DE2810021A1

DE2810021A1 - Schwimmender turm

Info

Publication number: DE2810021A1
Application number: DE19782810021
Authority: DE
Inventors: Georges Mougin
Original assignee: Iceberg Transport International ITI Ltd
Current assignee: Iceberg Transport International ITI Ltd
Priority date: 1977-09-26
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS5457786A; FR2403931A1; GB2009693A

Description

Iceberg Transport International (ITI) Ltd. 43, avenue de Friedland

F- 75oo8 PAEIS

Schwimmender Turm

Die Erfindung bezieht sich auf einen schwimmenden Turm zum Einsatz auf hoher See, insbesondere einen solchen, dessen vertikale Auf- und Abbewegungen geringer sind, als die Amplitude der vertikalen Bewegungen der Meeresoberfläche.

Die Meeresoberfläche befindet sich in einer ständigen Bewegung, welche als Wellengang oder Dünung eingestuft werden kann. Man sagt, eine ideale Dünung ist gekennzeichnet durch eine Fortpflanzungsrichtung, eine Periode, eine Wellenlänge, eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit und eine Wellenhöhe bzw. Tiefe, welche der vertikale Abstand zwischen Wellenkamm und Wellental ist und welche 1o m erreichen kann. Mit anderen Worten, in Bezug auf einen feststehend im Meer angeordneten Körper ist die Höhe der Dünung die Differenz zwischen einem momentanen höchsten Niveau .des Wassers und seinem niedrigsten Niveau. Auf hoher See trifft man jedoch häufig die Überlagerung von Dünungen verschiedener Längen und verschiedener Geschwindigkeiten an, wobei man das Phänomen der Wellenüberlagerung mit dem Ausdruck "SekundärdUnung " bezeichnet und welche eins entsprechende Berücksichtigung bei der Konstruktion schwimmender Türme ausschließt. Wenn auch 12 bis 15 m übersteigende Dünungen selten sind und wenn auch die größte bisher bekanntgewordene Welle eine Höhe von annähernd 3o m erreicht hat, so müssen doch nichts destoweniger die wichtigsten Dünungen bei der Konstruktion schwimmender Türme in Betracht gezogen werden.

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Ein auf hoher See befindlicher Schwimmkörper ist somit Bewegungen unterworfen, die durch die Bewegung der Meeresoberfläche verursacht werden und sich sowohl als Vertikale sowie auch als Neigungsbewegungen darstellen. Die Amplitude vertikaler Bewegungen schwimmender Körper stimmt in ihrer Größenordnung mit derjenigen der Dünung überein und ist und ändert sich häufig mit dieser. Daher ist das Anwachsen eines Auftriebsstoßes auf den Schwimmkörper eine Folge des momentan in Bezug auf die Eintauchtiefe des Schwimmkörpers während der Pausen stark erhöhten Niveaus des Meeresspiegels, wie auch die Verminderung des Auftriebsstoßes eine Folge des momentan in Bezug auf die Ebene der Eintauchtiefe des Schwimmkörpers während der Pause sehr niedrigen Wasserspiegels ist.

Um die Amplitude der Bewegungen von Schwimmkörper in Bezug auf die Bewegung der Meeresoberfläche zu begrenzen, ist es notwendig, daß die momentanen Veränderungen des Meeresspiegels Veränderungen des Auftriebes des Schwimmkörpers erzeugen, die nicht mehr als einen geringen Teil des seiner gesamten Masse entsprechenden Gesamtauftriebes des Schwimmkörpers ausmachen. Im wesentlichen folgt daraus, daß das im Meer eingetauchte Volumen des Schwimmkörpers einerseits möglichst von der Meeresoberfläche entfernt sein soll und andererseits das horizontale Niveau der Eintauchtiefe minimal sein muß.

