Temat: Zabezpieczenie dna przy morskiej budowli hydrotechnicznej przed działaniem strumieni zaśrubowych statku.

1.Wstęp:

Ster strumieniowy –pędnik okrętowy stosowany początkowo na sterach i dużych jednostkach pływających o napędzie mechanicznym obecnie także na mniejszych np. jachtach którego istota działania polega na wytworzeniu siły naporu wody prostopadle do płaszczyzny symetrii jednostki poniżej linii wodnej części dziobowej oraz (rzadziej ) rufowej . Dzięki sterowi strumieniowemu zwiększa się manewrowość jednostki przy małych prędkościach oraz możliwa jest manewrowość jednostki nieruchomej. Stery strumieniowe umożliwiają np. stosowanie także obracania w miejscu .

Finn Star – jest to statek klasy Star należący do jednego z pięciu promów ro-pax budowanych przez Fincantieri (Włochy ) i stocznię Ancora. Są one wykorzystywane na trasach łączących Finlandię , Niemcy , Szwecje , Polskę. Jest to statek zarejestrowany w Helsinkach pływający pod banderą Fińską.

Eksploatowany na trasie Helsinki – Traremunde. Finn Star jest to marka znana zarówno w Europie jak i na świecie jako jedna z wielu utrzymująca największy poziom stanu bezpieczeństwa i norm ochrony środowiska. Czas podróży między Helsinkami a Traremunde wynosi 27 godzin. Posada do wyboru dziewięc klas kabin, powierzchnia kabiny wynosi od 10 – do 30m2. Kabiny znajdują się na trzech pokładach statku . Ponadto zawiera trzy sale konferencyjne, dwa jacuzzi , sauny , siłownie , restauracje , bary, taras do opalania.

Ro-pax – odmiana promu pasażersko-samochodowego ze zwiększona przestrzenia ładunkową i zmniejszoną przestrzenią pomieszczeń publicznych i kabin pasażerów ro-pax’ami często błędnie nazywane są typowe promy pasażersko samochodowe.

Dane techniczne statku :

Uruchomienie	1 sierpień 2005
Wypływ	Lipiec 2006
Maksymalna długość	218,8[m]
Szerokość	30,5[m]
Maksymalne zanurzenie	7[m]
Pojemność brutto(GT)	45 923
Główna maszyna	4xWarsila Diesel 9L46D
Moc silnika	48[MW]
Maksymalna prędkość	25 węzłów/46,3[km/h]
Kabiny	500
Pojemność przestrzeni ładunkowej	4,216[m]
Obroty nominalne silnika	2,6[i/s]
Ilość skrzydeł śruby	4
Współczynnik skoku	0,75
Średnia Śruby	5,196[m]
Typ steru	Centralny

Port Helsinki Satama jest własnością miasta Helsinki, portem zarządza przedsiębiorstwo handlowe. Port przede wszystkim w obrocie transportu towarowego w obrocie transportu towarowego, jest to również ruchliwy port pasażerski zapewniający szeroką gamę usług w powiązaniu z Tallinem, Petersburgiem, Gdynią

Dane techniczne portu:

Głębokość techniczna	12m
Obroty	86,5 mln €
Pracownicy	191
Przeładunek	7,3mln ton w 2011

2.Wzory i obliczenia :

1)Zp=$\frac{\mathbf{\text{Dg}}}{\mathbf{2}}$ +2= 4,958 [m]

2)hp= Ht –(Tc-Zp)= 12-(7-4,598)= 9,598[m]

3) V0=Cp ∙$\mathbf{\ (}\frac{\mathbf{\text{Pd}}}{\mathbf{\partial s\ \bullet Dg}}$ )^ 1/3= 1,17 ∙($\frac{\mathbf{48000}}{\mathbf{1,025\ \bullet 5,196\ \ }}$)^1/3 = 20,811 [m/s]

4)V$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}$= V0 ∙ $\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}$ = 10,405 [m]

5)V$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}}$=V0 ∙ $\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}}$= 5,202[m]

