DE1964464A1 - Automatic system for cross balancing a ship - Google Patents
Automatic system for cross balancing a shipInfo
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Description
Patentanwälte
Df. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth Patent attorneys
D. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth
DipL-lng. G. D'jnn^nbcrg L· DipL-lng. G. D'jnn ^ nbcrg L
Dr. V. Schmi&d-Kowrzik ' ■ 22.Dr. V. Schmi & d-Kowrzik '■ 22.
Dr. Γ. V/einiidd, Dr. D. Gudel
Frankiuri/M., Gr. Eschenheimer Str. 39 -r, · Ί _ . . « -, . , . _Dr. Γ. V / einiidd, Dr. D. Gudel
Frankiuri / M., Gr. Eschenheimer Str. 39 -r, · Ί _. . «-,. ,. _
—- - - Filotecnica Salmoiraghi S.poA0 Filotecnica Salmoiraghi Sp o A 0
Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Anlage für den Querausgleich eines Schiffes.The invention relates to an automatic system for cross-balancing a ship.
Zur Dämpfung der Schlingerbewegung von Schiffen sind Anlagen mit aktivierten Schlingerflossen bekannt. Diese Anlagen weisen ein oder mehrere seitlich vom Schiff vorstehende Schlingerflos— sen auf, die durch ihre mehr oder weniger starke Neigung in bezug auf die Richtung der auf das fahrende Schiff auftreffenden Stromlinien dem Schiff ein Moment aufdrucken, das dem durch den Wellengang erzeugten Querneigungsmoment entgegenwirkt·Systems with activated swaying fins are known for damping the rolling movement of ships. These plants show one or more snaking fins protruding from the side of the ship sen by their more or less strong inclination in relation to the direction of the hitting the moving ship Streamlines print a moment on the ship that counteracts the bank moment generated by the waves
Die Schlingerflossen werden durch einen mechanischen oder elektronischen Rechner gesteuert, der im allgemeinen Fühlorgane,die auf die Winkelbewegung empfindlich sind, wie einen Neigungsmesser, einen Kreisel und einen Winkelbeschleunigungsmesser umfasst, welche in jedem Augenblick die Schlingerbewegung des Schiffes ermitteln. In Abhängigkeit von den ermittelten Werten wird den Schlingerflössen seitens des Rechners ein Signal zugeleitet, welches "Schubbefehlsignal" genannt wird und welches dazu bestimmt ist, in jedem Augenblick den Bewegungszustand des Schiffes auszugleichen· Der seitens des Rechners an den Trieb übertragene Befehl eines gewissen Schubes wirkt sich in einer Drehung um •inen gewissen Winkel der rechten und linken Schlingerfloaten, natürlich in entgegengesetzten Sinnen» aus, eo daft ein Moment er-The rolling fins are controlled by a mechanical or electronic computer, which generally includes sensing organs, the are sensitive to angular motion, such as an inclinometer, gyro, and angular accelerometer, which determine the rolling movement of the ship at every moment. Depending on the values determined, the Rolling rafts are fed a signal by the computer, which is called the "push command signal" and which is used for this purpose is to compensate the state of motion of the ship at every moment · The one transmitted by the computer to the drive The command of a certain thrust results in a rotation through a certain angle of the right and left rolling floats, of course in opposite senses »from, eo daft a moment
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zeugt wird, welches der Schlingerbewegung des Schiffes entgegenwirkt« Diese Anlagen mit aktirierten Schlingerflossen rufen wohl eine ausgezeichnete Stabilisierung des Schiffes hervor, wenn dasselbe mit einer Geschwindigkeit nahe der Reisegeschwindigkeit oder im Grenzfall bis zu etwa IO Knoten fahrt, doch sind sie bei stillstehendem bzw. mit geringer Geschwindigkeit fahrendem Schiff fast unwirksam.it shows what counteracts the rolling movement of the ship «These systems with activated rolling fins call out probably an excellent stabilization of the ship, if the same is traveling at a speed close to the cruising speed or in the borderline case up to about 10 knots, but are they are almost ineffective when the ship is stationary or moving at low speed.
Es sind ferner Stabilisierungsanlagen mit sogenannten Schlingertanks bekannt, welche mindestens zwei Tanks umfassen, die in der gleichen Querebene zur vertikalen Längesymmetrieebene des Schiffes in gleichen Abständen von derselben (insbesondere an den Seiten des Schiffes) angeordnet sind und die mit einer Flüssigkeit (vorzugsweise Süßwasser) gefüllt sind, welche durch mindestens eine Leitung vom einen Tank zum anderen mit Hilfe von Pumpen überführbar sind, wobei die momentane Fördermenge dieser Pumpen zum Ueberführen der Flüssigkeit vom einen Tank zum anderen durch ein Signal bestimmt wird, welches Fördermengenbefehlsignal genannt wird und welches vom Neigungswinkel, von der Neigungsgeschwindigkeit und von der Neigungsbeschleunigung des Schiffes gegenüber seiner ausgeglichenen Lage abhängt. Dieses Signal wird ebenfalls durch einen Neigungsmesser, einen Kreisel und einen Winkelbeschleunigungsmesser erhalten und bildet ein Steuersignal zur Betätigung der Pumpen (in der Praxis eine gewöhnliche Pumpe mit verMssäar*» lieber Fördermenge), so daft dieselben Flüssigkeit von ein*m Tank in den anderen mit einer derartigen Fördermenge überführen, daft dem Schlingermoment entgegengewirkt und getrachtet wird, da· Schiff in die ausgeglichen· Lage zurückzuführen.There are also stabilization systems with so-called roll tanks are known which include at least two tanks in the same transverse plane to the vertical plane of longitudinal symmetry of the ship at equal distances from the same (in particular at the Sides of the ship) are arranged and which are filled with a liquid (preferably fresh water) which by at least a line from one tank to the other can be transferred with the help of pumps, the current flow rate of these pumps to the Transfer of the liquid from one tank to the other is determined by a signal, which is called the delivery rate command signal and which is from the angle of inclination, from the inclination speed and depends on the inclination acceleration of the ship in relation to its balanced position. This signal is also through an inclinometer, a gyroscope and an angular accelerometer are obtained and form a control signal for actuation of the pumps (in practice an ordinary pump with verMssäar * » rather flow rate), then the same liquid from a * m tank transfer into the other with such a delivery rate, daft the rolling moment is counteracted and sought to return the ship to its balanced position.
