NO793917L - Stabiliseringssystem for et kranbaerende fartoey - Google Patents

Description

Stabiliseringssystem for kranbærende

fartøy.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et stabiliseringssystem for et fartøy med skipsskrog som befinner seg i driftsstilling under vannlinjen og som på oversiden er utstyrt med hule søyler som over vannflaten understøtter en arbeidsplattform som er forbundet med én eller flere tunge løftekraner, hvor stabiliseringssystemet omfatter vannballasttanker over og under det omgivende vannspeil, og hvor så vel den utløpende vannstrøm fra den øvre ballasttank som den innløpende vannstrøm i den nedre ballasttank styres selektivt av reguleringsventiler i avhengighet avøyeblikkelig opptredende, balanseforstyrrende krefter som fremkalles når kranene anvendes for lasthåndtering.

Et liknende system er kjent fra tysk patentskrift

P 28 02 249.3.

Med utgangspunkt i den kjente teknikk er formålet ved foreliggende oppfinnelse å frembringe en spesiell utførelses-form som vil medføre ytterligere forenkling av systemet for stabilisering av et fartøy under lasthåndtering ved anvendelse av én eller flere kraner som er montert på fartøyet, hvorved avvikene fra fartøyets forutbestemte flytestillinger holdes innenfor snevre grenser (fortrinnsvis 1°), mens lasthåndteringen ikke desto mindre kan gjennomføres med den maksimalhastighet som den enkelte kran eller kranene tillater uten at systemets stabiliseringsevne overskrides.

Reguleringsventilene for undervanns-ballasttankene består ifølge oppfinnelsen av vanninnløpsventiler i nevnte tanker som for øvrig er uten'forbindelse med det omgivende vann.

Det er fortrinnsvis anordnet et slikt pumpesystem at vannet kan pumpes ut av den nedre vannballasttank og inn i vannballasttanken over havflatenivået.

Det er ifølge oppfinnelsen frembrakt et enkelt og økono-misk stabiliseringssystem som gjør det mulig å oppnå stabili sering hurtig og effektivt ved innføring av vann i undervanns-ballasttankene og uttømming av vann fra de øvre ballasttanker.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende

i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser et skjematisk perspektivriss av et flytende legeme som påvirkes av en vertikalkraft. Fig. 2 viser samme legeme i horisontalstilling, med an-givelse av dekompenseringskrefter som kreves for denne stilling.

Fig. 3 viser et vertikalsnitt, langs linjen III-III i

fig. 4, gjennom et fartøy ifølge oppfinnelsen, med to kraner som er vist i fremre enderiss. Fig. 4 viser, i forminsket målestokk, et planriss, dreiet 90° om en vertikalakse i tegningen, av fartøyet ifølge fig. 3.

Fig. 5 viser et forenklet riss av en kran med angivelser

for beregningsutførelser.

Fig. 6 viser et planriss, dreiet 90° om en vertikalakse,

av arbeidsplattformen på det fartøy ifølge oppfinnelsen som er vist i fig. 4 og 5.

Fig. 7 viser riss som illustrerer fyllingen av vannballasttankene under de forskjellige trinn i den lasthånd-teringsprosess som er beskrevet i de etterfølgende eksempler.

Hvis et flytende legeme, som vist ved strekete linjer i

fig. 1, påføres en vertikal belastning G, vil det i legemets flytestilling, målt i forhold til et fast aksesystem X - Y - Z, opptre følgende forandringer:

- vertikalforskyvning (Z)

- vinkelforskyvning f x i forhold til x-aksen (rulleaksen)

- vinkelforskyvning f y i forhold til y-aksen (stampeaksen)

For å motvirke alle disse forandringer, vil det kreves

minst tre kompenseringskrefter som virker i tre forskjellige punkter.

Hvis kompensasjon av to av frihetsgradene er tilstrekkelig, vil det bare behøves to kompenseringskrefter.

Med en kompenseringskraft vil bare én frihetsgrad kunne påvirkes.

Når kompenseringskreftene bare virker i én retning, vil

det foreligge andre muligheter.

