FI124857B - Vesialus - Google Patents

Description

VESIALUS Tekniikan ala

Keksinnön kohteena on vesialus, joka käsittää patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaisen rungon keskilinjoineen, propulsiojärjestelmän ja kölijärjestelyn.

Tekniikan taso

Vesialuksissa, tässä tapauksessa erityisesti hinaajissa, on köli avustamassa suuntavakavuudessa, ohjausvoimien aikaansaamisessa ja kallistuksen vaimentamisessa. Nykyisin nk. ASD-(Azimuthing Stern Drive) hinaajissa ja perinteisissä hinaajissa on köli, joka ulottuu enemmän tai vähemmän rungon koko pituudelle. Näillä köleillä on alhainen korkeus-pituussuhde, mikä tekee niistä tehottomia kantopintoina, ja koska ne ovat kiinteitä, ne heikentävät merkittävästi sivuttaissiirtymiskykyä. Nk. traktorisaattohinaajissa (Tractor Escort Tug Boats) on joko Voith-Schneider-potkuri (VSP - Voith Schiffstechnik Cycloidal Propeller) tai Z-käyttö keulassa ja suuri, kiinteä, ohjausvoimaa antava evä perässä. Vaikka avomerellä kallistuksen vaimentamisessa onkin tapahtunut jonkinlaista parannusta, on sivuttaissiirtyminen merkittävästi heikentynyt, kun huomioidaan evän äärimmäinen sijainti suhteessa painopisteeseen ja työntövoimaan.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on välttää edellä mainittuja ongelmia ja aikaansaada vesialus, jonka ohjattavuus on parantunut ja jolla on erinomaiset meriturvallisuusominaisuudet. Tämä tarkoitus saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella vesialuksella.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kölin perusperiaate säilytetään ja samalla pienennetään sivupintaa sivuttaissiirtymisohjauksissa, sekä aktivoidaan kölin merkitystä vesialuksen ohjaamisessa. Tämä voidaan toteuttaa varustamalla vesialus kaikkiin suuntiin kääntyvällä propulsioyksiköllä ja kölijärjestelyllä, jossa on ainakin yhdellä aktiivisella kölielimellä varustettu aktiiviköliyksikkö. Köli, tai aktiiviköli, ei ole peräsin. Peräsin vaikuttaa ainoastaan suuntapoikkeamiin aluksessa, jossa sitä käytetään. Niinikään peräsin synnyttää ainoastaan vääntövoiman aluksen painopisteen ympäri.

Eräs erityinen etu hinaajakäytössä on se, että kölillä on suuri merkitys kohdistettaessa ohjausvoimaa avustettavaan alukseen. Aktiiviköli toimii hallitusti suhteessa vesialuksen hinauspisteeseen. Määritteellä aktiivinen tarkoitetaan, että aktiiviköli kokonaisuutena, toisin sanoen ensimmäinen ja/tai toinen aktiivinen kölielin ei välttämättä ole kiinteä, vaan sitä voidaan siirtää, eli kiertää vertikaalisen pyörähdysakselin ympäri vesialuksen keskilinjan tai kölilinjan suhteen. Aktiiviköliyksikkö on siten kierrettävä köliyksikkö. Aktiiviköliyksikkö on sijoitettu vesialuksen tavallisesti enemmän tai vähemmän tasaisen pohjan alle. Aktiiviköliyksikkö vaikuttaa sekä vesialuksen suuntapoikkeamiin että huojuntaan.

Sellaisen vesialuksen yhteydessä, jolla on perinteisesti pitkä matalan korkeus-pituussuhteen köli, esimerkiksi ASD-hinaajalla, aktiiviköliyksikkö käsittää edullisesti ensimmäisen aktiivisen kölielimen ja toisen aktiivisen kölielimen. Koska kölielimet ovat sijoitettu aluksen keskilinjan suuntaisesti, on niillä toistensa yli ulottuva hydrodynaaminen vaikutus. Yhtä tai useampaa aktiivista kölielintä voidaan siis myös liikuttaa, eli kiertää vertikaalisen pyörähdysakselin ympäri suhteessa vesialuksen keskilinjaan tai kölilinjaan. Yksi tai useampi aktiivinen kölielin on siten kierrettävä kölielin.

