NO324446B1

NO324446B1 - Strukturelle platesystemer med sandwichkonstruksjon av stal og plast

Info

Publication number: NO324446B1
Application number: NO19992318A
Authority: NO
Inventors: Stephen J Kennedy
Original assignee: Fern Investments Ltd
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2007-10-22
Also published as: EP0938410B1; BR9713504A; EE9900192A; NO992318D0; EP0938410A1; PT938410E; CN1213852C; UA67731C2; WO1998021029A1; BG64617B1; US5778813A; CN1242737A; KR20000053202A; AU4720497A; DE69739782D1; CA2271731C; ID22728A; NO992318L; AU731893B2; DK0938410T3

Description

Oppfinnelsens område

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fleksibel støt- og rivningsmotstandsdyktig sandwich-plate og et konstruksjonssystem for fertøyer så som tankskip, bulklasteskip eller skip hvor det er ønskelig å holde fartøyets innhold på plass under forhold med ekstrem eller utilsiktet belastning.

Beskrivelse av teknikkens stand

Økende sosialt, økonomisk og politisk press har ført til utvikling av teknologi for å redusere eller eliminere risikoen for forurensning og resulterende skade på det marine miljø, så vel som tap av verdifull last, som kan bli resultatet av at last lekker ut på grunn av brudd i et fartøy under ekstreme eller utilsiktede belastninger, så som kollisjoner, grunnstøting, brann eller eksplosjon. Spesielt er fartøyer som fører farlige materialer i økende grad gjenstand for ytterligere krav pålagt av reguleringsmyndigheter, forsikrere av skip og last, samt skipenes eier og finansierere. De store omkostninger ved ansvar for skadelig utspill og økende lastverdier har ytterligere tilskyndet utviklingen av lekkasje-og bruddmotstandsdyktige fartøyer.

En måte for å holde på et fartøys innhold er å tilveiebringe dobbeltskrog for oljetankskip. Et indre lastinnholdende skrog av en avstivet enkeltplatekonstruksjon bæres i et ytre beskyttende skrog, som også er en avstivet enkeltplatekonstruksjon. Et konvensjonelt dobbeltskrog har langsgående og tversgående spant mellom det ytre og indre skrog. Et mer avansert alternativt dobbeltskrog har kun langsgående spant mellom det indre og ytre skrog, for derved å muliggjøre en forenklet konstruksjon som egner seg for samlebåndproduksjon ved hjelp av robotanordninger. Både konvensjonelle og avanserte dobbeltskrogkonstruksjoner har tversgående skott mellom lasterommene i det indre skrog og kan ha mange skott mellom ballasttankene, som vanligvis er plassert mellom det indre og ytre skrog. Variasjoner i dobbeltskrogkonstruksjonene innbefatter konstruksjoner kun med dobbelt bunn, eller med dobbelt bunn og doble skrogsider. For å redusere vekten, er dekket vanligvis av enkeltplatekonstruksjon. Alternativt kan konvekst krummede skrogplater mellom langsgående spanter gi høy energiabsorbasjon i et dobbelt skrog med krummede plater.

Fig. 1 viser et tverrsnitt av et typisk dobbeltskrogs oljetankskip konstruert i henhold til konvensjonell skipsteknikk. Fig. 2 illustrerer arrangementet av lastetanker og andre seksjoner av et typisk dobbeltskrogfartøy.

Fordelene ved dobbeltskrogkonstruksjonene i forhold til konvensjonelle enkeltskrogkonstruksjoner er også velkjente. Disse fordeler innbefatter forbedret lasthåndteringseffektivitet, bedre lastrenhet, og redusert vannforurensning ved at ballasttankene er isolert fra lasterommene. Videre vil dobbeltskrog som er konstruert i henhold til internasjonale standarder som krever et to meters rom mellom det indre og ytre skrog, også gi redusert risiko for lekkasje eller brudd grunnet penetrasjon av det ytre skrog under kollisjoner eller grunnstøtinger. De påståtte innovative trekk ved avanserte dobbeltskrog er forbedret styrke, lettere fremstilling samt redusert sveising og stålflateområder i ballasttankene, forbedret atkomst til ballasttanken, noe som resulterer i bedre inspeksjon samt forbedret vedlikehold og det indre skrogs retensjon av olje under høyenergisgrunnstøting. Med dagens teknologi vil dobbeltskrogfartøyer involvert i lavenergis-, lavhastighetssammenstøt være mindre utsatt for alvorlige skader og gi mindre sjanse for forurensning enn et enkeltskrogsfartøy. Forbedrede tankskipskonstruksjoner, så som dobbel bunn, doble sider, dobbelt skrog, midtdekk etc. er kjent for å redusere, men ikke eliminere risikoen for oljesøl ved uhell. Selv om prøver indikerer at en avansert helståls dobbeltskrogkonstruksjon vil dissipere mer energi enn en konvensjonell helståls dobbeltstålskonstruksjon, er begge konstruksjoner underlagt et kompromiss når det gjelder det indre skrog på grunn av sprekkeforplantning som et resultat av tretthetssprekker eller av sprekker som forplanter seg fra en sprukket plate under ekstreme belastningstilfeller.

Patenter som vedrører forbedring av energiabsorpsjonskapasiteten til en dobbeltskrogkonstruksjon på grunn av utilsiktede eller ekstreme belastningstilstander så som grunnstøting eller kollisjon, innbefatter US 5218919 og 5477797. Begge patenter vedrører ombygging av eksisterende enkeltskrogtankskip med ytre skrog for å lage et dobbeltskrogtankskip. US 5218919 beskriver bruk av energiabsorberende teleskoperende elementer anordnet i en fagverklignende konstruksjon for å understøtte et hjelpeskrog av laminert stål mot utsiden av et eksisterende oljetankskipskrog. Konstruksjonsdetaljer for befestigelser til tverrskott og defleksjonskontrollanordninger er også beskrevet. Tomrommet mellom skrogene er fylt med polyuretanskum/kuler for å fordele støtkrefter, bære hjelpeskroget under hydrostatiske belastninger og å gi ytterligere oppdrift i tilfelle hjelpeskroget sprekker. US 5477797 beskriver konstruksjonen av et hjelpeskrog som er festet til skroget av et eksisterende oljetankskip. Det er sammensatt av en rekke langsgående spantforsynte stålplater som danner en bikakeform, når den ses i snitt, mellom skrogene. Kombinasjonen av spenningsutløsende skjøter, som gjør det ytre skrog diskontinuerlig, og det indre skrog med bikakestruktur gir et skademotstandsdyktig skrog. Konstruksjonen muliggjør også fylling av det indre skrogrom til ethvert nivå for å gi passende ballast ved hjelp av en trykksatt nøytralgass og et vakuumtrykksystem. Disse ombygde ytre skrogkonstruksjoner tar ikke hensyn til muligheten av sprekkforplantning inn i det indre skrog på grunn av brudd i det ytre skrog, og tar utilstrekkelig hensyn til omkostningene og praktikalitetene av fremstilling og vedlikehold av hjelpeskrogkonstruksjonen. I dagens ombygningskonstruksjoner er atkomst mellom skrogene for inspeksjon og produksjonsvedlikehold vanskelig, om ikke umulig. Det ytre skrog i en ombygget konstruksjon deltar vanligvis ikke i bæringen av all operasjonsbelastning og gir tankskipet betydelig dødvekt og begrenset strukturell funksjonalitet.

US 4083318 og 4672906 vedrører tankskip for LNG (flytende naturgass) og tankskip som bærer kryogenisk eller frakt med høy temperatur, hvor lastetankene er konstruksjoner som er atskilt fra tankskipet og ikke danner noen del av tankskipets lastbærende skrogbjelkesystem.

Fra JP-A-62-07446 (Toray) er det kjent et laminatmateriale som har et mellomliggende lag av termoplastisk polyuretan på 10 micron til 1,0 mm tykkelse og som skal brukes som materiale til biler og lydisolerende materiale. Med andre ord beskriver Toray et materiale for bruk som skall eller mantel og ikke som et konstruksjonsmessig element med bæreevne for betydelige belastninger inn og ut av bæreplanet. Den beskrevne tykkelsen på det mellomliggende laget, 10 mikron - 1 mm, viser at det beskrevne laminatet ikke er passende til konstruksjonsmessig bruk. Videre diskuterer ikke Toray heftstyrken mellom det mellomliggende laget og de utvendige metallag eller omtaler problemene med lokal utbøyning, energiabsorpsjon ved belastning og sprekkforplantning.

