NO118730B

NO118730B -

Info

Publication number: NO118730B
Application number: NO15411764A
Authority: NO
Inventors: S Field
Original assignee: Mcmullen Ass John J
Priority date: 1964-07-23
Filing date: 1964-07-23
Publication date: 1970-02-02

Description

Passivt stabiliseringsanlegg for sjøgående fartøy. Passive stabilization system for seagoing vessels.

Denne oppfinnelse vedrører et passivt stabiliseringsanlegg for sjøgående fartøy av den art som omfatter en tank som er innrettet til å inneholde en væske med fri overflate i hele tankens lengde og som er beliggende tverrskips og strekker seg et betydelig stykke bort fra fartøyets lengdemidtplan og med i det vesentlige samme bunnivå over hele lengden og en høyde som er vesentlig høyere enn den væskehøyde som er nødvendig for å oppnå en egenfrekvens for væsken som svarer til skipets rullefrekvens. This invention relates to a passive stabilization system for sea-going vessels of the kind that includes a tank which is designed to contain a liquid with a free surface throughout the length of the tank and which is located transversely and extends a considerable distance away from the vessel's longitudinal center plane and with it substantially the same bottom level over the entire length and a height that is substantially higher than the liquid height that is necessary to achieve an eigenfrequency for the liquid that corresponds to the ship's rolling frequency.

Skip av praktisk talt enhver type er utsatt for uønskelige bevegelser som forårsakes ved vannoverflatens tilstand. I avhengighet av skipets art og størrelse samt de eventuelle driftsforhold velger man forskjellige skrogutførelser med tanke på å motvirke vannets innflytelse på skipets bevegelse. For å redusere skipets uønskede bevegelse som følge av bølgevirkningen har man foreslått stabiliseringssystemer som kan tilføre skipet et gjenopprettende moment. Dette gjelder særlig rullingsbevegelsen. Man har således foreslått ballasttanker som er forbundet ved hjelp av rør e.l. Ships of virtually any type are subject to undesirable movements caused by water surface conditions. Depending on the type and size of the ship as well as the possible operating conditions, different hull designs are chosen with a view to counteracting the water's influence on the ship's movement. In order to reduce the ship's unwanted movement as a result of the wave action, stabilization systems have been proposed which can add a restoring moment to the ship. This particularly applies to the scrolling movement. Ballast tanks have thus been proposed which are connected by means of pipes etc.

hvor vannet kan overføres fra tank til tank på en slik måte at et gjenopprettende moment frembringes. Vanskeligheten ved disse sys-temer er å opprettholde den riktige faseforskyvning mellom det tilførte moment og den bevegelse som meddeles skipet. where the water can be transferred from tank to tank in such a way that a restoring torque is produced. The difficulty with these systems is to maintain the correct phase shift between the applied torque and the movement communicated to the ship.

Tidligere har man hovedsakelig brukt stabiliseringsanord-ninger i skip når disse var under fart. I det siste er problemet med stabilisering av skip mens de er i ro blitt av vesentlig stør-re betydning. F.eks. flytende kontrollstasjoner som fører radio-utstyr for flynavigasjonsformål må ofte oppholde seg på faste steder på havet i lengere tidsperioder ad gangen. Slike kontrollskip må holdes på bestemte punkter eller må arbeide med meget små has-tigheter rundt bestemte punkter. I defensive radarsystemer finnes det skip som bærer utstyret og som opererer på et forutbestemt sted for å kunne varsle allerede fra steder som er i stor avstand fra land. I forbindelse med utviklingen av rakettprosjektiler, romskip o.l. er det blitt nødvendig å holde et større antall skip på faste stasjoner på de forskjellige verdenshav for å kunne følge bevegelsesbanene samt arbeidet til slike anordninger. Det er klart at uten at skipet er utbalansert eller stabilisert til en viss grad mens utstyret arbeider, kan man ikke regne med at appara-tur vil kunne brukes effektivt hvis sjøen begynner å gå tungt. In the past, stabilization devices have mainly been used in ships when these were under way. Recently, the problem of stabilizing ships while they are at rest has become of significantly greater importance. E.g. floating control stations that carry radio equipment for air navigation purposes often have to stay at fixed locations at sea for longer periods of time at a time. Such inspection ships must be kept at certain points or must work at very low speeds around certain points. In defensive radar systems, there are ships that carry the equipment and operate at a predetermined location in order to be able to warn already from locations that are a great distance from land. In connection with the development of rocket projectiles, spacecraft etc. it has become necessary to keep a greater number of ships at fixed stations on the various oceans of the world in order to be able to follow the trajectories of movement as well as the work of such devices. It is clear that without the ship being balanced or stabilized to a certain extent while the equipment is working, it cannot be expected that apparatus-turn will be able to be used effectively if the sea begins to be rough.