Aktiiviköliyksikkö, joka käsittää esimerkiksi ensimmäisen aktiivisen kölielimen ja toisen aktiivisen kölielimen, on edullisesti varustettu tukirungolla, johon kuuluu keulanpuoleinen tukielin, pituussuuntainen tukielin ja peränpuoleinen tukielin. Tukirunko toimii suojaavana ja tasapainottavana välineenä telakoinnissa tai mahdollisissa törmäystilanteissa. Järjestämällä ensimmäinen aktiivinen kölielin ja toinen aktiivinen kölielin toisistaan riippumattomiksi voidaan ensimmäisen kölielimen hydrodynaamista ympäristöä parantaa ohjaamistehokkuuden lisäämiseksi.

Sijoittamalla ensimmäinen aktiivinen kölielin ja toinen aktiivinen kölielin yhteiselle pohjalevylle voidaan molempien kölielimien hydrodynaamista ympäristöä parantaa nostovoiman lisäämiseksi.

Sellaisen aluksen, jolla on perinteisesti lyhyempi korkeamman korkeus-pituussuhteen köli, esimerkiksi traktorihinaajan, yhteydessä vesialuksella voi edullisesti olla ainoastaan yksi aktiivinen kölielin, joka toimii mainittuna ainakin yhtenä aktiivisena kölielimenä.

Kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö, eli ohjattava propulsioyksikkö, kuten ohjattava ohjauspotkuri tai Voith-Schneider-potkuri, synnyttää siten vesialuksen pääasiallisen ohjausvoiman.

Erilaisia esillä olevan keksinnön edullisia suoritusmuotoja esitetään patenttivaatimuksissa 2-10.

Piirustusten lyhyt kuvaus

Seuraavassa esillä olevaa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin, vain esimerkinomaisesti, viittaamalla oheisiin kaavamaisiin piirustuksiin, joista

Kuviossa 1 esitetään esillä olevan keksinnön ensimmäinen suoritusmuoto, Kuviossa 2 esitetään ensimmäisen suoritusmuodon eräs toimintatapa, Kuviossa 3 esitetään ensimmäisen suoritusmuodon toinen toimintatapa, Kuviossa 4 esitetään esillä olevan keksinnön toinen suoritusmuoto,

Kuviossa 5 esitetään esillä olevan keksinnön kolmas suoritusmuoto, ja Kuviossa 6 esitetään esillä olevan keksinnön neljäs suoritusmuoto.

Yksityiskohtainen kuvaus

Kuvioissa esitetään viitenumerolla 1 yleisesti vesialusta, johon kuuluu runko 2 keskilinjoineen 21, propulsiojärjestely (kuvio 6) ja aktiiviköliyksikkö 3. Viitemerkintä F esittää vesialuksen etuosaa, eli keulaa, ja viitemerkintä A vesialuksen takaosaa, eli perää. Näissä suoritusmuodoissa vesialus 1 on hinaaja, joka voi olla mitä tahansa edellä kuvattua tyyppiä, eli niin kutsuttu ASD- hinaaja, Z- hinaaja, traktorisaattohinaaja tai mikä tahansa muuntyyppinen hinaaja. Hinaajat ovat tavallisesti suuritehoisia kokoonsa nähden ja ne on suunniteltu hyvin ohjattaviksi, jolloin aktiiviköliyksiköllä saavutetaan lukuisia etuja.

Propulsiojärjestelmä käsittää pääasiassa kaikkiin suuntiin kääntyvän propulsioyksikön, kuten Z- propulsioyksikön, toisen ohjattavan propulsioyksikön, ohjauspotkurin tai Voith-Schneider-potkurilla varustetun VSP-propulsioyksikön. Propulsiojärjestelmä voi myös käsittää perinteisen yksi- tai kaksipotkurisen propulsiojärjestelmän.

Seuraavassa vesialusta 1 kuvaamaan käytetään yleistä ilmaisua 'hinaaja'. Kuitenkin on selvää, että esillä olevaa keksintöä voidaan käyttää aivan hyvin myös muuntyyppisissä vesialuksissa.