Dagens helståls dobbelthullkonstruksjoner har alvorlige ulemper som reduserer sannsynligheten for at disse konstruksjonstyper vil møte de ytelseskriterier som tilsier null oljeutstrømning etter utilsiktede eller ekstreme belastningstilfeller så som kollisjoner, grunnstøtinger, eksplosjoner eller brann, og forbli konkurransedyktige når det gjelder omkostninger relatert til konstruksjon, vedlikehold og levetid. En ulempe er at dagens dobbeltskrogkonstruksjoner er basert på tradisjonelle skipstekniske konstruksjonskriterier i forbindelse med internasjonale avtaler og nasjonale standarder som stipulerer bruk av en dobbelt skrogkonstruksjon med en minste avstand mellom skroget som relaterer seg til statistiske data av målte fjellinntrengninger fra kjente tankskiphavarier.

Skrog konstruert i henhold til tradisjonelle skipstekniske standarder gir vanligvis et komplekst system av stålplater og strukturelle elementer av platestål, så som spanter, skott og bærebjelker. Bærekapasiteten til stålplaten og bæreelementene økes ved å forsterke platene og de strukturelle elementer med flere stivere av den type som er velkjent innen teknikken, så som plane, vinklede eller kanalformede metallemner festet til plateflatene. Dette komplekse skrogkonstruksjons- og platestiversystem er en kilde til tretthetsbrudd og en kilde til rivning (brudd) av skrogplaten under utilsiktede eller ekstreme belastninger. Denne skrogtype er dyr å fremstille på grunn av det store antall deler som må skjæres til, håndteres og sveises, og på grunn av det betydelig økede overflateareal som må påføres beskyttende belegg. Disse typiske kompliserte strukturelle systemer er også meget trange, noe som fører til dårlig atkomst, dårlig inspeksjon, dårlig og dyrt vedlikehold, og redusert levetid på grunn av korrosjon.

Senere storskala grunnstøtningstester mot dobbeltskrogseksjoner indikerer også at til tross for dobbeltskrogfartøyenes overlegenhet over enkeltskrogfartøyer, kan brudd i det indre skrog av for tiden tilgjengelige dobbeltskrogkonstruksjoner av stål skje som et resultat av sprekkforplantning fra det opprinnelige brudd i det ytre skrog primært ved eller nær tverrgående strukturelle elementer. Sprekken som starter i det ytre skrog, forplanter seg gjennom de strukturelle elementer mellom det indre og ytre skrog og overføres til det indre skrog. En åpenbar konsekvens av brudd i det indre skrog vil være utstrømning av olje fra hvert sprukket lasterom. I dagens konstruksjonsalternativer er det ikke vist til noen mulighet for å anordne sprekkestoppelag eller andre konstruksjoner for å forhindre forplantning av sprekker gjennom stålkonstruksjonen til lastetanken. Forhindring eller reduksjon av oljeutstrømning i tilfelle av utilsiktede eller ekstreme belastningstilfeller er derfor ikke tilstrekkelig ivaretatt av nå til dags tilgjengelige konstruksjonsalternativer.

En storskala sandwich-plate sammensatt av stål og polyuretanskum er blitt testet for sin evne til å forhindre lekkasje og brudd i et skrog. Disse tester viser at polyuretanskum ikke hefter tilstrekkelig til stålplatene og har liten skjærstyrke. Lav skjærstyrke minimaliserer komposittmaterialets bøyekapasitet, og manglende adhesjon utelukker muligheten av å benytte polyuretanskum og stål i et kompositt for å øke planknekk-styrken slik at platestivere kan elimineres. Det lette skum benyttet i testkompositten hadde liten eller ingen strekkstyrke og utilstrekkelig trykkstyrke til å kunne være av fordelene strukturelt. Generelt sett virket det testede skum som et sprekkestopperlag, men fungerte ikke strukturelt. Derfor oppnådde man ikke den forønskede strekkstoppende strukturelle komposittkonstruksjon. Det testede skum hadde envis energiabsorberende kapasitet. Imidlertid var denne kapasitet liten sammenlignet med stålet i membranfunksjonen. Skummet reduserer den lokale påkjenning av stålplatene rundt et konsentrert lastpunkt, noe som forsinker, men ikke forhindrer skjærstrekkbrudd i stålskrogplatene.

Teknikken har således behov for et konstruksjonssystem som forenkler stålkonstruksjonens kompleksitet, reduserer fremstilling- og vedlikeholdskostnader, og øker energiabsorpsjonskapasiteten og den plastiske oppførsel i tilfelle av utilsiktede eller ekstreme belastninger for å redusere eller eliminere lasttap på grunn av skrogbrudd eller sprekkeforplantning.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et strukturelt laminatelement som angitt i krav 1, et skip eller fartøy som angitt i krav 9, en fremgangsmåte for fremstilling av et strukturelt laminat som angitt i krav 11, samt en fremgangsmåte for fremstilling av en dobbel skrogstruktur som angitt i krav 28. Fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Sammenfatning av oppfinnelsen

De ovenfor beskrevne ulemper som hefter ved den kjente teknikk for tilveiebringelse av dobbeltskrogtankskip er med fordel eliminert i henhold til foreliggende oppfinnelse ved å lime en sterk strukturell ekstorner mellom stålplater for å danne stål-elastomer-stål-komposittskrogplater, spanter og bæreelementer. Elastomeren er fortrinnsvis hydrofobisk for å forhindre vannabsorpsjon som ville kunne føre til rusting av platene og bør ha tilstrekkelig duktilitet til å overskride stålplatenes flytedeformasjon uten å briste. Komposittplatene benyttes ved bygging av i det minste innerskroget av dobbeltskroget. Fortrinnsvis blir platene av stål-elastomer-stål-kompositt benyttet til å bygge innerskroget, ytterskroget, skott, dørker, dekk og sammentrykkbare spanter og bæreelementer og kan bli tilformet i enhver nødvendig fasong. Det elastomere lag inne i komposittplatene som danner det indre skrog gir spesielt et effektivt sprekkstopperlag mellom den indre stålplate av det indre skrog og den ytre stålplate av det indre skrog, noe som effektivt isolerer den indre stålplate av det indre skrog mot sprekker som forplanter seg fra det ytre skrog, tverrelementene så som dørkspanter og skrog, og andre bæreelementer så som platespanter og horisontale spanter, som er konstruert både for belastninger i vanlig service og for utilsiktede eller ekstreme belastninger. Da komposittplaten er sterkere og stivere enn konvensjonelle stålplater, kan videre antall spanter og bæreelementer reduseres betydelig mens man samtidig møter eller overskrider gjeldende konstruksjonsstandarder for styrke, levetid, byggekostnader, vedlikeholdskostnader og overlevelsesevne.

I henhold til foreliggende oppfinnelseslære fremstilles det et

komposittsandwichplatesystem av stål og polyuretanelastomer med riktig detaljutformede dørk- og tverrskott og som er spesielt velegnet for bruk i beholderfartøyer så som for eksempel oljetankskip, for hovedsakelig å eliminere ulempene ved kjente helstålsfartøyer. De særskilte detaljer som vedrører skipskonstruksjon kan finnes i American Bureau of Shipping and Affiliated Companies, 1996 del 3, Hull Construction and Equipment; del 5, Specialized Vessels and Services, som herved innlemmes som referanse.

