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

Transkrypt

1 AKADEIA ORSKA W SCECINIE WYDIAŁ NAWIACYJNY AKŁAD BUDOWY I STATECNOŚCI STATKU INSTRUKCJA OBLICANIE WYPORNOŚCI ORA WSPÓŁRĘDNYCH ŚRODKA CIĘŻKOŚCI STATKU W DOWOLNY STANIE AŁADOWANIA WYKORYSTANIE PLANU OÓLNEO STATKU, INFORACJI O STATECNOŚCI DLA KAPITANA ORA SKALOWANIA BIORNIKÓW I ŁADOWNI ajęca laboratoryje z przedmotu: Budowa Stateczość Statku Sem. III Opracował: atwerdzł: Jauary Szafraak; Karola Staszewska bgew Szozda Obowązuje od: rok akademck 203/204 Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

2 . CEL I AKRES ĆWICENIA Celem ćwczea jest wykoae własoręczych oblczeń wyporu wzesea środka cężkośc statku z wykorzystae elemetów dokumetacj stateczoścowej statku. 2. CĘŚĆ TEORETYCNA sę: Statek w dowolym stae załadowaa jest przestrzeym układem różych cężarów, a który składają cężar statku pustego, wykający z kostrukcj statku, wyposażea urządzeń zastalowaych a statku; cężar ładuku, zapasów, balastów, śceków ych elemetów przyjętych a statek, także elemetów przyjętych w sposób ezamerzoy, jak p. oblodzee w warukach zmowych. Rozmeszczee tych cężarów we wętrzu statku wpływa mędzy ym a take właścwośc statku, jak: położee rówowag, charakteryzowae mędzy ym przez zaurzee średe, przegłębee przechył; zdolość do pozostawaa w daym położeu rówowag do przecwstawaa sę zewętrzym mometom przechylającym, która azywa sę stateczoścą; tesywość kołysaa sę statku pod wpływem środowska morskego (tesywość ta jest elemetem tzw. właścwośc morskch), opsaą przede wszystkm przez ampltudy przyspeszea kołysaa. rozważań przedstawoych w rozdzale.2 moża wysuć astępujący wosek: przed przystąpeem do załaduku statku trzeba określć (za pomocą oblczeń ), jake będze położee rówowag jaka będze stateczość poprzecza statku po zakończeu załaduku. Poeważ a te właścwośc bezpośred wpływ ma cężar położee środka cężkośc statku, wosek te może być wyrażoy aczej: przed przystąpeem do załaduku trzeba określć, le będze wyosł cężar jake będze położee środka cężkośc statku. W przypadku ocey stateczośc statku, przestrzee rozmeszczee cężarów składających sę a sta załadowaa statku reprezetowae jest przez cężar wypadkowy. Jest o sumą wszystkch cężarów przyjętych a statek cężaru statku pustego wyposażoego. Cężar jest welkoścą wektorową. Aby jedozacze opsać cężar statku, ależy podać astępujące formacje: wartość cężaru, keruek, zwrot pukt przyłożea wektora cężaru. Keruek zwrot wektora wykają z grawtacj: keruek poowy (prostopadle do spokojej powerzch wody), zwrot w dół. Pukt przyłożea wektora cężaru azyway jest środkem cężkośc statku. Położee środka cężkośc statku opsae może być trzema współrzędym, określoym w układze współrzędych zdefowaym a rysukach.4.5. Przy podejścu prezetowaym powyżej środek cężkośc opsay jest w astępujący sposób: o (x, y, K o ) gdze: o środek cężkośc statku, x odległość środka cężkośc od pou rufowego, y odległość środka cężkośc od płaszczyzy symetr, K o wzesee środka cężkośc ad płaszczyzą podstawową 2. Cężar, położee środka cężkośc stateczość statku mogą być określoe także za pomocą dośwadczea, co zostało opsae w rozdzałach Wzesee środka cężkośc statku ad płaszczyzą podstawową moża ozaczyć zgode z azewctwem os z. W Kodekse stateczośc statków (2008 IS Code) używa sę ozaczea K odległość poowa od śladu l stępk K do środka cężkośc. Tak też przyjęto w tej ksążce. Ideks doly o ozacza, że jest to wzesee e uwzględające poprawk a swobode powerzche ceczy, która jest omówoa w rozdzale 4.2. zob. wzór (4.2). Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