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Während diese Anlagen mit Schlingertanks bei hoher Fahrtgeschwindigkeit des Schiffes nicht in der Lage sind, die Anlagen mit aktivierten Schlingerflossen zu ersetzen, da sie eine größere Antriebsleistung benötigen und somit ihre Betriebskosten höher sind, sind sie bei geringen Geschwindigkeiten und bei stillstehendem Schiff insbesondere dann äußerst wirksam,wenn wie im Fall von Fährschiffen eine Kolonne von Eisenbahnwagen eingeschifft werden soll, die auf Gleisen fahren, welche seitlich entlang des Schiffes verlaufen, bzw, jedenfalls wenn sehr schwere und unausgewuchtete Lasten eingeschifft werden sollen.While these systems with rolling tanks at high speed of the ship are not able to replace the systems with activated rolling fins, because they require a greater drive power and thus their operating costs are higher, they are at low speeds and When the ship is at a standstill, it is particularly effective when, as in the case of ferries, a column of railroad cars should be embarked that drive on tracks that run along the side of the ship, or at least if very heavy and unbalanced loads are to be embarked.
Die Stabilisierung des stillstehenden bzw, langsam fahrenden Schiffes ist jedoch auch mit diesen Anlagen mit Ausgleichtanks nicht einwandfrei, da es nicht möglich ist, eine Pumpe mit veränderlicher Fördermenge zu verwirklichen die imstande ist, unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichend lineare und wiederholbare Gesetzmäßigkeit zwischen befohlener Fördermenge und ausgeführter Fördermenge zu liefern.The stabilization of the stationary or slow moving ship is, however, also possible with these systems with equalizing tanks not flawless, since it is not possible to make a variable flow pump that is able to cut under to provide a sufficiently linear and repeatable law between the commanded delivery rate and the executed delivery rate for all operating conditions.
Aufgabe der Erfindung ist --«s, eine Stabilisierungsanlage mit Ausgleichtanke zu verwirklichen, die insbesondere für den Gewichtsausgleich im Fall des Einschiffens von schweren und unausgewuchteten Lasten bei stillstehendem Schiff geeignet ist und die einen größeren Stabilisierungseffekt sicherstellt, wobei die Auswirkung der unvermeidlichen Fehler zwischen der angeordneten und der durchgeführten Fördermenge auf die Stabiliserung herabgesetzt werden«The object of the invention is - «s, a stabilization system with Realize compensation tank, which is particularly suitable for weight compensation in the case of embarkation of heavy and unbalanced loads when the ship is at a standstill and which ensures a greater stabilization effect, the effect of the inevitable errors between the arranged and the carried out delivery rate on the stabilization to be reduced "
-Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die ausgeführte Fördermenge gemessen und in ein Signal verwandelt-The invention solves the problem in that the executed delivery rate is measured and converted into a signal
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welches, mit jenem der befohlenen Fördermenge verglichen wird, das seinerseits vom Neigungswinkel, von der Neigungsgeschwindagkeit und von der Neigungsbeschleunigung abhängt, wobei ein Differeiizsignal gebildet wird, das das Steuersignal für die Pumpmittel darstellt. Wenn die UeberfUhrungsfunktion zwischen ausgeführter Fördermenge und dem diesbezüglichen Signal zu jener zwischen dem Signal der befohlenen Fördermenge und der ausgeführten Fördermenge umgekehrt gemacht wird, dann erreicht man auf diese Weise offenbar eine dauernde Gegenüberstellung des Signals der befohlenen Fördermenge und des Signals der ausgeführten Fördermenge, welche Gegenüberstellung das Steuersignal der Pumpmittel in Abhängigkeit von den durch eftaige Störungen verursachten Veränderungen der ausgeführten Fördermenge zu verändern trachtet. Anderseits wird durch das Schiff seibat zusammen mit dem Neigungsmesser, dem Kreisel und dem Winkelbeschleunigungsmesser die Verbindung zwischen der ausgeführten Fördermenge und den Ausgleichstörungssignal sichergestellt, so daß zwei Rückwirkungskreise vorhanden sind, die insgesamt in jedem Augenblick die Stabilisierung des Schiffes gegen die durch das Einschiffen von unausgewuchteten Lasten und/oder durch den Wellengang hervorgerufenen Gewichtsausgleichstörungen und gegen etwaige Störungen sicherstellen, durch welche die gesetzmäßige Abhängigkeit der ausgeführten Fördermenge von der befohlenen Fördermenge verändert werden»which is compared with that of the commanded flow rate, that in turn from the angle of inclination, from the inclination speed and depends on the inclination acceleration, a differential signal being formed which is the control signal for the Represents pumping means. If the transfer function between executed delivery rate and the related signal to that between the signal of the commanded delivery rate and the executed delivery rate is made the other way round, then one obviously achieves a permanent comparison in this way the signal of the commanded delivery rate and the signal of the executed delivery rate, which is the comparison of the control signal to change the pump means as a function of the changes in the delivery rate caused by any disturbances seeks. On the other hand, the ship is seibat together with the inclinometer, the gyro and the angular accelerometer the connection between the executed delivery rate and the compensation disturbance signal ensured, so that two Circles of feedback exist that total at every moment the stabilization of the ship against the embarkation of unbalanced loads and / or the waves caused weight balancing disorders and against possible disorders through which the legal dependency the executed delivery rate can be changed from the commanded delivery rate »
