DE1961756C3

DE1961756C3 - Einrichtung zum Dampfen der Schwingbewegungen eirtes schwimmenden Schiffsrumpfes

Info

Publication number: DE1961756C3
Application number: DE1961756A
Authority: DE
Inventors: James Arthur Haines Feltham Middlesex Paffet (Ver. Koenigreich)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1980-02-14
Also published as: NL6918544A; ES374398A1; GB1289307A; DE1961756B2; FR2033204A1; US3635182A; DE1961756A1; JPS491836B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Dämpfen der Schwingbewegung eines schwimmenden Schiffsrumpfes, bestehend aus einem im Schiffsrumpf angeordneten Tank, der Flüssigkeit enthält, die eine freie Oberfläche hat, so daß die Schwingbewegung des Schiffsrumpfes eine Bewegung der Flüssigkeit relativ zum Tank erzeugt.

Derartige Einrichtungen zum Dämpfen der Schwingbewegungen von Schiffen sind aus der Zeitschrift »Shipping World and Shipbuilder« vom Dezember 1964, Seiten 638 und 639, bekannt. Zum passiven Dämpfen der Schiffsschwingbewegungen dient dabei zumeist ein teilweise mit Flüssigkeit gefüllter, luftdicht verschließbarer U-förmiger Behälter, bei dem die oben gelegenen Enden der U-Schenkel durch eine ein Luftventil aufweisende Leitung miteinander verbunden sind. In diesem Behälter sind auf diese Weise zwei voneinander getrennte, freie Flüssigkeitsspiegel vorhanden, und über jedem Flüssigkeitsspiegel befindet sich somit eine Luftmenge, wobei beide Luftmengen durch das normalerweise geschlossene Luft

ventil voneinander getrennt sind.

Bei diesen bekannten passiven Schlingerdämpfungsanlagen für Schiffe wird also bereits von dem bekannten Effekt Gebrauch gemacht, die Ausdeh-

'■ nung und Pressung der über der Tankflüssigkeit befindlichen Luft als Dämpfungskraft auszunutzen. Dieser Effekt wird allerdings in dem vorgenannten bekannten Fall nur dazu benutzt, das unerwünschte Rollen der Schiffe zu dämpfen.

Bei modernen Tankschiffen und Massenfrachtschiffen, die oft zweihundertfünfzig Meter und mehr lang sind, können jedoch die durch die Wellenbewegung hervorgerufenen Schwingungen der Frequenz nach dem Seegang entsprechen, so daß eine Resonanz

> entsteht, wobei die Eigendämpfung bei solchen Schiffen jedoch recht gering ist. Dabei kann es zu Biegeschwingungen des verhältnismäßig langen Schiffsrumpfes kommen, die durch die umlaufenden Schiffsschrauben noch gefördert werden können. Da es sich bei diesen Schwingungen sowohl um vertikale und horizontale Schwingungen als auch um Torsionsschwinguiigen handelt, ist der Schiffsrumpf in beträchtlichem Maß auf Verformung beansprucht, was insbesondere bei starkem Seegang zu einer Beschädi-

- gung des Schiffes führen kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die nicht nur das unerwünschte Rollendes Schiffes verhindert, sondern darüber hinaus auch die Verformung des Schiffsrumpfes

ι bewirkende Biege- und Torsionsschwingungen in besonders wirksamer Weise dämpft.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art zum Dämpfen der Schwingbewegung eines schwimmenden Schiffsrump-

"> fes nach der Erfindung vorgeschlagen, daß im Tank ein zur Flüssigkeit offener, luftdichter Behälter vorgesehen ist, der einen Teil der freien Flüssigkeitsoberfläche bedeckt und einen Gasraum einschließt, wobei ^dieser von dem den übrigen Teil der freien Flüssig-

keitsoberfläche berührenden Gas isoliert ist, so daß die Bewegung der Flüssigkeit relativ zum Tank durch abwechselnde Ausdehnung und Verdichtung des im Behälter eingeschlossenen Gases gedämpft wird.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die

ι Schwingbewegungen des Schiffskörpers Bewegungen der in dem Dämpfungsbehälter enthaltenen Flüssigkeit und damit ein abwechselndes Ausdehnen und Zusammendrücken des Gases hervorrufen, wodurch die Schwingungsenergie verteilt und - unterstützt

ι durch die Reibung in dem Flüssigkeit-Gas-System vernichtet wird.

