EP2406126B1

EP2406126B1 - Eisbrechendes system für schwimmkörper

Info

Publication number: EP2406126B1
Application number: EP09776426.0A
Authority: EP
Inventors: Berend Pruin; Claudiu Nichita
Original assignee: Wartsila Ship Design Germany GmbH
Current assignee: Wartsila Ship Design Germany GmbH
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: CA2751898A1; RU2011136169A; WO2010102642A1; CN102333693A; US20110315060A1; JP2012519625A; EP2406126A1; JP5349621B2; AU2009342041B2; RU2483967C2; AU2009342041A1; CA2751898C; KR20110137774A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwimmkörper oder Schiffskörper mit einem eisbrechenden System sowie ein Verfahren zur Positionsstabilisierung eines Schwimmkörpers oder Schiffskörpers.
In der GB 1,551,517 ist ein Eisbrecher beschrieben, an dessen Bugbereich vertikal verlaufende Führungen für eisbrechende Hämmer vorgesehen sind. Die eisbrechende Wirkung dieser Hämmer kann zusätzlich mittels Gewichtsverlagerungen innerhalb eines zentralen Kanals im Schiffsboden durch Stampfbewegungen verstärkt werden.
Aus WO2008/048164 ist ein halbtauchender Schwimmkörper mit eisbrechender Funktion bekannt. Der Schwimmkörper ist an der Bug- und an der Heckseite mit Kammern ausgestattet, die über ein Ventil mit Meerwasser geflutet werden können. Der Füllstand der Kammern lässt sich über Druckluftsysteme steuern. Dadurch kann Tiefgang und Neigung des Schwimmkörpers je nach erforderlicher Situation verändert werden. Auch eisbrechende Auf- und Abwärtsbewegungen des Buges beziehungsweise des Hecks können damit durchgeführt werden.
Bei diesem Schwimmkörper können auch zwei oder vier Trimmtanks für Ballastwasser vorgesehen sein, die über Trimmkanäle verbunden sind, so dass die Neigung des Schwimmkörpers eingestellt werden kann. Bei Trimmtanks mit Ballastwasser wird jedoch normalerweise Seewasser aufgenommen und nur temporär zur Erreichung der gewünschten Stabilität oder einer Neigung des Schwimmkörpers eingesetzt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder ins Meer abgegeben. Auch bei diesem Schwimmkörper treten die oben genannten Probleme auf, die mit offenen Systemen verbunden sind. Die US 3,805,729 beschreibt ein tauchfähiges Schiffssystem, dass für den Transport von Flüssigkeiten durch eisbedeckte Gewässer vorgesehen ist. Ist das Schiff in Bewegung, kann Eis unterschiedlicher Dicke mit der eigens dafür konzipierten Bugfläche gebrochen werden. Auch ein vollständiges Untertauchen einer Eisfläche ist möglich.
Die eisbrechende Funktion übernimmt bei diesem Schiffssystem die spezielle Auslegung des Bugs. Vorgesehene Ballastwassertanks und Ausgleichtanks dienen dem Tauchvorgang und der Lageausrichtung des Schiffes im Wasser.
Eisbrechende Systeme für Schwimmkörper beziehungsweise Schiffe sind bekannt. Aus der JP 59-179493 A ist ein System und ein Verfahren bekannt, bei dem Ballasttanks, insbesondere im Kielbereich des Schiffsbodens, genutzt werden, um Ballastwasser von Steuerbord nach Backbord und umgekehrt umzupumpen, so dass damit eine Krängungsbewegung des Schiffes zu erreichen. Aufgrund dieser Gewichtsverschie bung kann dann das Eis, unterstützt durch die seitlichen Wulstausbildungen im Bugbereich, gebrochen werden.
Ein anders funktionierendes System ist aus der US 3,939,789 bekannt. Entsprechend dieser Druckschrift ist ein im Eis operierendes Bohrschiff im Bugbereich mit einer flutbaren Kammer ausgestattet. Des Weiteren ist noch ein flach über eine Eisfläche auskragender Bug vorgesehen. Diese vordere Flut- beziehungsweise Trimmkammer kann aufgrund relativ großer Öffnungen im Boden- und Seitenbereich rasch geflutet werden, so dass ein Absinken des Bugs gegenüber der normalen Wasserlinie stattfindet und auf diese Weise das unter dem Bug vorhandene Eis gebrochen werden. Durch Einbringen von Druckluft in diese Kammer wird die Trimmkammer wieder ausgeblasen. Eine Teilung der Trimmkammer ist vorgesehen, so dass eine Krängung des Buges und Schiffes nach Backbord und Steuerbord bewirkt werden kann.