Kuviossa 1 esitetään suoritusmuoto, jossa vesialus 1, eli hinaaja, on varustettu aktiiviköliyksiköllä 3, joka käsittää ensimmäisen aktiivisen kölielimen 31 ja toisen aktiivisen kölielimen 32. Tässä suoritusmuodossa aktiiviköliyksikkö, eli ensimmäinen aktiivinen kölielin 31 ja toinen aktiivinen kölielin 32, on järjestetty tukirunkoon 4, joka on kiinnitetty hinaajan runkoon 2 pitkin vesialuksen keskilinjaa 21 tai kölilinjaa. Tukirunko 4 käsittää olennaisesti pystysuuntaan järjestetyn keulanpuoleisen tukielimen 41, olennaisesti vaakasuuntaan järjestetyn pituussuuntaisen tukielimen 42, ja olennaisesti pystysuuntaan järjestetyn peränpuoleisen tukielimen 43. Keulanpuoleinen tukielin 41 on järjestetty ensimmäisen aktiivikölielimen 31 keulan puolelle ja peränpuoleinen tukielin 43 on järjestetty toisen aktiivikölielimen 32 perän puolelle. Pituussuuntainen tukielin 42 on hinaajan keskilinjan 21 suuntainen. Tukielimet kannattavat ja tukevat aktiiviköliyksikköä 3 hinaajan rungon 2 ja keskilinjan 21 suhteen.

Ensimmäinen aktiivikölielin 31 ja toinen aktiivikölielin 32 on järjestetty pyöritettäviksi tai kierrettäviksi olennaisesti pystysuuntaisen pyörähdysakselin (ei esitetty) ympäri suhteessa hinaajan keskilinjaan 21, tai kölilinjaan, ja pituussuuntaiseen tukielimeen 43. Tässä suoritusmuodossa kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö olisi tyypillisesti ohjattava propulsioyksikkö (ei esitetty) joko vesialuksen keulassa tai perässä. Vesialuksessa voi olla jopa useita tällaisia propulsioyksiköitä sekä vesialuksen keulassa että perässä. Ohjattava propulsioyksikkö, kuten ohjauspotkuri, tuottaa siten vesialuksen pääasiallisen ohjausvoiman.

Kuviossa 2 esitetään kuvion 1 suoritusmuodon aktiiviköliyksikön 3 ensimmäinen toimintatapa, jossa ensimmäinen aktiivikölielin 31 ja toinen aktiivikölielin 32 on käännetty enemmän tai vähemmän kohtisuoraan kulmaan keskilinjaan 21 nähden. Kääntämällä aktiivikölielimiä hinaajan ajatellun kulkusuunnan suuntaan, voi hinaaja helposti suorittaa liikkeen, kuten sivuttaissiirtymisen, mikä tavallisella kiinteällä kölillä on erittäin hankalaa.

Kuviossa 3 esitetään kuvion 1 ensimmäisen suoritusmuodon aktiiviköliyksikön 3 toinen toimintatapa, jossa ensimmäinen aktiiviköliyksikkö 31 ja toinen aktiiviköliyksikkö 32 ovat asemassa, jossa niitä on käännetty vain pieneen kulmaan keskilinjaan 21 nähden. Tällainen asema on edullinen haluttaessa lisätä epäsuoraa vetämisvoimaa hinaajan ollessa saattotoiminnolla. Aktiiviköliyksiköiden kulmaa voidaan siten helposti koordinoida tuottamaan maksimaalinen nosto ja sen seurauksena hinausköyden ohjausvoima tietylle hinaajan ohjaussuunnalle. Tällä aikaansaadaan myös turvallinen saatto suurilla nopeuksilla korjaavien ohjaus- tai jarrutusvoimien avulla, esimerkiksi hinattaessa tankkereita noin 10 solmun tai sitä suuremmalla nopeudella. Tämä on huomionarvoinen etu, koska hinaajat, jotka normaalisti on suunniteltu saattotehtäviin kyseisillä suurilla nopeuksilla, ovat heikommin ohjattavia johtuen niiden kiinteästä kölistä. Heti kun aktiiviköli muodostuu kahdesta kölistä, jotka korvaavat yhden kiinteän, matalan korkeus-pituussuhteen kölin, saavutetaan keksinnön mukaisella kölijärjestelmällä korkeamman nostotehokkuuden myötä huomattava etu verrattuna yksittäiseen kiinteään köliin. Tämä mahdollistaa, että hinaajat, jotka on tavallisesti suunniteltu toimimaan alhaisella nopeudella, eli lähinnä ASD- hinaajat, voivat suorittaa saattoa suuremmalla nopeudella johtuen niiden kyvystä kehittää suurempia ohjausvoimia.

