STATECZNOŚĆ 1

Stat. przy dużych kątach przechyłu

Stat.dynamiczna

Przepisy - sposoby

OKREŚLENIE MASY ŁADUNKU

Masę ładunku można określić na podstawie jednego pomiaru zanurzeń, dwóch pomiarów zanurzeń w stanie załadowanym i pustym.

Wyznaczenie masy ładunku na podst. 1 pomiaru zanurzeń.

n

Pł = D -  pi

i=1

pi = p1 + p2 + p3 + .......pn

Poszczególne składniki sumy przyjmują wartości równe:

p1 = Do Wyporność statku pustego

p2 Masa paliwa ciężkiego

p3 Masa paliwa lekkiego

p4 Masa wody słodkiej

p5 Masa wody morskiej (balast)

p6 Masa olejów smarnych

p7 Woda zęzowa (sludge)

p8 Masa innych ciężarów, których ilość jest

możliwa do określenia

p9 Masa wody w rurociągach

p10 Konstanta

Uwaga: 10% zapasów to teoretycznie ilość zapasów, które winny wystarczyć na 3 dni

żeglugi. Nie ma to żadnego odniesienia do 100% zapasów tzn. 10% zapasów

nie stanowi 1/10 100% zapasów !.

W wypadku 1-go pomiaru Konstantę deklaruje statek - nie ma innej możliwości określenia tej wartości.

Dla oznaczenia masy ładunku pozostaje zatem wyznaczenie wyporności statku na podstawie odczytanych zanurzeń na dziobie, owrężu i rufie.

Należy również określić zasolenie wody - najlepsze są przyrządy szklane, ponieważ nie ulegają deformacji i odkształceniom.

Przy małych statkach wystarczy jeden pomiar zasolenia w połowie zanurzenia.

Przy statkach dużych posługujemy się średnią z 4 miejsc (owręże L i PB, dziób i rufa) mierzonych w połowie zanurzenia statku.

Określenie masy ładunku na podstawie dwukrotnego pomiaru zanurzenia.

Pł = PI - PII gdzie PI - statek pusty + ładunek + zapasy + konstanta

PII- statek pusty + zapasy + konstanta

Można też zastosować liczenie bez uwzględniania statku pustego. Wówczas:

PI - ładunek + konstanta

PII - konstanta

n

PI = DI -  pi

i=1

pi nie uwzględnia konstanty i statku pustego.

n

PII = DII -  pi

i=1

pi może się różnić od stanu pierwotnego o ilość zapasów, paliwa i wody balastowej. Wielkości te koryguje się przy drugim pomiarze zanurzenia.

Metoda jest skuteczna i poprawna jeżeli wartość przegłębienia (t) nie większa niż 1o. tj. około 1.74 m na 100 m LOA.

Z reguły całość obliczeń robiona jest w formie tabularycznej na przygotowanych formularzach (przynajmniej oficjalny raport).

Krzywe hydrostatyczne budowane są różnie - od płaszczyzny podstawowej (base line) lub od dolnej krawędzi stępki (ang. extreme draft; nim. UKK).

Wolna burta podaje wartość z grubością mocnicy pokładowej i ew. grubością wykładziny tj. np. drewnianego pokładu.

Wysokość kadłuba H podawana jest natomiast od płaszczyzny podstawowej do dolnej powierzchni pokładu (mocnicy).

Dla uzyskania prawidłowych wyników należy dokonać korekty zmierzonego zanurzenia do wartości tabularycznych (jeżeli tabele liczone od pp to korekta o grubość stępki, jeżeli zanurzenie mierzone np od marki to korygować H o grubość pokładu itp.).

I pomiar

1.) TDZL TZL TRZL

TDZP TZP TRZP

2.) Zanurzenie na znakach w p³aszczyŸnie symetrii:

TDZ = 0.5 * (TDZL + TDZP)

TZ = 0.5 * (TZL + TZP)

TRZ = 0.5 * (TRZL + TRZP)

3.) Poprawki do zanurzeń na znakach

a) Odległość między znakami:

LZ = Lpp + (- LR ) + (-LD) = Lpp - (LR + LD)

Uwaga: znaki LR "-" jeżeli do dziobu od PR, "+" jeżeli do rufy od PR

LD "-" jeżeli do rufy od PD, "+" jeżeli do dziobu od PD

b) Przegłębienie na znakach:

tZ = TDZ - TRZ

c) Poprawki zanurzeń na pionach

tZ tZ

DTD = LD * ---- gdzie (patrz rys.) ---- = tg () (tangens kąta przegłębienia)

LZ LZ

tZ

DTR = LR * ----

LZ

tZ

DTT = LT * ---- (tylko jeżeli znaki nie leżą na owrężu. Znak "+" do dziobu

LZ "-" do rufy)

4.) Obliczyć zanurzenie na pionach i w płaszczyźnie owręża.

TD = TDZ + DTD

TT = TTZ + DTT

TR = TRZ + DTR

5.) Obliczmy przegłębienie średnie, zanurzenie średnie, strzałkę ugięcia kadłuba.

t= TD - TR

TD + TR

Tśr = -----------

2

f = TT - T gdzie T = Tśr - g (g - grubość stępki ale tylko jeżeli zanurzenie

zostało poprawione o grubość stępki)

Ugięcie "-" - hogging

Ugięcie "+" - sagging

6.) Z krzywych hydrostatycznych statku nieprzegłębionego odczytujemy :

D = wyporność γ1.025

TPC =

xs =

xF =

Mj (T+0.5 m)

Mj (T- 0.5 m)

Obliczmy Mj = Mj(T+0.5 m) - Mj(T-0.5 m)

7.) Obliczmy poprawki na przegłębienie i na odkształcenie kadłuba.

Uwaga: poprawki na przegłębienie liczyć od t> 0.5o

Można liczyć poprawki dla zanurzenia lub poprawki dla wyporności:

Poprawki zanurzenia | Poprawki wyporności

------------------------------------------------|--------------------------------------------------

FTC t | t * xs * TPC

(C1) C1=xs * ------ [ m ] | C1 = 100 * ---------------------- [ T ]

Lpp | Lpp

|

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -| - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

STC t2 DMj (na metr) | t2 * DMj (na metr)

(C2) C2 = 50 * --- * ------ [ m ] | C2 = 0.5 * ----------------------- [ T ]

Lpp TPC | Lpp

|

lub:

t2 DMTC(na cm) | t2 * DMTC(na cm)

C2 = 0.5 * ---- * ------ [ m ] | C2 = 50 * ---------------------- [ T ]

Lpp TPC | Lpp

|

gdzie : DMj = Mj(T+0.5 m) - Mj(T-0.5 m); DMTC = MTC(T+0.5 m) - MTC(T-0.5 m)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -| - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Poprawka na ugięcie |

(C3) C3 = Cf * f [ m ] | C3 = 100 * Cf * f * TPC [ T ]

|

gdzie Cf przyjmować 0.75 lub, dla statków pełnotliwych 0.63.

Można również obliczyć:

Cf = 0.81 - 0.5 a a - wsp.pełnotliwości wodnicy

lub

Cf = 1 - 0.334 a

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

8.) Korekta :

T = Tśr + C1 + C2 + C3 (Tym zanurzeniem wchodzimy do tablic i odczytujemy D)

D1 = D + C1 + C2 + C3

9.) Obliczenie wyporności statku w wodzie, w której pływa:

( γ  γ1.025)

a) D = D1 * -------------

1.025

Dγ = D1 + D

lub:

γ

b) Dγ = D1 * --------

1.025

10.) Obliczenie konstanty.

Pc = Dg - (Do + Pz + Pb + Pst) gdzie: Do - wyporność statku pustego

Pz - ciężar zapasów

Pb - ciężar balastów

Pst- stałe statkowe

Zawsze można "zdjąć" część ciężarów stałych jak np. wodę w rurociągach.

Wyporność statku pustego można (i oblicza się) ze skali Bonjana.

Wyznaczanie środka ciężkości statku.

Przegłębiebienie statku można wyznaczyć ze wzoru:

D

t = ------ * (xG -xF)

Mj

po przekształceniu otrzymujemy:

a) Wyznaczenie współrzędnej xG

t * Mj

xG = --------- + xF

D

b) Wyznaczanie współrzędnej zG

b.1 - z okresu przechyłów bocznych

Aby obliczyć zG trzeba znać okres kołysań bocznych w eksploatacyjnym stanie załadowania (lub w stanie, dla którego obliczamy zG):

zG = zM - GM (zM - KM)

GM może być określone na podstawie zmierzonego okresu kołysań własnych:

TR - okres kołysań własnych

C - współczynnik

B - szerokość statku na owrężu

B Lpp

Wg IMO C = 0.373 + 0.023 * --- - 0.043 * ----

T 100

gdzie : B - szerokość statku

T - zanurzenie średnie

Lpp - długość między pionami

2C winno wynosić : 0.76 - 0.78 dla statku z jednorodnym ładunkiem

0.73 dla statku z ładunkiem na obwodzie (OBO)

B

-- - współczynnik bezwładności kadłuba.

