DE2640262A1

DE2640262A1 - Einpunktfestmacheboje

Info

Publication number: DE2640262A1
Application number: DE19762640262
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Single Buoy Moorings Inc
Current assignee: Single Buoy Moorings Inc
Priority date: 1975-09-03
Filing date: 1976-09-03
Publication date: 1977-03-17
Also published as: ES451391A1; IT1071437B; BR7605882A; GB1560707A; NO146899B; IN146310B; JPS5249593A; US4280238A; FR2322777B1; NO763008L; FR2322777A1

Description

Anmelderin; Single Buoy Mooring Inc., 12 Rue Abbe Bovet,
Fribourg/Schweiz

Einpunktfestmacheboj e

Die Erfindung betrifft eine Einpunktfestmacheboje mit einem Anker, einem aus wenigstens einen starren Teil bestehenden und an seinem unteren Ende mit dem Anker gelenkig verbundenen Rohrabschnitt, sowie einem mit dem oberen Ende des Rohrabschnitts gelenkig verbundenen Bojenkörper, der sich zumindest zum größten Teil unterhalb des Wasserspiegels befindet.

Eine Boje dieser Art ist bereits in der noch nicht veröffentlichten holländischen Patentanmeldung Nr.75.06107 beschrieben worden. Die in der holländischen Patentanmeldung beschriebene Boje besteht aus einem Rohrabschnitt, der an seinem unteren Ende mittels eines Kardangelenks mit einem Anker und an seinem oberen Ende über ein Kardangelenk mit dem Bojenkörper verbunden ist, der sich in der Hauptsache unter Wasser

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befindet und sich mit einem einen kleinen Querschnitt aufweisenden Teil bis über die Wasseroberfläche erstreckt, Eine derartige Boje wird durch die Auftriebskraft des Bojenkörpers und eventuell des Rohrabschnitts in ihrer Stellung gehalten, d. h., daß die Boje infolge der Auftriebskraft und ihrer Verbindung mit dem Anker ständig eine direkt über dem Anker liegende Stellung einzunehmen versucht. Aufgrund von Strömungs-, Wind- und Wellenkräften unterliegt die Boje nun einer periodischen Bewegung, die, wenn der Rohrabschnitt aus nur einem Teil besteht, eine Schwenkbewegung um den untersten Gelenkpunkt herum ist, wodurch der Bojenkörper sowohl eine Schwenkbewegung als auch eine translatorische oder Querbewegung ausführt und der Rohrabschnitt einer Biegevibration ausgesetzt ist.

Die Perioden dieser Bewegungen werden durch die Größe und Verteilung der Masse und die Verteilung der Abmessungen des schwimmenden Rohrabschnitts und des schwimmenden Bojenkörpers bestimmt. Diese Verteilung der Masse und der Abmessungen, die Auftriebskraft und die von Strömung, Wind und Wellen ausgeübten Kräfte bestimmen die Belastung der verschiedenen Teile, wobei die Kardangelenke als kritische Punkte anzusehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einpunktfestmacheboje zu schaffen, bei der diese

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Belastung der verschiedenen Teile außerordentlich gering ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Da Wellen mit hoher Energie eine Periode haben, die größer als 6 Sekunden aber kleiner als 16 Sekunden ist, unterliegen die Masse und Abmessungen des Rohrabschnitts und des Bojenkörpers keinen Resonanzen.

Der durch die vorliegende Erfindung erzielte Effekt besteht darin, daß die Boje jetzt selbst bei Wellen mit hoher Energie nur kleine Bewegungen ausführt, was zur Folge hat, daß die am Bojenkörper und den Kardangelenken auftretenden Belastungen auch dann klein bleiben, wenn ein Schiff an der Boje verankert ist.

Der Rohrabschnitt kann aus mehreren Teilen bestehen, von denen jeder kurz genug ist, um die Biegefrequenz unter 6 Sekunden zu halten.

Es besteht die Möglichkeit, in dem Bojenkörper einen Ballastraum vorzusehen, der beispielsweise mit Wasser gefüllt werden kann, um die Masse und damit die Periode zu vergrößern.

