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Die Erfindung betrifft ein Schiff
zur Verwendung in Offshore-Einsätzen,
das eine oder mehrere vertikale Öffnungen
im Rumpf, sogenannte Moonpools, aufweist. Öffnungen im Rumpfs eines Schiffes, das
beispielsweise als Bohrschiff eingesetzt werden soll, sind heutzutage
durchaus üblich,
kommen sowohl einzeln als auch mehrfach vor und werden für eine Vielzahl
von Aufgaben benutzt. In manchen Situationen ist es wünschenswert,
eine fest montierte Ausstattung in der Nähe solch eines Moonpools anzuordnen,
um bestimmte Aufgaben auszuführen. Das
können
beispielsweise ein Drehkran, eine Kranvorrichtung zum Aussetzen
und Aufnehmen z. B. eines FUGE (ferngesteuerter Unterwassergeräteträger) oder
andere Vorrichtungen zur Ausführung
von Arbeiten durch diese Öffnungen
im Rumpf sein.
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Die Öffnungen sind für gewöhnlich entlang der
Längsmittellinie
des Schiffes angeordnet und können
eine Vielzahl von Querschnittsformen und Größen aufweisen, sind jedoch
oft rechteckförmig oder
nahezu rechteckförmig
und, wenn es mehrere Öffnungen
gibt, sind diese eine nach der anderen entlang der Längsmittellinie
des Schiffes angeordnet und können
dieselbe Querschnittsform und Größe haben.
Wenn die Öffnungen
nicht für
bestimmte Arbeiten benutzt werden, können sie in ein Schiff eingebaut
sein, um einen Einfluss auf seine Bewegungen zu haben.
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Die rechteckförmigen Öffnungen haben einen Effekt
auf die Spannungsverteilungen unter anderen in den Deck- und den
Rumpfbodenplatten, wenn das Schiff Spannungen ausgesetzt ist, die durch
Wellen oder andere Belastungen verursacht werden. In manchen Bereichen
können
Kerben entstehen, die zu Spannungskonzentrationen führen und
in denen die Spannungshöhe
bedeutend höher sein
kann als die Durchschnittsspannungen in den Deck- oder den Rumpfbodenplatten. Spannungskonzentrationen
treten besonders an den Ecken der rechteckigen Öffnungen auf, obwohl gerade
diese Ecken so konstruiert sind, dass der Kerbeffekt minimiert wird.
Es ist auch möglich,
die Situation durch geeignete Auslegung von Stütz- oder Knieplatten und örtliche
Verstärkungen
zu erleichtern, aber der Spannungskonzentrationsfaktor ist oft hoch
und ein Stresskonzentrationsfaktor von 2 ist durchaus nicht ungewöhnlich.
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Beim Entwerfen und Konstruieren eines Bohrschiffes
ist es notwendig, solche örtlichen
Spannungskonzentrationen zu berücksichtigen
und sie bilden die Basis für
Berechnungen, unter anderem, der Lebenserwartung eines Schiffs.
Unter bestimmten Einsatzbedingungen wie beispielsweise länger andauernde
Einsätze
in der Nordsee kann die Ermüdung
ein entscheidendes Kriterium für
die Dimensionierung einer typischen Quersektion eines Bohrschiffes
sein. In der Praxis bedeutet das, dass die Dimensionen der Deck-
und Rumpfbodenplatten beträchtlich
vergrößert werden
müssen,
um die Anforderungen an die Ermüdungskapazität zu erfüllen. Nicht
nur dass der Produktionsablauf dadurch komplexer wird, fallen dadurch
auch beträchtlich
höhere
Kosten an. Weiterhin wird das Lastbild und die Spannungsverteilung
komplizierter und unsicherer, wenn z. B: ein Ladebaum zum Einsatz
durch die Öffnung
im Rumpf fest im Bereich der Spannungskonzentrationen oder in der
Nähe solcher
Bereiche montiert werden soll. Bei der Positionierung derartiger
fester Ausstattung ist es selbstverständlich von Vorteil, wenn Spannungen
und Spannungskonzentration möglichst
am niedrigsten und am gleichmäßigsten
mit keinen lokalen Spannungskonzentrationen sind, oder dem Potenzial
für diese.
