Wsparcie projektowania badaniami modelowymi na przykładzie projektu VIDAR. Przygotował: Tomasz Płotka - StoGda

Transkrypt

1 Wsparcie projektowania badaniami modelowymi na przykładzie projektu VIDAR Przygotował: Tomasz Płotka - StoGda

2 Patrząc na niedawno wykonywane i bieżące projekty jak również szereg zapytań ofertowych jakie napływają do firmy StoGda, nasuwa się jednoznaczny wniosek, że era prostych projektów i budów skończyła się dla nas. Budowa i projektowanie kontenerowców, tankowców czy masowców przeniosły się na daleki wschód. Dla nas pozostały jednostki technicznie trudne trudne ze względu na proces projektowy jak i proces budowy. Jednostki te to statki pasażerskie, luksusowe jachty czy cała gama jednostek z obszaru Offshore. 0. Wprowadzenie

3 Niewątpliwie do Offshoru należą ostatnie trzy projekty zrealizowane (ostatni jeszcze jest realizowany) wspólnie ze stocznią CRIST. Są to jednostki do stawiania wież wiatraków na obszarze przybrzeżnych farm wiatrakowych. Są to projekty THOR, INNOVATION i VIDAR dla armatora Hochtief z Niemiec. Zakres prac projektowych a tym samym odpowiedzialność za projekt narastały kolejno. Ostatni projekt jest projektem całkowicie naszym, autorskim - projekt wykonywany od koncepcji do nadzoru autorskiego przez firmę StoGda.

4 Na przykładzie projektu VIDAR postaram się przedstawić, w dużym skrócie, problemy które należało rozwiązać wspierając się wynikami badań modelowych wykraczających poza standard obowiązujący dla jednostek konwencjonalnych

5 1. Green Water Początek projektu to dobór kształtu kadłuba, obliczenia oporowo-napędowe często już na tym etapie jest to współpraca z CTO, ośrodkiem badań modelowych, pierwsze obliczenia numeryczne CFD (prognozy oporowo napędowej) niezbędne dla doboru typu i mocy napędu. Chciałbym zwrócić uwagę na coraz bardziej rygorystycznie stawiane żądanie minimalizacji napływu wody na pokład dziobówki tak zwany efekt Green Water. Armatorzy, szczególnie jednostek Offshore, operujących często w rejonach zbliżonych do obszarów Natura 2000 chcą mieć statek czysty, bardzo często z notacją klasową Clean. Tego nie da się określić obliczeniowo, należy polegać na doświadczeniu projektantów tworzących kształt kadłuba.

6 Proszę zwrócić uwagę na prezentowane zdjęcia z prób, poprzednie to model M806 pierwotna wersja dziobu duża ilość wody; Następne to Model M806A widoczne jest zdecydowane ograniczenie ilości wody napływającej W pełni zgadzam się z sugestiami otrzymanymi po tych próbach, że należałoby dłużej popracować nad kształtem dziobu dla jeszcze większej minimalizacji wody wchodzącej niestety brak było czasu.

7 2. Dynamiczne pozycjonowanie statku (DP) Jednostka VIDAR ma w klasie statku zapis DYNPOS-AUTR co odpowiada IMO wskiej notacji DP 2 ze zdolnością utrzymania się w punkcie (plus minus 0,5m), nawet w przypadku zdarzenia pojedynczej awarii. Taka dokładność jest wymagana ze względu na specyfikę farm wiatrakowych (kable na dnie, przygotowanie i zbadanie dna w miejscu podnoszenia jednostki operacji jacking up ). Projekt rozpoczyna się od obliczeń numerycznych na bardzo wczesnym etapie projektowania dla określenia układu pędników, ich ilości i mocy. Takie obliczenia należy zweryfikować badaniami modelowymi ( również w tunelu wiatrowym). Efektem końcowym jest optymalizacja napędu (optymalizacja mocy i układu pędników) Dwa kolejne slajdy to podejście konserwatywne każdy z pędników to 80% wykorzystania mocy (zwracam uwagę na niedobór mocy.

