Podstawy Urządzeń Okrętowych

Urządzenia Kotwiczne i Cumownicze

Zawsze mamy dwa urządzenia kotwiczne, ale kotwiczymy zawsze jedną kotwicą. Przy rzuceniu obu kotwic mogłyby się zaplątać i nie dałoby się ich wyciągnąć.

Głowica cumownica/linowa, znajduje się na bliźniaczym urządzeniu do kotwiczenia.

Zastosowanie:

• urządzenia służą do zatrzymania statku w miejscu.

• może być pomocne podczas wyhamowywania inercyjnego, manewrowania statkiem w basenach portowych, kanałach lub rzekach.

Rodzaje kotwic: (rysunek)

• grzybkowa

• śrubowa

• żelbetonowa

• hakowa

• Halla

• admiralicji

Łańcuch: (rysunek)

Ma 200 metrów.

Elementy łańcucha kotwicznego: (rysunek) szekla, ogniwo Kentera, krętnik, ogniwo zwykłe, ogniwo rozpórkowe.

Łańcuchy kotwiczne składają się z kilku oddzielnych części:

Pierwsza – przykotwiczna składa się z szekli kotwicznej, ogniwa zwykłego, ogniwa rozpórkowego, ktęnika, kilku ogniw rozpórkowych i szekli albo ogniwa krętego.

Dalej są przęsła o długości od 25 do 27.7 metra składające się z ogniw rozpórkowych, ostatnim przęsłem jest przęsło umożliwiające mocowanie łańcucha w komorze. Jest z hakiem odrzutnym, który umożliwia w przypadku zaistniałego zagrożenia odłączenie kotwicy i całego łańcucha od statku.

Stopery łańcucha kotwicznego: (rysunek)

• stoper klinowy

• stoper zapadkowy

• stoper śrubowy

• stoper rolkowy zapadkowy

• stoper łańcuchowy

Urządzenie cumownicze:

Współczesne statki wyposażone są w urządzenia cumownicze, które umożliwiają samoczynne utrzymywanie statku przy nabrzeżu z zadanym napięciem w linach cumowniczych.

Najczęściej wciągarki cumownicze mają napęd hydrauliczny. Wynika to z tego, że: napęd ten umożliwia uzyskanie bardzo dużych sił lub momentów przy jednocześnie zachowaniu możliwości płynnej zmiany prędkości tych elementów roboczych.

Ponadto napędy hydrostatyczne doskonale potrafią zabezpieczyć urządzenie przed obciążeniem.

Współczesne napędy hydrauliczne pracujące przy wysokich ciśnieniach (25 – 40MPa) co powoduje, że masa i wymiary są wielokrotnie mniejsze od elektrycznych.

Kontrolowania napięcia lin jest niezbędne zwłaszcza podczas rozładunku dużych statków. W miarę potrzeby należy wydłużać lub skracać liny.

W celu uniknięcia zerwania lin i niebezpiecznych nadmiernych obciążeń, korzystne jest stosowanie automatycznych wciągarek cumowniczych utrzymujących stały naciąg lin. Wciągarki także pozwalają na bezpieczniejszą i bardziej komfortową pracę podczas przeładunku jak i w czasie postoju w porcie.

Pachoły: (rysunek)

Pachoły służą do zamocowania na nich cum i springów.

Średnica pachoła nie powinna być mniejsza niż 10 średnic stalowej liny lub 5.5 średnic liny z włókna syntetycznego.

Średnice bębnów linowych nie mogą być mniejsze niż 14 średnic liny stalowej, zaleca się 16-18 średnic.

Wskaźnik wyposażenia jest przepisową wielkością bezwymiarową wg. Której należy dobierać z tabel wymiary kotwic, łańcuchów, lin cumowniczych, lin holowniczych.

Odzwierciedla w pewnym sensie wartość obciążenia zewnętrznego działającego na zakotwiczony lub zacumowany statek.

