WO2010102642A1 - Eisbrechendes system für schwimmkörper - Google Patents

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WO2010102642A1
WO2010102642A1 PCT/EP2009/001709 EP2009001709W WO2010102642A1 WO 2010102642 A1 WO2010102642 A1 WO 2010102642A1 EP 2009001709 W EP2009001709 W EP 2009001709W WO 2010102642 A1 WO2010102642 A1 WO 2010102642A1
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WO
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trim
ice
ship
tanks
drift
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PCT/EP2009/001709
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English (en)
French (fr)
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Berend Pruin
Claudiu Nichita
Original Assignee
Wärtsilä Ship Design Germany GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/08—Ice-breakers or other vessels or floating structures for operation in ice-infested waters; Ice-breakers, or other vessels or floating structures having equipment specially adapted therefor
    • B63B35/10—Ice-breakers or other vessels or floating structures for operation in ice-infested waters; Ice-breakers, or other vessels or floating structures having equipment specially adapted therefor having forced pitching or rolling equipment

Definitions

  • the disadvantages here are also the danger of icing of the chambers and a relatively complicated structure of the compressed air devices for blowing out the corresponding tanks.
  • JP 58-224887 A further embodiment with icebreaking effect is shown in JP 58-224887, in which a firm ballast weight can be pulled from aft to aft in the keel area, thereby causing the ship to crash with the nose against an ice surface, thereby exerting an icebreaking function.
  • the known systems predominantly have the disadvantages that they are too inefficient, that there is a high risk of freezing in trim tanks, and the blowing out of the chambers and the weight transfer is usually too slow to carry out.
  • trim channels which are placed in opposite side regions of the float or ship.
  • trim tanks Due to the preferred arrangement of the front and aft trim tanks above the waterline, a closed system is realized along with the trim channels.
  • the trim tanks can also be used in any functionally be arranged according to the ship.
  • a frost-proof arrangement in particular with regard to a saving of energy to consider. Since the system must be fully functional even at relatively low outdoor Arctic temperatures, even below -35 ° C, a trim fluid, especially high salinity water or with additives that significantly lower the freezing point of the trim medium, is used.
  • the tanks and trim channels are protected against icing to the outside if possible by cofferdams. To protect against icing of the tanks and / or trim channels, heating of these systems can preferably be carried out if required.
  • the own position of the floating body is therefore determined, for example, via GPS or other positional devices and due to the determined drift speed and drift direction of the ice, the ship with its icebreaking function aligned so that the rear and / or rear trim the trim medium in the front and aft tank the pounding, icebreaking function generated.
  • the ship with its icebreaking function aligned so that the rear and / or rear trim the trim medium in the front and aft tank the pounding, icebreaking function generated.
  • bow thruster and / or stern jet propulsion optionally in combination with electromechanical or diesel mechanical Propulsionseinhei- th, the alignment of the ship with the required relative speed opposite to the drift speed can be generated so that the ship is held stationary over a borehole.
  • the propulsion units can be mounted like a gondola on the ship's bottom or integrated in the hull of the hull.
  • the ice-breaking function of the ship and the re-trimming of the corresponding medium into and to the trim tanks are operated at a frequency adapted to the drift velocity of the ice, thereby achieving an efficient icebreaking effect.
  • the icebreaking function in the sense of a trim icebreaking can be further improved by the fact that the pitching or rolling movements of the vessel by the trim in the tanks from front to aft and vice versa, with the Umtrimmvor réellen in the side trim tanks and a resulting heeling movement, in Combination is generated.
  • the corresponding fluid conveyors can, for example, provide flow rates that allow pumping together from 500 to 1000 t of trim medium from aft to the front in 10 to 30 seconds.
  • trim for example, from the front trim tank in the aft trim trimming but also the kinetic energy of the oscillating water mass is used in addition to the high flow rate of the conveyors with.
  • the back-swinging body of water is used to pump over the trim medium in order to be able to trim the trim medium even faster, for example, from the front trim tank into the aft trim tank.
  • trim channels are preferably moved to the corresponding conveyors with full volume in the tubes, so that immediately the entire flow volume is available in a Umtrimmvorgang.
  • This system can be supplemented by corresponding retention or check-back devices, which are in particular bi-directionally operable and switchable.
  • the fluid delivery devices can also be designed to act hydraulically or pneumatically.
  • the front and rear trim tank In order to achieve the best possible ramming effect of the ship for breaking the ice, it is preferred to use the front and rear trim tank with the greatest possible vertical distance to the keel line or bottom line of the float. to arrange pers.
  • front and rear trim tanks with subdivisions, in particular in the plane of the midship line, whereby alternately weight loads can be generated to the sides of the ship, and thus the heeling movements for lateral ice breaking can be improved.
  • This single trim tank can be flooded with existing, drawn seawater and blown out for emptying.
  • the number and arrangement of the trim tanks, in particular for generating the pitch of the ship, is arranged in the overall function with the trim channels and designed to be able to generate the greatest possible trim moments in the ship in relatively short time intervals.
