DE102010009927B4

DE102010009927B4 - Method for regulating the flow resistance in a roll damping tank for ships

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Publication number: DE102010009927B4
Application number: DE201010009927
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: DE102010009927A1

Abstract

Verfahren zur Regelung des Strömungswiderstandes bei einem Rolldämpfungstank für Schiffe, bei dem mindestens eine Messeinrichtung Messwerte zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit einer in dem Rolldämpfungstank enthaltenen Flüssigkeit aufnimmt, die gemessenen Werte an einen Regler übermittelt werden, aus den Messwerten eine Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird, mindestens ein Stellglied durch den Regler angesteuert wird, wobei mit einer Verstellung des Stellgliedes der Strömungswiderstand in dem Rolldämpfungstank variiert wird, so dass der Strömungswiderstand linear mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit steigt.Method for regulating the flow resistance in a roll damping tank for ships, in which at least one measuring device records measured values to determine a flow rate of a liquid contained in the roll damping tank, the measured values are transmitted to a controller, from the measured values a flow rate is determined, at least one actuator the controller is controlled, the flow resistance in the roll damping tank being varied with an adjustment of the actuator, so that the flow resistance increases linearly with the flow rate of the liquid.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Strömungswiderstandes bei einem Rolldämpfungstank für Schiffe und einen Rolldämpfungstank für Schiffe.The present invention relates to a method for controlling the flow resistance in a roll damping tank for ships and a roll damping tank for ships.

Von den sechs Freiheitsgraden in denen ein Schiff im natürlichen Seegang Bewegungen macht, wird das Rollen (um seine Längsachse) häufig als besonders belastend empfunden. Rollwinkel können groß werden, weil die Bewegung um die Rollachse nur schwach bedämpft ist. Zwar wird wegen der Unregelmäßigkeit des anregenden Seegangs praktisch nie ein eingeschwungener Resonanz-Zustand erreicht, dennoch sind Rollwinkelausschläge bis über 45° möglich.Of the six degrees of freedom in which a ship makes movements in the natural sea state, rolling (around its longitudinal axis) is often perceived as particularly stressful. Roll angles can become large because the movement around the roll axis is only weakly damped. Although a steady state of resonance is practically never reached because of the irregularity of the stimulating seaway, rolling angle deflections of up to 45 ° are still possible.

Die Tatsache, dass selbst geringe Anregungen schon zu großen Rollbewegungen führen können, hat andererseits zur Folge, dass sich diese auch mit verhältnismäßig geringen Gegenkräften bekämpfen lassen. Von den mannigfachen Lösungen das Rollen zu ”stabilisieren”, haben sich dauerhaft nur zwei Techniken durchsetzen können, nämlich Flossen-Stabilisatoren (Fin Stabilizer) und Tank-Stabilisatoren (Tank Stabilizer, Anti-Rolling Tank, Rolldämpfungstank).On the other hand, the fact that even small stimuli can lead to large rolling movements means that they can be fought with relatively little counterforce. Of the multiple solutions to "stabilize" the roles, only two techniques have been able to establish themselves permanently, namely fin stabilizers and tank stabilizers (tank stabilizer, anti-rolling tank, roll damping tank).

Flossen-Stabilisatoren sind unter Wasser seitlich aus dem Schiffsrumpf hervorragende flossen- oder flügelartige Gebilde, deren Anstellwinkel relativ zur Strömung mit Hilfe hydraulischer Stellmotore sehr schnell verändert werden können. Flossen nutzen hydrodynamische Auftriebskräfte und sind deshalb nur bei Schiff in Fahrt wirksam.Fins stabilizers are under water laterally from the hull outstanding fins or wing-like structures whose angle of attack can be changed very quickly relative to the flow by means of hydraulic servo motors. Fins use hydrodynamic buoyancy forces and are therefore effective only when the ship is in motion.

