Uprawniony z patentu: Flume Stabilization Systems, Inc. Hobeken (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób stabilizowania statku oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób stabilizo¬ wania statku oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu, polegajace na wykorzystaniu przeplywu wody z jednej komory zbiornika stabilizujacego do drugiej.Na przelomie dwudziestego wieku dokonane zo¬ staly glównie przez Hermana H. Frahme nie¬ zwykle wazne usprawnienia w technice stabilizo¬ wania statków na morzu. Stabilizator Frahma, powszechnie znany jako bierny rurowy zbiornik w ksztalcie litery U stanowil pare oddalonych od siebie zbiorników polaczonych wzajemnie waskim przewodem, który poprowadzony byl od dna jednego zbiornika wokól dna statku do dna drugiego zbiornika przeciwleglego. W nastepnych konstrukcjach caly zbiornik zawarty byl miedzy pokladami statku, ale przewód laczacy w dal¬ szym ciagu mial wysokosc ograniczona ciecza w przewodzie krzyzowym. W takiej konstrukcji zbiorniki Frahma wahaly sie z czestotliwoscia do¬ strojona do czestotliwosci kolysania sie statku przy czym moment stabilizujacy powstawal naj¬ pierw w jednym kierunku, a nastepnie w dru¬ gim, zaleznie od polozenia statku.Wobec zalozenia Frahma, ze statek kolysze sie wedlug wlasnej czestotliwosci pomijajac oddzialy¬ wanie morza, urzadzenie to dzialalo w zasadzie zadowalajaco gdy statek kolysal sie z jego na¬ turalna lub zaprojektowana czestotliwoscia. Jed¬ nakze glównym powodem zaniechania tego ro- 2 dzaju stabilizatorów bylo to, ze gdy kolysanie statku stawalo sie wymuszone z czestotliwoscia odmienna od czestotliwosci wlasnej, zbiorniki zwiekszaly lub zapoczatkowywaly kolysanie stwa¬ rzajace niebezpieczne warunki na morzu. Wpro¬ wadzone zostaly wiec w konstrukcji zmiany ulep¬ szajace przez wprowadzenie sterowanego recznie lub automatycznie zaworu w górnym przewodzie powietrznym, laczacym górne czesci zbiorników.Operator, zaleznie od odczuwania zmiany czesto¬ tliwosci kolysania lub w zaleznosci od naocznej obserwacji zmian w czestotliwosci nabiegajacych fal mógl operowac zaworem zwezajac przewód powietrza i w ten sposób próbowal tlumic prze¬ plyw cieczy miedzy zbiornikami skrzydlowymi statku. Rozwiazanie to okazalo sie nie tylko nie¬ zadowalajace w aspekcie stabilizowania statku, ale takze nieznosnie halasliwe w dzialaniu.W okresie nastepnym po Frahmie nastapil od- 2o wrót od stabilizatorów zbiornikowych, natomiast zdecydowano sie na stosowanie ruchomych sta¬ teczników, jak na przyklad stabilizatory zainsta¬ lowane na statku Qeen Mary, które jakkolwiek niezwykle kosztowne w budowie i uzytkowaniu 25 dzialaly zadowalajaco podczas ruchu statku. Ze wzgledu jednak na nadmierne koszty instalacji i uzytkowania oraz niepozadanego wplywu szyb¬ kosci statku na skutecznosc dzialania, stateczniki znalazly stosunkowo ograniczone zastosowanie. 80 Wraz z wejsciem do eksploatacji statków z umiesz- 10 15 7930270 302 3 4 czonymi nan torami kolejowymi w póznych la¬ tach piecdziesiatych naszego wieku wysunela sie potrzeba stabilizatorów, które moglyby byc sku¬ teczne takze podczas postoju statków. Zgodnie z ta potrzeba opracowano nowy stabilizator o bier¬ nym zbiorniku. Odmiennie od zbiorników Frahma nowe rozwiazanie polega jedynie na hydrodyna¬ micznym tlumieniu przeplywu cieczy z jednego konca zbiornika do drugiego. Zbiornik charakte¬ ryzujacy sie tym, w zasadzie jednakowa wyso¬ koscia napelniony jest czesciowo ciecza tak, ze utworzona przestrzen powietrza jest powyzej cie¬ czy umozliwiajaca powstanie