Dies führt
auch zu Entwürfen,
die einfacher zu produzieren sind, was wiederum hilft, die Kosten
in Zusammenhang mit der Herstellung des Schiffes zu reduzieren.
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Die übliche Vorstellung der Spannungsverteilung
in Deck- und Rumpfbodenplatten ist, dass die Spannungen in den Deck-
und den Rumpfbodenplatten nahezu linear mit der Entfernung von der
neutralen Querachse (Spannungsnulllinie) des Schiffes ansteigen,
wenn das Schiff Spannungen ausgesetzt ist, die durch Wellen oder
andere Belastungen verursacht werden. Mit anderen Worten haben die
Deck- und Rumpfbodenplatten, die am weitesten von der neutralen
Querachse des Schiffes entfernt sind, den höchsten Spannungslevel. Weiterhin
werden die Spannungen in lokalen Spannungskonzentrationen resultierend
aus dem Entwurf der Deck- und Rumpfbodenplatten intensiviert, wenn
in diesem Entwurf Elemente inbegriffen sind, die einen Kerbeffekt
auslösen.
Diese Elemente können
spitze Ecken, Öffnungen,
eingeschweißte
Ausstattung oder dergleichen sein. Somit werden auf der Grundlage
dieser Faktoren zwei Lösungen
für die
Reduzierung der Spannungskonzentrationen offensichtlich. Eine davon
ist die Reduzierung des Kerbeffekts in den Deck- und Rumpfbodenplatten
und die andere Lösung,
auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist, konzentriert
sich auf die Positionierung und das Design der Deck- und Rumpfbodenplatten
an der Stelle von z. B. rechteckigen Ausschnitten im Verhältnis zur
neutralen Querachse des Schiffes.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Schiff wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 offenbart ist mit den
Merkmalen, die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 offenbart
sind. Ergänzende
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den anderen Ansprüchen offenbart.
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Wenn die Deck- und Rumpfbodenplatten
eines Schiffes, die Ausschnitte für Moonpools haben, näher an der
neutralen Querachse platziert werden, wird die durchschnittliche
Spannungshöhe
niedriger und die Spannungskonzentrationen, die von Kerben stammen,
werden geringer. Dies ist wiederum die Hauptüberlegung beim Dimensionieren
der Deck- und Rumpfbodenplatten und insbesondere im Verhältnis zur
Dimensionierung für
dynamische Lasten und Ermüdungsfestigkeit.
Auf Bohrschiffen mit Moonpools, wie sie von der vorliegenden Anmeldung
abgedeckt werden, gibt es immer wieder Spannungskonzentration als
Folge von Kerben an Punkten, an denen die Öffnungen oder die sogenannten
Moonpools durch die Deck- und Rumpfbodenplatten hindurchdringen.
Durch Verschieben dieser Deck- und Rumpfbodenplatten oder optional
gerade der Deckplatte oder Rumpfbodenplatte in Richtung auf die neutrale
Querachse des Schiffes, wird eine niedrigere Durchschnittspannungshöhe erhalten.
Dies führt zu
niedrigeren Spannungsspitzen und trägt somit dazu bei, die Notwendigkeit
für Plattenstärke zu reduzieren,
was wiederum zu einem weniger aufwändigen Schiff führt.
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In der vorgeschlagenen Anordnung
sind die Deckplatten (auf dem oberen Deck) und die Rumpfbodenplatten
an der Seite des Moonpools durchgängig ohne irgendwelche Ausschnitte,
die zu Kerben und damit Spannungskonzentrationen führen.