Således er det f.eks. mulig å kompensere de to vinkelforskyvninger ved hjelp av tre eller flere nedadrettede kompenserings-kref ter .

For opprettelse av et stabiliseringssystem, som tidligere omtalt, for såkalte halv-nedsenkbare flytekraner, vil det være tilstrekkelig med to kompenseringskrefter for å holde de to vinkelforskyvninger på null.

"Vertikalforskyvningen blir derved ikke kompensert. Posisjonen for kompenseringskreftene A og B bestemmes ved konstruk-sjon når det, som beskrevet i det etterfølgende, anvendes vann-ballasttankre som er anordnet parvis over hverandre og hvor ballasttankenes vert,ikalakser forløper gjennom punktene 2 og 3 (koordinater a, b for punkt 3 og a, - b for punkt 2).

Hvis størrelsen G og angrepspunktet (x, y) for denne vertikalkraft er gitt, kan den største av de to kompenseringskrefter A og B som er avgjørende for fartøyets opprettholdelse i horisontalstilling, beregnes.

Det resulterende moment om x-aksen, Mx, må i dette tilfelle være lik null og momentet om y-aksen, My, må likeledes være lik null.

Av den grunn er:

(A-B) b = Gy

(A+B) a = Gx

og følgelig:

Variasjonen i dypgående kan beregnes av variasjonen i totalbelastning og den totale tverrsnittsflate av søylene (A^)

Det fremgår av dette at når x = a, er dypgåendet uforandret. Innen en av fartøyets kraner bringes i funksjon, beregnes stør-relsen og posisjonen og de tilhørende verdier av kompenseringskreftene som ang3 is som nullverdier A o og B o. Disse lagres i en kalkulators minneverk.

Når størrelsen og/eller posisjonen av belastningen G forandres, vil verdiene av de kompenseringskrefter som skal beregnes, likeledes forandres.

Disse endringer henholdsvis AA = A - AQ og AB = B - B^, innmates i kontrollsystemet som justerer kompenseringskreftene.

Som omtalt innledningsvis, er oppfinnelsen bestemt for anvendelse ved et fartøy (se fig. 3-5) med to undervannsskrog 4 og 5 hvor det på dekkene er anordnet hule søyler 6-11 som over vannlinjen 12 er forbundet med en plattform 13 som under-støtter minst én tung løftekran 14 og 15 (f.eks. en 2000-tonns kran og en 3000-tonns kran).

Stabiliseringssystemet omfatter to vannballasttanker som

er anbrakt over hverandre under hver kran, hvor tankparet som er anordnet i søylen G under kranen 14, er betegnet med A og hvor A^angir den øvre tank og A2angir den nedre tank.

Tankparene i søylen 7 er på tilsvarende måte betegnet

med og B2. Kompenseringskrefter A og B (fig. 2) tilføres på kjent måte ved hjelp av vann som strømmer fritt henholdsvis inn i og ut av tankene A^og A2samt B^og B.>. Utstrømmende vann fra en tank A^eller B^over havnivå frembringer en oppad-rettet kraft.

Innstrømmende vann i en tank A2eller B2under vannlinjen frembringer en nedadrettet kraft.

Fordi det ifølge oppfinnelsen gjøres bruk av nivåvaria-sjoner under kranenes lasthåndtering, blir meget store vann-mengder fortrengt i løpet av kort tid, og dette er av vesentlig betydning når det er nødvendig at fartøyene hele tiden bibeholdes i horisontalstilling under løfting, dreining og flytting av last ved hjelp av kranene.