swobodnej powierzch¬ ni w zbiorniku.Sterowanie. dostrojenia czestotliwosci jest do¬ skonale przez regulowana wysokosc slupa cieczy.Odmiennie od zbiorników Frahma odnosna krzy¬ wa stabilizacji jest w zasadzie plaska.Pwed projektowaniem parametrów zbiornika, zdecydowano sie na pewne ustepstwa w charak¬ terystyce w poblizu rezonansu, celem osiagniecia odpowiednich rezultatów, gdy statek wprawiany jest w kolysanie powyzej lub ponizej rezonansu.Tak wiec chociaz statek stabilizowany przez zbiornik ze swobodna powierzchnia posiada nieco wieksza amplitude kolysania w rezonansie anizeli ten sam statek stabilizowany stabilizatorem Frahma, konwencjonalne zbiorniki ze swobodna powierzchnia nie destabilizuja statku w wysokicli i niskich czestotliwosciach odleglych od czestotli¬ wosci wlasnej, tak bardzo jak czynia to zbiorniki Frahma.Powszechnie wiadomo, ze zbiorniki ze swobod¬ na powierzchnia cieczy sa wykonywane przemy¬ slowo, przy czym od roku 1960 ponad trzysta statków wyposazonych zostalo w stabilizatory tego typu. Chociaz zbiorniki ze swobodna powierzch¬ nia cieczy o ustalonej geometrii posiadaja szereg niedogodnosci, jednak ich charakterystyka uzytko¬ wa w niskich i wysokich czestotliwosciach jest znacznie lepsza niz uklad typu Frahma. Konwen¬ cjonalny zbiornik ciagle powoduje nieco wieksza amplitude kolysania statku w tych czestotliwos¬ ciach, anizeli jest to w przypadku zbiornika stlu¬ mionego. W dodatku poniewaz zbiornik musi byc projektowany z celem nadania zewnetrznych wlasciwosci tlumienia ciecza do likwidowania niestabilizacji- statku w niskich i wysokich czesto¬ tliwosciach (zwlaszcza zas w niskich) wielkosc momentu stabilizacji jest niewlasciwie zmniej¬ szona.Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie ulepszonego sposobu stabilizacji statku.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu oraz urzadzenie do stabilizowania statku które zapobiega zjawisku niestabilizacji statku zarówno w wysokich i niskich czestotliwosciach jak i przy czestotliwosci bliskiej rezonansowej.Zgodnie z wynalazkiem sposób stabilizowania statku polega na tym, ze okresla sie czestotliwosc kolysania statku i zamyka sie przeplyw wody z jednej komory zbiornika stabilizujacego do dru¬ giej, gdy statek kolysze sie z czestotliwoscia znacznie odbiegajaca od czestotliwosci wlasnej statku oraz; calkowicie otwiera sie ten przeplyw gdy statek kolysze sie z czestotliwoscia bliska czestotliwosci wlasnej statku.Ponadto, zgodnie z wynalazkiem przegrode mie¬ dzy komorami otwiera sie tym szerzej im czesto- 5 tliwosc kolysania statku jest blizsza jego czesto¬ tliwosci wlasnej F0.Przedmiotem wynalazku jest równiez urzadze¬ nie do wykonywania sposobu, zawierajace zbior¬ nik stabilizujacy przedzielony w czesci srodkowej obrotowa przegroda, która charakteryzuje sie tym, ze ma zespól okreslajacy czestotliwosc ko¬ lysania statku i sterujacy polozeniem przegrody, przy czym przegroda jest w polozeniu zamknie¬ tym calkowicie, czesciowo lub calkowicie otwar¬ tym, zaleznie od czestotliwosci kolysania statku.W urzadzeniu tym ponadto w zbiorniku stabi¬ lizujacym umieszczone sa dodatkowe przegrody znajdujace sie po obu stronach obrotowej prze¬ grody.Wynalazek przedstawiony jest w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia poziomy przekrój zbiornika wedlug wy¬ nalazku oraz czesc kadluba statku, fig. 2 — po¬ przeczny pionowy przekrój zbiornika pokazanego na fig. 1 wzdluz linii 2 — 2, fig. 3 — podluzny pionowy przekrój wzdluz linii 3 — 3, fig. 1, fig. 4 i fig. 5 — wykresy ilustrujace charakterystyke