ZAPAS WODY POD STĘPKĄ - OSIADANIE STATKU
Jednym z elementów żeglugi jest żegluga na wodach osłoniętych, kanałowych, rzecznych i innych, gdzie często występuje ograniczenie głębokości a co za tym idzie zakłócenie ruchu falowego wytwarzanego przez statek podczas jego ruchu swobodnego. Powoduje to znaczne trudności w manewrowaniu statkiem i dlatego musimy zająć się tym tematem dokładniej.
Akwenem nieograniczonym nazywamy obszar wód, na których nie występują zakłócenie układu falowego spowodowane bliskością dna i brzegów. Po wielu badaniach przyjęto, że akwen otwarty to obszar wody, którego szerokość jest większa od 30 szerokości statku a jego głębokość określimy wg wzoru Taylora:
h◦ = 10,73Tv/√L
gdzie: h◦ = głębokość akwenu nieograniczonego [m]
T = zanurzenie statku [m]
V = prędkość statku [m/s]
L = długość statku [m]
Z powyższego wzoru wynika, że dla statku o długości 150 m, szerokiego na 20 m, płynącego z szybkością 12 węzłów i zanurzonego 7 m graniczną głębokością będzie 36,8 m a szerokością graniczną akwenu będzie 600 m.
Płytkowodzie to akwen, którego głębokość jest ograniczona, podczas gdy szerokość nadal nie wpływa na zmiany układu falowego wytwarzanego przez statek. W praktyce zauważono wpływ płytkowodzia na manewrowość statku przy głębokościach mniejszych od czterech zanurzeń. Wyraźny, zauważalny wpływ występuje dopiero głębokości przy bliskiej 2 - 2,5 zanurzeń.
Kanał to tor wodny tak ograniczony brzegami, że wywołuje to zakłócenie ruchu układu fal wytwarzanego podczas ruchu statku. Z praktyki wynika, że należy poważnie brać pod uwagę wpływ szerokości, kiedy jest ona mniejsza od 10 szerokości statku.
Pogłębiony tor wodny stanowi szczególny rodzaj akwenu ograniczonego, zajmując miejsce, pomiędzy płytkowodziem a kanałem. Najczęściej jest to tor sztuczny powstały w wyniku działalności człowieka - pogłębienie płytkiej wody dla utworzenia żeglownego przejścia dla statków o określonej głębokości.
Zapas wody pod stępką jest kryterium, które musimy określić przed podjęciem decyzji o przejściu określonym torem wodnym. Płytkość akwenu mniejsza od dwóch zanurzeń odgrywa już znaczna role w manewrowności statku, jego sterowności i możliwości wykonania wielu manewrów ograniczonych głębokością i bliskością różnych niebezpieczeństw.
Ze względu na tak duże znaczenie odległości dna statku od dna należy bardzo staranie wykonać pomiary zanurzenia (wielopunktowo) przed rozpoczęciem żeglugi na płytkowodziu czy w kanałach naturalnych lub sztucznych.
Dokładność określenia głębokości przez instytucje hydrograficzne jest ściśle określona stosownymi przepisami IMO. Przy planowaniu żeglugi przez płytkowodzie należy w miarę możliwości zweryfikować podane na mapie głębokości i sprawdzić najnowsze doniesienia w tej sprawie a nawet zasięgnąć informacji w miejscowym kapitanacie, czy na stacji pilotowej obsługującej dany rejon. Zmiany rzeczywistych głębokości na wielu akwenach są bardzo dynamiczne, a szczególnie tam gdzie są silne prądy pływowe, rzeczne, czy inne lokalne niosące z sobą z materiał podłoża. Zmiany głębokości w wielu rejonach pływowych są znaczne i często ograniczają dostępność akwenu tylko do czasu HW.
Istotne znaczenie dla żeglugi maja zmiany poziomu wody wywołane przez;
zjawiska pływowe
pływy wiatrowe (dryfowe)
zmiany ciśnienia
opady
wlewy lokalne
oscylacje akwenu (0,6 - 0,9 m - do 400 węzłów)
nałożenie się oscylacji na wysoka fale pływowa może być bardzo niebezpieczne.
Różnice w określeniu poziomu wody wg tablic i informacji na mapach do rzeczywistych mogą być znaczne 0,6 a nawet 1,8 m !