Dagegen beruht die Arbeitsweise von Tank-Stabilisatoren auf dem gänzlich anderen physikalischen Prinzip der Schwingungstilgung, das sowohl aus der Technischen Mechanik als auch aus der Elektrotechnik bekannt ist. Es handelt sich dabei um zwei gekoppelte Schwinger: das rollende Schiff und die in einem querschiffs angeordneten Tanksystem hin- und herschwingenden Flüssigkeitsmassen. Diese im Idealfall zur Seegangsanregung gegenphasige Verlagerung von Gewichtskräften funktioniert auch dann, wenn das Schiff keine Fahrt macht. Im natürlichen, unregelmäßigen Seegang kommt es praktisch allerdings nie zu dem für Tilger optimalen eingeschwungenen Zustand.In contrast, the operation of tank stabilizers based on the entirely different physical principle of vibration damping, which is known from both the technical mechanics and from electrical engineering. These are two coupled oscillators: the rolling ship and the fluid masses oscillating in a transverse vessel. This, in the ideal case of sea-state excitation, in-phase shifting of weight forces will work even if the ship does not ride. In the natural, irregular sea state, however, it is practically never the case for the optimal steady state for absorbers.

U-förmige passive Rolldämpfungstanks weisen einen Strömungswiderstand auf, der wegen seines hydrodynamischen Charakters quadratisch mit der Geschwindigkeit ansteigt. Eine Folge dieses nichtlinearen Verhaltens ist, dass die rollreduzierende Wirkung sehr von der Höhe des auf das Schiff wirkenden Seegangs abhängt. Des Weiteren hat ein solcher Rolldämpfungstank unsichere Simulationsergebnisse zur Folge, wenn er in ein Vorhersageprogramm für Schiffsbewegungen eingebunden wird, das seine Berechnungen linear im Frequenzbereich durchführt.U-shaped passive roll damping tanks have a flow resistance that increases quadratically with speed because of its hydrodynamic nature. One consequence of this non-linear behavior is that the roll-reducing effect depends very much on the height of the sea-going effect on the ship. Furthermore, such a roll damping tank results in unsafe simulation results when incorporated into a ship motion prediction program that performs its linear-frequency calculations.

Aus der DE 227 135 A , die sich auf U-förmige Rolldämpfungstanks bezieht, ist bekannt, Absperr- oder Drosselorgane unterschiedlichster Art in den Wegen des Lüftaustauschs oberhalb der Seitentanks anzuordnen, um die Flüssigkeitsbewegung durch Drosselung der verdrängten Luft zu bremsen, insbesondere bei Annäherung an die Tankdecke.From the DE 227 135 A relating to U-shaped roll damping tanks is known to arrange shut-off or throttle bodies of various kinds in the ways of Lüftaustauschchs above the side tanks to slow the fluid movement by throttling the displaced air, especially when approaching the tank ceiling.

Ebenfalls für U-förmige Rolldämpfungstanks ist aus der DD 247 801 A3 ein Verfahren bekannt, einen Rolldämpfungstank trotz des Ausfalls der Steuer- und Regelorgane gefahrenlos passiv weiterzubetreiben, indem nur ein Teil der Steuer- und Regelorgane geschlossen wird, während die restlichen ständig geöffnet bleiben, sodass der Betrieb dann mit einer stark erhöhten, fest vorgegebenen Tankdämpfung erfolgt.Also for U-shaped roll damping tanks is from the DD 247 801 A3 a method known passively continue to propagate a rolling damping tank despite the failure of the control and regulatory bodies by only a part of the control and regulating organs is closed, while the remaining remain constantly open, so that the operation then takes place with a greatly increased, fixed predetermined tank damping ,