Kort beskrivelse av tegningene

Foreliggende oppfinnelseslære kan lett forstås ved å studere den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med vedføyde tegninger, hvor: fig. 1 er et perspektivisk tverrsnittsbilde av et tidligere kjent helståls dobbeltskrogs oljetankskip som innbefatter et ensrettet bærebjelkesystem og avstivede skrogplater av stål;

fig. 2 er et grunnriss av et tidligere kjent dobbeltskrogs tankskip og illustrerer det generelle arrangement av laste- og ballastrom;

fig. 3 er et tverrsnittsbilde av en tidligere kjent midtseksjon av et dobbeltskrogtankskip tatt ved et tverrskott og illustrerer de strukturelle elementer og stiversystemet;

fig. 4 er et tverrsnittbilde av et dobbeltskrogs midtseksjon tatt ved et tverrskott og konstruert av komposittplater ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 5 er et partert tverrsnittbilde av et lasterom av et dobbeltskrogfartøy konstruert av komposittplater ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 6 er et bortbrudt tverrsnittbilde av et dobbeltskrogfartøys tverrskottskonstruksjon med komposittplater ifølge foreliggende forbindelse;

fig. 7 er et bortbrudt tverrsnittsbilde av en sprekkstopperdetalj for et tverrskott ifølge foreliggende forbindelse;

fig. 8 er et tverrsnittbilde av en komposittplatekonstruksjon ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 9 er et tverrsnittbilde av det indre skrog og skott konstruert av komposittplater ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 10 er et tverrsnittbilde av det indre og ytre skrog og bæreelementer konstruert av komposittplater ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 11 er et tverrsnittbilde tatt langs linjen 11-11 på fig. 10 og viser detaljer av utsnittet av den elastomere plugg som tetter sprekkstopperen;

fig. 12 er et tverrsnittbilde av en komposittplate under fremstilling ifølge foreliggende oppfinnelse;

og

fig. 13 er et tverrsnittbilde av det indre skrog, skott og komposittmellomstykke bygget av komposittplater ifølge foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse er anvendbar på ethvert byggverk, fartøy, tankskip, bulklasteskip eller skip hvor det er ønskelig å holde innholdet på plass under et ekstremt eller utilsiktet belastningstilfelle. Utelukkende for illustrasjonsformål skal foreliggende oppfinnelse omtales i forbindelse med dobbeltskrogs oljetankskip. For fagmannen vil det lett forstås hvorledes kunnskapene om foreliggende oppfinnelse kan innlemmes i den strukturelle utforming av andre fartøyer, bulklasteskip etc, så som veikjøretøyer, jernbanevogner og lagertanker.

I eksisterende konstruksjoner har forskning, regler og reguleringer og konstruksjoner for støtmotstand og overlevelsesevne generelt vært rettet mot helståls konvensjonelle dobbeltskrog og avanserte dobbeltskrog, også kjent som dobbeltskrog avstivet med ensrettede bærebjelker. En typisk konvensjonell dobbeltskrogkonstruksjon som illustrert for eksempel på figurene 2 og 3 for et 40 000 tonn dødvekt tankskip er karakterisert ved et indre skrog 10 og et ytre skrog 12, med en ortogonalt avstivet bunn 1, tversgående platespanter 2 og langsgående bærebjelker 3.

Skrogplatene 4 er sveiset eller på annen måte festet til de langsgående bærebjelker 3. Platespantene 2, som er orientert på tvers av de langsgående bærebjelker 3, er festet mellom de langsgående bærebjelker 3 for å fastholde og stabilisere bærebjelkene 3. Grunnrisset på fig. 2 illustrerer en typisk planløsning for et tankskip som har et ytre skrog 12 og et indre skrog 10 i det lastbærende parti av det ytre skrog 12. De rominndelte lasterom 13 i det indre skrog 10 er atskilt ved hjelp av skott 6. Rom 102 utenfor lagerrommene 13 kan telle som ballasttanker i den nedre del av skroget.

Vanligvis vil den lastbærende evne av henholdsvis skroget og dekksplatene 4 og 5, og henholdsvis platespantene og dørkspantene 2 og 11, skott 6 og bærebjelker 3 være øket ved tilføyelse av stivere 7, som vist på fig. 3. Mange stivere 7 kreves for å styrke skrogplatene 4 av både det indre og ytre skrog 10,12 og dekksplatene 5. Ytterligere stivere, ikke vist, forefinnes også på bærebjelker 3, skott 6 og spanter 2. Det er kjent at denne type konstruksjon ikke kan konstrueres til å være støtsmotstandsdyktig mot utilsiktede eller ekstreme belastningssituasjoner så som grunnstøtinger og kollisjoner. Et avansert dobbeltskrogsystem har primært langsgående, ensrettet spanting mellom det ytre og indre skrog. Det avanserte dobbeltskrog har betydelig færre tversgående elementer, men det avanserte dobbeltskrog har tverrskott 6 mellom lasterommene 13 og kan ha tversgående dørkspanter 11 mellom ballastrommene 102 plassert mellom de indre og ytre skrog. I likhet med konvensjonelle dobbeltskrog blir den bærende kapasitet av avanserte dobbeltskrogs stålplatekomponenter øket ved å feste mange stivere 7 til overflaten av stålplatekomponentene.

Nylige studier av effekten av høyenergigrunnstøting på både konvensjonelle og avanserte helståls dobbeltskrogkonstruksjonssystemer viser at det ytre skrog 12 vanligvis vil briste i lengderetningen som et resultat av at den maksimale forlengelse i membranvirkning av stålplaten 9 mellom de langsgående bærebjelker 3 overskrides, og at brudd i det indre skrog 10 initieres av vertikal sprekkeforplantning fra tverrspanten 2, 11 og skottene 6. Dette blir i sin tur initiert av bruddet i det ytre skrog 12 ved eller nær de tversgående elementer 2,6,11, så som skott 6, dørker 11 eller spanter 2. Ved inntrengning av et fremmedlegeme i fartøyets skrog blir et parti av det indre skrog 10 skjøvet innad ("løftet") enten ved direkte kontakt med den inntrengende gjenstand, eller indirekte av bæreelementer, så som for eksempel en skrogbjelke 3 eller et dørkspant 11 som skyves innad av den inntrengende gjenstand. Innerskrogets plater 14 i støtområdet kan deformeres som en membran inntil et tverrelement 11 fastholder det indre skrog 10 mot ytterligere innadgående bevegelse, for eksempel ved at "løft" av det indre skrogs flate 14 forhindres, noe som forårsaker ekstreme membranspenninger ved eller nær stedet for den inntrengende gjenstand. Den ekstreme membranspenning gir opphav til en begynnende sprekk, enten i tverrelementet 2,6,11 som fastholder det indre skrogs plate 14, eller direkte i den fastholdte innerskrogplate 14, noe som fører til brist i det indre skrog 10. Det er vanligvis et krav at en utslippssikker tankskipsbunnkonstruksjon må konstrueres for å tillate "løft" og uelastisk membrandeformasjon av det indre skrog 10 uten brudd.

For å oppnå dette formål er ifølge oppfinnelsen et sprekkstoppende lag 15 (fig. 4) innlemmet i skrogstrukturen i det minste ved eller nær alle tversgående elementer, som for eksempel dørkspanter 24 og skott 26, men fortrinnsvis i hele skrogstrukturen hvor dette er praktisk mulig.

Når det gjelder bestanddelenes orientering i den forliggende omtale, vil "indre" benyttet for en bestanddel vanligvis referere til bestanddeler som er relativt nærmere fartøyets lasterom. Når "indre" benyttes i forhold til en flate, vil det vanligvis referere til en flate som vender mot lasterommet. Spesielt vil en indre flate 63 (fig. 8) av den indre metallplate eller laget 34 av det indre skrog 20 vende mot og være generelt sett eksponert mot lasterommet 68. Når "ytre" benyttes for bestanddeler, vil det vanligvis gjelde bestanddeler som befinner seg relativt lengre bort fra lasterommet. Når "ytre" benyttes i forbindelse med en overflate, vil det vanligvis betegne en overflate som vender bort fra lasterommet.