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Die Erfindung wird jetzt in weiteren
Detail unter Bezug auf die folgenden Figuren erläutert:
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1 ist
eine seitliche Schnittansicht einer Hülle mit drei Moonpools entlang
der Mittellinie des Schiffs, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten
zwischen jedem Moonpool gemäß der vorliegenden
Erfindung verschoben sind;
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2 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Schiffs mit einem Moonpool entlang
der Mittellinie des Schiffs, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten achtern
und vor dem Moonpool gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verschoben sind;
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3 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Schiffs mit einem Moonpool entlang
einer Mittellinie, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verschoben sind;
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4 ist
eine Draufsicht auf den Rumpf gemäß 1;
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5 ist
eine Draufsicht auf den Rumpf gemäß 2;
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6 ist
eine Draufsicht auf den Rumpf gemäß 3;
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7 ist
eine Querschnitt in der Mitte eines Moonpools eines Schiffs mit
einem doppelten Boden und einem doppelten Deck, wobei die Deck-
und Rumpfbodenplatten gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sind;
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8 ist
ein Querschnitt im Zentrum eines Moonpools eines Schiffs mit einem
doppelten Boden und einem doppelten Deck, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten
gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sind.
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9 ist
ein Querschnitt im Zentrum eines Moonpools eines Schiffs mit einem
einfachen Boden und einem einfachen Deck, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten
gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sind; und
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10 ist
ein Querschnitt im Zentrum eines Moonpools eines Schiffs mit einem
doppelten Boden aber keinem doppelten Deck. Die Deckplatte am Moonpool
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung verschoben, Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 1 in
einer seitlichen Schnittansicht durch die Mittellinie eines Rumpfs
mit drei durchgängigen
vertikalen Öffnungen 2 angedeutet,
die auch als Moonpools bekannt sind und die einer nach dem anderen
in Längsrichtung
positioniert sind. Gemäß der Erfindung
ist der Deckbereich 8 und der Rumpfbodenbereich 4 zwischen
jeder der Öffnungen 2 auf eine
solche Weise verschoben, dass die Deckplatten 8 nach unten
zur neutralen Querachse 20 des Schiffs und in ähnlicher
Weise die Rumpfbodenplatten 4 relativ zum Rest des Rumpfbodens
des Schiffs zur neutralen Querachse 20 des Schiffs verschoben
sind. Dies ist auch in 4 zu
erkennen, in der dieselbe Konstruktion wie die in 1 in einer Draufsicht gezeigt ist, wobei
die Öffnungen,
oder die Moonpools 2 entlang der Mittellinie des Schiffs
mit dazwischen angeordneten Deckbereichen 8 positioniert
sind. Die schraffierten Deckbereiche 8 sind somit in einen
Bereich verlegt worden, in dem die durchschnittliche Spannungshöhe niedriger
ist, und als Ergebnis dieser Positionierung ist der Einfluss von
Kerbeffekten an den Ecken usw. reduziert.
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2 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Rumpf mit einem Moonpool 2 entlang
der Mittellinie. Der Deckbereich auf jeder Seite des Moonpools ist
in die Bereiche 9 und 10 unterteilt, die beide
in Richtung auf die neutrale Querachse 20 des Schiffs relativ
zum Rest des Decks verschoben sind. Weiterhin sind die Rumpfbodenplatten 5 und 6 ebenfalls
in vertikaler Richtung zur neutralen Querachse 20 des Schiffs verschoben
worden. Wie die Verschiebung der Bereiche 4 und 8 in 1 führt dies zu einer niedrigeren durchschnittlichen
Spannungshöhe
in den Deck- und Rumpfbodenplatten. Die Lösung in 2 unterscheidet sich von der in 1 dadurch, dass es in diesem Fall
die Deck- und Rumpfbodenplatten in der Vorder- und Hinterkante des
Moonpools 2 sind, die verschoben wurden, während in 1 es nur die Bereiche zwischen
jedem einzelnen Moonpool waren, die verschoben wurden. Abgesehen
von diesen beiden Lösungen
ist eine Kombination an einem Schiff mit mehr als einem Moonpool
denkbar, wobei die Deck- und Rumpfbodenplatten zwischen den Moonpools zur
neutralen Querachse 20 des Schiffs verschoben werden können, während die
Deck- und Rumpfbodenplatten an der Vorder- und der Rückseite
der Reihe von Moonpools ebenfalls zur neutralen Querachse 20 des
Schiffs verschoben sein können.
