SE439943B - Fartyg for selektiv uppsamling av ett lett vetskeskikt, t ex ett kolvete som flyter pa en vattenyta - Google Patents

Description

8004062-9 Fartyget utgörs i stort av ett skepp med förmåga att från en hamn med hög fart nå ett arbetsmområde. Det kan också utgöras av en halvt nedsänkt pråm eller av en nedsänkbar plattform då arbetet sker på djupt vatten.

Undervattensdelarna av skrovets sidopartier divergerar lämpligen framåt medan sidodelarna i stället vid sina nedre delar kan vara förbundna medelst ledskenor, avsedda att återföra de undre skik- ten i strömningen mellan de laterala väggarna under den förbindel- sevägg, som bildar botten.

Förståelsen för uppfinningen underlättas av följande beskrivning i anslutning till icke begränsande exempel på utföringsformer. Be- skrivningen ansluter sig till bifogade ritningar, i vilka fig. 1 och 2 är principskisser vertikalt snitt och vy uppifrån av den allmänna uppbyggnaden av den anordning, som är avsedd att bil- da en bassäng för dämpning av sjögången före uppsamlingen, fig. 3 schematiskt i planet visar en möjlig, horisontal fördelning av de olika komponenterna i en av de laterala delarna av ett kata- maranfartyg, fig. 4 och 5 respektive visar en vy uppifrån och en snittvy utmed linjen 11-11 i fig. 4, vilken visar den främre delen enligt upp- finningen, av fartyget (strömningen följer pilens F riktning), fig. 6, på liknande sätt som fig. 4,visar en variant, fig. 7, 8 och 9 är principskisser, vilka visar ytterligare en va- riant av fartygets främre del, uppifrån respektive i snitt utmed linjen 14-14 samt i snitt utmed linjen 15-15, fig. 10, 11 och 12 är representativa skisser av ytterligare en ut- föringsvariant visad uppifrån utmed linjen 16-16 i fig. 11 respek- tive i snitt utmed linjen 18-18 (strömningen ständigt i pilens F riktning) och fig. 13 och 14 är skisser, vilka visar ytterligare en variant i snitt utmed linjerna 19-19 respektive 20-20.

Före en fullständig beskrivning av en utföringsform av fartyget skall ges en allmän översikt av vissa anordningar, vilka samver- kar att skapa goda betingelser för uppsamlingen. __. ,____._..,_. ._ i-i....__..__-...._. 8004062-9 Fig. 1 och 2 visar principen för utförande av en bassäng, i vil- ken dyningen dämpas under ringa förändring av nivån för den fria ytan i förhållande till inloppet för avskiljningsledningen.

Den flytande åvspärrningen, vars principiella uppbyggnad är vi- sad, avgränsar bassängen i vilken dyningen med en hastighet av D och en våglängd L skall dämpas. Avspärrningen består av skrovet 10 till ett fartyg, vars framdrivningsanordning med en hastighet v överstigande V kan framdriva fartyget i dyningens riktning. Skro- vet innefattar under dyningen två laterala delar 11 och 12, vilka är förbundna medelst en aktre vägg, vilken bildar en vägg 13 i en bassäng, vars längd l något överstiger fjärdedelen av dyningens våglängd Q, Under förutsättning att djupet h i bassängen är större än dyningens höjd 2 H i fritt vatten, blir dyningen starkt dämpad mot väggen 13.

Saneringen av ett nedsmutsat havsområde innefattar rening av den vattenmassa, som befinner sig i bassängen. Reningen sker genom an- ordning av en utledning 14 mellan bassängen och den ände av far- tyget som vetter mot dyningen, varvid ledningen 14 tillsammans med bassängen bildar ett inlopp. I ledningen 14 är anordnat ett cirkuletionsorgan såsom en propeller 15, avsett att skapa en cir- kulêtion i den riktning som pilarna f anger. Ledningen 14 kan ha fyrkantigt tvärsnitt som varierar utan språng så att strömningen är Praktiskt :aget endimensionell. Under förutsättning att cirku- lationshastiçheten i den trånga delen av ledningen 14 medelst or- ganet 15 är tillräcklig, befinna vëttenflödet i ledningen 14 bil- da en dynamisk spärr, som hindrar dyningen, vilken fortplantar sig i.riktningenV utan att märkbart störa tillståndet i vattenmassan i bassängen. I praktiken räcker det i stort sett att anordna en fyrkantsektion av förträngningen. motsvarande halva djupgåendet h.