Det fremgår således at vannballasttankene A-^og A2er anordnet over det omgivende vannspeil 12 og at utløpsstrømmen reguleres av de selektivt fungerende styreventiler 16 og 17,

som forklart i det etterfølgende. Utstrømningen foregår gjennom vertikale utløpsrør 18 og 19 (hvorav det bare er vist ett rør for hver tank A^og B1) som strekker seg gjennom de nedre ballasttanker A2og B2og gjennom bunnen av skrogene 4 og 5. Tilsvarende innløpsreguleringsventiler 21 og 22 for innløpsrørene 23 og 24 hvorav det likeledes er vist bare ett rør for hver tank, er anordnet i bunnen av hver ballasttank A2 og B2>Selv om vannet vil kunne drives ut av disse tanker A2og B2ved inn-føring av trykkluft mens ventilene 21 og 22 er åpne, kan ballast-håndteringen, ifølge oppfinnelsen, foretas ved at dette betinger anvendelse av trykkluft, som forklart i det etterfølgende som et eksempel på en spesiell betjeningssyklus. Etter en slik syklus kan ballasttankene A2og B2tømmes ved at vannet pumpes

fra et nedre kammer til et øvre kammer gjennom pumpeledninger 2 5 og 26 (vist ved strekete linjer) som i praksis vil befinne seg inne i søylene 6 og 7. Overflaten i ballasttankene A.>og B2kan stå i åpen forbindelse med atmosfæren gjennom viste rørmuffer 27 og 28. De øvre ballasttanker er selvsagt forbundet med ytterligere én eller flere rørledninger (ikke vist) og kan derved fylles med vann fra sjøen.

Ventilene og de tilknyttede rørledninger må selvsagt være tilstrekkelig store og tallrike med henblikk på oppnåelse av en gjennomstrømningsmende av nødvendig størrelse i et fullstendig uinnsnevret utløp fra og B^og innløp til A2og B,,.

Det er i en effektiv versjon av oppfinnelsen oppnådd en fortrengning av ca. 4000 m 3 i løpet av 40 sekunder.

Systemet må "lades" før bruk ved lenspumping av de nedre ballasttanker A2og B2og fullpumping av de øvre tanker A^og B^.

Ballasttankene kan derfor med fordel være anordnet parvis over hverandre.

Likevekten blir ikke forstyrret ved pumping av vann fra den nedre tank til den øvre.

Pumpingen kan følgelig finne sted allerede under kompen-seringsprosessen, når den nedre tank ikke lenger er helt tom og den øvre tank ikke er helt full.

Den beregnete forandring i kompenseringskrefter ved en spesiell endring i belastningen omregnes til et ønsket vannivå

i hver ballasttank, eller til en. ønsket vannmengde som skal for-trenges (innstillingsverdi). Denne vannmengde måles kontinuerlig under reguleringen av vannspeilet. En ventil åpnes når den målte verdi avviker fra denønskete, nominelle verdi.

Hver ballasttank kan være utstyrt med et antall ventiler av innbyrdes forskjellig kapasitet. Typen og antallet av de virksomme ventiler blir derved definert som en funksjon av differensen mellom den nødvendige verdi for bibeholdelse av fartøyet på rett kjøl og den målte verdi for vannivået.

Volumreguleringen frembyr en andre mulighet. I dette tilfelle måles ventilenes posisjon. Ved benyttelse av de tilknyttede ventilkarakteristika som innmates som en konstant faktor i kal-kulatoren, integreres strømningsmengden med den forløpne tid, til det ønskete volum er oppnådd.

De øyeblikkelige variasjoner i vannhøydeverdiene (eller volumet) som er nødvendig for opprettholdelsen av horisontal- stillingen, beregnes direkte av indikasjonene fra de ulike spore-organer på kranene (svingevinkel, maksimumsvinkel, tyngde).

På grunnlag av forskjellige, kjente faktorer (f.eks. bom-lengden, avstanden mellom kranens svivelpunkt og bommens svivelpunkt, kranhusets og motvektens tyngdepunktsposisjon, m.m.) er det mulig å beregne de nødvendige forandringer i kompenserings-kref tene .

I disse beregninger kan det tas hensyn til innvirkningen av forskjellige belastningskrefter.

Med henvisning til de måleverdier som er oppgitt i fig.

3 og 5, er det i de nedenstående formler for beregning av de to kompenseringskrefterA^og BK, når to kraner 14 og 15 er i funksjon, tatt hensyn til følgende:

- tyngden av lasten i hovedheiseblokken GA og GB

- kranenes nettovekt som inngår i tyngden av kranhuset G„

- krantoppen G^og motvekten Gc

I formlene er bokstaven A eller B tillagt indeksene for å angi hvilken kran den gitte informasjon gjelder, dvs. A for kran 14 og B for kran 15 i fig. 3.

