FI74673B - Bottenform foer fartyg. - Google Patents

Description

74673

LAIVAN POHJAMUOTO - BOTTENFORM FÖR FARTYG

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen jäisissä vesissä kulkemaan tarkoitetun laivan pohjamuotoon .

Huomattava osa jäätämurtavan laivan kulkuvastuksesta jää-ajossa johtuu murrettujen jäälohkareiden laivan kylkeen ja pohjaan kohdistuvasta kitkatyöstä. Ohjaamalla ainakin suuri osa jäälohkareita pois ajorännistä kiintojään reunojen alle tämä kitka pienenee. Samalla saavutetaan myös se etu, että laivan potkurit suojataan murretuilta jäälohkareilta, sekä helpotetaan murretussa uomassa eli ajorännissä jäijessätule-vien laivojen kulkua.

Jäälohkareiden ohjaamiseksi pois laivan alta on ehdotettu erilaisia laivan rungon muotoja. Suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 850862 on esimerkiksi esitetty alus, jossa laivan keulaviivan pohjasta alkava kiilanmuotoinen, taaksepäin laajeneva aura siirtää jääpalat pois laivan potkurien ulottuvilta ja suurelta osin ajorännin jääreunojen alle. Tällaisen runkorakenteen heikkoutena on kuitenkin sen tavanomaiseen laivan runkoon verrattuna huonompi merikelpoi-suus ja suurempi ajovastus avovedessä. Kiinteä umpinainen aurarakennelma myöskin pysyvästi lisää aluksen syväystä sekä pienentää sen uppoumaa.

Toinen tapa ratkaista yllämainittu ongelma on esitetty saksalaisessa hakemusjulkaisussa DE-OS 2112 33^, jonka mukaisesti laivan pohjaan asennetaan teräväkulmainen, avonainen, listamaisista elimistä muodostettu aura. Kun tällaisen auran kylkien korkeus on riittävän suuri, esim. vähintään 80¾ laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudesta, saavutetaan kohtalaisen hyvä jäälohkareiden siirtyminen sivuille. Haittapuolena on toisaalta merkittävästi suurentuva ajovastus, sekä pysyvästi lisääntyvä aluksen syväys. Lisäksi tällaisessa ratkaisussa esiintyy varsin voimakas vesivirtaus auran kylkien alitse laivan pohjan alle, mikä virtaus on omiaan 74673 z myöskin ohjaamaan jäälohkareita laivan pohjan alle. Suomalaisessa patenttihakemuksessa 851312 on esitetty pohjarakenne, jossa auran kyljet ovat käännettävissä sisään laivan pohjaosaan siten, että avovedessä liikuttaessa ajovastus on pienempi, merikelpoisuus ja ohjattavuus parempi, sekä laivan syväys pienennettävissä. Kun auran kärki lisäksi on avonainen tai auran kylkien sisäpuoli kalteva, pienenee haitallinen virtaus auran kylkien alitse edullisesti. Toisaalta tässäkin ratkaisussa on haittapuolena varsin merkittävästi lisääntyvä ajovastus jääolosuhteissa, sekä vaikeasti ratkaistavat lujuusopilliset ongelmat, sillä jäälohkareiden kohti auraa suuntaama voimavaikutus on varsin suuri. Tällaisen rakennelman soveltaminen jo rakennettuihin runkoihin on myös hankala toteuttaa.

Keksinnön tarkoituksena on luoda uusi ja entistä taloudellisempi järjestelmä murrettujen jäälohkareiden ohjaamiseksi sivuille pois jäätämurtavan laivan pohjan alta. Tarkoituksena on myös sellaisen järjestelmän luominen, jonka laivan merikelpoisuutta huonontava sekä ajovastusta suurentava vaikutus on mahdollisimman pieni. Tarkoituksena on lisäksi luoda järjestelmä, joka edullisesti tarjoaa mahdollisimman pienen syväyksen lisäämisen tavanomaiseen laivan runkoon verrattuna, sekä mahdollistaa edulliset lujuusopilliset ratkaisut vähentämällä jäälohkareiden kohti järjestelmää kohdistamaa voimavaikutusta. Keksinnön tarkoituksena on edellisen lisäksi luoda järjestelmä, joka on helposti sovellettavissa jo olemassaolevien laivojen yhteyteen. Keksinnön tunnusmerkit käyvät ilmi patenttivaatimuksesta 1.