Ein Rolldämpfungstank hat konstruktiv unveränderliche Eigenschaften, wie z. B. Volumen, Eigenperiode oder Dämpfung. Er ist deshalb nur in einem eng begrenzten Bereich sich verändernder Schiffs- und Seezustände wirksam. Zur Verbesserung dieser Situation versuchen die bisher bekannten Steuerungen für U-förmige Rolldämpfungstanks, durch Verzögern der Tankwasserbewegung sowohl die Tankperiode scheinbar zu verlängern, als auch eine sogenannte ”90°-Phasenlage” zum Rollwinkelverlauf des Schiffs zu erzwingen. Diese wird willkürlich für alle Zustände als bestmöglich rollreduzierend definiert und durch stetige oder unstetige Eingriffe mit Steuerorganen im Bereich des Wassers oder der verdrängten Luft auch bei Anregung des Schiffs im unregelmäßigen Seegang angestrebt. Eine Nacheilung des Tankwassers zur Schiffsrollbewegung von 90° Phasenwinkel bzw. 1/4 der Tankeigenperiode tritt nur im eingeschwungenen Zustand mit harmonischer, sinus-förmiger Anregung bei Resonanz auf. Die ”90°-Phasenlage” ist im unregelmäßigen, natürlichen Seegang nicht definiert und deshalb als Zielsetzung ungeeignet.A roll damping tank has structurally immutable properties, such. B. volume, natural period or damping. It is therefore effective only in a narrow range of changing ship and sea conditions. To improve this situation, the previously known controls for U-shaped Rolldämpfungstanks trying to delay by delaying the tank water movement both the tank period apparently, as well as to enforce a so-called "90 ° phase position" to the roll angle course of the ship. This is arbitrarily defined for all states as best possible roll-reducing and strived for by steady or unsteady interventions with control organs in the water or the displaced air even when the ship in irregular sea state. A retardation of the tank water to the ship's rolling motion of 90 ° phase angle or 1/4 of the Tankeigenperiode occurs only in the steady state with harmonic, sinusoidal excitation at resonance. The "90 ° phase" is not defined in the irregular, natural sea state and therefore unsuitable as an objective.

Aus der DE 1 904 401 B2 ist ein Verfahren zur Regelung der Tankwasserfrequenz eines Rolldämpfungstanks bekannt, bei dem ein Luftabsperrorgan so geregelt wird, dass die Bewegung des Tankwassers dem auf das Schiff einwirkenden Seegangsmoment ein kompensierendes Moment entgegensetzt, wobei die Tankwassergeschwindigkeit frequenzgleich, aber in Phasenopposition zur Rollbewegung des Schiffs verläuft.From the DE 1 904 401 B2 a method for controlling the tank water frequency of a Rolldämpfungstanks is known in which a Luftabsperrorgan is controlled so that the movement of the tank water opposes the acting on the ship sea torque a compensating moment, the tank water speed frequency equal but in phase opposition to the rolling motion of the ship.

In der bekannten DE 1 282 506 A wird für U-förmige Rolldämpfungstanks ein Verfahren zur Angleichung der Tankeigenfrequenz an die seegangsbedingten Schiffsschwingungen beschrieben, welche mit Hilfe einer Verstellvorrichtung durch Variation des freien Querschnitts des Flüssigkeitsquerkanals bewirkt werden soll. Dabei hat ein aus der Geschwindigkeit der Tankflüssigkeit und dem Schiffsrollwinkel oder seiner zeitlichen Ableitungen gewonnenes Stellsignal einen Resonanzzustand mit 90° Phasenverschiebung zwischen Schiffsrollwinkel und Tankwasserwinkel zum Ziel. Der natürliche hydrodynamische Charakter der Tankdämpfung bleibt erhalten, da die quadratische Abhängigkeit des Strömungswiderstands von der Geschwindigkeit weiterbesteht.In the known DE 1 282 506 A For U-shaped Rollausämpfungstanks a method for matching the Tankeigenfrequenz to the Described seaborne ship vibrations, which is to be effected by means of an adjustment by varying the free cross section of the liquid transverse channel. In this case, a control signal obtained from the speed of the tank liquid and the ship's roll angle or its time derivatives has a resonance state with a 90 ° phase shift between ship's roll angle and tank water angle. The natural hydrodynamic character of the tank damping is maintained because the quadratic dependence of the drag on the velocity persists.

Aus der DE 1 916 587 A ist ein U-förmiger Rolldämpfungstank bekannt, dessen Flüssigkeitsquerkanal in mehrere Teilkanäle aufgeteilt ist, die einzeln abgesperrt werden können, wodurch sich der freie Überströmquerschnitt und damit die Tankflüssigkeitsfrequenz in Stufen verändern lässt, Die Auswahl der Frequenzen erfolgt auf Grund von Stellsignalen, die aus der Geschwindigkeit der Tankflüssigkeit und dem Schiffsrollwinkel gewonnen werden und die den Zustand der Resonanz zwischen der Bewegung der Tankflüssigkeit und der des Schiffs anstreben. Der natürliche hydrodynamische Charakter der Tankdämpfung wird von dem Verfahren nicht beeinflusst.From the DE 1 916 587 A a U-shaped roll damping tank is known, the liquid transverse channel is divided into several sub-channels, which can be shut off individually, whereby the free overflow and thus the Tankflüssigkeitsfrequenz can be changed in stages, the selection of frequencies is due to control signals, the speed the tank liquid and the ship's roll angle are obtained and which aim at the state of resonance between the movement of the tank liquid and that of the ship. The natural hydrodynamic character of the tank damping is not affected by the process.