Um besonders auf die Tauchschwingungen des Schiffsrumpfes dämpfend einzuwirken, ist nach einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung

ι vorgesehen, daß das eingeschlossene Gas bei ruhiger Flüssigkeitsoberfläche unter einem anderen Druck steht als das Gas, das den übrigen Teil der freien Flüssigkeitsoberfläche berührt. Zur Unterstützung der Dämpfung der Rollschwingungen des Schiffsrumpfes sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Behälter im vertikalen Schnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und durch ein geschlossenes Schenkelende gebildet wird. Um nun auch die Dämpfung der Torsionsschwingungen icsonders gut in den Griff zu bekommen, ist schließlich in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung noch vorgesehen, daß der Behälter im wesentlichen ringförmig ist und in der Mititschiffs-Ebene

oben in zwei aufrechten Schenkeln endet oder der Behälter durch ein geschlossenes Schenkelende gebildet wird.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1A einen schematischen Grundriß des Mittelteiles eines Schiffes mit einer ersten Ausführungsform einer Däropf.ungseinrichtung,

Fig. IB eine der Fig. IA entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung,

Fig. 2 A einen senkrechten Schnitt entlang der Linie IIA-UA der Fig. 1A,

Fig. 2B einen senkrechten Schnitt entlang der Linie II5-IIÄ der Fig. IB,

Fig. 3 einen Teil einer bei den Ausführungformen der Dämpfungseinrichtung verwendeten Anordnung zum Einstellen der Flüssigkeitsspiegel,

Fig. 4 einen Querschnitt einer gegenüber Fig. 1A bis 2 B abgeänderten Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung, die auch zur Dämpfung von Querschwingungen im Schiffsrumpf geeignet ist, ebenfalls im Querschnitt,

Fig. 6 in der gleichen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung, und

Fig. 7 ein vereinfachtes schematisches Modell des Schiffsrumpfes mit der Dämpfungseinrichtung.

Bei einem Schiffsrumpf treten in der Hauptsache zwei Arten von Schwingungen auf, nämlich die Zweiknoten-Vertikalschwingungen und die Zweiknoten-Horizontalschwingungen, bei denen sich der Schiffsrumpf in zwei in Längsabstand voneinander liegenden Knotenbereichen durchbiegt. Jeder dieser Schwingungsarten gegenüber weist der Schiffsrumpf eine entsprechende Sveifigkeit K_x und einen entsprechenden Dämpfungsfaktor C₁ auf.

Die Dämpfungseinrichtung dieser Schwingungen hat entsprechende Eigenschaften, wobei die Steifigkeit K₂ von den in dem Flüssigkeits-Gas-System enthaltenen Gasräumen S und der Dämpfungsfaktor C₂ insbesondere von den viskosen Kräften abhängig ist, die durch die Bewegung der in der Dämpfungseinrichtung enthaltenen Flüssigkeit auf den sie umschließenden Flächen der Einrichtung hervorgerufen werden. Die wirksame Masse M₁ der Dämpfungseinrichtung vereinigt sich mit derjenigen der in ihr enthaltenen Flüssigkeit (wenn die Flüssigkeit der Einrichtung nicht in Bewegung ist), die zwischen den beiden verschiedenen Höhen der Oberfläche der den (oder einen) Gasraum einschließenden Flüssigkeit und der anderen Flüssigkeitsfläche S in der Einrichtung vorhanden ist. Dies entspricht einer Masse A/, für den Schiffsrumpf.

Die Größe der Massen Ai₁, M₂ usw. ist von der Größe und Form der Dämpfungseinrichtung, des Behälters, der Gasräume und der Flüssigkeit abhängig. Entsprechende Zahlenwerte können aus Versuchen gewonnen oder in einfacheren Fällen durch Berechnung ermittelt werden. Bei den Überlegungen über das Verhalten eines Schiffes und der Dämpfungseinrichtung und für den ersten Entwurf dieser Einrichtung kann von einem der Fig. 7 entsprechenden Modell ausgegangen werden, das nach Ausführung der notwendigen Modellversuche, als Grundlage für die endgültige Ausbildung der Dämpfungseinrichtung dienen kann. Weitere Einzelheiten können aus der Abhandlung »Machinery Induced Vibrations« von Johnson und McClimo η tin Volume 75, Nummer 4 der Berichte des »Institute of Marine Engineers«, April 1963, entnommen werden. Andere Veröffentlichungen sind »Mechanical Vibration« von J. P. Den Hartog, McGraw Hill, New York und London, 3. Edition 1947, weiterhin »Ship Hull Vibration« von F. H. Todd, Edward Arnold Ltd., 1961, und ein Bericht »On the Vibration Amplitudes of Ship Hulls« von Johnson, Ayling und Couchman (1962) des Institute of Engineers an das Institute of Engineers and Shipbuilders in Schottland.

Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, daß

1. mitzunehmender Gesamtgröße der Dämpfungseinrichtung die Schwingungsfrequenz verringert und die Kräfte vergrößert werden,

2. die Schwingungsfrequenz bei Verkleinerung des Volumens eines Gasraumes erhöht wird,

3. die Schwingungsfrequenz bei gleichmäßiger Erhöhung des Druckes in dem Behälter erhöht werden kann, wenn alle Gasräume abgedichtet sind,

4. die Masse Ai₂ durch große bzw. hohl unausgeglichene Wassersäulen vergrößert werden kann, und schließlich

5. die Dämpfungseinrichtung entweder durch Änderung der gesamten Wassermenge in dem Behälter oder durch Änderung der verschiedenen Flüssigkeitshöhen abgestimmt werden kann.