T

b.2 - z próby przechyłu (patrz Stateczność 2)

STATECZNOŚĆ STATYCZNA

Stateczność jest to zdolność statku do zachowania położenia równowagi.

Stateczność jest to zdolność statku do powracania w położenie równowagi jeżeli siły zewnętrzne, które zakłóciły stan równowagi, przestaną działać.

Wg przepisów wszystkich instytucji klasyfikacyjnych wyjście statku z portu ze stałym przechyłem jest zabronione. Wyście takie powoduje wahania statku odbywające się względem odchylonego położenia równowagi. Czyli : a) przechyły na jedną z burt będą większe; b) po ustąpieniu siły zewnętrznej statek wróci do stanu z przechyłem stałym.

Uwaga: przy przemieszczeniu się zboża statek nie przewraca się od razu. Przesyp zboża

następuje stopniowo.

---

W każdych warunkach istnienia przechyłu statek spełnia warunek:

M = Mpr

czyli:

Mst = D * l gdzie Mst - moment statyczny

l -ramię prostujące st.statycznej

Dla małych kątów przechyłów (  < 10o ) ramię można określić ze wzoru:

l = GM * sin 

wzór powyższy może być prawdziwy dla różnych wartości j , prawdziwość wzoru zależy od wielkości GM. Przy dużym GM wzór sprawdza się do wartości  <= 25o

Przy dużych kątach przechyłu wielkość l określa się z uwzględnieniem krzywych zwanych Pantokarenami, które są wykresami stateczności kształtu.

Wartość ramienia prostującego przybiera wartość:

l = lk - a gdzie a = GZ * sin 

wstawiając otrzymamy zależność:

l = lk - GZ * sin 

Odkładając na osi x wartości kątów przechyłu a na osi y wartości l otrzymamy wykres krzywej stateczności statecznej (krzywa Reed'a):

Ramię prostujące

Mpro = po * b1 (lub Mpr1 = p1 * b2)

wstawiając odpowiednio za b1 i b2 wartości (y2 - y1) * cos 1 i (y2-y1) * cos 2 otrzymamy:

Mpro = po * (y2 - y1) * cos 1 ( lub Mpr1 = p1 * (y2 - y1) * cos 2

Przy małych kątach przechyłu wartość cos j jest zbliżona do 1, można więc go opuścić. Wzory przyjmą następujące formy:

Mpr = po * (y2 - y1) ( lub Mpr1 = p1 * (y2 - y1) )

Z zależności Mpr = Mp wyprowadzimy zależność : po * (y2 - y1) * cos 1 = GG1 * D

skąd:

p1 p2

lpr = GG1 = ---- * (y2 - y1) * cos 1 ( lub lpr1 = GG2 = ---- * (y2 - y1) * cos 2 )

D D

Wykres lpr ma na krzywej Reed'a postać cosinusoidalny o początkowej wartości lpr

Maksymalne ramię prostujące wystąpi wówczas gdy cosinusoida lpr będzie styczna z krzywą stateczności w maksymalnym punkcie :

w tym miejscu wystąpią

następujące zależności:

D * lm = Mpr

D * lm = p * (y2 - y1) * cos 

p

lm = ---- (y2 - y1) * cos 

D

lm = lpro przy kącie m co można zapisać jako :

lm

lm = lpro * cos m a st¹d: lpr = ---------

cos m

Zakres statycznych kątów przechyłów statku wyznacza kąt m.

Przekroczenie kąta jm podczas przechyłu oznacza utratę stateczności statycznej statku.

STATEK POSIADA RÓWNOWAGĘ STAŁĄ W ZAKRESIE o - m .

Przy kącie m występuje równowaga obojętna, a przy kątach > m równowaga niestała. Czyli opadająca część krzywej oznacza stan równowagi niestałej.

Obliczanie powierzchni pod krzywą metodą trapezów.

Obliczeń pola pod krzywą można dokonać stosując metodę trapezów dla obu powierzchni ("a" i "b"), lub, gdy powierzchnia "a" jest zbliżona do trójkąta, stosując tę metodę tylko dla prawej części wykresu.

Postępowanie jest następujące:

d

b = ----- ( S l ) gdzie d = 10o/1 radian (lub wartość kątowa podziału/1

2 radian)

Sl = 2 * l1 + 2 * l2 + .... ln-1 + ln

Moment przechylający w przypadku przesypania się zboża.

Moment przechylający w przypadku przesypania się zboża obliczamy ze wzoru:

mV mV - moment objętościowy wywołany przesypaniem się

mpr = ------ zboża we wszystkich przedziałach, czyli:

k mV = mV

Moment wyznaczamy dla przedziałów pełnych

standartowego (2%) osiadania zboża.

W wypadku przedziałów niepełnych lub przy osia-

daniu >2% to mV wyznaczamy dla każdego prze-

działu z wykresów.

k - współczynnik sztauerski ładunku zboża (1.2 - 2 t/m)

Moment objętościowy jest charakterystyką geometryczną przestrzeni wolnej

nad ładunkiem zboża w poszczególnych ładowniach.

n

Moment objętościowy dla statku mV =  mVj gdzie mVj - momenty

n=1

objętościowe poszczególnych ładowni.

Ramię momentu przechylającego od przesypu zboża obliczmy z:

Mpr mV

o = ------- = -------

D D * k

ponieważ cos 40o = 0.766 ... można przyjąć, że ramię przechylające przy  = 40o wynosi:

40 = 0.8 * o

Statek spełni warunki przewozu zboża gdy:

st < 12o st - kąt stałego przechyłu od przesunięcia się

pole f >= 0.075 mrad zboża.

GM > 0.30 m

z > 40o

Moment dopuszczalny - graniczna wartość momentu przechylającego, przy którym wszystkie w/w warunki są spełnione.

Sprawdzenie stateczności będzie polegało na:

- zbadaniu Mpr i porównaniu go z Mdop z tabel;

- sprawdzeniu kąta przechyłu po przesypie (tj. obl. ramienia prostującego i wykreśleniu na

krzywej Reed'a prostej między lo a 0.8 *l40 (lub l przy kącie zalewania - którykolwiek jest

mniejszy)

- obliczeniu pola pod krzywą i nad prostą między w/w kątami

Kryteria IMO przy przewozie zboża

1. st <= 12o

2. Kąt zalewania <= 40o

3. Pole "f" >= 0.075 mrad (lub 4.30 mstopnia)

Momenty przechylające od działania wiatru.

Ocena stateczności dynamicznej od działania wiatru wg IMO.

Przepisy IMO przyjmują następujący model do oceny stateczności dynamicznej statku:

"Statek powinien wytrzymać dynamiczne uderzenie wiatru jeśli wcześniej kołysał się z amplitudą j względem płaszczyzny wyznaczonej statycznym kątem przechyłu od działania wiatru."

Statyczne ramię momentu statycznego obliczamy ze wzoru:

p * A * z

lw1 = -------------- [m] gdzie p = 504 N/m2

1000 * g * D

A - powierzchnia nawiewu statku.

Rzut powierzchni bocznej kadłuba

+ powierzchnia ładunku na pokładzie.

[m2]

Wzór przybierze postać:

p * A * z

lw1 = ------------ jeżeli p wyrażone w kG/m2

D

1. Wykreślamy krzywą st. statycznej dla danego stanu i zaznaczmy obliczone lw1 - otrzymujemy ( w przecięciu z krzywą) kąt przechyłu wywołany działaniem wiatru (o lub wg IMO kąt  ):

2. Obliczamy amplitudę kołysań :

1= 109 * x1 * x2 * sqr ( r * s ) gdzie: x1, x2 , s - wsp. z tablic

k = 0.1 dla statku o zaokrąglonym

oble bez stępek p.przechyłowych

ani stępki belkowej;

k = 0.7 dla statku o ostrej krawędzi obła;

k z tablicy dla statku ze stępką belkową

lub ze stępkami p. przechyłowymi lub

z oboma elementami.

r = 0.73 +- 0.6 * z/d (z - wys.środka masy

od wodnicy,

d - zanurzenie średnie

na owrężu).

Tabele:

B - szerokość statku na owrężu [m] L - długość statku na wodnicy [m]

d - zanurzenie średnie na owrężu [m] CB-wsp.pełnotliwości kadłuba

AK- pow. stępek przech., stępki belkowej [m2] GM-wys.metacentryczna [m]

lub suma obu tych powierzchni T - okres kołysań ze wzoru [sek.]:

i odkładamy ją w lewo od kąta jo.

Uwaga: jeżeli w dokumentacji brak danych dot. powierzchni stępki można przyjąć, że długość stępki wynosi około

0.5 do 0.7 LOA a szerokość około 0.30 m. (Długość stępki zależy od pełnotliwości kadłuba - stępka może

być zamontowana tylko tak, aby nie wystawała poza rzut pionowy burt przy wodnicy statku w stanie

najlżejszym.