Es ist bekannt, daß ein vertikaler Stab, der sog. Froudsche Stab, dessen Durchmesser und damit dessen horizontale Eintauchfläche in Bezug auf seine Länge gering ist, diesem Prinzip entspricht, da Sas eingetauchte Volumen von der Wasseroberfläche entfernt ist. Desgleichen entsprechen SchwimmgerUste oder schwimmende Plattformen, wie sie für Unterseebohrungen verwendet werden diesem Prinzip. Bei diesen Konstruktionen ist der Hauptteil ihres Auftriebsvolumens unterhalb der Wasseroberfläche konzentriert und durch im wesentlichen vertikal ausgerichtete Zylinder mit einem in Bezug auf die gesamte Bewegung geringen Volumens gebildet. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß in diesem Fall der Durchmesser im Bereich der Linie ihrer Eintauchtiefe

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minimal ist, um eine minimale Oberfläche zu erreichen.

Ausgehend von den vorgenannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde einen auf hoher See einsetzbaren Schwimmturm zu schaffen, der in Bezug auf die maximale Amplitude der Dünung oder der Veränderung der Höhe der Meeresoberfläche folgenden technischen Bedingungen entspricht:

Die Amplitude der vertikalen Bewegungen des Turmes liegt unterhalb 2ο $;

die eingetauchte Höhe des Turmes unterschreitet 15o $ nicht;

die den Meeresspiegel überragende Höhe des Turmes soll auf 33 % zurückgeführt sein;

die Gesamthöhe ist unterhalb 2oo$.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schwimmturmkonstruktion gelöst, welche oberhalb eines Ringes von Auftriebshohlräumen, welche eine pneumatische Stoßdämpferkammer umschließen, eine Anza.hl von zylindrischen Abweisringen für das Meerwasser vorgesehen ist,und welche in ihrem unteren Bereich eine Beschwerung aufweist. Im Gegensatz zu den nach dem Prinzip des Proudschen Stabes konstruierten Bojen, welche in dem der Dünung ausgesetzten Bereich eine Zone verringerten Durchmessers aufweisen, besitzt der schwimmende Turm gemäß der vorliegenden Erfindung über seine gesamte Höhe hin einen gleichen Durchmesser. Diese Tatsache ermöglicht es auch solche Schwimmtürme Seite an Seite anzuordnen, um einen beruhigten, windgeschützten Meeresteil zu schaffen. Im einzelnen sieht die Erfindung vor, daß die Abweisringe aufeinander gestellt, oberhalb eines Kranzes von Auftriebskörpern bis zu einer Höhe der maximalen Dünungsamplitude angeordnet sind. Die Erzeugenden der zylindrischen Ringe ist eine Epicycloidkurve. Diese Form der Abweisringe bewirkt eine Verringerung der Energie der Dünung und der Wellen in dem sie deren horizontale Impulse in eine vertikale, nach oben gerichtete Bewegung umwandelt.

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Diese Konstruktion entfernt sich vollständig von den herkömmlichen lösungen, die in der Verwendung eines Netzes, dessen Öffnungen die anlaufenden Wellen "brechen soll, besteht, damit diese anlaufenden Wellen nicht als geschlossene Mauer aufprallen, wie dies bei Bohrinseln oder dergl. der Fall sein kann. Der erfindungsgemäße Schwimmturm ist daher gegen den Angriff von Wellen ausserordentlich unempfindlich. Im allgemeinen ist der erfindungsgemäße Schwlmraturm zwar in vertikaler, nicht jedoch in horizontaler Richtung durchlässig, da das obere Ende eines Abweisringcs . wesentlichen auf der gleichen Ebene angeordnet ist, auf der das untere Ende des unmittelbar darüber angeordneten Abweisringes liegt. Da der Durchmesser des unteren Randes eines Abweisringes wesentlich größer ist, als der obere Rand, kann andererseits der Innenraum des Schwimmturmes mit dem Meer frei kommunizieren, wodurch eine Entleerung des darin enthaltenen Meerwassers stattfindet, wenn das momentane Niveau des Meeresspiegels absinkt. Vertikale Verstärkungen halten die Abweisringe in dem gewünschten Abstand voneinander.