Bei dieser Auslegung des Schiffes besteht jedoch die Gefahr, dass Eisbrocken mit in die Kammer eingeflutet werden, und beim Ausblasen die entsprechenden Öffnungen verstopfen können.
Ein anderes System gemäß der US 3,850,125 zeigt bei einem im Eis operierenden Bohrschiff einen spornartigen Bug und vorn und achtern jeweils eine Kammer im Bodenbereich des Schiffes, die geflutet oder ausgeblasen werden kann. Auf diese Weise ist ein Heben und Senken des Bugs mit eisbrechender Wirkung möglich.
Die Nachteile hierbei liegen ebenfalls in der Vereisungsgefahr der Kammern und einem relativ komplizierten Aufbau der Drucklufteinrichtungen zum Ausblasen der entsprechenden Tanks.
Ein Schwimmkörper mit Bohrturm ist in der US 3,872,814 beschrieben. Der Bohrturm befindet sich hierbei auf einem schwimmenden Halbtaucher mit zwei seitlichen röhrenartigen Schwimmkörpern. Diese Schwimmkörper sind achtern und vorn mit Flutbereichen ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, durch Fluten der vorderen Kammer ein Absinken und gleichzeitig eine eisbrechende Wirkung gegen eine Eisfläche oder Treibeis zu bewirken. Dies wird durch periodisches Ausblasen der vorderen Kammer und Fluten der achterlichen Kammer noch begünstigt. Auch eine Krängungsbewegung der Bohrinsel ist bei diesem Halbtaucher steuerbar. Hierbei liegen jedoch auch eine relativ aufwändige Konstruktion der erforderlichen Druckluftsysteme und die Gefahr eines Vereisens der Flutkammern vor.
Eine weitere Ausführungsform mit eisbrechender Wirkung zeigt die JP 58-224887 , in der im Kielbereich ein festes Ballastgewicht von vorn nach achtern gezogen werden kann, um hierdurch ein Stampfen des Schiffes mit dem Bug gegen eine Eisfläche zu bewirken und dadurch eine eisbrechende Funktion auszuüben.
Um auch seitliche Bewegungen eines Schiffes zu ermöglichen, ist zum Beispiel gemäß der DE 42 08 682 B4 ein Eisbrecher sowohl mit Strahlantrieben als auch mit drehbaren Propulsionseinheiten ausgestattet, so dass auch seitliche Bewegungen ermöglicht werden.
Die US 3,130,701 beschreibt ein eisbrechendes System, das einen tauchfähigen Schwimmkörper aufweist, der im Bugbereich Ballastwassertanks aufweist. Diese werden mit Ballastwasser gefüllt, so dass mindestens der vordere Bereich des Schwimmkörpers unter eine Eisfläche tauchen kann. Durch Ausblasen das Ballastwassers kann dann die Eisfläche von unten gebrochen werden.
Ein anderes eisbrechendes Schiff ist in der US 3,934,529 beschrieben. Im vorderen Bereich ist ein spornartiger Bug mit einem flutbaren Tank vorgesehen. Nach Fluten des Tanks gelangt der spornartige Bug auf eine Tiefe unterhalb der Wasseroberfläche und auf diese Weise unter die Eisdecke. Durch impulsartiges Ausblasen des Wassers im vorderen Tank schwimmt der spornartige Bug nach oben auf und bricht dabei den unterfahrenen Bereich der Eisdecke.
Die bekannten Systeme haben jedoch überwiegend die Nachteile, dass sie zu ineffizient ausgebildet sind, dass eine hohe Vereisungsgefahr bei Trimmtanks besteht, und das Ausblasen der Kammern und die Gewichtsverlagerung meist zu langsam durchführbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und einen Schwimmkörper oder Schiffskörper mit einem eisbrechenden System zu schaffen, der im oder bei Eis, insbesondere als Bohr- und Forschungsschiff oder als Plattform, in Eisfeldern, Packeis oder Treibeis einsetzbar ist, und eine stationäre Positionierung über einem Meeresbodenpunkt zuverlässig ermöglicht, und ein Verfahren zur Positionsstabilisierung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird bei einem Schwimmkörper oder Schiffskörper durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst und verfahrensmäßig durch die Merkmale des Anspruches 11.
Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der arktischen Meere im Hinblick auf Exploration nach wirtschaftlich erschließbaren Ölfeldern und anderen Grundstoffen und Mineralien, werden immer stärker Forschungsschiffe, Bohrschiffe und stationär haltbare schwimmende Plattformen erforderlich, die trotz Meeresströmung und driftenden Eisflächen ihre bestimmungsgemäße Position über dem Meeresgrund stationär einhalten müssen.
Der erfindungsgemäße Schwimm- oder Schiffskörper und das Verfahren berücksichtigen daher diese Erfordernisse. Hierbei ist ein wesentlicher Kerngedanke, im Bug- oder vorderen Bereich des Schiffskörpers, einen möglichst weit nach vorne und möglichst hoch mit Abstand zur Kiellinie vorgesehenen vorderen Trimmtank vorzusehen. Entgegengesetzt hierzu ist im achterlichen Bereich abstands- und höhenmäßig ein zweiter Trimmtank vorgesehen, wobei beide Trimmtanks strömungstechnisch über mindestens einen Trimmkanal miteinander verbunden sind. Im Falle eines Trimmkanals verläuft dieser zentral in Längsrichtung der Kiellinie.
Besonders vorteilhaft ist die Auslegung mit zwei Trimmkanälen, welche in gegenüberliegenden Seitenbereichen des Schwimmkörpers beziehungsweise Schiffes platziert sind.
Aufgrund der bevorzugten Anordnung des vorderen und achterlichen Trimmtanks oberhalb der Wasserlinie wird ein geschlossenes System zusammen mit den Trimmkanälen realisiert. Die Trimmtanks können aber auch beliebig funktionsgerecht dem Schiff entsprechend angeordnet sein. Hierbei ist eine frostsichere Anordnung, insbesondere im Hinblick auf eine Einsparung an Energie, zu berücksichtigen. Da das System auch bei relativ tiefen arktischen Außentemperaturen, auch bei unter -35° C voll funktionsfähig sein muss, wird ein Trimmfluid, insbesondere Wasser mit hohem Salzgehalt oder mit Additiven verwendet, die den Gefrierpunkt des Trimmmediums erheblich herabsetzen. Die Tanks und Trimmkanäle werden nach Möglichkeit durch Kofferdämme gegen Vereisung nach außen geschützt. Zum Schutz gegen Vereisung der Tanks und/oder Trimmkanäle kann bei Bedarf bevorzugt auch eine Beheizung dieser Anlagen durchgeführt werden.
In arktischen Meeresbereichen, in denen ein Schiff oder eine schwimmende Plattform über einem Bohrloch weitestgehend stationär positioniert werden soll, besteht bei mehr oder weniger geschlossener Eisdecke oder einer Drift von Packeis, das Problem, dass das stationär zu haltende Schiff mit dem Eis driften würde. Hierbei können Driftgeschwindigkeiten von ca. 0,5 kn (Knoten) oder kleiner aus langsam wechselnden Richtungen auftreten.
Das Schiff muss sich daher in einer solchen Situation selbst dynamisch, gegebenenfalls unter einem Winkel oder sogar quer zur Driftrichtung des Eises oder der Meeresströmung, beispielsweise über der entsprechenden Meerespunktposition positionieren können.
Ein derartiges Schiff muss daher ein eisbrechendes System aufweisen, dessen Merkmale im Anspruch 1 dargelegt sind.
Verfahrensmäßig sind zur Positionsstabilisierung eines derartigen Schiffskörpers im oder bei Eis, insbesondere unter Verwendung eines entsprechenden eisbrechenden Systems nach Anspruch 1, vorgesehen, dass einerseits die Drift des Eises und/oder der Meeresströmung ermittelt wird. Dass bei vorhandener Eisdrift der Schiffskörper so ausgerichtet und manövriert wird, dass insbesondere sein Vorderbereich gegen die Driftrichtung des Eises beziehungsweise die Meeresströmung zeigt und das eisbrechende System des Schiffskörpers in Funktion gesetzt wird.
Abhängig von der Ausstattung des Schiffskörpers mit entsprechenden Unterwasser-Antriebseinheiten, welche zum Beispiel als um 360° drehbare Propulsionseinheiten und/oder Strahlantriebe im Bug oder Heck, ausgelegt sein können, kann ein derartig ausgestattetes Schiff auch etwa diagonal oder sogar quer zur Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung stationär über dem Meeresgrund gehalten werden. Hierbei können auch die eisbrechenden Systeme durch Erzeugung von Krängungsbewegungen und/oder Stampfbewegungen die stationäre Positionierung des Schiffskörpers bei Eis mit unterstützen.