Die Lösung
von 2 ist ebenfalls in 5 in Draufsicht dargestellt,
wobei deutlich gezeigt wird, dass die Deckbereiche 9 und 10 am
Vorder- und Rückende des
Moonpools 2 nur einen Teil des Deckbereichs des Schiffs
abdecken. Sowohl die Verschiebung der Deckplatten 9 und 10 als
auch die Verschiebung der Rumpfbodenplatten 5 und 6 ist
schrittweise angeordnet, so dass die Deckplatten 9 und
die Rumpfbodenplatten 5 weiter in vertikaler Richtung zur
neutralen Querachse 20 des Schiffs als die Deckplatten 10 und die
Rumpfbodenplatten 6 verschoben sind. Dies erfolgt um den
Kerbeffekt weiter zu reduzieren und dadurch zu helfen, die Spannungskonzentrationen
in der Konstruktion des Deckbereichs und des Rumpfbodenbereichs
in Ergänzung
zu deren Verschiebung in einen Bereich mit einer niedrigeren Durchschnittsspannungshöhe zu reduzieren.
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Eine andere alternative Ausführungsform
ist in 3 offenbart, die
eine seitliche Schnittansicht eines Rumpfs mit einem Moonpool 2 entlang
der Mittellinie zeigt, wobei die Deckbereiche an der Hinter- und Vorderseite
des Moonpools gemäß der Erfindung
an den Deckbereichen 11a und 11b verschoben sind. Weiterhin
sind die Rumpfbodenplattenbereiche an der vorderen Seite und der
Rückseite
des Moonpools 2 an den Rumpfbodenplatten 7a und 7b verschoben. Gegenüber der
Lösung,
die in 2 offenbart ist,
ist der Übergang
zwischen den verschobenen Bereichen und dem Rest der umgebenden
Deck- und Rumpfbodenplattenbereiche durch eine ungefähr linear
geneigte Ebene 7b, 11b verdeutlicht, was auch ein
Konstruktionsmodel zur Reduzierung des Kerbeffekts in den Bereichen
um den Moonpool herum darstellt. Dies hilft in Ergänzung zur
Verschiebung der Deckbereiche zur neutralen Querachse 20 des Schiffs,
wo die Durchschnittsspannungshöhe
niedriger ist, bei der Reduzierung der Spannungskonzentration in
den Bereichen um den Moonpool 2 herum. Die Lösung von 3 ist in Draufsicht auch
in 6 gezeigt.
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Der Verschiebungsgrad der Deckplatte
oder der Rumpfbodenplatte zur neutralen Querachse 20 des
Schiffs gemäß der vorliegenden
Erfindung kann gemäß der durchschnittlichen
Spannungshöhe
variieren, die wünschenswert
ist, während
praktische Überlegungen
in Bezug auf das Design des Schiffs hinsichtlich der Positionierung
dieser Deck- und Rumpfbodenplatten vorgehen.
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7 zeigt
einen Querschnitt eines Schiffs mit einem doppelten Boden und „doppeltem" Deck und einem zentral
angeordneten Moonpool 2. Gemäß der vorliegenden Erfindung
sind der Deckbereich und der Rumpfbodenbereich an der vorderen Seite
und/oder hinteren Seite des Moonpools relativ zum Rest des Deckbereichs
und des Rumpfbodenbereichs zur neutralen Querachse des Schiffs verschoben.
In 7 ist dies durch
Entfernen der oberen Deckplatte und der unteren Rumpfbodenplatte
in der Doppeldeck- und Doppelbodenkonstruktion erfolgt, indem dadurch
der Deckplattenbereich und der Rumpfbodenbereich in vertikaler Richtung
zur Position der unteren Deckplatte und der oberen Rumpfbodenplatte
verschoben sind. Die örtlichen
Spannungskerben um den Moonpool herum sind auf ein Level bewegt
worden, in dem die durchschnittliche Spannungshöhe im Querschnitt geringer
ist. Wenn diese Verschiebung eine Reduktion der durchschnittlichen Spannungshöhe von 20– 40% erzielt,
könnte
es bei einer groben Abschätzung
einen Effekt einer Erhöhung
der Ermüdungsfestigkeit
und der Lebensdauer von etwas im Bereich von 100–200% haben.