Unterhalb des durch die aufeinander geschichteten Abweisringe gebildeten Zylinder sind ringförmig Auftriebshohlräume angeordnet. Diese Auftriebshohlräume, von denen wenigstens 8 verwendet werden, sind teilweise mit Luft gefüllt und in Kranzform an der Umfangsfläche des Turmes angeordnet. Daher ist jeder Hohlraum zwischen zwei anderen Hohlräumen angeordnet. In Folge der Tatsache, daß sie im Meer untergetaucht sind, sind diese Auftriebshohlräume einem äusseren Druck von mehreren Bar ausgesetzt, so daß es sich empfiehlt, eine durch das Material, aus dem sie gebildet sind, bestimmte bombierte Form zu geben. Soweit ihre konvexen Flächen dem Wasser zugewandt sind, sind diese aus einem hochdruckfesten Material, beispielsweise Beton, während ihre der Luftfüllung zugewandten konvexen Flächen aus einem vorzugsweise oder ausschließlich hochdruckfesten Material bestehen. Die Auftriebshohlräume können zur Regulierung der Eintauchtiefe und der Grleichgewichtsausrichtung des Turmes Meerwasser

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aufnehmen. Im Innern der Auftriebshohlräume sind einerseits Trennwände angeordnet, um die Bewegungen des Meerwassers zu dämpfen und ist andererseits ein System zum Einlassen und Entfernen des Meerwassers vorgesehen. Die in den Auftriebshohlräumen enthaltene Luft kann unter Druck stehen, um deren Wandungen teilweise von dem von aussen her wirkenden Wasserdruck zu entlasten.

Das Zentrum des Ringes von Auftriebshohlkörpern ist durch eine auf diesen aufliegende, wasserdichte horizontale Wand übergriffen, welche einen v/eiteren glockenförmigen, in seinem oberen Teil mit Luft, in seinem ο iteren Teil mit Wasser gefüllten Auftriebshohlraum begrenzt, dessen Umfangswandungen durch die Wandungen der ringförmig angeordneten Auftriebshohlräume gebildet sind, wobei die innenliegenden Wandungen der ringförmig angeordneten Auftriebshohlräume im wesentlichen zu deren aussenliegenden, dem Wasserdruck ausgesetzten Wandungen angeordnet sind. Eine verschließbare Öffnung in der horizontalen Wandung, welche den glockenförmigen Auftriebshohlraum nach oben hin verschließt, gestattet es, die Höhe des dort eingeschlossenen Luftvolumens, welches die Schwimmfähigkeit der Turmeinheit unterstützt, einzustellen. Die im glockenförmigen Auftriebshohlraum befindliche Luft steht natürlicherweise unter einem der Eintauchtiefe des Schwimmturmes entsprechenden Druck, wobei dieser Druck gleich ist dem Gewicht einer Wassersäule, deren Höhe dem unterschied zwischen dem augenblicklichen Wasserspiegel und der Höhenlage der Grenzschicht zwischen dem Meer und der Luft im Innern des glockenförmigen Auftriebshohlraumes entspricht. Durch eine eine momentane Erhöhung des Wasserspiegels in Bezug auf das ruhige Wasser bewirkende Dünung wird ein Ansteigen der Wassersäule und damit ein Anwachsen des Druckes in dem glockenförmigen Auftriebshohlraiim ausgelöst, welcher eine Verringerung des in diesem Auftriebshohlraum befindlichen Luftvolumens bewirkt. Diese Volumensverringerung hat eine Verringerung der Schwimmfähigkeit des Turmes zur Folge und gleicht daher den durch die momentane Anhebung des Wasserspiegels bewirkten zusätzlichen Auftrieb durch eine Vergrößerung des untergetauchten Volumens auB. Insgesamt erfährt der weiter eingetauchte Turm daher einen im wesent-

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lichen konstanten Auftrieb und vermeidet jede Tendenz sich entsprechend dem momentanen Anheben des Wasserspiegels gleichfalls anzuheben.