Auf diese Weise wird eine relative Bewegung des Schiffskörpers in der Größe der Driftgeschwindigkeit beziehungsweise der Meeresströmung entgegen der Driftrichtung des Eises erzeugt, so dass der Schiffskörper beziehungsweise das Schiff stationär zum Beispiel über einem Meeresbodenpunkt, etwa einem Bohrloch, gehalten werden kann.
Die eigene Position des Schwimmkörpers wird daher zum Beispiel über GPS oder andere Positionseinrichtungen bestimmt und aufgrund ermittelter Driftgeschwindigkeit und Driftrichtung des Eises das Schiff mit seiner eisbrechenden Funktion so ausgerichtet, dass bug- und/oder heckseitig das Umtrimmen des Trimmmediums in den vordern und achterlichen Tank die stampfende, eisbrechende Funktion erzeugt. Andererseits kann durch Bugstrahl- und/oder Heckstrahl-Antriebe gegebenenfalls in Kombination mit elektromechanischen oder dieselmechanischen Propulsionseinheiten, die Ausrichtung des Schiffes mit der erforderlichen Relativgeschwindigkeit entgegengesetzt zur Driftgeschwindigkeit erzeugt werden, so dass das Schiff stationär über einem Bohrloch gehalten wird. Die Propulsionseinheiten können gondelartig am Schiffsboden angebracht oder im Rumpf des Schiffskörpers integriert sein.
Zweckmäßigerweise werden die eisbrechende Funktion des Schiffes und das Umtrimmen des entsprechenden Mediums in und zu den Trimmtanks mit einer Frequenz betrieben, die der Driftgeschwindigkeit des Eises angepasst ist und dabei eine effiziente eisbrechende Wirkung erzielt.
Da eine verbesserte eisbrechende Wirkung auch durch Krängungsbewegungen des Schiffes erzielt wird, werden auch seitliche Trimmtanks im Bereich der Seitenbordwände, insbesondere oberhalb der Wasserlinie, vorgesehen, so dass durch deren Umtrimmen Krängungsbewegungen erzeugbar sind. Die seitlichen Trimmtanks sind zweckmäßigerweise paarweise und gegenüberliegend zur Mittschiffslinie angeordnet. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Schlinger- beziehungsweise Krängungsbewegungen des Schiffes werden bevorzugt mehrere seitliche Trimmtanks paarweise vorgesehen, wobei diese dann in Längsrichtung des Schiffes verteilt angeordnet sind.
Die eisbrechende Funktion im Sinne eines Trimm-Eisbrechens kann noch dadurch verbessert werden, dass die Stampf- beziehungsweise Rollbewegungen des Schiffes durch das Umtrimmen in die Tanks von vorn nach achtern und umgedreht, mit den Umtrimmvorgängen in den seitlichen Trimmtanks und eine daraus resultierende Krängungsbewegung, in Kombination erzeugt wird.
Da ein Umtrimmen des Trimmmediums im geschlossenen System von achtern in den vorderen Trimmtank in möglichst kurzer Zeit realisiert werden soll, werden einerseits große Rohrquerschnitte in den Trimmkanälen, zum Beispiel zwischen 1 bis 4 m Durchmesser vorgesehen und Hochleistungsfluid-Fördereinrichtungen, zum Beispiel als hydromechanische Pumpeinrichtungen, in dem geschlossenen Trimmsystem integriert.
Die entsprechenden Fluid-Fördereinrichtungen können zum Beispiel Förderleistungen erbringen, die im gemeinsamen Betrieb ein Umpumpen von 500 bis 1000 t Trimmmedium von achtern nach vorn in 10 bis 30 s erlauben.
Für das Umtrimmen zum Beispiel vom vorderen Trimmtank in den achterlichen Trimmtrank wird aber auch ergänzend zur hohen Förderleistung der Fördereinrichtungen die kinetische Energie der schwingenden Wassermasse beim Umtrimmen mit ausgenutzt. In dieser Hinsicht wird sozusagen die rückschwingende Wassermasse zum Umpumpen des Trimmmediums mitgenutzt, um das Trimmmedium noch rascher zum Beispiel vom vorderen Trimmtank in den achteren Trimmtank umtrimmen zu können.
Die Trimmkanäle werden bevorzugterweise bis zu den entsprechenden Fördereinrichtungen mit Vollvolumen in den Rohren gefahren, so dass sofort das gesamte Strömungsvolumen bei einem Umtrimmvorgang zur Verfügung steht.
Ergänzt werden kann dieses System durch entsprechende Rückhalte- beziehungsweise Rückschlagseinrichtungen, die insbesondere bi-direktional betreibbar und umschaltbar sind.