Følgelig er hovedhensikten med oppfinnelsen å skaffe et sta-bilisatoranlegg for sjøgående fartøy som kan meddele fartøyet et gjenopprettende moment når fartøyet er i bevegelse eller i ro. I denne forbindelse kan nevnes at passive stabilisatorer for skip er tidligere kjent hvor stabilisatortanken som er anordnet på tvers av skipet har et midtre parti og to endepartier, og hvor røraktige organer er anordnet mellom midtpartiet og endepartiene og virker som strupedyser. Væsken i tanken har fri overflate. Ifølge oppfinnelsen har man funnet at det oppnås en mer effektiv (raskere) virkning, og mer avpasset sådan, hvis man istedenfor å benytte seg av strup-ning øker vesentlig den våte kontaktflate mellom tankens vegger og væsken i strømningsretningen slik at det tilveiebringes større og mer fordelt motstand mot overstrømning av væske fra den ene ende av tanken til den annen. Derved elimineres i høy grad den motstand Consequently, the main purpose of the invention is to provide a stabilizer system for seagoing vessels which can provide the vessel with a restoring moment when the vessel is in motion or at rest. In this connection, it may be mentioned that passive stabilizers for ships are previously known where the stabilizer tank which is arranged across the ship has a middle part and two end parts, and where tubular organs are arranged between the middle part and the end parts and act as throat nozzles. The liquid in the tank has a free surface. According to the invention, it has been found that a more efficient (faster) effect is achieved, and a more tailored one, if instead of using throttling, the wet contact surface between the walls of the tank and the liquid in the direction of flow is substantially increased so that a larger and more distributed resistance to overflow of liquid from one end of the tank to the other. Thereby, that resistance is largely eliminated

som heller plutselig opptrer ved den kjente stabilisator når væs-which rather suddenly occurs at the well-known stabilizer when the

ken støter mot dyse- eller strupeorganene. Dette har man ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at tankens midtre parti inneholder et antall langstrakte, vertikale, i skipets tverretning forløpende pla- ken bumps against the nozzle or throat organs. According to the invention, this has been achieved by the middle part of the tank containing a number of elongated, vertical plates running in the ship's transverse direction.

ter med omtrent samme høyde som tankens og hvilke plater avsluttes et stykke fra tankens ender slik at det dannes et siderom uten plater ved hver ende av tanken. ter with approximately the same height as the tank's and which plates terminate a short distance from the tank's ends so that a side space without plates is formed at each end of the tank.

Hvis platene ifølge et ytterligere trekk ved oppfinnelsen forsynes med utbøyninger eller utbuktninger i sideretningen, økes derved turbulensen i væsken og den indre motstand i samme som igjen sikrer en jevnere og roligere virkning enn de kjente dyseaktige organer. Derved oppnås en øket dempning uten støtaktige perioder i dempningskarakteristikken. If, according to a further feature of the invention, the plates are provided with deflections or bulges in the lateral direction, the turbulence in the liquid and the internal resistance thereof are thereby increased, which in turn ensures a smoother and quieter effect than the known nozzle-like bodies. Thereby, an increased damping is achieved without shock-like periods in the damping characteristic.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen, hvor: Sg. 1 viser et vertikalsnitt gjennom en stabilisator som strekker seg over skipets bredde under dekkene, fig. 2 viser i stør-re målestokk et grunnriss av stabilisatoren som omfatter en tank med flere ledeplater anordnet i stabilisatorens lengderetning, og fig. 3 viser i perspektiv en stabilisator ifølge oppfinnelsen. Fig. The invention shall be explained in more detail by means of examples with reference to the drawing, where: Sg. 1 shows a vertical section through a stabilizer which extends across the width of the ship below the decks, fig. 2 shows on a larger scale a ground plan of the stabilizer which comprises a tank with several guide plates arranged in the longitudinal direction of the stabilizer, and fig. 3 shows in perspective a stabilizer according to the invention. Fig.