Die Kenzeichen der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich näher au« der folgenden Einzelbeschreibung des allgemeinen Schemas der Anlage und einer bevorzugten Ausführungsform des Elementes, welches die ausgeführte Fördermenge in das mit dem Ausgleichstö-The characteristics of the system according to the invention result in more detail from the following detailed description of the general scheme the system and a preferred embodiment of the element, which the executed delivery rate in the with the equalizing surge
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rungssignal verglichene Signal verwandelt. Die folgende Beschreibung nimmt auf die Zeichnung Bezug, in der:signal compared to the signal. The following description refers to the drawing in which:
Fig.1 ein schemafcischer Schnitt durch ein Schiff ist, das mit einer erfindungsgemäßen Anlage mit Ausgleichtanks versehen ist,Fig.1 is a schematic section through a ship that is with a system according to the invention is provided with equalizing tanks,
Figo 2 ein schematisches Blockschema der erfindungsgemäßen Anlage ist und2 shows a schematic block diagram of the system according to the invention is and
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausftlhrungsform des Elementes ist, welches die ausgeführte Fördermenge misst und sie in das mit dem Signal der befohlenen Fördermenge verglichene Signal verwandelt.3 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the element which measures the executed delivery rate and converts it into the with the signal of the commanded Flow rate compared signal transformed.
In Fig.l ist schematisch ein Schiff 1 dargestellt,welches zufolge einer Last 2 (beispielsweise bestehend aus einem Zug während des Einschiffens), die bezüglich der vertikalen Lllngssymmetrieebene des Schiffes seitlich angebracht ist, .einem Neigungsmoment un« terliegt. An den Seiten des Schiffes und in ein und derselben Querebene bezüglich der LMngaoynunetrieebene sind zwei mit Süßwasser gefüllte Tanks 3 und 4 angeordnet, die miteinander durch ( eine Leitung 5 verbunden sind, in welcher sich eine Pumpe 6 befindet, die geeignet ist, Wasser mit veränderlicher Fördermenge von einem Tank in den anderen Tank überzuführen.In Fig.l a ship 1 is shown schematically, which according to a load 2 (for example consisting of a train during embarkation), which with respect to the vertical plane of longitudinal symmetry is attached to the side of the ship. is subject to. On the sides of the ship and in one and the same transverse plane with respect to the LMngaoynunetrieplane are two with fresh water filled tanks 3 and 4 are arranged, which are connected to each other by ( a line 5 are connected, in which there is a pump 6 which is suitable for water with a variable flow rate transfer from one tank to the other tank.
Wird die Pumpe 6 derart betätigt, daß sie aus dem tiefer liegendem Tank 3 Wasser in den höher liegenden Tank 4 pumpt, dann wird offenbar ein Ausgleichmoment erzeugt, welches bestrebt i*t, da· durch die Last 2 hervorgerufene Neigungemoment auszugleichen. Bei Vergrößerung der Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser von eine» Tank in den Anderen übergerührt wird, vergrößert «ich dasIf the pump 6 is operated in such a way that it pumps water from the lower tank 3 into the higher tank 4, then a compensating torque is evidently generated, which strives i * t to compensate for the inclination torque caused by the load 2. When the speed at which the water is stirred from one "tank into the other," I increase that
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Ausgleichmoment mit einer proportionalen Geschwindigkeit und da ein umso größeres Ausgleichmoment erforderlich ist, je grosser das ileigungsmoment ist ergibt sich, daß die Fördermenge durch die Verbindungsleitung 5 und somit die Fördermenge der Pumpe 6 umso größer sein muß, je größer das Neigungsaoment ist, damit in der Zeiteinheit die nötige Wassermenge vom einen Tank in den anderen Tank übergeführt werden kann«Compensation torque with a proportional speed and since a greater compensation torque is required, the greater the moment of inclination is that the delivery rate through the connecting line 5 and thus the delivery rate of the pump 6 must be greater, the greater the moment of inclination, so the required amount of water can be transferred from one tank to the other in the unit of time «
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsanlage hat die Aufgabe, eine derartige Verbindung zwischen dem Neigungsmoment und dem Betätigurigssignal der Pumpe zu schaffen, daß eine Vergrößerung der Fördermenge hervorgerufen wird, wenn das Neigungsmoment zunimmt und umgekehrt, Nachdem es zufolge unvermeidlicher Störungen praktisch unmöglich ist, eine lineare und konstante Abhängigkeit zwischen der der Pumpe befohlenen Fördermenge und der tatsächlich ausgeführten Fördermenge zu erreichen, ist in der Anlage eine Gegenüberstellung der befohlenen Fördermenge mit der ausgeführten Fördermenge vorgesehen, wobei das Ergebnis dieser Gegenüberstellung das BefcUtigungssignal der Pumpe (oder besser ihres Antriebes) bildet. Auf diese Weise besitzen die besagten Störungen einen weitaus geringeren Einfluä auf den Betrieb der Pumpe, was auf die Einführung des RUckwirkungseffektes zurückzuführen ist.The stabilization system according to the invention has the task of providing a such a connection between the tilting moment and the actuating signal to create the pump that an increase in the delivery rate is caused when the inclination torque increases and Conversely, after it is practically impossible due to inevitable disturbances, a linear and constant dependence between To achieve the delivery rate commanded by the pump and the actually executed delivery rate is a comparison in the system the commanded flow rate with the executed flow rate provided, whereby the result of this comparison forms the BefcUtigungssignal the pump (or better its drive). In this way, the said disturbances have a far less influence on the operation of the pump than on the introduction the retroactive effect.