Abhängig vom verwendeten Trimmmedium können die Fluid-Fördereinrichtungen auch hydraulisch oder pneumatisch wirkend ausgelegt sein.
Um eine möglichst gute Stampfwirkung des Schiffes zum Brechen des Eises zu erreichen, wird bevorzugt, den vorderen und achterlichen Trimmtank mit möglichst großem Höhenabstand zur Kiellinie beziehungsweise Bodenlinie des Schwimmkörpers anzuordnen.
Vorderer und achterlicher Trimmtank werden daher extrem weit nach vorn und achtern versetzt und möglichst in der Höhe des Hauptdeckes vorgesehen. Zum Schutz und zur Verhinderung eines Einfrierens des Trimmmediums sind die Tanks und die Trimmkanäle bevorzugt nach außen hinter Kofferdämmen abgesichert.
Die vorderen und achterlichen Trimmtanks sind in der Ebene der Mittschiffslinie mit Unterteilungen auszustatten, wodurch abwechselnd auch Gewichtsbelastungen zu den Seiten des Schiffes erzeugt werden können, und somit die Krängungsbewegungen zum seitlichen Eisbrechen verbessert werden können.
Im Hinblick auf die Erzeugung von Stampf- beziehungsweise Rollbewegungen des Schwimmkörpers ist es möglich, auch nur einen, insbesondere vorderen Trimmtank, vorzusehen.
Dieser einzelne Trimmtank kann sowohl mit vorhandenem, angesaugtem Meerwasser geflutet werden und zum Entleeren ausgeblasen werden.
Der einzelne Trimmtank kann jedoch auch mit seitlichen Zwischentanks zu einem geschlossenen System verbunden sein, so dass das Trimmmedium jeweils umgepumpt wird, im Übrigen jedoch im Trimmsystem verbleibt.
Die Anzahl und Anordnung der Trimmtanks, insbesondere zur Erzeugung des Stampfens des Schiffes, ist in der Gesamtfunktion mit den Trimmkanälen derart angeordnet und ausgelegt, um in relativ kurzen Zeitintervallen größtmögliche Trimmmomente im Schiff erzeugen zu können.
Ergänzend zu dem bevorzugten geschlossenen Trimmsystem ist es im Hinblick auf unterschiedliche Einsatzgebiete eines derartigen Schiffes zweckmäßig, alternativ oder in Kombination mit dem geschlossenen Trimmsystem auch ein nach außen offenes Trimmsystem zu realisieren.
Auch unter Reparaturgesichtspunkten ist es daher wünschenswert, insbesondere den vorderen und achterlichen Trimmtank, über Fluidleitungen nach außen zum Meerwasser verbinden zu können, um darüber hinlfsweise oder alternativ einen Trimmvorgang realisieren zu können.
Die Manövrierfähigkeit des Schiffes wird noch dadurch verbessert, dass zusätzlich zu den Hauptantrieben weitere direkte oder indirekte Antriebseinrichtungen, insbesondere Bug- und Heckstrahlantriebe, gegebenenfalls in Kombination mit z.B. elektromechanischen Propulsionseinheiten vorhanden sind, wobei Letztere in gondelartigen Aufhängungen meist Drehbereiche von 0 bis 360° aufweisen.
Gerade diese Antriebskombination erlaubt es, einen entsprechenden Schwimmkörper beziehungsweise ein Schiff auch bei Drift und Meeresströmung, insbesondere computergesteuert, stationär über einem Bohrloch oder einer definierten Position auf dem Meeresgrund zu halten.
Das im Rahmen dieser Erfindung beschriebene Trimmsystem ist vorteilhafterweise computergesteuert ausgelegt und kann nicht nur im eisbedeckten Wasser sondern auch bei offener Wasserfläche eingesetzt werden. Üblicherweise laufen die Trimmprozesse vollautomatisch ab, wobei auch eine halbautomatische Funktion denkbar ist. Das computergesteuerte Trimmen lässt eine Vielzahl von Trimmvorgängen und Regelungen zu. So können sowohl Roll- beziehungsweise Stampf-Bewegungen als auch Krängungsbewegungen des Schwimmkörpers gesteuert werden. Ebenso ist es möglich, die periodische Frequenz abhängig von vorgegebenen zu erreichenden Winkeln bei Stampfvorgängen beziehungsweise Krängungsvorgängen oder auch deren Kombination verfahrensmäßig zu realisieren.