Ferner müssen folgende Gesichtspunkte berücksichtigt werden:

a) alle Teile des Behälters der Einrichtung müssen zur Untersuchung und zur Durchführung von Reparaturarbeiten durch ausreichend groß bemessene Eingänge zugänglich sein,

b) der Schiffsrumpf oder Teile davon dürfen durch Druckerhöhungen oder Druckverringerungen nicht überbeansprucht werden,

c) bei einem Schiffsneubau können die Behälter und Dämpfer zusammen mit dem Schiffsrumpf entworfen werden, und

d) bei einem bereits in Betrieb befindlichen Schiff sollen der oder die Behälter für die Dämpfungseinrichtung mit einem Minimum an konstruktiven Änderungen eingebaut werden können; schmale Behälter können leichter durch öffnungen im Schiffsdeck herabgelassen werden und sind geeigneter als große Behälter.

Bei den in Fig. 1A bis 2B gezeigten Ausführungsformen der Dämpfungseinrichtung sind zwei Dämpfungseinrichtungen 10 der Ausbildung nach Fig. IA und 2 A oder nach Fig. IB und 2B angeordnet, von denen je eine auf einer Schiffsseite symmetrisch zur Längsmittellinie 14 des Schiffsrumpfes und zu der anderen Einrichtung angeordnet ist. Die genaue Lage der beiden Dämpfungseinrichtungen in der Längsrichtung des Schiffes hängt von den verschiedensten Umständen ab und soll alle Bau- und Fahreigenschaften des Schiffes berücksichtigen, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Tankschiff mittlerer Größe mit einer Reihe von im folgenden als Speicherund Callastbehälter bezeichneten Tanks 16 ist. Gemäß Fig. IA bis 2B sind die Dämpfungseinrichtungen 19 mittschiffs angeordnet, was den Vorteil hat, daß die Behälter für die Dämpfungsflüssigkeit groß sein können, so daß die Dämpfungseinrichtungen mit einer verhältnismäßie eroßen Flüssißkeitsmenoe und

mit erhöhter Leistung arbeiten können. Wenn die Dämpfungseinrichtungen demgegenüber an dem einen oder dem anderen Ende des Schiffes, vorzugsweise im Heck des Schiffes, angeordnet sind, so wird die Wirkung der kleineren Behälter mindestens teil- '· weise durch die dort größeren Verlagerungsbewegungen des Schiffsrumpfes (und damit auch der Dämpfungsflüssigkeit) ausgeglichen.

Die Ausführungsformen nach Fig. IA bis 2B gehen davon aus, daß das Innere des Schiffsrumpfes 12 "' durch wasserdichte Quer- und Längswände 18, 22 in Ballastbehälter 16 aufgeteilt ist. Wenn der Tanker wenig oder keine Ladung hat, so wird in mindestens einige der Behälter 16 zur Bildung des notwendigen Ballastes Wasser eingefüllt. Je zwei solcher einander ι > gegenüberliegender Behälter 16 können zur Bildung von zwei Dämpfungseinrichtungen der Ausführungsform nach Fig. IA und 2 A oder der Ausführungsform nach Fig. 1B und 2B, die beiderseits der Längsmittellinie 14 symmetrisch zu dieser angeordnet sind, -" verwendet werden. Bei den Ausführungsformen nach Fig. IA bis 2B sind hierzu die an jeder Außenseite des Schiffskörpers liegenden Ballastbehälter 16 verwendet.

Gemäß Fig. IA und 2 A weist jede dieser Dämp- -¹I furgseinrichtungen 10 einen mittleren Dämpfungsbehälter 20 auf, der an jedem Ende durch ein Querschott 22 und auf jeder Seite durch eine Längswand 24 begrenzt ist, die sich vom Oberdeck 26 nach unten erstrecken und von dem einen bis zum anderen Ende in des Ballastbehälters 16 reichen. Die Unterkante 28 der Längswände 14 liegt etwas über dem Schiffsboden, so daß eine untere Öffnung 30 gebildet ist, über die das Innere des unteren Teils des Dämpfungsbehälters 20 in ständiger Verbindung mit dem Inneren des r> Ballastbehälters 16 ist. Am oberen Ende ist der Dämpfungsbehälter 20 durch eine Deckelplatte 32 abgeschlossen, in der ein verschlossenes Mannloch angeordnet ist, um das Innere des Dämpfungsbehälters 20 im Bedarfsfalle zugänglich zu machen. Von w der Deckelplatte 32 aus gehen drei Rohre 34 nach oben durch das Oberdeck 26 hindurch, die dazu dienen, den oberen Teil des Behälters 20 mit einer äußeren Druck- oder Saugluftquelle oder mit der Atmosphäre zu verbinden. Außerhalb des Behälters 20 ist -r, auch der Ballastbehälter 16 im Bereich des Oberdecks 26 mit Anschlußstutzen 36 versehen, die eine solche Verbindung ermöglichen. In den Rohren 34 und den Anschlußstutzen 36 sind Ventile 38 bzw. 40 angeordnet, die zum Absperren des Därnpfungsbchältcrs 20 v, und des Ballastbehälters 16 geschlossen oder zur Verbindung derselben mit den Luftquellen geöffnet werden können. Zwischen der Deckelplatte 32 und der Unterkante 28 der beiden seitlichen Längswände 24 sind zwei querverlaufende, geschlossene Zwischenwände 42 angeordnet, die den oberen Teil des Behälters 20 in drei etwa gleich große Räume unterteilen, von denen jeweils eines der drei Rohre 34 ausgeht.