Das allgemeine Biockschema der erfindungsgemäßen Anlage ist in Fig.2 gezeigt. Der mit strichliertan Linien dargestellte Block 7 stallt das Schiff in seiner Gesamtheit dar, wobei auf diesen Block eingangseeitig ein Neigungsmoment C1 und ein durch die tatsächlich« Fördermenge Q" durch die Leitung 5 bestimmtes Ausgleichaoment CThe general block diagram of the system according to the invention is shown in FIG. The block 7 shown with dashed lines shows the ship in its entirety, with an inclination moment C 1 on the input side and a compensation moment C determined by the actual "delivery rate Q" through the line 5 on this block
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einwirkt und ausgangsseitig ein Neigungiswinkel 0 , eine Winkelbzw. Neigungsgeschwindigkeit 0 und eine Winkel-« bzw. Neigun$be~ schleunigung 0° geliefert werden. Insbesondere kann der Block. xtfie folgt aufgeteilt gedacht werden: ein Integratorblock 8, in dem die tatsächliche Fördermenge Qn integriert und in das Ausgleichmoment C" verwandelt wird, ein Differentiator 9, in dem die Differenz zwischen dem Neigungsmoment C1 und dem Ausgleichmoment C" gebildet wird, sowie ein .Block 10, in dem diese Differenz (C) in einen Winkel 0, eine Winkelgeschwindigkeit 0 und eine Winkelbeschleunigung $ verwandelt wird.acts and on the output side an angle of inclination 0, an angle or. Inclination speed 0 and an angle or inclination acceleration 0 ° can be supplied. In particular, the block. xtfie should be thought of as divided: an integrator block 8 in which the actual delivery rate Q n is integrated and converted into the compensation torque C ", a differentiator 9 in which the difference between the inclination torque C 1 and the compensation torque C" is formed, and a .Block 10, in which this difference (C) is converted into an angle 0, an angular velocity 0 and an angular acceleration $.
Auf den Block 7 folgt ein Block 11, der "Datenverarbeiter" genannt werden kann und in dem die vom Block 7 gelieferten Daten in ein elektrisches Signal f(Qf) verwandelt werden, das die der Pumpe 6 befohlene Fördermenge Q1 angibt, um das Schiff in die gewünschte Lage zurückzuführen. Der Block 11 umfasst einen Neigungsmesser 12, welcher den Neigungswinkel 0 des Schiffes in ein elektrisches Signal f(0) verwandelt, einen Kreisel 13, der die Neigungsgeschwindigkeit 0 des Schiffes in ein elektrisches Signal f(0) verwandelt, einen Winkelbeschleunigungsmesser 14, der die Neigungsbeschleunigung $ des Schiffes in ein elektrisches Signal f(0°) verwandelt, sowie eine Mischeinrichtung 15» die eingangsseitig die Signale f(0), f(0) und f(0* ) erhält und sie in ein einziges elektrisches Signal f(Q1) verwandelt, welches wie gesagt die befohlene Fördermenge Q1 angibt.The block 7 is followed by a block 11, which can be called the "data processor" and in which the data supplied by the block 7 are converted into an electrical signal f (Q f ), which indicates the delivery rate Q 1 commanded by the pump 6 Return the ship to the desired location. The block 11 comprises an inclinometer 12, which converts the inclination angle 0 of the ship into an electrical signal f (0), a gyro 13 which converts the inclination speed 0 of the ship into an electrical signal f (0), an angular accelerometer 14 which the Inclination acceleration $ of the ship is converted into an electrical signal f (0 °), as well as a mixer 15 »which receives the signals f (0), f (0) and f (0 *) on the input side and converts them into a single electrical signal f (Q 1 ), which, as I said, indicates the commanded delivery rate Q 1.
Auf den Datenausarbeiter 11 folgt ferner ein Differentiator l6, in welchen die Differenz zwischen dem elektrischen Signal f(QT) und einem anderen elektrischen Signal f(Q") gebildet wird. Die-The data processor 11 is also followed by a differentiator 16 in which the difference between the electrical signal f (Q T ) and another electrical signal f (Q ") is formed.