4 viser et endeparti av en stabilisator med flere krumme ledepla-4 shows an end part of a stabilizer with several curved guide plates

ter. ter.

En utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 1 hvor stabilisatoren under ett er betegnet med 10. Stabilisatoren er da anordnet i skipets tverretning under skipets hoveddekk 11. I dette tilfelle strekker stabilisatoren 10 seg i det vesentlige fra skro-gets 12 ene side til den annen og motvirker rullingsbevegelsen. Stabilisatoren omfatter en langstrakt eller avlang tank med sider An embodiment of the invention is shown in fig. 1, where the stabilizer is collectively denoted by 10. The stabilizer is then arranged in the transverse direction of the ship under the ship's main deck 11. In this case, the stabilizer 10 essentially extends from one side of the hull 12 to the other and counteracts the rolling movement. The stabilizer comprises an elongated or oblong tank with sides

13 og 14 og ender 15 og 16. Da stabilisatoren strekker seg over hele bredden, oppnås det maksimale moment som væsken kan frembringe. Stabilisatoren er dimensjoner^ slik at vekten til væsken som for-flyttes til stabilisatorens ene endeparti er tilstrekkelig stor til å frembringe det opprettende moment som vil motvirke skipets bevegelse under bestemte overflateforhold på sjøen. Væsken i tan- 13 and 14 and ends 15 and 16. As the stabilizer extends over the entire width, the maximum torque that the liquid can produce is achieved. The stabilizer is dimensioned so that the weight of the liquid which is transferred to one end part of the stabilizer is sufficiently large to produce the creating moment which will counteract the ship's movement under certain surface conditions on the sea. The liquid in the tan-

ken har fri overflate slik at den kan bevege seg i avhengighet av skipets bevegelse. ken has a free surface so that it can move depending on the ship's movement.

Stabilisatorens plater 17 er anordnet i innbyrdes avstandThe stabilizer's plates 17 are arranged at a distance from each other

og vertikalt og strekker seg parallelt med skipets tverrgående akse. Mellom platene er det dannet flere passasjer som forbinder tankens and vertical and extending parallel to the ship's transverse axis. Several passages are formed between the plates which connect those of the tank

endepartier eller kammere 18 og 19 som hhv. befinner seg ved tankens ende 15 og 16. Stabilisatoren omfatter således to tankende-partier som er forbundet ved et sentralt parti som er delt opp i flere passasjer ved hjelp av de nevnte plater. Passasjene skaffer væskefriksjon og motvirker væskestrømmen. Det forhold at væskebevegelsen motvirkes resulterer i at der frembringes et opprettende moment til skipet. end parts or chambers 18 and 19 which respectively located at the end of the tank 15 and 16. The stabilizer thus comprises two end-of-tank parts which are connected by a central part which is divided into several passages by means of the aforementioned plates. The passages provide fluid friction and counteract the fluid flow. The fact that the fluid movement is counteracted results in an uplifting moment being produced for the ship.

