DK144123B - Aktivt stabiliseringsanlaeg til vandfartoejer - Google Patents

Description

(®) (19) DANMARK VEjy

|j| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT ud 1U4123B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 258/69 (51) lnt.CI.3 B 63 B 39/03 (22) Indleveringsdag 17· jan. 19¾ (24) Løbedag 17· jan. 19¾ (41) Aim, tilgængelig 22. apr. 1970 (44) Fremlagt 14. dec. 1981 (86) International ansøgning nr. - (86) International Indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 21. okt. 1968, 170710, FR

(71) Ansøger ATELIERS ET CHANTIERS DU HAVRE DUCHESNE & BOSSIERE ET AUGUSTIN

NORMAND REUNIS, 76 Le Havre, FR.

(72) Opfinder Gilbert Fournier, FR.

(74) Fuldmægtig Wibert & Stocklund ApS.

(54) Aktivt stabiliserings anlæg til vandfartøjer.

Opfindelsen angår et aktivt stabiliseringsanlæg til vandfartøjer og af den i krav l's indledende del angivne art.

Sådanne anlæg anvendes f.eks. i skibe sædvanligvis til krængningsstabilisering, men til tider også til stabilisering over for andre på fartojet indvirkende svingningspåvirkninger.

Anlæg af den nævnte art kendes f.eks. fra fransk patentskrift 1 386 4G5 og tysk patentskrift 302 527.

Til opnåelse af en tilfredsstillende stabilisering er det imidlertid ® ofte store væskemængder, der skal forflyttes inden for et forholdsvis kort tids- Ό rum, og ved de hidtil kendte anlæg af den omhandlede art har de hertil fornodne spidsbelastninger kun kunnet opnås ved en tilsvarende dimensionering af anlæg--j- genes drivaggregater.

Fra USA patentskrift 1 708 679 kendes yderligere en hydraulisk kraft-^ kilde til drivning af til stabiliseringsformål forskydelige masser, hvilken 3 2 144123 kraftkilde omfatter et svinghjul, en hydraulpumpe med foranderlig ydelse og en hydraulmotor. Dette kendte anlæg arbejder imidlertid med en forskydelig massiv vægt til modarbejdelse af skibets rullebevægelser, og til dette formål er de nævnte konstruktionselementer indbygget i en vogn, som gennem en tandhjulsmekanisme er forbundet med fartøjet således, at den kan forskydes i den til stabilisering af fartøjet fornødne retning. Dette kendte anlæg indeholder imidlertid ikke midler til kompensation af for høje svinghjulsomdrejningstal.

Formålet med opfindelsen er at angive et aktivt stabiliseringsanlæg til vandfartøjer, hvilket anlæg arbejder ved fortrængning af væskevolumener, og ved hvilket anlæg der kan anvendes en forholdsvis lille drivmotor og alligevel opnås et af belastningsspidser uafhængigt stabilt og ved indtrædende belastnings-spidser automatisk disse sig tilpassende drivaggregat.

Ifølge opfindelsen er dette ved et aktivt stabiliseringsanlæg af den i krav l's indledende del angivne art opnået ved den i krav l’s kendetegnende del angivne udformning.

Ifølge opfindelsen anvendes således en hjælpepumpe, der træder i funktion, når svinghjulet antager omdrejningstal, der ligger over svinghjulets normale omdrejningstal. Igangsætningen af denne hjælpepumpe foregår ved åbning af en tilsvarende udformet ventil. På denne måde forhindres enhver fare for beskadigelse af den svinghjulet drivende hydraulmotor som følge af kavitation.

Et anlæg ifølge opfindelsen er specielt fordelagtigt, fordi svinghjulet også vil drives af den af havet selv til fartøjet afgivne energi, idet væsken i kammeret under fartøjets bevægelser vil have tendens til at forskyde stempelorganet og derved frembringe et meget væsentligt forøget omdrejningstal af det af den tilbagevirkende energi drevne svinghjul. Disse forøgede omdrejningstal kan ikke modvirkes af selve hovedpumpen, men modvirkes ved udformningen ifølge opfindelsen derved, at hjælpepumpen under sådanne omstændigheder træder i funktion.

Alligevel kan der, f.eks. i forbindelse med meget kraftig søgang, opstå mulighed for, at svinghjulet af den som følge af krafttilbageføringen fra stempelorganet som motor arbejdende hydraulpumpe kan gives eå kraftigt forøgede omdrejningstal, at disse ikke engang kan afbødes ved hjælp af hjælpepumpen.

Derfor kan det ifølge opfindelsen være fordelagtigt, såfremt udformningen yderligere er som angivet i krav 2, således at der kan opnås en kraftig modstand mod afgivelse af væske fra den under de nævnte omstændigheder som pumpe virkende hydraulmotor, hvorved omdrejningstalsforøgelse af denne og dermed af svinghjulet kraftigt modvirkes.