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ses letztere elektrische Signal f(Q") wird aus der seitens der Pumpe 6 tatsächlich ausgeführten Fördermenge Q" in eine« Wandler 17 gebildet, der eine entgegengesetzte Uebertragungsfunktion zu jener der Pumpe 6, ihres Antriebes und der Leitung 5 besitzt. Das aus der Differenz der besagten beiden elektrischen Signale erhaltene elektrische Signal E wird dem Eingang eines Blockes zugeführt, welcher aus der Baugruppe gebildet ist, die aus der Pumpe 6 (hier durch den Block 20 angedeutet), ihrem Antrieb (hier durch den Block 19 angedeutet) und der Leitung 5 (hier durch den Block 21 angedeutet) besteht. Der Ausgang des Blockes 18, welcher von defl Ckarakteristiken der Elemente des Blockes und von den diesbezüglichen Störungen D abhängt, stellt die tatsächliche Fördermenge Qu durch die Leitung 5 dar, welche die beiden Ausgleichtanks 3 und 4 verbindet.This latter electrical signal f (Q ") is formed from the delivery rate Q" actually carried out by the pump 6 in a converter 17, which has an opposite transmission function to that of the pump 6, its drive and the line 5. The electrical signal E obtained from the difference between said two electrical signals is fed to the input of a block which is formed from the assembly consisting of the pump 6 (here indicated by the block 20), its drive (here indicated by the block 19) ) and the line 5 (indicated here by the block 21). The output of the block 18, which depends on the characteristics of the elements of the block and on the related disturbances D, represents the actual delivery rate Q u through the line 5, which connects the two equalizing tanks 3 and 4.
Die Wirkungsweise der in Fig.2 schematisch dargestellten Anlage ist folgende. Wenn auf das Schiff ein Neigungsmoment eiiwLrkt, welches wie im Fall der Fig.!beispielsweise durch eine außermittige Last 2 hervorgerufen wird, dann trachtet das Schiff, sich nach einer Seite zu neigen. Die Momentanwerte des Neigungswinkels, der Neigungegeschwindigkeit und der Neigungsbeschleunigung (aus dem Block 7 der Fig.2 austretende Signale 0,0,$) werden durch den Neigungsmesser 12, den Kreisel 13 und den Winkelbeschleuni— gungsmesaer 14 im Datenausarbeiter 11 wahrgenommen, wobei auagangseeitig ein elektrisches Signal f(Q') geliefert wird, welches die der Pumpe 6 befohlene Fördermenge darstellt, um daa Schiff wieder in Ausgleich zu bringen.The mode of operation of the system shown schematically in FIG is the following. If the ship has a moment of inclination, which, as in the case of the figure, for example, by an eccentric Load 2 is caused, then the ship tries to lean to one side. The instantaneous values of the angle of inclination, the inclination speed and the inclination acceleration (signals 0.0, $ exiting from block 7 in FIG. 2) are determined by the inclinometer 12, the gyro 13 and the angular acceleration meter 14 are perceived in the data processor 11, with the output side an electrical signal f (Q ') is supplied, which represents the delivery rate commanded by the pump 6 in order to bring the ship back into balance.
Dieses Signal f(ß1) hat zur Folge, daß die Pumpe 6 seitens des Antriebes 19 veranlasst wird, Wasser vom tiefer liegenden TankThis signal f (ß 1 ) has the consequence that the pump 6 is caused by the drive 19 to take water from the lower-lying tank
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(Tank 3 im Fall der Fig.l) in den höher liegenden Tank (Tank 4 im Fall der Fig?l) durch die Leitung 5 mit einer Fördermenge überzuführen, die theoretisch gleich der befohlenen Fördermenge Q1 sein sollte Zufolge des Vorhandenseins der Störungen D wird jedoch die tatsächliche Fördermenge Q" durch die Leitung 5 nicht(Tank 3 in the case of FIG. 1) into the higher-lying tank (tank 4 in the case of FIG. 1) through the line 5 with a delivery rate which should theoretically be equal to the commanded delivery rate Q 1 due to the presence of the disturbances D. however, the actual delivery rate Q ″ through the line 5 is not
dathere
gleich der befohlenen Fördermenge Q1 sein und/die Störungen D dauernd veränderlich sind, so daß die gesetzmäßige Verbindung zwischen Qn und Q1 nicht immer die gleiche ist, würde der Ausgleich des Schiffes nicht v;ie gewünscht rasch und genau erfolgen, wenn die Rückwirkung nicht vorhanden wäre, die durch den Kreis gebildet ist, der den Wandler 17 umfasst. Dieser Wandler ist in der Tat auf die tatsächliche Fördermenge Q" empfindlich und verwandelt sie in ein elektrisches Signal f(Q"), das vom elektrischen Signal f(Q') abgezogen wird, um das Fehlersignal E zu bilden, durch welches der Antrieb 19 und somit die Pumpe 6 betätigt wird. Das Vorhandensein dieser durch den Wandler 17 gebildeten Rückwirkung, führt dazu, daß die Abhängigkeit zwischen der tatsächlichen FOQrdersaenge und der befohlenen Fördermenge konstant und linear gehalten wird, wobei %ri.· gesagt der Wandler 17 eine entgegengesetzte Uebertragungsfunktion bezüglich jener des Blocke* 18 besitzt, so daß die beiden Signale f(Q') und f(Qw) analog gemacht werden.be equal to the commanded delivery rate Q 1 and / the disturbances D are continuously variable, so that the lawful connection between Q n and Q 1 is not always the same, the compensation of the ship would not take place as desired quickly and precisely if the There would be no reaction, which is formed by the circle which includes the transducer 17. This converter is in fact sensitive to the actual flow rate Q "and converts it into an electrical signal f (Q"), which is subtracted from the electrical signal f (Q ') in order to form the error signal E by which the drive 19 and thus the pump 6 is actuated. The presence of this reaction formed by the converter 17 means that the dependency between the actual feed rate and the commanded delivery rate is kept constant and linear, with the converter 17 having an opposite transfer function with respect to that of the block * 18, so that the two signals f (Q ') and f (Q w ) are made analog.