3 Sposób opsu położea środka cężkośc statku pokazay jest a rysuku 2.. o o K o K o x K y Y Rys. 2.. Ops położea środka cężkośc statku W ejszym rozdzale przekazae zostaą formacje, w jak sposób moża określć cężar położee środka cężkośc statku w zaplaowaym stae załadowaa przed przystąpeem do załaduku. 2.. omet statyczy cężaru Nech w układze współrzędych przedstawoym a rysuku 2.2 będze umeszczoy dowoly pukt materaly P, którego cężar wyos P, a współrzęde środka cężkośc wyoszą (x P, z P ). ometem statyczym cężaru P względem os azywamy loczy cężaru odległośc środka cężkośc tego cężaru od os st odesea: st = P x (2.) P gdze: st momet statyczy cężaru P względem os, P cężar, x P odległość środka cężkośc cężaru P od os. z P P O x P Rys Cężar P umeszczoy w układze współrzędych omet statyczy cężaru P względem os będze oblczoy aalogcze: st = P z (2.2) P omet statyczy cężaru jest welkoścą skalarą ma bardzo ważą własość, którą wykorzystamy przy oblczau współrzędych środka cężkośc statku. Otóż przyjmjmy, że w układze współrzędych zajduje sę klka puktów materalych, tworząc układ puktów materalych. ostało to pokazae a rysuku 2.3. Własość, o której mowa polega a tym, że momet statyczy układu puktów materalych jest sumą mometów statyczych poszczególych składowych tego układu. Własość tę, w odeseu do os moża zapsać wzorem (2.3) porówaj ze wzorem (2.). st _ Ukladu = ( P x ) (2.3) gdze: Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

4 st _ Układu Ukladu momet statyczy cężaru układu puktów materalych względem os, lczba puktów materalych staowących układ puktów, P cężar kolejego (-tego) puktu, x odległość środka cężkośc kolejego cężaru od os. Wzór a momet statyczy układu puktów względem os moża zapsać aalogcze, zmeając odpowedo współrzędą we wzorze (2.3). Układu st _ Ukladu = ( P z ) (2.4) z P z O x x Rys Układ puktów materalych środek cężkośc układu: środek cężkośc układu puktów materalych. Jeżel day układ puktów materalych potraktujemy jako jedą całość, to momet statyczy układu względem os może być zapsay z wykorzystaem defcj wyrażoej wzorem (2.), czyl: st _ Ukladu = W x (2.5) gdze: W cężar układu puktów materalych; W = P x współrzęda środka cężkośc układu puktów materalych względem os., 2.2. Wykorzystae mometu statyczego cężaru do oblczea współrzędych środka cężkośc statku Po porówau wzorów (2.3) (2.5) otrzymujemy: W x = ( P x ) (2.6) Po przekształceu wzoru (2.6) otrzymujemy astępujący wzór a współrzędą środka cężkośc układu puktów materalych względem os : x ( x = P ) Wzory a pozostałe współrzęde środka cężkośc w przypadku trójwymarowego układu współrzędych moża wyprowadzć aalogcze. W tym przypadku współrzęde (x, y, z ) są odległoścam kolejego puktu materalego od odpowedch płaszczyz, a e od os, jak to mało mejsce w płaskm układze współrzędych. W odeseu do statku, przy użycu ozaczeń określoych a rysuku 2., wzory, o które chodz, mają postać: (2.7) Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