  • this drive combination makes it possible to keep a corresponding float or a ship even in drift and ocean currents, in particular computer-controlled, stationary above a borehole or a defined position on the seabed.
  • An improvement in the icebreaking effect in heel movements is achieved by cantilevering the ship's side walls.
  • 1 is a sectional plan view from above of a ship equipped with an ice-breaking system approximately at the level of the main deck, wherein a front, a rear and two side trim tanks are marked with the connecting trim channels with hatching.
  • 2 shows a vertical section through the ship according to FIG. 1 along the control board-side trim channel with a sectional view in the front and aft trim tanks;
  • Fig. 3 is a vertical cross section approximately at the level of section line 3-3 after
  • Fig. 4 is a vertical cross section approximately at the level of section line 4-4 after
  • Fig. 5 is a schematic representation of a bow area of a ship with icebreaking function and shown by three lines ramming movement of the ship with icebreaking function.
  • Fig. 1 is a horizontal section of a ship 1 is shown approximately at the level of the main deck with the essential components of the trim system.
  • a front trimming tank 10 and in the rear area 3, a stern trimming tank 16 is shown with hatching.
  • the trim tanks 10, 16 are arranged as far as possible in a foremost position or in an extremely aft position of the ship.
  • the trim tanks 10, 16 are fluidly connected to two trim channels offset in the outer area of the ship.
  • the trim channels 12, 13 are below the lower level of the trim tanks 10, 16, but normally above the waterline.
  • FIG. 3 which shows a section according to 3-3 of FIG. 1, the trim channels 12, 13 are provided very low in the bottom area of the ship. Downwardly projecting shaft bearings 32 and 35 are shown.
  • the lateral side walls of the ship 1 are formed as projecting side walls 24, 25, so that in heeling movements an improvement of the icebreaking function is present.
  • the trim channels and trim tanks are additionally protected by external cofferdams.
  • FIG. 5 shows a bow region 2 of the ship 1 and the ice surface 41 drifting against the bow slope 38. Due to the stamping movement of the ship due to the trim effect in the front and rear trim tanks, the upward and downward movement of the bow 2 the icebreaking Effect generated so that the ice surface 41 is broken up into smaller ice sheets 42.
  • the ice-breaking system and the corresponding method therefore makes it possible to keep floats or ships stationary in the Arctic sea ice up to certain ice thicknesses over a sea bottom point, for example for drilling purposes.

Abstract

Es wird ein eisbrechendes System für Schwimmkörper in oder bei Eis beansprucht, mit einem auskragenden Vorsteven und mindestens zwei Trimmtanks (10,16) zur Erzeugung einer Stampfbewegung des Schwimmkörpers, wobei die mindestens zwei Trimmtanks über mindestens einen Trimmkanal (12,13) strömungstechnisch mit Fördereinrichtungen (18,19) hoher Leistungen für das Trimmmedium in Verbindung stehen und das Trimmsystem geschlossen ausgebildet ist.

Description

Eisbrechendes System für Schwimmkörper
Die Erfindung betrifft ein eisbrechendes System für Schwimmkörper gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Positionsstabilisierung, unter Verwendung eines entsprechenden Systems, nach Anspruch 12.
Eisbrechende Systeme für Schwimmkörper beziehungsweise Schiffe sind bekannt. Aus der JP 59-179493 A ist ein System und ein Verfahren bekannt, bei dem Ballasttanks, insbesondere im Kielbereich des Schiffsbodens, genutzt werden, um Ballastwasser von Steuerbord nach Backbord und umgekehrt umzupumpen, so dass damit eine Krängungsbewegung des Schiffes zu erreichen. Aufgrund dieser Gewichtsverschiebung kann dann das Eis, unterstützt durch die seitlichen Wulstausbildungen im Bugbereich, gebrochen werden.
Ein anders funktionierendes System ist aus der US 3,939,789 bekannt. Entsprechend dieser Druckschrift ist ein im Eis operierendes Bohrschiff im Bugbereich mit einer flutbaren Kammer ausgestattet. Des Weiteren ist noch ein flach über eine Eisfläche auskragender Bug vorgesehen. Diese vordere Flut- beziehungsweise Trimmkammer kann aufgrund relativ großer Öffnungen im Boden- und Seitenbereich rasch geflutet werden, so dass ein Absinken des Bugs gegenüber der normalen Wasserlinie stattfindet und auf diese Weise das unter dem Bug vorhandene Eis gebrochen werden. Durch Einbringen von Druckluft in diese Kammer wird die Trimmkammer wieder ausgeblasen. Eine Teilung der Trimmkammer ist vorgesehen, so dass eine Krängung des Buges und Schiffes nach Backbord und Steuerbord bewirkt werden kann. Bei dieser Auslegung des Schiffes besteht jedoch die Gefahr, dass Eisbrocken mit in die Kammer eingeflutet werden, und beim Ausblasen die entsprechenden Öffnungen verstopfen können.
