Jan P. Michalski. Podstawy teorii projektowania okrętów

Transkrypt

1 Jan P. Michalski Podstawy teorii projektowania okrętów Gdańsk 2013

2 PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Janusz T. Cieśliński RECENZENT Maciej Pawłowski PROJEKT OKŁADKI Katarzyna Olszonowicz Wydano za zgodą Rektora Politechniki Gdańskiej Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej Gdańsk 2013 Utwór nie może być powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, bez pisemnej zgody wydawcy ISBN

3 SPIS TREŚCI WYKAZ PRZYJĘTYCH OZNACZEŃ... 9 PRZEDMOWA WSTĘP TECHNICZNO-PRAWNE BEZPIECZEŃSTWO STATKU Geneza normowania bezpieczeństwa Kryteria bezpieczeństwa technicznego Kontrola bezpieczeństwa technicznego Rejestr okrętowy i jurysdykcja państwa bandery Międzynarodowa Organizacja Morska Towarzystwa i instytucje klasyfikacyjne Międzynarodowe Zrzeszenie Towarzystw Klasyfikacyjnych Międzynarodowe prawo i konwencje morskie Konwencja o bezpieczeństwie życia na morzu Konwencja o liniach ładunkowych Konwencja o zapobieganiu zanieczyszczaniu morza Konwencja o jednolitym systemie pomierzania statków Konwencje Międzynarodowej Organizacji Pracy Rezolucje Międzynarodowej Organizacji Morskiej Dyrektywy Unii Europejskiej Jurysdykcja prawa lokalnego Środki bezpieczeństwa technicznego Nadzór nad bezpieczeństwem technicznym Formy organizacji żeglugi TYPY FUNKCJONALNE STATKÓW Rozwój typów funkcjonalnych Typy funkcjonalne statków transportowych Statki do przewozu ładunków drobnicowych Statki do przewozu kontenerów kontenerowce Statki poziomego ładowania statki ro-ro Statki do przewozu ładunków masowych masowce Statki do przewozu ładunków ciekłych zbiornikowce Statki do przewozu skroplonych gazów gazowce Statki do przewozu pasażerów statki pasażerskie METODY TEORII PROJEKTOWANIA OKRĘTÓW Geneza metod projektowania Ewolucja metod projektowania Fazy projektowania wstępnego Modelowanie matematyczne Metody parametryczne projektowania wstępnego TECHNICZNO-EKSPLOATACYJNE WŁASNOŚCI OKRĘTU Funkcjonalizm okrętu Opis kształtu kadłuba... 87

4 4 Spis treści 4.3. Parametry geometryczne kadłuba Parametry ruchu okrętu Parametry funkcjonalne okrętu Siła wyporu, wypór i wyporność Siła ciężkości, ciężar i masa Nośność, ładowność i zapasy Pojemność ładowni i zbiorników ładunkowych Tonaż rejestrowy REALIZACJA OBLICZEŃ PROJEKTOWYCH Wprowadzenie Jednostki miar wielkości fizycznych Strukturalność wzorów Błędy obliczeń numerycznych Błędy zaokrąglania liczb Linearyzacja zależności nieliniowych Przykład linearyzacji funkcji potęgowej PARAMETRYCZNE PROJEKTOWANIE OKRĘTÓW Identyfikacja parametrów istotnych Struktura modelu parametrycznego Główne założenia projektowe Dobór statku wzorcowego Lista statków podobnych KRYTERIUM PŁYWALNOŚCI OKRĘTU Konwencja oznaczeń Wyznaczanie masy statku Równanie pływalności Współczynnik wykorzystania wyporności Nieliniowe równanie pływalności Metody wyznaczania wyporności Metoda Bubnowa Metoda Normanda Wyznaczanie głównych parametrów podwodzia kadłuba Długość i szerokość okrętu Współczynniki pełnotliwości podwodzia kadłuba Zanurzenie konstrukcyjne okrętu Kryterium wolnej burty konwencyjnej Wprowadzenie Tabelaryczna wolna burta Minimalna wolna burta KRYTERIUM POJEMNOŚCI OKRĘTU Równanie bilansu pojemności ładowni Równanie bilansu pojemności podpokładowej Wyznaczanie wysokości bocznej Metoda uproszczona Przestrzenny podział kadłuba Szacowanie masy zapasów i objętości zbiorników Zestawienie mas i objętości zapasów w zbiornikach Położenie głównych zładów konstrukcji kadłuba Dobór odstępu wręgowego Wysokość dna podwójnego