Da de drejningsmomenter, der skal overføres mellem svinghjulet og den stempelmekanismen drivende hydraulpumpe, er væsentligt større end de drejnings 3 144123 momenter, der skal overføres mellem hydraulmotoren og svinghjulet, kan det ifølge opfindelsen endvidere være hensigtsmæssigt, at udformningen or som angivet i krav 3, hvorved hydraulpumpens aksel kan dimensioneres forholdsvis svagt, hvilket igen medfører, at også hydraulpumpen kan gives mindre dimensioner end ved anvendelse af en tykkere aksel, således at fremstillingsomkostningerne for anlægget nedsættes.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 skematisk viser de i en udførelsesform for et anlæg ii'olgo opfindelsen indgående elementer og disses indbyrdes forbindelse, og fig. 2 skematisk, i perspektiv og i større målestok et af de væsentligst elementer i anlægget. ,

Anlægget ifølge opfindelsen omfatter et forflytningsaggregat 1, der i fig. 2 er vist til anvendelse i forbindelse med antirulningsstabiLiscring af et vandfartøj, hvis skrog er betegnet med 2. Ved denne anvendelse er forflytningsaggregatet 1 anbragt inde i en forbindelseskanal 3, der forløber på tværs af skroget 2's længdeakse, og som forbinder to sidetanke 4* der forløber i skrogets længderetning. Kanalen 3 er opfyldt med et fluidum 5, der i genstandens hvilestilling også delvis fylder sidetankene 4.

Forflytningsaggregatet 1 består i alt væsentligt af ot stempel eller plade 6, hvis form svarer til kanalen 3's tværsnit, og som holdes lodret i kanalen 3 ved hjælp af vandrette styreskinner 7. Selv om det ikke er vist, kan stemplet eller pladen 6 også være anbragt vandret, f.eks. i borde. Hver skinne 7 kan være udformet på en hvilken som helst passende måde, f.eks. som en cylindrisk styrestang 8, der er fast forbundet med stemplet 6 og er forskydelig i et eller flere glidelejer 9. Mest hensigtsmæssigt er der anbragt to par styrestænger 8, et par på hver sin side af stemplet 6. Dette er ligeledes fast forbundet med enderne af stempelstænger 10 og 11, der tilhorer hver sin af to enkeltvirkende hydrauliske stempelmekanismer 12 og 13, hvis cylindre 14 og 15 or svingeligt anbragte på understøtninger 16 og 17. I visse tilfælde kan de to stompelmeka-nismer 12 og 13 erstattes af en enkelt dobbeltvirkende stempelmekanisme.

Stempelmekanismerne 12 og 13 er bestemt til skiftevis at fades med en hydraulvæske under tryk på en sådan måde, at stemplet eller pladen 6 forskydes i den ene eller anden retning inden i kanalen 3 med det formal at forflytte fluidet 5's tyngdepunkt og derved at frembringe et svingningsmoment modsat rettet det på fartøjet virkende krængningsmoment. Som følgo heraf or det nødvendigt, at de kræfter, der skal anvendes til forskydning af stemplet eller pladen 6. kan ændres meget væsentligt og endda kan antage spidsværdier, der er meget store i forhold til de gennemsnitlige nødvendige kræfter. Yderligere skal bemærkes, at medens der i visse tilfælde skal udøves en vis energi af de hydrauliske stempelmekanismer 12 og 13 til forskydning af stemplet eller pladen 6, kan det i andre tilfælde være nødvendigt, at stempelmokanismerne er i stand til 4 144123 at optage og absorbere en vis energi, der overføres af fluidet 5, som udøver et tryk på stemplet eller pladen 6.

Til muliggørelse heraf anvendes et drivaggregat 18 af den i fig. 1 viste art til tilførsel af hydraulvæske under tryk til stempelmekanismerne 12 og 13. Dette aggregat 18 omfatter en drivmotor 19, som driver en hydraulpumpe 20 med foranderlig ydelse, der er autoreguleret i afhængighed af trykket, og hvilken pumpe 20's sugeside er forbundet med et reservoir 21. Pumpen 20's trykside er forbundet med en hydraulmotor 22, hvis drevne aksel 23 er sammenkoblet med en drivaksel 26 for et svinghjul 25. Akselen 26 er yderligere sammenkoblet med en drivaksel 28 for en hydraulpumpe 29 med foranderlig ydelse, hvilken pumpe tjener til i et lukket kredsløb at føde de hydrauliske stempelmekanismer 12 og 13, idet indstillingen foretages ved hjælp af en servostyring.

Drivmotoren 19 tjener også til drivning af en hjælpepumpe 30, hvis sugeside er forbundet med et reservoir 31, der kan være det samme som det med pumpen 20 forbundne reservoir 21. Pumpen 30's trykside er sluttet dels til en ledning, der fører til pumpen 20's trykside, og hvori der er indskudt en kontraventil 32, dels til en ledning med en sikkerhedsventil 35, som gør det muligt at pumpen 30 bliver inaktiv ved rotationshastigheder af svinghjulet 25, der er lavere eller lig med dette svinghjuls normerede hastighed. Hydraulmotoren 22's afgang indeholder i en returledning, der på ikke nærmere vist måde fører til reservoiret 21 en effekt- eller strømningsmængderegulator 33 samt i en ligeledes til reservoiret 21 førende afgrening en kalibreret åbning 34, bestemt til at frembringe dels et modtryk af samme størrelsesorden som trykdiffereneen over motoren ved svinghjulet 25's normerede hastighed, dels et modtryk, der ved sådanne rotationshastigheder af svinghulet,der ligger over dettes normerede hastighed, varierer med kvadratet på denne rotationshastighed.