Organet 15, vilket kan utgöra en del av en propellerdrivanordning av bulbtyp, kan samverka med de vanliga propellrarna för framdriv- ning av fartyget med hastigheten v, Inloppet till ledningen 14 skall vara placerat intill den fria vat- tenytan men tillräckligt djupt fër att ledningen alltid skall vara fylld. Under förutsättning att väggen 13 befinner sig intill farty- gets metacentrum har fartygets stampningsrörelser praktiskt taget ingen effekt på den relativa bglägenheten hos inloppet och den fria 8ÛÛÅÛ62'9 4 ytan.

Stampningsrörelserna är alltid begränsade, framför allt då farty- gets längd överstiger dyningens våglängd. Rullningen är ringa un- der förutsättning att fartyget färdas i dyningens riktning under arbetet.

Flödet av den lätta smutsvätskan, som intränger i inloppet mellan skrovdelarna 11 och 12 är lika med produkten av den smutsande mat- tans tjocklek, vilken kan variera avsevärt, och den per tidsenhet effektivt sanerade ytan. Den första faktorn beror av omständighe- terna och endast den andra faktorn är påverkbar. Den är lika med produkten av framdrivningshastigheten v för fartyget gånger bred- den l av den uppsamlade smutsmattan, mätt framför fartyget på till- räckligt avstånd för att strömningen där icke skall vara störd av fartyget. Vid en given hastighet v är en ökning av l önskvärd. Men konvergensen hos strömlinjerna vid ytan bör uppenbarligen åtföl- jas av en divergens i enannandimension, varvid divergensen icke bör tolkas som medbringande av smuts utanför det behandlade flö- det.

Vidare kan befintligheten av korsande dyning eller sjö av vind va- riera nivån på beläggningsmattan på betydande och slumpmässigt sätt, vilket kan nödvändiggöra en initialuppfângning av ett vattenskikt, som i genomsnitt är tjockare än dyningens halva höjd. Det är önsk- värt att avtappa det så ingångade flödets nedre del vid ingången till bassängen, men denna överskottsandel kan endast avlägsnas ef- ter hand samtidigt som vågrörelserna i bassängen och flödet dämpas. Ökningen av den effektiva uppsamlingsbredden i förhållande till bassängens bredd kan åstadkommas medelst ett konvergerande inlopp till bassängen. Därvid kan användas den anordning, som schematiskt visats i fig. 3 varav framgår att de båda skrovdelarnas 11 och 12 förstävar är förskjutna utåt, åtminstone i undervattenskroppen. Som tidigare sagts bör ytkonvergensen kompenseras medelst en nedböjning av de nedre skikten för att dämpa och icke öka strömningshastigheten.

För ändamålet är ledskenor anordnade, vars verkan bör vara mycket progressiv. Den i fig. 3 visade anordningen innefattar en första, pilformad ledskena 22, vilken skjuter framåt från de båda skrovde- larna på tillräckligt djup för att inte störa fenomenen vid ytan. 800lø062~9 I synnerhet bör en språngvis övergång mellan en virvlande ström- ning och en lugn strömning undvikas. För ändamålet bör djupet för ledskenan 22 under medelnivån vara så stort att Froudes tal vid djupet under vågdalen är mindre än 1.

Avlänkningsanordningen i fig. 3 innefattar en andra ledskena 24, likaledes med pilform framåt, som vidmakthåller den progressiva avlänkningen. Ytterligare ledskenor kan vara anordnade efter led- skenan 24, varvid profilerna skall vara hydrodynamiskt mindre be- lastade då man fortskrider framifrån och akteröver.

