DE1919601B2 - Phasengesteuerte rollstabilisierungseinrichtung fuer schiffe - Google Patents

Description

55

Die Erfindung betrifft eine Rollstabilisierungseinrichtung für Schiffe, bestehend aus einem langgestreckten Tank, der sich querschiffs im allgemeinen über die ganze Schiffsbrcilc erstreckt und zur Aufrechlcrhallung einer freien Oberfläche teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit Vorrichtungen zum Füllen und F.ntlecren des Tanks zur Erhöhung oder Absenkung des Flüssigkcilsspiegcls versehen ist.

Bisher war es schwierig, während des Betriebes einer derartigen Rollstabilisierungscinrichlung die richtige Phasenbeziehung zwischen der Tankwasserschwingung, die in einem passiven Rollstabilisierungslank mit freier Oberfläche auftritt, und der Rollbewegung des Schiffes aufrechtzuerhalten. Der Tank arbeitet immer dann, wenn eine derartige Phasenverschiebung außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen füllt, mit weniger als dem maximalen Wirkungsgrad. Zur Korrigierung dieses Zustande wurden Nüherungsmethodcn verwendet, nach denen zur Optimierung des Tankbetriebs der Flüssigkeitsspiegel auf Grund von Versuchen oder Erfahrungswerten durch manuelle Einstellung erhöht oder erniedrigt wurde. Die entsprechenden Einstellungen wurden durch einen Bedienungsmann vorgenommen, der kontinuierlich Ablesungen der Rollperioden vornahm und den Tankflüssigkeitsspiegel entsprechend seinen Überlegungen einstellte,

Weiterhin ist es bei einem sogenannten Frahmschen Schlingertank bekannt, zur Erzielung einer phasenrichtigen Bewegung der Dämpfungsmasse bezüglich der zu dämpfenden Schiffsschwingung ein lediglich die Phasenverschiebung ermittelndes Phasenmeßgerät vorzusehen und dieses in Regelverbindung mit den zur Beeinflussung der Phasenverschiebung vorgesehenen Mitteln zu bringen. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Phasenverschiebung durch in die Flüssigkcitsverbindungsleitungen und Luftverbindungsleitungen eingebaute Drosselklappen bewirkt. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, daß durch die Beeinflussung der Dämpfungsmittel die Stabilisierungsanlage, bezogen auf die vorhandene Dämpfungsmasse, nicht mit dem optimalen Wirkungsgrad arbeitet. Weiterhin beeinflußt die die zu dämpfende Schiffsschwingung überwachende Steuervorrichtung die Größe der eingeschalteten Dämpfungsmittel ständig was zu einem instabilen Verhalten der Steuerung führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Rollstabilisierungseinrichtungen für Schiffe in der Weise zu verbessern, daß die Größe der Dämpfungsmasse durch eine automalisch arbeitende und stabil regelnde Vorrichtung der jeweiligen Schiffsschwingung angepaßt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Rollstabilisierungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß Einrichtungen zum Messen der Tankflüssigkeitsschwingungen und der Rollschwingungen des Schiffes vorhanden sind, die Signale erzeugen, die über eine Reglereinheit selektiv die Vorrichtungen zum Füllen und Entleeren des Tanks regeln, bis eine Phascnnacheilung der Tankflüssigkeitsschwingung von etwa 90° erreicht ist, worauf die Vorrichtungen zum Füllen und Entleeren des Tanks in einem vorher eingestellten Bereich der Phasenverschiebung nicht aktiviert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Rollstabilisierungseinrichtung ist einmal eine maximale Stabilisatorleistung gewährleistet und zum anderen sichergestellt, daß die vorhandenen Regeleinrichtungen stabil arbeiten. Denn die Regeleinrichtungen werden nicht durch jede Phasenabweichung aktiviert, sondern nur, wenn die Phasenverschiebung aus einem vorher eingestellten Bereich heraustritt. Die erfindungsgemäße RoII-slabilisierungseinrichtung arbeitet zu jeder Zeit mit etwa maximalem Wirkungsgrad.