Ein vom Oberdeck 26 aus bedienbares Ventil 43 ermöglicht eine Verbindung des Ballastbehälters 16 bo mit dem über der Deckelplatte 32 gelegenen Raum 44, der seinerseits mittels eines Ventils 45 nach der Atmosphäre geöffnet werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. IA und 2 A ist der Behälter 20 bis zu einer bestimmten Spiegel- t,=> höhe mit Flüssigkeit 46, z. B. Wasser aus dem Ballastbehälter gefüllt, so daß zwischen dem freien Wasserspiegel 50 dieser Füllung und der Deckelplatte 32 des Dämpfungsbehälters 20 in diesem ein mit Luft unter Druck gefüllter Luftraum 48 gebildet ist. Die Ventile 38 sind zur Aufrechterhaltung des Druckes in dem Luftraum 48 geschlossen, während die Ventile 40 geöffnet sind, so daß sich der Wasserspiegel 52 in dem Ballastbehälter 16 auf eine größere Höhe als in dem Dämpfungsbehälter 20 einstellen kann. Das Ventil 43 wird ebenfalls geschlossen gehalten. Die in dem Luftraum 48 eingeschlossene Luft steht gewöhnlich unter einem Druck von zwei absoluten Atmosphären, wenn sich die Einrichtung im Ruhezustand befindet. Da aber die Schwingungsdauer bei Schwingungen eines Schiffskörpers auch von der Größe der Ladung abhängig ist, kann bei einer Änderung der Lademenge bzw. des Ladegewichtes eine neue Einstellung des Druckes zweckmäßig sein.

Bei Anwendung einer in dieser Weise ausgebildeten und eingestellten Einrichtung rufen vertikale Schwingungen des Schiffskörpers, wie sie z. B. durch die Wellenbewegung der See entstehen können, Schwingungsbewegungen des Wassers 46 in dem Ballastbehälter 16 und in der Dämpfungseinrichtung 10 hervor, wobei sich der Wasserspiegel 50 in dem Dämpfungsbehälter 20 auf- und abbewegt und die in dem Gasraum 48 eingeschlossene Luft abwechselnd zusammengepreßt und ausgedehnt wird. Diese Bewegungen bzw. das durch sie hervorgerufene abwechselnde Zusammendrücken und Ausdehnen der Luft und die Reibung, die z. B. dadurch erzeugt wird, daß das Wasser 46 in dem Ballastbehälter 16 an den Wänden dieses Behälters und der Dämpfungseinrichtung 10 entlang auf- und abwärts bewegt wird, führen dazu, daß die Schwingungsenergie des Schiffskörpers in der Dämpfungseinrichtung 10 absorbiert und verteilt bzw. vernichtet werden. Die Zwischenwände 42 der Dämpfungseinrichtung sind an der Dämpfung wenig oder nicht beteiligt, sind aber insofern wichtig, als sie eine auf die ganze Länge der Dämpfungseinrichtung durchgehende Wellenbewegung des Wasserspiegels 50 verhindern.

Für diese Wirkungsweise der Dämpfungseinrichtung ist es erforderlich, daß die Wasserspiegel 50 und 52 innerhalb und außerhalb der Einrichtung verschiedene Höhe haben, wenn vertikale Schwingungen des Schiffskörpers aufgefangen und die Schwingungsenergie des Schiffskörpers vernichtet werden soll. Der Höhenunterschied zwischen den Wasserspiegeln kann z. B. dadurch erreicht werden, daß aus dem Raum über dem Wasserspiegel 52 im Ballastbehälter 16 Luft nK**g<.n..<»4- ,-.ψ*λ /jar R*>*in? über dem Wasserspiegel 50 in dem Dämpfungsbehälter 20 mit der Atmosphäre verbunden wird. Statt dessen können auch beide Räume unter Druck gesetzt oder entlüftet werden, wobei jedoch in dem einen Raum ein niedrigerer Druck als in dem anderen Raum beibehalten werden muß. Weiterhin kann die Ausführungsform nach Fig. 2 A so geändert werden, daß die Deckelplatte höher als dargestellt angeordnet ist, so daß auch der Wasserspiegel 50 höher liegen kann. Auch kann, wenn z. B. der Raum über dem Wasserspiegel 52 anfangs mit der Atmosphäre verbunden war, dieser Raum durch Schließen des zugehö'igen Ventils abgesperrt werden, so daß der Druck in dem Raum mit der Auf- und Abwärtsbewegung des Wasserspiegels 52 in der gleichen Weise erhöht und erniedrigt wird wie im eingeschlossenen Luftraum 48. Diese letztere Anordnung ergibt relativ hohe Schwingungszahlen in der D ämpfungseinrichtung.