Dämpningen av ytsvängningarna med hög frekvens eller med slumpmäs- sig eller tredimensionell natur (i synnerhet brytande) bör ske framför väggen 13, som bildar bassängens botten. Dämpningen bör ske utan att direkt påverka den fria ytan för att undvika åter- blandning.

Fig. 3, visar en anordning för energifördelning, vilken utnyttjar förhållandet att ytsvängningarna pâ djupet åtföljs av en rörelse med en växlande vertikal komponent. Dämpningsanordningen 25 inne- fattar en i stort sett horisontal vägg, vilken är försedd med öpp- ningar, vars tvärsnitt representerar en bråkdel av väggens totala tvärsnitt, vilket minskar framifrånoch akteröver. Anordningen 25 innefattar ett galler med vertikala plattor, vilka är anordnade parallellt med fartygets symmetriplan. För att öka strömningsför- lusten på grund av dessa plattor kan å ena sidan deras höjd öka framifrån och akteröver och å andra sidan kan mellan plattorna, vilka sträcker sig utmed hela anordningen 25, inskjutas kortare plattor. Det framgår av figur 3 att gallrets främre ände är belägen där bassängens bredd är konstant. Akteröver avgränsar en platta 29 ett rum, i vilket en rad propellrar är anordnade för att vidmakthålla ett undertryck under gallret.

Strömningens turbulens dämpas också utan avsevärd minskning av ' totaltrycket. Därav följer att det statiska trycket ökar akterf över i bassängen genom progressiv omvandling till tryckenergi av kinetisk energi från horisontalkomponenten av den ursprungliga hastigheten. Medelnivån för den fria ytan höjer sig och tenderar mot en slutnivå mot överdelen av väggen 13 för medelnivån i havet framför fartyget. 8004062-9 Avskiljningsarbetet ur den genom slitsen 18 uppsamlade massan, vars volym är så liten som möjligt och vilken skall lagras, samt ett renat vattenflöde som skall âtersändas till havet, sker me- delst avskiljare av cyklontyp med vertikal axel; Sådana cyklon- avskiljare är kända. För att hastigheten för rengöringen av den nedsmutsade ytan skall vara godtagbar, är det ofrânkomligt att behandla ett totalflöde av åtskilliga tiotal kubikmeter per se- kund. Även om den andel nedräknas, som avskiljes före inloppet till slitsen, kan det återstående flödet icke behandlas av en cyklonavskiljare eller ett par avskiljare om de icke har oerhört stor diameter, vilket i sin tur medför en axial längd, som är oför- enlig med ett godtagbart djupgående. Problemet löses genom anord- ning av flera rader avskiljare, lämpligen i två grupper anordnade i vardera skrovet. Avskiljarna upptar en betydande del av den dis- ponibla horisontalytan, t.ex. en tredjedel av längden,framför in- loppet till avskiljningsslitsen.

Fördelningen i stort av anläggningens olika komponenter för sane- ringen kan vara så som fig. 3 schematiskt visar. Storleksordning- en av de olika parametrarna vid behandlingen kan vara de nedan givna om fartyget är byggt att arbeta vid en våghöjd 2 H om fyra meter. En sådan dyning är vanlig vid atlantkusterna med en period av storleksordningen 8 sekunder och en våglängd på djupt vatten av 80 meter.

Akterdelen för vardera av skrovdelarna 11 och 12 skall vara så ut- formad att.slip-strömmen.från propellrarna 43, vilken strömmar bak- åt för bromsning av fartyget eller sanering vid ringa fart inte stör det omgivande vattnet, varvid t.ex. slip-strömmen avböjes mot djupare skikt av akterdelarnas undervattenskropp.

Fartyget innefattar sålunda tvâ skrovdelar 11 och 12 (den senare ensam visad i fig. 3) av 80 m längd och 12 m bredd. Förstävens form är sådan, att den ger en uppsamlingsbredd av storleksord- ningens 40 m. Djupgåendet är omkring 8 m.