Die bekannte DD 83 075 A5 betrifft Rolldämpfungstanks mit mechanischen Regelorganen (wie z. B. Klappen, Schieber, Lochplatten) zur Einstellung sowohl der Frequenz der Tankwasserschwingung, als auch für deren Dämpfung. Dabei sollen dem Optimum nahekommende Einstellungen der Regelorgane vom Kapitän durch Probieren dann als gefunden gelten, wenn die Tankflüssigkeit mit den Schiffsbewegungen in Resonanz liegt, d. h. wenn die Flüssigkeit der Schiffsrollbewegung um eine Viertelperiode nacheilt. Ungeachtet der Erkenntnis, dass dieser Zustand im unregelmäßigen, natürlichen Seegang nicht definiert und deshalb als Zielsetzung ungeeignet ist, besteht der nichtlineare Charakter der Dämpfung unabhängig von deren Einstellung weiter.The well-known DD 83 075 A5 relates to roll damping tanks with mechanical control elements (such as flaps, slides, perforated plates) for adjusting both the frequency of the tank water vibration, and for their damping. In this case, the optimum approaching adjustments of the governing organs by the master should be considered as having been found when the tank liquid is in resonance with the ship movements, ie when the liquid of the ship rolling movement lags by a quarter period. Notwithstanding the knowledge that this state is not defined in the irregular, natural sea state and therefore unsuitable as an objective, the nonlinear nature of the damping continues to exist regardless of its setting.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den unregelmäßigen, natürlichen Seegang ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Rolldämpfungstanks sowie einen verbesserten Rolldämpfungstank zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide for the irregular, natural sea state an improved method for operating a Rolldämpfungstanks and an improved roll damping tank.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung des Strömungswiderstandes bei einem Rolldämpfungstank für Schiffe mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a method for regulating the flow resistance in a roll damping tank for ships with the features of claim 1. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nimmt mindestens eine Messeinrichtung Messwerte zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit einer in dem Rolldämpfungstank enthaltenen Flüssigkeit auf. Die gemessenen Werte werden an einen Regler übermittelt und aus diesen wird eine Strömungsgeschwindigkeit errechnet. Der Regler steuert mindestens ein Stellglied an, wobei mit einer Verstellung des Stellgliedes der Strömungswiderstand in dem Rolldämpfungstank variiert wird. Das Stellglied wird so geregelt, dass der Strömungswiderstand linear mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit steigt.In the method according to the invention, at least one measuring device receives measured values for determining a flow velocity of a liquid contained in the roll damping tank. The measured values are transmitted to a controller and from these a flow velocity is calculated. The regulator controls at least one actuator, wherein with an adjustment of the actuator, the flow resistance in the roll damping tank is varied. The actuator is controlled so that the flow resistance increases linearly with the flow rate of the liquid.

Mit der Verstellung des Stellgliedes wird der Strömungswiderstand an dem Stellglied und damit auch der resultierende Strömungswiderstand in dem Rolldämpfungstank geregelt.With the adjustment of the actuator, the flow resistance on the actuator and thus also the resulting flow resistance in the roll damping tank is controlled.