Ein anderes System gemäß der US 3,850,125 zeigt bei einem im Eis operierenden Bohrschiff einen spornartigen Bug und vorn und achtern jeweils eine Kammer im Bodenbereich des Schiffes, die geflutet oder ausgeblasen werden kann. Auf diese Weise ist ein Heben und Senken des Bugs mit eisbrechender Wirkung möglich.
Die Nachteile hierbei liegen ebenfalls in der Vereisungsgefahr der Kammern und einem relativ komplizierten Aufbau der Drucklufteinrichtungen zum Ausblasen der entsprechenden Tanks.
Ein Schwimmkörper mit Bohrturm ist in der US 3,872,814 beschrieben. Der Bohrturm befindet sich hierbei auf einem schwimmenden Halbtaucher mit zwei seitlichen röhrenartigen Schwimmkörpern. Diese Schwimmkörper sind achtern und vorn mit Flutbereichen ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, durch Fluten der vorderen Kammer ein Absinken und gleichzeitig eine eisbrechende Wirkung gegen eine Eisfläche oder Treibeis zu bewirken. Dies wird durch periodisches Ausblasen der vorderen Kammer und Fluten der achterlichen Kammer noch begünstigt. Auch eine Krängungsbewegung der Bohrinsel ist bei diesem Halbraucher steuerbar. Hierbei liegen jedoch auch eine relativ aufwändige Konstruktion der erforderlichen Druckluftsysteme und die Gefahr eines Vereisens der Flutkammern vor.
Eine weitere Ausführungsform mit eisbrechender Wirkung zeigt die JP 58-224887, in der im Kielbereich ein festes Ballastgewicht von vorn nach achtern gezogen werden kann, um hierdurch ein Stampfen des Schiffes mit dem Bug gegen eine Eisfläche zu bewirken und dadurch eine eisbrechende Funktion auszuüben.
Um auch seitliche Bewegungen eines Schiffes zu ermöglichen, ist zum Beispiel gemäß der DE 42 08 682 B4 ein Eisbrecher sowohl mit Strahlantrieben als auch mit drehbaren Propulsionseinheiten ausgestattet, so dass auch seitliche Bewegungen ermöglicht werden.
Die bekannten Systeme haben jedoch überwiegend die Nachteile, dass sie zu ineffizient ausgebildet sind, dass eine hohe Vereisungsgefahr bei Trimmtanks besteht, und das Ausblasen der Kammern und die Gewichtsverlagerung meist zu langsam durchführbar ist.
A u f g a b e der Erfindung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und insbesondere ein eisbrechendes System für Schwimmkörper im oder bei Eis, insbesondere bei Bohr- und Forschungsschiffen oder Plattformen, in Eisfeldern, Packeis oder Treibeis und dergleichen zu schaffen, das eine stationäre Positionierung eines Schiffskörpers oder Schiffes über einem Meeresbodenpunkt zuverlässig ermöglicht und ein entsprechendes Verfahren zur stationären Positionierung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird bei einem System nach Anspruch 1 durch die Merkmale des Anspruches gelöst und verfahrensmäßig durch die Merkmale des Anspruches 12.
Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der arktischen Meere im Hinblick auf Exploration nach wirtschaftlich erschließbaren Ölfeldern und anderen Grundstoffen und Mineralien, werden immer stärker Forschungsschiffe, Bohrschiffe und stationär haltbare schwimmende Plattformen erforderlich, die trotz Meeresströmung und driftenden Eisflächen ihre bestimmungsgemäße Position über dem Meeresgrund stationär einhalten müssen.
Das erfindungsgemäße System und das Verfahren berücksichtigen daher diese Erfordernisse. Hierbei ist ein wesentlicher Kerngedanke, im Bug- oder vorderen Bereich des Schiffskörpers, einen möglichst weit nach vorne und möglichst hoch mit Abstand zur Kiellinie vorgesehenen vorderen Trimmtank vorzusehen. Entgegengesetzt hierzu ist im achterlichen Bereich abstands- und höhenmäßig ein zweiter Trimmtank vorgesehen, wobei beide Trimmtanks strömungstechnisch über mindestens einen Trimmkanal miteinander verbunden sind. Im Falle eines Trimmkanals verläuft dieser zentral in Längsrichtung der Kiellinie.
Besonders vorteilhaft ist die Auslegung mit zwei Trimmkanälen, welche in gegenüberliegenden Seitenbereichen des Schwimmkörpers beziehungsweise Schiffes platziert sind.
Aufgrund der bevorzugten Anordnung des vorderen und achterlichen Trimmtanks oberhalb der Wasserlinie wird ein geschlossenes System zusammen mit den Trimmkanälen realisiert. Die Trimmtanks können aber auch beliebig funktionsge- recht dem Schiff entsprechend angeordnet sein. Hierbei ist eine frostsichere Anordnung, insbesondere im Hinblick auf eine Einsparung an Energie, zu berücksichtigen. Da das System auch bei relativ tiefen arktischen Außentemperaturen, auch bei unter -35° C voll funktionsfähig sein muss, wird ein Trimmfluid, insbesondere Wasser mit hohem Salzgehalt oder mit Additiven verwendet, die den Gefrierpunkt des Trimmmediums erheblich herabsetzen. Die Tanks und Trimmkanäle werden nach Möglichkeit durch Kofferdämme gegen Vereisung nach außen geschützt. Zum Schutz gegen Vereisung der Tanks und/oder Trimmkanäle kann bei Bedarf bevorzugt auch eine Beheizung dieser Anlagen durchgeführt werden.