Det skal nå henvises til fig. 4, som illustrerer foreliggende oppfinnelse. Et komposittplateomfattende fartøys-konstruksjonssystem for bygging av for eksempel et takskip konstruert med et ensrettet dobbeltskrogs sandwich-platesystem innbefatter et sterkt, støtmotstandsdyktig skrog 16 bestående av stål-elastomer-stål-komposittplater 18 som bæres av en riktig detaljutformet sammentrykkbar struktur, som helt eller delvis kan utgjøre en komposittplatekonstruksjon. Det skal vises til fig. 5, hvor komposittplatene 18 omfatter en indre metallplate 34 og en ytre metallplate 36 anbrakt i avstand fra og vendende mot hverandre, idet den indre og ytre metallplate er heftforankret til en mellomliggende elastromerkjerne 38. Et indre skrog som har to motstående sider 74 og 78 samt en bunn 76, danner et lasterom 68. Et dekk 40 strekker seg fra toppen av side 74 til toppen av side 78 for å lukke toppen av lasterommet 68. Et skott 26 ved hver ende av lasterommet 68 er forbundet med sidene 74 og 78, samt bunnen 76 og dekket 40, for hovedsakelig fullstendig å innelukke lasterommet 68. Et ytre skrog 28 som har to sider 80 og 82 samt en bunn 84 er atskilt fra og omslutter henholdsvis de to sidene 74 og 78 samt bunnen 76 av det indre skrog 20. Det ytre skrog 28 er forbundet med det indre skrog 20 ved hjelp av understøttelseselementer som innbefatter langsgående bærebjelker 22 og tversgående dørkspanter 24.1 det minste det indre skrog 20 er konstruert av komposittplater 18. Fortrinnsvis er det indre skrog 20, det ytre skrog 28, de langsgående bærebjelker 22, dørkspantene 24 og skottene 26 konstruert av komposittplater 18. De forskjellige bestanddeler, enten de er laget av komposittplater 18 eller konvensjonelle enkle stålplater, er forbundet med hverandre ved hjelp av sveising eller andre konvensjonelle midler, med visse hensyn omtalt nedenfor nødvendige på grunn av den elastomere kjerne 38 av komposittplaten 18.

Det ensrettede dobbeltskrogs sandwich-platesystem vil i betydelig grad øke overlevelsesevnen til det indre lastinnholdende skrog 20 i tilfelle av en kollisjon eller grunnstøtning, og i betydelig grad redusere, om ikke eliminere, utstrømningen av olje under en slik hendelse, spesielt sammenlignet med tilsvarende konvensjonelle dobbeltskrog. Det ensrettede dobbeltskrogs sandwichplatesystem er konstruert slik at det oppfører seg i en duktil modus under utilsiktede eller ekstreme belastninger og absorberer energi ved uelastisk membranvirkning av komposittplateskroget og plastisk deformasjon av konvensjonelle stålplater og/eller stål-elastomer-stål-kompositt-plater som understøttende elementer. For å minimalisere eller eliminere oljeutstrømning, forhindres sprekking eller rivningsforplantning i lasterommet. For å forhindre rivning eller sprekking som en svikt- eller sammenbruddsgrunn under ekstreme belastningstilfeller, maksimaliseres absorpsjon og dissipering av støtenergien ved å involvere så mye som mulig av skipet i kollisjonen eller grunnstøtingen. Ved å gjøre dette, blir konsekvensen at oljeutstrømning minimaliseres dersom den ikke helt og holdent elimineres.

Når det gjelder oljetankskip, kan det ensrettede dobbeltskrogs sandwichplatesystem konstrueres for å gi samme eller større styrke overfor operasjonelle belastninger enn eksisterende konvensjonelle eller avanserte helståls dobbeltskrogfartøyer konstruert i henhold til gjeldende standarder. Som vist i tverrsnittsdetaljen på fig. 5, har stål-elastomer-stål-skrogbærebj eiken 22 ifølge foreliggende oppfinnelse en indre metallplate 34 og en ytre metallplate 36 mot en ekstorner kjerne 38 for å gi tilstrekkelig styrke mot bøyning, skjær og torsjon til å virke som en hul, tynnvegget kassebjelke som er i stand til å motstå slike typiske eller ekstreme statiske og dynamiske belastninger som forbindes med drift av et kstefartøy. Disse bekstningene innbefatter for eksempel belastninger i stille vann, tørrdokkingsbelastninger, termiske belastninger, bølgeinduserte dynamiske trykkfordelinger mot skroget, skvalping av væskekst, overvann på dekk, bølgeskg, treghetsbekstninger, sjøsettings- og dokkingsbelastninger, isbrytningsbelastninger, stamping, påtrykte vibrasjoner, kollisjon- og grunnstøting.

Figurene 4 og 6 illustrerer en dobbeltskrogs midtseksjon 42 og tversgående skott 26 for et dobbeltskrogs tankskip konstruert med stål-elastomer-stål-komposittplater 18. Både det indre og ytre skrog 20 og 28 er konstruert av stål-elastomer-stål-komposittpkter 18 som er dimensjonert og utformet på en måte ut fra fartøyets størrelse og formål. De tversgående skott 26 vist på figurene 6,7 og 9 er også konstruert av stål-elastomer-stål-komposittplater 18 og er understøttet av både horisontale og vertikale spantpkter 30, henholdsvis 32, som også kan være konstruert av komposittpkter 18.

Komposittpktene 18 kan fremstilles som individuelle bestanddeler, så som for eksempel skrogpkter 17, dørkspant 24, bærebjelker 22, skott 26 etc, som deretter kan fraktes eller monteres til delmontasjer av det fullstendige fartøy på mange forskjellige måter. Den indre og ytre metallplate 34 og 36 (fig. 5) av en komposittplate 18 anbringes med passende mellomrom slik at de danner et hulrom 56 (fig. 12) for den ekstomere kjerne 38.1 den foretrukne utførelse er den indre og ytre metallplate 34, henholdsvis 36 laget av stål. Andre egnede metaller kan benyttes, så som for eksempel rustfritt stål for anvendelser utsatt for sterk korrosjon, eller aluminium i lettvektsanvendelser. Da komposittplater 18 er betydelig sterkere enn én enkel metallplate, kan andre bløtere metalltyper benyttes for å konstruere komposittpktene.

Som vist på fig. 8, blir den passende avstand mellom det indre og ytre metall-lag 34 og 36 opprettholdt av avstandselementer 44 ("mellomstykker") anordnet mellom det indre og ytre metall-kg 34 og 36. Avstandselementet 44 kan omfatte et kontinuerlig listlignende element, eller avstandselementet 44 kan alternativt omfatte flere individuelle avstandselementer anordnet tilfeldig eller i et mønster. Mellomstykkene 44 kan være laget av metall eller ethvert annet egnet materiale og plasseres mellom det indre og ytre metall-lag 34 og 36. Avstandselementet 44 kan være sveiset eller heftforankret til det indre og/eller ytre metall-lag 34 og 36. Fortrinnsvis er mellomstykkene 44 kontinuerlige listelignende elementer som har motstående lengdekanter 46 og 50. Mellomstykkene 44 sveises langs den ene lengdekant 46 ved hjelp av kilsveiser 48 til den ytre metallflate 36 ved punkter langs platens 36 midtlinje og stort sett midtveis mellom de langsgående bærebjelker 22. Fortrinnsvis forløper mellomstykkene hovedsakelig kun i skrogkonstruksjonens lengderetning, men kan også forløpe i tverr-retningen hvor dette er nødvendig. De indre metallplater 34 har hovedsakelig samme lengde- og breddedimensjon som de ytre metallplater 36, og er forskjøvet sideveis slik at kantene 52 og 54 av tilstøtende indre plater 18a og 18b faller naturlig på mellomstykkekanten 50. Mellomstykkets 44 kant 50 kan tjene som en understøttelse for tilstøtende kanter 52 og 54 av sammenstøtende plater 18a og 18b. Avstandselementets kant 50 virker som et sveisbakstykke, som understøtter de indre metallplatelag 18a og 18b inntil en buttsveis 55 er fullført. Avstandselementet 44 som virker som et bakstykke hjelper også til å etablere en riktig sveisefuge og minimaliserer sveiseforberedelsene. Buttsveisen 55 fester kantene 52 og 54 av platene 18a og 18b sikkert til kanten 50 av mellomstykket 44. Den elastomere kjerne 38 kan tilføres etter sveisingen av platene 18a og 18b gjennom åpningene 70 i de indre og ytre metallplater 34, 36.

Avstandselementene 44 kan alternativt fremstilles eller støpes på forhånd som elastomere lister eller blokker, som limes eller støpes i stilling mellom metall-lagene 34 og 36. Alternativt kan avstanden opprettholdes ved hjelp av for eksempel en fabrikasjonsjig som holder den indre og ytre plate 34, henholdsvis 36 atskilt slik at de danner et kjernehulrom 56 inntil den elastomere kjerne 38 er tilveiebrakt og har herdet.