Seuraavassa tarkoitetaan jäätämurtavan laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudella paksuinta tasaista jääkerrosta, jota alus jatkuvalla etenemisellä pystyy murtamaan. Tämä käsite viittaa siis laivaominaisuuteen, joka yleensä on uuden jäänmurtajan suunnittelun lähtökohtana. Jäätä edullisesti murtavalla keulalla tarkoitetaan sellaista keulaa, joka murtaa jäätä pääasiallisesti alaspäin taivuttamalla.

Il, 3 74673 Tällainen keulamuoto on esitetty esim. suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 850862. Kun keulaviivan kulma horisontaa-litasoon nähden on mahdollisimman pieni keulaviivan alaosassa, murrettujen jäälohkareiden alaspäin suuntautuva liike on edullisen pieni, mikä edesauttaa pohjassa sijaitsevien ohjauselinten tai aurojen toimintaa. Käsitteellä pääasiallisesti vaakasuora pohjaosa tarkoitetaan edullisimmassa muodossa täysin tasaista pohjaa laivan kylkien välissä, sulkematta kuitenkaan pois mahdollisuutta koota aluksen pohja kahdesta pohjaosasta, jotka ovat pienessä kulmassa toisiinsa nähden pitkin laivan keskiviivaa.

Keksinnön mukaisesti asennetaan laivan pohjaan keskiviivan kummallekin puolelle kaksi tai useampi listamaista ohjaus-elintä, jotka ohjaavat keulan murtamat jäälohkareet sivuille pois laivan alta. Kun tunnetussa tekniikassa yksi ainut auraelin vastaanottaa murrettujen jäälohkareiden virtauksen, keksinnön mukaisessa ratkaisussa useampi peräkkäinen ohjaus-elin osallistuu toimintaan. Tällöin sallitaan osan jäälohka-reista luisua edessä olevien ohjauselinten kylkien alta, eli ohjauselinten vertikaalinen korkeus voidaan pitää huomattavasti pienempänä kuin siinä tapauksessa, että pelkästään ainoan jäälohkareita vastaanottavan elimen olisi kyettävä ohjaamaan kaikki lohkareet pois laivan alta. Keksinnön mukaisesti jo törmätessään ensimmäiseen ohjauselimeen jäälohkareet saavat sivusuuntaisen liikekomponentin, joka edesauttaa työntymistä sivuille pois ajorännistä seuraavan ohjauseliraen kohdalla.

Keksinnön etu tunnettuun tekniikkaan perustuu siis siihen, että jäätä ohjaavien elinten syväystä voidaan oleellisesti pienentää entisestään. Varsinkin jokijäänmurtajille on aluksen kokonaissyväyksen minimoiminen ensiarvoisen tärkeä tavoite. Ohjauselinten pieni vertikaalinen ulottuvuus pienentää myös olellisesti toimintaa haittaavan vesivirtauksen suuntautumista ohjauselinten takasivulle, jossa laivan edetessä vallitsee alipaine etusivuun verrattuna. Jos

Il 74673 käytössä olisi yksi ainoa ohjauselin tai aura, jäälohkarei-den törmäys elimeen on huomattavasti voimakkaampi, ja voimavaikutuksen momenttivarsi elimen kiinnityskohtaan nähden olisi haitallisesti pidempi. Tunnettuun tekniikkaan verrattuna on keksinnön mukaista ratkaisua sovellettaessa konstruktiiviset ja lujuusopilliset ongelmat huomattavasti helpommin, yksinkertaisemmin ja taloudellisemmin hallittavissa. Jos kyseessä on suomalaisen patenttihakemuksen nro 851312 mukaisten käännettävien auraelinten käyttäminen, ovat lujuutta ja kestävyyttä koskevat näkökohdat erityisen tärkeät.

Sovellettaessa keksinnön mukaista ratkaisua on ohjauselinten sijoittelussa aluksen pohjassa mahdollista käyttää edullisempia ratkaisuja kuin tunnetussa tekniikassa. Käytettäessä yhtä auraelintä on auran kärjen oltava sekä terävä että olennaisesti umpinainen. Kun keksinnön mukaisen ohjauselimen ei ole yksin kannettava koko jäälohkareiden siirtymisvastus-ta, voidaan esim. etummaiset ohjauselimet sijoittaa lähemmäksi aluksen etuosaa, ehkä osittain jopa keulaosan tuntumaan, siten että kahden vastakkaisen ohjauselimen väliin jää laajahko aukko. Vastakkaiset ohjauselimet voidaan niinikään sijoittaa lomittain siten, että elinten kärkien väliin jää vesivirtausta edesauttava rako aluksen pituussuunnassa, koska raon kautta mahdollisesti luisuvat jäälohkareet kohtaavat kuitenkin taaempana olevia ohjauselimiä.