Rollt ein Schiff mit einer Frequenz, die beträchtlich außerhalb seiner natürlichen Rollfrequenz liegt — was eine Funktion des Beladungszustandes des Schiffes ist — könnte ein freier Oberflächentank mit einem festen Flüssigkeitsspiegel eine leichte Destabilisierung hervorrufen. Bei der erfindungsgemäßen

Ausbildung der Rollstabilisicrungseinrichtung kön- sprechende elektrische Signale umwandelt, kumm'cn-

nen derartige Deslabilisierungen nicht auftreten. den Signal verglichen wird, Die Vergleichseinheit 20

Die Reglcreinheit kann zusätzlich eine Einrichtung erzeugt Signale, die die Phasenverschiebung zwischen enthalten, die bewirkt, daß die Vorrichtungen zum den Tankflüssigkeitsschwingungen und den Roll-Füllen und Entleeren des Tar.ks bei.Überschreiten 5 schwingungen darstellen, und wirkt auf die Pumpendes vorher eingestellten Bereichs erst dann aktiviert reglereinheit 22, die ihrerseits wiederum an ihrem wird, wenn dieses Überschreiten bei mehreren aufein- Ausgang 23 nur dann Stellgrößen abgibt, wenn die anderfolgetaden Rollschwingungen erfolgt. Phasenverschiebung die vorgeschriebenen Grenzen

Zweckmäßigerweise schließen in an sich bekannter überschreitet. Die Stellgrößen werden der Pumpe 16 Weise die Vorrichtungen zum Füllen und Entleeren >o zugeführt, die daraufhin je nach dem zugeführten Sides Tanks eine Pumpe ein, die so ausgebildet ist, daß gnal Flüssigkeit in den Tank zuführt oder aus diesem sie sieh nach entsprechender Umschaltung auch im abzieht. Die Pumpe 16 bleibt so lange in Betrieb und Handbetrieb steuern läßt. ändert die Füllung des Tanks 10 mit Arbeitsflüssig-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt keil 12 so lange, bis die Phasenbeziehung des Ausdie Einstelleinrichtung in an sich bekannter Weise 15 gangssignals der Einrichtung 18 zur Messung der einen Reservetank an Bord des Schiffes zur Auf- Tankflüssigkeitsschwingungen wieder innerhalb des nähme der Tankflüssigkeit ein. Weiterhin kann die vorgeschriebenen Bereichs im Verhältnis zu den Einrichtung zur Messung der Tankflüssigkeitsschwin- Rollschwingungen des Schiffes liegt,
gung in an sich bekannter Weise wenigstens eine Für den wirkungsvollsten Betrieb unterliegen die Druckfühleinrichtung, die in der Nähe der Flügclteilc ao Anhalt-, Füll- und Abziehvorgänge einer Hysterese, des Tanks unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet die nachstehend beschrieben wird. Ein Ausgang der ist, und einen Umsetzer einschließen, der die Druck- Pumpenreglereinheit 22 führt zu einer Anzeigevorvariationen der druckempfindlichen Vorrichtung richtung 24, von der die Überwachungsperson ablcfühlt und entsprechende elektrische Signale erzeugt. sen kann, wann und in welcher Richtung der Flüssig-

An Hand der Zeichnung wird nachstehend ein 35 keitsspiegel im Tank 10 im Fall eines gewünschten

Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Handbetriebes der Pumpe 16 zu ändern ist. Die Ein-

Fig. 1 ist ein Fließschema der erfindungsgemäßen richtung 18 zum Messen der Tankflüssigkeitsschwin-

Anordnung; gungen kann eine Einrichtung 26 zum Messen der

F i g. 2 zeigt Frequenzgangkurven für Schiffe unter Druckunterschiede enthalten, auf die Backbord- und

verschiedenen Stabilisierzuständen. 30 Steuerborddruckrohre mit Eingangsoffnungen 28 und