Obliczamy ramię momentu dynamicznego od uderzenia wiatru (moment sumuje się z prostującym momentem statycznego działania wiatru tzn. zakłada się, że uderzenie wiatru nastąpiło w chwili wychylenia się statku na wiatr):

lw2 = 1.5 * lw1

Również tę wartość odkładamy na krzywych. Uzyskujemy w ten sposób (obliczając przebieg krzywej dla zakresu kątów 0o ----> (o - 1) pod i nad linią poziomą o wartości równej lw2 dwa pola. Aby warunki stateczności były spełnione pole A2 musi być > od pola A1.

Pole A2 oblicza się pod krzywą od jej przecięcia z linią lw2 do odciętej kąta zalewania lub kąta 50o lub do jej drugiego przecięcia z lw2 - w zależności, który z tych kątów jest najmniejszy.

Wg IMO stateczność dynamiczna statku jest wystarczająca, jeżeli powierzchnia A2 > A1.

Pełne kryteria IMO :

1.GM >= 0.15 m

2.Ramie prostujące 30 : l30 >= 0.20 m

3.Maksimum krzywej powinno wystąpić przy m > 30o ale nie mniejszym niż 25o

4.Powierzchnia pod krzywą :

a) do kąta 30o ld30 >= 0.055 mradiana

b) do kąta 40o (lub kąta zalewania z jeżeli jest mniejszy) ld40 >= 0.120 mradiana

c) ld(30-40) = ld40 - ld30 >= 0.03 mradiana

5.Kąt przechyłu od statycznego działania wiatru przy lw1 :  <= 16o

lub

nie większy niż 0.8 * p (tzn. 0.8 kąta wejścia pokładu do wody).

6.Pole A2(do ,  z,  którykolwiek jest mniejszy)>=A1

Kryteria PRS dot. stateczności dynamicznej.

Wg przepisów PRS statek posiada wystarczającą stateczność dynamiczną jeśli moment wywracający statek jest większy od momentu dynamicznego dynamicznego wyznaczonego wg tych przepisów.

Moment wywracający statek (MKR) jest charakterystyką danego stanu załadowania.

(Moment - pole pod wykresem stateczności dynamicznej).

MKR>=MW

Moment dynamicznego działania wiatru obliczamy ze wzoru:

1

MW = ------- * Qw *Fw * z gdzie Qw - ciśnienie dynamiczne wiatru

1000 [pascale lub kG/m2]

Dynamiczne ramię od naporu wiatru lw obliczamy:

Mw

lw = ----- [ m ]

D D - wyporność [ t ]

jeżeli ciśnienie wiatru w N/m2 ( 1N/m2 = 0.001 t/m2) to wzór przyjmie postać:

Mw

lw = ------- [ m ]

g * D g - przyspieszenie ziemskie

W przepisach PRS przyjęto, że statek kołysze się względem położenia równowagi bez przechyłu stałego (jo).

Wiatr uderza w statek, gdy ten przechylony jest na burtę nawietrzną - wówczas energia kołysania sumuje się z energią wiatru. Przyjęto następującą zależność między prędkością a ciśnieniem wiatru:

2 * Qw

Vw = sqr ( -------- ) skąd :

Cw * r

Cw * ρ * v2

Qw = ---------------- gdzie : Cw - bezwymiarowy współczynnik

2 opływu = 1.3

r - ciężar właściwy powietrza

[ kG * sek2/m2]

v - prędkość wiatru [ m/sek]

Ramię przechylające od działania wiatru oblicza się z zależności:

lw1 = 0.6 Lw

Ocena stateczności dynamicznej.

PRS

Ocena poniższa dokonana jest na wykresie stateczności statycznej.

Przy danym stanie załadowania statek posiada:

określone D

" T

" GMp

" ZGp

Z tablic hydrostatycznych (bądź z krzywych) wybieramy:

lw

A

p (kąt wejścia pokładu do wody)

z (kąt zalewania)

W zadanym przykładzie A = 20o (19.80).

Tworzymy (z danych ) krzywą st. statycznej :

Na wykresie odkładamy w lewo od osi odciętych kąt amplitudy kołysań ( w przykładowym wypadku ca 20o ), i przedłużamy zakres krzywej na kąty ujemne.

Energia kołysania równa się (na 1 tonę wyporności) polu pod krzywą z lewej strony układu:

Energia całkowita równa się :

Ec = pole A1 * D

Odkładamy lw, którego wartość, zgodnie z przepisami PRS, jest niezmienna :

Podnosząc wartość lw do poziomu w którym nastąpi zrównanie pola "a" i "b" uzyskamy wartość dynamicznego ramienia wiatrowego, które będzie wartością krytyczną (lkr). Większe ramię (czytaj moment bo D jest constant) spowoduje wywrócenie się statku.

Zatem, aby statek się nie wywrócił musi zostać spełniony warunek:

D * lkr >= D * lwk

czyli Mkr >= Mw

Mkr

lub ----- >= 1

Mw

Jeżeli jednak, na skutek "perils of the sea" statek utraci stateczność, można postarać się, aby miejsce pomiaru pola przesunąć w prawo poprzez uszczelnienie otworów wyznaczających kąt zalewania - uszczelnienie takie winno być 100%-owe.

Oczywiście, żeby uniknąć liczenia, należy tak załadować statek aby pole "b" było wyraźnie większe od pola "a".

Ocena stateczności na podstawie wykresu stateczności dynamicznej.

Odkładając amplitudę kołysań w lewo i przedłużając wykres ld uzyskujemy punkt A, przez który prowadzimy prostą równoległą do osi rzędnych. Z punktu - A odkładamy w prawo wartość 1 radiana.

Na rzędnej w uzyskanym punkcie (1 radian - A) odkładamy lw w górę od prostej przechodzącą przez punkt A. Łącząc punkt A z odłożoną wartością lw (prostą) uzyskujemy w punkcie przecięcia z krzywą ld wartość kąta przechyłu od dynamicznego działania wiatru.

Prowadząc z punktu A prostą styczną z wykresem ld otrzymujemy punkt C, którego rzut daje kąt krytyczny jkr natomiast przy kącie 1 radian - A wartość ramienia krytycznego (lkr) stanowiącego wielkość odcinka od prostej równoległej do osi rzędnych przechodzącej przez punkt A do przecięcia z prostą A-C.

Sytuacja zmieni się, jeżeli z jest mniejsze od kr. Wówczas lkr będzie miało wartość odcinka zmierzonego przy kącie 1 radian - A od prostej poziomej do prostej przeprowadzoną przez punkt A i miejsce przecięcia krzywej ld rzędną o wartości z:

Podstawowe kryteria PRS dla statku nieuszkodzonego:

1.Statek osiągnie krytyczny kąt przechyłu gdy:

Mkr = D * lkr

a wg PRS statek spełnia kryterium pogodowe gdy Mkr >= Mw lub :

Mkr lkr

---- >= 1 albo ---- >= 1

Mw lw

2. Ramię prostujące 30o l30 >= 0.20 m

3.GMp >= 0.35 m (rybackie) 0.20 m (konten.) 0.15 m (pozostałe statki)

STATECZNOSC 2

DODATKOWE RAMIĘ STATECZNOŚCI KSZTAŁTU

Przy większych kątach przechyłów punkt przecięcia płaszczyzny symetrii z siłą wyporu przesuwa się w górę na skutek przemieszczania się środka wyporu stosownie do zmiany

kształtu podwodzia statku. Tak więc punkt "M" nie może być rozpatrywany dalej jako wyznacznik stanu stateczności statku.

Jeżeli GM = 0, to stateczność statku równa jest wówczas tylko dodatkowemu ramieniu stateczności kształtu.

ZG = KM lub GM = 0

Brak GM (=0) powoduje, że wykres stateczności statecznej (czyli wykres ramion prostujących) jest spłaszczony.

Spłaszczenie krzywej jest największe w początkowych kątach przechyłu (jeżeli GM = 0 to

l = 0). Przyrost w granicach 0 - 10o jest niewielki.

Wykonując wykresy dodatkowej stateczności dla różnych D w zakresie typowych stanów eksploatacyjnych przy założeniu stałego ZG (zbliżonego, lub gorszego od przewidywanego ZG eksploatacyjnego) uzyska się rodzinę krzywych, które opisywać będą stateczność statku w całym zakresie eksploatacyjnym.

Ponieważ konkretne stany nie pokrywają się z hipotetycznymi, dla korzystania z tych krzywych należy poprawić układ o wartość przyrostu wynikający z przesunięcia się środka ciężkości w stosunku do hipotetycznego.

Wartość Dl stanowi o zmniejszeniu (lub zwiększeniu) całego ramienia prostującego, ma więc wpływ na wartości jakie można odczytać z rodziny krzywych dodatkowej stateczności kształtu.

Dla celów statkowych rodzina krzywych jest deformowana poprzez przyjęcie na osi rzędnych wartości sinusa kąta przechyłu a nie samej wartości kąta.

W celu poprawienia układu dla aktualnych warunków należy po prawej stronie na osi odciętych odłożyć wartość Dl i przeprowadzić prostą łączącą tę wartość z początkiem układu.

Odczytywanie wartości jak na rysunku:

Pole oznaczone na żółto przedstawia fragment wykresu, który jest przedstawiany osobno w innej skali (głównie powiększenie GZ) celem zwiększenia czytelności wykresu. Również dla zwiększenia czytelności krzywe przecinające się winny być oznakowane przed i po przecięciu.