Det uppströms om och ovanför ledskenan 22 uppsamlade flödet är av storleksordningen 1000 m3/sek och minskar till 500 m3/sek vid in- 7 8004062-9 loppet till gallret. Propellrarna i det av plattan 29 avgränsade rummet och 41 - de senare avsedda att bakåt utmata det genom led- ningen 14 uppsamlade vattnet som icke passerar genom slitsen 18 - är utformade för att mata omkring 160 m3/sek genom gallret. Det uppsamlade flödet genom slitsen, som är anordnad nära intill me- tacentrum för att tillföras till avskiljarna är av storleksord- ningen 10 m3/sek.

Propellrarna 41 kan vara drivna av motorer 42 anordnade i skrovet.

De bidrar till fartygets framdrivning på samma sätt som huvudmoto- rerna med propellrarna 43 (endast använda vid överföring till ar- betsområdet och användbara för styrning av fartyget), propellrarna 44 för utmatning av vattnet till samlingsledningarsamtpropellrarna i det av plattan 29 avgränsade rummet. Det i stigrören till cyklon- avskiljarna 31 upptagna smutsflödet leds i ledningar 45 mot lager? tankar anordnade i skroven framför dessa avskiljare.

Ett flertal olika utföringsformer kan uppenbarligen variera de ovan beskrivna arrangemangen. För att förbättra fartygets sjöegen- skaper utanför arbetsperioderna kan det därtill vara försett med ett framåt nedfällbart, falskt förskepp, vilket ständigt låter ett vattenflöde passera för matning av propellrarna i det av plattan 29 avgränsade rummet. Slutligen kan farkosten bestå av en enkel kropp, vilken är sammankopplingsbar med ett vanligt fartyg.

Fartygets längd kan vara ytterst varierande. Arbetsfarten väljes i stort sett olika beroende på om fartyget är relativt litet (mindre än 30 m t.ex.) eller av högt tonnage.

I det första faflet är det gynnsamt att arbeta med en hastighet nära intill dyningens eller lika med denna medan i andra fallet dämpning- en sker halvautomatiskt under förutsättning att dyningen befinner sig mer eller mindre beständigt framför fartyget. Vid hög sanerings- hastighet får smutsbeläggningens konvergensströmning mindre bety- delse och man kan utnyttja praktiskt taget symmetriska skrovdelar.

Ytterligare bör ledskenorna vara förskjutbara och icke så djupt nedsänkta då man praktiskt taget arbetar med våghastigheten.

För att öka farkostens mekaniska hâllfasthet är de båda skrovde- larna lämpligen upptill förbundna medelst en plattform som är tillräckligt högt anordnad för att undgå sjön och nedtill medelst 8004062"9 8 en ständigt nedsänkt struktur. Ledskenorna 22 och 24 i fig. 3 bildar en sådan struktur.

För att ytterligare öka den mekaniska motståndskraften i en så- dan anordning, som redan bildar en lådkropp, och för att i synner- het förbättra böjstyvheten hos eventuella ledskenor kan enligt uppfinningen ett centralt, vertikalt parti lämpligen vara anord- nat mellan plattformen och den nedsänkta strukturen. Detta mitt- parti eller denna centrala del kan sträcka sig enbart utmed en del av sidoskrovens längd. Den är lämpligen så anordnad, att den i sam- verkan med sidoskroven och ledskenorna avlänkar nedåt mot de dju- pare skikten, minskar divergensen i ytströmningen som tenderar att alstra en konturströmning kring farkosten hos vattnet i detta om- råde samt att förstärka uppsamlingsbredden för smutsbeläggningen som uppträder i form av ett tjockare lager vid inloppet till upp- samlingsanordningen.