Platene 2 0, 21 har sett i grunnriss V-formet tverrsnitt og er festet til platenes 17 ender som er rettet mot tankens endepartier 18 og 19. Tilsvarende plater 20, 21 er anbragt i tankens langsgående sider 13 og 14. Disse ledeplater skaffer ytterligere overflater som øker strømningsmotstanden når væsker søker å passe-re fra det ene endeparti til det annet. Foruten økningen av væske-friksjonen forårsaker ledeplatenes form også økning av strømnings-banens lengde hvilket også bidrar til å frembringe en ytterligere kraft mot væskens bevegelse fra den ene ende til den annen. Da ledeplatene og forbindelsesplatene har forholdsvis smalt tverrsnitt, som det fremgår av fig. 2, er tverrsnittet som er åpent for væske-strømmen, i det vesentlige konstant i stabilisatorens endepartier og i områdene mellom ledeplatene og forbindelsesplatene. En slik utførelse gjør det mulig å holde stabilisatorens dimensjoner forholdsvis små for en bestemt mengde væske. The plates 20, 21 have a V-shaped cross section in plan view and are attached to the ends of the plates 17 which are directed towards the end parts 18 and 19 of the tank. Corresponding plates 20, 21 are arranged in the longitudinal sides 13 and 14 of the tank. These guide plates provide additional surfaces which increases the flow resistance when liquids try to pass from one end part to the other. In addition to the increase in liquid friction, the shape of the guide plates also causes an increase in the length of the flow path, which also contributes to producing a further force against the movement of the liquid from one end to the other. As the guide plates and connection plates have a relatively narrow cross-section, as can be seen from fig. 2, the cross-section which is open to the liquid flow is essentially constant in the end parts of the stabilizer and in the areas between the guide plates and the connecting plates. Such a design makes it possible to keep the dimensions of the stabilizer relatively small for a specific amount of liquid.

Den væske som anvendes i stabilisatoren kan være en hvilken som helst væske e.l. som har tilstrekkelig tetthet og viskositet for å kunne beveges forholdsvis lett mellom ledeplatene og forbindelsesplatene. Slike væsker som sjøvann, ferskvann, bunkerolje eller selve væskelasten kan brukes i stabiliseringstanken. Stabilisatorens effekt kan varieres i samsvar med behovet ved regulering av væskedybden i stabilisatoren. The liquid used in the stabilizer can be any liquid or the like. which has sufficient density and viscosity to be able to move relatively easily between the guide plates and the connecting plates. Liquids such as seawater, fresh water, bunker oil or the liquid cargo itself can be used in the stabilization tank. The stabilizer's effect can be varied in accordance with the need by regulating the depth of the liquid in the stabilizer.

For å frembringe et opprettende moment er det nødvendig at momentet i det vesentlige ikke er i fase med de krefter som meddeles skipet ved sjøens bevegelse. I tilfelle av rulling er det nød-vendig at kreftene som resulterer fra det opprettende moment må tilføres skipet i retning motsatt bølgenes når bølgetoppene beveger seg langs skipets ene side. Etter at bølgen har tvunget skipet til å rulle, er det nødvendig at momentet reverseres slik at der tilføres krefter som virker mot skipets motsatte side. In order to produce a creating moment, it is necessary that the moment is essentially not in phase with the forces imparted to the ship by the movement of the sea. In the case of rolling, it is necessary that the forces resulting from the creating moment must be supplied to the ship in a direction opposite to that of the waves when the wave crests move along one side of the ship. After the wave has forced the ship to roll, it is necessary that the momentum is reversed so that forces acting on the opposite side of the ship are added.

Når stabilisatoren er i drift, vil væskens bevegelse skaffe et opprettende moment som er i riktig faseforhold til de krefter som tilføres skipet. Hvis f.eks. bølgene søker å løfte den skips-side som ligger ved endepartiet 18, vil væsken i dette endeparti skaffe et moment som motvirker løftningen av skipssiden. Etter som skroget løftes, vil passasjene mellom ledeplatene og forbindelsesplatene motvirke væskestrømningen fra endepartiet 18 mot endepartiet 19. Når skipssiden ved endepartiet 18 befinner seg på toppen av sin løftebane, vil væsken begynne å strømme mot endepartiet 19. Væskens potensielle energi er størst når endepartiet befinner seg høyest. Den potensielle energi i væsken i dette endeparti vil om-dannes til kinetisk energi når væsken strømmer i retning mot endepartiet 19. Når skipet passerer normalstillingen, vil væsken frem-deles strømme i retning mot endepartiet 19, hvilket skyldes væskens kinetiske energi. På denne måte vil det oppsamles væske i endepartiet 19 som da søkes løftet av sjøkreftene. Ledeplatene og forbindelsesplatene vil da forsinke en umiddelbar reversering av væske-strømmen slik at væsken kan bidra til dannelse, av det opprettende moment. Prosessen vil fortsette så lenge sjøkreftene påvirker skroget og skipet ruller. When the stabilizer is in operation, the movement of the liquid will provide a creating moment which is in the correct phase relationship with the forces supplied to the ship. If e.g. the waves seek to lift the side of the ship which is at the end part 18, the liquid in this end part will provide a moment which opposes the lifting of the side of the ship. As the hull is lifted, the passages between the guide plates and the connection plates will oppose the flow of liquid from the end part 18 towards the end part 19. When the ship's side at the end part 18 is at the top of its lifting path, the liquid will start to flow towards the end part 19. The potential energy of the liquid is greatest when the end part is himself the loudest. The potential energy in the liquid in this end section will be converted into kinetic energy when the liquid flows in the direction towards the end section 19. When the ship passes the normal position, the liquid will still flow in the direction towards the end section 19, which is due to the liquid's kinetic energy. In this way, liquid will collect in the end part 19, which is then sought to be lifted by the forces of the sea. The guide plates and connecting plates will then delay an immediate reversal of the liquid flow so that the liquid can contribute to the creation of the generating torque. The process will continue as long as the sea forces affect the hull and the ship rolls.