In arktischen Meeresbereichen, in denen ein Schiff oder eine schwimmende Plattform über einem Bohrloch weitestgehend stationär positioniert werden soll, besteht bei mehr oder weniger geschlossener Eisdecke oder einer Drift von Packeis, das Problem, dass das stationär zu haltende Schiff mit dem Eis driften würde. Hierbei können Driftgeschwindigkeiten von ca. 0,5 kn (Knoten) oder kleiner aus langsam wechselnden Richtungen auftreten.
Das Schiff muss sich daher in einer solchen Situation selbst dynamisch, gegebenenfalls unter einem Winkel oder sogar quer zur Driftrichtung des Eises oder der Meeresströmung, beispielsweise über der entsprechenden Meerespunktposition positionieren können.
Ein derartiges Schiff muss daher ein eisbrechendes System aufweisen, dessen Merkmale im Anspruch 1 dargelegt sind.
Verfahrensmäßig sind zur Positionsstabilisierung eines derartigen Schiffskörpers im oder bei Eis, insbesondere unter Verwendung eines entsprechenden eisbrechenden Systems nach Anspruch 1 , vorgesehen, dass einerseits die Drift des Eises und/oder der Meeresströmung ermittelt wird. Dass bei vorhandener Eisdrift der Schiffskörper so ausgerichtet und manövriert wird, dass insbesondere sein Vorderbereich gegen die Driftrichtung des Eises beziehungsweise die Meeresströmung zeigt und das eisbrechende System des Schiffskörpers in Funktion gesetzt wird. Abhängig von der Ausstattung des Schiffskörpers mit entsprechenden Unterwasser- Antriebseinheiten, welche zum Beispiel als um 360° drehbare Propulsionseinheiten und/oder Strahlantriebe im Bug oder Heck, ausgelegt sein können, kann ein derartig ausgestattetes Schiff auch etwa diagonal oder sogar quer zur Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung stationär über dem Meeresgrund gehalten werden. Hierbei können auch die eisbrechenden Systeme durch Erzeugung von Krängungsbewegungen und/oder Stampfbewegungen die stationäre Positionierung des Schiffskörpers bei Eis mit unterstützen.
Auf diese Weise wird eine relative Bewegung des Schiffskörpers in der Größe der Driftgeschwindigkeit beziehungsweise der Meeresströmung entgegen der Driftrichtung des Eises erzeugt, so dass der Schiffskörper beziehungsweise das Schiff stationär zum Beispiel über einem Meeresbodenpunkt, etwa einem Bohrloch, gehalten werden kann.
Die eigene Position des Schwimmkörpers wird daher zum Beispiel über GPS oder andere Positionseinrichtungen bestimmt und aufgrund ermittelter Driftgeschwindigkeit und Driftrichtung des Eises das Schiff mit seiner eisbrechenden Funktion so ausgerichtet, dass bug- und/oder heckseitig das Umtrimmen des Trimmmediums in den vordem und achterlichen Tank die stampfende, eisbrechende Funktion erzeugt. Andererseits kann durch Bugstrahl- und/oder Heckstrahl-Antriebe gegebenenfalls in Kombination mit elektromechanischen oder dieselmechanischen Propulsionseinhei- ten, die Ausrichtung des Schiffes mit der erforderlichen Relativgeschwindigkeit entgegengesetzt zur Driftgeschwindigkeit erzeugt werden, so dass das Schiff stationär über einem Bohrloch gehalten wird. Die Propulsionseinheiten können gondelartig am Schiffsboden angebracht oder im Rumpf des Schiffskörpers integriert sein.
Zweckmäßigerweise werden die eisbrechende Funktion des Schiffes und das Umtrimmen des entsprechenden Mediums in und zu den Trimmtanks mit einer Frequenz betrieben, die der Driftgeschwindigkeit des Eises angepasst ist und dabei eine effiziente eisbrechende Wirkung erzielt.
Da eine verbesserte eisbrechende Wirkung auch durch Krängungsbewegungen des Schiffes erzielt wird, werden auch seitliche Trimmtanks im Bereich der Seitenbordwände, insbesondere oberhalb der Wasserlinie, vorgesehen, so dass durch deren Umtrimmen Krängungsbewegungen erzeugbar sind. Die seitlichen Trimmtanks sind zweckmäßigerweise paarweise und gegenüberliegend zur Mittschiffslinie angeordnet. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Schlinger- beziehungsweise Krängungsbewegungen des Schiffes werden bevorzugt mehrere seitliche Trimmtanks paarweise vorgesehen, wobei diese dann in Längsrichtung des Schiffes verteilt angeordnet sind. Die eisbrechende Funktion im Sinne eines Trimm-Eisbrechens kann noch dadurch verbessert werden, dass die Stampf- beziehungsweise Rollbewegungen des Schiffes durch das Umtrimmen in die Tanks von vorn nach achtern und umgedreht, mit den Umtrimmvorgängen in den seitlichen Trimmtanks und eine daraus resultierende Krängungsbewegung, in Kombination erzeugt wird.