Wykres taki nazywany jest wykresem uniwersalnym. W praktyce wygląda on nieco inaczej - na prawej osi odciętych odłożone jest GZ popr dla których skonstruowana jest rodzina krzywych:

Ocena stateczności na podstawie rodziny krzywych dodatkowej stateczności kształtu.

Statek posiada objętość podwodzia Vo = 19,000 m3, ZGp = 8.50 m.

Dokumentacja ładunkowa podaje oceniony stan dla V1 = 20,000 m3, oraz ZG1p = 8.55 m.

Stan załadowania przy Vo = 19,000 m3 charakteryzuje się większą (lepszą) statecznością ponieważ:

- wolna burta jest większa niż w stanie dokumentacyjnym, co oznacza lepszą

stateczność kształtu;

(Komentarz: wolna burta zwiększa zakres stateczności statycznej -

większa wartość ramion prostujących. Z wykresu można

ocenić o ile ramiona są większe. Można (na kalce) narysować

wykres i porównać ze stanem z dokumentacji - o ile ZG są

zbliżone).

- środek masy statku leży niżej niż w stanie z dokumentacji, co oznacza, że ramiona

są większe o wartość Dl = GoG * sin j. W w/w przykładzie będzie to wartość

równa 0.05 m * sin j .

Wniosek: jeżeli stan przywołany (z dokumentacji) spełnia wszystkie warunki, to stan aktualny (lepszy !) spełnia je również.

Uwaga: na wykresie uniwersalnym można prześledzić wpływ wolnej burty na stateczność.

Próba przechyłu - Określanie GM.

Próba eksploatacyjna.

Można się posłużyć systemem anty-przechyłowym. Próbę należy przeprowadzić gdy nie ma innych sił działających na statek - np. falowania i wiatru. Najlepiej przeprowadzać przy statku wyrównanym, można jednak robić ją przy stałym przechyle pamiętając jednak, że oś kołysań będzie odchylona od osi symetrii.

Niezbędny jest dobry przechyłomierz.

Próbę należy przeprowadzić przy braku powierzchni swobodnych, lub przy ich zminimalizowaniu.

W czasie próby określamy masę przepompowanego balastu, kąt przechyłu i moment przechylający.

Moment przechylający spowodowany przepompowaniem cieczy:

(Najlepszy efekt uzyska się przy początkowym napełnieniu zbiorników do połowy)

Mpr = p * (y2 - y1) - Mpr - moment przechylający

a = (y2 - y1) - przesunięcie boczne (jeżeli z lewej na prawą burtę to a = - 2y)

Mpr = p * a

Maksymalny moment przechylający można również uzyskać ze wzoru:

Mpr = Q * t * a gdzie Q - wydajność pompy/pomp

Mp = D * GG1 Mp - moment prostujący

Przy małych kątach przechyłu możemy założyć, że MG = MG1, możemy więc zapisać:.

GG1 GG1

tg a = ----- więc MG = ------ (1)

MG tg 

Ponieważ Mpr = Mp to :

p * a = D * GG1 a stąd:

p * a

GG1 = ----------

D

wstawiając do (1) :

p * a

MG = -------------

D * tg 

ZG = KM - MG

Uwagi praktyczne

Konwencja zaleca przeprowadzanie próby eksploatacyjnej (pomiar GM wywołanym momentem przechylającym w trakcie eksploatacji statku) co 5 lat na statkach pasażerskich i promach. Coraz częściej mówi się o rozszerzeniu tego obowiązku na wszystkie statki.

Statek musi być przygotowany do próby przechyłu:

- jeżeli próba przeprowadzana jest przy kei, to nie powinno zostawiać się żadnych lin mogących ograniczać ruchy poprzeczne statku;

- należy zlikwidować i ograniczyć wpływ wolnych powierzchni (balasty dopełnić, zęzy wypompować, zbiorniki osadowe skomasować w jednym zbiorniku itd.);

- maksymalnie ograniczyć trym - liczenie poprawek MG dla trymu jest dość skomplikowane, jeżeli statek nie ma specjalnych tablic (rzadko);

- zlikwidować ruchomą konstantę.

- określić dokładnie D (dobrze jeżeli są krzywe Firsowa) jeżeli nie unikać trymu;

- statek winien być wyposażony w dobry przechyłomierz w zakresie małych kątów;

- przechył nie powinien przekroczyć 4 stopni. Najlepszy 2-3 stopnie.

- pogoda winna być dobra - najlepiej cisza.

Metoda obliczeń:

1. Napełniamy dwa równe (identyczne) zbiorniki burtowe do połowy objętości.

2. Sprawdzamy przechył - najwłaściwszy 0o.

3. Przepompowujemy całą wodę do jednego zbiornika i obliczamy moment :

Mpr = p (x2 - x1)

4. Odczytujemy kąt przechyłu.

5. Obliczamy moment przechylający o 1o.

Mpr

Mpr1o = ------- [Tm/1o]



D * GM 57.3 * M1o

z wzoru M1o = ----------- obliczamy GM = -----------

57.3 D

6. Zwrócić uwagę na gęstość przepompowywanej cieczy bo p = g * Vc.

------

Sprawdzanie GM przy użyciu specjalnych tablic.

Wszystkie statki wyposażone w system antyprzechyłowy są wyposażone w dodatkowe tablice pozwalające na szybkie określenie GM przy używaniu systemu. Są oczywiście pomocne przy określaniu GM z eksploatacyjnej próby przechyłu.

Próbę przeprowadza się jak wyżej mierząc jedynie przyrost sondażu w zbiorniku po zakończeniu przepompowywania. Wchodząc do wykresu Ds odnajdujemy dla niej wartość Momentu przechylającego (wybieramy krzywą dla właściwej gęstości wody):

Następnie wykorzystujemy prawą stronę wykresu (kolejność odnajdywania punktów -łączonych prostą linią) jak na przykładzie A - B i C - D ):

--------

NIEZATAPIALNOŚĆ

Niezatapialność, jest to zdolność statku do zachowania pływalności i stateczności po zatopieniu jednego, lub kilku przedziałów sąsiednich.

1 wyznacznik - ilość przewożonych osób: st. pasażerskie, promy pasażerskie, statki o zwiększonej liczbie ludzi, ratowniczy, towarowy.

2 wyznacznik: rodzaj przewożonego ładunku (np. statek do przewozu materiałów radioaktywnych);

3 wyznacznik : rodzaj pełnionej służby (np. lodołamacz, holownik morski);

4 wyznacznik : rodzaj żeglugi (wielka, przybrzeżna, warunki arktyczne);

5 wyznacznik: sposób poziomego ładowania (jeżeli LOA > 170 m)

Uwaga: są wymagania międzynarodowe i wymagania Konwencji. Z reguły lokalne przepisy są ostrzejsze.

PRS - statki o LOA > 120 m muszą spełniać wymogi niezatapialności 1 ładowni.

Obecnie modne pytanie: czy statki muszą być zatapiane, jeżeli nastąpi uszkodzenie poszycia i zatopienie przedziału. Sprawa oczywiście związana z rodzajem przewożonego ładunku. Jeżeli ciężar właściwy duży to objętość ładunku mała i powierzchnia swobodnej powierzchni duża. Przy innych ładunkach interesować nas będzie jaką powierzchnię ładowni zajmie towar, stanowiący przegrodę wzdłużną dla swobodnej powierzchni cieczy.

Jeżeli są statki o długich ładowniach to występuje kłopot z niezatapialnością przy zatopieniu tej ładowni, podczas gdy inne dwie zalane nie stwarzają problemu.

Niezatapialność statku zapewniają:

1. zabezpieczenia konstrukcyjne

2. Nadzór techniczny prowadzony w czasie eksploatacji statku

3. Wyszkolenie załogi

4. Charakterystyki stanu załadowania statku przed awarią.

PRS stawiał warunek załadowania statku tak, aby przetrwał awarię. Wniosek : należy znać wymogi dla statku uszkodzonego, aby policzyć i określić stan załadowania w którym statek posiada wystarczający zapas stateczności.

Warunkiem tu jest takie ZG, które po zalaniu przedziału będzie posiadało wartość wystarczającą dla zapewnienia pływalności w warunkach awaryjnych.

Wykres bezpiecznych rzędnych środka ciężkości winien być zrobiony czytelnie.

W nowych przepisach stosuje się konieczność obliczenia etapów zatapiania - może dojść do utraty stateczności, mimo spełnienia warunków stateczności, przed osiągnięciem hipotetycznego stanu końcowego awarii (przy którym to stanie statek spełniałby warunki).

Zab.konstrukcyjne obejmują podział kadłuba na przedziały wodoszczelne, oraz wyposażenie statku w instalacje służące do :

- osuszania statku (system zezowo-balastowy, osuszania awaryjnego z wykorzystaniem pomp chłodzących silnika głównego (na turbinowcach pompa chłodzenia skraplacza));

- wyrównywania przegłębienia i/lub przechyłu (samodzielnie startujące w momencie awarii);

- zawór odcinający skrajnika dziobowego; wymagany jedynie wtedy, gdy rurociąg balastowy przeprowadzony jest w ład.1 nad dnem podwójnym, lub gdy idzie przez tunel balastowy.

