ENERGIA CUMOWNIA

ENERGIA CUMOWNIA

STATKU DO NABRZEŻA

STATKU DO NABRZEŻA

Wykonali:

Wykonali:

Kinga Jabłońska

Kinga Jabłońska

Maciej Wilamowsk

Maciej Wilamowsk

i

i

II mgr/z gr.Aa

II mgr/z gr.Aa

Definicja

Definicja



W wyniku zetknięcia statku z nabrzeżem w punkcie kontaktu zostaje

wydzielona energia, która jest częścią energii kinetycznej, jaką posiadał

statek tuż przed kontaktem z nabrzeżem, zwana energią cumowania. Jej

wielkość decyduje o bezpieczeństwie wykonywania manewru

cumowania. Momentem najbardziej krytycznym jest pierwszy kontakt

statku z nabrzeżem. W chwili zetknięcia kadłuba z nabrzeżem energia

kinetyczna statku zamienia się w pracę uderzenia, która oddziałuje na

kadłub i nabrzeże oraz urządzenie odbojowe. Od wielkości tej energii

zależy czy cumowanie odbędzie się bez uszkodzeń statku i nabrzeża.



W trakcie manewru dobijania statku do nabrzeża może nastąpić

uderzenie i w rezultacie wydzielenie energii w systemie statek -

urządzenie odbojowe - nabrzeże. Przekroczenie dopuszczalnej wartości

energii prowadzi do uszkodzenia jednego z tych elementów i w

rezultacie do wypadku.



Energia kinetyczna uderzenia statku o nabrzeże podczas cumowania

umożliwia określenie bezpieczeństwa manewru cumowania. Dlatego też

jest jednym z podstawowych kryteriów oceny bezpieczeństwa nawigacji.

Jako kryterium przyjmuje się wielkość energii kinetycznej E statku

absorbowanej przez system urządzenie odbojowe – nabrzeże w

momencie pierwszego kontaktu statku z nabrzeżem.

Warunek bezpiecznego

Warunek bezpiecznego

cumowania statku do

cumowania statku do

nabrzeża

nabrzeża



Wielkość energii kinetycznej absorbowanej przez system

nabrzeże – odbojnica – statek rzutuje na wielkość sił reakcji

systemu, które decydują o bezawaryjnym wykonaniu manewru

cumowania. W związku z powyższym warunek bezpieczeństwa

cumowani statku do nabrzeża wygląda następująco:

Gdzie:
E - maksymalna energia kinetyczna statku absorbowana przez system

nabrzeże – urządzenie odbojowe – statek;

E

d

- dopuszczalna energia kinetyczna absorbowana przez system nabrzeże –

urządzenie odbojowe – statek;

p - jednostkowe parcie urządzenia odbojowego na poszycie kadłuba statku;
p

op

- dopuszczalne jednostkowe parcie na kadłub.

op

p

p

dla





d

E

E

Warunek bezpiecznego

Warunek bezpiecznego

cumowania statku do

cumowania statku do

nabrzeża

nabrzeża



Dopuszczalne jednostkowe parcie na kadłub statku zależy od
konstrukcji i wielkości statku, i w zależności od typu
(drobnicowce,

kontenerowce,

zbiornikowce,

masowce,

gazowce) zawiera się w przedziale od 200 ÷ 700 kN/m

2

.

Energia kinetyczna

statku

Energia uderzenia

( cumowania)

Obrót statku

Kadłub

Nabrzeż

e

Urządzenie

odbojowe

Kryteria bezpiecznego

Kryteria bezpiecznego

manewru cumowania

manewru cumowania

KR

a

E

e 

Gdzie:
e

a

- energia kinetyczna uderzenia absorbowana przez system statek –

odbojnica - nabrzeże;
E

KR

- energia krytyczna wynikająca z wytrzymałości kadłuba statku lub

konstrukcji nabrzeża.

 

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania

Obliczając energię cumowania statku do nabrzeża należy wziąć

pod uwagę następujące czynniki:



Wymiary statku - dobór statku dla obliczenia energii dobijania wymaga

charakterystyki statków, które mają korzystać z budowli wyposażonej w

urządzenia odbojowe. Wymiar statku projektowanego zdefiniowany jest

jego wypornością. Zakres wymiarów statków decyduje także o przyjęciu

rozstawu punktów zainstalowania odbojnic. Możliwe jest przy tym

przyjęcie, że zakres wymiarów statków jest bardzo szeroki tak, że

mniejsze statki decydować będą o rozstawie punktów zainstalowania

odbojnic natomiast statki większe o parametrach wytrzymałościowych

(nośności) odbojnicy. Wymagania charakterystyki statku są następujące:

•

wyporność i zanurzenie statku w pełni załadowanego,

•

wyporność i zanurzenie statku pustego,

•

typowy kształt kadłuba,

•

długość całkowita,

•

ograniczenie w zakresie nacisków na kadłub statku.