amplitudy w funkcji czestotliwosci statku nie stabilizowanego oraz statków stabilizowanych rów¬ nymi ukladami stabilizatorów, takze stabilizato¬ rem wedlug wynalazku, fig. 6 — typowy schemat blokowy jednego z przykladów urzadzenia po¬ miarowego i sterujacego.Fig. 1—3 przedstawiaja stabilizator typu bier¬ nego zbiornika ogólnie oznaczony 10, umieszczony miedzy dwoma sasiednimi pokladami 12 i 14 statku 16, ciagnacy sie od jednej strony kadluba do drugiej. Wysokosc zbiornika 10 jest ogólnie biorac jednakowa, przy czym zbiornik wypelnio¬ ny jest czesciowo ciecza 18 do poziomu tak by czestotliwosc wlasna oscylujacej cieczy w zbior¬ niku odpowiadala czestotliwosci kolysania statku.Szerokosc z przodu i z tylu zbiornika 10 okreslo¬ na jest przez poszczególne objetosci oraz geome¬ trie wybrana by najlepiej odpowiadac poszcze¬ gólnemu statkowi. Ciecz moze byc dowolnego ro¬ dzaju na przyklad woda slodka, woda morska, olej, paliwo itp.Zbiornik 10 podzielony jest na dwa zbiorniki boczne 11 oraz kanal posredni 13 z czterema wy¬ stajacymi przegrodami 32 usytuowanych w linii parami i rozstawionymi miedzy srodkiem i kon¬ cami zbiornika 10. Przegrody 32 ciagna sie od dna zbiornika do sciany górnej ponad poziom statyczny cieczy 18 oraz posiadaja oddalone wza¬ jemnie konce 34 tworzace przejscie 36 zaokraglo¬ ne na zewnatrz ze wzgledów hydrodynamicznych.Powierzchnia przekroju przejscia 36 jest tak za¬ projektowana, ze przegrody 32 tlumia nieco prze¬ plyw cieczy wewnatrz zbiornika. Z przyczyn po¬ danych w dalszej czesci opisu, tlumienie prze¬ plywu cieczy przez przegrody 32 powinno byc mniejsze niz w innych analogicznych zbiornikach.Zgodnie z wynalazkiem, zespól tlumiacy i za¬ mykajacy 20 umieszczony jest w srodku zbiorni- 15 20 25 36 35 40 45 50 55 6079 5 ka. Zespól ten moze byc wyposazony w kazda forme odpowiednia dla tego celu, jak na przy¬ klad przesuwane zaslony, obrotowe pionowe lub poziome drzwi itp.W zbiorniku wedlug wynalazku zastosowano pare wystajacych plyt 22 ciagnacych sie od dolu zbiornika 10 wzdluz sciany przedniej i tylnej do wysokosci odpowiednio wiekszej ponad oczeki¬ wany poziom statyczny cieczy w zbiorniku.Plyta lub przegroda 24 umocowana obrotowo na pionowym wale 26 wprawiana jest w ruch miedzy plytami 22 zajmuje polozenie w zasadzie równolegle i prostopadle wzgledem plyt 22, to znaczy odpowiednio polozenie zamykajace i otwie¬ rajace. Odleglosc D winna byc tak dobrana by przegroda 24 podczas czesciowego otwarcia wspól¬ pracowala z przegrodami 32 tlumiac przeplyw cieczy.Przegroda 24 obracana jest przy pomocy na¬ wrotnego silnika 28 sterowanego przez zyrosko¬ powy zespól sterujacy 31, zespól ten ustala czesto¬ tliwosc kolysania statku oraz wytwarza odpo¬ wiednie sterujace sygnaly uruchamiajace silnik 28 — który ustawia przegrode 24 w polozeniu calko¬ wicie otwartym, calkowicie zamknietym, lub w jednym z posrednich. W ten sposób zespól 20 powoduje zmiane tlumienia cieczy zbiornika, a w kilku przypadkach sluzy do calkowitego unieru¬ chomienia cieczy w zbiorniku. Nalezy zauwazyc, ze w zaleznosci od potrzeby wzdluz zbiornika za¬ stosowanych moze byc wiecej niz jeden zespól 20 f silnik sterujacy. Moga byc takie przewidziane mechaniczne srodki (nie pokazane na rysunkach) wywierajace wplyw na przegrode w jej poloze¬ niu zamkniecie w celu ograniczenia polówek zbiornika na wypadek ewentualnego uszkodzenia silnika. Silnik 28 umieszczony jest w komorze utworzonej na szczycie zbiornika przez plaska plyte 30 umocowana do górnych czesci plyt 22 i 32 oraz sztywno zlaczonej z górna plyta zbior¬ nika