Die in F i g. 1 gezeigte Einrichtung umfaßt einen 30 wirken, die unter der Oberfläche der Arbeitsflüs-Passivstabilisierungstank mit freier Oberfläche, der sigkeil 12 in gegenüberliegenden Bereichen des mit 10 bezeichnet ist und in dem Schiff (nicht gezeigt) Tanks 10 angeordnet sind. Die Meßvorrichtung kann so angeordnet ist, daß sich seine Längsabmessung entweder mit einer direkten oder indirekten Anzeigequerschiffs erstreckt. Gemäß üblicher Praxis ist der 35 vorrichtung gekoppelt sein. Sie muß nur unverzüglich Tank 10 teilweise mit einer Flüssigkeit 12 bis zu einer entweder den Unterschied der Höhen der Flüssig-Höhe gefüllt, die an die Tankgeometrie und die in- keitsspiegel, der Kräfte oder der Gewichte der Arnere hydraulische Dämpfung angepaßt ist, so daß die beitsflüssigkeit an den Meßstellen physikalisch mes-Tankflüssigkeitsoszillation auf die Rollfrequenz des sen. Eine druckempfindliche Einrichtung zum Mes-Schiffes abgestimmt ist und eine ideale Phasennachei- 40 sen der Tankflüssigkeit wird bevorzugt, obwohl eine lung von 90° hat. Die Flüssigkeit 12 kann aus jeder Einrichtung zum Messen des Oberflächenspiegels, geeigneten Flüssigkeit wie Heizöl, Bunkeröl, ver- wie ein Schwimmer, eine verstellbare elektrische schiedenartigen Flüssigkeiten der Ladung oder be- Brücke oder eine Kapazitätsmeßvorrichtung, in gleisonderen Feststoffsuspensionsfluiden bestehen, wie eher Weise geeignet sein kann. Zweckmäßigerweise Bohrschlamm. 45 wird die Einrichtung zum Messen der Tankflüssig-

Arbeitsfluide wie diese können von einem Bord- keitsschwingungen unter dem Flüssigkeitsspiegel inreservetank 14 geeigneten Fassungsvermögens züge- geordnet, da stark unterschiedliche Wellen mit wechführt werden, der zweckmäßigerweise durch eine An- selnden Profilen und Höhen auftreten können, die zahl von Zwischenwänden unterteilt ist, damit ver- sich aus der Tankgeometrie ergeben. Es können auch hindert wird, daß durch den Tank 14 die metazentri- 50 mehrere Meßstcllen einer Meßvorrichtung vorgesesche Höhe verringert wird oder ein unerwünschtes hen werden, wobei diese von der Mittellinie des Moment auf das Schiff zusätzlich wirkt. Eine wech- .. Tanks aus die gleichen Abstände nach Backbord und selseitig wirkende Pumpe 16 ist für das Zuführen Steuerbord haben, so daß Maximal- und Minimaloder Abziehen der Arbeitsflüssigkeit zu oder von phasen gemessen werden können,
dem Tank 10 in jeder geeigneten Lage vorgesehen. 55 Die Phascnvergleichseinheit 20 kann aus einem

Für den Fall, daß Meerwasser als Arbeitsflüssig- Phasendiskriminator bestehen, der ein Wechselstrom-

keit verwendet wird, steht die Pumpe 16 mit dem signal übereinstimmend mit der Phasenverschiebung

Meer (nicht gezeigt) in Verbindung. der Eingangssignale erzeugt. Der Rollfühler 21 kann

In dem Tank 10 ist eine Einrichtung 18 zur Mcs- aus einer herkömmlichen Kreiseleinheit oder einem sung der Tankflüssigkeitsschwingungen angeordnet, 60 gleichwirkcnden Element bestehen,
die die abgetasteten Tankflüssigkeitsschwingungen in Die Reglereinheit 22 kann aus einer bekannten Siein elektrisches Signal umwandelt. Vorzugsweise gnalabtastvorrichtung bestehen, die das Wechselslcllt der Ausgang der Einrichtung 18 elektrisch eine Stromsignal von der Phasenvergleichseinheit 20 emp-Messung des auf das Schiff ausgeübten Moments dar. fängt und dementsprechend die Pumpe 16 steuert. Das aus der Einrichtung 18 kommende Signal wird 65 Wenn das empfangene Signal innerhalb eines vorherauf eine elektrische Phasenvergleichseinheit 20 gege- bestimmten Bereichs liegt, erzeugt die Punipenreglerben, in der es mit einem von dem Rollfühler 21, der einheit 22 am Ausgang 23 ein Signal, das auf der Andie Rollschwingungen des Schiffes abfühlt und ent- Zeigevorrichtung 24 anzeigt, daß sich der Tankflüs-