In den schematischen Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist bzw. sind:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einpuhktfestmacheboje, die im Prinzip der

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in der holländischen Patentanmeldung Nr. 75.06107 offenbarten Boje entspricht; Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang

zwischen Wellenenergien und Perioden zeigt, und

Fig. 3a bis 3d Seitenansichten, die die verschiedenen Vibrationen und Bewegungsmöglichkeiten zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Einpunktfestmacheboje, die aus einem Anker 1 und einem Rohrabschnitt 2 besteht. Der Rohrabschnitt 2 ist über ein Kardangelenk 3 mit dem Anker 1 und über ein Kardangelenk 4 mit einem Bojenkörper 5 verbunden. Der Bojenkörper 5 befindet sich zumindest zum größten Teil unterhalb des Wasserspiegels und trägt oben auf einem dünnen, aus dem Wasser ragenden Hals 6 ein Toppzeichen.

Eine sich vom Gewässergrund bis zum oberen Teil der Boje erstreckende Leitung kann in Höhe der Kardangelenke 3 und 4 mit Drehkupplungen oder flexiblen Schläuchen versehen sein, die sich durch den Rohrabschnitt 2 und den Bojenkörper 5 erstrecken oder längs davon verlaufen. Ein Ausführungsbeispiel einer ähnlichen Verbindung ist in der holländischen Patentanmeldung Nr. 75.06107 beschrieben worden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Rohrabschnitt 2 eine Länge von ca. 100 m.~ der Bojenkörper 5 eine Länge von ca. 60 m und der dünne Hals 6 mit dem

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Toppzeichen eine Länge von ca. 20 m.

Fig. 2 zeigt das Verhältnis der Wellenenergie zu den Wellenperioden. Aus dieser Figur geht hervor, daß Wellen mit höchster Energie eine Periode von ungefähr 12 Sekunden haben. Diese Periode nimmt mit abnehmender Wellenenergie zu und mit geringer Wellenenergie ab. Eine Welle mit geringer Energie hat eine Periode von unter 6 Sekunden und kann als eine verhältnismäßig kurze Welle bezeichnet werden. Aus dem Diagramm geht jedoch hervor, daß es auch lange Wellen gibt, d.h. Wellen mit langer Periode und geringer Energie.

Die Massen der in Fig. 1 dargestellten Boje sollten so bestimmt werden, daß die Masse des Rohrabschnitts 2 eine Periode hat, die auf der linken Seite der 6-Sekunden-Ordinate in Fig. 2 liegt, wohingegen der Bojenkörper 5 eine derartige Masse haben sollte, daß seine Periode auf der rechten Seite der 16-Sekunden-Ordinate in Fig. 2 liegt.

Wenn die Länge des Rohrabschnitts 2 derart ist, daß seine eigene Frequenz 6 Sekunden übersteigt, dann sollte dieser Rohrabschnitt aus zwei Teilen bestehen, wie dies in Fig. 1 bei 2' in Strichpunktlinien angedeutet ist.

Um ggfls. die Masse des Bojenkörpers 5 zu erhöhen und die Verteilung der Masse zu ändern, ist im Bojenkörper 5 ein Ballastraum 7 vorgesehen, der mit Wasser gefüllt werden kann.

In Fig. 3 sind die verschiedenen Bewegungs- und Vibrationsmöglichkeiten dargestellt.

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Fig. 3a zeigt in Strichpunktlinien die Biegeschwingungen, die im Rohrabschnitt 2 auftreten können.

Fig. 3b zeigt, in welcher Weise der Bojenkörper 5 um das Kardangelenk 4 schwingen kann.

Fig. 3c zeigt, wie der Rohrabschnitt 2 und Bojenkörper gemeinsam in der gleichen Richtung hin und her schwingen.

Fig. 3d zeigt, wie der Rohrabschnitt 2 und der Bojenkörper 5 in entgegengesetzten Richtungen hin und her schwingen.

Alle Teile befinden sich ständig unter Wasser. Bei allen Darstellungen in Fig. 3 ist der dünne Hals 6 mit dem Toppzeichen weggelassen worden.

In den folgenden Beispielen sind die Variablen wie folgt bezeichnet:

^ω = Vibrationsfrequenz in rad/Sek.

c = Federkonstante.

I = Trägheitsmoment.

ρ = spezifische Masse.

1 = Länge des Rohrabschnitts 2.