Det henvises videre til angivelsene i fig. 4 vedrørende

de målte avstander i forhold til aksene X og Y.

Formlene kan selvsagt utvides til å innbefatte kompensering av lastene i hjelpeheiseblokkene G^, 23°^^B 12°^^ or ^ kunne anvendes i de tilfeller da mer enn to kraner er i funksjon.

Beregningseksempler for bestemmelse av kompenserings-kref ter :

En spesiell metode benyttes for.plassering av kolli på dekk og for løfting av slike kolli. I det tilfelle da kran-kroken befinner seg ovenfor sitt eget dekk, benyttes verdiene A og B ved forandringer i lasten G.

o o

Fig. 3 viser skjematisk behandlingen av data i regneverket, dvs. i boks I (sporete inngangsverdier), boks II (sammenlikning med beregnete, faste programmverdier) og boks III (omdannet til ordrer for ventilene som er betegnet V. ,~og V„ , ~)<.>

Pi i.f z a i,z

Fig. 6 viser skjematisk at kranen 14 (hvorav bare bommen er angitt) er anordnet ved et hjørne av arbeidsdekkskonstruk-sjonen over søylen 6.

For enkelthets skyld er bare én kran beskrevet, og netto-vekten av denne kran er ikke kompensert (se fig. 5 og 6).

Det kan derfor benyttes enkle formler ved beregning av de kompenseringskrefter som er beskrevet tidligere under tittel "Kompenseringssystem med to kompenseringskrefter".

For beregning av lastens posisjon benyttes dreinings-vinkelen og kranradien, og det antas at kransentret sammenfaller med virkningslinjen for kompenseringskraften A^, dvs. at aksen for søylen 6 sammenfaller med aksen for kranen 14.

Derved anvendes nedenstående formler:

I det etterfølgende talleksempel er følgende verdier antatt:

a = 43 m

b = 34 m

3

Volumet av samtlige tanker = 4 000 m

Krankapasitet: G = 2700 tonn når R = 32 m.

og B1 2

Fig. 7a viser vannstanden i ballasttankene A^ 2^vec^ start-punktet I ifølge fig. 6, hvor kranbommens projeksjon forløper utenbords og parallelt med Y-aksen. Tankene A^og B^ er helt fulle, mens tankene A2og B2er tomme.

Det antas at en last på 2700 tonn blir oppheist fra en lekter langs fartøysiden. Ved benyttelse av formlene fremkommer de nødvendige kompenseringskrefter A = 3970,6 tonn og B = 1270,6 tonn. Da det gjennom ventilen A utstrømmer 3 97 0,6 tonn vann mens det gjennom ventilen B2innstrømmer 127 0,6 tonn vann under løf-tingen av lasten, vil fartøyets vertikalstilling opprettholdes uforandret. Vannstanden i tankene er deretter som vist i fig. 7b.

Kranen føres deretter fra posisjon I til posisjon II ifølge fig. 6, og ved hjelp av formlene kan de nødvendige kom-penseringskref ter i posisjon II beregnes til:

A = 3704,7 tonn og B = 1004,7 tonn.

Under denne manøver vil det gjennom ventilen A2innstrømme 2 65,9 tonn vann mens det gjennom ventilen B^utstrømmer 2275,3 tonn vann. Den derav følgende vannstand i tankene er vist i fig. 7c. Amningsvinkel og kjølvinkel er fortsatt lik null,

mens fartøyets dypgående er minsket med verdien

Z = (2275,3 - 265, 9)/^

Etter at lasten fra posisjon II er nedført på en plattform på utsiden av fartøyet, er kompenseringskreftene i utgangs-stillingen atter lik null, dvs. av samme størrelse som ved inn-ledningen av kranmanøveren.

Under dette siste prosesstrinn har det således gjennom ventilen A2innstrømmet 3704,7 tonn vann, mens det gjennom ventilen B2har innstrømmet 1004,7 tonn vann. Den endelige vannstand i ballasttankene er vist i fig. 7d.

