AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ NAWIGACYJNY ZAKŁAD BUDOWY I STATECZNOŚCI STATKU INSTRUKCJA

Transkrypt

1 AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ NAWIGACYJNY ZAKŁAD BUDOWY I STATECZNOŚCI STATKU INSTRUKCJA EKSPLOATACYJNA PRÓBA PRZECHYŁÓW Zajęcia laboratoryjne z przedmiotu: Budowa i Stateczność Statku Opracował: Zatwierdził: Obowiązuje od: 2013/2014 Karolina Staszewska Zbigniew Szozda

2 1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z możliwością wykorzystania eksploatacyjnej próby przechyłów do określania wzniesienia środka ciężkości statku, czyli do oceny stateczności początkowej statku. Ćwiczenie ma również na celu: utrwalenie wiadomości teoretycznych w zakresie przechyłu statku, praktyczne wykorzystanie Arkusza krzywych hydrostatycznych, wykorzystanie wykresu dopuszczalnych wzniesień środka ciężkości statku badanie wpływu poprzecznego przemieszczania ciężaru na przechył statku. 2. CZĘŚĆ TEORETYCZNA W teorii opisuje się dwie próby przechyłów, próbę stoczniową i próbę eksploatacyjną. Zasada postępowania w obu przypadkach jest taka sama. Z tym, że stoczniowa próba przechyłów wykonywana jest w końcowej fazie budowy statku, w celu określenia położenia środka ciężkości statku pustego. Eksperyment przechyłowy ma wówczas na celu weryfikację obliczonego środka ciężkości kadłuba statku pustego. Znajomość prawdziwego wzniesienia środka ciężkości pustego statku nad stępką ma zasadnicze znaczenie podczas eksploatacji statku, jest bowiem podstawą późniejszych obliczeń KG statku załadowanego. Natomiast eksploatacyjna próba przechyłów, wykonywana jest na statku, po zakończeniu załadunku, w celu uzyskania rzeczywistej wartości wzniesienia środka ciężkości KG (umożliwia nam to obliczenie GM statku przed wyjściem w morze) [+/- błędy metody]. Metoda liczenia środka ciężkości za pomocą tabeli ( suma momentów przez sumę ciężarów ) często obarczona jest znacznymi błędami, ze względu na przyjmowanie do obliczeń zdeklarowanych mas jednostek ładunkowych. Pierwsze systemy do wykonywania automatycznej próby przechyłów zaczęto wprowadzać na statki od 1994r. Niestety takich systemów jest niewiele. Po pierwsze są one kosztowne, po drugie zajmują znaczną przestrzeń na statku a w związku z tym redukują jego nośność. W eksploatacji statku do wykonania próby przechyłów najczęściej wykorzystuje się zbiorniki balastowe, których współrzędne (Y 1, Y 2 ) są określone w dokumentacji statku - znamy również ciężar P przepompowanej wody. Wadą opisywanej metody jest fakt, że informacje o stateczności (D i KG) uzyskujemy dopiero po zakończeniu załadunku statku. Eksperyment ten polega na przemieszczeniu w poprzek statku ciężarów o znanej masie na określoną odległość i na mierzeniu kata przechyłu, jaki to przesunięcie spowoduje. Przed

3 rozpoczęciem prób statek powinien stać prosto, bez przechyłu. Wielkość przemieszczanych ciężarów powinna być dobrana tak, aby przechyły mieściły się w granicach 1-3. Dokładność uzyskanych wyników jest większa jeśli próba wykonywana jest w dobrych warunkach pogodowych (brak wiatru i fali). Wielkość powstałego kąta przechyłu określa się za pomocą kilku pionów umieszczonych w ładowniach statku lub za pomocą specjalnego urządzenia rejestrującego. Jak to uwidacznia poniższy rysunek, przesunięciu masy p w poprzek statku na odległość d, towarzyszy przemieszczenie się środka masy całego układu z punktu G do G, co określa zależność: GG' = p d D Statek przechylił się o pewien kąt, przy czym środek wyporku F przesunął się do F. Ponieważ statek ponownie pozostaje w równowadze F i G leżą na jednej linii pionu, punktem przecięcia się tej linii z płaszczyzną symetrii jest metacentrum M. Wychylenia pionu mierzymy na listwie zaopatrzonej w podziałkę milimetrową: długość pionu - L φ kąt przechyłu L 1 L 2 Ponieważ tgϕ = L2 1 L L