Vid den i fig. 4 och 5 visade utföringsformen skjuter skrovdelar- nas 11 undervattenskroppar framåt från den punkt, där dessa skrov- delars förstävar skär vattenlinjen. Mittpartiet eller den centrala delen 42 skjuter också framåt med utgångspunkt från dessa undervat- tenskroppar och medger sålunda användning av en förlig, pilformad ledskena 22. Den sålunda erhållna cirkulationen kring dessa under- vattenskroppar och ledskenor, antydd med pilarna i fig. 4, ökar upp- samlingsbredden.

Samma effekt kan också åstadkommas genom utnyttjande av egenskapen hos ledskenorna att vid den fria änden alstra en fri virvelgata, .vilken i vingens kölvatten över stort avstånd inducerar en stor hastighet som sammansätter sig med hastighetsvektorn hos den icke störda strömningen. I den i fig. 6 visade utföringsformen alstrar ledskenan framför 43 i vätskemassan en fri virvelgata 44 i förening med den med ledskenan förbundna, virtuella virveln 45 samma cirku- lation, vilken utgår från mittpartiet 42.

Det bör uppmärksammas att vid användning av raka ledskenor är där- med förbundna virvelgator närmast vinkelräta mot symmetriplanet och inducerar endast tvärkomponenter med försumbar hastighet. Det är då gynnsamt att utnyttja ledskenor med stark pilform, vilka alstrar anslutna virvelgator 45 vars pilform ligger nära intill pilformen för ledskenans framkant, vilka ger längsgående, betydan- 9 aoonoez-§ de komponenter, vars nyttoeffekt förenar sig med verkan av fria virvelgatorna 44.

Det är viktigt att notera att den eftersträvade nyttiga verkan icke är en lyftkraftsverkan utan alstringen av virvlar, vars axel har en längsgående komponent. Det är därför icke nödvändigt att lyftkraften är riktad vertikalt: ledskenornas plan kan vara snedställda eller närmast vertikala om ett lämpligt fäste finnes för infästning av ledskenan.

Fig. 7 till 9 visar en central del 42, vilken för detta ändamål uppvisar en nedre ansvällning 46 från vilken en serie praktiskt taget vertikala ledskenor 47, 48, 49 skjuter uppåt. Ansvällning- en 46 bildar en botten framför sidoskroven såsom 12. Den kan va- ra utformad för att alstra avlänkning.

I detta fall passerar strömningen ovanför kanten på botten 46 med en utåt riktad sidokomponent av hastigheten. Om denna sido- komponent för strömningshastigheten under botten 46 är mycket li- ten uppträder en motriktad virvel vid sammanströmningen av dessa två strömningar med formen av en virtuell virvel innanför bottens kant eller med formen av en verklig virvelmatta som avlägsnar sig från kanten. Denna verkan kan undvikas genom att hela bottendelen 46 lutar uppåt och framåt: den har då liksom en ledskena positiv anfallsvinkel och strömningen divergerar under dess inre yta.

Strömningens laterala sidodivergens under bottendelen 46 kan ock- så framhävas medelst vertikala ledskenor anordnade under densamma.

Sådana ledskenor har den verkan, att de ersätter alla eller en del av motvirvlarna vid kanten med motriktade virvlar, vilka utgår från ledskenornas spetsar, varvid förskjutningen nedåt av alla eller en del av de motriktade virvlarna har en förmånlig effekt på den fria ytans nivå. En del av intensiteten i med ledskenorna 47, 48 och 49 förbundna virvlar fortskrider inåt bottendelen 46 och sammansätts med intensiteten hos förekommande motriktade virv- lar. Den återstående intensiteten fortskrider ända till kärnan för den centrala delen 42 och orsakar i stort en ökning av strömhastig- heten ovanför bottendelen, vilket minskar bogvågen för mittdelen.

För undvikande av onödiga vattenrörelser i förhållande till de nedsänkta ledskenorna som följd av stampning är det i allmänhet nödvändigt att använda tillräcklig bredd i vattenlinjen åtminstone 80011062-9 _ m hos kroppen framför den centrala delen 42.