Tak jak dno jest żywym elementem ekosystemu i zmiany jego musza być wciąż kontrolowane tak i zanurzenie statku jest zmienne:
wywołane dodaniem, zdjęciem i przemieszczeniem ciężaru - przegłebieniem
wyładunek
załadunek
przemieszczenie ładunku z jednej ładowni do drugiej
wypompowanie balastów
zabalastowanie
zużycie paliwa
pobranie paliwa
zużycie wody
pobranie wody
wysychanie ładunku
zwilgotnienie ładunku
utrata ładunku pokładowego
wywołane zmianą gęstości wody - zasolenia
zmiana akwenu wodzie 1,025 na akwen o wodzie wysłodzonej 1,000 to zmiana zanurzenia o 2,5% ! - czyli 2,5 cm na każdy metr zanurzenia.
wywołane odkształceniami kadłuba
ugięcie - zwiększenie zanurzenia na śródokręciu
wygięcie - zwiększenie zanurzenia na dziobie i rufie
wielkości ugięć czy wygięć bywają dość znaczne 10-30cm.
wywołane przechyłem statku
wskutek przesunięcia się ładunku
wskutek przebalastowania L-P
wywołane osiadaniem statku w ruchu
Falotwórczość statku w ruchu, kiedy fala dziobowa i rufowa są wyższe a woda wzdłuż środkowej części kadłuba obniża się powoduje opuszczenie się statku względem dna. Wynika to z tego że, wypór dziobowej i rufowej części kadłuba jest zdecydowanie mniejszy niż na śródokręciu. Szereg czynników powoduje to, że obniżenie całego statku nie jest równoległe i dlatego też następuje przy tej okazji przegłębienie.
Osiadanie statku - całkowite zmniejszenie zapasu wody pod stępką, występujące w czasie ruchu statku do przodu, wywołane obniżeniem się zwierciadła wody w pobliżu burt statku łącznie z powstającymi przy tym zmianami przegłębienia.
Zapas wody pod stępką:
A = h˚ - T
Gdzie: A - zapas wody pod stępką [m]
h˚- głębokość akwenu [m]
T - zanurzenie statku [m]
Jeżeli uwzględnimy osiadanie statku „Z” to wówczas zapas wody pod stępką będzie miał postać:
A = h˚ - (T+Z)u
Z badań i doświadczeń wynika, ze na płytkowodziu całkowite opory statku wzrastają wielokrotnie, nawet do 4-7 x.
prędkość krytyczna - prędkość statku równa maksymalnej prędkości fali na akwenie ograniczonym
prędkość podkrytyczna - zakres prędkości mniejszych od krytycznej
prędkość osiągalna - największa prędkość jaka statek może osiągnąć w kanale z uwagi na ograniczona moc swojego napędu głównego.
Prędkość nadkrytyczna - zakres prędkości większych od krytycznej równej szybkości fali - możliwe do osiągnięcia przez statki i okręty z dużym zapasem mocy do osiągnięcia szybkości krytycznej (głównie okręty wojenne).
Wielkość osiadania statku jest bardzo trudna do jednoznacznego określenia. Przeprowadzono bardzo wiele badań i teoretycznych rozważań, z których wyciągnięto wiele wniosków, ale najbliższe rzeczywistych wartości były wyniki doświadczeń na modelach i badania doświadczalne w naturalnych warunkach zobrazowane graficznie. Najbardziej popularne wykresy to dane modelowe wg metod Shijfa i Sogreah'a.
S = FФ/F
Gdzie: S = współczynnik prześwitu całkowitego
FФ = pole powierzchni owręża pozostającego pod wodą [m²]
F = pole przekroju powierzchni akwenu [m²]
Metodę Sogreah'a stosujemy, gdy S≤0,08
wymaga zastosowania trzech wykresów - opracowana dla obliczania osiadania w kanałach (patrz wykresy i wzory - zał.)
Metodę Schijfa stosujemy, gdy S≥0,08
wykorzystanie jednego arkusza krzywych - opracowana dla prędkości podkrytycznych
F = v/√ghº
Gdzie: F - argument do wykresu
V - prędkość statku [m/s]
g - przyspieszenie ziemskie [m/s²]
hº- głębokość akwenu [m]
Z = Nhº
Gdzie: Z = osiadanie statku
N = współczynnik z wykresu
Uproszczone metody określania osiadania na płytkowodziu.
Znajomość wielkości osiadania jest niezmiernie ważna szczególnie wówczas, kiedy zapas wody pod kilem jest niewielki - bliski osiadaniu.
prędkość żeglugi w kanałach i na płytkowodziu jest przeważnie ograniczona miejscowymi przepisami i jest znacznie niższa od krytycznej
1 - Metoda Holenderska NSP (1965)
metoda graficzna o argumentach:
stosunek prędkości statku do predkości gali grawitacyjnej v/√ghº
stosunek głębokości do zanurzenia statku hº/T
2 - Metoda Brytyjska NPL (1973)
metoda graficzna zlożona z trzech wykresów posługująca się długością statku i pozwala określić osiadanie dziobu i rufy - najlepsze wyniki uzyskano dla:
statków o współczynniku pełnotliwości 0,8-0,9
stosunek długości do szerokości = 6
szerokość do zanurzenia = 2,6
głębokość do zanurzenia = 1,1-1,5
prędkość od 0 do 20 węzłów
długość statku od 100 do 350 m
przegłębienie 1/100 na rufę lub 1/500 na dziób
jednostka bezwymiarowa jako część długości statku
Zmiany wielkości osiadania.