Nc = D^2/3 + 2Bh + 0,1A

h – rzeczywista wysokość mierzona od letniej wodnicy ładunkowej do górnej krawędzi nadbudowy przy czym:

h = a + Σh_i

a – odległość od letniej wodnicy ładunkowej do górnego pokładu mierzona na

owręży przy burcie [m];

h_i - wysokość (mierzona w płaszczyźnie symetrii) każdej kondygnacji nadbudowy

mającej szerokość większą niż 0,25B [m];

A - boczna powierzchnia nawiewu kadłuba powyżej letniej wodnicy ładunkowej

oraz nadbudówki i pokładówki o szerokości większej niż 0,25B w obrębie długości L₀[m²];

D - wypór statku przy zanurzeniu do letniej wodnicy ładunkowej [t];

B – szerokość statku [m];

Na podstawie wskaźnika wyposażenia w tabeli odczytuje się ilość i masę kotwic (dla dużych statków 3), kaliber łańcucha (w zależności od wytrzymałości stali mamy trzy kategorie łańcuchów), długość łącznego łańcucha.

W podobny sposób na podstawie wskaźnika wyposażenia można określić z innej tabeli parametry lin cumowniczych (wymaganą siłę zrywającą), oraz ilość tych lin cumowniczych.

Znajomość współczynnika bezpieczeństwa dla lin cumowniczych (wynosi co najmniej 3) umożliwiając określenie nominalnej siły w cumie.

Liczenie siły wciągu, oraz sprawności wciągarki:

W części 9 przepisów w podrozdziale dotyczącym wciągarek kotwicznych podany jest wzór na siłę wciągu łańcucha:

P₁ = 9.81⋅a⋅d² [N]

a – współczynnik równy:

• 3.75 - kat. 1 - lekki

• 4.25 - kat. 2

• 4.75 - kat. 3 – ciężki

d – kaliber łańcucha.

V = 0.15m/s = 9m/min <- prędkość wybierania łańcucha

Urządzenia Sterowe

Ster bierny:(rysunek)

Na współczesnych statkach z reguły stosuje się urządzenia sterowe ze sterem biernym, umieszczonym pod rufą statku.

Współczesne stery bierne wykonuje się w postaci wypornościowego profilu zwykle symetrycznego, najczęściej NACA np. NACA 00 15

gdzie:

NACA – rodzaj profilu

00 – symetria

15 – stosunek grubości do długości

PRS wymagają by kąt wychylenia płetwy z płaszczyzny symetrii na jedną lub drugą burtę wynosił co najmniej 35^o. W specjalnych rozwiązaniach może być nawet mniejszy za zezwoleniem PRS. Czas kierowania płetwy z -35^o na 35^o nie może być dłuższy niż 28s.

Obecnie coraz częściej oprócz sterów biernych stosuje się także stery aktywne, których przedstawicielem jest ster strumieniowy (jest w stanie wytworzyć siłę nośną).

Obecnie na statkach wycieczkowych stosuje się stery azymutalne.

Płat steru posiada lotkę (część płata po stronie steru).

Zamknięcie śruby w dyszy powoduje uzyskanie większej mocy (rysunek).

Jeśli jest na rufie to na dziobie na pewno jest też.

Podział urządzeń sterowych:

Stery bierne płetwowe(rysunki)

• Ster podparty

• Ster podwieszony

• Ster półpodwieszony

Rufowe, dziobowe, płytowe, wypornościowe, zawiasowe, częściowo zrównoważone.

Stery bierne(rysunek) – dysza obrotowa z płetwą i bez płetwy

W przypadku stosowania dysz obrotowych najczęściej wyposaża się w płetwą, przy czym ta płetwa za dyszą może być dodatkowo wychylona (podobnie jak ster Beckera).

Stery bierne – specjalne:(rysunki)

• Ster Beckera

• Ster Doerfera

Stery półaktywne – dodatkowy napę wewnątrz steru:

Ster Pleugera

Stery aktywne:

• strumieniowe

• cykloidalne

Pokrywy Luków

Od konstrukcji pokryw luków wymaga się:

• wodoszczelności

• wytrzymałości na dynamiczne obciążenia zewnętrzne i wewnętrzne

Obecnie większość pokryw luków to konstrukcje stalowe skrzyniowe przy czym wyposażone są w elementy uszczelniające oraz blokujące ich położenie na zrębnicy luku podczas rejsu.