6)xp= ctg25◦ ∙ 9,598= 20,539[m]

7)xs= ctg15◦ ∙ 9,598=44,755[m]

8)Vdmax= ɯ ∙ (${\frac{\mathbf{\text{hp}}}{\mathbf{\text{Dg}}}\mathbf{)}}^{\mathbf{2}}$ ∙ V0= 0,71 ∙ 0,734 ∙ 20,811=8,12[m/s]

9)dwym ≥ $\frac{\mathbf{\text{Vdmax}}\mathbf{}}{\mathbf{k}\mathbf{\ \bullet}\mathbf{g}\mathbf{\ \bullet (}\frac{\mathbf{\partial s}\mathbf{-}\mathbf{\partial w}}{\mathbf{\partial s}}\mathbf{)}}$= $\frac{\mathbf{8}\mathbf{,}\mathbf{12}\mathbf{}}{\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{25}\mathbf{\ \bullet}\mathbf{9}\mathbf{,}\mathbf{81}\mathbf{\ \bullet (}\frac{\mathbf{2}\mathbf{,}\mathbf{5}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{025}}{\mathbf{1}\mathbf{,}\mathbf{025}}\mathbf{)}}$ = 3,318 [m]

dwym ≥0,05

3,315≥0,05

10)dwym$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{4}}$ ≥ 1,329 [m]

11) Lpu, min= 8 ∙ Dg= 41,568[m]

12)Lwu, min= 4 ∙ Dg= 20,784[m]

Q2

Oznaczenia do wykresu:

H-głębokość techniczna

2p-odległość od stępki do osi wału napędowego

Tc-zanurzenie

Cp-współczynnik empiryczny (przyjęte 1,17 dla śruby w tunelu)

Pd- moc silnika głównego

∂w-gęstość wody(przyjęte 1,025t/m3)

Dg-średnica śruby napędu głównego

Xp-odległość od płaszczyzny śruby do miejsca uderzenia w dno strumieni wychodzących ze środka strumienia

Xs-odległość od płaszczyzny śruby do miejsca zetknięcia się skrajni z cząsteczkami wody z dnem

Vo-prędkość na mocy maxymalnej silnika

Vd max-największa prędkość cząsteczek przy dnie

ɯ-współczynnik empiryczny (przyjęte 0,71 dla statku z 1 śrubą w położeniu centralnym)

d wym-wymagana średnia ziaren narzutu)

∂s-gęstość narzutu kamiennego(przyjęte 2,5t/m3)

Ƨ-współczynnik empiryczny (przyjęto dla jednej śruby -1,0)

L min PU-minimalna długość obszaru umocnienia dna dla ruchu do przodu śruby napędu głównego

L min WU-minimalna długość obszaru umocnienia dna dla ruchu wstecz śruby napędu głównego.

3.Wnioski:

1)Z wykonanych obliczeń dotyczących projektu wynika że oddziaływania strumienia zaśrubowego wynosi:

• 10,35m , 2,2m , 9m , dla II rejonu dna, narażonego na erozję

• 9,4m dla I rejonu dna najbardziej narażonego na erozję

2)Rejon dna do umocnienia w sumie wynosi 62,3m.Długość obszaru do umocnienia dna dla ruchu do przodu wynosi 20,52m i jest większy niż dla ruchu wstecz.

3)Stopień niszczenia dna portu zależy głownie od mocy silnika głównego z czym wiążą się obroty nominalne śruby.

4)Wielkość średnicy śruby(i ilość śrub) również ma znaczenia w procesie erozji dna. Im większa średnia tym oddziaływanie na dno portu również się zwiększ.