Koska kölielimet on järjestetty pitkin aluksen keskilinjaa, on niillä toistensa yli ulottuva hydrodynaaminen vaikutus.

Tukirunko 4 lisää myös kallistuksen vaimennusta johtuen tukirungon 4 johtoreunalla (keulanpuoleinen tukielin 41) ja jättöreunalla (peränpuoleinen tukielin 42) syntyvästä lisääntyneestä pyörteilystä.

Tukirunko 4 toimii myös aktiiviköliyksikön suoja- ja vakavuusvälineenä telakoinnissa tai mahdollisissa törmäystilanteissa.

Aktiiviköliyksikkö 3 on tässä suoritusmuodossa siis kierrettävä köliyksikkö, jolloin vastaavasti ensimmäinen aktiivikölielin 31 muodostaa ensimmäisen kierrettävän kölielimen ja toinen aktiivikölielin 32 muodostaa toisen kierrettävän kölielimen.

Kuviossa 4 esitetään suoritusmuoto, jossa aktiiviköliyksikkö 3, eli ensimmäinen aktiivinen kölielin 31 ja toinen aktiivinen kölielin 32, on järjestetty toisistaan riippumattomasti ilman minkäänlaista tukirakennetta pitkin vesialuksen 1 keskilinjaa 21 tai kölilinjaa. Koska mitään tuki- tai runkorakennetta ei ole, on ensimmäisellä aktiivikölielimellä 31 parannettu hydrodynaaminen ympäristö. Tässä suoritusmuodossa kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö olisi tyypillisesti ohjattava propulsioyksikkö (ei esitetty) joko vesialuksen keulassa tai perässä. Vesialuksessa voi olla jopa useita tällaisia propulsioyksiköitä sekä vesialuksen keulassa että perässä. Ohjattava propulsioyksikkö, kuten ohjauspotkuri, tuottaa siten vesialuksen pääasiallisen ohjausvoiman.

Koska kölielimet on järjestetty pitkin aluksen keskilinjaa, on niillä toistensa yli ulottuva hydrodynaaminen vaikutus.

Aktiiviköliyksikkö 3 on tässä suoritusmuodossa siis kierrettävä köliyksikkö, jolloin vastaavasti ensimmäinen aktiivinen kölielin 31 muodostaa ensimmäisen kierrettävän kölielimen ja toinen aktiivinen kölielin 32 muodostaa toisen kierrettävän kölielimen.

Kuviossa 5 esitetään suoritusmuoto, jossa aktiiviköliyksiköllä 3, eli ensimmäisellä aktiivikölielimellä 31 ja toisella aktiivikölielimellä 32, on yhteinen pohjalevy 5. Yhteinen pohjalevy 5 tukee jonkin verran aktiiviköliyksikköä 3 samalla kun se parantaa sekä ensimmäisen aktiivikölielimen 31 että toisen aktiivikölielimen 32 hydrodynaamisia ominaisuuksia. Yhteinen pohjalevy 5 on järjestetty pituussuuntaisesti ja samaan linjaan hinaajan rungon 2 keskilinjan 21, tai kölilinjan, kanssa. Tässä suoritusmuodossa kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö olisi tyypillisesti ohjattava propulsioyksikkö (ei esitetty) joko vesialuksen keulassa tai perässä. Vesialuksessa voi olla jopa useita tällaisia propulsioyksiköitä sekä vesialuksen keulassa että perässä. Ohjattava propulsioyksikkö, kuten ohjauspotkuri, tuottaa siten vesialuksen pääasiallisen ohjausvoiman.

Aktiiviköliyksikkö 3 on tässä suoritusmuodossa siis kierrettävä köliyksikkö, jolloin vastaavasti ensimmäinen aktiivikölielin 31 muodostaa ensimmäisen kierrettävän kölielimen ja toinen aktiivikölielin 32 muodostaa toisen kierrettävän kölielimen.

Kuvioiden 4 ja 5 suoritusmuotojen parannettu hydrodynamiikka lisää ohjausominaisuuksien tehokkuutta.