5 y ( y = P ) (2.8) K o ( z = P ) (2.9) Należy podkreślć uwersalość prostotę metody wyzaczaa cężaru położea środka cężkośc dowolego obektu, opartej a pojęcu mometu statyczego cężaru. Układ puktów materalych przedstawoy a rysuku 2.3 może tworzyć dowoly obekt rzeczywsty, a przykład statek. Porówajmy rysuk 2.3, etoda, o której mowa, może być wykorzystaa w odeseu do dowolego obektu, pod warukem, że z zadowalającą dokładoścą moża określć cężary współrzęde środków cężkośc wszystkch elemetów składających sę a te obekt Oblczae cężaru współrzędych środka cężkośc statku W celu oblczea cężaru współrzędych środka cężkośc statku dzelmy statek a pewą lczbę elemetów składowych. W praktyce podzał statku a elemety składowe wyka ze specyfk daego statku: rozplaowaa przestrzeego, rodzaju przewożoego ładuku oraz z dokumetacj stateczoścowej, w jaką statek jest wyposażoy. Typowe elemety składowe stau załadowaa statku wymeoe zostały w rozdzale.2. Jeżel w każdym stae załadowaa, dla każdego elemetu składowego statku, możlwe jest lczbowe określee cężaru współrzędych środka cężkośc tego elemetu, to przestrzey cągły rozkład cężaru statku może zostać zastąpoy pewą lczbą puktów materalych. Każdy z tych puktów ma swój cężar współrzęde środka cężkośc. Bazując a zamae rzeczywstego, cągłego rozmeszczea cężarów a szereg cężarów skupoych w puktach, moża do oblczea cężaru współrzędych środka cężkośc statku wykorzystać pojęce mometu statyczego cężaru wzory (2.7), (2.8) (2.9). O Rys Rozkład cężaru statku zastąpoy pewą lczbą cężarów skupoych Procedura 2.. Oblczee cężaru współrzędych środka cężkośc statku.. Przyjąć układ odesea (układ współrzędych). 2. Wyodrębć elemety składowe statku. 3. Każdemu wyodręboemu elemetow przyporządkować jego cężar współrzęde środka cężkośc w przyjętym układze współrzędych. 4. Oblczyć momety statycze wyodręboych elemetów możąc ch cężary przez odpowede współrzęde. 5. Dodać do sebe cężary wszystkch wyodręboych elemetów otrzymujemy cężar statku. 6. Dodać do sebe momety statycze wszystkch wyodręboych elemetów otrzymujemy momet statyczy statku względem daej płaszczyzy odesea. 7. Sumę mometów statyczych podzelć przez sumę cężarów otrzymujemy współrzędą środka cężkośc statku względem płaszczyzy, dla której oblczoe zostały momety statycze. Oblczea, o których mowa wyżej, zacze upraszczają sę, jeżel wykoae zostaą w odpowedej tabel. Przykład tabel poday jest pożej tabela 2.. Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

6 W kolumach tabel 2. ozaczoych umeram 2, 6, 7, 8 astępuje sumowae, o którym mowa w puktach 5 6 powyższej procedury. Wyk sumowaa wpsyway jest do ostatego wersza odpowedch kolum. Współrzęde środka cężkośc x, y, K o oblczae są zgode ze wzoram (2.7), (2.8), (2.9). Wyk jest wpsyway do ostatego wersza, odpowedo w kolumach 3, 4, 5. Warto zwrócć uwagę, że wykorzystae tej lub podobej tabel czy oblczea systematyczym, ułatwa kotrolę wyszczególoych elemetów, a także korektę ewetualych błędów. Tabela służąca do oblczea cężaru współrzędych środka cężkośc 3 Tabela 2. Lp. Nazwa Cężar [T] Współrzęde [m] omety statycze [T m] P x P y P z P P x P P y P P z P Razem P W = x (2.7) y (2.8) K o (2.9) ( P x ) ( P y ) ( P z ) 3. PREBIE ĆWICENIA NR umer z dzeka. Określć wyporość, ośość oraz współrzęde środka cężkośc statku mając dae masy ch rozmeszczee: statek pusty m = 25 t x = 35,69 m y = 0,00 m z = 4,79 m 00% zapasów m = 00 t x = 35,00 m y = -2,3 m z = 4,80 m ładuek m = (00 * NR +000) t x = 46,00 m y = 0,00 m z = 3,56 m terpretować otrzymae wyk. 2. Czy możlwe jest aby w przyjętym przez as a zajęcach układze współrzędych, opsaym a statku, współrzęde środka cężkośc statku wyosły odpowedo: a) ( -2,50 m; 0,50 m; -,50 m) b) (,0 m; 55,50 m; 50,20 m)? Co w powyższym zapse ozaczają koleje wartośc w awase? 3. Wymeć 2 metody określea współrzędych środka cężkośc stosowae w eksploatacj statku. Która z tych metod jest bardzej warygoda dokłada? 4. Od jakch czyków zależy dokładość określea współrzędych środka cężkośc statku w kokretym stae załadowaa, jeżel oblczea operają sę a sumowau mas mometów statyczych tych mas? 3 gode z układem SI, cężar powe być określay w utoach [N]. W praktyce cężar statku jego składowych określay jest w toach sły [T]. Jeda toa sła to 000 k klogramów sła. Jede klogram sła, to sła z jaką ema przycąga masę kg w tym mejscu, gdze przyspeszee zemske ma wartość tzw. ormalą, rówą 9,80665 m/s 2. Dla przykładu: człowek o mase 80 kg waży a powerzch em 80 k, czyl około 784,8 N. W trasporce morskm używaa jest także jedostka LT=06 k tzw. długa Toa. Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