Wenn gewünscht, kann das dem Raum 44 über der Dcckelplatte 32 zugeordnete Ventil 43 offen gehalten werden, damit das Wasser 46 auch in den Raum 44 gelangen und zwischen diesem und dem Ballastbehälter 16 frei strömen kann. Hierdurch kann der Vorteil erreicht werden, daß die Masse der Dämpfungsflüssigkeit in der Einrichtung 10 durch Einschaltung des sonst nicht genutzten Raumes 44 vergrößert wird. In diesem Falle wird das Ventil 45 in der gleichen Weise wie die Ventile 40 eingestellt, so daß das Wasser 46 im gesamten Bereich des Ballastbehälters 16, d. h. auch in dem Raum 44 der Dämpfungseinrichtung 10, mehr oder weniger die gleiche Spiegelhölle aufweist.

Bei der in Fig. I B und 2 B gezeigten Ausführungsform ist der mittlere Dämpfungsbehälter 20 der Dämpfungseinrichtung 10 durch einen zylindrischen Baukörper 60 gebildet. Diese Ausführungsform ist besonders für Fälle geeignet, bei denen ein Tankschiff von vornherein so entworfen ist, daß es mit einer entsprechenden Dämpfungseinrichtung versehen ist. Der zylindrische Baukörper 60 ist vorzugsweise aus Stahlplatten zusammengesetzt und reicht vom Oberdeck 26 bis zum Boden 62 des Schiffsrumpfes. Die Deckelplatte 32 des Dämpfungsbehälters 20 ist durch eine kreisrunde Stahlplatte gebildet und enthält wiederum ein Mannloch mit Mannlochdeckel. Die Verbindung zwischen dem unteren Teil des Dämpfungsbehälters 20 und dem Ballastbehälter 16 ist hier durch rechtekkige öffnungen 64 gebildet, die im Umfangsabstand voneinander in den Mantel des zylindrischen Baukörpers 60 eingeschnitten sind.

Die Abmessungen der Einrichtung sind von der Größe des Schiffes abhängig. Bei der dargestellten Ausführungsform kann die Einrichtung 10 z. B. eine Höhe von etwa einundzwanzig Meter, eine Länge (in Längsrichtung des Schiffes) von etwa fünfundzwanzig Meter und eine Breite (in Querrichtung des Schiffes) von sechsunddreißig Meter haben. Hierbei kann der zylindrische Baukörper 60 z. B. einen Durchmesser von etwa sechs Meter haben. Im übrigen ist die Einrichtung nach Fig. IB und 2B ebenfalls mit Rohren 34 versehen, von denen je eines für die beiden symmetrisch zur Längsmittellinie 14 des Schiffes angeordneten Baukörper 60 vorgesehen sind. Jedem dieser Rohre 34 ist wiederum ein Ventil 38 zugeordnet. Auch sind am Oberdeck 26 im Bereich der beiden Ballastbehälter 16 jeweils die Anschlußstutzen 36 mit je einem Ventil 40, ferner für den Raum 44 über der Deckelplatte 32 das Ventil 45 und zum Fluten dieses Raumes das vom Oberdeck aus bedienbare Ventil 43 angeordnet.

Für den Betrieb der Einrichtung nach Fig. IB und 2 B werden die Ventile 38, 40 so eingestellt, daß sie den jeweiligen Raum über dem Wasserspiegel 50 in dem Dämpfungsbehälter 20 und den Raum des Ballastbehälters 16 über dem Wasserspiegel 52 mit der Atmosphäre oder mit einer Druckluft- oder Saugluftquelle verbinden, damit sich die Wasserspiegel 50, 52 mit dem erforderlichen Höhenunterschied einstellen. Hierzu kann die Einstellanordnung nach Fig. 3, allerdings nur mit je einem Rohr 34 für jeden Baukörper 60 verwendet werden. Sodann werden die Ventile geschlossen, möglicherweise mit Ausnahme der Ventile für einen oder mehrere Räume, die mit der Atmosphäre verbunden sind. Die Einrichtung ist dann fertig zum Betrieb. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird das Wasservolumen (des Wassers 46) so gewählt, daß die Drücke und die Wasserspiegelhöhen eine den zu erwartenden und zu dämpfenden Schwingungen entsprechende Absorptionswirkung der Einrichtung ergeben. Im übrigen ist die Wirkungsweise grundsätzlich die gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. IA und 2 A.