De enkelte bestanddeler så som de langsgående bærebjelker 22, styrkespantene 24, skottene 26, det indre og ytre skrog 20 og 28 og komposittskrogplatene 18 blir fortrinnsvis fremstilt i et fartøy under bygging ved i det minste delvis å feste de indre og ytre stålplater 34 og 36 av en bestemt bestanddel på det angitte sted for denne bestanddel, samtidig med at det opprettholdes et egnet kjernehulrom 56 mellom bestanddelens plater. Elastomeren blir deretter plassert i kjernehulrommet mellom den indre og ytre metallplate 34 og 36 ved å la det renne eller bli injisert inn i dette i flytende tilstand og tillate elastomeren eller bringe denne til å støpe seg på plass i kjernehulrommet. Elastomeren kan alternativt plasseres i kjernen gjennom en slange eller slanger som tverrsnittsmessig er dimensjonert slik at de kan føres inn i det tomme kjernehulrommet ved en åpen eller ennå ikke festet kant av bestanddelen, idet slangene har en lengde som gjør dem egnet til å føres inn i bestanddelen. Etter hvert som elastomeren føres gjennom slangene inn i hulrommet for å fylle tomrommet mellom platene, trekkes slangene tilbake. Elastomeren inntar formen av det hulrom som den støpes inn i, i dette tilfelle kjernehulrommet 56. Alternativt kan elastomeren anbringes i kjernehulrommet ved injisering eller tømming gjennom åpninger eller porter 70 (fig. 7) anordnet i de indre eller ytre metallplater 34 og 36. Den foretrukne plassering av plateåpningene 70 er i den indre metallplate 34 av det ytre skrog 28 og den ytre metallplate 36 av det indre skrog 20, slik at de vender bort fra påvirkning av det ytre miljø og bort fra påvirkning av lasten. Disse plateåpninger 70 blir så tettet ved hjelp av gjengede metallplugger 72. Elastomeren kan plasseres i kjernehulrommet 56 av de enkelte konstruksjonsbestanddeler etter hvert som skrogets bygging skrider frem, eller store seksjoner eller et helt skrog kan konstrueres med tomt kjernehulrom 56 mellom de indre og ytre plater 34 og 36, hvoretter elastomeren kan anbringes i kjernehulrommet 56. Når den flytende ekstorner er på pkss i kjernehulrommet 56, blir den elastomere kjerne 38 herdet ved for eksempel tilførsel av varme. Den foretrukne tykkelse av hvert av de indre og ytre stållag 34 og 36 varierer fra for eksempel 6 mm til 25 mm, hvor 10 mm betraktes som en idéell tykkelse. Disse dimensjoner vil endres med endrede brukskrav eller bestanddelkrav og med endringer i typen eller kvaliteten av de benyttede materkler. Det vil forstås av fagmannen at de indre og ytre metall-lag 34 og 36 ikke behøver å ha samme tykkelse og behøver ikke være kget av samme type eller metallkvalitet. Mange variasjoner og kombinasjoner er her mulig uten å avvike fra oppfinnelsens idé eller ramme.

Den dimensjonale tykkelse av komposittpkten kan justeres etter valg under montering av laminatet for å oppfylle de ønskede strukturelle styrkekrav til forskjellige bestanddeler og anvendelser. Den dimensjonelle tykkelse av hvert av de indre og ytre pkter 34 og 36 og/eller ekstomerkjernen 38 kan varieres ut fra et bestemt krav. Videre kan laminatplatene 18 konstrueres slik at de har dimensjonalt tykkere pktepartier for lokal tilpasning av den strukturelle styrke. De dimensjonalt fortykkede partier av platen kan være resultatet av en tykkere elastomerkjerne 38 tilveiebrakt ved å variere avstandselementenes 44 dimensjoner ved for eksempel å variere høyden på avstandselementet i dettes lengderetning, for derved å gi komposittplater 18 med varierende tykkelse. Alternativt kan den dimensjonalt fortykkede plate være resultatet av fortykning av den ene eller begge av de indre og ytre metallplater 34 og 36 som inngår i kompositten.

Elastomeren er fortrinnsvis en termoherdbar plasttype, som kan kreve varme for å herde materialet og fullføre støpeprosessen. De foretrukne polyuretanelastomerer herder ved temperaturer på omtrent 20°C -60°C. Restvarme fra sveisingen av bestanddelene vil gi en del av støpevarmen, spesielt nær sveiseskjøtene. Imidlertid vil partier av kjernehulrommet 56 som befinner seg et stykke fra sveiseskjøtene kreve tilførsel av ytterligere herdevarme. Varmen som er nødvendig for å herde elastomerkjernen 38 kan tilføres de indre og ytre metallplater 34 og 36 av komposittplaten 18. Metallplatene 34 og 36 vil lett kunne overføre varmen til elastomeren 38 i kjernehulrommet 56 for å fullføre støpingen av elastomeren. Alternativt kan det velges en ekstorner som flyter ved redusert eller forhøyet temperatur og som herder ved omgivelsestemperatur.

Etter at kjernehulrommet 56 er fylt med ekstorner 38, blir eventuelle åpninger 70 i de indre og ytre metallplater 34 og 36 tettet ved hjelp av gjengede metallplugger 72. Åpningene 70 foreligger fortrinnsvis i den indre plate 34 av det ytre skrog 28, vendende bort fra eksponering til det ytre miljø, og i den ytre plate 36 av det indre skrog 20, vendende bort fra eksponering mot ksten. Åpningene 70 og pluggene 72 er generelt sett eksponert mot tomrommet mellom det indre skrog 20 og det ytre skrog 28, hvor inspeksjon og vedlikehold lett er mulig.

Monteringsprosessen for bestanddelene gjentas for å fullføre installasjonen av tilstøtende bestanddeler etter hvert som fartøyets bygging skrider frem. Monteringsmetodene omtalt her er kun illustrative. Andre fremgangsmåter for fartøysmontering er kjent og er tenkt som en del av foreliggende oppfinnelse.

Da de strukturelle eller heftende egenskaper av en valgt ekstorner kan skades av sveisevarmen der hvor tilstøtende komposittbestanddeler 18a og 18b festes ved sveising etter at ekstomeren 38 er på pkss mellom de indre og ytre pkter 34 og 36, må det gis en sveisemargin 58. Sveisemarginen 58 er et passende dimensjonert parti av kjernehulrommet 56 inntil en skjøt som skal sveises, hvilken margin 58 i det minste i utgangspunktet er tom for ekstorner. En margin 58 på omtrent 75 millimeter fra skjøten som sveises er tilstrekkelig for å forhindre skade på ekstomerkjernen 38. Ståltemperaturer 75 mm fra en sveiseskjøt er vanligvis omtrent 150°C, mens temperaturen av stålet i eller nær sveiseskjøten er betydelig høyere. Etter fullført sveiseoperasjon og etter at skjøten er avkjølt tilstrekkelig, for eksempel til 150°C, kan hulrommet i sveisemarginen fylles gjennom åpninger 70 anordnet for dette formål i bestanddelens indre og ytre metallpkter 34 og 36. Alternativt kan sveisemarginen 58 i en bestanddel fylles gjennom det tomme kjernehulrom 56 i en tilstøtende bestanddel. Man tenker seg at det vil velges en ekstorner med heftforankrende egenskaper egnet for metallet i de indre og ytre metallplater 34 og 36. Alternativt kan egnede heftforankrende middel benyttes for å bedre adhesjon, eller et lim kan benyttes for å heftforankre ekstomeren til metallplatene. "Hudplater" av metall kan også ved hjelp av kjente midler bli mekanisk eller kjemisk heftforbundet med en forutstøpt elastomerkjerne. Mellomstykker av passende dimensjon kan pksseres mellom "hudplatene" for å opprettholde riktig avstand under heftforankringsoperasjonene.