Poniżej przykład wpływu zamkniętego zaworu w sytuacji awaryjnej:

Ogólna zasada: przy dużych przechyłach (awaria) można dążyć do minimalizacji przechyłu, ale nie do całkowitej likwidacji przechyłu. Np. ro-ro nie wyprowadza się z przechyłu.

Przedział wodoszczelny ograniczony burtami, dnem podwójnym i pokładem wodoszczelnym. Pokład wodoszczelny to taki, który umożliwia przepływ wody do zęz dla wyrzucenia wody dostającej się z góry za burtę. Muszą się pojawić zawory, bo pokład musi być szczelny również z dołu do góry (a nawet przede wszystkim).

Drzwi wodoszczelne sterowane od strony tunelu, lub powyżej pokładu wolnej burty. Sygnalizacja powinna być czynna (sygnalizacja żółte, czerwone, zielone).

-----

Zamknięcia w poszyciu burt statków.

W uzupełnieniach do konwencji wytrzymałość i szczelność tych zamknięć ma odpowiadać szczelności poszycia (furty w burtowe, w nadbudówkach, dziobowe, rufowe, drzwi w grodzi zderzeniowej). Przepis mówi kiedy mogą być otwarte, a kiedy muszą być zamknięte. Czasem otwiera się wcześniej, ale na to ma wyrazić zgodę administracja.

Po awariach promów zwraca się szczególnie uwagę na zamknięcia dziobowe i grodziowe.

Również szczelność otworów pokładowych.

Utrata szczelności powoduje zawieszenie, lub zabranie świadectwa klasy.

Przed wyjściem w morze należy dokonać wpisu o zamknięciu wszystkich otworów, że są sprawdzone, szczelne i nie ciekną, oraz że przylegają do poszycia pełną powierzchnią.

Należy odnotować zanurzenie (dziób, rufa) i stwierdzić, że statek spełnia kryteria statecznościowe zgodnie z przepisami inst. klasyfikacyjnej.

Montuje się kamery skierowane na zamknięcia.

W chwili obecnej, oprócz dokumentacji zasadniczej dostarcza się dodatkowe informacje, w postaci prostego przewodnika. Przewodnik taki, w zestawieniu z podstawowymi danymi daje odpowiedź na pytanie, czy statek spełnia kryteria przyjęte w przepisach.

Kąt zalewania powinien być większy od kąta krytycznego.

Nadzór techniczny (armator, instytucja, załoga) powinien prowadzić do utrzymywania stanu statku na poziomie wymaganym przepisami. Należy pamiętać o tym, że w miarę upływu czasu następuje zmęczenie wszelkich materiałów. Tak więc niekoniecznie statek wytrzyma ekstremalne warunki dopuszczalne przez konstruktora.

Wyszkolenie załogi - nie tylko pod względem znajomości funkcji, ale również pod względem znajomości zasad tzn. dlaczego należy wykonać pewne czynności i dlaczego innych nie wolno.

Znajomość charakterystyk stanu załadowania. Ustalonych bądź drogą próby przechyłu, czy innych obliczeń w stanie nieuszkodzonych i awaryjnych. Znajomość krytycznych warunków, aby tak ładować statek aby nie spowodować, w wypadku awarii, sytuacji krytycznej.

Znajomość dodatkowej dokumentacji celem przewidzenia skutków zaistniałej awarii.

Odległość grodzi zderzeniowej od pionu dziobowego winna wynosić:

- dla statków pasażerskich 0.08 Lpp

- dla statków towarowych 0.05 Lpp

W warunkach eksploatacji obliczenia w stanie awaryjnym można wykonać:

1.-metodą stałej wyporności

2.-metodą zmiennej wyporności (metoda przyjętego ciężaru).

Obliczenia wykonane 1-wszą metodą są uznawane przez Tow. klasyfikacyjne i są wykonywane na statku tylko wtedy, jeśli wyposażony on jest w komputer i program obliczeniowy. Ta metodą opracowuje się dokumentacje w biurach projektowych.

Metoda przyjętego ciężaru (zmiennej wyporności) może być stosowana w obliczeniach statkowych. Wodę w zatopionym przedziale traktujemy jako dodatkowy ciężar przyjęty na statek z uwzględnieniem swobodnej powierzchni cieczy, jeżeli ona występuje.

W metodzie przyjętego ciężaru można wykorzystać w obliczeniach dokumentację statku nieuszkodzonego. Poprawne wyniki obliczeń uzyskuje się przy ocenie stat..awaryjnej przy zatopieniu przedziałów na śródokręciu, gorzej, jeżeli będą to przedziały dziobowe i rufowe.

W rufowych brak skalowania maszynowni. Można uzyskać objętość ze skali Bonjana. Jeśli nie ma to przekrojami wodnicowymi, jeśli nie to z rysunków pokładów siłowni.

W metodzie stałej wyporności, na skutek zmiany kształtu zanurzonej części kadłuba nie można korzystać z dokumentacji statku nieuszkodzonego.

Zatopiony przedział musi być wtedy traktowany jako niewypornościowy - stąd zmiany właściwości podwodzia. Są dokumentacje, w których przygotowane są stany i krzywe dla kolejnych zatopionych przedziałów . Każda jest osobnym kompletem.

------------

Dokowanie statku

Podczas osiadania statku w doku z góry można określić współrzędne punktu podparcia. Można więc wyznaczyć reakcję na podporach dokowych w momencie kiedy zmiana przegłębienia statku wywołana reakcją podpór osiągnie wartość równą przegłębieniu statku przed wejściem do doku (innymi słowy: kiedy statek w czasie dokowania uzyska przegłębienie t1 = 0).

Wartość reakcji można wyznaczyć ze wzoru na reakcję gruntu dla statku podpartego na kamieniu:

DtA * Mj DtA * Mj

xA = ------------ czyli : R = ------------

R xA

Obliczenia przeprowadzamy kolejno jak następuje:

1. Zmiana przegłębienia statku :

Dt = - t1 - t

2. Reakcja na podporę :

DtA * Mj

R = ------------

xA

3. Sprawdzamy czy wynik nie przekracza maksymalnego obciążenia blach poszycia (prowizoryczny wzór to powierzchnia 1 m2 x ciśnienie wody na dnie x wsp. bezpieczeństwa).

4. Dokładną reakcję podpory można obliczyć ze wzoru:

D * (xG - xF)

R = ---------------

xA - xF1

jeżeli, a tak właśnie jest, xF1 pokrywa się z xF co jest typowe dla małych zanurzeń, można wzór sprowadzić do następującej formy:

D * (xG - xF)

R = ---------------

xA - xF

Stateczność statku w trakcie dokowania.

Wyporność statku podczas kładzenia się na podpory dokowe całą powierzchnią dna (końcowa faza dokowania) wynosi:

D1 = D - R

5. Z krzywych hydrostatycznych wybieramy KM dla D1.

6. Obliczamy nową wysokość metacentryczną:

D

GM1 = KM1 - ------- * ZGp

D1

7. Proste wykorzystanie tablic zmian przegłębienia.

Dt(100t) = - (StD - StR)

8. Odszukujemy zbiornik, którego x jest zbliżone do xA i podstawiamy odpowiednio zmiany trymu.

9. Obliczamy hipotetyczny ciężar, jaki należałoby zdjąć aby uzyskać finalną zmianę przegłębienia = Dt1 :

Dt1

p = R = 100 * ---------

t(100t)

Uwaga: jeżeli nie można znaleźć zbiornika, lub pomieszczenia dla którego podane są zmiany przegłębienia przy

przyjęciu 100 t, należy posłużyć się takim zbiornikiem/pomieszczeniem, którego x jest najbardziej zbliżone

do współrzędnych podpory.

Przepisy awaryjne PRS

1.Statek musi posiadać GM = 0.05 m w końcowej fazie zatapiania, liczone metodą stałej wyporności.

Statek może być zatapiany symetrycznie i nie symetrycznie. Jeżeli symetrycznie to brak przechyłu.

Przy przechyłach na statkach pasażerskich wszelkie zamknięcia grodzi (wodoszczelne) winny działać do max kąta po awarii.

Zwiększenie kąta dla statków z ładunkiem płynnym wynika z konstrukcji statku. Przepisy nie mówią o wpływie wody na wytrzymałości kadłuba.

Kąt przechyłu powinien zostać zmniejszony przy zatopieniu jednego przedziału - dla pasażerów do 7o (podobno jest to przechył nie wywołujący paniki). Czas około 15 minut. Jest to więc zatapianie automatyczne. PRS zaczyna się z tego wycofywać - wg PRS zbiorniki winny być napełnione w całości a łączenie ich umieszczone jak najniżej.

Przepisy nie mówią nic o czasie. druga sprawa to kwestia tego, czy statek w ogóle da się wyrównać (to dot. statków niepasażerskich). Dla cargo - 12o, dla płynnych - 17o.