Det er å forstå at vinkelen mellom ledeplatenes 2 0 to ele-menter kan varieres og at selve forbindelsen mellom disse elemen-ter enten kan danne en skarp vinkel eller kan være avrundet. Som vist på fig. 4 har ledeplatene 22 i det vesentlige bueformet tverrsnitt i horisontalplanet. Platenes antall kan også varieres. Ledeplatene og forbindelsesplatene skaffer tilstrekkelig dempning av . væskebevegelsen i tanken slik at stabilisatoren virker på riktig måte og uten at der dannes resonansfrekvenser som kan motvirke sta-biliserings virkningen . It is to be understood that the angle between the two elements of the guide plates 20 can be varied and that the actual connection between these elements can either form a sharp angle or can be rounded. As shown in fig. 4, the guide plates 22 have an essentially arched cross-section in the horizontal plane. The number of plates can also be varied. The guide plates and connection plates provide sufficient damping of . the liquid movement in the tank so that the stabilizer works in the right way and without resonance frequencies being formed that could counteract the stabilization effect.

Det er klart at stabilisatoren kan brukes også for stabilisering om andre av skipets akser. Dessuten kan stabilisatoren og-så brukes ved andre fartøyer enn skip som påvirkes ved den forstyr-rende bevegelse av medier som transporteres. It is clear that the stabilizer can also be used for stabilization about other of the ship's axes. In addition, the stabilizer can also be used on vessels other than ships that are affected by the disruptive movement of media being transported.

Det vil være klart at selve utførelsen av stabilisatoren kan varieres uten at oppfinnelsens ramme derved overskrides. Ledeplatenes tverrsnittsform kan f.eks. forandres ytterligere. It will be clear that the execution of the stabilizer itself can be varied without thereby exceeding the scope of the invention. The cross-sectional shape of the guide plates can e.g. change further.

Claims

1. Passive stabilization system for seagoing vessels consisting of a tank which is designed to contain a liquid with a free surface over the entire length of the tank and which is located transversely and extends a considerable distance away from the longitudinal center plane of the vessel and with essentially the same bottom level over the entire length and a height that is significantly higher than the liquid height that is necessary to achieve an eigenfrequency for the liquid that corresponds to the ship's roll frequency, characterized in that the middle part of the tank contains a number of elongated, vertical plates running in the transverse direction of the ship with approximately the same height as the tank's and which plates terminate a short distance from the tank's ends so that a side space without plates is formed at each end of the tank.

2.. Installation according to claim 1, characterized in that the plates limit several curved passages which change the direction of the flow.

3. Plant according to claim 2, characterized in that only the end parts of the plates are designed so that curved flow paths are provided.

4. Plant according to claim 3, characterized in that the end parts of the plates have a V-shaped or arc-shaped cross-section.

5. Plant according to claim 3 or 4, characterized in that the longitudinal walls of the tank between the side compartments have the same or similar shape as the plates.