Selv om mange forskjellige materialer er egnet og tenkt benyttet for kjernen av stål-ekstomer-stål-komposittpkten, er den foretrukne ekstorner for kjernen av komposittplaten en termoherdbar polyuretanekstomer som har egnede kjemiske og fysiske egenskaper. Spesielle detaljer vedrørende ekstomerer kan finnes i Engineered Materkls Handbook, bind 2, Engineering Plastics (1988 ASM International), som herved innlemmes som referanse. Termoherdbar polyuretanekstomer er et kunstig materkle med for eksempel de følgende fysiske egenskaper: strekkstyrke på 20 til 55 MPa, shore hardhet på 70A til 80D, forlengelse på 100-800%, bøyemodul på 2 til 104 MPa, glassovergangstemperatur på -70 til 15°C, abrasjonsmotstand, fleksibilitet ved kv temperatur, skgstyrke ved kv temperatur, varig fleksibilitet, motstand mot rivning og kutt, motstand mot brennstoffer og olje, god ekstisitet og formfasthet, ozonmotstand, værmotstand og temperaturmotstand. Disse egenskaper er definert og kan karakteriseres i henhold til gjeldende ASTM standarder. Kommersielle anvendelser av polyuretanelastomerer innbefatter lastbærende industrielter ruller, trinsehjul, utvendig malte karosserideler for biler, hydrauliske tetninger, drivbelter, injeksjons- eller blåsestøpte støvskjermer, injeksjonsstøpte fettdeksler, blåseekstrudert eller flateverktøyekstruderte filmer og arkprodukter (0,03 mm til 3 mm tykke), rør, slangestrømper, sportssko, beskyttelsesstrømper for vaiere og kabler. Egenskapene til kommersielt tilgjengelige polyuretanelastomerer kan skreddersys for en spesiell anvendelse ved å variere den kjemiske sammensetning. Polyuretanelastomerer har hittil ikke blitt benyttet i en komposittsandwich med metallhud for beholder fartøyer som dobbeltskrogs oljetankskip.

Det vil være klart at det elastomere kjernemateriale i en strukturell komposittplate 18 må hefte sikkert til begge metallhudplater 34 og 36 for å kunne bære funksjonsbelastninger. Videre må det herdede elastomere kjernemateriale 38 ha egnede strukturelle egenskaper, så som tilstrekkelig densitet, strekkstyrke, duktilitet, skjærstyrke og trykkstyrke til å gi komposittplaten 18 de ønskelige egenskaper i en skipsbygningsanvendelse, så som for eksempel høy styrke og duktilitet, varighet og slagstyrke i utilsiktede og ekstreme belastningssituasjoner som grunnstøtinger eller kollisjoner. En riktig formulert polyuretanekstomer har andre egnede egenskaper så som motstandsdyktighet mot vann og olje, samt termisk motstand for isoksjon.

Den elastomere kjerne 38 av komposittpktekonstruksjonen 18 bidrar til å bære funksjonsbelastninger på forskjellige måter. For det første forhindrer vedheften utviklet mellom de indre og ytre pkter 34 og 36 av stål og ekstomeren 38 lokal bokling eller knekking av de rektivt tynne metallplater 34 og 36 som ellers ville skje under normale kjølbrytnings- og kjølsprengningsmomenter, og eliminerer nødvendigheten av tett pksserte kngsgående stivere mellom de langsgående bærebjelker 22, eller nødvendigheten av tett pksserte kngsgående bærebjelker 22. For det andre er den ekstomere kjerne 38 forsynt med fysiske egenskaper og dimensjoner som er egnet til å overføre tilstrekkelig skjærkraft mellom den ytre og indre metallplate 34 og 36 til å bedre bøyestyrken av den indre og ytre pkte 34 og 36. Den indre og ytre pkte 34 og 36 av komposittpkten 18 gir på grunn av sin innbyrdes avstand omtrent ti ganger større bøyestyrke enn konvensjonelle, enkle metallpkter 14 med samme totale platetykkelse. Som et resultat av den betydelig høyere styrke av komposittbestanddelene sammenlignet med en tilsvarende enkel platebestanddel, kan komposittbestanddeler så som for eksempel langsgående bærebjelker 22, spanter 24 eller skott 26 plasseres med større innbyrdes avstand, og således vil det kreves færre av disse. Videre vil de sterkere komposittbestanddeler kreve betydelig færre eller ingen stivere 7. Uten å øke den totale vekt av stålet som kreves for å bygge fartøyet, kan derfor stål som normalt benyttes til ytterligere langsgående bærebjelker 3, spant 11 og 2, og platestivere 7 i tidligere kjente dobbeltskrog av stål omfordeles til komposittskrogplåtene 17 og 18 og strukturelle elementer så som bærebjelker 22, dørker 24, skott 26 og platespant 32 for å oppnå sterkere enkeltbestanddeler som vil gi økede styrkeegenskaper uten å øke stålkostnadene. Den elastomere kjerne 38 gir tilstrekkelig langsgående skjærkraftoverføring mellom den indre og ytre metallplate 34 og 26 av komposittplaten 18 til å gjøre det mulig for alle platene 34 og 36 å bidra til den elastiske tverrsnittsmodul og således momentmotstanden av tankskipet som helhet betraktet. Elastomeren øker skjærknekkekapasiteten av skrogkonstruksjonen. Ved å erstatte den tidligere kjente enkle tykkere stålplate med komposittplaten 18 fremstilt av to tynnere stålplater 34 og 36 atskilt av og heftforankret til en strukturell ekstorner 38, oppnås det et rivnings- og bruddmotstandsdyktig skrog ved omkostninger tilsvarende eller kvere enn for en konvensjonell konstruksjon fordi stålplaten ikke behøver å spesifiseres som et dyrere skårfast stål. Tykkelsesfordelingen av de to stålplater 34 og 36 i komposittpkten 18 er ikke låst og kan fordeles for å optimalisere den strukturelle ytelse og varighet med hensyn på faktorer så som for eksempel kstbæreevne og korrosjons- og abrasjonsmotstand.

Ved å erstatte den konvensjonelle stålplate med komposittpkten 18 i skrogdeler så som for eksempel skrogpkter 17, langsgående bærebjelker 22, dørkspant 24 og skott 26, kan det oppnås betydelig økning i styrken av disse enkeltskrogbestanddeler og skroget som helhet, og det gir mulighet for reduksjon i tykkelsen av de indre og ytre stålplater 34 og 36 i de sammensatte skrogpkter 18, samt en betydelig reduksjon i antallet av konvensjonelle skrogbestanddeler, så som for eksempel stiverelementer 7, spanter 11 og understøttelseselementer 2, 3 nødvendig for å oppta funksjonsbelastninger i pknet, så som for eksempel funksjonsbekstninger som bevirker kjølebrytning og sprengning. Erstatning av konvensjonelle stålpkter med sterkere komposittpkter 18 i konvensjonelle spant- og understøttelseselementer forenkler også bærekonstruksjonen. De sterkere komposittplater 18 tillater en konstruksjon med betydelig færre strukturelle elementer, noe som i sin tur betydelig reduserer antall strukturelle skjæringspunkter, så som for eksempel langsgående elementer som passerer gjennom dørkspanter 24, skott 26, spantendebraketter (ikke vist), knekter (ikke vist). Reduksjonen i strukturelle skjæringspunkter reduserer i sin tur antallet av utmattningsfølsomme detaljer og det tilsvarende antall av utmattningsbrudd som kan oppstå. Færre strukturelle elementer reduserer også sannsynligheten for at en sprekk vil forplante seg til det indre skrog 20 i en

uhellsituasjon.

Komposittplatesystemet kombinert med nye skipstekniske detaljer gir en støtmotstandsdyktig, sterk struktur. De ytre stålplater 36 av komposittplaten 18 virker som en hard, beskyttende sliteflate. Den elastomere kjerne 38 absorberer energi, dissiperer tversgående belastninger til den indre stålplate 34 og tilveiebringer en kontinuerlig membran med høy forlengelse og termisk motstand. Den indre stålplate 34 tjener også som en hard, beskyttende sliteflate og opptar størsteparten av støtbelastningen i en uelastisk membranvirkning. Sandwich-konseptet tillater optimal fordeling av stål-lagtykkelsene mellom den indre og ytre stålplate 34 og 36 av komposittplaten 18 for å gi det mest mulig effektive strukturelle system. De termiske isolasjonsegenskaper av den elastomere kjerne 38 bevirker et varmere miljø for den indre stålplate 34 og de omgivende bærende strukturelle stålelementer så som de langsgående bærebjelker 22 og dørkspantene 24, for derved å muliggjøre bruk av mindre kostbart stål med lavere bruddmotstand. I en utilsiktet eller ekstrem belastningstilstand vil den duktile elastomere kjerne 38 av komposittplaten 18 øke punkteringsmotstanden av den indre og ytre metallplate 34 og 36, skape jevnere påkjenningsfelter i den indre og ytre plate 34 og 36 når de deformeres over understøttende elementer, så som langsgående bærebjelker 22 og dørkspanter 24, minsker lokal skjærdeformasjon, og i tilfelle av støtbelastninger øker de sterkt motstanden i den indre og ytre metallplate 34 og 36 mot rivning ved tversgående bæreelementer. Den elastomere kjerne 38 gir det indre skrogs 20 komposittplate 18 et effektivt sprekkstopperlag mellom det ytre skrog 28, bunnen eller sidestrukturen som vanligvis utsettes for skade under en kollisjon eller grunnstøting, og de indre stålplater 34 i det indre skrog 20 som forer lastetankene. Dette sprekkstopperlag vil i forbindelse med andre strekkstopperdetaljer betydelig redusere sannsynligheten for, eller til og med eliminere, oljeutstrømning som ellers ville skje på grunn av sprekker som forplanter seg inn i lastetanken fra bruddet i det ytre skrog.