Ważne jest zapamiętanie zakresu krzywych : 20o dla płynnych;

15o dla reszty

Pole pod wykresem F >= 0.0175 mrad (płynne)

Pozostałe statki r <= 15o

Pole pod krzywą >= 0.015 mrad

Zał.1 do PRS:

Wykresy promów jeżeli chodzi o ww kryteria - GM = 0.05 m

Niesymetryczne zatopienie jednoprzedziałowe - 7 st., przy dwóch 12 stopni.

W żadnym wypadku linia graniczna nie powinna być zatopiona.

Końcowy kąt przechyłu po prostowaniu >=10o i takiż zakres krzywej

Maks. wartość ramienia prostującego >= ramienia przechylającego od skupienia się pasażerów, wiatru, lub środków ratunkowych, lub od wartości 0.09 m w zależności, która z nich jest większa.

Pole pod krzywą r.prostujących powinno być >= 0.009 mrad

W pośrednich stanach zalewania ramię >= 0.05 m, a zakres ramion >= 7o. Zakłada się, że

zatopienie tyczy się tylko jednego poziomu i jednej powierzchni swobodnej.

Statki pasażerskie:

W końcowym stanie zatapiania ramię prostujące nie może być mniejsze niż obliczone ze wzoru:

GZ = (Mp)/wyporność statku (lub wypór) + 0.04 m

Moment przechylające we wzorze jest większym z następujących momentów:

1. Od skupienia się wszystkich pasażerów po jednej burcie;

2. Od wodowania po jednej burcie wszystkich środków ratunkowych opuszczanych na żurawikach przy pełnym obciążeniu (założenie że szalupy schodzą równocześnie);

3. Od naporu wiatru.

Ad.1 - 4 osoby na 1 m2 (ca. 75 kg each). Środek ciężkości wg konwencji 1m (PRS - 1.1 m);

Ad.3 - ciśnienie wiatru 120 Pascali, pow. nawiewu jak dla statku nieuszkodzonego, z od połowy zanurzenia.

W pośrednich stanach zatapiania max ramię prostujące nie powinno być mniejsze niż 0.05 m., a zakres krzywej nie mniejszy niż 7o, mierząc od położenia równowagi.

Dla statku pasażerskiego w żadnym pośrednim stanie zatapiania kąt przechyłu nie powinien przekroczyć 20o.

Statek powinien być wyprostowany w ciągu 15 minut - to ważne przy ewakuacji pasażerów.

W konwencji w przepisach PRS przyjęto następujące rozmiary uszkodzenia:

-rozmiar wzdłużny : dla statków w żegludze pasażerskiej międzynarodowej l = 0.03 Ls + 3 m

lub 11 m (w zależności co jest mniejsze).

Ls - długość podziałowa statku - największa długość tej części statku, która znajduje się

poniżej linii granicznej.

Linia graniczna - linia przecięcia się zew.pow. pokładu grodziowego z zew. pow.

pokładu grodziowego (na statkach z kątowym połączeniem mocnicy burtowej i

pokładowej).

-rozmiar poprzeczny - głębokość uszkodzenia a = 0.2 B. B mierzone w najszerszym miejscu

na owrężu najwyższej wodnicy podziałowej ładunkowej.

Wodnica podziałowa to wodnica przyjęta w fazie projektowania statku przy pełnym załado-

waniu przy liczeniu niezatapialności statku (obliczaniu podziału grodziowego statku). Można

przyjąć, że jest to wodnica wolnej burty.

- rozmiar pionowy: od płaszczyzny podstawowej do pokładu górnego (tzn. bez ograniczeń

wysokości).

Mając w. podane wymiary można dowolnie planować (w sferze projektowania) zatopienia statku: nad lub pod pokład grodziowy.

Stateczność statku podpartego

Statek jest podparty w następujących sytuacjach:

1.wejście na mieliznę;

2.wejście na kamień;

3.wejście na dok i postój w doku.

W każdej z tych sytuacji konieczna jest znajomość reakcji gruntu, wysokości metacentrycznej, współrzędnych punktu podparcia, zmiana charakterystyk załadowania statku potrzebna do zejścia z przeszkody.

Przy dokowaniu bierze się pod uwagę również kształt dna statku.

Reakcja gruntu

Reakcja gruntu (podpory) równa jest różnicy wyporności przed i po wejściu na przeszkodę:

R = D - D1 gdzie D - wyporność w momencie wejścia na

przeszkodę lub dok;

D1 - wyporność statku podpartego (przy

dużym trymie należy uwzględnić

poprawki na trym..

Przybliżony sposób obliczenia reakcji podłoża:

R = 100 * DTs * TPC

wzór powyższy można stosować przy małych trymach.

Metacentrum statku podpartego

a) W związku z przyłożeniem siły podparcia w najniższym miejscu (dokładnie w odległości grubości poszycia (wartość ujemna) od płaszczyzny podstawowej) można przyjąć, że:

p = R

z = 0

D1 = D - p

R

G1M1 = GM - ---- * (Ts - 0.5 * |Ts| - GM)

D1

b) Sposób określenia G1M1 wychodząc z założenia, że zdjęto ciężar ze statku o z = 0:

 Mz D * ZG + R * z D * ZG

ZG1 = ------- = ----------------- = (ponieważ z=0) = ----------

D1 D1 D1

D

G1M1 = ZM1 - ------ * ZG ZM1 ze skali Firsowa - jeżeli nie ma to z krzywych

D1 dla D1.

Zmiana charakterystyk geometrycznych

związanych z reakcją gruntu.

1. Zmiana zanurzenia średniego

a) Ts = Ts1 - Ts gdzie: Ts1 - zanurzenie statku podpartego

Ts - zanurzenie przed podparciem

Ts1 = 0.5 * (TD1 + TR1) gdzie TD1 = TDZ + TDZ (TDZ, RZ - popra-

TR1 = TRZ + TRZ wka na piony)

Uwaga: zmiana zanurzenia w wypadku podparcia zawsze ze znakiem "-" (co wynika ze wzoru TS1 - TS).

b) Zmiana przegłębienia wywołana wejściem na podporę:

t = t1 - t t1 - przegłębienie po wejściu na podporę

t1 = TD1 - TR1

t - przegłębienie statku przed wejściem na

podporę

t = TD - TR

c) Współrzędne punktu podparcia w przypadku wejścia na kamień (podparcie pun-

ktowe).

     (zmiana kąta przechyłu)

t * Mj

xA = - ---------- (założenie, że obrót statku następuje

R wokół owręża)

  M1o

yA = - -----------

R

Warunki zejścia statku z podpory

Statek zejdzie z podpory, bez pomocy, w wypadku kiedy zlikwiduje się siłę reakcji, czyli:

R = 0

Należy tak zmienić stan załadowania/zabalastowania aby w punkcie podparcia przestała działać siła reakcji podpory.

_ _ t t

TA = DF = CB + x * tg  = TS + x * ------ tg  = ------ Lpp Lpp

skąd:

pi pi * xi pi - ciężary przyjęte lub zdjęte

DTA = ------------- + x * --------- w odległości xi od owręża

100 * TPC L * Mj

Uwaga: pierwszy człon zmienia zanurzenie na owrężu (średnie), drugi zmienia zanurzenie o

odcinek ED (czyli przyrost trymu) nad punktem podparcia.

Stateczność awaryjna statku poziomego ładowania

Wymagania stateczności awaryjnej wg PRS objęte są statki o L>170 m oraz statki/promy przewożące więcej niż 12 pasażerów.

Stateczność tych statków w stanie awaryjnym można ocenić na podstawie ZG w stanie nieuszkodzonym.

Można przedstawić sprawę dwojako: a) obliczać ZG i sprawdzać, czy w sytuacjach awaryjnych statek spełnia warunki st. awaryjnej, lub b) specjalnie przygotowane dokumenty pokazujące warianty stanów awaryjnych.

Na statkach poziomego ładowania nie ma czasu na obliczenia. Poza tym należy uwzględniać wpływ trymu na stateczność.

Wszelkie dotychczasowe rozważania dotyczyły podziału grodziowego poniżej pokładu grodziowego i zalania pokładów poniżej linii wodnej. Problem pojawia się gdy woda dostaje się powyżej pokładu grodziowego (wolnej burty). Stąd dotychczasowe przepisy nie obejmowały (niezatapialność) przestrzeni nad pokładem grodziowym.

Uwaga: grodzie wzdłużne, pozornie likwidujące wpływ swobodnej powierzchni cieczy, powodują zatapianie niesymetryczne. Może dojść do sytuacji, gdzie krzywa momentu przechylającego nie znajdzie wspólnych punktów z krzywą ramion prostujących.

PRS i IMO nie rozważa wpływu wolnej powierzchni na dwóch różnych poziomach.

Wymogi na okresy przejściowe są zliberalizowane: zakres 7o , ramię o polowe mniejsze.

Przebieg zatapiania przedziałów i zmian charakterystyk statecznościowych statku podczas zatapiania i w stanie końcowym można prześledzić na wykresach podanych w przewodniku dla kapitana. Nie jest to dokument zatwierdzany przez PRS. Jest wykonywany na zlecenie armatora, dla doinformowania i ułatwienia życia kapitanowi.