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8 zeigt
auch einen Querschnitt eines Rumpfs mit einem Moonpool 2,
wobei dort sowohl ein doppeltes Deck und ein doppelter Boden vorgesehen ist.
In diesem Fall sind der Deckbereich und der Rumpfbodenbereich auf
jeder Seite des Moonpools in vertikaler Richtung zur neutralen Querachse
des Schiffs durch Platzieren eines gesonderten Decklevels zwischen
dem oberen und dem unteren Deck in der Doppeldeckausbildung verschoben
worden und auch durch Platzieren eines gesonderten Rumpfbodenlevels
zwischen dem oberen und dem unteren Boden in der Doppelbodenkonstruktion.
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9 zeigt
einen Querschnitt eines Rumpfs mit Moonpool 2, wobei dort
ein einfaches Deck und ein einfacher Rumpfboden vorgesehen sind.
In diesem Fall steht die Verschiebung des Deckbereichs und des Rumpfbodenbereichs
auf jeder Seite des Moonpools nicht in Bezug zu irgendeinem unteren Decklevel
oder oberen Rumpfbodenlevel, und der vorteilhafte Effekt der Erfindung
wird hier einfach durch Verschieben eines Teils des Deckbereichs
und des Rumpfbodenbereichs in vertikaler Richtung zur neutralen
Querachse des Schiffs erreicht. Die Verschiebung von Deckbereich
und Rumpfbodenbereich muss nicht symmetrisch sein, indem sie um
einen gleichen Abstand zur neutralen Querachse verschoben werden.
In ähnlicher
Weise ist es nicht notwendig sowohl Deckbereich und Rumpfbodenbereich
zu verschieben, was in 10 dargestellt
ist. Diese Figur zeigt einen Querschnitt eines Rumpfs mit einem Moonpool 2,
bei dem nur der Deckbereich in vertikaler Richtung zur neutralen
Querachse des Schiffs verschoben ist.
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Im Schutzbereich der beispielhaften,
oben beschriebenen Ausführungsformen
ist ein Schiff mit einem oder mehreren Moonpools denkbar, bei dem ein
oder mehrere Bereiche zwischen diesen Moonpools in vertikaler Richtung
zur neutralen Querachse des Schiffs verschoben werden können. Die
Verschiebung muss nicht symmetrisch zu der neutralen Achse sein,
d. h. dass die Deckplatte und die Rumpfbodenplatte nicht notwendigerweise
um den gleichen Abstand verschoben sind oder dass nur eine von ihnen
in vertikaler Richtung verschoben wird. Wenn es mehr als zwei Moonpools
gibt, kann es weiterhin angemessen sein, verschiedene vertikale
Verschiebungen zwischen verschiedenen Moonpools vorzunehmen. Unabhängig von
der Anzahl an Moonpools, die im Rumpf vorgesehen sind, kann es angemessen sein,
den Deckbereich und den Rumpfbodenbereich achtern vom Moonpool,
der am nächsten
zum Hinterschiff angeordnet ist, und vor dem Moonpool, der am weitesten
vorne in Längsrichtung
angeordnet ist, zu verschieben. Diese Verschiebungen des Schiffs
müssen
nicht von der gleichen Größe sein,
noch müssen sie
in irgendeinem Bezug zu irgendeiner Verschiebung der Deck- und/oder
Rumpfbodenplatten zwischen mehreren Moonpools sein. Eine Verschiebung in
vertikaler Richtung der Deckplatten und Rumpfbodenplatten achtern
und vor den Moonpools, die an den Extremen in Längsrichtung angeordnet sind, können auch
mit einer allmählichen
Abstufung, einem linearen Übergang
oder einen etwa bogenförmigen Übergang
zwischen dem verschobenen Bereich und dem Rest des Deck- und/oder
Rumpfbodenbereichs kombiniert werden.