Da ein Umtrimmen des Trimmmediums im geschlossenen System von achtern in den vorderen Trimmtank in möglichst kurzer Zeit realisiert werden soll, werden einerseits große Rohrquerschnitte in den Trimmkanälen, zum Beispiel zwischen 1 bis 4 m Durchmesser vorgesehen und Hochleistungsfluid-Fördereinrichtungen, zum Beispiel als hydromechanische Pumpeinrichtungen, in dem geschlossenen Trimmsystem integriert.
Die entsprechenden Fluid-Fördereinrichtungen können zum Beispiel Förderleistungen erbringen, die im gemeinsamen Betrieb ein Umpumpen von 500 bis 1000 t Trimmmedium von achtern nach vorn in 10 bis 30 s erlauben. Für das Umtrimmen zum Beispiel vom vorderen Trimmtank in den achterlichen Trimmtrank wird aber auch ergänzend zur hohen Förderleistung der Fördereinrichtungen die kinetische Energie der schwingenden Wassermasse beim Umtrimmen mit ausgenutzt. In dieser Hinsicht wird sozusagen die rückschwingende Wassermasse zum Umpumpen des Trimmmediums mitgenutzt, um das Trimmmedium noch rascher zum Beispiel vom vorderen Trimmtank in den achteren Trimmtank umtrimmen zu können.
Die Trimmkanäle werden bevorzugterweise bis zu den entsprechenden Fördereinrichtungen mit Vollvolumen in den Rohren gefahren, so dass sofort das gesamte Strömungsvolumen bei einem Umtrimmvorgang zur Verfügung steht. Ergänzt werden kann dieses System durch entsprechende Rückhalte- beziehungsweise Rückschlagseinrichtungen, die insbesondere bi-direktional betreibbar und umschaltbar sind.
Abhängig vom verwendeten Trimmmedium können die Fluid-Fördereinrichtungen auch hydraulisch oder pneumatisch wirkend ausgelegt sein.
Um eine möglichst gute Stampfwirkung des Schiffes zum Brechen des Eises zu erreichen, wird bevorzugt, den vorderen und achterlichen Trimmtank mit möglichst großem Höhenabstand zur Kiellinie beziehungsweise Bodenlinie des Schwimmkör- pers anzuordnen.
Vorderer und achterlicher Trimmtank werden daher extrem weit nach vorn und achtern versetzt und möglichst in der Höhe des Hauptdeckes vorgesehen. Zum Schutz und zur Verhinderung eines Einfrierens des Trimmmediums sind die Tanks und die Trimmkanäle bevorzugt nach außen hinter Kofferdämmen abgesichert.
Auch ist es möglich, die vorderen und achterlichen Trimmtanks mit Unterteilungen, insbesondere in der Ebene der Mittschiffslinie auszustatten, wodurch abwechselnd auch Gewichtsbelastungen zu den Seiten des Schiffes erzeugt werden können, und somit die Krängungsbewegungen zum seitlichen Eisbrechen verbessert werden können.
Im Hinblick auf die Erzeugung von Stampf- beziehungsweise Rollbewegungen des Schwimmkörpers ist es möglich, auch nur einen, insbesondere vorderen Trimmtank, vorzusehen.
Dieser einzelne Trimmtank kann sowohl mit vorhandenem, angesaugtem Meerwasser geflutet werden und zum Entleeren ausgeblasen werden.
Der einzelne Trimmtank kann jedoch auch mit seitlichen Zwischentanks zu einem geschlossenen System verbunden sein, so dass das Trimmmedium jeweils umgepumpt wird, im Übrigen jedoch im Trimmsystem verbleibt.
Die Anzahl und Anordnung der Trimmtanks, insbesondere zur Erzeugung des Stampfens des Schiffes, ist in der Gesamtfunktion mit den Trimmkanälen derart angeordnet und ausgelegt, um in relativ kurzen Zeitintervallen größtmögliche Trimmmomente im Schiff erzeugen zu können.
Ergänzend zu dem bevorzugten geschlossenen Trimmsystem ist es im Hinblick auf unterschiedliche Einsatzgebiete eines derartigen Schiffes zweckmäßig, alternativ oder in Kombination mit dem geschlossenen Trimmsystem auch ein nach außen offenes Trimmsystem zu realisieren.