Umgekehrt wird beim Absinken des momentanen Wasserspiegels auf das Niveau des ruhigen Meeres die Höhe der Wassersäule, mit deren Gewicht die Luft im glockenförmigen Auftriebshohlraum belastet ist, verringert, was zwangsweise zu einer Vergrößerung des Luftvolumens im glockenförmigen Hohlraum und damit zu einem anwachsenden Auftrieb führt, welcher die Verringerung des insgesamt eingetauchten Volumens ausgleicht. Der Schwimmturm erfährt auch hierbei einen im wesentlichen konstanten Auftrieb und vermeidet jede Tendenz zum Absinken entsprechend dem Absinken des momentanen Wasserspiegels. Damit sich die Veränderung des in dem glockenförmigen Auftriebshohlraumes enthaltenen Luftvolumens und die Veränderung des eingetauchten Volumens im Bereich der Linie der Eintauchtiefe wenigstens teilweise ausgleichen, müssen das Luftvolumen und das Wasservolumen die gleiche Größenordnung aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Höhe der im glockenförmigen Auftriebshohlraum enthaltenen Luft in der Weise begrenzt, daß sich die Veränderung ihrer Höhe in Bezug auf die entsprechende Veränderung des momentanen Wasserspiegels ebenso darstellt, wie die Veränderung der eingetauchten horizontalen Flächen im Bereich der Linie der Eintauchtiefe des Schwimmturmes zu der horizontalen Grenzschicht zwischen dem Meerwasser und der Luft im Innern des glockenförmigen Auftriebshohlraumes. Unterhalb des Ringes der Auftriebshohlräume ist eine in Umfangsrichtung wasserdichte zj/lindrische Wandung angeordnet, welche ein Wasservolumen aufnimmt, das seinerseits einen Ballast bildet und eine tiefe Lage des Schwerpunktes des Schwimmturmes gewährleistet. An ihrem Aussenumfang ist die zylindrische Wandung mit horizontalen und vertikalen Verstärkungen versehen, welche einen zusätzlichen Widerstand gegen Vertikalbewegungen des Schwimmturmes bilden. Zwar v/erden auch bei nach dem Prinzip des Proudschen Stabes konstruierten Bo3en horizontale Scheiben vorgesehen, um die vertikale

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Stabilität solcher Bojen zu erhöhen^ jedoch ragen hier di© horizontalen Scheiben im Gegensatz zu den horizontalen Verstärkungen des Schwimmturmes nach der Erfindung sehr stark seitlich über den Körper der Boje hinaus„ Entsprechend seiner Verwendung kann ein erfindungsgemäßer Schwimmturm mit oberhalb der Meeresoberfläche liegenden Aufbauten versehen sein» Solche Aufbauten sind an sich begannt und gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung,

Die !»rfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben,,

In der Zeichnung zeigt die einzige Pigur eine teilweise aufgebrochene schaubildliche Darstellung eines erfindungs= gemäßen Schwimmturmes„

Der erfindungsgemäße Schwimmturm wird in seiner Schwimmlage durch einen Kranz von Auftriebshohlräumen 1, die mit Luft 2 gefüllt sind und zum Zwecke der Eegelung der Eintauchtiefe des Schwimmturmes auch Meerwasser 3 aufnehmen körrnen^ getragen» Zweckmäßigerweise ist der Schwimmturm aus Beton hergestellt, welches Material eine hervorragende Druckfestigkeit aufweist. Die konvexen V/andungen der Auftriebshohlräume 1 sind gegen das Meer 4 Mn, in welchem der Schwimmturm schwimmt„ gewölbte Der Kranz der Auftriebshohlräume 1 schließt einen nach oben hin durch eine wasserdichte horizontale Wand 5 begrenzten glockenförmigen Auftriebshohlraum ein_p wobei die innenliagenden Seitenwandungen 6 der Auftriebshohlkörper 1 dia Ümfangswaadung■ä@s glockenförmigen Auftriebshohlraumes 7 bilden,, Maser glockenförmige Auftriebshohlraum 7 wirkt als pneumatischer Stoßdämpfer und ist nach unten sum Hear 4 Mn of£en_o Me im oberen Teil des glockenförmigen Auftriebs·= Hohlraumes! 7 enthaltene luft 9 "bewirkt- ein Zumiokörängea Meerwassers und damit eine Erhöhung der gesamten fähigkeit der Schwimmturmes„
Facli unten hin "schließt sich an den Kranz der räume 1 eine wasserdichte zylindrische Wandung 1o an_p xirelohe ein einen Ballast 8 bildendes Wasservalumen umfaßt und eine tiefe Lage des Schwerpunktes des Schwimmturmes bewirkte An ihrem Aussenumfang ist die zylindrische Wandung 1o mit