przez podluzne kryzy 38 oraz w wyposa¬ zone otwory 42 dla swobodnego przeplywu po¬ wietrza i zredukowaniu ciezaru urzadzenia po¬ dluzne plyty 40.W celu osiagniecia plynnego i pewnego dziala¬ nia w tlumieniu i zamykaniu zespolu 20 ustalone jest, ze zespól 31 oblicza srednia czestotliwosc minionych dziesieciu (lub inna odpowiednia ilosc) cyklów kolysania oraz wytwarza odpowiednie sy¬ gnaly sterujace. W ten sposób, stabilizator unika wahania pomiarów oraz wytwarzania nieprawi¬ dlowego tlumienia, co mogloby byc w przypadku gdyby zespól 20 reagowal jedynie na kazdy cykl kolysania.Zespól 31 moze stanowic jakakolwiek mecha¬ niczna lub elektryczna konstrukcje, której jeden przyklad pokazany jest na fig. 6. Uklad napedo¬ wy 71 stanowi zródlo napedu dla pokazanego ukladu. Przetwornik pomiarowy 72 ocenia szyb¬ kosc i wielkosc kolysania oraz wytwarza odpo¬ wiednie sygnaly sinusoidalne, przesylane nastep¬ nie do komputera 74, który programowany jest recznie wlaczanymi przelacznikami tablicy steru¬ jacej 76, posiadajacej ponadto zdolnosc jej prze¬ laczania. Komputer automatycznie wytwarza ste- 802 ft rujace przegroda sygnaly wedlug zalaczonych przelaczników sterujacych oraz otrzymanych z przekaznika sygnalów i przekazuje je do silnika 28. W ich wyniku silnik 28 zamyka, otwiera lub 5 porusza przegrode 24 ustawiajac je w jednym z ustalonych polozen posrednich. Poza tym, kom¬ puter 74 moze takze wytworzyc sygnal „zamyka¬ jacy" w wyniku, którego przegroda 24 zostaje za¬ mknieta szczelnie gdy zamierzona wielkosc koly- io sania jest ponizej okreslonej wielkosci pomijajac czestotliwosc kolysania.Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku bedzie lepiej zrozumiane po przestudiowaniu fig. 4, Na figurze tej pokazana jest typowa krzywa funkcji 15 amplituda — czestotliwosc dla niestabilizowanego statku (krzywa E).Amplituda kolysania jest najwieksza w rezo¬ nansie Fo, która wystepuje gdy amplituda na¬ biegajacych fal dobierze sie do czestotliwosci 20 wlasnej kolysania statku. Mozna zauwazyc, ze krzywa ta opada natychmiast przy niewielkim oddaleniu od rezonansu.Na fig. 4 naniesiona jest równiez krzywa dla typowego stabilizatora Frahma, krzywa oznaczo- 25 na litera F z charakterystycznymi dwoma wznie¬ sionymi polaczonymi nizej w obszarze rezonansu.Oczywiste jest, ze stabilizator Frahma daje znacz¬ nie wieksza amplitude w niskich i wysokich cze¬ stotliwosciach anizeli w przypadku statku nie&ta- 30 bilizowanego. Jednakze stabilizator Frahma osiaga dobre wyniki w zakresie rezonansu.Na fig. 4 pokazana jest takze krzywa A dla typowego biernego zbiornika ze swobodna po¬ wierzchnia cieczy. Krzywa A jest w zasadzie 35 plaska i pokazuje odpowiednie zmniejszenie ko¬ lysania w poblizu rezonansu oraz znacznie lep¬ sze rezultaty w wysokich i niskich czestotliwos¬ ciach niz w przypadku stabilizatora Frahma. Dla porównania na fig. 4 pokazano równiez krzywa 40 idealna oznaczona litera G.Wykres amplitudy w funkcji czestotliwosci statku stabilizowanego urzadzenia wedlug wyna¬ lazku przedstawiony jest krzywa Jk Go^y statek kolysze sie z czestotliwoscia bliska rezonansowej 45 (Fo) zespól sterujacy 31 uruchamia silnik 20 ce¬ lem otwarcia przegrody 24 do najpelniejszego jej wyprostowania. Przy otwartej przegrodzie 24 zbiornik minimalnie tlumi przeplyw cieczy tak, ze wytwarzany jest maksymalny moment stabi- 50 lizujacy skierowany przeciwnie do kolysania statku.W urzadzeniu wedlug wynalazku w niskich i wysokich czestotliwosciach jak zostanie opisane ponizej, wielkosc minimalnego tlumienia spowo- 55 dowanego wewnetrznymi