Kjølvinkelen og amningsvinkelen er atter lik null, mens fartøyets dypgående under nedsettingen" av lasten er øket med verdien Z = (3704,7 + 1004,7 = 2700)/^

Denne økning er gunstig for kranens virkemåte.

Claims (8)

1. Stabiliseringssystem for et fartøy med flere skipsskrog som i driftsstilling er fullstendig nedsenket og hvor det på dekkene er anordnet hule søyler som over vannlinjen er forbundet med en arbeidsdekkskonstruksjon som understøtter én eller flere tunge løftekraner, hvor stabiliseringssystemet omfatter vannballasttanker over og under det omgivende vannspeil, hvor så vel den utløpende vannstrøm fra den øvre ballasttank som den innløpende vannstrøm i den nedre ballasttank styres selektivt av reguleringsventiler i avhengighet av de øyeblikkelig opptredende, balanseforstyrrende krefter som oppstår når kranene anvendes for lasthåndtering, karakterisert ved at reguleringsventilene for undervanns-ballasttankene er innløpsventiler for nevnte tanker som for øvrig er uten forbindelse med det omgivende vann.

2. Stabiliseringssystem i samsvar med' krav 1, karakterisert ved en pumpeanordning for pumping av vann ut av den nedre ballasttank og inn i ballasttanken ovenfor havflaten.

3. Stabiliseringssystem i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at det, på hvert undervannsskrog, bare ved den ene endevegg av arbeidsdekket er anordnet en søyle som er utstyrt med en ballasttank over og en ballasttank under havflaten, hvor hver av disse søyler er forbundet med en kran.

4. Stabiliseringssystem i samsvar med krav 3, karakterisert ved at kransentret stort sett sammenfaller med hovedaksen for den øvre og den nedre vannballasttank som befinner seg i søylene under kranen.

5. Stabiliseringssystem i samsvar med krav 3 eller 4, karakterisert ved at en ballasttank over vannflaten tømmes under innvirkning av detø kende lastmoment, ved manøvrering av en drevet kran under løfting av en utenbordslast ved hjelp av en kranarm som strekker seg i fartøyets tverretning, mens en del av den nedre ballasttank i den motsatt beliggende søyle fylles ved åpning av vanninnløpsventilen, hvoretter det, under 90°-dreining av kranen til en andre utenbordsposisjon, opprettes stabilitet ved uttømming av vann gjennom et utløp i den sistnevnte ballasttank i tillegg til regulering av vann-innløpet til den nedre ballasttank under den fungerende kran, og hvor det, under nedsettingen av lasten etter en fullført dreiebevegelse, opprettes stabilitet ved vanninnstrømning i den nedre ballasttank under kranen og vanninnstrø mning i den nedre ballasttank i den motsatt beliggende søyle.

6. Stabiliseringssystem i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at de kompenseringskrefter som skal frembringes ved hjelp av utstrømmende vann fra de øvre ballasttanker og innstrømmende vann i den nedre ballasttank, beregnes kontinuerlig under en kranmanø ver som en funksjon av vannstanden eller volumet i ballasttanken, som er nødvendig for den gitte kranarmposisjon og last, og at de spesielle ventiler styres som en funksjon av differensen mellom de ønskete og de målte verdier for vannstanden eller vannmengden i den spesielle vannballasttank.

7. Stabiliseringssystem i samsvar med krav 6, karakterisert ved at det anvendes et volumregulerings-system. hvor den øyeblikkelige stilling av ventilene måles og ventilenes gjennomløpskarakteristika innføres og strømnings-mengden tidsintegreres, til det ønskete volum som er nødvendig for kompensering av kreftene, er oppnådd for hver ballasttank.

8. Stabiliseringssystem i samsvar med krav 6 eller 7, karakterisert ved at hver vannballasttank er utstyrt med flere ventiler av forskjellig kapasitet, og at valget av ventilantallet for hver ballasttank som skal aktivi-seres, beregnes med tilstrekkelig hyppighet som en funksjon av differensen mellom den ønskete verdi og den målte verdi for vannstanden eller vannmengden under kranmanøveren.