sigkeilsspiegcl in annehmbarer Höhe befindet. Wenn aber die Phasenvergleichseinheit 20 anzeigt, daß die Phasenverschiebung den vorherbestimmten Bereich überschritten hat, der in der Pumpenreglereinheit 22 festgelegt ist, so verläßt diese am Ausgang 23 ein Signal, das die Pumpe 16 in der erforderlichen Richtung arbeiten läßt und eine entsprechende Anzeige an der Anzeigevorrichtung 24 bewirkt. Bei einer nur in einer Richtung arbeitenden Pumpe können geeignete Venoder Abziehen einmal begonnen, wird es so lange forlgesetzt, bis der Nacheilwinke! in dem annehmbaren Betriebsbereich von 85 bis 90° Nacheilung gut eingestellt ist.

Um zu vermeiden, daß die Pumpentätigkeit durch zufällige, kurzfristige Schwingungsbewegungen in unnötiger Weise eingeschaltet wird, sind zweckmäßigerweise Einrichtungen vorgesehen, die bewirken, daß die Pumpe nur eingeschaltet wird, wenn die Phasen-

tile zur Umkehr der Pumpenwirkung vorgesehen sein, io nacheilung jenseits der vorherbestimmten Grenzen die von der Pumpenreglereinheit 22 gesteuert wer- für eine bestimmte Anzahl von Schwingungszyklen den. Die Pumpenreglereinheil 22 betreibt die Pumpe auftritt. Wenn beispielsweise die Schaltanordnung 16 so lange, bis das Ausgangssignal der Phasenver- vorher so festgelegt wurde, daß der Betriebsbereich gleichseinheil 20 wieder etwa in die Mitte des vorbe- von 80 bis 90° Phasennacheüung als für den Betrieb stimmten Bereichs fällt. Sobald dieser Punkt erreicht 15 akzeptabel angenommen wird, gibt die Pumpenregist, wird die Pumpenreglereinheit 22 in der Weise des- Iereinheit22 nur dann Schaltsignale ab, wenn die aktiviert, daß an ihrem Ausgang Haltesignale abge- vorherbestimmten Grenzen über einen Zeilraum von geben werden. zehn Zyklen überschritten wurden.

Die Zuverlässigkeit der Einrichtung wird erreicht Die automatische Steuerung kann beispielsweise

und eine Instabilität vermieden, indem die Pumpe 16 20 auch in der Weise abgeändert werden, daß Konlrolietwa in dem Zeitpunkt abgeschaltet wird, in dem der Leuchten anzeigen, daß der Flüssigkeitsspiegel in Flüssigkeitsspiegel in dem Tank 10 so eingestellt ist, dem Tank 10 entweder zu niedrig oder zu hoch für daß zwischen den Rollschwingungen und den die richtige Phasenbeziehung ist. Eine Handbedie-Schwingungen der Arbeitsflüssigkeit die optimale nung kann durch Betätigung der Aus- bzw. Um-Phascnbczichung besteht, und indem der Bereich, 25 schalteinrichtung 25 vorgenommen werden. Die Vordcsscn Cr:nzcn zur Einschaltung der Pumpentätig- richtung kann auch zur automatischen Steuerung keit überschritten werden müssen, wesentlich größer
ist als der zur Abschaltung der Pumpe 16. So erscheint beispielsweise während des Betriebs an dem
Ausgang 23 der Pumpenreglereinheit 22 ein Haltesi- 30
gnal, solange die Tankflüssigkeitsschwingungen dem
Rollwinkel des Schiffes in dem Bereich von 70 bis
110⁽ nacheilen. Bei oder unter einer Nacheilphase
von 70° setzt die Pumpenreglereinheit 22 die Pumpe