Da das Erfordernis nach schnellstmöglichen Umtrimmprozessen besteht und dies in Anpassung an die erforderliche Frequenz für die Schiffsbewegungen zu realisieren ist, werden Fluid-Fördereinrichtungen benötigt, die eine Strömungsgeschwindigkeit in den Trimmkanälen mit bis zu ca. 8 m/s ermöglichen.
Im Vergleich hierzu laufen Umpumpprozesse bei Ballastwasser oder Flüssigkeiten bei ca. 3 m/s ab.
Als Fluid-Fördereinrichtungen können pneumatische Antriebe, zum Beispiel Lüftergebläseeinheiten, eingesetzt werden, die ihre Grenze etwa bei 10 m/Wassersäule (ws) haben. Vorteilhafter sind demgegenüber bereits Zentrifugalpumpen, bei denen jedoch die Umsteuerung in entgegengesetzter Wirkungsrichtung noch schneller sein sollte.
Propellerantriebe und Impellerantriebssysteme haben sich als besonders geeignet für die schnellen Umtrimmprozesse herausgestellt.
Das System zur Positionsstabilisierung ist daher einerseits auf die Synchronisation mit der Driftgeschwindigkeit des Eises einzustellen und andererseits auf die Stampf-und Rollfrequenz des Schiffes im Hinblick auf die eisbrechende Funktion. Zur Verbesserung der eisbrechenden Funktion ist auch die Schiffshülle, insbesondere bugseitig und heckseitig weit auskragend auszulegen.
Ergänzt wird dies selbstverständlich für den gesamten Schiffsrumpf durch die erforderliche Auslegung der Schiffswände und des Schiffsbodens für die entsprechende Eisklasse.
Eine Verbesserung der eisbrechenden Wirkung bei Krängungsbewegungen wird durch Auskragen der Schiffsseitenwände erreicht.
Im Hinblick auf die eisbrechende Funktion können auch maximale Trimm- und Krängungswinkel vorgegeben werden, die beim Umtrimmprozess für das Rollen und Krängen des Schiffes berücksichtigt werden sollten.
Zur Verbesserung des Umtrimmprozesses in zeitlicher Hinsicht sollten die Trimmkanäle stets mit Trimmmedium, zumindest bis zu den Förderpumpen gefüllt sein, und der entgegengesetzte, leere Trimmtank keine Restflüssigkeit aufweisen. Beim Umpumpprozess ist insbesondere darauf zu achten, dass keine Luft in die Pumpen gelangt, um Beschädigungen durch Kavitation zu vermeiden.
Ein Umtrimmprozess kann auf diese Weise mit unverzüglich vorhandenem vollem Volumen gestartet werden und bei entsprechender Durchmesser-Dimensionierung der Trimmkanäle auch bei einem Umtrimmvolumen von 500 bis 1000 t zwischen 10 bis 20 s abgeschlossen sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung mit Draufsicht von oben auf ein mit einem eisbrechenden System ausgestattetes Schiff etwa in Höhe des Hauptdecks, wobei ein vorderer, ein achterlicher und zwei seitliche Trimmtanks mit den verbindenden Trimmkanälen mit Schraffur gekennzeichnet sind;

Fig. 2: einen Vertikalschnitt durch das Schiff nach Fig. 1 längs des steuerbordseitigen Trimmkanals mit Schnittdarstellung im vorderen und achterlichen Trimmtank;
Fig. 3: einen vertikalen Querschnitt etwa in Höhe der Schnittlinie 3-3 nach Fig. 1;
Fig. 4: einen vertikalen Querschnitt etwa in Höhe der Schnittlinie 4-4 nach Fig. 1 und
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines Bugbereichs eines Schiffes mit eisbrechender Funktion und durch drei Linienzüge dargestellte Stampfbewegung des Schiffes mit eisbrechender Funktion.

In Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt eines Schiffes 1 etwa in Höhe des Hauptdecks mit den wesentlichen Baugruppen des Trimmsystems gezeigt.
Im Bugbereich 2 ist ein vorderer Trimmtank 10 und im Heckbereich 3 ein achterlicher Trimmtank 16 mit Schraffur dargestellt. Die Trimmtanks 10, 16 sind weitestmöglich in einer vordersten Position beziehungsweise in einer extrem achterlichen Position des Schiffes angeordnet.
Wie im Schnitt nach Fig. 2 dargestellt, sind die Trimmtanks 10, 16 mit größtmöglichem Abstand zur Kiellinie 4 beziehungsweise dem Schiffsboden 7 angeordnet. Aufgrund dieser extremen Anordnung, oberhalb der normalen Wasserlinie, werden die auf eine Eisfläche wirkenden Kraftmomente erheblich verbessert.