przebieg zmian wielkości osiadania można przewidywać tylko dla warunków spływu ustalonego, t.zn dla prędkości podkrytycznej - mniejszej od prędkości fali grawitacyjnej
wielkość osiadania wzrasta wraz ze wzrostem prędkości statku poruszającego się w tych samych warunkach głębokości i szerokości toru
wielkość osiadania w tych samych warunkach zależy od wielkości statku - wzrasta wraz z wielkością jednostek
wielkość osiadania wzrasta wraz z malejącą głębokością i szerokością akwenu
najmniejsze osiadanie na płytkowodziu
większe na pogłębionym torze
największe w kanale
Zmiana przegłębienia związana z osiadaniem
z dotychczasowych badań wynika, że statki w większości wypadków zmieniają swoje przegłębienie na dziób
jedynie statki o smukłych kształtach mogą zmieniać swoje przegłębienie na dziób i rufę.
Wzór empiryczny dla określenia kierunku przegłębienia
Vw/√L
Gdzie: Vw = prędkość statku [węzły]
L = długość miedzy pionami [stopy]
Stosunek większy od 1,2 - przegłębienie na rufę
Stosunek = 1,2 - brak przegłębienia
Stosunek mniejszy od 1,2 - przegłębienie na dziób
Osiadanie a nierównomierność żeglugi względem osi kanału.
zejście z osi kanału i zbliżenie się do jednego z jego brzegów powoduje wzrost osiadania statku
wielkość wzrost jest zależna od prędkości statku - prędkość poniżej 4 w powoduje niewielkie zmiany osiadania, prędkość 8-10 węzłów powoduje znaczne przyrosty osiadania
zejście z osi kanału może nawet spowodować zwiększenie osiadania o 50% a nawet więcej w stosunku do żeglugi osią kanału.
Osiadanie podczas mijania się statków.
podczas mijania się statków należy liczyć się ze wzrostem osiadania nawet do 100%
podwojenie wartości osiadania obserwowano przy szybkościach 4-5 węzłów
wzrost szybkości tych samych statków do 8-9 węzłów spowodowało zwiększenie się osiadania tylko o 50%
jeżeli jeden ze statków utrzymuje się na osi a drugi schodzi do brzegu kanału to na nim zwiększy się osiadanie znaczniej.
Wyprzedzanie a osiadanie.
możliwość wzrostu osiadania do 100%
statek szybszy - wyprzedzający - podlega mniejszym zmianom w osiadaniu - powinien zejść z toru
statek wyprzedzany, biorąc pod uwagę osiadanie, powinien zachować kurs na osi toru.
Inne czynniki mające wpływ na zmiany w osiadaniu.
dzioby gruszkowe zmniejszają efekty osiadania
korzystniejszy współczynnik pełnotliwości zmniejsza efekt osiadania
śruba (efekt ssania) w małym stopniu wpływa na efekt osiadania choć w niewielkim stopniu odgranicza przegłębienie na dziób
zatrzymanie śruby zwiększy przegłębienie na dziób
Zasady bezpieczeństwa związane z osiadaniem.
1 - wielkość osiadania można zmniejszyć poprzez ograniczenie prędkości statku
2 - przewidując żeglugę w kanałach, czy na płytkowodziu należy ładować statek na równa stępkę, aby częścią narażoną na kontakt z dnem był dziób statku
3 - przekraczanie szybkości krytycznej na płytkowodziu czy w kanałach jest bardzo niebezpieczne, efekty osiadania trudne do przewidzenia - grozi to uderzeniem w dno.
4 - należy wcześniej, przed dojściem do płytkowodzia, zmniejszyć szybkość, gdyż przy gwałtownej zmianie głębokości może dojść do przekroczenia szybkości krytycznej.
5 - zachować szczególną ostrożność przy wyprzedzaniu i wymijaniu na wąskich torach wodnych i kanałach (zwiększenie osiadania)
6 - przy niewielkich zapasach wody pod kilem w planowanej żegludze należy staranie skalkulować wielkości osiadania, prędkość krytyczną i bezpieczna prędkość statku.
Szkoła Morska - 81-340 Gdynia, Hryniewickiego 10 *szkoła@morska.edu.pl
MANEWROWANIE STATKIEM MORSKIM
Kpt.Ż.W. Tomasz Sobieszczański *kptlobo@wp.pl
KONSPEKT 6/9
LOBO Strona 6 2004-11-16
MSM 006 - ZAPAS WODY POD STĘPKĄ