Det forenklede strukturelle system er mindre overfylt, og med sine plane flater er det lettere å påføre, inspisere og vedlikeholde beskyttende belegg på disse. Ødeleggelse av belegget er vanligvis vanligst i områder som er vanskelig tilgjengelige, så som undersiden av flenser eller flensspantskjæringer (ikke vist) hvor den opprinnelige beleggpåføring kan være utilstrekkelig og påfølgende beleggvedlikeholdpåføring er vanskelig. Da komposittplatesystemet har mindre overflateareal som skal beskyttes, er det redusert sannsynlighet for korrosjonsproblemer, og en øket levetid.

Initialomkostningene ved å bygge dobbeltskrogkonstruksjoner med stål-elastomer-stål-komposittplater er mindre enn for det tilsvarende skrog med tradisjonelle helståls avstivede plater. Kostnaden for det elastomere kjernemateriale, installasjonen og ytterligere sveising som følger med komposittplatene oppveies av at et betydelig antall konvensjonelle stålplatestivere 7 er eliminert, at understøttelsesdeler så som for eksempel kraveplater eller kompenseringsbraketter ved skjæringer mellom langsgående og tversgående spanter, dørker eller skott er eliminert, og ved at betydelige overflatearealer som i konvensjonelle skrog krever maling og vedlikehold, er eliminert. Ytterligere kostnadsfordeler oppnås ved øket levetid og lavere risiko- og lastforsikringskostnader og lavere driftskostnader som resulterer av et lettere fartøy og lavere oppvarmingskostnader av oljen under transitt.

Den fundamentale grunn til å ha dobbeltskrogs oljetankskip er å minimalisere sannsynligheten for oljeutstrømning i tilfelle av utilsiktede eller ekstreme belastningstilstander så som grunnstøting eller kollisjoner. I denne forbindelse gir systemet ifølge oppfinnelsen uovertruffen ytelse sammenlignet med tidligere kjente konstruksjoner.

Grunnstøtningstester i stor skala med tidligere kjente bunnskrogseksjoner indikerer at brudd i det indre skrog av vanlig dobbeltskrogalternativer av stål vil skje som resultat av sprekkeforplantning fra det opprinnelige brudd i det ytre skrog selv om penetrasjonsdybden inne i skroget av en fjellknaus eller annen gjenstand er mindre enn den innbyrdes avstand mellom det indre og ytre skrog. Det blir således vesentlig å isolere lastetanken med et sprekkstoppende beskyttelseslag 15. Figurene 7-10 illustrerer den innbyrdes forbindelse mellom skrogkomposittplåtene 18 og det tversgående komposittskott 26, komposittdørkspantet 24 og den langsgående komposittbærebjelke 22. Den langsgående komposittbærebjelke 22 strekker seg mot og er forbundet med komposittdørkspantet 24 under det tversgående skott 26. Lengdekantene av de langsgående bærebjelker 22 er forbundet direkte kun til den indre plate 34 av det ytre skrog 28 og den ytre plate 36 av det indre skrog 20. Mellomstykkene 44 er anordnet inne i komposittplaten 18 av det indre skrog 20 slik at de er plassert midtveis mellom de langsgående bærebjelker 22. På fig. 8 er et vist en enkel kilsveis 48 som fester kanten 46 av mellomstykket 44 til den indre flate 66 av den ytre plate 36 av det indre skrog 20, og en enkel buttsveis 55 fester kantene 52 og 54 av det indre skrogs indre plater 35a, henholdsvis 35b, og kanten 50 av mellomstykket 44 for derved å forbinde de respektive plater av komposittplaten 18. Disse forenklede sveisedetaljer er utformet for å lette fabrikasjonen og lette automatisering av sveiseoperasjonene. Anbringelsen av mellomstykkene 44 midtveis mellom de langsgående bærebjelker 22, i kombinasjon med den halvsirkulære klaring 60 i dørkspantet 24 ved det tversgående skott 26 nærmest plasseringen av mellomstykket 44 i det indre skrogs 20 plate gir en effektiv sprekkstopperbarriere. Figurene 8-10 illustrerer tydelig at den eneste direkte kontakt metall mot metall mellom det indre metall-lag 34 og det ytre metall-lag 36 av det indre skrog 20 er mellomstykket 44. Det indre skrog 20 er effektivt blitt isolert mot sprekkforplantningseffekter ved å plassere mellomstykket 44 i betydelig avstand fra langsgående bærebjelker 22 og ved å tilveiebringe en klaring 60 i dørkspantet 24 nær plasseringen av mellomstykket 44 i det indre skrogs komposittplate 18. Sprekker som forplanter seg fra det ytre skrog 28 opp gjennom de langsgående bærebjelker 22 stoppes av elastomerkjernen 38 i det indre skrog 20. Sprekker som forplanter seg fra det ytre skrog opp gjennom dørkspant 24 eller andre tilsvarende tversgående strukturelle elementer, stopper ved klaringen 60, som effektivt forhindrer forplantning av sprekken gjennom mellomstykket 44 til den andre plate 34 av det indre skrog 20.

Den halvsirkulære klaring 60 er en typisk strukturell diskontinuitet som benyttes for å stoppe sprekker i strukturer som er utsatt for sprekkeforplantning på grunn av tretthet. En plugg 62 fyller den semi-sirlulære klaring 60. Pluggen 62 har periferielle flenser 64 på hver side av dørkspantet 24, som danner vanntette rom på hver side. Pluggen kan for eksempel være en plaststøpt ekstorner, men andre typer plugger er også tenkt brukt. Figurene 8, 9 og 10 viser tydelig at kstetanken 68 er effektivt isolert ved hjelp av ekstomerkjernen 38 av polyuretan fra den ytre skipsstruktur, idet den eneste direkte kontakt metall mot metall mellom den indre metallpkte 34 av det indre skrog 20 og resten av skipskonstruksjonene er avstandselementene 44 mellom de indre og ytre metallplater 34 og 36 vist på fig. 8.

Som vist på fig. 9 er skottet 26 festet ved hjelp av sveising eller andre midler til den indre pkte 34 av det indre skrog 20. Under det indre skrog 20 understøtter dørkspantet 24 skottet 26 og er festet ved hjelp av sveising eller andre midler til den ytre pkte 36 av det indre skrog 20. Ekstorner laget 38 danner et sprekkstopperkg 15 mellom dørkspantet 24 og skottet 26. For å sikre at det ikke er noen direkte kontakt metall mot metall mellom den indre plate 34 og den ytre pkte 36 av det indre skrog 20 der hvor det indre skrog 20 passerer mellom dørkspantet 24 og skottet 26, kan en åpning 67 (fig. 13) være anordnet i det kngsgående mellomstykke 44 (sett i sideriss på fig. 13) hvor dette passerer mellom dørkspantet 24 og skottet 26 og strekker seg en kort strekning på begge sider av de tversgående bestanddeler. Ytterligere ekstomermellomstykker kan være pkssert på tvers av de kngsgående mellomstykker for å gi en sveisemargin rundt dørkspantet 24 og skottet 26. Etter sveising fylles åpningen 67 med ekstorner. Dette isolerer effektivt kstetanken mot slik spenningsforpkntning gjennom stålet som ville kunne resultere ved en kollisjon med et annet fartøy mot skrogets sidekonstruksjon.