4 to, przy małych kątach przechyłu możemy przyjąć, że: stąd możemy wyznaczyć GM jako: GG' tg ϕ = GM GG' GM = tg ϕ dalej, podstawiając wcześniej wyznaczone GG otrzymamy wzór na GM: p d GM = D tg ϕ Aby obliczyć wypór statku ze znaków zanurzenia odczytujemy T d, T r, dla prawej i lewej burty, a następnie liczymy T śr. Dla wartośći T śr z arkusza krzywych hydrostatycznych odczytujemy objętość podwodnej części kadłuba V. Gęstość wody zaburtowej uzyskujemy za pomocą solinomierza. Mając dane V i ρ możemy obliczyć wypór statku: D = V ρ k Ostatecznie, odczytane z krzywych hydrostatycznych położenie metacentrum KM umożliwia określenie położenia środka ciężkości statku w danym stanie załadowania: KG = KM GM Dla uniknięcia wpływu swobodnych powierzchni cieczy, mogących zniekształcić wyniki pomiarów, wszystkie zbiorniki na statku powinny być albo całkowicie puste, albo też całkowicie zapełnione. Jeśli tak nie jest należy uwzględnić wpływ swobodnych powierzchni cieczy w zbiornikach odpowiednio w obliczeniach końcowych. 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA 1. Wyniki wykonywanego ćwiczenia zapisuj w formularzu według sugestii zawartych w instrukcji. Formularz daj prowadzącemu do podpisu na zakończenie zajęć. 2. Uruchom program ćwiczenia zatytułowany Inclining experiment (ikona na środku pulpitu). 3. Wywołaj stan załadowania statku wskazany przez prowadzącego ćwiczenie. W tym celu należy wybrać polecenia menu: File..., Open..., name.shp. 4. W opcji Voyage wpisz podaną przez prowadzącego gęstość wody zaburtowej. Zamknij okno przez naciśnięcie przycisku Accept.

5 5. Wybierz opcję Inclining experiment. Dobierz dwie masy przechyłowe z dostępnej listy mas przechyłowych. Ustaw je tak, aby statek nie miał przechyłu ani przegłębienia (ewentualnie tak, aby były one możliwie bliskie zeru). We wnioskach do sprawozdania uzasadnij wybór mas przechyłowych. 6. Odczytaj zanurzenie średnie i wyporność. A następnie z arkusza krzywych hydrostatycznych odczytaj wzniesienie matacentrum. 7. Odczytaj długość pionu wahadła L (Length of Pendulum) oraz wskazanie pionu x. Uwaga! Przechył statku wyświetlony z lewej strony ekranu jest podany tylko dla ogólnej orientacji z dokładnością do 1 - nie należy przyjmować tej wartości do obliczeń! 8. Wypełnij część B-1 formularza. Współrzędne środka ciężkości mas pojawiają się w okienku po najechaniu myszką nad daną masę. 9. Posługując się wybranymi masami przechyłowymi dokonaj czterech zmian przechyłu statku operując masami wg schematów: 10. Po każdej operacji odczytaj współrzędne środków ciężkości mas przechyłowych oraz wskazanie pionu. Wyniki wpisz do tabeli w części B W części B-3 oblicz początkową wysokość metacentryczną, błąd próby oraz wzniesienie środka ciężkości statku. Wykorzystaj arkusz krzywych hydrostatycznych oraz poniższe wzory. Zmiana wskazania pionu w i-tej próbie x i = x i x i-1 tangens zmiany kąta przechyłu w i-tej próbie tg ( ϕ ) = i x L i zmiana momentu przechylającego w i-tej próbie M Hi = m 1 (TCG 1(i) TCG 1(i -1) ) + m 2 (TCG 2(i) TCG 2(i -1) ) gdzie: m 1, m 2 odpowiednie masy przechyłowe, TCG 1(i -1),TCG 2(i -1) współrzędne mas przed i-tą operacją,

6 TCG 1(i), TCG 2(i) współrzędne mas po i-tej operacji ( w kolejnym kroku obliczeń, po kolejnym przesunięciu masy przechyłowej, współrzędne te stają się współrzędnymi początkowymi itd.); Początkowa wysokość metacentryczna w i-tej próbie GM i M Hi = D tg ϕ ) ( i średnia początkowa wysokość metacentryczna ( GM i ) GM = n gdzie: GM i wysokość metacentryczna w i-tej próbie, n liczba prób (n=4). Błąd i-tej próby ε i = GM i - GM Błąd określenia wysokości metacentrycznej podczas eksperymentu przechyłowego 2 [( ε i ) ] ε = ± n ( n 1) gdzie: n liczba prób (n=4). Wzniesienie środka ciężkości statku w warunkach próby KG = KM GM + ε 12. Sprawdź, czy w danym stanie załadowania spełnione są kryteria stateczności. Własne stwierdzenie uzasadnij. 13. Przetłumacz na język polski podane w części B-4 formularza określenia. W przypadku wielkości fizycznych podaj jednostki w jakich są wyrażane, a w przypadku określeń oddzielonych myślnikiem, wyjaśnij również we wnioskach różnicę między nimi. 14. Napisz inne wnioski, które nasuwają Ci się podczas lub po wykonaniu ćwiczenia. 15. Sprawozdanie wykonaj na otrzymanym formularzu i oddaj prowadzącemu do oceny na zakończenie zajęć laboratoryjnych.