1 = Länge des Bojenkörpers 5.

K = die durch den Bojenkörper 5 oder die Auftriebskraft auf den Rohrabschnitt 2 einwirkende Kraft.

dM = eigene Masse + zugefügte Masse; die zugefügte Masse ist bei einem zylindrischen Querschnitt der des verdrängten Wassers gleich.

μ = eigene Masse + zugefügte Masse per laufenden Meter.

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h = die Höhe von K auf Kardangelenk d = Durchmesser des Rohrabschnitts d = Durchmesser des Bojenkörpers r = Hälfte des Durchmessers.

T = Zeit

s = Wandstärke des Rohrabschnitts Beispiel I (vergl. Fig. 3a) Die Frequenz des Rohrabschnitts selbst ist:

E = 2.1.10⁴ kg/mm² χ 10⁶ = 2.1.10¹⁰ kg/cm²

=T\s.r³ *Χι

.] / 2.1.10¹⁰.7rs.d³.1 fd²

8/.fd².2

= ^A—1/ 0.54.10⁸.3.d

Wenn 1 = 100 m, d=2.5m und s = 0.025 m, dann ist:

/2 * I~

O) = " / 0.54.10 .0.025.2.5 = 1.81 rad/Sek.

100² I/

2ΤΓ

T = =3.5 Sekunden.

1 .81

Dies ist.weniger als 6 Sekunden,

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Beispiel II

Für den Rohrabschnitt 2 mit neutralem Auftrieb: Fig. 3c ohne Bojenkörper, d.h. Rohrabschnitt allein.

c = K.1

dM =

— dM

, 3

dM = i ^ d'-yidx) ( .

Td²

1³ χ 2 XX7 χ —

~ c 6K OJ = — =

I TTd² .1 ² ./?

T = 2

6K

Da 1¹= 100 m, d = 2.5 m und K = 250 t ist, ist T = 23 Sekunden und liegt somit weit hinter der Grenze von 16 Sekunden. Es ist klar, daß die Bewegungsdauer noch langer ist, wenn der Bojenkörper 5 mit dem Rohrabschnitt 2 verbunden wäre.

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Beispiel III

Wenn T = 20 Sekunden ist, könnte die Frage, bei welcher

Höhe h die Auftriebskraft K wirkt, wenn K = 250 t 2

und 1 = 45 m, und d = 4 m ist, wie folgt beantwortet

werden:

T =

1 > — 20

0.1 — c

I = - d² χ 2 xAx — = - .4².2.100.

4 /34

I = 76,340,000 Kg-m

_λ\ 7,634,000 c

c^7,634,000 c= K.h

K.h^7,634,000

h ⁷^⁶³⁴-⁰⁰⁰ <30.5 m 250,000

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Claims

Patentansprüche

/ 1. feinpunktfestmacheboje mit einem Anker, einem aus wenigstens einenfstarren Teil bestehenden und an seinem unteren Ende mit dem Anker gelenkig verbundenen Rohrabschnitt, sowie einem, mit dem oberen Ende des Rohrabschnitts gelenkig verbundenen Bojenkörper, der sich zumindest zum größten Teil unterhalb des Wasserspiegels befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und Abmessungen jedes starren Teils des Rohrabschnitts (2) derart verteilt sind, daß seine Biegefrequenz kleiner als 6 Sekunden ist, und die Masse und Abmessungen des Bojenkörpers (5) derart verteilt sind, daß seine Bewegungsperiode größer als 16 Sekunden ist.
2. Einpunktfestmacheboje nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse und die Abmessungen des Rohrabschnitts (2) so gewählt sind, daß seine Bewegungsperiode größer als 16 Sekunden ist.·
3. Einpunktfestmacheboje nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bojenkörper (5) einen Ballastraum (7) enthält.
4. Einpunktfestmacheboje nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von starren Rohrabschnittsteilen vorgesehen ist, von denen jeder eine Frequenz von weniger als 6 Sekunden hat.

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5. Einpunktfestmacheboje nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bojenkörper (5) sich völlig unterhalb des Wasserspiegels befindet und sich von ihm aus ein dünner Hals (6) mit einem Toppzeichen bis oberhalb des Wasserspiegels erstreckt.

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