Suoritetuissa käytännön pienoismallikokeissa jäälaborato-riossa on keksinnön toimivuus koettu varsin hyväksi. On esimerkiksi osoittautunut, että neljän peräkkäisen ohjaus-elimen kyky siirtää murrettuja jäälohkareita sivulle vastaa yhden auraelimen toimintaa, kun ohjauselinten korkeus on 1/8 ja auraelimen korkeus 1/2 jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuu-desta. Peräkkäisiä ohjauselimiä käytettäessä on kuitenkin aluksen eteenpäinajovastus sekä jäisissä vesissä että avovedessä huomattavasti pienempi.

li 5 74673

Keksinnön edullisessa sovellutuksessa ainakin osa ohjauseli-mistä, etenkin taaempana olevat, muodostavat yhdessä aluksen keskiviivan toisella puolella olevien vastakkaisten elinten kanssa teräväkärkisen, suunnassa taaksepäin laajenevan lis-tamaisen auran. Täten varmistetaan että ajoränni puhdistuu jäälohkareista mahdollisimman tehokkaasti. Ohjauselinten ulkopinta on edullisesti pystysuuntainen horisontaalitasoon nähden, jotta elinten tarttuminen jäälohkareisiin ja lohkareiden luisuminen sivuille elintä pitkin olisi mahdollisimman tehokasta. Sen sijaan ohjauselinten sisäpinta muodostaa edullisesti kaltevan tason aluksen pohjaosan suhteen. Tämä on edullinen ratkaisu sekä jouhevan vesivirtauksen kannalta myös konstruktiivisesti otollista lujuus- ja kestävyysominaisuuksien osalta. Lisäksi tällainen järjestely edesauttaa laivan irtautumista kantavasta jääkentästä kiinnijuuttumisen jälkeen. Omassa pituussuunnassaan ohjauselinten ulottuvuus on edullista järjestää laivan kylkiosaan saakka, jotta jää-lohkareet siirtyisivät aluksen sivuilla olevan jääkentän alle kyllin pitkälle. Ohjauselinten vertikaalinen korkeus voidaan vapaasti valita tavoitetun jäänsiirtokyvyn mukaisesti. Periaatteessa elinten korkeutta voidaan vähentää lisäämällä elinten lukumäärää. Kun ohjauselinten yhteenlaskettu korkeus on 50-120% aluksen jäänmurto-ominaisuuden rajapak-suudesta, saavutetaan yleensä parhaat tulokset. Alhaisella nopeudella ajettaessa voidaan tyydyttävä tulos saavuttaa ohjauselimillä joiden yhteenlaskettu korkeus on vain 20% rajapaksuudesta.

Ohjauseliraet on asetettu viistosti laivan keskilinjaan nähden. Kulma ohjauseliraen ja keskiviivan välissä takaa katsottuna on otollisesti 15°.·.45°. Kun kaksi ohjauselintä muodostaa keskenään auran, tämän auran kylkien välinen kulma on vastaavasti 30°...90°.

Eräässä sovellutuksessa on ohjauselinten sisälle järjestetty laivakoneiston jäähdytysjärjestelmän jäähdytysputkistoa. Tämä on jäähdytyksen kannalta tehokas järjestely, sillä , 74673 6 ohjauselinten tuntumassa on voimakas kylmä vesivirtaus. Tästä järjestelystä on lisäksi se hyöty, että aluksen ajautuessa kiinnijuuttumiseen saakka kantavan jääkentän päälle, lämmitetyt ohjauselimet aikaansaavat ohuen vesikerroksen aluksen ja jääkentän väliin, mikä on omiaan vähentämään kitkaa alusta irrotettaessa.

Ohjauselinten ulkopinta on edullista järjestää koveraksi laivan keulasta katsottuna. Tällöin ohjauselintä kohtaavan jäälohkareen kiihdytys sivusuunnassa on lähes vakio, mikä on omiaan edesauttamaan jäälohkareen luisumista ja pysymistä ohjauselimen etupuolella. Eräässä sovellutuksessa ohjauselimet on järjestetty sisäänpäin käännettäviksi suomalaisen patenttihakemuksen nro 851312 osoittamalla tavalla. Tällöin voidaan aluksen syväystä entisestäänkin pienentää tarvittaessa, sekä aikaansaada parempi ohjattavuus ja merikelpoi-suus avovedessä.