Ze względu na pełnione funkcje pokrywy można podzielić na:

• wodoszczelne

• niewodoszczelne

Ze względu na stopień mechanizacji:

• pokrywy o napędzie własnym

• pokrywy o napędzie obcym

Ze względu na rodzaj napędu:

• elektryczny

• hydrauliczny

• pneumatyczny

W celi uniknięcia metalicznego styku i wzajemnych przemieszczeń elementów pokrywy względem zrębnicy stosuje się podkładki dystansowe, ślizgowe, które spełniają dwie podstawowe funkcje:

Limitują nam dystans między pokrywą, a zrębnicą co zabezpiecza te uszczelnienia gumowe przed nadmierną deformacją. Zbyt duże deformacje powodują ich zniszczenie.

Podkładki umożliwiają przemieszczenie się pokrywy względem zrębnicy bez metalicznego kontaktu, a co za tym udzie przy zachowaniu warstw ochronnych tych części i równomiernym rozkładzie obciążenia, wyeliminowaniu metalicznych odgłosów.

Niezwykle istotną rzeczą, której nie można pominąć są systemy zaciskające pokrywę na zrębnicy. Stosowane zaciski mogą być mechaniczne lub z napędem hydraulicznym.

Typu pokryw lukowych:

• Folding (składane);

• Piggy-back or lift and roll („na barana”, podnoszone i odsuwane);

• Side roll and end roll (odsuwane na boki lub ku końcom);

• Lift-away (odkładane);

• Sliding (zsuwane);

• Stocking (układane na stos);

• Coiling (zwijane);

• Single pull (jednociągowe).

Furto-Rampy

Występują tam, gdzie załadunek jest poziomy. (Np. statki typu ro-ro)

Furta – coś co zamyka szczelnie kadłub (wodoszczelne zamknięcie)

Rampa – „most” łączący statek z nabrzeżem.

Rampy wewnętrzne – umożliwiają szybki załadunek na kilku pokładach.

Rampy napędzane są najczęściej urządzeniami hydraulicznymi, przy czym do ramp mniejszych powszechnie stosuje się siłowniki. Natomiast do dużych stosuje się układy wielokrążków linowych współpracujących z wciągarkami linowymi.

Podstawowe parametry charakteryzujące rampy:

• szerokość

• długość

• nośność

• dopuszczalne nachylenie

• dopuszczalny nacisk na oś

• nacisk na nabrzeże

Typowe wielkości toru jezdnego przyjmowane przez firmę MacGregor.

1. Rampy zewnętrzne

• 3.5m - pojedynczy pas ruchu ciężarówek z naczepami

• 7-9m - podwójny pas dla ciężarówek z naczepami

• 2.8m – pojedynczy pas ruchu dla aut osobowych

1. Rampy wewnętrzne

• 3.5m – pojedynczy pas ruchu dla ciężarówek i przyczep

• 6m – podwójny pas ruchu dla ciężarówek i przyczep

• 2.3m – pojedynczy pas ruchu dla osobówek

Kąt rampy jest wyznaczany przez rodzaj pojazdów, które będą używały rampy i wynosu zwykle od 8 do 9.05^o. W celu osiągnięcia wymaganego kąta nachylenia, muszą być wzięte pod uwagę maksymalna odległość pionowa między poziomami pokładu, a długość rampy zwymiarowana w proporcji do niej.

Rampy ze względu na mocowania:(rysunki)

1. Górno-pokładowe jednostronnie umocowane

2. Dolno-pokładowe jednostronnie umocowane

3. Górno-pokładowe dwustronnie umocowane

4. Dolno-pokładowe jednostronnie umocowane

Furto-rampy i rampy rufowe:

• Proste

• Skośne

• Obrotowe (skośne + proste, na lewo i prawo)

Furto-rampy i rampy burtowe:

• Proste

• Skośne

Furto-rampy i rampy dziobowe:

• Proste

Na czas rejsu rampy mogą być ryglowane za pomocą klinowania:

• Śrubowego

• Hakowego

• Trzpieniowego

Instalacje Przeciwpożarowe

Typy instalacji gaśniczych:

• Wodnohydrantowe (wnętrze i otwarte pokłady)

• Pianowe (piana ciężka, średnia, lekka)

• Tryskaczowe, zraszające, kurtyny wodne (pomieszczenia mieszkalne, służbowe)

• Na mgłę wodną

• Gazowe objętościowe, na dwutlenek węgla lub gaz obojętny (maszynownia)

• Proszkowe (awaryjny zespół prądotwórczy, awaryjna pompa)

Pożar gasimy wodą morską, przy pomocy instalacji wodnohydrantowej.