7 5. W jak sposób ajłatwej ajprecyzyjej moża określć masę współrzęde środka cężkośc ładuków jedorodych, takch jak cecze jedorode ładuk masowe (p. węgel)? 6. Na podstawe dokumetacj statku m/s Jausz Kusocńsk proszę określć: a) typ statku; b) długość statku mędzy poam; c) dae statku pustego (masa współrzęde środka cężkośc); d) lość ładow; e) maksymalą objętość balastu, którą moża przyjąć do odpowedego, w zależośc od umeru z dzeka (patrz tabelka pożej), zborka balastowego; NR WTK PB 2b LB Skrajk rufowy 5 WTK PB 4 WTK LB 6 WTK PB Skrajk dzobowy 2 WTK LB WTK PB 6b LB 5b LPB 4b PB 3 LB 2 PB LB Nazwa zborka f) maksymalą masę balastu, o gęstośc ρ =,05 t/m 3, którą moża przyjąć do odpowedego (patrz tabelka powyżej) zborka balastowego oraz współrzęde środka cężkośc tak przyjętego balastu; g) wartość maksymalego mometu od swobodych powerzch ceczy, który ależy przyjąć do oblczeń, jeżel zbork balastowy (wg powyższej tabelk) będze częścowo zapełoy; h) objętość ładuku masowego drobcy, która zajdować sę będze w ładow r (poday przez prowadzącego)., jeżel wzesee powerzch ładuku ad dem wewętrzym wyese odpowedo (dae ależy odczytać z tabelk dla umeru z dzeka): NR T [m] 2,7 3,68 4,72 5,67 6,62 7,76 8,83 9,74 0,77,69 2,33 3,43 4,3 5, 2,27 ) wzesee środka cężkośc ładuku (ad płaszczyzą podstawową) w ładow o umerze jak w pkt h), jeżel objętość zara w ładow wyos odpowedo: NR V [m 3 ] Czy a podstawe skalowaa ładow statku m/s Jausz Kusocńsk moża określć wysokość da podwójego tego statku? Jeżel steje taka możlwość, proszę podać kokretą wartość sposób jej określea. 8. Wyjaść, dlaczego wartośc maksymalych objętośc ładuku, które moża przyjąć do kokretej ładow, e są jedakowe dla ładuku masowego drobcy. 4. WARUNKI ALICENIA Sprawozdae każdy studet wykouje własoręcze. Sprawozdae mus zawerać: - mę azwsko studeta, grupę umer z dzeka; - umer sprawozdaa; - temat; Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.

8 - datę wykoaa sprawozdaa; - rozwązaa zadań przedstawoych pożej (komplete oblczea dotyczące kolejych częśc zadaa); - wzory wykorzystae do oblczeń; - odpowedz a zadae pytaa waz z uzasadeem; - wosk. 5. EFEKTY KSTAŁCENIA W wyku wykoaa ćwczea studet powe opaować metodę oblczaa współrzędych środka cężkośc statku oraz utrwalć umejętość korzystaa z dokumetacj stateczoścowej oraz wycągaa poprawych wosków dotyczących omawaej tematyk. 6. INFORACJE DODATKOWE Przed przystąpeem do realzacj zajęć studet powe:. ać defcję mometu statyczego cężaru sposób oblczaa współrzędych środka cężkośc. 7. LITERATURA Jerzy Kabacńsk Stateczość ezatapalość statku Józef łobędzk Stateczość morskch statków hadlowych Jausz Stalńsk Teora Okrętu bgew Szozda Stateczość Statku orskego 8. ałączk Do wykoaa tego ćwczea ezbęde są elemety dokumetacj stateczoścowej m/s Jausz Kusocńsk, które są zawarte w odrębym skoroszyce. Akadema orska w Szczece. Wszelke prawa autorske zastrzeżoe.