Die tatsächlich durchgeführte Fördermenge ö" wird ferner durch den χ* Block 7, welcher das Schiff darstellt, enthaltenen Integrator 8 integriert und das Ergebnis dieser Integration besteht au· eine« Ausgleichnonent C11, welches vom Neigungemoment C1 abgezogen ein resultierende« Moment C bildet, das die neue Neigung des Schiffe« und somit in der vorher beschriebenen WeiseThe actually carried out delivery rate ″ is further integrated by the integrator 8 contained in χ * block 7, which represents the ship, and the result of this integration consists of a “compensation component C 11 , which, subtracted from the inclination moment C 1, forms a resultant” moment C which is the new inclination of the ship ”and thus in the manner previously described
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die neue befohlene Fördermenge bestimmt. Die Gleichheit der Momente "C und C" zeigt an, daß der Ausgleich hergestellt ist und daß das Schiff in seine normale Lage zurückgekehrt ist.determines the new commanded flow rate. The equality of Moments "C and C" indicate that the balance has been established and that the ship has returned to its normal position.
Wie bereits mehrfach erwähnt besteht die Neuheit der Erfindung gegenüber bekannten Anlagen mit Ausgleiehtanks darin, daß zwischen ausgeführter und befohlener Fördermenge eine Ruckwirkung eingeführt wurde. Der kennzeichnende Block des Schemas der Fig. besteht somit aus dem Wandler 17? welcher die ausgeführte Fördermenge U11 in ein elektrisches Signal f(Q") verwandelt, welches die besagte Fördermenge darstellt. Diese Verwandlung nuß somit Mittel zur Messung der ausgeführten Fördermenge und Mittel zur Verwandlung der gemessenen Fördermenge in ein elektrisches Signal umfaftsenv Die besagte Fördermenge könnte durch einen in der Leitung 5 liegenden Mengenmesser gemessen werden, doch nurde derselbe einen mechanischen Widerstand bilden, der jedoch eine vergrösserte Ansprechverzögerung des gesamten Systems mit sich bringen würde und daher nicht annehmbar ist. Bei der erfindungsgema&en Anlage wird die Fördermenge hingegen durch Abzweigung des Niveauunterschiedes in den beiden Tanks gemessen, wobei der Niveauunterschied seinerseits dadurch gemessen wird, daß aa Boden der beiden Tanks zwei Druckwandler angeordnet werden und daß die Differenz zwischen den Ausgängen der beiden Druckwandler gebildet wird.As already mentioned several times, the novelty of the invention compared to known systems with equalizing tanks consists in the fact that a jerk effect was introduced between the executed and commanded delivery rate. The characterizing block of the scheme of the figure thus consists of the converter 17? which converts the executed delivery rate U 11 into an electrical signal f (Q "), which represents the said delivery rate. This conversion must therefore include means for measuring the executed delivery rate and means for converting the measured delivery rate into an electrical signal a flow meter lying in the line 5 can be measured, but only the same form a mechanical resistance, which would, however, result in an increased response delay of the entire system and is therefore unacceptable measured in both tanks, the difference in level in turn being measured in that two pressure transducers are arranged at the bottom of the two tanks and that the difference between the outputs of the two pressure transducers is formed.
In Fig.3 ist das Schema einer Einrichtung dargestellt, welche au« zwei Druckme»aung«n ein elektrische· Signal bezüglich der momentanen Fördermenge zwischen den beiden Tank« ableitet. Diese« Schema umfasst einen Differentiator-Gleichstroeyeretlrker 22 mitIn Figure 3 the scheme of a device is shown, which au «two pressure measurements« an electrical signal relating to the current flow rate between the two tanks «derives. This “scheme includes a differentiator-equal flow generator 22 with
98_29_/1034 ^0 0RIGINAL 98_29_ / 1034 ^ 0 0 RIGINAL
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hoher Verstärkungszahl, dessen positiver Eingang über einen Widerstand 23 an eine Eingangskiemme 24 angeschlossen ist, die mit dem Ausgang des Druckwandlers 65 verbunden ist, welcher in einem der beiden Tanks des Schiffes, beispielsweise im Tank 4 gemäß Fig.l, angeordnet ist, während der negative Eingang des Verstärkers über einen Widerstand 25 an eine Eingangsklemme 26 angeschlossen ist, die mit dem Ausgang des Druckwandlers 66 verbunden ist, welcher im anderen Tank angeordnet ist« Die beiden Eingänge des Verstärkers 22 sind ferner untereinander mittels eines veränderlichen Widerstandes 27 verbunden. Die Ruckkupplung wird durch einen Widerstand 28 hergestellt, der zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang des Verstärkers liegt.high gain, the positive input of which has a Resistor 23 is connected to an input terminal 24, which is connected to the output of the pressure transducer 65, which is in one of the two tanks of the ship, for example in the Tank 4 according to Fig.l, is arranged, while the negative input of the amplifier is connected via a resistor 25 to an input terminal 26, which is connected to the output of the pressure transducer 66 is connected, which is arranged in the other tank «The two inputs of the amplifier 22 are also one below the other connected by means of a variable resistor 27. The clutch is made by a resistor 28 connected between the output and the negative input of the amplifier.