Auch unter Reparaturgesichtspunkten ist es daher wünschenswert, insbesondere den vorderen und achterlichen Trimmtank, über Fluidleitungen nach außen zum Meerwasser verbinden zu können, um darüber hinlfsweise oder alternativ einen Trimmvorgang realisieren zu können. Die Manövrierfähigkeit des Schiffes wird noch dadurch verbessert, dass zusätzlich zu den Hauptantrieben weitere direkte oder indirekte Antriebseinrichtungen, insbesondere Bug- und Heckstrahlantriebe, gegebenenfalls in Kombination mit z.B. elektro- mechanischen Propulsionseinheiten vorhanden sind, wobei Letztere in gondelartigen Aufhängungen meist Drehbereiche von 0 bis 360° aufweisen.
Gerade diese Antriebskombination erlaubt es, einen entsprechenden Schwimmkörper beziehungsweise ein Schiff auch bei Drift und Meeresströmung, insbesondere computergesteuert, stationär über einem Bohrloch oder einer definierten Position auf dem Meeresgrund zu halten.
Das im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Trimmsystem ist vorteilhafterweise computergesteuert ausgelegt und kann nicht nur im eisbedeckten Wasser sondern auch bei offener Wasserfläche eingesetzt werden. Üblicherweise laufen die Trimmprozesse vollautomatisch ab, wobei auch eine halbautomatische Funktion denkbar ist. Das computergesteuerte Trimmen lässt eine Vielzahl von Trimmvorgängen und Regelungen zu. So können sowohl Roll- beziehungsweise Stampf-Bewegungen als auch Krängungsbewegungen des Schwimmkörpers gesteuert werden. Ebenso ist es möglich, die periodische Frequenz abhängig von vorgegebenen zu erreichenden Winkeln bei Stampfvorgängen beziehungsweise Krängungsvorgängen oder auch deren Kombination verfahrensmäßig zu realisieren.
Da das Erfordernis nach schnellstmöglichen Umtrimmprozessen besteht und dies in Anpassung an die erforderliche Frequenz für die Schiffsbewegungen zu realisieren ist, werden Fluid-Fördereinrichtungen benötigt, die eine Strömungsgeschwindigkeit in den Trimmkanälen mit bis zu ca. 8 m/s ermöglichen.
Im Vergleich hierzu laufen Umpumpprozesse bei Ballastwasser oder Flüssigkeiten bei ca. 3 m/s ab.
Als Fluid-Fördereinrichtungen können pneumatische Antriebe, zum Beispiel Lüftergebläseeinheiten, eingesetzt werden, die ihre Grenze etwa bei 10 m/Wassersäule (ws) haben. Vorteilhafter sind demgegenüber bereits Zentrifugalpumpen, bei denen jedoch die Umsteuerung in entgegengesetzter Wirkungsrichtung noch schneller sein sollte. Propellerantriebe und Impellerantriebssysteme haben sich als besonders geeignet für die schnellen Umtrimmprozesse herausgestellt.
Das System zur Positionsstabilisierung ist daher einerseits auf die Synchronisation mit der Driftgeschwindigkeit des Eises einzustellen und andererseits auf die Stampf- und Rollfrequenz des Schiffes im Hinblick auf die eisbrechende Funktion. Zur Verbesserung der eisbrechenden Funktion ist auch die Schiffshülle, insbesondere bug- seitig und heckseitig weit auskragend auszulegen.
Ergänzt wird dies selbstverständlich für den gesamten Schiffsrumpf durch die erforderliche Auslegung der Schiffswände und des Schiffsbodens für die entsprechende Eisklasse.
Eine Verbesserung der eisbrechenden Wirkung bei Krängungsbewegungen wird durch Auskragen der Schiffsseitenwände erreicht.
Im Hinblick auf die eisbrechende Funktion können auch maximale Trimm- und Krängungswinkel vorgegeben werden, die beim Umtrimmprozess für das Rollen und Krängen des Schiffes berücksichtigt werden sollten.
Zur Verbesserung des Umtrimmprozesses in zeitlicher Hinsicht sollten die Trimmkanäle stets mit Trimmmedium, zumindest bis zu den Förderpumpen gefüllt sein, und der entgegengesetzte, leere Trimmtank keine Restflüssigkeit aufweisen. Beim Um- pumpprozess ist insbesondere darauf zu achten, dass keine Luft in die Pumpen gelangt, um Beschädigungen durch Kavitation zu vermeiden.
Ein Umtrimmprozess kann auf diese Weise mit unverzüglich vorhandenem vollem Volumen gestartet werden und bei entsprechender Durchmesser-Dimensionierung der Trimmkanäle auch bei einem Umtrimmvolumen von 500 bis 1000 t zwischen 10 bis 20 s abgeschlossen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung mit Draufsicht von oben auf ein mit einem eisbrechenden System ausgestattetes Schiff etwa in Höhe des Hauptdecks, wobei ein vorderer, ein achterlicher und zwei seitliche Trimmtanks mit den verbindenden Trimmkanälen mit Schraffur gekennzeichnet sind; Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das Schiff nach Fig. 1 längs des steuer- bordseitigen Trimmkanals mit Schnittdarstellung im vorderen und achterlichen Trimmtank;
Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt etwa in Höhe der Schnittlinie 3-3 nach
Fig. 1 ;
Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt etwa in Höhe der Schnittlinie 4-4 nach
Fig. 1 und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Bugbereichs eines Schiffes mit eisbrechender Funktion und durch drei Linienzüge dargestellte Stampfbewegung des Schiffes mit eisbrechender Funktion.
In Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt eines Schiffes 1 etwa in Höhe des Hauptdecks mit den wesentlichen Baugruppen des Trimmsystems gezeigt.
Im Bugbereich 2 ist ein vorderer Trimmtank 10 und im Heckbereich 3 ein achterlicher Trimmtank 16 mit Schraffur dargestellt. Die Trimmtanks 10, 16 sind weitestmöglich in einer vordersten Position beziehungsweise in einer extrem achterlichen Position des Schiffes angeordnet.
Wie im Schnitt nach Fig. 2 dargestellt, sind die Trimmtanks 10, 16 mit größtmöglichem Abstand zur Kiellinie 4 beziehungsweise dem Schiffsboden 7 angeordnet. Aufgrund dieser extremen Anordnung, oberhalb der normalen Wasserlinie, werden die auf eine Eisfläche wirkenden Kraftmomente erheblich verbessert.
Im Beispiel sind die Trimmtanks 10, 16 mit zwei in den Außenbereich des Schiffes versetzte Trimmkanäle strömungstechnisch verbunden. Die Trimmkanäle 12, 13 liegen unterhalb des unteren Niveaus der Trimmtanks 10, 16, aber im Normalfall noch oberhalb der Wasserlinie.
Wirkungsmäßig mit den Trimmkanälen 12, 13 und dem darin befindlichen Trimmmedium verbunden sind Förderpumpen 18, 19 als Höchstleistungspumpen. Ebenfalls ist es möglich, weitere Förderpumpen, ähnlich wie in Fig. 1 , nach achtern versetzt zusätzlich an den Trimmkanälen anzubringen. Zur Erzeugung einer Krängungsbewegung des Schiffes sind beidseitig seitliche Trimmtanks 21 und 22 vorgesehen. Diese seitlichen Trimmtanks 21 , 22 befinden sich, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr tief im Schiff, insbesondere im Bodenbereich des Schiffes.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist der Bug 2 als Flachbug geformt. Dies gilt ebenfalls für das Heck 3, das einen sehr flach auslaufenden Bereich zeigt. Der Bugbereich kann auch in Art eines Löffelbuges ausgelegt sein. Die flache Kontur vorn und achtem kann auch mit einem ausreichend ausfallenden Vorder- und Hintersteven realisiert sein, um eine gute eisbrechende Funktion ausüben zu können.
In der Ansicht der Steuerbordseite nach Fig. 2 ist eine Antriebsschraube 31 mit WeI- ienlager 32 und Antriebsaggregat 33 schematisch dargestellt.
In der vertikalen Schnittdarstellung nach Fig. 3, die einen Schnitt nach 3-3 nach Fig. 1 zeigt, sind die Trimmkanäle 12, 13 sehr weit unten im Bodenbereich des Schiffes vorgesehen. Nach unten ragend sind die Wellenlager 32 und 35 dargestellt.
Die seitlichen Bordwände des Schiffes 1 sind als auskragende Bordwände 24, 25 ausgebildet, so dass bei Krängungsbewegungen eine Verbesserung der eisbrechenden Funktion vorhanden ist.
In der Schnittdarstellung nach Fig. 4 längs der Schnittlinie 4-4 ist schematisch gezeigt, dass die Trimmkanäle 12 beziehungsweise 13 in die seitlichen Anschlusskästen des achterlichen Trimmtanks 16 übergehen und etwa eine L-Form im Schnitt bilden.
Die Trimmkanäle 12, 13 können im Hinblick auf die Förderpumpen 18, 19 auch einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen, der zum Beispiel zwischen 1 m bis 4 m betragen kann.
Im Hinblick auf den Schutz nach außen sind die Trimmkanäle und Trimmtanks durch außen liegende Kofferdämme zusätzlich geschützt.
Die schematische Darstellung nach Fig. 5 zeigt einen Bugbereich 2 des Schiffes 1 und die gegen die Bugschräge 38 andriftende Eisfläche 41. Aufgrund der Stampfbewegung des Schiffes durch den Umtrimm-Effekt in den vorderen und hinteren Trimmtank wird durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Buges 2 die eisbrechende Wirkung erzeugt, so dass die Eisfläche 41 in kleinere Eisplatten 42 aufgebrochen wird.
Eine analoge Wirkung zeigt auch die Krängungsbewegung zu den Seiten mit der unterstützenden Wirkung der auskragenden seitlichen Bordwände 24, 25.