 

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania



Stopień osłonięcia - miejsca dobijania i postoju statku można
podzielić na trzy główne kategorie:

•

stopień korzystny – osłonięta lokalizacja, gdzie takie czynniki
jak wiatr, fale, i prąd nie mogą w sposób znaczący wpływać na
ruchy statku;

•

stopień pośredni – lokalizacja narażona, co najmniej na dwa
czynniki lub jeden w sposób znaczący, np. duży wpływ wiatru,
lecz mały wpływ prądu lub falowania;

•

stopień niekorzystny – lokalizacja eksponowana i otwarta, co
najmniej na dwa znaczące czynniki z możliwym trzecim, np.
duży wpływ wiatru i falowania z możliwym silnym prądem.

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania



Kąt podchodzenia podchodzącego statku - jest to istotny
czynnik w ustalaniu rozstawu urządzeń odbojowych. Kąt
podchodzenia może być przyjmowany następująco:

Stopień

osłonięcia

Kąt

podchodzenia

korzystny

5º

pośredni

10º

niekorzystny

15º

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania



Prędkość podchodzenia statku – to prędkość przesuwania się
kadłuba statku w stosunku do budowli hydrotechnicznych
mierząc w kierunku prostopadłym do linii cumowniczej. W
różnych warunkach osłonięcia ta prędkość zmienia się w sposób
znaczny. W zasadzie prędkość podchodzenia wzrasta wraz ze
zmniejszeniem się stopnia osłonięcia i zmniejsza się wraz ze
wzrostem wymiarów statku. Stosowanie holowników przy
podchodzeniu statku powoduje zmniejszenie prędkości w
stopniu zależnym od wielkości holowników i wielkości statków .

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania

Dla normalnie podchodzącego statku z pomocą
holowników

do

linii

cumowniczej

budowli

hydrotechnicznej przyjmuje się następujące prędkości
dobijania:

Stopień osłonięcia

Prędkość

podchodzenia [m/s]

korzystny

0,10

pośredni

0,15

niekorzystny

0,25

Usytuowanie

Morskiej

pasmowej

Budowli

hydrotechnicz

nej

Rodzaj

podejśc

ia

Prędkość podchodzenia [m/s]

Statków do

1000 DWT lub

1500 t

wyporności

Statków do

5000 DWT lub

6500 t

wyporności

Statków do

10 000 DWT

lub do 13 000 t

wyporności i

większej

Budowla i

statek

narażone na

silny wiatr i

falowanie

 

Ciężkie

(trudne

)

0,75

0,55

0,40

Korzyst

ne

(łatwe)

0,60

0,45

0,30

Budowla i

statek

narażone na

umiarkowany

wiatr i

falowanie

 

Ciężkie

(trudne

)

0,50

0,40

0,25

Korzyst

ne

(łatwe)

0,35

0,30

0,20

Budowla i

statek

chronione

przed wiatrem

i falowaniem

Ciężkie

(trudne

)

0,25

0,20

0,15

Korzyst

ne

(łatwe)

0,20

0,15

0,10

Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania



Współczynnik pełnotliwości kadłuba - stosunek rzeczywistej
wyporności zanurzonej części kadłuba statku do wyporności
prostopadłościanu o wymiarach odpowiadających jego długości,
szerokości i zanurzeniu, współczynnik ten daje pojęcie o
smukłości kształtu kadłuba, im jest on mniejszy, tym szybszy jest
statek .

Gdzie:
V – objętość podwodnej części kadłuba,
L – długość na linii wodnej,
B – szerokość na linii wodnej,
T – zanurzenie.

T

B

L

V

S







Czynniki wpływające na

Czynniki wpływające na

energię cumowania

energię cumowania



Typowe współczynniki pełnotliwości kadłuba:

Rodzaj statku

Wielkość

współczynnika

Tankowce i masowce

0,72 – 0,85

Kontenerowce

0,65 – 0,75

Ro-Ro

0,65 – 0,75

Statki pasażerskie

0,65 – 0,75

Drobnicowce

0,60 – 0,65

Energia cumowania

Energia cumowania

[kNm]

2

1

2

0

mV

E

S



Gdzie:
m – masa wirtualna statku,
V

0

– prędkość liniowa statku (prostopadła

do nabrzeża).

Energia cumowania

Energia cumowania

Gdzie:
m

s

– masa statku,

m

w

– masa towarzyszącej wody.

Przy czym:

Gdzie:
L

pp

– długość statku między pionami [m],

B – szerokość na linii wodnej [m],
T – zanurzenie [m],
δ – współczynnik pełnotliwości kadłuba [bezw],
ρ

w

– gęstość wody [kg s/m

4

].