Piana ciężka - o niskim współczynniku spieniania (≤20)

Piana średnia - o średnim spienieniu (21 – 200)

Piana lekka – o wysokim współczynniku spieniania (201 - 1000)

Gaśnica instalacji na pianę ciężką:

Zbiornik środka pianotwórczego, pompa, dozownik, pompa pożarnicza, pobór wody morskiej, magistrala pianowa, magistrala wodnohydrantowa, magistrala kingstonowa, kingston, zawór hydrantowy wody lub roztwory prądotwórczego, działko wodno-pianowe.

Instalacja tryskowa składa się z ciśnienia zbiornika hydroforowego wody słodkiej, sekcja 200 tryskaczy.

Tryskacze zamykane są termowrażliwymi elementami i szklanymi ampułkami z silnie rozszerzającą się cieczą pod wpływem temp (gliceryna) lub korkiem topikowym z łatwo topliwego stopu metalu. Instalacja stale napełniana jest wodą pod wysokim ciśnieniem, przy 68-79^oC następuje zniszczenie zamknięcia tryskacza i woda z instalacji zalewa rozproszonym strumieniem bronione pomieszczenia.

Kurtyna wodna:

Blokuje przejście pożaru do pomieszczeń jeszcze nim nie objętych. Zainstalowany w progach zespół zraszaczy ułożonych wzdłuż „futryny”.

Instalacja na mgłę wodną (ocenia się, że z 1l wody powstaje 1700l pary)

Działanie jak w przypadku instalacji tryskaczowej, tyle że tryska mgłą.

Do zwalczania pożarów w zamkniętych pomieszczeniach stosuje się niepalne gazy wypierające powietrze i ograniczające zawartość tlenu: CO₂, Argon, Azot, gaz obojętny (azot + CO_2­ + 5% O powstają w drodze spalania).

W instalacji niskociśnieniowej CO₂ jest przechowywany w zbiorniku w postaci skroplone w temp. -20^oC, przy ciśnieniu 2MPa.

Proszki gaśnicze:

Drobno zmielony związek fosforanowych, węglanowych, mocznikowych, chlorowych i potasowych mieszanin. Gaszą okrywają płonącą powierzchnię.

Instalacja proszkowa składa się z ciśnieniowego zbiornika proszku gaśniczego.

Instalacja Balastowa

Zadania związane z balastowaniem statku:

• Poprawa stateczności statku. Wraz ze zużywaniem się zapasów środek masy statku przemieszcza się ku górze, aby temu zapobiec należy sukcesywnie napełniać denne zbiorniki;

• Likwidacja przegłębienia statku wywołana załadunkiem, wyładunkiem lub zużyciem zapasów. W tym celu napełniamy zbiorniki balastowe umieszczone w skrajnikach;

• Zrównoważenie przechyłu statku, poprzez napełnianie odpowiednich zbiorników umieszczonych na burtach;

• Zmniejszenie obciążenia długich statków powstałych na skutek nierównomiernego wzdłużnego rozłożenia mas;

• Instalacja balastowa służy do napełniania i opróżniania zbiorników balastu wodnego lub do przepompowywania balastów pomiędzy poszczególnymi zbiornikami.

Rodzaje instalacji balastowych:

• Rozgałęziona

• Magistralowa

• Wieńcowa

Podstawowe wymagania PRS-u dotyczące instalacji balastowej:

• Do napełniania i opróżniania zbiorników balastowych należy przewidzieć co najmniej jedną pompę;

• Pompa musi posiadać wydajność, która zapewni prędkość przepływu nie mniejszą niż 2m/s w rurociągu największego zbiornika balastowego;

• Jako pompy balastowe mogą być używane pompy ogólnego użytku;

• Pompa, która pobiera wodę z dennych zbiorników balastowych musi być samozasysająca ;

• Wewnętrzna średnica rurociągów balastowych dla poszczególnych zbiorników, nie może być mniejsza niż: d_w = 18 ● V^1/3 (V – objętość zbiornika balastowego);

• Średnica wewnętrzna magistrali balastowej nie powinna być mniejsza od najmniejszej średnicy odgałęzienia;

• Rurociągów balastowych nie należy prowadzić przez ładownie.