Keksinnön mukaisten ohjauselinten yhteydessä voidaan myös käyttää esim. suomalaisesta patentista nro 47061 tunnettuja paineilman puhallusaukkoja kulkuvastuksen pienentämiseksi ja jäistä irrottautumisen helpottamiseksi.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön mukaista laivan pohjan muotoilua sivulta katsottuna ; kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista runkoa alta katsottuna ; kuvio 3 esittää erästä keksinnön sovellutusta alta katsottuna; kuvio 4 esittää erästä toista keksinnön sovellutusta alta katsottuna; ja kuvio 5 esittää kuvion 2 mukaista ohjauselintä tasossa A-A.

Il 7 74673

Piirustuksessa viite 1 tarkoittaa laivan keulaosaa, joka on muotoiltu jäätä edullisesti murtavaksi. Edullisessa ratkaisussa on keulan muoto vaakasuorissa leikkauksissa ympyränmuotoinen, ja keulaviivan kulma a vaakatasoon nähden jäänmurtovyöhykkeellä ja sen alapuolella on korkeintaan 40°, edullisesti korkeintaan 18°. Laivan kyljet 6 ovat pystysuoria tai kaltevia suunnassa ylöspäin-ulospäin, ja liittyvät edullisesti pyöristyksin laivan pääasiallisesti vaakasuoraan pohjaosaan 2. Laivan pohja 2 voi myöskin olla kaksiosainen siten, että pohjaosan 2 vasen ja oikea puoli muodostavat pienen kulman pitkin pituussymmetriatasoa eli keskiviivaa 5. Viite 4 tarkoittaa laivan konstruktiovesiviivatasoa.

Laivan pohjaan 2 on asennettu kummallekin puolelle keskiviivaa 5 peräkkäin joukko ohjauselimiä 3, jotka ovat viistossa kulmassa b keskiviivaan nähden. Kulma b on välillä 15°·· «45°. Kuvion 2 mukaisesti ohjauselimet 3 on eräässä sovellutuksessa asennettu symmetrisesti keskiviivan 5 molemmille puolille siten, että laivan pohjan alle muodostuu joukko peräkkäin olevia teräväkärkisiä auraelimiä.

Ohjauselimiä 3 on asennettu peräkkäin vähintään kaksi, edullisesti kolme tai useampi. Sivusuunnassa ohjauselimet ulottuvat pääasiallisesti kylkiosaan 6 saakka.

Kuviossa 3 on esitetty vaihtoehtoinen tapa järjestää ohjaus-elimet 3 laivan pohjaan. Etummaiset ohjauselimet 3’ sijaitsevat etäisyydellä keskiviivasta 5, siten että kahden vastakkaisen ohjauselimen väliin muodostuu edestä katsottuna suurehko aukko 10. Tällä järjestelyllä saavutetaan mm. se etu, että ohjauselimet voidaan sijoittaa lähemmäksi laivan keulaa 1, lisäksi jäälohkareiden kohdistama rasitus etummaisiin ohjauselimiin edullisesti pienenee. Ohjauselinten 3' vertikaalisuuntainen korkeus voidaan edullisesti järjestää kasvamaan suunnassa taaksepäin. Ohjauselimet 3’’ on järjestetty pituussuunnassa eri tasoille siten, että keskiviivan 5 eri puolilla sijaitsevien ohjauselinten 3'* väliin syntyy 8 74673 pituussuuntainen aukko. Tällaisen järjestelyn ansiosta aikaansaadaan jouheva vesivirtaus ohjauselinten takasivulle, mikä on omiaan vähentämään vesivirtausta ohjauselinten kylkien alitse takasivulla vallitsevan alipaineen johdosta. Täten myöskin jäälohkareiden luisuminen ohjauselimen alitse vähenee. Ohjauselinten 3’’ välissä oleva aukko on kyllin pieni, jotta jäälohkareiden siirtymistä aukon kautta ei oleellisesti esiinny, kuitenkin on edullista järjestää ohjauselinten 3' ’ perään toistensa kanssa kosketuksessa olevia ohjauselimiä 3·

Kuviossa 4 on esitetty suorakaiteen muotoisten ohjauselinten sijasta kaarevia ohjauselimiä. Tällaisen järjestelyn etuna on jäälohkareiden sivusuuntaisen kiihtyvyyden saattaminen vakioksi, toisin sanoen jäälohkareen ja ohjauselimen välinen voimavaikutus pysyy vakiona pitkin ohjauselimen koko liukupintaa. Tällöin jäälohkareiden luisuminen ohjauselinten kylkien alitse on paremmin hallittavissa. Kuvion 4 mukaisten kaarevien ohjauselinten tapauksessa mainittu kulma h lasketaan ohjauselimen sivupinnan alku- ja loppupisteen muodostaman janan perusteella.