Koska kölielimet on järjestetty pitkin aluksen keskilinjaa, on niillä toistensa yli ulottuva hydrodynaaminen vaikutus.

Kuviossa 6 esitetään suoritusmuoto, jossa aktiiviköliyksikkö 3 käsittää ainoastaan yhden yksittäisen aktiivisen kölielimen 33 hinaajan keskilinjalla 21, tai kölilinjalla, ja peräpäässä A. Hinaajan keula on varustettu kaikkiin suuntiin kääntyvällä propulsioyksiköllä 6, joka on edellä esitetty, niin kutsuttu Voith-Schneider-potkuri. Vesialus 1, eli tämän suoritusmuodon hinaaja, edustaa siten niin kutsuttua traktorisaattohinaajaa (Tractor Escort Tug Boat).

Johtuen kaikkiin suuntiin vaikuttavan propulsion toiminnallisista ominaisuuksista, lisää kaikkiin suuntiin vaikuttavan propulsion ja yksittäisen aktiivikölielimen yhdistelmä mitä suuremmassa määrin hinaajan ohjausominaisuuksia. Kaikkiin suuntiin vaikuttava propulsio aikaansaa siten vesialuksen pääasiallisen ohjausvoiman.

Aktiiviköliyksikkö 3 on tässä suoritusmuodossa siis kierrettävä köliyksikkö, jolloin vastaavasti yksittäinen aktiivikölielin 33 muodostaa yksittäisen kierrettävän kölielimen.

Vaikka edeltävä kuvaus liittyy pääasiassa hinaajiin, on selvää, että aktiiviköliyksikköä voidaan yhtä hyvin soveltaa mihin tahansa vesialukseen, jossa sillä saavutetaan samat tai vastaavat edut. Lisäksi, aktiivikölielinten lukumäärää ei ole rajoitettu yhteen tai kahteen. Sovellutuksesta riippuen voidaan vesialus varustaa myös useammalla kuin kahdella aktiivikölielimellä. Tukirunkoa tai yhteistä pohjalevyä voidaan käyttää yhden tai useamman aktiivikölielimen yhteydessä. Aktiivikölielimen muotoiluun vaikuttaa vesialuksen propulsiojärjestelmän tyyppi.

Selitys ja siihen liittyvät kuviot on tarkoitettu ainoastaan selventämään keksinnön perusperiaatetta. Keksintö voi vaihdella yksityiskohdiltaan oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

1. Vesialus, joka käsittää rungon (2) keskilinjoineen (21), propulsiojärjestelmän ja kierrettävän kölijärjestelyn, tunnettu siitä, että propulsiojärjestelmä käsittää kaikkiin suuntiin kääntyvän propulsioyksikön (6), että kölijärjestely käsittää aktiiviköliyksikön (3), joka koostuu ensimmäisestä aktiivisesta kölielimestä (31) ja toisesta aktiivisesta kölielimestä (32), ja että ensimmäinen aktiivinen kölielin (31) on kierrettävä kölielin ja että toinen aktiivinen kölielin (32) on kierrettävä kölielin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että ensimmäinen aktiivinen kölielin (31) ja toinen aktiivinen kölielin (32) on järjestetty toisistaan riippumattomiksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että ensimmäinen aktiivinen kölielin (31) ja toinen aktiivinen kölielin (32) ovat järjestetyt kierrettäviksi pystysuuntaisen pyörähdysakselin ympäri suhteessa vesialuksen (1) keskilinjaan (21).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että aktiiviköliyksikkö (3) on varustettu tukirungolla (4).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että tukirunko (4) käsittää keulanpuoleisen tukielimen (41), pituussuuntaisen tukielimen (42) ja peränpuoleisen tukielimen (43).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että aktiiviköliyksikkö (3) on varustettu yhteisellä pohjalevyllä (5).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö (6) on ohjattava propulsioyksikkö.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että kaikkiin suuntiin kääntyvä propulsioyksikkö (6) on Voith-Schneider-potkurilla varustettu propulsioyksikkö.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että vesialus on hinaaja.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen vesialus, tunnettu siitä, että hinaaja on ASD- hinaaja, Z-käytöllä varustettu hinaaja tai traktorisaattohinaaja.