Für beide Ausführungsformen kann das Ballastwasser 46 in die Ballastbehälter 16 mittels einer Pumpe über die Leitungen 200 eingepumpt werden. Hierbei sind die Ventile 38,40 geöffnet, damit etwaige Flüssigkeitsdämpfe aus einer früheren Ladung entweichen können. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist die Masse der Flüssigkeit insofern von Bedeutung, als sie die Dämpfungscharakteristik der Einrichtung mit beeinflußt.

Fig. 3 zeigt eine für die Ausführungsform nach Fig. 1A und 2 A bestimmte Anordnung zur pneumatischen Einstellung der Höhenlage der Wasserspiegel 50 und 52. Die Anordnung weist einen Vorratsbehälter 70 für Druckluft oder ein anderes Druckgas sowie sechs Rohre 34 für die Verbindung mit den beiden Dämpfungsbehältern 20 der beiden Einrichtungen 10 auf. Die Rohre 34, von denen nur drei dargestellt sind, zweigen in paralleler Anordnung von einer mit dem Druckgas- bzw. Druckluftbehälter 70 verbundenen Hauptleitung 72 ab und sind jeweils mit einem Absperrventil 74 versehen sowie mit einem Überdruckventil 76 verbunden. Der Druck in der Hauptleitung 72 wird durch einen Druckmesser 78 angezeigt. Schließlich sind in der Nähe der Verbindungsstelle der Hauptleitung 72 mit dem Druckgasbehälter 70 ein Absperr- und Einlaßventil 80 und ein zur Atmosphäre führendes Entlüftungsventil 82 angeordnet.

Es wurde festgestellt, daß bei voll beladenem Schiff im allgemeinen die vertikalen (und die quer verlaufenden) Schwingungen innerhalb der zulässigen Grenzen bleiben, so daß z. B. bei einem Tanker die Möglichkeit besteht, das Ballastwasser aus den vorher als Ballastbehälter verwendeten Behältern 16 und das Wasser aus den Dämpfungsbehältern 20 z. B. über die Leitungen 200 abzupumpen und durch ölladung zu ersetzen. Hierzu kann auch das Ventil 43 geöffnet werden, das ermöglicht, daß auch der Raum 44 über dem Dämpfungsbehälter 20 mit öl aus dem Behälter 16 gefüllt werden kann. Das öl aus diesem Raum wird jedoch wieder herausgelassen, und es kann auch das Ventil 43 wieder geschlossen werden, wenn der Behälter 16 wieder als Ballastbehälter und der mittlere Behälter 20 wieder als Dämpfungsbehälter verwendet werden.

Wenn trotz voller Ladung doch noch unzulässige Schwingungen im Schiffskörper auftreten sollten, so kann, falls es sich um einen Tanker handelt, die Dämpfungseinrichtung auch mit öl der ölladung als Dämpfungsflüssigkeit in Betrieb gesetzt werden. In diesem Fall muß der Gasraum des Dämpfungsbehälters 20 anstatt mit Luft mit Stickstoff oder einem anderen inerten Gas gefüllt werden. Wenn auch der Dämpfungsbehälter so groß sein muß, daß er im Gasraum die für einen leistungsfähigen Betrieb der Dämpfungseinrichtung notwendige Gasmenge aufnehmen kann, so stellt dies im Hinblick auf die Vorteile für die Schwingungsdämpfung keinen ins Gewicht fallenden Nachteil dar. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß wenigstens einige Öltanks eines Tankschiffes nicht ganz voll gefüllt sind, weil das Schiff sonst mehr öl laden würde, als für das Gesamtvolumen der Tanks berechnet würde.

Die Ausführungsformen nach Fig. IA bis 2B kön-

non in mancherlei Hinsicht abgeändert werden. Zum Beispiel kann statt des zylindrischen Baukörpers 60 nach Fig. IB und 2B ein im Grundriß rechteckiger Baukörper verwendet werden.

Eine andere Ausführungsform der Diimpfungseinrichtung, die insbesondere für den Einbau in bereits im Betrieb befindliche Schiffe bestimmt ist, ist in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform besteht der Dämpfungsbehälter aus einer aufblähbaren Hülle 90 aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen, oder aus mit Gummi imprägniertem Kunststoff. Diese aufblähbare Hülle 90 weist einen im wesentlichen kreisrunden Grundriß auf und ist innerhalb eines im Grundriß rechteckigen Elehälters 16 unterhalb der Oberfläche der in diesem befindlichen Flüssigkeit 46 mittels Zugglieder 92 befestigt. Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen kann die Dämpfungseinrichtung 10 an einer beliebigen Stelle innerhalb des Schiffsrumpfes 12, z. B. in einem Mitteltank des Schiffes, angeordnet sein. Auch kann nur eine solcher Dämpfungseinrichtungen, oder wenn Symmetrie bewahrt werden soll, zwei solcher Einrichtungen beiderseits der Längsmittellinie des Schiffes angeordnet sein, wie bei den zuerst beschriebenen Ausführungsformen. Beispielsweise können zwei Dämpfungseinrichtungen 10 entsprechend Fig. IB und 2B, bei denen jedoch der zylindrische Baukörper 60 jeweils durch eine aufblähbare Hülle 90 ersetzt ist, mittschiffs angeordnet sein. Im übrigen kann jede der Dämpfungseinrichtungen 10 wie bei den Ausführungsformen nach Fig. IA bis 2 B ausgebildet sein mit der Ausnahme, daß anstelle der Rohre 34 ein Rohr 93 angeordnet ist, das mit der Einstellanordnung nach Fig. 3 verbunden ist. Letztere ist dabei so abgeändert, daß sie statt der sechs Rohre 34 nur zwei Rohre 93 aufweist, von denen je eines einer der beiden aufgeblähten Hüllen 90 zugeordnet ist.