Im Beispiel sind die Trimmtanks 10, 16 mit zwei in den Außenbereich des Schiffes versetzte Trimmkanäle strömungstechnisch verbunden. Die Trimmkanäle 12, 13 liegen unterhalb des unteren Niveaus der Trimmtanks 10, 16, aber im Normalfall noch oberhalb der Wasserlinie.
Wirkungsmäßig mit den Trimmkanälen 12, 13 und dem darin befindlichen Trimmmedium verbunden sind Förderpumpen 18, 19 als Höchstleistungspumpen.
Ebenfalls ist es möglich, weitere Förderpumpen, ähnlich wie in Fig. 1, nach achtern versetzt zusätzlich an den Trimmkanälen anzubringen.
Zur Erzeugung einer Krängungsbewegung des Schiffes sind beidseitig seitliche Trimmtanks 21 und 22 vorgesehen. Diese seitlichen Trimmtanks 21, 22 befinden sich, wie in Fig. 2 gezeigt, sehr tief im Schiff, insbesondere im Bodenbereich des Schiffes.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist der Bug 2 als Flachbug geformt. Dies gilt ebenfalls für das Heck 3, das einen sehr flach auslaufenden Bereich zeigt. Der Bugbereich kann auch in Art eines Löffelbuges ausgelegt sein. Die flache Kontur vorn und achtern kann auch mit einem ausreichend ausfallenden Vorder- und Hintersteven realisiert sein, um eine gute eisbrechende Funktion ausüben zu können.
In der Ansicht der Steuerbordseite nach Fig. 2 ist eine Antriebsschraube 31 mit Wellenlager 32 und Antriebsaggregat 33 schematisch dargestellt.
In der vertikalen Schnittdarstellung nach Fig. 3, die einen Schnitt nach 3-3 nach Fig. 1 zeigt, sind die Trimmkanäle 12, 13 sehr weit unten im Bodenbereich des Schiffes vorgesehen. Nach unten ragend sind die Wellenlager 32 und 35 dargestellt.
Die seitlichen Bordwände des Schiffes 1 sind als auskragende Bordwände 24, 25 ausgebildet, so dass bei Krängungsbewegungen eine Verbesserung der eisbrechenden Funktion vorhanden ist.
In der Schnittdarstellung nach Fig. 4 längs der Schnittlinie 4-4 ist schematisch gezeigt, dass die Trimmkanäle 12 beziehungsweise 13 in die seitlichen Anschlusskästen des achterlichen Trimmtanks 16 übergehen und etwa eine L-Form im Schnitt bilden.
Die Trimmkanäle 12, 13 können im Hinblick auf die Förderpumpen 18, 19 auch einen kreisförmigen Durchmesser aufweisen, der zum Beispiel zwischen 1 m bis 4 m betragen kann.
Im Hinblick auf den Schutz nach außen sind die Trimmkanäle und Trimmtanks durch außen liegende Kofferdämme zusätzlich geschützt.
Die schematische Darstellung nach Fig. 5 zeigt einen Bugbereich 2 des Schiffes 1 und die gegen die Bugschräge 38 andriftende Eisfläche 41. Aufgrund der Stampfbewegung des Schiffes durch den Umtrimm-Effekt in den vorderen und hinteren Trimmtank wird durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Buges 2 die eisbrechende Wirkung erzeugt, so dass die Eisfläche 41 in kleinere Eisplatten 42 aufgebrochen wird.
Eine analoge Wirkung zeigt auch die Krängungsbewegung zu den Seiten mit der unterstützenden Wirkung der auskragenden seitlichen Bordwände 24, 25.
Das eisbrechende System und das entsprechende Verfahren ermöglicht es daher, Schwimmkörper oder Schiffe auch im arktischen Meereseis bis zu gewissen Eisstärken stationär über einen Meeresbodenpunkt, zum Beispiel zu Bohrzwecken, zu halten.