W przewodniku dla kapitana opisany jest przebieg zatapiania przedziałów i podana jest ocena stateczności statku dla kilku stanów załadowania, które są reprezentatywne i pokrywają cały zakres stanów eksploatacyjnych lub przyjętych w informacji o stateczności.

Stateczność awaryjna statków poziomego ładowania.

Wymaganiami stateczności awaryjnej wg PRS-u są statki o LOA>170 m oraz statki przewożące więcej niż 12 pasażerów.

Dokumentacja nazywana Przewodnikiem dla kapitana nie stanowi dokumentacji potwierdzanej przez PRS. Jest to dokument zamawiany przez armatora celem umożliwienia kapitanowi statku poziomego ładowania podjęcie optymalnej decyzji w wypadku awarii w jak najkrótszym czasie. Z uwagi na tempo rozprzestrzeniania się awarii z reguły nie ma czasu na żmudne kalkulacje skutków zalania poszczególnych przedziałów.

W Przewodniku - dla statku typu B-488 - opracowane są trzy indexy (typy) uszkodzeń ze względu na pionowe położenie otworu.

Index "A" - otwór znajduje się poniżej pokładu grodziowego a poszycie powyżej otworu (w tym pokład grodziowy) jest nieuszkodzone. Na rysunku pokład grodziowy oznaczony jest cyfrą "2".

Przestrzeń ładunkowa powyżej pokładu grodziowego podzielona jest na dwie części grodzią poprzeczną usytuowaną na wręgu Nr.95. Przy uszkodzeniu typu "A" woda nie występuje powyżej pokładu grodziowego.

Index "B" - zakres uszkodzeń obejmuje obszar od płaszczyzny podstawowej do pokładu górnego (w tym wypadku pokładu oznaczonego cyfrą "3"). Zatapiana jest przestrzeń poniżej pokładu Nr.2 oraz powyżej tego pokładu - albo przed grodzią (część dziobowa) albo za grodzią (część rufowa).

Uwaga: w wypadku uszkodzenia powyżej pokładu "2" - z uwagi na małą odległość pionową między powierzchnią wody a pokładem grodziowym - otwór będzie wchodził do wody pod przy bardzo małym kącie przechyłu bocznego.

"Woda na pokładzie ładunkowym" - trzeci index, nie oznaczany żadną literą. Pokład grodziowy i poszycie burt poniżej tego pokładu pozostają nieuszkodzone. Woda dostaje się bądź do części dziobowej bądź rufowej pokładu Nr.2.

Tabele umieszczone poniżej sylwetki statku lokalizują miejsce uszkodzenia burty w poziomie. W zależności od miejsca (uwaga: zakłada się głębokość przebicia uszkadzające wewnętrzne i zewnętrzne poszycie zbiorników bocznych wysokich !) przebicia tabela wymienia wszystkie pomieszczenia i zbiorniki, które zostaną zalane częściowo i całkowicie. W stopce tabeli podany jest stateczność końcowa statku (kąt przechyłu, GM, TD, TR i czas zalewania, przy założeniu otworu wielkości 1 m2).

Przy trzecim wariancie zalania korzysta się głównie z wykresów przebiegu awarii, na których można odczytać zmiany GM, zanurzeń dziobu i rufy, odległości między lustrem wody a swobodną powierzchnią wewnątrz statku w funkcji kąta przechyłu.

Otwory, pod którymi nie podano żadnych danych dotyczących stanu końcowego są otworami krytycznymi i, jeżeli nie uda się zlikwidować napływu wody do wnętrza statku - prowadzącymi do utraty stateczności i zatopienia statku.

STATECZNOŚĆ 3

Przyspieszenia

Kołysania są to ruchy oscylacyjne liniowe i obrotowe wykonywane przez statek płynący na wodzie spokojnej.

Kołysania mogą być poprzeczne i wzdłużne i pionowe.

Kołysania, gdzie istnieje moment przywracający statek do położenia poprzedniego to kołysania w granicach stateczności statycznej.

Natomiast nie ma momentu, powodującego powrót do stanu równowagi, przy myszkowaniu i przy przemieszczaniu poziomym lub wzdłużnym statku. Są to kiwania i nurzania, które można uzyskać w warunkach laboratoryjnych.

Kołysanie wzdłużne, burtowe i nurzanie są to oscylacyjne ruchy liniowe odpowiednio wzdłuż osi x, y , z.

Kiwanie, kołysanie boczne (poprzeczne) i myszkowanie są to oscylacyjne ruchy obrotowe odpowiednio względem osi x, y, z.

Kiwaniu, kołysaniu poprzecznemu, nurzaniu odpowiada stan równowagi stałej. Po ich zaistnieniu powstaje zawsze moment, lub siła przywracająca statek w położenie pierwotne. Kołysania te można wywołać na wodzie spokojnej, lub fali. Pozostałe: myszkowanie, kołysanie wzdłużne i burtowe tylko na fali.

Kołysań jest tyle, ile stopni swobody ciała stałego.

Okres kołysań wzdłużnych jest równy okresowi kołysań bocznych.

Kiwanie jest zjawiskiem negatywnym, ponieważ towarzyszą mu:

- odkształcenia kadłuba wywołane dodatkowymi obciążeniami wywołanymi zmiennym składem sił wyporu. W wyniku ich działania występują zmiany w rozkładzie sił tnących i momentów gnących i skręcających oraz od uderzeń fali o dno, burty i pokład.

-przyspieszenia wywołujące dodatkowe obciążenia dynamiczne konstrukcji, wyposażenia i ładunku.

-kołysanie wywołuje ponadto wibracje kadłuba.

- pogorszenie się stateczności poprzecznej statku i zalewanie pokładu.

- wynurzanie się śruby okrętowej, wzrost oporów kadłuba, oraz spadek sprawności

napędu.

Przyspieszenia mogą być obliczone wg wzorów tow. klasyfikacyjnego, lub odczytane z wykresów przygotowanych przez konstruktora statku.

Wpływ przyspieszeń oceniamy na podstawie przyspieszeń wypadkowych, które działają wzdłuż osi układu współrzędnych. Rozróżniamy przyspieszenia pionowe, które uwzględnia przyspieszenia wywołane nurzaniem, kiwaniem i kołysaniem poprzecznym (składowe przyspieszeń stycznych).

Przyspieszenia poziome wzdłuż osi y (poprzeczne) wywołane jest kołysaniem burtowym, myszkowaniem i kołysaniem poprzecznym oraz składową przyspieszenia ziemskiego.

Przyspieszenie poziome wzdłuż osi x wywołane jest kołysaniem wzdłużnym, kiwaniem oraz składową przyspieszenia ziemskiego.

Ogólnie można przyjąć, że przyspieszenie wzdłużne nie przekracza wartości 0.3 g.

Przyspieszenie pionowe i poprzeczne odczytywane są z wykresów, które (w wypadku przyspieszenia pionowego) nie uwzględniają przyspieszenia ziemskiego.

Dla innych wartości v i T należy wykresy interpolować.

Przykład :

Statek B.Rumiński posiada T=10.5 m, GM 0.8 m, v = 13.5 w. Obliczyć siły masowe działające na ładunek umieszczony w ład. Nr.3 z = 3.25 m x = 77.5.

Masa ładunku p = 50 t.

1. Fvmax = m * (g + av) = 50 * (9.81 + 3.7 m/s2) = 50 * 12.51 = 625.5 tm/sek2 =(tm/sek2/9.81 m/sek2) = 63.8 t

Fvmin = m * (g - av) = 50 * (9.81 - 3.7 m/s2) = 50 * 6.11 = 305.5 kN = 31.1 t

2. Siła poprzeczna

Ft = m * at = 50 * 5.7 m/s2 = 285 tm/sek2 = 29 t

3. Wzdłużna pozioma

Fl = m * al = 50 * 1.7 = 85 tm/sek2 = 8.7 t

Właściwości morskie statku

Można uwzględniać w żegludze prognozowania długoterminowe, ale wówczas, dla danej linii, należy dobierać osprzęt na najgorsze warunki.

Jeżeli trzeba sprawdzić, czy określić czy będzie występował slamming lub jakie będą kiwania boczne należałoby założyć ekstremalne warunki, bo aktualna prognoza nie zawsze będzie się pokrywała z rzeczywistością. Stąd pytanie: czy mocować ładunek na ekstremalne warunki, czy na warunki średnie.

Kwestia oceny falowania jest sprawą krytyczną - nie można ocenić parametrów rzeczywistych fali ze statku w drodze. Można to ocenić specjalnymi przyrządami.

Dlatego, dla celów praktycznych, łączy się długość fali z jej wysokością, przy czym dzieli się wtedy morze na akweny. Ograniczonej głębokości i pełnomorskie. Zakłada się, że stosunek 1/13 to już płytko wodzie - pełnomorski stosunek jest mniejszy niż 1/20.