Kuvio 5 esittää ohjauselimen 3 poikkileikkausta tasossa A-A (kuvio 2). Ohjauselimen 3 etusivu 7 on järjestetty vertikaalitasoon tai pohjaan 2 nähden pääasiallisesti pystysuuntaiseksi. Sen sijaan takasivu tai -pinta 8 on edullista järjestää muodostamaan kaltevan tason pohjaan 2 nähden. Tämä on vesivirtauksen kannalta edullista, sillä täten turbulenssi-ilmiöiden esiintyminen vähenee. Ohjauselinten vertikaalinen ulottuvuus k tulee mitoittaa siten, että peräkkäin asetettujen ohjauselinten yhteenlasketut korkeudet K on vähintään 20%, edullisesti vähintään 50% laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudesta. Eri ohjauselinten korkeudet k ei välttämättä ole yhtä suuria. Esimerkiksi konstruktiivisen lujuuden kannalta on edullista järjestää ohjauselimet 3iten, että jäälohkareiden kohdistamat rasitukset eri ohjauselimiin on suuruusluokaltaan samankaltaisia. Tällöin on edullista

II

, 74673 järjestää etummaisten ohjauselinten korkeus k pienemmäksi kuin perässä olevien. Kuten ohjauselimen 3’ osalta todettiin, voidaan ohjauselimen korkeus k järjestää kasvamaan suunnassa taaksepäin. Yhteenlaskettua korkeutta K laskettaessa huomioidaan tällöin ohjauselimen keskivälin korkeus k_.

Eräässä sovellutuksessa järjestetään ohjauselimen sisälle, etusivun 7, takasivun 8 ja pohjan 2 rajaamaan tilaan 9 laivakoneiston jäähdytysjärjestelmään kuuluvaa vesikiertoa. Tämä järjestely on edullinen koneiston jäähdystysjärjestelmän kannalta, lisäksi voidaan täten lämmittää ohjauselimiä 3, josta on hyötyä esimerkiksi aluksen ajautuessa kantavan jääkerroksen päälle kiinni juuttumiseen saakka. Lämmitetyn ohjauselimen ja kiinteän jääkentän väliin syntyy tällöin kitkaa pienentävä ohut vesikerros.

Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan useita keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

74673

1. Jäisissä vesissä kulkemaan tarkoitettu laiva, jonka runko käsittää pääasiallisesti vaakasuoran pohjaosan (2) sekä edessä jäätä edullisesti murtavan keulan (1), tunnettu siitä, että pohjaosaan (2) keskiviivan (5) kummallekin puolelle on asennettu peräkkäin laivan pituussuunnassa vähintään kaksi, edullisesti kolme tai useampi listamaista murrettujen jäälohkareiden ohjauselintä (3,3',3”) viistossa kulmassa (b) keskiviivaan nähden.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselimet (3»3,,3”) muodostavat 15°.·.45° kulman (b) keskiviivan suhteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laiva, tunnettu siitä, että ainakin osa sanotuista ohjauselimistä (3,3’,3") muodostaa yhdessä keskiviivan (5) toisella puolella olevien vastaavien ohjauselinten kanssa teräväkärkisen, suunnassa taaksepäin laajenevan auran.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselinten (3>3T,3") etupinta (7) on pääasiallisesti pystysuuntainen horisontaalitasoon nähden.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselinten (3,3’,3") takapinta (8) muodostaa kaltevan tason laivan pohjaosaan nähden.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselimet (3,3',3") ulottuvat pituussuunnassaan laivan kylkiosan (6) tasolle.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselinten (3,3',3") yhteenlaskettu vertikaalinen korkeus (K) on vähintään 20%, edullisesti 50...120% laivan jäänmurto-ominaisuuden rajapaksuudesta. li: 11 74673

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselinten (3,3',3") sisälle on järjestetty laivakoneiston jäähdytysjärjestelmään kuuluvaa vesikiertoa.

9· Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselinten (3,3',3") etupinta (7) muodostaa laivan keulasta katsottuna koveran pinnan.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laiva, tunnettu siitä, että ohjauselimet (3,3',3”) ovat käännettävissä sisäänpäin laivan pohjaosaan (2) siten, että ohjaus-elimet (3,3*,3”) sisäänkäännettyinä muodostavat olakkettoman osan pohjaosasta (2). 12 7467 3