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vertikalen 11 und horizontalen Verstärkungen 12 versehen. Diese Verstärkungen bilden einen zusätzlichen Widerstand gegen Vertikalbewegungen des Schwimmturmes. Oberhalb des Franzes der Auftriebshohiräume 1 sind übereinandergeschichtet Abweisringe 13 angeordnet, deren Erzeugende eine Epicyloidkurve ist. Diese Abweisringe 13 ändern in der durch die Seile F angedeuteten Weise die Bewegungsrichtung des Wassers der Meeresoberfläche, welches in das Innere des Schwinnnturiaes eindringt, ohne jedoch seine rStabilität zu beeinträchtigen. .Die Abweisringe 13 sind durch die vertikalen Verstärkungen 11 in einem gleichbleibenden gegenseitigen Abstand gehalten. Auf dein cb eren Teil des Schwiumturmes ist eine Ringplatte 14 angeordnet, auf welcher, beispielsweise metallische Aufbauten befestigt werden können. Die mittlere Höhe des Wasserspiegels ist beispielhaft durch die verstärkte Linie 15 in der Zeichnung dargestellt.

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Claims

PAIEHAHSPHÜCHE ι

1.) Zum Einsatz auf hoher See "bestimmter Schwimmturm,, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb eines Ringes eine pneumatische Stößdämpferglocke (7) umschliessenden Auftriebshohlkörpern (1) zylindrische Abweisringe (13) für das Meer (4) und unterhalb des . Singes von Auftriebshohlräumen (1) ein Ballast (8) angeordnet ist»

2.) Schwiminturin. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen über sei.ne Höhe hin gleichbleibenden Aussendurchmesser aufweist„

3.) Schwimmturm nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl zylindrischer Abweisringe (13) aufeinander geschichtet angeordnet ist und die Horizontalbewegung der anlauf endexx Wellen in eine Vertikalbewegung umlenkt„

4.) Schwimmturm nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der Ablenkung eine Epicyloidkurve ist und der untere Rand eines Abweis= ringes (13) größer ist als der obere Rand»

5.) Schwimmturm nach Anspruch 1 bis 4_S dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende eines Abweisringes (13) isi wesentlichen auf der gleichen Ebene liegt, wie das untere Enden des darüberliegenden Abweis·= ringes (13) <>

6.) Schwimmturm nach Anspruch 1 bis 5₅ dadurch gekena·= zeichnet, daß die ringförmig angeordneten Auf= triebshohlräume (1) zum Zweck der Regelung der Eintauchtiefe und der Ausrichtung des Schwimmtürmes Meerwasser (3") aufnehmen und daß die in den Auftriebs·= hohlräumen (1) enthaltene Luft (2) zum teilweisen Ausgleich des auf den Auftriebshohlräumen lastenden Wasserdruckes unter einem Druck steht.

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7.) Schwimmturm nach Anspruch. 1 bis β, dadurch gekennzeichnet, daß der glockenförmige Auftriebshohlraum (7) in Umfangsrichtung durch die innenliegenden Seitenwandungen der Auftriebshohlkörper (i)_f welche zu deren Aussenwandungen konzentrisch angeordnet sind, umgrenzt, und nach oben hin durch eine horizontale wasserdichte Quervr^idung (5), die auf den ringförmig angeordneten Auftriebshohlräumen (1) aufliegt, begrenzt ist und in seinem oberen Bereich mit Luft (9), in seinem unteren Sereich mit Meerwasser (8) gefüllt ist.

8.) Schwimmturm nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, da3 unterhalb des Kranzes von Auftriebshohlkörpern (1) eine wasserdichte zylindrische Wandung (io) angeordnet ist, welche ein als Ballast wirkendes Wasservolumen (8) umfaßt.

9.) Schwimmturm nach Anspruch 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß an der Aussenumfangsflache der zylindrischen Wandung (io) horizontale Verstärkungen (12) angeordnet sind, welche gleichzeitig einen zusätzlichen Widerstand gegen Vertikalbewegungen des Schwimmturmes bilden.

1o.) Schwimmturm nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er mit über seine gesamte Höhe hin durchlaufenden vertikalen Verstärkungen (11) versehen ist.

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