I tillegg til iboende sprekkstopping gir foreliggende oppfinnelse også øket energi-absorpsjonskapasitet i forhold til konvensjonelle eller avanserte dobbeltskrogkonstruksjoner. Den høye konsentrasjon av stålplatemateriale i skrogpktene, sammen med de fysiske egenskaper og oppførselen til stål-ekstomer-stål-sandwichplaten, så som øket tverrsnittsmodul og elastomerens elastiske tilbakefjæringsegenskaper, har en tendens til å spre lokal plastisitet, dvs. minske lokale bøye- og skjærebelastninger rundt skarpe eller små belastningspunkter, og med langsgående bærebjelker som er konstruert for plastisk deformasjon (folding) under utilsiktede eller ekstreme belastninger, vil maksimalisere materialets deformasjon i plastisk membranvirkning, maksimalisere materialet i kontakt med det påkjørte objekt eller det rammende objekt, forsinke innsettingen av rivning, og øke energiabsorpsjonskapasiteten. Resultatet er et skrog med sterk hud og et oljetankskip med større motstand mot støtbelastninger. For å sikre overlevelsesegenskapene, er tankskipet konstruert for å opprettholde skrogets bærebjelker intakte etter enhver sannsynlig utilsiktet eller ekstrem belastningssituasjon. Forenklingen av det strukturelle arrangement reduserer antallet skjæringer mellom perpendikulære spantelementer og antall utmattningsutsatte detaljer. Som et resultat av at det forenklede strukturelle system illustrert ovenfor er tilveiebrakt, er det mindre overflateareal som skal belegges og beskyttes mot korrosjon, og det overflateareal som foreligger, er hovedsakelig plant og uten hindringer. Påføring, inspeksjon og vedlikehold av beskyttende belegg er derfor lettere. Alle disse faktorer bidrar til å redusere de opprinnelige konstruksjonskostnader, vedlikeholdskostnader under drift, og økningen i fartøyets potensielle levetid.

De termiske egenskaper av polyuretanelastomeren kan isolere den indre plate av det ytre skrog, platene av det indre skrog og de langsgående bærebjelker mot omgivelsestemperaturen for oljetankskip som for eksempel seiler i områder med kaldt vær, redusere skårfasthetskravene for stålet og muligheten for sprøbrudd ved støtbelastninger. Når det gjelder det indre skrog, reduserer denne termiske isolasjon driftsomkostningene forbundet med oppvarming av oljelasten i transitt. Elastomeren kan velges slik at den er motstandsdyktig mot brennstoff og olje og ugjennomtrengelig for vann. Den valgte ekstorner bør hefte fullstendig til stålplaten som den er støpt mot. Valgt riktig, vil elastomeren forhindre inntrengning av vann, brennstoff eller olje mellom de indre og ytre pkter av begge skrog i tilfeller hvor korrosjon eller abrasjon skaper et hull i en eller annen del av en av skrogplatene.

Systemet ifølge oppfinnelsen er blitt utformet til å være konstruerbart og kostnadsmessig konkurransedyktig å bygge og vedlikeholde.

Selv om en enkelt utførelse som innbefatter foreliggende oppfinnelseslære er blitt vist og beskrevet her, kan fagmannen lett tilveiebringe mange andre endrede utførelser som innbefatter denne lære, alle innenfor rammen av foreliggende patentkrav.

Claims

1. Strukturelt laminatelement for bruk ved bygging av konstruksjoner eller fartøyer så som tankskip, bulklasteskip eller andre sterkt belastede skip, omfattende: et første metallag (34) som har en første indre flate og en første ytre flate; et andre metallag (36) som har en andre indre flate og en andre ytre flate, hvilket andre metallag er anbrakt i avstand fra det første metallag; og et mellomliggende lag (38) av plastmateriale som fyller tomrommet mellom nevnte første og andre metallag;karakterisert ved at det mellomliggende lag (38) hefter sikkert til nevnte første og andre indre overflater for å understøtte bruksbelastninger, og at nevnte plastmateriale er en uskummet, termoherdende polyuretanekstomer.

2. Strukturelt kminatelement ifølge krav 1, hvor nevnte mellomliggende kg (38) av pkstmaterkle er blitt støpt på pkss.

3. Strukturelt kminatelement ifølge krav 1 eller 2, hvor nevnte pkstmaterkle har en strekkstyrke i området fra 20-55 MPa.

4. Strukturelt kminatelement ifølge krav 1, 2 eller 3, hvor hver av nevnte første og andre metallag (34, 36) har en tykkelse i området fra 6-25 mm.

5. Strukturelt kminatelement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte pkstmaterkle har en shore-hardhet i området fra 70A-80D.

6. Strukturelt kminatelement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte pkstmaterkle har en forlengelse i området fra 100-800 %.

7. Strukturelt kminatelement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte pkstmaterkle har en bøyemodul i området fra 2-104 MPa.

8. Strukturelt kminatelement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte første og andre metallag (34, 36) er utformet av stål.

9. Skip eller fartøy innbefattende et strukturelt kminatelement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav.

10. Skip eller fartøy ifølge krav 9, hvor det strukturelle kminatelement danner en del av skroget.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av et strukturelt kminatelement for bruk ved bygging av konstruksjoner eller fartøyer så som tankskip eller bulklasteskip, omfattende de trinn å: anbringe et første metallag (34) og et andre metallag (36) med innbyrdes avstand slik at et kjernehulrom dannes mellom motstående overflater av nevnte første og andre metallag, og bevirker at et uherdet pkstmaterkle (38) fyller nevnte kjernehulrom,karakterisert ved å herde det uherdede plastmaterialet slik at pkstmaterklet hefter sikkert til de motstående flater av det første og andre metallag for å understøtte driftsbelastninger, og at nevnte pkstmaterkle er en uskummet, termoherdende polyuretanekstomer.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor nevnte pkstmaterkle støpes på pkss.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller 12, hvor nevnte pkstmaterkle har en strekkstyrke i området fra 20-55 MPa.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11,12 eller 13, hvor den ene av nevnte første og andre metallplate har et parti som er tilpasset for sveising, hvilket parti tilpasset for sveising danner en sveismargin (67) i en del av kjernehulrommet inntil partiet tilpasset for sveising, og at det trinn å tilveiebringe et uherdet plastmateriale i kjernehulrommet utføres slik at sveisemarginen er uten pkst.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor partiet tilpasset for sveising er en periferisk kant.

16. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12-15, videre omfattende det trinn å tilveiebringe en åpning gjennom tykkelsen av et av det første og andre metallag, og hvor uherdet pkstmaterkle tilføres kjernehulrommet gjennom åpningen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, videre omfattende det trinn å tette åpningen.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor åpningen tettes med en metallplugg.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor åpningen og pluggen har samvirkende gjenger.

20. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12-15, hvor kjernehulrommet har en åpen ende, og at uherdet plastmateriale tilføres kjernehulrommet gjennom den åpne ende.

21. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12-20, hvor nevnte plassering oppnås ved å plassere et mellomstykke (44) mellom det første metallag (34) og det andre metallag (36).

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, videre omfattende det trinn å feste mellomstykket (44) til et av nevnte første og andre metallag.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, videre omfattende det trinn å feste mellomstykket (44) til det andre av nevnte første og andre metallag.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 22 eller 23, hvor mellomstykket (44) festes ved sveising.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 22 eller 23, hvor mellomstykket (44) festes ved liming.

26. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 21-25, hvor mellomstykket (44) er av metall.

27. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 21-25, hvor mellomstykket (44) er av plast.

28. Fremgangsmåte for fremstilling av en dobbeltskrogsstruktur, omfattende: danne et indre skrog i henhold til en fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12-27, og danne et ytre skrog i henhold til en fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 12-27.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 28, hvor det i de trinn å danne det indre og ytre skrog tilveiebringes et uherdet plastmateriale gjennom åpninger mellom hullrommet av dobbeltskrogstrukturen og kjernehulrommet i det respektive skrog.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 28 eller 29, hvor det samme plastmaterialet benyttes til å fylle kjernehulrommene i det indre og ytre skrog.