Man kan också alstra nyttiga kantvirvlar medelst ledskenor, vilka är fästa på en central köl anordnad under ansvällningen 46 eller vertikalt placerade under botten. Ytpåverkan av dessa virvlar be- gränsas alltid av att de alstras på stort djup och av därmed för- bundna motriktade virvlar, vilka bildas på insidan av ansvällning- en 46. En sådan anordning är schematiskt visad i fig. 10 till 12.

Den nedre ansvällningen av den centrala delen 42 är förlängd me- delst en köl 50, vilken uppbär pilformade, avlänkande ledskenor 51, 52 och 53.

Ytströmningens divergens kan också minskas medelst kringström- ning av farkosten med förstärkning av kringströmningen nedåt nära symmetriplanet på bekostnad av den laterala kringströmningen.

För ändamålet är det tillräckligt att kröka den undre ytan på an- svällningen 46. Denna anordning kan vara kombinerad med användning av avlänkningsskenor av samma slag som fig. 10 - 12 visar. Detta ger då den i fig. 13 och 14 schematiskt visade utföringsformen, där de organ, som motsvarar organen i fig. 10 - 12 har givits sam- ma sifferbeteckningar. Det framgår att ansvällningen 54 tenderar att förstärka kringströmningen av den centrala delen från under- sidan på bekostnad av den laterala kringströmningen.

Då ansvällningen 46 slutligen bildar en bottendel med en serie praktiskt taget vertikalt uppskjutande ledskenor, kan ytterändarna för vissa av dessa ledskenor vara mekaniskt sinsemellan förbundna medelst en horisontal eller något lutande, nedsänkt platta, vil- ken övertäcker hela eller en del av ledskenornas spetsar och är anslutna till ledskenornas framkant. Hela bottendelen, ledskenorna och övertäckningen bildar då en låda och lutningen hos ledskenor- nas bakkanter i förhållande till farkostens symmetriplan alstrar en strömning med en stark tvärkomponent mellan ledskenorna. Denna strömning fortfar om lådan förlängs akteröver under den främre de- len med ett sidoskrov. Den mellan det centrala skrovet och sido- skrovet uppsamlade strömningen blir också föremål för en fort- skridande anrikning i de nedre skikten, vilken ökar anrikningen av smutsbeläggningen vid den slutliga uppsamlingen.

Claims (5)

aoouószws H šatentkrav

1. Farkost för selektiv uppsamling av ett lätt vätskeskikt, t ex ett kolväte, vilket flyter på en vattenmassa under påverkan av en dyning, innefattande ett skrov med en drivanordning som förmår framdriva faflxßten utmed och i takt med dyningen, k ä n - n e t e c k n a d av att skrovet innefattar två sidodelar (11) och en mellan sidodelarna (11) anordnad och framför dessa fram- skjutande central del (M2) avsedd att i samverkan med sidodelar- na (11) avgränsa två längdledes vätskeflöden till avskiljare (51), att den centrala skrovdelen (H2) uppvisar en nedre ansväll- ning (H6) anordnad att ständigt befinna sig på tillräckligt djup för att vara nedsänkt i vattnet samt att den centrala skrov- delen (H2) uppbär uppåt riktade ledskenor (47, H8, 49). (Fig. 10, 11, 13)

2. Farkost enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att an- svällningen (Ä6) skjuter ut åt sidorna och framåt i förhållande till återstoden av den centrala delen (H2).

3. Farkost enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att tväravstândet mellan ytorna mot sidodelarna (11) ökar från vätskeflödenas inlopp. (Fig. 15)

4. H. Farkost enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att mellan sidodelarna (11) och den centrala delen (42) är anordnade i stort sett horisontalt riktade bottendelar (22, 2H, 29) anordnade på större djup än största förekommande vågdals- djup. (Fig. 10, 11)

5. Farkost enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - i n a d av att envar av sidodelarna (11) innefattar ett antal cyklonavskiljare (51) med vertikal axel.