Die Betriebs- und Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen den bereits beschriebenen Ausführungsformen. Gemäß Fig. 4 kann am unteren Ende der Mülle 90 ein Gitter oder Netz 96 angeordnet sein, durch das Flüssigkeit 46 aus dem Behälter 16 in den durch die Hülle 90 gebildeten Dämpfungsbehälter einströmen und aus diesem wieder ausströmen kann. Ein solches Gitter oder Netz kann gegebenenfalls auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 A bis 2B, z. B. an der unteren Öffnung 30 des Dämpfungsbehälters 20 nach Fig. 2 A oder zwischen den Öffnungen 64 und dem Wasserspiegel 50 in dem Dämpfungsbehälter 20 nach Fig. 2B angeordnet sein. Die Bildung des Dämpfungsbehälters durch eine aufblähbare flexible Hülle nach Fig. 4 bietet den Vorteil, daß die Einrichtung billiger und leichter montierbar ist, außerdem ein geringes Gewicht aufweist, und daß der Dämpfungsbehälter im Falle einer Beschädigung oder bei Abnutzung leicht ersetzt werden kann.

Die bisher beschriebenen Ausführungsformen sind zum Dämpfen von vertikalen Schwingungen bestimmt. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die zum Dämpfen von quergerichteten horizontalen Schwingungen des Schiffskörpers dient, wie sie z. B. durch die Schiffsmaschinen oder durch den Seegang hervorgerufen werden können. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bereits beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß ein im Schiffsquerschnitt U-förmiger Baukörper 100 zugleich den Ballastbehälter und mit seinen beiden Schenkeln 120 und 216 zwei aufrecht stehende Dämpfuiigsbehülter bildet. Diese Dämpfungsbehälter 120 sind wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 A bis 2B jeweils mit einer Deckelplatte 142 versehen, unter der ein Luftoder Gasraum 148 gebildet ist, der unten durch den Flüssigkeitsspiegel 150 begrenzt ist. Am unteren Ende stehen die beiden Dümpfungsbehälter 120 und 216 in unmittelbarer Verbindung mit dem den Ballastbehälter bildenden horizontalen Steg 116 des U-förmigen Baukörpers 100.

Zum Betrieb der Dämpfungseinrichtung nach Fig. 5 wird das in den Gasraum 148 des einen Dämpfungsbehälters 120 befindliche Gas unter Druck gesetzt, indem der Flüssigkeitsspiegel 150 in diesem Dämpfungsbehälter mittels einer der Anordnung nach Fig. 3 entsprechenden Einstellanordnung eingestellt wird. Der durch den anderen Schenkel des U-förmigen Bauteiles gebildete zweite Dümpfungsbehälter 216 bleibt dabei über das Ventil 40 mit der Atmosphäre verbunden, so daß die beiden Flüssigkeitssäulen in den beiden Schenkeln 120, 216 verschiedene Höhe haben und die Einrichtung daher ebenfalls in der Lage ist, vertikale Schwingungen bestimmter Frequenzen des Schiffskörpers 12 zu dämpfen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 können jedoch gegebenenfalls auch beide Schenkel 120 und 216 gegenüber der Atmosphäre abgesperrt werden und die beiden Räume 148 über den Flüssigkeitsspiegeln teilweise unter Unterdruck oder durch Verbindung mit einer Druckgas- oder Druckluftquelle unter Druck gesetzt werden. Wenn nur Querschwingungen des Schiffskörpers gedämpft werden sollen, ist es nicht erforderlich, daß die beiden Flüssigkeitssäulen in den aufrechten Schenkeln 120, 216 verschiedene Höhe haben. Es ist jedoch notwendig, daß ein mit eingeschlossenem Gas gefüllter Gasraum unten durch eine freie Flüssigkeitsoberfläche begrenzt ist, so daß das Gas sich ausdehnen und wieder zusammengedrückt werden kann. Hieraus ergibt sich, daß wenigstens einer der Schenkel 120, 216 des U-förmigen Bauteiles 100 am oberen abgeschlossen sein muß, damit der Gasraum gebilde« werden kann.