Der Rolldämpfungstank ist ein U-förmiger Tank, der aus der Schwingungslehre als Flüssigkeitspendel bekannt ist. Ein solches Flüssigkeitspendel gehorcht den dort abgeleiteten Gesetzen, insbesondere also einer Schwingungsgleichung zweiter Ordnung (Masse-Dämpfer-Feder) mit ausgeprägter Resonanz. Wie bei allen auf hydrodynamischen Grundlagen beruhenden Systemen beherrschen nichtlineare Dämpfungskräfte das Schwingungsverhalten. Maßgeblich sind die Druckverluste infolge der hohen Wassergeschwindigkeit im Verbindungskanal, die in einem vollen Schwingungszyklus alle Werte inklusive Strömungsumkehr durchläuft. Es lässt sich aus der Bernoulli'schen Gleichung herleiten, dass der Strömungswiderstand quadratisch von der Geschwindigkeit abhängt. Dementsprechend ist die Widerstandskennlinie eine Parabel mit Vorzeichenwechsel im Nullpunkt (bei Strömungsumkehr).The roll damping tank is a U-shaped tank known from vibration theory as a liquid shuttle. Such a liquid pendulum obeys the laws derived there, in particular a second-order oscillation equation (mass-damper-spring) with pronounced resonance. As with all systems based on hydrodynamic principles, nonlinear damping forces dominate the vibration behavior. Decisive are the pressure losses due to the high water velocity in the connecting channel, which undergoes all values including flow reversal in a full oscillation cycle. It can be deduced from Bernoulli's equation that the flow resistance depends quadratically on the velocity. Accordingly, the resistance characteristic is a parabola with zero sign change (in the case of flow reversal).

Der Strömungswiderstand des erfindungsgemäßen Tanks wird so geregelt, dass seine Schwingungsgleichung einen konstanten Dämpfungskoeffizienten hat. Dies geschieht, indem das mindestens eine Stellglied einen zusätzlichen Widerstand bildet, der so durch den Regler variiert wird, dass der resultierende Widerstand des Rolldämpfungstanks mit konstanter Steigung zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Tank wächst. Der parabelförmige Widerstandsverlauf des ungeregelten Tanks führt dagegen zu einem proportional mit der Geschwindigkeit anwachsenden Dämpfungskoeffizienten.The flow resistance of the tank according to the invention is controlled so that its oscillation equation has a constant damping coefficient. This is done by the at least one actuator forming an additional resistance that is varied by the regulator such that the resulting resistance of the rolling damping tank grows at a constant slope to the flow rate of the liquid in the tank. By contrast, the parabolic resistance profile of the uncontrolled tank leads to a damping coefficient increasing proportionally with the speed.

Die Dämpfungskräfte des ungeregelten Tanks sind also nichtlinear und lassen sich deshalb nicht an einem Arbeitspunkt linearisieren. Kleine Wasserbewegungen sind sehr schwach bedämpft, während große Bewegungen mit Ausschlägen, die etwa die volle Tankhöhe ausschöpfen (”Sättigung”), wesentlich starker bedämpft sind. Zu keinem Zeitpunkt stellt sich im Tank ein stationärer Zustand ein, so dass die Strömung praktisch immer als turbulent anzusehen ist, auch wenn ihre Geschwindigkeit bei Richtungsumkehr vorübergehend Null wird.The damping forces of the uncontrolled tank are thus non-linear and therefore can not be linearized at one operating point. Small water movements are damped very weak, while large movements with rashes, which exhaust about the full tank height ("saturation"), are much more damped. At no time does a stationary state occur in the tank, so that the flow is almost always considered to be turbulent, even if its speed temporarily becomes zero when the direction is reversed.

Die strenge Nichtlinearität der Dämpfung verbietet die Definition einer Dämpfungskonstanten. Durch Simulation im Zeitbereich lässt sich nämlich zeigen, dass die Stabilisierungswirkung sehr von der Intensität der Anregung abhängt, dass es sich also tatsächlich um ein nichtlineares System handelt. The strict non-linearity of the attenuation prohibits the definition of a damping constant. By simulating in the time domain, it can be shown that the stabilization effect depends very much on the intensity of the excitation, so that it is actually a nonlinear system.

Die historische lineare Behandlung der Tanks führt allerdings zu der sehr bedeutsamen Erkenntnis, dass es tatsächlich eine ”optimale” Dämpfungskonstante gibt, sobald erst die Tankabmessungen festliegen. Diese Dämpfung deckt ein breites Band von Rollperioden ab und ist optimal in Bezug auf die Reduzierung sowohl von Rollwinkelausschlägen, als auch von Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung des Schiffs.The historical linear treatment of the tanks, however, leads to the very significant realization that there is indeed an "optimal" damping constant as soon as the tank dimensions are fixed. This damping covers a broad range of roll periods and is optimal in reducing both roll angle excursions, as well as angular velocity and angular acceleration of the ship.