Der Ausgang des Verstärkers 22 ist an den Eingang eines Ableiters gelegt, der aus einem Differentiator-verstärker 29 mit hoher Verstärkung und Ohm'scher sowie kapazitiver Ruckkupplung und aus einemRC-Glied besteht, welches einen Widerstand 30 und einen Kondenaator 31 utfasst und dessen Zeitkonstante die Zeitkonetante des Ableiters bestimmt. Der Kondensator 31 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 22 und dem negativen Eingang des Verstärkers 29, während der Widerstand 30 zwischen dem negativen Eingang des Verstärkers 29 und Masse liegt. Der positive Eingang des Verstärkers 29 ist über einen Widerstand 32 an Masse gelegt. Ausgangseeitig ist der Verstärker 29 Über die Reihenschaltung zweier Festwiderstände 33 und 34 und eines veränderlichen Widerstandes 35 an Masse gelegt. Der Rückkupplungskreis besteht aus der Parallelschaltung eines Kondensator* 36 und einer Reihenschaltung eines Festwiderstand 37 und eines veränderlichem Widerstandes 38, wobei diese Parallelschaltung zwischen dem ,negativen Eingang des Ver-The output of the amplifier 22 is applied to the input of an arrester, which consists of a differentiator amplifier 29 with high gain and ohmic as well as capacitive feedback and from an RC element consists, which utfasst a resistor 30 and a capacitor 31 and whose time constant is the time constant of the Arrester determined. The capacitor 31 is between the output of the amplifier 22 and the negative input of the amplifier 29, while the resistor 30 between the negative input of the Amplifier 29 and ground. The positive input of the amplifier 29 is connected to ground via a resistor 32. Output side is the amplifier 29 via the series connection of two fixed resistors 33 and 34 and a variable resistor 35 connected to ground. The feedback circuit consists of the parallel connection a capacitor * 36 and a series connection of a Fixed resistor 37 and a variable resistor 38, wherein this parallel connection between the negative input of the
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stärkers 29 und dem Knotenpunkt zwischen den Widerständen 34 und 35 liegt.amplifier 29 and the node between the resistors 34 and 35 lies.
Das Schema der Fig. 3 umfasst ferner einen Ringmodulator 39", welcher zwei Windungen 40 und 41 umfasst, die untereinander durch vier Dioden 42, 43 j 44 und 45 in Netzwerkschaltung verbunden sind, Die mit einem an Masse gelegten Mittelabgriff versehene Windung 40 stellt die Sekundärwicklung eines Transformators 46 dar, dessen Primärwicklung 47 mit Wechselspannung (vorzugsweise von 115 Volt und 400 Hz, die zwischen einer Eingangsklemme 48 und Masse angelegt ist) Über die Reihenschaltung zweier Widerstände 49 und 50 gespeist wird, wobei ein Widerstand 51 zu der aus dem Widerstand 50 und aus der Primärwicklung 47 gebildeten Serienschaltung parallel liegt. Die Windung 41> von der ein Mittelabgriff über einen Widerstand 52 mit dem Knotenpunkt zwischen denl Widerständen 33 und 34 verbunden ist, stellt die Primärwicklung eines Transformators 53 dar, dessen Sekundärwicklung 54 eisten Teil einer Reihenschaltung bildet, die auch einen Widerstand 55 umfasst und die den negativen Eingang eines weiteren Differentiatorveratärkers 56 mit hoher Verstärkung mit Masse verbindet. Der positive Eingang dieses Verstärkers ist über einen WiderstandThe diagram of FIG. 3 also includes a ring modulator 39 ″, which comprises two windings 40 and 41 which are connected to one another by four diodes 42, 43, 44 and 45 in a network circuit Secondary winding of a transformer 46, the primary winding 47 of which is fed with alternating voltage (preferably of 115 volts and 400 Hz, which is applied between an input terminal 48 and ground) via the series connection of two resistors 49 and 50, a resistor 51 being connected to the resistor 50 and the series circuit formed by the primary winding 47 is in parallel. The turn 41 > of which a center tap is connected via a resistor 52 to the junction between the resistors 33 and 34, represents the primary winding of a transformer 53, the secondary winding 54 of which is part of a series circuit forms, which also includes a resistor 55 and which is the negative input of a white teren differentiatorveratärkers 56 connects with high gain to ground. The positive input of this amplifier is through a resistor
57 an Masse gelegt und mittels eines veränderlichen Widerstandes57 connected to ground and by means of a variable resistance
58 mit dem negativen Eingang verbunden. Der RUckkupplungskreis dieses Verstärkers besteht aus einer Reihenschaltung eines Festwiderstandes 59 und eines veränderlichen Widerstandes 60 und verbindet den Ausgang mit dem negativen Eingang des Verstärkers« Der Ausgang der Einrichtung nach Fig.3 besteht aus einer Ausgangslclemme 61, die über einen Tranformator 62 mit dem Ausgang58 connected to the negative input. The feedback circuit of this amplifier consists of a series connection of a fixed resistor 59 and a variable resistor 60 and connects the output to the negative input of the amplifier « The output of the device according to Figure 3 consists of an output terminal 61, which via a transformer 62 to the output
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0 9 8 2 9/1034 8^ ORIGINAL0 9 8 2 9/1034 8 ^ ORIGINAL
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des Verstärkers 56 verbunden ist, welcher Transformator eine Primärwicklung 63 und eine Sekundärwicklung 64 umfasst, die mit einem ihrer Enden an Masse liegen.of the amplifier 56 is connected, which transformer is a Primary winding 63 and a secondary winding 64 comprises one end of which is grounded.