Das eisbrechende System und das entsprechende Verfahren ermöglicht es daher, Schwimmkörper oder Schiffe auch im arktischen Meereseis bis zu gewissen Eisstärken stationär über einen Meeresbodenpunkt, zum Beispiel zu Bohrzwecken, zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Eisbrechendes System für Schwimmkörper (1) im oder bei Eis, insbesondere für Bohr- und Forschungsschiffe oder Plattformen, mit mindestens einem über die Wasserfläche und einen Eisflächenbereich auskragenden vorderen Schiffskörper-Bereich oder einen Bug-Bereich (2), mit mindestens einem im vorderen Schiffskörper-Bereich oder Bug-Bereich (2) vorgesehenen Trimmtank (10) und mit einer Einrichtung (18, 19) zum Füllen und Entleeren des Trimmtanks (10) mit Fluid, insbesondere Wasser, zur Gewichtserhöhung bei gefülltem Trimmtank und Gewichtsreduzierung bei entleertem Trimmtank, zur Erzeugung mindestens einer eisbrechenden, stampfenden Bewegung des vorderen Schiffskörper-Bereichs oder Bug-Bereiches (2) relativ zur Eisfläche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass vom und achtern im Schiffskörper (1) Trimmtanks (10, 16) vorgesehen sind, die zur Erzeugung einer eisbrechenden Stampfbewegung periodisch gewichtsmäßig entgegengesetzt belastet und entlastet werden, dass mindestens ein Trimmkanal (12, 13) den vorderen und achterlichen Trimmtank (10, 16) strömungstechnisch miteinander verbindet, dass mindestens eine Fluid-Fördereinrichtung (18, 19) strömungstechnisch zwischen den Trimmtanks (10, 16) vorgesehen ist und dass das Trimmsystem geschlossen ausgebildet ist.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei einem Trimmkanal (18) dieser zentral, insbesondere mittschiffs (5), angeordnet ist, und dass bei zwei Trimmkanälen (12, 13) diese insbesondere im Bereich gegenüberliegender Schwimmkörper- oder Schiffsseiten vorgesehen sind.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmkörper (1) mit seitlichen Krängungstanks (21, 22), mindestens mit einem Paar gegenüberliegender seitlicher Krängungstanks oder mit mehreren Paaren, welche in Längsrichtung des Schiffes verteilt auch zum Trimmen angeordnet sind, ausgebildet ist, und dass insbesondere auskragende Seitenbordwände (24, 25) im Bereich der Wasserlinie, oder etwas oberhalb der Wasserlinie, vorgesehen sind.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g eken nzeichnet, dass die Fluid-Fördereinrichtung (18, 19) hydromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgelegt ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch geken nzeich net, dass mindestens die vorderen und achterlichen Trimmtanks (10, 16) möglichst extrem nach vorn oder achtern versetzt in den Endbereichen des Schwimmkörpers (1) vorgesehen sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g eken nze ich net, dass vorderer und/oder achterlicher Trimmtank (10, 16) mit Unterteilungen ausgestattet sind, und auch als seitliche Trimmtanks zur Erzeugung einer Krängungsbewegung des Schiffskörpers (1) betreibbar sind.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g eken nzeich net, dass das geschlossene Trimmsystem (10, 16, 12, 13) Wasser mit hohem Salzgehalt oder mit Additiven zur Herabsetzung des Gefrierpunktes aufweist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g eken nzei ch net, dass die Fluid-Fördereinrichtungen (18, 19), insbesondere mit hydromechani- scher Auslegung, für hohe Förderleistungen des Trimmmediums, insbesondere im Bereich von 5001 bis 1000 t in 10 bis 30 s konzipiert sind.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch geken nze ich net, dass Mittel zur Positionsstabilisierung des Schwimmkörpers (1) und direkte oder indirekte Antriebseinrichtungen (31) zum Manövrieren des Schiffskörpers (1), insbesondere in alle Richtungen, vorgesehen sind.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich net, dass achtern ein ausreichend ausfallender Hintersteven (3) vorgesehen ist, der über die Wasserlinie und bei einer vorhandenen Eisfläche über diese auskragt.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch geken nzeich net, dass die Mittel zur Positionsstabilisierung des Schwimmkörpers (1) so ausgelegt sind, um eine Drift des Eises und/oder der Meeresströmung zu erfassen und eine Ausrichtung und Gegenbewegung des Schiffskörpers (1) gegen die Drift zu steuern.
12. Verfahren zur Positionsstabilisierung eines Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) im oder bei Eis, insbesondere unter Verwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Drift des Eises oder der Meeresströmung ermittelt wird, eine Ausrichtung des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1), insbesondere mit seinem vorderen Bereich (2), entgegen der Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung durchgeführt wird, ein eisbrechendes System (10, 16, 18, 19, 12, 13) des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) in Funktion gesetzt wird, und eine dynamische, relative Bewegung des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) in der Größe der Driftgeschwindigkeit entgegen der Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch geken nzeich net, dass das eisbrechende System mit einer Frequenz betrieben wird, die zur effizienten eisbrechenden Funktion der Driftgeschwindigkeit des Eises angepasst ist.
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