Instalacja zęzowa

Instalacja zęzowa zwana również instalacją osuszającą, służy do osuszania z wnętrza statku cieczy gromadzących się w czasie eksploatacji jednostki. Mogą to być skropliny wilgoci atmosferycznej, drobne wycieki i przecieki z instalacji okrętowych.

Podstawowe wymagania PRS-u:

• Każdy statek z własnym napędem musi posiadać dwie pompy z napędem mechanicznym;

• Pompa musi być samozasysająca.

Wał

Wały okrętowe wykonuje się w L: 6-12m

Wały oporowe są krótkie.

Podział:

1. Klasyczny układ napędowy

• Łożyskowanie toczne lub ślizgowe

1. Pędnik azymutalny

• Łożyska toczne i pędniki azymutalne

Podział łożysk ze względu na kierunek przenoszonego obciążenia:

• Poprzeczne (przenoszą obciążenia poprzeczne, ciężar zespołu napędowego, obciążenia dynamiczne itd.)

• Wzdłużne

Nośność hydrodynamiczna: Wał się wtacza -> wytwarza się ciśnienie -> olej przesuwa wał na drugą stronę.

W przypadku łożysk ślizgowych ich poprzeczne działania powinno odbywać się przy tarciu płynnym tzn., gdy między powierzchnią panwi a wału powstaje ciągły film smarny o grubości większej aniżeli nierówność na powierzchni czopa i partii. Warunki także zapewniają najmniejsze opory ruchu (bardzo mały współczynnik tarcia), dużą niezawodność i praktycznie bezzużyciową pracę. Warunkiem powstania nośności hydrodynamicznej ciągłego filmu smarnego jest spełnienie 3 podstawowych warunków:

• Zapewnienie odpowiednio wysokiej prędkości względnej powierzchni;

• Istnienie klina smarnego (zwykle geometrycznego);

• Dostarczania czynnika smarnego.

Łożyska ślizgowe charakteryzują się pewnymi korzystnymi cechami:

• Cichobieżność

• Bardzo mały współczynnik tarcia

• Dobre tłumienie drgań

• Mniejsza wrażliwość na pewne niedokładności ustawienia osi wałów.

Nośność łożyska w spoczynku jest dużo większa niż w przypadku łożysk tocznych.

Wady łożysk ślizgowych:

• Wadą łożysk ślizgowych jest relatywnie wysoki koszt. Zwłaszcza białych metali;

• Brak unifikacji tych łożysk (do każdego produktu trzeba zastosować inne łożysko);

• Zatarcie łożyska wymaga zastosowania nowej panwi;

• Wymiary łożysk są na ogół większe dla tej samej nośności niż łożysk tocznych;

• Wymagają najczęściej specjalnych układów smarowania.

Zalety łożysk ślizgowych:

• Łożyska można dzielić

Zalety łożysk tocznych:

• Zunifikowane wielkości -> łatwodostępny;

• Tańsze ze względu na masową produkcję;

• Z racji popularności opłaca się inwestować w nie, więc z biegiem lat nośność jest lepsza;

• Współczynnik tarcia jest bardzo niski i stały (niezależny od prędkości obrotowej);

• Nie są wymagające jeżeli chodzi o smarowanie;

Nie ma możliwości czystego obtaczania – musi zachodzić poślizg.

Wady łożysk tocznych:

• Wymiana łożyska wymaga demontażu wału (ale można zastosować łożyska toczne dzielone w wałach okrętowych);

• Hałaśliwość

• Ograniczona prędkość obrotowa (dla wałów okrętowych jest mała prędkość obrotowa, więc nie ma znaczenia).

Uszczelnienia pochwy wału:

• Uszczelnienia wargowe;

• Uszczelnienia mechaniczne (czołowe).