Når det beskrevne drivaggregat skal tages i brug, drives motoren 19 og roterer derved hydraulpumpen 20 med variabel ydelse, hvorved den af denne pumpe afgivne hydraulvæske driver hydraulmotoren 22. Drivningen af denne med konstant drejningsmoment sikrer, at svinghjulet 25 sættes i rotation og progressivt når sin nominelle hastighed under samtidig drivning af pumpen 29, hvis ydelse under denne fase er indstillet til 0. Stabiliseringsanlægget er derefter funktionsdygtigt.

I tilfælde af en krævende impuls, f.eks. til drivning af stempelmekanismen 13, fordi det er nødvendigt at forskyde stemplet eller pladen 6 i den med en pil f^ viste retning til forflytning af fluidum 5 i samme retning med det formål at frembringe et opretningsmoment til modvirkning af et krængningsmoment, som indvirker på fartøjet, vil pumpen 29, der af servostyringen indstilles til at føde den nævnte stempelmekanisme 13 og at tilføre denne en energi svarende til det opretningsmoment, som skal frembringes, drives af svinghjulet 25 på en sådan måde, at drivmotoren 19, der driver pumpen 20, ikke behøver at afgive en drivkraft ud over dens nominelle drivkraft. Når den til drivning af stempel 5 144123 mekanismen 13 nødvendige energi nedsættes og søger at blive unødvendig, skal svinghjulet 25 ikke længere afgive yderligere energi og søger derfor progressivt at genantage sin normerede hastighed, således at drivaggregatot 18 igen antager sin begyndelsesdriftstilstand.

I tilfælde af at kraftbalancen mellem drivaggregatet 18 og forflytningsaggregatet 1 skifter, således at drivaggregatet tilfores kraft, f.cks. i tilfælde af, at fluidet 5 momentant under påvirkning af et krængningsmoment på fartøjet, søger at frembringe en forskydning af stemplet eller pladen 6 i den ene eller den anden retning, vil pumpen 29 virke som en motor og drive svinghjulet 25 med en hastighed, der er højere end dets normerede hastighed. I tilfælde af en overhastighed af svinghjulet 25 vil kontravent i 1 on 32 åbne sig, således at også hjælpepumpen 30 afgiver hydraulvæske til hydraulmotoren 22, der ligeledes af svinghjulet 25 drives med overhastighed. Det skal bemærkes, at svinghjulet 25 i intet tilfælde kan drives med en overhastighed ud over en forud bestemt maksimal hastighed som følge af tiistedeværclsen af regulatoren 33 og den kalibrerede åbning 34, der er bestemt til at frembringe et sikkerheds-modtryk, der bremser motoren 22's rotation til rotationshastigheder i nærheden af men lidt over svinghjulet 25’s normerede hastighed. Det er således i alle tilfælde sikret, at overhastigheden af motoren 22, svinghjulet 25 og pumpen 29 er begrænset, men dog således, at man til rådighed har et nødvendigt overskud af kraft væsentligt over drivmotoren 19's normale effekt. Mod andre ord giver drivaggregatet 18 mulighed for anvendelse af on drivmotor 19 mod mindre effekt end den spidseffekt, der kræves af aggregatet, og denne energiroserve opnås som følge af den kinetiske energi, der opsamles af svinghjulet og opretholdes, forudsat en passende ændring af svinghjulets rotationshastighed.

Det er klart, at drivaggregatet 18 kan indeholde flere svinghjul og tjene til at styre forskydningen af et eller flere stempler eller plader 6. Even tuelt kan aggregatet samarbejde med andre tilsvarende aggregater til styring af forskydningen af et enkelt stempel 6.

Servostyringen til indstilling af pumpen 29 styres af et antal instrumenter, der er i stand til at måle det krængningsmoment, som vandfartojet underkastes, på en sådan måde, at det kan bestemme størrelsen af dot nødvendige modvirkningsmoment. Disse instrumenter kan omfatte on vinkeiforandringsmålor, der giver udslag, når fartøjet svinges bort fra 1igovægtssti 11 i ngen, en måler for vinkelændringshastigheden og en differentialmåler til måLing af den anden af ledede af vinkelændringen, eventuelt forbundet med on funktionskorrektør for de to sidste, således at en servomotor gennem styrestænger fra instrumenterne bestemmer indstillingen af servostyringen for pumpen 29.

Det skal bemærkes, at det f.eks. er muligt at sikre fedning af stempel-mekanismerne 12 og 13, også i modsat retning, således at disse mekanismer kan være dobbeltvirkende.