16 in Beirieb, wodurch der Arbeitsgang des Abzie- 35 der Arbeilsflüssigkeit hat, der für Resonanz bei der hens von Flüssigkeit beginnt und so lange fortgesetzt natürlichen Rollfrequenz des Schiffes eingestellt ist. wird, bis der Rollwinkcl 85° Nacheilung erreicht hat, Die Kurve C gilt für ein Schiff mit einem Stabilisator bei der die Pumpenreglereinheit 22 ein Hallesignal gemäß Kurve B, bei dem jedoch die vorliegende Erabgibt und das Abziehen von Tankflüssigkeit unter- findung Verwendung findet. Aus der Kurve B folgt, bricht. In entsprechender Weise beginnt das Füllen 40 daß dem System von außen an den äußeren Enden des Tanks nicht, bevor die Tankflüssigkeitsschwin- des Frequenzbereiches eine geringe Destabilisierung gungen den Rollschwingungen des Schiffes um 110° aufgeprägt wird. Diese Destabilisierung ergibt sich oder mehr nacheilen. Der Füllvorgang wird bei 110° aus einer wesentlichen Verschiebung der Tankflüssigeingeleitet und fortgesetzt, bis die Größe des Nacheil- keitsschwingungen aus der idealen 90° Phasennacheiwinkels auf etwa 90° reduziert ist, bei dem die Pum- 45 lung gegenüber den Rollschwingungen des Schiffes, penrcglereinheit 22 wiederum ein Haltesignal abgibt. Erfindungsgemäß wird die Phasennacheüung der Auf diese Weise beginnt das Füllen oder Abziehen Tankflüssigkeitsschwingungen bei 90° gehalten, so von Arbeitsflüssigkeiten nur, wenn die vorherbc- daß eine Destabilisierung vermieden und ein maximastimmten Grenzen von 70 oder 110° Nacheilwinkel ler Stabilisierungswirkungsgrad über den ganzen Freunter- oder überschritten werden. Ist mit dem Füllen 50 quenzbereich erzielt wird.

oder Anzeige des genauen Füllgrades verwendet werden, wenn der Tank erstmalig für den Beirieb gefüllt wird.

In F i g. 2 ist eine Frequenzgangkurve A für den Fall eines nicht stabilisierten Schiffes dargestellt. Die Kurve B gilt für den Fall des gleichen Schiffes, das mit einem Passivtankslabilisator mit freier Oberfläche betrieben wird, der einen festgelegten Spiegel

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Rollstabilisicrungscinrichtung für Schiffe, bestehend aus einem langgestreckten Tank, der sich querschiffs im allgemeinen Über die ganze Schiffsbreite erstreckt und zur Aufrechterhallung einer freien Oberfläche teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit Vorrichtungen zum Füllen und Entleeren des Tanks zur Erhöhung oder Absenkung des Flüssigkeitsspiegels versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (26, 28, 30, 21, 20) zum Messen der Tankflüssigkcitsschwingungen und der Rollschwingungen des Schiffes vorhanden sind, die Signale erzeugen, die über eine Reglereihheit (22) selektiv die Vorrichtungen (14, 16) zum Füllen und Entleeren des Tanks (10) regeln, bis eine Phasennacheilung der Tankflüssigkeitsschwingung von etwa 90° erreicht ist, worauf die Vorrichtung (14, 16) zum Füllen und Entleeren des Tanks (10) in einem vorher eingestellten Bereich der Phasenverschiebung nicht aktiviert werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinheit (22) zusatzlieh eine Einrichtung enthält, die bewirkt, daß die Vorrichtungen (14, 16) zum Füllen und Entleeren des Tanks (10) bei Überschreiten des vorher eingestellten Bereiches erst dann aktiviert werden, wenn dieses Überschreiten bei mehreren aufeinanderfolgenden Rollschwingungen erfolgt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Vorrichtungen (14, 16) zum Füllen und Entleeren des Tanks (10) eine Pumpe (16) einschließen, die auch von Hand steuerbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Reservetank (14) an Bord des Schiffes zur Aufnahme der Tankflüssigkeit vorgesehen ist.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Tankflüssigkeitsschwingung in an sich bekannter Weise wenigstens eine Druckfühleinrichtung (28, 30), die in der Nähe der FIügclleile des Tanks (10) unter dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet ist und einen Umsetzer (26) einschließt, der die Druckvariationen der druckempfindlichen Vorrichtung führt und entsprechend elektrische Signale erzeugt.