In der Literatur für Rolldämpfungstanks auf. Schiffen wird für harmonische, sinusförmige Schwingungen ein optimaler Wert der Strömungsdämpfung hergeleitet, bei dem die Größtwerte von Rollwinkel, Rollgeschwindigkeit und Rollbeschleunigung in einer Spanne von Rollperioden gleichermaßen gering bleiben. Die Herleitung setzt eine lineare Dämpfung voraus. Die erfindungsgemäße Regelung des Strömungswiderstandes, die bei dem Rolldämpfungstank eine lineare Dämpfung herstellt, erlaubt es, dass die für lineare Systeme hergeleitete Dämpfung auch auf das Verhalten im natürlichen, unregelmäßigen Seegang angewendet werden kann. Die Frage nach einer optimalen Tanksteuerung ist damit beantwortet. Weiterhin kam ein Rolldämpfungstank mit erfindungsgemäß linear geregelter Dämpfungskennlinie mit einem Großteil der Vorhersageprogramme für Schiffsbewegungen verwendet werden, da die meisten Programme eben eine lineare Differenzialgleichung voraussetzen.In the literature for roll damping tanks on. For harmonic, sinusoidal oscillations, vessels are derived an optimum value of flow damping, where the maximum values of roll angle, roll speed and roll acceleration remain equally low in a range of roll periods. The derivation presupposes a linear attenuation. The regulation according to the invention of the flow resistance, which produces linear damping in the roll damping tank, makes it possible for the damping derived for linear systems to also be applied to the behavior in the natural, irregular sea state. The question of an optimal tank control is answered. Furthermore, a roll damping tank with inventively linearly controlled damping characteristic was used with a large part of the prediction programs for ship movements, since most programs presuppose a linear differential equation.

Die Aufgabe wird ferner durch einen Rolldämpfungstank mit den Merkmalen aus Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.The object is further achieved by a roll damping tank with the features of claim 8. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Der Rolldämpfungstank für Schiffe weist mindestens eine Messeinrichtung zur Aufnahme von Messwerten zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit einer in dem Rolldämpfungstank enthaltenen Flüssigkeit auf. Ferner ist mindestens ein Stellglied zur Variation eines Strömungswiderstandes in dem Rolldämpfungstank vorgesehen, das durch einen Regler ansteuerbar ist. Der Regler ist so ausgebildet, dass er das mindestens eine Stellglied derart ansteuert, dass der Strömungswiderstand linear mit der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit steigt.The roll damping tank for ships has at least one measuring device for taking measured values for determining a flow velocity of a liquid contained in the roll damping tank. Furthermore, at least one actuator for varying a flow resistance in the roll damping tank is provided, which can be controlled by a controller. The regulator is designed such that it controls the at least one actuator such that the flow resistance increases linearly with the flow velocity of the liquid.

Bevorzugt ist die Messeinrichtung ein in einem Verbindungskanal des Rolldämpfungstanks angeordneter Strömungssensor, da sich so die Strömungsgeschwindigkeit der Tankflüssigkeit auf einfachste Weise ermitteln lässt. Es sind jedoch auch Druckmessungen in dem Tank und Messungen des Rollwinkels des Schiffes denkbar, aus denen sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmen lässt. Auch eine Messung der Strömungsgeschwindigkeit der in dem Tank vorhandenen und durch die Bewegung der Tankflüssigkeit verdrängten Luft ist möglich.Preferably, the measuring device is a flow sensor arranged in a connecting channel of the rolling damping tank, since in this way the flow velocity of the tank liquid can be determined in the simplest manner. However, pressure measurements in the tank and measurements of the roll angle of the vessel are also conceivable, from which the flow velocity of the liquid can be determined. It is also possible to measure the flow velocity of the air present in the tank and displaced by the movement of the tank liquid.

Bevorzugt ist das Stellglied in einem Luftkanal des Rolldämpfungstanks angeordnet. Dies erleichtert die Wartung und ggf. den Austausch des Stellgliedes.Preferably, the actuator is arranged in an air passage of the roll damping tank. This facilitates the maintenance and, if necessary, the replacement of the actuator.