Prof. Dymarski: Obecnia takich prostych uszczelnień raczej się nie stosuje.

Uszczelnienia też są smarowane.

Wały pośrednie są łożyskowane w jednym miejscu za pomocą łożyska ślizgowego w niezależnym zespole. Obciążenie przenoszone na kadłub statku.

Łożyska oporowe przenoszą głównie obciążenia wzdłużne. Na ogół zabudowywane w przekładni.

Śruby Nastawne

Zalety:

• Umożliwiają dostosowanie charakterystyki śruby do aktualnych warunków i mocy silnika;

• Śruba nastawna umożliwia wykorzystywanie zawsze nominalnej (pełnej mocy) silnika niezależnie od warunków morskich, oraz obciążenia statku;

• Śruby nastawne umożliwiają żeglugę w różnych warunkach przy stałej prędkości obrotowej śruby;

• Droga hamowania jest krótsza;

• Manewry są łatwiejsze i bardziej precyzyjne.

Wady:

Zasadniczą wadą śruby nastawnej jest większa złożoność konstrukcji większa cena pędnika i urządzeń. Im więcej mechanizmów tym bardziej zawodne ale mniejsze straty paliwa i większe bezpieczeństwo decydują o ich stosowaniu.

Większa podatność na kawitacje bo mają większą grubość przy nasadzie i mniejsza długość a wytrzymałość ma być ta sama.

• Ma większą piastę, więc ma nieco mniejszą sprawność;

• Większe koszty inwestycyjne;

• Może być bardziej zawodna (poprzesz swoją złożoność)

OKRĘTOWE ŚRUBY NASTAWNE DZIELIMY NA ZESPOŁY:

• Sama śruba i mechanizm

• Układ siłowy napędzający mechanizmy zmiany skoku śruby

• Wał wraz z kadłubem sterowania wewnętrznego

• Układ zasilania i sterowania hydraulicznego

• Układ zdalnego sterowania

W zależności od położenia siłownika mechanizmu napędzającego skok śruby, śruby nastawne możemy podzielić na:

• Z siłownikiem umieszczonym w układzie nieobrotowym (prosta konstrukcja; łatwy dostęp; niekorzystne deformacje wywoływane przemieszczeniem dużych sił poprzez liczne elementy pośrednie; mechanizmy takie są stosowane do dziś na małych jednostkach, gdzie śruby osiągają moc do 5000kW);

• Śruby nastawne z siłownikiem umieszczonym w linii wałów;

• Z siłownikiem umieszczonym wewnątrz piasty śruby (ma mniej elementów pośrednich, ale dość długo wał, co wpływa na pewne przemieszczenia; siły potrzebne do przesterowania skoku są nawet o 4.5 razy większe od sił naporu na tę śrubę);

• Siłowniki umieszone wewnątrz kadłuba najczęściej w sprzęgle łączącym wał pośredni z wałem ślizgowym.

Łożyskowanie skrzydeł śrub nastawnych:

Skrzydła śrub nastawnych obecnie powszechnie łożyskuje się za pomocą ślizgowych łożysk typu kołnierzowego.

MOCOWANIE SKRZYDEŁ

1.śruba z łbem

2.śrub dwustronnych (szpilek) z nakrętkami

Obecnie śruby nastawne wykonujemy ze szczelna piastą wypełnioną w środku olejem przy tym zapewniamy, żeby ciśnienie oleju wewnątrz piasty było nieco wyższe od maksymalnego ciśnienia hydrostatycznego na zewnątrz przy tej śrubie (zależy od zanurzenia). Około 2 bary wewnątrz piasty.

Wszystkie śruby ze względu na niebezpieczeństwo odkręcenia zabezpieczamy najczęściej przyspawując płaskownik albo blaszkę blokującą samoodkręcenie.

Wprowadzanie oleju do wału:

Przepływ cieczy w szczelinach, w których długość jest większa o co najmniej rząd wielkości od wysokości szczeliny zwykle jest przepływem laminowanym.

Układy sterowania:

W śrubach nastawnych regulacja skoku odbywa się za pomocą rozdzielaczy z przykryciami wzajemnymi. Powszechnie stosuje się pompy suwakowe.