skrogdelen og masten og/eller kjølen ved bøyemomenter vil gi gode resultater. Generelt kan dette oppnås ved innsetting av ettergivende organer mellom skrogdelen og den nedre ende av masten (og/eller den øvre ende av kjølen). Eventuelt kan en tapp eller en bolt føres på tvers gjennom fatningen 25, den ettergivende kopp 26 og den øvre ende av stangen 11, for-utsatt at en slik tapp (eller bolt) har tilstrekkelig klaring for å unngå overføring av en hvilken som helst belastning mellom stangen og fatningen. Anvendelsen av en slik tapp (eller bolt)

kan være nyttig når stangen monteres til skrogdelen.

Dessuten er bruken av bøyen ifølge den foreliggende oppfinnelse ikke begrenset til den måte den er fortøyet til sjø- eller havbunnen. Andre fortøyningssystemer enn det som er vist på fig.

1, kan benyttes. Eventuelt kan bøyen til og med brukes fritt-flytende.

Claims (15)

1. Sjøbøye innrettet til å flyte ved vannflaten og bære data-m ålingsinstrumenter, karakterisert ved at bøyen omfatter en flytende hovedsakelig sylindrisk skrogdel og en mast og en kjøl støttet med barduner til motsatte sider av skrogdelen. idet kjølen bare består av en stang og en ballastvekt fastholdt til stangen.

2. Sjøbøye som angitt i krav 1, karakterisert ved at kjølen innbefatter en ballastvekt som holdes oppe av skrogdelen ved hjelp av holdeorganer som påkjennes under sara-mentrykkende belastning.

3. Bøye som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet mellom skrogets diameter og høyde er mellom 2 og 6.

4. Bøye som angitt i krav 3, karakterisert ved at forholdet mellom diameter og høyde er mellom 3 og 4 m.

5. Bøye som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert v e d at skrogdelens diameter er mellom 2 og 4 m.

6. Bøye som angitt i krav 5, karakterisert ved at skrogdelens diameter er mellom 2 og 3 m.

7. Bøye som angitt i et av kravene 3- 6, karakterisert ved at avstanden mellom ballastvekten og skrogdelen er mellom 1 og 5 ganger skrogdelens diameter, og at forholdet mellom ballastvekten og bøyens totalvekt er mellom 1/3 og 1/7.

8. Bøye som angitt i krav 7, karakterisert ved at den nevnte avstand er mellom 2 og 4 ganger diameteren av skrogdelen, og at forholdet mellom ballstvekten og bøyens totalvekt er mellom 1/4 og 1/6.

9. Bøye som angitt i et av kravene 1- 8, karakterisert ved at den omfatter organer til å feste bøyen til en forankringsline, hvilke organer er anordnet nær omkretsen av skrogdelen og ved dennes ende som vender mot kjølen, og at forholdet mellom de avstander som henholdsvis ballastvekten og festeorganene er plasert fra skrogdelen, er mellom 10 og 20.

10. Bøye som angitt i krav 9, karakterisert ved at forholdet mellom de avstander som henholdsvis ballastvekten og festeorganene er plasert fra skrogdelen, er mellom 13 og 16.

11. Bøye som angitt i et av de foregående krav, karakte-r isert ved at der i skrogdelen er anordnet minst en brønn som er åpen i begge ender, og som strekker seg mellom mot satte ender av skrogdelen og er innrettet til å romme en vanntett modul inneholdende elektronisk utstyr.

12. Bøye som angitt i krav 11, karakterisert ved at brønnene har et sylindrisk tverrsnitt.

13. Bøye som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den ende av masten eller stangen som vender mot skroget, berører skroget gjennom det indre av et ettergivende organ.

14. Bøye som angitt i krav 13, karakterisert ved at det ettergivende organ omfatter en fatning som samvirker med en i denne innstukket tappdel og et lag av ettergivende materiale anordnet mellom tappdelen og.de indre veggpartier av fatningen.

15. Modul til å settes inn i en åpen brønn i bøyen ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at modulen inneholder elektronisk utstyr, er.forsynt med monteringsorganer på den ene ende og bærer minst én føler montert på den ene side.