]

[

kg

m

m

m

w

s





[kg]

w

pp

s

T

B

L

m















Energia cumowania

Energia cumowania



Natomiast masę wody towarzyszącej z pewnym
uproszczeniem wynikającym ze zmienności wektora
ruchu statku w stosunku do jego osi symetrii oblicza się
według zależności:

[kg]

4

T

2

w

pp

w

L

m













Efektywna charakterystyczna

Efektywna charakterystyczna

energia kinetyczna dobijania

energia kinetyczna dobijania

statku

statku



Energia absorbowana przez urządzenie odbojowe jest
różnicą pomiędzy energią statku poruszającego się
swobodnie, przed pierwszym kontaktem z urządzeniem i
energią

po

uderzeniu

(maksymalnej

deformacji

urządzenia). Statek podchodzący do nabrzeża posiada
energię kinetyczną zależną od sumarycznej masy statku i
masy wody towarzyszącej oraz prędkości podchodzącego
statku:

Efektywna charakterystyczna

Efektywna charakterystyczna

energia kinetyczna dobijania

energia kinetyczna dobijania

statku

statku

[kJ]

2

)

1

(

2

2

2

2

2

2

0

2

2

2

0

2

2

2

2

r

K

r

K

m

r

K

K

V

m

r

K

a

V

m

E

































Gdzie:
V - prędkość ruchu liniowego statku [m/s];
a - ramię działania wektora prędkości liniowej względem punktu kontaktu
R [m];
K - promień momentu bezwładności masy statku względem środka
ciężkości G [m];
r - odległość środka ciężkości statku od punktu kontaktu R;
ω

0

- prędkość obrotowa statku przed uderzeniem [s

-1

].

Wzór ten jest przybliżony i daje prawdziwe rezultaty wtedy, kiedy
pierwszy kontakt następuje w odległości około  0,15 L

pp

÷ 0,25

L

pp

, co w praktyce jest w zasadzie spotykane przy cumowaniu

równoległym lub dziobem pod kątem do nabrzeża nie większym
niż 10.

Efektywna charakterystyczna

Efektywna charakterystyczna

energia kinetyczna dobijania

energia kinetyczna dobijania

statku

statku



Promień momentu bezwładności można określić jako:



Określenie prędkości obrotowej statku jest możliwe na podstawie
obserwacji rzeczywistych lub badań symulacyjnych w oparciu o
komputerowy model ruchu statku po akwenie. Stąd w wielu
metodach pomijany jest ruch obrotowy statku energia kinetyczna
jest obliczana tylko dla składowej prędkości normalnej do
nabrzeża. Powyższe wyrażenie uwzględnia fakt, że statek
podczas kontaktu z nabrzeżem może posiadać oprócz składowej
liniowej (normalnej do linii nabrzeża) także prędkość obrotową.

[m]

]

11

,

0

)

19

,

0

[(

pp

L

K









Efektywna charakterystyczna

Efektywna charakterystyczna

energia kinetyczna dobijania

energia kinetyczna dobijania

statku

statku



Z chwilą kontaktu statku z budowlą poprzez odbojnicę
urządzenie to musi pochłonąć tylko określoną część energii
całkowitej statku. Pozostała część zostaje przejęta przez
konstrukcję statku.



Stąd energia efektywna jest równa:

Gdzie:
E

s

- energia kinetyczna dobijającego statku do nabrzeża;

E - energia efektywna;
C - współczynnik (0 – 1).

C

E

E

s





Efektywna charakterystyczna

Efektywna charakterystyczna

energia kinetyczna dobijania

energia kinetyczna dobijania

statku

statku

u

0x

ω

0

R

R

y

R

x

k

α

T

x

ω

2

ω

1

γ

u

0

u

u

0

x

Siły reakcji nabrzeża i prędkość statku przy uderzeniu o nabrzeże

Rodzaje dobijania statku

Rodzaje dobijania statku

V

B

Dobijanie do nabrzeża V

B

є (15 ÷ 30) cm/s

Rodzaje dobijania statku

Rodzaje dobijania statku

V

B

Dobijanie do dalb V

B

є (10 ÷ 25) cm/s

Rodzaje dobijania statku

Rodzaje dobijania statku

V

B

Dobijanie do nabrzeża poprzecznego V

B

є (20 ÷ 50) cm/s

Rodzaje dobijania statku

Rodzaje dobijania statku

V

B

Dobijanie do śluzy V

B

є (5 ÷ 20) cm/s

Rodzaje dobijania statku

Rodzaje dobijania statku

V

B

Dobijanie do drugiego statku V

B

є (15 ÷ 30) cm/s

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie



Dane:

•

Statek - M/V „Avelona Star 2”

o

Długość pomiędzy pionami : Lpp = 155,80 [m]

o

Szerokość statku: B = 21,50 [m]

o

Zanurzenie: T = 8,10 [m]

o

Tonaż brutto: 9784

o

Tonaż netto: 5428

o

Współczynnik pełnotliwości kadłuba : δ = 0,74

o

Typ: Chłodnicowiec przystosowany do przewozu bananów

•

Nabrzeże - „Rozładunkowe”

o

Kąt podejścia : α = 5º

o

Głębokość akwenu: H = 9,40 [m]

o

Gęstość wody :1,010 [t/m³]

o

Warunki: Ciężkie

o

Nabrzeże: Pełne

o

Prędkość podchodzenia: Vs = 0,10 ; 0,20 ; 0,30; 0,40 ; 0,50 ; 0,60

[m/s]

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

Schemat cumowania statku

G

l

α

V

B

r

V

α

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

METODA PIANC

C

S

M

E

S

N

C

C

C

C

E

E











 

Gdzie:

Ec – energia cumowania
Es – energia kinetyczna statku
C

M

– współczynnik masy dodanej

C

E

– współczynnik niecentryczności

C

C

– współczynnik konstrukcji nabrzeża

C

S

– współczynnik sprężystości nabrzeża

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

1.

Obliczam masę statku

m

s

= 155,80 * 21,50 *8,10 * 0,74 * 1,010

m

s

= 20278,9 [t]

2.

Obliczam współczynnik masy dodanej

C

M

= 1,75

[kg]

w

pp

s

T

B

L

m















B

T

C

M







2

1

50

,

21

10

,

8

2

1







M

C

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

3.

Obliczam masę statku, uwzględniając współczynnik masy

dodanej

m = 20278,9*1,75

m = 35488,1 [t]

4.

Obliczam energię kinetyczną statku podchodzącego do

nabrzeża dla danych sześciu prędkości podchodzenia

E1 = 177,4 [kNm]
E2 = 709,7 [kNm]

E3 = 1596,9 [kNm]
E4 = 2839,0 [kNm]
E5 = 4436,6 [kNm]

E

6

= 6387,8 [kNm]

M

s

C

m

m





[kNm]

2

1

2

0

mV

E

S



Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

5.

Obliczam współczynnik niecentryczności

C

E

= 0,7



Obliczam kąt γ

γ = 90º - α

γ = 90º - 5º

γ = 85º



Obliczam promień momentu bezwładności

K = [(0,19*0,74) + 0,11]*155,80

K = 39,0 [m]

2

2

2

2

2

)

cos

(

R

K

R

K

C

E











PP

B

L

C

K









]

11

.

0

)

19

.

0

[(

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie



Obliczam promień obrotu

R = 28,1 [m]

Gdzie:
x - odległość od dziobu do punktu uderzenia

C

E

≈ 0,4 ÷ 0,6; α >10˚

C

E

≈ 0,6 ÷ 0,8; 0˚<α <10˚

C

E

≈ 1,0; α ≈ 0˚

2

2

]

2

[

]

2

[

B

x

L

R

pp







4

PP

L

x 

3

PP

L

x 

2

PP

L

x 

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

6.

Wybieram współczynnik sprężystości nabrzeża

C

S

- współczynnik sprężystości nabrzeża (absorpcja energii

przez elastyczne odkształcenie kadłuba)

C

s

= 0,9

7.

 

Obliczam współczynnik konstrukcji nabrzeża

C

C

- współczynnik konstrukcji nabrzeża

W zależności od konstrukcji nabrzeża:



Konstrukcja zamknięta:

dla:

dla:

)

0

.

1

9

.

0

(





S

C

8

,

0

5

,

0







C

C

C

T

K

9

,

0

5

,

0







C

C

C

T

K

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie



Konstrukcja półzamknięta:

dla:

dla:



Konstrukcja otwarta:

Ponieważ, nabrzeże jest konstrukcji zamkniętej to:

C

c

= 0,8

9

,

0

5

,

0







C

C

C

T

K

0

,

1

5

,

0







C

C

C

T

K

0

,

1



C

C

T

H

K

C











T

T

H

T

K

C

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

8.

Obliczam energię cumowania statku do nabrzeża

Współczynnik C

M

został już wcześniej uwzględniony, w

trakcie liczenia masy statku, dlatego teraz pomijam go.

C

S

M

E

S

N

C

C

C

C

E

E











Energia cumowania

Statku

[kNm]

Prędkość podchodzenia

statku do nabrzeża

[m/s]

89,43

0,1

357,72

0,2

804,87

0,3

1430,88

0,4

2235,75

0,5

3219,48

0,6

Przykładowe zadanie

Przykładowe zadanie

Wykres obliczonych danych

Energia Cumowania Statku

894,3

3577,2

8048,7

14308,8

22357,5

32194,8

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Prędkość Podchodzenia Statku [m/s]

E

n

e

rg

ia

C

u

m

o

w

a

n

ia

[

k

N

m

]