elementami 32, 22 i 24 jest mniejsza niz osiagnieto to w konwencjonal¬ nych zbiornikach ze swobodna powierzchnia cie¬ czy. A wiec dla czestotliwosci bliskich Fo krzy¬ wa B wykazuje mniejsza amplitude niz krzy- 60 wa A.Podobnie jak we wspomnianych zbiornikach konwencjonalnych, w zbiorniku wedlug wyna¬ lazku ciecz waha sie z opóznieniem wzgledem kolysania statku. Opóznienie to w przyblizeniu 05 wynosi teoretycznie do 90°, Gdy zyroskopowy ze-7 79802 & spól sterujacy 31 okresla, ze statek kolysze sie ponizej czestotliwosci F4 lub powyzej F5 wytwa¬ rza sygnaly wystarczajace do przymkniecia prze¬ grody 24 o odpowiednia wielkosc by czestotliwosc te przesunac z F4 lub F5. Tak wiec gdy statek kolysze sie ze zmniejszajaca sie czestotliwoscia ponizej czestotliwosci F4 lub ze zwiekszajaca sie ponizej F5 przegroda 24 obracana jest zamykajac coraz bardziej przeplyw cieczy.Jak uwidoczniono na fig. 4 — efektem zamy¬ kania przegrody 24 w przedzialach Fj — F4 i F5 — F8 jest zmiana w granicach czestotliwosci od¬ nosnej krzywej w kierunku krzywej statku nie- stabilizowanego. Przyklady polozenia przegrody w zaleznosci od czestotliwosci kolysania statku podane sa jak nizej: Czestotliwosc kolysania Ft i ponizej w poblizu F2 w poblizu F, w poblizu F4 i powyzej F5 i ponizej w poblizu F6 w poblizu F7 Fg i powyzej Polozenie przegrody calkowicie zamkniete otwarte w 1/3 otwarte w 2/3 calkowicie otwarte calkowicie otwarte otwarte w 2/3 otwarte w 1/3 calkowicie zamkniete Jezeli uklad pomiarowy wskaze, ze statek ko¬ lysze sie z czestotliwoscia Ft lub nizsza, albo z czestotliwoscia F8 lub wyzsza przegroda 24 jest calkowicie zamknieta by w ten sposób unieru¬ chomic stabilizator i statek kolysze sie z charak¬ terystyka niestabilizowana, która w tym zakresie jest dogodniejsza od charakterystyki konwencjo¬ nalnej zbiornika ze swobodna ciecza oraz od sta¬ bilizatora Frahma.Odmienne dzialanie urzadzenia wedlug wyna¬ lazku wystepuje przy stabilizowaniu statków o krótkim okresie kolysania.W statkach takich w zbiorniku umieszczona jest wieksza objetosc cieczy niz wymagane jest do zestrojenia wahania cieczy i kolysania statku.Normalnie, postepowanie takie szkodliwe jest dla wlasciwego dzialania zbiornika w niskich czesto¬ tliwosciach, ale jest korzystne w dzialaniu zbior¬ nika blisko czestotliwosci Fo oraz w wysokich czestotliwosciach (krzywa C na fig. 5). Zgodnie z wynalazkiem dobre rezultaty zyskuje sie ponad calym przedzialem czestotliwosci przez spelnienie krzywej D w czestotliwosciach ponizej F6. Aby uzyskac charakterystyke zgodna z krzywa D urza¬ dzenie pracuje wedlug ponizszego schematu.Czestotliwosc kolysania Fj i ponizej w poblizu F2 w poblizu F8 w poblizu F4 F5 i powyzej Polozenie J przegrody ] calkowicie zamkniete [ otwarcie w 1/4 otwarcie w 1/2 otwarcie w 3/4 calkowicie otwarte Tak wiec jak opisano, skonstruowany zostal nowy i znacznie doskonalszy stabilizator w for¬ mie biernego zbiornika ze swobodna powierzch¬ nia cieczy o zmiennym tlumieniu z optymalna charakterystyka w poblizu czestotliwosci rezonan¬ sowej bez niebezpieczenstwa spowodowania efek¬ tu destabilizacji, które mogloby miec miejsce w wysokich i niskich czestotliwosciach, wywolanych warunkami kolysania. W dodatku urzadzenie po¬ siada srodki do wywolania zmiennego tlumie¬ nia cieczy w zbiorniku w zalozonych obszarach czestotliwosci, dzieki czemu statek operuje z udo¬ skonalona stabilnoscia. Zrozumiale jest, ze doko¬ nane moga byc rózne modyfikacje i zmiany w opisanym urzadzeniu niniejszego wynalazku, bez zmiany jego istoty i zakresu. PL PL