Die Wirkungsweise der in Fig.3 dargestellten Einrichtung ist folgende. Der den Differentxatorverstärker 22 umfassende Bloch 67 führt die Differenz zwischen den beiden Drucksignalen durch, die seitens der Druckwandler 65 und 66 an die Eingänge 24 und 26 angelegt sind und das Ergebnis dieser Operation (welches eine Miveaudifferenz ist) wird durch den Ableiter 68, der den Verstärker 29 umfasst und dessen Zeitkonstante gleich dem Produkt der Parameter des Widerstandes 30 und des Kondensators 31 ist, abgeleitet und in eine Mengenmessung verwandelt. Das Zeichen dieser Ableitung ist positiv oder negativ, je nachdem ob der seitens des Wandlers 65 wahrgenommene Druck gegenüber dem seitens des Wandlers 66 wahrgenommenen Druck zunimmt oder abnimmt.The mode of operation of the device shown in FIG. 3 is as follows. The Bloch 67 comprising the differentxator amplifier 22 performs the difference between the two pressure signals which are applied to the inputs 24 and 26 by the pressure transducers 65 and 66 and the result of this operation (which is a level difference) is passed through the diverter 68, which is the Amplifier 29 comprises and whose time constant is equal to the product of the parameters of the resistor 30 and the capacitor 31, derived and converted into a quantity measurement. The sign of this derivation is positive or negative, depending on whether the pressure perceived by transducer 65 increases or decreases compared to the pressure perceived by transducer 66.
Das so erhaltene Signal moduliert das am Eingang des Ringmodulators 39 vorhandene Wechselstromsignal, i</obei ein moduliertem Wechselstromsignal erhalten wird, dessen Amplitude der Ableitung der Differenz der von den beiden Druckwandlern abgegebenen Signalen proportional isto Das modulierende Signal ist mit dem Wechselstrom^ trägersignal phasengleich, wenn der Ausgang des Ableiters 68 positiv iet (der Druck im Tank 4 nimmt gegenüber jenem im Tank j zu), während Phasenungleichheit besteht, wenn der Ausgang des Ableiter« 68 negativ iet (der Druck im Tank 4 nimmt gegenüber jenem im Tank 3 ab). Der Grund der Einführung dieser Modulation liegt darin, daß Differentiatorveratärker und Auearbeiter von Wechsalstromeignalen (insbesondere solcher mit 4OO Hz) zur Verfügung stehen,The signal obtained in this way modulates the alternating current signal present at the input of the ring modulator 39, i </ whether a modulated alternating current signal is obtained, the amplitude of which is proportional to the derivative of the difference between the signals emitted by the two pressure transducers o The modulating signal is in phase with the alternating current carrier signal if the outlet of the trap 68 is positive (the pressure in tank 4 increases compared to that in tank j), while there is a phase imbalance when the outlet of trap 68 is negative (the pressure in tank 4 decreases compared to that in tank 3 ). The reason for the introduction of this modulation lies in the fact that differentiator converters and processors of alternating current signals (especially those with 400 Hz) are available,
09*8 29/10 34 BAD09 * 8 29/10 34 BATH
ύ±Β bereits In der Technik weitgehend angewandt werden und Jedenfalls gegenüber jenen noch vorteilhaft sind, die mit Gleichstrom arbeiten* Der den Verstärker 56 umfassende Block 69 hat schließlich die Aufgabe, ein starkes Ausgangssignal f(Q") zu liefern, welches sodann an der Ausgangsklemme 6l zur Verfügung steht. ύ ± Β are already in the art widely applied and in any case over those are still advantageous to work with direct current * The amplifier 56 comprising block 69, finally, has the task to provide a strong output signal f (Q "), which then at the Output terminal 6l is available.
Der Wandler nach Fig.3 wurde beschrieben um darzulegen, wie es möglich ist, die seitens der Pumpe 6 nach FIg3I ausgeführte Fördermenge zu messen und sie in ein elektrisches Signal f(ß") zu verwandeln, welches mit dem elektrischen Signal f(Q*) vergleichbar ist, das die befohlene Fördermenge der gleichen Pumpe 6 darstellt. Es versteht sich jedoch, daß diese ausgeführte Fördermenge 'auch auf andere Art und Weise gemessen werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The converter of Figure 3 has been described to show how it is possible that the part to be measured of the pump 6 of Figure 3 executed flow I and transform them into an electrical signal f (ß ") which f with the electrical signal ( Q *) is comparable, which represents the commanded delivery rate of the same pump 6. It is understood, however, that this executed delivery rate can also be measured in other ways without departing from the scope of the invention.
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BAD ORIGiNAtBATH ORIGINAL
η η 9 8 ·> .Q /1 η % ι η η 9 8 ·> .Q / 1 η % ι
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