5)W celu umocnienia dna przy nabrzeżu, a więc zabezpieczenia go przed rozmywaniem należy wykonać prace hydrotechniczne – roboty kamienne - umocnienia dna cieku narzutem kamiennym ciężkim o średnicy 0,7m. Narzuty kamienne podwodne wykonuje się zrzucając kamień bezpośrednio z brzegu cieku. Narzut podwodny należy wyrównywać drągami. Nie dopuszcza się zrzucania kamieni z wysokości większej niż 1 m od poziomu ułożonej warstwy. Narzut

kamienny powinien być układany warstwami, których grubość nie może być większa od wymiaru

zasadniczego największego kamienia użytego do wykonania narzutu. Kierunek układania narzutu kamiennego w wodzie płynącej powinien być przeciwny do kierunku prądu wody.
W celu umocnienia dna przy nabrzeżu, a więc zabezpieczenia go przed rozmywaniem należy wykonać prace hydrotechniczne . Proponuję umocnienia kamienne stabilizowane tzw. "zaprawą koloidową" lub masą asfaltową zastępujące tradycyjne umocnienia z ciężkich narzutów kamiennych, okładzin betonowych lub brukowych. Tego rodzaju konstrukcje stosuje się powszechnie do umocnień brzegów, dna rzek, kanałów żeglugowych, akwenów portowych itp. 

Charakterystyka rozwiązania:

		Konstrukcję proponowanego umocnienia dennego tworzy lekki narzut kamienny grubości 0,4 - 0,5 m z kamieni średnicy 15 - 25 cm narzuconych na rozścieloną na dnie geowłókninę.

Narzut kamienny można wykonywać z pontonu lub szaland. Po wyrównaniu powierzchni narzutu stabilizuje się go wysokiej jakości "koloidową zaprawą cementową". Wylewana na powierzchni narzutu kamiennego zaprawa nie wypełnia szczelnie jam w stosie kamiennym. Pozostawione w nim równomiernie rozproszone pustki zapewniają wodoprzepuszczalność umocnienia w obu kierunkach, umożliwiając tym samym wyrównanie ciśnień nad i pod obudową kamienną. Spełnienie tego niezmiernie ważnego warunku możliwe jest jedynie przy prawidłowym dobraniu składu mieszanki, uzyskaniu przez nią wymienionych wyżej cech technologicznych, a także właściwym jej rozrządzie i równomiernym rozprowadzeniu po powierzchni narzutu kamiennego. 

W tradycyjnych umocnieniach w postaci dużych bloków kamiennych lub betonowych spoczywających na materacach faszynowo-kamiennych lub geotekstyliach, siły naporu powstające od manewrujących statków lub falowania przenoszone są przez siły grawitacji i tarcia o dno pojedynczych bloków .Dla przeciwstawienia się tym siłom użyte być muszą bloki kamienne lub betonowe o dużych gabarytach, podobnie jak to ma miejsce w falochronach narzutowych. 

W przypadku umocnienia dna w postaci stabilizowanego koloidową zaprawą cementową narzutu kamiennego siły naporu wywołane ruchem statku lub falowaniem przenoszone są przez zespolony, ciągły płytowy blok kamienno-betonowego umocnienia. Nie stanowią zagrożenia dla stateczności umocnienia strugi wodne o dużych prędkościach, gdyż ulegają one wyhamowaniu w porach drobnego kamieniwa i kamieni. Niegroźne dla stateczności i trwałości tego typu umocnienia są również wywołane szybko płynącą wodą o wysokim stopniu turbulencji fluktuacje ciśnień, gdyż ulęgają one dekompresji wskutek wodoprzepuszczalności umocnienia. 

Jest rzeczą istotną, iż omawiane umocnienia tworzą konstrukcję w pewnym stopniu elastyczną, która bez naruszenia stateczności może dostosowywać się do nierównomiernych osiadań podłoża. Ważną zaletą przemawiającą za zastosowaniem tego typu umocnień jest znaczne zredukowanie pracy nurków i ciężkiego sprzętu pływającego, co oprócz wymiernych efektów ekonomicznych, pozwala na wydatne skrócenie cyklu robót. 

Po stronie negatywów proponowanego rozwiązania należy wymienić konieczność ścisłego przestrzegania reżimu technologicznego oraz zsynchronizowania operacji wykonywania narzutu i jego stabilizacji.

Źródło:
http://www.torkret.pl/umacnianie_dna_i_brzegow_ciekow_wodnych.php