8

9 Po badaniach modelowych otrzymaliśmy prognozowane zapotrzebowanie mocy przez każdy z pędników i proszę zwrócić uwagę jak ono zmieniło się w efekcie spełniamy wymogi dynamicznego pozycjonowania dla zaproponowanego układu pędników i mocy napędu.

10 Powyższe było możliwe dzięki badaniom modelowym wspomaganym odpowiednim softwarem dla obliczenia i interpretacji wyników. Jako efekt końcowy badań modelowych otrzymaliśmy informację o zapotrzebowaniu mocy przez każdy pędnik dla konkretnych kątów nabiegu fali, wiatru i prądu morskiego:

11

12 3. Plusy Badań Modelowych Chciałbym zwrócić uwagę na to co zaobserwowano podczas badań modelowych, ze szczególnym podkreśleniem, że tylko badania modelowe pozwoliły na stwierdzenie niezbyt korzystnego posadowienia pędnika dziobowego i podjęcie działań korygujących. Zasysanie powietrza przez stery strumieniowe dziobowe efekt, który może skutkować zmniejszoną efektywnością pędnika. Efekt zasysania powietrza powstaje gdy pędnik jest płytko zanurzony w przypadku naszego projektu nie było możliwym znaczne jego opuszczenie w dół ale po konsultacjach z dostawcą opuściliśmy na tyle na ile było to możliwe. a.

13 4.Konieczność dalszych badań modelowych rozszerzenie zakresu a. Obliczenia sił środowiskowych i weryfikacja wyników eksperymentem na basenie modelowym W przypadku jednostek offshore a w szczególności jednostek typu jack-up jest konieczność wykonania szeregu skomplikowanych obliczeń sił od środowiska (wiatru, fali, prądu) działających na jednostkę w stanach: - gdy pływa - survival - jacking up - operational Obliczenia takie, dla projektu VIDAR, były wykonywane programami: WADAM, Geni, NISA. Problemem jest interpretacja wyników, sposób podejścia do obliczeń. Prostym przykładem jest zagadnienie jednoczesności działania maksimów sił od fali wiatru i prądu. Konserwatywnym podejściem jest proste sumowanie maksimów tych wartości ale wtedy zaprojektujemy pancernik albo statek wożący sam siebie. Pytaniem jest: jakich użyć współczynników jednoczesności działania maksimów Myślę, że jest tu sporo do zrobienia / weryfikacji poprzez badania modelowe.

14 b. Z weryfikacją obliczeń numerycznych (poprzez badanie modelowe) związane jest podjęcie badań zachowania się jednostek typu offshore (mam na myśli nie tylko statków ale również innych obiektów tego typu) operujących / posadowionych na płytkich wodach i pomiar sił środowiskowych od fali, wiatru i prądu, dla różnych stanów pogodowych i różnych kierunków działania sił. Należy pamiętać, że obszar shallow water jest obecnie niewystarczająco opisany numerycznie czyli jak najbardziej wskazanym jest podjęcie próby opisu numerycznego i weryfikacji modelu obliczeniowego eksperymentem. Tu zwróciłbym uwagę na badanie dna, zachowanie się struktury dna morskiego pod tzw spudcan ami a może modelowanie takich obiektów / obszarów dla uzyskania wartości sił, wartości właściwości kinematycznych i dynamicznych dla celów porównawczych z wynikami obliczeń w oparciu o stworzone modele matematyczne. Tego wymaga bezpieczeństwo obiektów offshore o konstrukcji zbliżonej do jack-up a tym samym bezpieczeństwo ludzi przebywających na tych jednostkach, Być może warto zająć się zjawiskami typu: - punch through wpadnięcie nogi - bottom scour wymywanie pisku, materiału dna spod spudcan ów - bottom layer sliding (layered soils) warstwowość dna - sliding - odporność na przesuwanie obiektu pod wpływem sił występujących podczas sztormu.

15 5. Dziękuję za uwagę