Das mindestens eine Stellglied kann stetig oder unstetig steuerbar sein. Ein stetig steuerbares Stellglied erlaubt eine kontinuierliche Variation des Strömungswiderstandes und damit des Gesamtströmungswiderstandes. Aber auch eine Kombination mehrerer unterschiedlich großer Stellglieder, die unstetig steuerbar sind, ist denkbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Stellglied ein Regelventil. Hierbei kann es sich bevorzugt um eine Drosselklappe handeln.The at least one actuator can be continuously or discontinuously controllable. A continuously controllable actuator allows a continuous variation of the flow resistance and thus the total flow resistance. But even a combination of several different sized actuators that are unsteady controllable, is conceivable. In a preferred embodiment, the actuator is a control valve. This may preferably be a throttle valve.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rolldämpfungstanks wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.A preferred embodiment of the roll damping tank according to the invention will be explained in more detail with reference to the following figure.

1 zeigt perspektivisch einen erfindungsgemäßen Rolldämpfungstank. 1 shows in perspective a roll damping tank according to the invention.

Der in 1 dargestellte Rolldämpfungstank 10 für Schiffe ist als U-förmiger Tank ausgelegt und weist einen ersten Seitentank 11 und einen zweiten Seitentank 12 auf, die jeweils an einem unteren Ende entlang ihrer gesamten Länge über einen flachen Verbindungskanal 13 wie kommunizierende Gefäße miteinander verbunden sind. Die Seitentanks 11, 12 sind an oberen Enden über einen Luftkanal 20 miteinander verbunden. Der Rolldämpfungstank 10 ist etwa zur Hälfte mit Wasser 14 gefüllt. Seine Abmessungen, insbesondere sein Volumen ist von den Eigenschaften der Schiffe abhängig, in denen der Rolldämpfungstank 10 Verwendung findet. Seine Füllmenge kann bei großen Schiffen mehr als 100 t betragen.The in 1 illustrated roll damping tank 10 for ships is designed as a U-shaped tank and has a first side tank 11 and a second side tank 12 on, each at a lower end along its entire length via a flat connecting channel 13 how communicating vessels are connected. The side tanks 11 . 12 are at upper ends via an air duct 20 connected with each other. The roll damping tank 10 is about halfway with water 14 filled. Its dimensions, in particular its volume, depends on the characteristics of the vessels in which the roll damping tank 10 Use finds. Its capacity can be more than 100 t for large ships.

Die Seitentanks 11, 12, der Verbindungskanal 13 und der Luftkanal 20 bilden einen geschlossenen Wasser-Luft-Strömungskreislauf. Wenn das Schiff und damit der Rolldämpfungstank 10 durch Seegang rollt, d. h. um seine Längsachse schwingt, strömt das Wasser durch die Schwerkraft getrieben durch den Verbindungskanal 13. Beispielsweise sinkt der Wasserspiegel 16 in dem zweiten Seitentank 12 während der Wasserspiegel 15 in dem ersten Seitentank 12 entsprechend steigt. Die verdrängte Luft fließt dabei in entgegengesetzter Richtung durch den Luftkanal 20.The side tanks 11 . 12 , the connection channel 13 and the air duct 20 form a closed water-air flow circuit. When the ship and thus the roll damping tank 10 rolling through the sea, that is vibrating about its longitudinal axis, the water flows through the connecting channel driven by gravity 13 , For example, the water level drops 16 in the second side tank 12 while the water level 15 in the first side tank 12 increases accordingly. The displaced air flows in the opposite direction through the air duct 20 ,