7 4. WARUNKI ZALICZENIA Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest oddanie poprawnie sporządzonego sprawozdania, które należy wykonać na załączonym formularzu i oddać do oceny na następnych zajęciach laboratoryjnych. Każdy punkt formularza musi być wypełniony, w części A należy oprócz wyników zamieścić obliczenia do zadania. Do sprawozdania dołącz również inne wnioski, które nasuwają się Tobie podczas lub po wykonaniu ćwiczenia. 5. EFEKTY KSZTAŁCENIA Po wykonaniu ćwiczenia student powinien potrafić zastosować metody obliczeniowe do oceny stateczności i wyznaczenia położenia równowagi statku. W trakcie zajęć student wykorzystuje kalkulator załadunku do rozwiązywania typowych zadań eksploatacyjnych związanych ze statecznością statku a także ćwiczy umiejętność wykonywania obliczeń ręcznie. 6. INFORMACJE DODATKOWE Przed przystąpieniem do realizacji zajęć student powinien: 1. Znać zasadę wykorzystania krzywej dopuszczalnych wzniesień środka ciężkości do oceny stateczności. 2. Znać podstawy teoretyczne wykonywania stoczniowej i eksploatacyjnej próby przechyłów. 3. Znać definicję, sposób obliczania i wykorzystanie początkowej wysokości metacentrycznej jako miernika stateczności początkowej. 4. Umieć obliczyć kąt przechyłu poprzecznego statku przy poprzecznym przesunięciu masy, dla małych kątów przechyłu. 7. LITERATURA Jerzy Kabaciński Stateczność i niezatapialność statku Józef Miłobędzki Stateczność morskich statków handlowych Janusz Staliński Teoria Okrętu Zbigniew Szozda Stateczność Statku Morskiego 8. FORMULARZE, ZAŁĄCZNIKI formularz studenta (stron 3)

8 materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych ze stateczności EKSPLOATACYJNA PRÓBA PRZECHYŁÓW FORMULARZ STUDENTA imię i nazwisko grupa data ćwiczenia ocena wejściówki data oddania sprawozdania ocena sprawozdania UWAGA: Poprawnie wykonane sprawozdanie musi zawierać (oprócz wypełnionego formularza) wszystkie obliczenia! CZĘŚĆ A Zadanie do samodzielnego wykonania Statek pływa w wodzie o gęstości ρ =... t/m 3, ma wyporność D =... t i wzniesienie środka ciężkości równe KG =... m. Czy statek będzie zdatny do żeglugi z punktu widzenia stateczności po przyjęciu 90 samochodów osobowych na pokład górny, 10 autobusów na pokład dolny? Przegłębienie statku po załadunku pojazdów wynosi t =... m Dane: średnia masa samochodu osobowego... t, średnia masa autobusu... t, wzniesienie środka masy samochodu osobowego nad jezdnią... m, wzniesienie środka masy autobusu nad jezdnią... m, wzniesienie pokładu górnego nad płaszczyzną podstawową... m, wzniesienie pokładu dolnego nad płaszczyzną podstawową... m. Jaki przechył będzie miał statek, jeżeli współrzędne poprzeczne środków ciężkości autobusów są następujące: Nr autobusu TCG Pozostałe elementy stanu załadowania rozmieszczone są symetrycznie.

9

10 CZĘŚĆ B Praca przy komputerze B-1 Dane początkowe Nazwa stanu załadownia: Wybrane masy przechyłowe: Lp. 1. nazwa masa [t] LCG TCG 0 VCG 2. Zanurzenie średnie T ŚR po przyjęciu mas =... m Gęstość wody zaburtowej ρ =... t/m 3 Wyporność D =... t Wyporność po przyjęciu mas D N =... t Wzniesienie punktu metacentrycznego KM (z masami) =... m Długość pionu L =... m Wskazanie początkowe pionu x 0 =... m Odczytane przegłębienie statku t =.. m B-2 Wyniki pomiarów nr próby m 1 [t] masa 1 masa 2 TCG 1 TCG 1 m 2 [t] TCG 2 TCG 2 wskazanie pionu x i B-3 Obliczenia nr próby Zmiana wskazania pionu x i Tangens zmiany kąta przechyłu tg( ϕ i ) zmiana momentu przechylającego M Hi wysokość metacentr. próby GM i błąd próby ε i [-] [t m] średnia wysokość metacentryczna: GM =...

11 błąd obliczenia wysokości metacentrycznej ε = ±... wzniesienie środka ciężkości (z przyjętymi masami) KG N =... wzniesienie środka ciężkości dopuszczalne wzniesienie środka ciężkości KG =... KG kryt =... Czy kryteria stateczności są spełnione: TAK / NIE (zakreśl właściwą odpowiedź) B-4 Zwroty do tłumaczenia sea water specific gravity sea water density inclining experiment list heel weight mass mean draft mean draught trim by stern length of pendulum buoyancy displacement Wnioski: 12. Uzasadnienie wyboru mas przechyłowych 13. Uzasadnienie oceny stateczności 14. Różnice między określeniami oddzielonymi myślnikiem w części B Inne wnioski