Prawidłowe wykorzystanie instrukcji będzie wtedy, kiedy będziemy ją wykorzystywać wchodząc do niej właściwymi danymi:

- wyporność

- prędkość (8-16 w) , ale instrukcja tego nie precyzuje, stąd należy najpierw określić tzw.

redukcję prędkości.

- wysokość fali obserwowanej.

(Fala oceaniczna - 1/20, fala nieregularna 1/15, płytko wodzie poniżej 1/13)

- wysokością metacentryczną,

- okresem kołysań własnych

Instrukcja ma nam pomóc określić tak prędkość jak i kurs względem fali w granicach których to wartości przyspieszenia pionowe, poziome, częstość zdarzeń (slamming i zalewanie) pogodowych oraz rezonans statku będą poniżej wartości projektowych, tzn. aby tak żeglować, żeby zastosowane mocowania nie zostały uszkodzone.

1.Redukcja prędkości do warunków sztormowych

Do interpolacji bardziej przydatny byłby wykres (brak w instrukcji) :

2. Wartości av i ah można odczytać z wykresów. Należy zwrócić uwagę na kąt kursowy względem fali, w tym wypadku odwrócony o 180o :

albo znaleźć wartości przekraczające wartości projektowe ze specjalnych tablic:

Liczbę zdarzeń zalewań oraz slammingu (dopuszczalne projektowe to 10 zdarzeń/h) określamy z następujących tablic:

Możliwość wpadnięcia statku w rezonans istnieje zawsze wtedy, gdy występuje równość okresu fali i okresu kołysań statku. Rezonans uzależniony jest, poza przytoczonymi okresami, od kierunku nadchodzącej fali i jej parametrów. W wypadku określania możliwości rezonansu przy stałej długości fali (sytuacja bardzo rzadka) należy - wchodząc do niżej podanego wykresu - poszerzyć zakres długości fali o zakres równy 0.7 - 1.3 .

Dokumentacja awaryjna.

1.Plan zabezpieczenia pływalności

- plan zbiorników

- plan pomp (wydajność, możliwości obsługi zbiorników : skąd dokąd);

- zestawienie otworów (drzwi wodoszczelne, pokrywy luków, iluminatory, żaluzje, drzwi

ognioodporne);

- grozie wodoszczelne. Uwaga : grodzie typu A muszą spełniać wymogi pożarowe, ale

również musi być odpowiednio wytrzymała i wodoodporna. Stąd w takich grodziach

pojawiają się drzwi wodoszczelne.

2. W grodzi zderzeniowej nie może być żadnych otworów - za wyjątkiem rurociągu balastowego. (Reces - końcowa część tunelu wału - powinno być wyjście awaryjne).

Pod zbiornikami oleju silnikowego powinny być koferdamy poziome - zbiornik taki nie może przylegać do dna zewnętrznego.

3. Plan powinien pokazywać, jak zapobiegać rozprzestrzenianiu się wody na sąsiednie

pomieszczenia. Na polskich statkach zamykaniem drzwi zajmowali się strażacy. Należy

pamiętać o rodzaju napędu zamykania drzwi - napęd musi być gotowy (ciśnienie hydrolu,

lub powietrza. Wg konwencji od 1960 r wszystkie drzwi są zamykane poziomo.

Pamiętać, że drzwi nie mogą być w żaden sposób zabezpieczone - muszą być w czasie

rejsu otwarte w skrajnym położeniu. Sygnalizacja powinna być świetlna i dźwiękowa.

Stateczność statku na fali.

Podczas pływania na fali o l = LOA można przyjąć, że wykresy pokazane na rys. odpowiadają nast. sytuacjom:

1 - statek w dolinie fali

2 - statek na wodzie spokojnej (wg charakterystyki załadowania)

3 - statek na grzbiecie fali.

Sytuacja statku w pozycji 2 jest stanem przejściowym.

Sytuacja zmian opisana jest tabelą GM

GM = ZF + r - ZG gdzie r - mały promień metacentryczny

IB

r = -----

Vo

ZG - constans. W związku z tym największy wpływ na GM będzie miał mały promień metacentryczny. Wpływ będzie miała również wysokość środka wyporu - można by prześledzić takie zmiany na skali Bonjean'a.

Analizując powierzchnię wodnicy możemy powiedzieć, że wpływ na stateczność ma zmiana kształtu wodnicy pływania. Najszersza jest w dolinie (najbardziej pełnotliwa - wzrasta szerokość wodnicy w części dziobowej i rufowej). Stąd zwiększenie MG.

Podczas pływania na grzbiecie fali zmniejsza się stateczność kształtu na skutek zwężenia wodnicy.

++++

Przy jakich T statku B 354 występują największe wartości poprawki wyporności 1-wszej i 2-giej , przy przegłębieniu 1 m.

1-wsza poprawka największa przy letniej linii + poprawka na FW (9.14 m + 0.19 m + tropik); 2-ga poprawka zależy od przyrostu Mj (na 1 m) - przydatne byłyby wykresy krzywych, i odnalezienie miejsca na krzywej o najbardziej pionowym przebiegu. Generalnie jednak przyrosty momentu trymującego rosną wraz z zanurzeniem.

Wpływ zb. burtowych na stateczność

Dla celów projektowych opracowana została tzw. seria Taylor'a - linie teoretyczne kadłuba statku optymalnego, z których korzystają wszyscy konstruktorzy. Innymi słowy nie projektuje się statku "ab ovo" a jedynie korzysta się z gotowego wzorca. Oznacza to, że szukanie poprawy stateczności awaryjnej odbywa się wewnątrz kadłuba a nie na zewnątrz (jak poszły propozycje Szwedów po "Estonii").

Poza pogorszeniem stateczności (dobudowanie zewnętrznych zbiorników nad wodnicą pływania) poprzez podniesienie środka geometrycznego ciężkości statku pustego, powoduje to wzrost oporów, a co za tym idzie prędkości i dalej konieczność zwiększenia mocy na tonę wyporności.

Zbiorniki burtowe powodują:

- zachowanie wodnicy pływania w wypadku zalania ładowni (patrz barkowce);

- ochrona przed bezpośrednim przebiciem do dużej przestrzeni jakim jest ładownia (aczkolwiek protesty pojawiły się przy dbl. skin - szerokość dbl. skin jest mniejsza niż "przepisowa" głębokość otworu - 0.2 B );

- w wypadku zalania ładowni redukcja wpływu wolnej powierzchni na GM ( o ok. 1/2);

- poprawę charakterystyki stateczności przy asymetrycznym zatapianiu;

Negatywne zjawiska:

- przy uszkodzeniu zbiornika burtowego niesymetryczne zatopienie i pogorszenie stateczności o wpływ wolnej powierzchni przebitego zbiornika burtowego;

Stąd wniosek dot. decyzji w wypadku niesymetrycznego zatapiania: napełnić (lub opróżnić) zbiornik przeciwny do tej samej wysokości.

Obniżenie Gm można wyliczyć z wzoru (przy niesymetrycznym zatapianiu):

Mpr

GG1 = ----- * cos 

D

Wpływ grodzi wzdłużnych na stateczność

1. Stan nieuszkodzony.

Podział wzdłużny zbiorników (w zbiornikach dennych są to wzdłużniki, a nie grodzie) ma zasadniczy wpływ na stateczność statku poprzez redukcję wpływu wolnej powierzchni na MG.

Jeżeli zbiorniki są równej szerokości (co jest zasadą !) to wpływ na redukcję momentu od wolnych powierzchni równy jest 1/n2 gdzie n to ilość przedziałów na które dzielimy zbiornik.

2. Stan awaryjny.

Z uwagi na "klasyfikacyjną" głębokość uszkodzenia (0.2 B) grodzie wzdłużne są z a w s z e umieszczane minimalnie w takiej odległości od burty.

W przypadku awarii nastąpi niesymetryczne zatopienie, którego skutki należy usunąć zatopieniem przedziału z burty przeciwnej.

Utrata stateczności ogranicza się w takim wypadku tylko do wielkości wynikającej z wpływu swobodnej powierzchni przedziału/przedziałów a nie do całej przestrzeni między burtami.

Należy mieć świadomość, że zalanie całego przedziału - w sytuacji awaryjnej, przy osłabionych wiązaniach - może mieć krytyczny wpływ na skutki działania sił tnących i momentów gnących. Wynika to ponadto z faktu, że statek będzie już w "przedziale" stanów awaryjnych a nie eksploatacyjnych, dla których to liczona jest tak wytrzymałość jak i stateczność statku.

Dążenie do wyrównania przechyłu za wszelką cenę jest niewskazane. Trzeba jednak to próbować robić gdy niesymetryczne zatopienie nie gwarantuje zachowania stateczności, bądź uniemożliwia pracę S.G.

W wypadku zbiorników głębokich (statki pasażerskie) to zbiorniki symetryczne powinny być połączone ze sobą rurociągiem, bądź zaworem (jeżeli są to zbiorniki sąsiednie). Zawory - jeżeli są zainstalowane powinny być w morzu o t w a r t e.

Przy wyrównywaniu przechyłu należy brać pod uwagę dwie poprawki - od swobodnych powierzchni i od przyjętego ciężaru. Wykreślić nową krzywą.

---