In dem Verbindungskanal 13 ist ein Strömungssensor 18 zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 14 angeordnet. Die Messsignale des Strömungssensors 18 werden an einen Regler 36 weitergegeben. In dem Luftkanal 20 ist ein stetig steuerbarer Strömungswiderstand in Form eines Regelventils 21 angeordnet, das ebenfalls mit dem Regler 36 verbunden ist. Auf Basis der gemessenen Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 14 steuert der Regler 36 das Regelventil 21 an, um so den Strömungswiderstand zu beeinflussen. Ziel ist es, dass der Regler 36 das Regelventil 21 so regelt, dass der Gesamtströmungswiderstand des Systems linear mit der Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, d. h. dem System eine lineare Dämpfung aufgezwungen wird. Bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit im Verbindungskanal 13 ist die natürliche Dämpfung im Rolldämpfungstank 10 gering und das Regelventil 21 gibt zur Erhöhung der Dämpfung eine kleine Öffnung mit hohem Strömungswiderstand frei. Ein vollständiges Verschließen des Regelventils 21 bei einer Strömungsgeschwindigkeit von Null, wie es bei einer Strömungsumkehr vorkommt oder bei extrem ruhiger See vorkommen kann, kann durch Vorgaben an den Regler 36 oder durch einen Anschlag im Regelventil 21 verhindert werden. Bei zunehmender Strömungsgeschwindigkeit wird das Regelventil 21 durch den Regler 36 weiter geöffnet, da dann nur kleine oder gar keine zusätzlichen Widerstände nötig sind. Diese Regelschleife zwingt den sonst quadratisch von der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Strömungswiderstand in eine lineare Abhängigkeit.In the connection channel 13 is a flow sensor 18 for measuring the flow velocity of the water 14 arranged. The measuring signals of the flow sensor 18 be to a controller 36 passed. In the air duct 20 is a continuously controllable flow resistance in the form of a control valve 21 arranged, also with the regulator 36 connected is. Based on the measured flow velocity of the water 14 the controller controls 36 the control valve 21 so as to influence the flow resistance. The goal is that the controller 36 the control valve 21 so that the overall flow resistance of the system increases linearly with flow velocity, ie, imposing linear damping on the system. At low flow velocity in the connection channel 13 is the natural damping in the roll damping tank 10 low and the control valve 21 gives a small opening with high flow resistance to increase the damping. A complete closing of the control valve 21 at a flow rate of zero, as it occurs in a flow reversal or can occur in extremely calm sea, can by specifications to the controller 36 or by a stop in the control valve 21 be prevented. As the flow rate increases, the control valve becomes 21 through the regulator 36 opened further, because then only small or no additional resistances are necessary. This control loop forces the otherwise quadratically dependent on the flow velocity flow resistance in a linear dependence.

Claims

Method for regulating the flow resistance in a roll damping tank ( 10 ) for ships, where: • at least one measuring device ( 18 ) Measurements for determining a flow velocity of a in the roll damping tank ( 10 ) contained liquid ( 14 ), • the measured values to a controller ( 36 ), • a flow velocity is determined from the measured values, • at least one actuator ( 21 ) through the regulator ( 36 ), wherein with an adjustment of the actuator ( 21 ) the flow resistance in the roll damping tank ( 10 ) is varied so that the flow resistance is linear with the flow velocity of the liquid ( 14 ) increases.

Method according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 18 ) a flow sensor ( 18 ), which stores the measured values in a connecting channel ( 13 ) of the roll damping tank ( 10 ).

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one actuator ( 21 ) in an air duct ( 20 ) of the roll damping tank ( 10 ) is arranged.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one actuator is a control valve ( 21 ).

Method according to claim 4, characterized in that the control valve ( 21 ) is a throttle valve.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the actuator ( 21 ) is constantly controlled.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the actuator ( 21 ) is discontinuously controlled.

Roll damping tank ( 10 ) for ships, with • at least one measuring device ( 18 ) for taking measurements for determining a flow velocity of a in the roll damping tank ( 10 ) contained liquid ( 14 ) and • at least one by a controller ( 36 ) controllable actuator ( 21 ) for varying a flow resistance in the roll damping tank ( 10 ), whereby the controller ( 36 ) is designed so that it depends on the determined flow rate, the at least one actuator ( 21 ) so that the flow resistance is linear with the flow velocity of the liquid ( 14 ) increases.

Roll damping tank according to claim 8, characterized in that the measuring device ( 18 ) in a connection channel ( 13 ) of the roll damping tank ( 10 ) arranged flow sensor ( 18 ).

Roll damping tank according to claim 8 or 9, characterized in that the at least one actuator ( 21 ) in an air duct ( 20 ) of the roll damping tank ( 10 ) is arranged.

Roll damping tank according to one of claims 8 to 10, characterized in that the at least one actuator is a control valve ( 21 ).

Roll damping tank according to claim 11, characterized in that the control valve ( 21 ) is a throttle valve.

Roll damping tank according to one of claims 8 to 12, characterized in that the actuator ( 21 ) is continuously controllable.

Roll damping tank according to one of claims 8 to 12, characterized in that the actuator ( 21 ) is discontinuously controllable.