Claims

Schwimmkörper (1) oder Schiffskörper mit einem eisbrechenden System,
mit mindestens einem über die Linie der Wasserfläche am Schwimm-oder Schiffskörper auskragenden vorderen Schwimmkörper- oder Bug-Bereich (2),
mindestens einem im vorderen Schwimmkörper- oder Bug-Bereich (2) und mindestens einem im achterlichen Schwimmkörper- oder Schiffskörperbereich vorgesehenen Trimmtank (10, 16), und
einer Einrichtung (18, 19) zum Füllen und Entleeren der Trimmtanks (10, 16) mit Flüssigkeit zur Gewichtserhöhung bei gefülltem Trimmtank und Gewichtsreduzierung bei entleertem Trimmtank sowie
zur Erzeugung mindestens einer eisbrechenden stampfenden Bewegung des vorderen Schwimmkörper- oder Bug-Bereichs (2),
wobei mindestens ein Trimmkanal (12, 13) den mindestens einen vorderen und achterlichen Trimmtank (10, 16) strömungstechnisch miteinander verbindet,
wobei vorderer und achterlicher Trimmtank (10, 16) für eine eisbrechende Stampfbewegung periodisch gewichtsmäßig entgegengesetzt füllbar und entleerbar sind,
Trimmtanks (10, 16) und Trimmkanäle (12, 13) als ein geschlossenes Trimmsystem ausgebildet sind,
bei zwei Trimmkanälen (12, 13) diese im Bereich gegenüberliegender Schwimmkörper- oder Schiffskörperseiten vorgesehen sind,
Trimmtanks (10, 16) und Trimmkanäle (12, 13) gegen Vereisung nach außen durch Kofferdämme des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) geschützt sind,
die Einrichtung (18, 19) zum Füllen und Entleeren der Trimmtanks (10, 16) mindestens eine Fördereinrichtung (18, 19) aufweist, die strömungstechnisch zwischen den Trimmtanks (10, 16) vorgesehen ist, und
der Schwimm- oder Schiffskörper (1) mit mindestens einem Paar gegenüberliegender seitlicher Krägungstanks oder mit mehreren Paaren ausgebildet ist, welche in einer Längsrichtung es Schwimmkörpers verteilt, auch zum Trimmen angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass vorderer und/oder achterlicher Trimmtank (10, 16) mit Unterteilungen ausgestattet sind, und auch als seitliche Trimmtanks zur Erzeugung einer Krägungsbewegung des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) betreibbar sind.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das geschlossene Trimmsystem (10, 16, 12, 13) Wasser mit hohem Salzgehalt oder mit Additiven zur Herabsetzung des Gefrierpunktes aufweist.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Beheizungseinrichtung für Trimmtanks (10, 16) und/oder Trimmkanäle (12, 13) vorgesehen ist.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass auskragende Seitenbordwände (24, 25) im Bereich der Wasserlinie oder etwas oberhalb der Wasserlinie des Schwimm- oder Schiffskörpers (1), vorgesehen sind.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fluid-Fördereinrichtung (18, 19) hydromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgelegt ist.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vordere und achterliche Trimmtank (10, 16) möglichst extrem nach vorn oder achtern versetzt in den Endbereichen des Schwimm-oder Schiffskörpers (1), mit größtmöglichem Abstand zur Kiellinie (4) des Schwimm- oder Schiffskörpers (1), vorgesehen sind.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fluid-Fördereinrichtungen (18, 19) für hohe Förderleistungen des Trimmmediums, insbesondere im Bereich von 500 t bis 1000 t in 10 bis 30 s, ausgelegt sind.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zur Positionsstabilisierung des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) und direkte oder indirekte Antriebseinrichtungen (31) zum Manövrieren des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) vorzugsweise in alle Richtungen, vorgesehen sind.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass achtern ein ausfallender Hintersteven (3) vorgesehen ist, der über die Wasserlinie auskragt, um eine eisbrechende Funktion ausüben zu können.
Schwimmkörper oder Schiffskörper nach einem der Ansprüche 8 und 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zur Positionsstabilisierung des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) so ausgelegt sind, um eine Drift von Eis und/oder einer Meeresströmung zu erfassen und eine Ausrichtung und Gegenbewegung des Schwimm- oder Schiffskörpers (1) gegen die Drift zu steuern.
Verfahren zur Positionsstabilisierung eines Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) mit einem eisbrechenden System, nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Drift des Eises oder der Meeresströmung ermittelt wird,
eine Ausrichtung des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1), insbesondere mit seinem vorderen Bereich (2), entgegen der Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung durchgeführt wird,
das eisbrechende System (10, 16, 18, 19, 12, 13) des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) in Funktion gesetzt wird, und
eine dynamische, relative Bewegung des Schwimmkörpers (1) oder Schiffes (1) in der Größe der Driftgeschwindigkeit entgegen der Driftrichtung des Eises beziehungsweise der Meeresströmung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das eisbrechende System mit einer Frequenz betrieben wird, die zur effizienten eisbrechenden Funktion der Driftgeschwindigkeit des Eises angepasst ist.