Wenn Symmetrie eingehalten werden soll, oder wenn aus irgendeinem Grund eine einzige Dämpfungseinrichtung der in Fig. 5 gezeigten Art an der Längsmittellinie des Schiffskörpers nicht verwendet werden kann, so können zwei solcher Dämpfungsbzw. Stabilisierungseinrichtungen beiderseits der Längsmittellinie des Schiffes einander entgegengerichtet angeordnet werden.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung ist zum Dämpfen von Torsionsschwingungen des Schiffskörpers 12 bestimmt. Die Einrichtung weist über einen im Querschnitt rahmen-oder ringförmigen Behälter 316 zwei nebeneinander angeordnete Dämpfungsbehälter 320 mit je einem unten durch den Flüssigkeitsspiegel 350 begrenzten Gasraum 348 auf. Die unteren Enden der Dämpfungsbehälter 320 stehen über je ein Ventil 330 mit dem Innern des Behälters 316 in Verbindung, der ganz mit Flüssigkeit gefüllt ist. Wie sich aus der Erläuterung der Wirkungsweise der vorher beschriebenen Ausführungsformen ergibt, rufen Torsionsschwingungen des Schiffskörpers 12 Bewegungen der beiden Flüssigkeitsspiegel 350 hervor, durch die das in den Gasräumen 348 eingeschlossene Gas abwechselnd ausgedehnt und zusammengedrückt wird und die Drehschwingungsenergie des Schiffskörpers vernich-

ii

tet wird.

Es können auch mehrere Dämpfungseinrichtungen der beschriebenen Art auf einem Schiff verwendet werden. Auch kann die in Fig. 5 gezeigte Sonderausbildung in Verbindung mit Einrichtungen der Fig. IA, 2 A und/oder der Fig IB, 2 B verwendet werden. Die gezeigten Ausfiihruigsformen sind jeweils zum Dämpfen von Schwingungen besonderer Schwingungsfrequenzen entwickelt, so daß für verschiedene Schwingungsarten und -frequenzen jeweils auch verschiedene Ausführungsformen der Einrichtung verwendet werden könnten. In der Praxis genügen jedoch im allgemeinen zwei der beschriebenen Dämpfungseinrichtungen. Wenn z. B. Schwingungen, die durch die Schiffsmaschine hervorgerufen werden, besonders störend sind, so kann eine Dämpfungsein-

richtung in der Nähe der Schiffsmaschine im Heck des Schiffes und eine andere oder die gleiche Ausführungsform der Dämpfungseinrichtung von durch den Seegang hervorgerufenen Schwingungen mittschiffs oder am Bug oder Fleck des Schiffes angeordnet werden.

Die Dämpfungseinrichtung ist weiterhin nicht nur bei Tankschiffen, sondern auch bei anderen Schiffsarten nennenswerter Größe anwendbar. Wenn solche Schiffe Ballast- oder Frischwasserbehälter oder möglicherweise auch Brennstofftanks enthalten, so könnenalle Arten solcher Behälter zur Bildung von Dämpfungseinrichtungen herangezogen werden. Die Dampfungseinrichtung kann auch als insgesamt vorgefertigte Einheit in einen fertigen Schiffskörper oder beim Bau des Schiffskörpers in diesen eingesetzt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Dämpfen der Schwingbewegung eines schwimmenden Schiffrumpfes, bestehend aus einem im Schiffsrumpf angeordneten Tank, der Flüssigkeit enthält, die eine freie Oberfläche hat, so daß die Schwingbewegung des Schiffsrumpfes eine Bewegung der Flüssigkeit relativ zum Tank erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß im Tank (16) ein zur Flüssigkeit (46) offener, luftdichter Behälter (20, 90, 120, 320) vorgesehen ist, der einen Teil der freien Flüssigkeitsoberfläche (50,150, 350) bedeckt und einen Gasraum (48,148, 348) einschließt, wobei dieser von dem den übrigen Teil (52) der freien Fiüssigkeitsoberfläche berührenden Gas isoliert ist, so daß die Bewegung der Flüssigkeit (46) relativ zum Tank (16) durch abwechselnde Ausdehnung und Verdichtung des im Behälter (20, 90, 120, 320) eingeschlossenen Gases gedämpft wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zum Dämpfen der Tauch-Schwingungen des Schiffsrumpfes, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Gas bei ruhiger Flüssigkeitsoberfläche (50,150, 350) unter einem anderen Druck steht, als das Gas, das den übrigen Teil der freien Flüssigkeitsoberfläche (52) berührt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zum Dämpfen von Rollschwingungen des Schiffsrumpfes, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (120) im vertikalen Schnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und durch ein geschlossenes Schenkelende (142) gebildet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zum Dämpfen von Torsionsschwingungen des Schiffsrumpfes, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (120) im wesentlichen ringförmig ist und in der Mittschiffs-Ebene oben in zwei aufrechten Schenkeln endet oder der Behälter (320) durch ein geschlossenes Schenkelende gebildet wird.