5 Spis treści Lokalizacja i długość siłowni Liczba i położenie grodzi wodoszczelnych Pokłady, luki ładowni, urządzenia ładunkowe KRYTERIA STATECZNOŚCI OKRĘTU Wprowadzenie Ustalony stan pływania okrętu Równanie kołysań poprzecznych Równanie stateczności statycznej Równanie stateczności dynamicznej Moment sił prostujących okręt Ramiona prostujące Stateczność początkowa okrętu Miara wysokości metacentrycznej Skorygowana krzywa ramion prostujących Wzdłużna wysokość metacentryczna Ramię prostujące stateczności dynamicznej Kąt przechyłu dynamicznego Kryteria stateczności Normowanie stateczności dynamicznej Momenty przechylające okręt Moment wywołany przemieszczeniem ładunku Moment wywołany załadunkiem Moment przechylający wywołany ładunkiem ciekłym Moment przechylający wywołany ładunkiem podwieszonym Moment przechylający wywołany naporem wiatru Moment przechylający wywołany cyrkulacją okrętu Przykłady wyznaczania stateczności początkowej Wstępna ocena stateczności okrętu Krytyczne wysokości środka ciężkości okrętu Kryterium minimalnej wysokości metacentrycznej Kryterium minimalnego okresu kołysań własnych Kryterium przechyłu podczas cyrkulacji Kryterium ramienia prostującego stateczności statycznej Kryterium ramienia prostującego stateczności dynamicznej Wyznaczanie krytycznych wysokości środków masy okrętu Wpływ kształtu kadłuba na krzywą ramion prostujących Pantokareny Parametryczna metoda wyznaczania pantokaren Założenia upraszczające prognozowanie stateczności Całkowanie numeryczne ramion stateczności statycznej Przechył wywołany dynamicznym naporem wiatru KRYTERIUM PRĘDKOŚCI OKRĘTU Wprowadzenie do metodyki projektowania układu napędowego Sformułowanie problemu wstępnego projektowania napędu Równanie ruchu postępowego okrętu Opór kadłuba Napór śruby okrętowej Równania bilansowe napędu Matematyczny model projektowania napędu Etapy wstępnego projektowania napędu Podobieństwo hydrodynamiczne śrub okrętowych

6 6 Spis treści Podobieństwo hydrodynamiczne oporu kadłuba Metoda Froude a wyznaczania oporu kadłuba Hipoteza Froude a Metoda ITTC-78 wyznaczania oporu kadłuba Opór kadłuba w warunkach kontraktowych Parametryczne metody prognozowania oporu kadłuba Metoda Schneeklutha Metoda Silverleafa-Dawsona Metoda Watsona Wyznaczanie oporu kadłuba okrętu w warunkach eksploatacji Parametry okrętu zależne od stanu załadowania Wstępne wyznaczanie parametrów silnika napędowego Parametry tłokowego silnika spalinowego Założenia metodyki wyznaczania parametrów silnika Przykład metodyki wyznaczania parametrów silnika napędowego Ocena wystąpienia kawitacji Kryterium Burrilla Kryterium Kellera Kryterium Instytutu w Wageningen Wyznaczanie parametrów pędnika i prognoza prędkości okrętu Metodyka wyznaczania parametrów śruby i prognozowanie prędkości okrętu Przykład algorytmu wyznaczania parametrów śruby i prędkości okrętu Charakterystyki napędowe okrętu Współpraca śruby z silnikiem napędowym Założenia upraszczające Charakterystyki napędowe mocy i siły napędzającej KRYTERIUM RENTOWNOŚCI OKRĘTU Inwestycje w okrętownictwie i żegludze Czasowa wartość kapitału Miary ekonomiczne efektywności inwestycji Przepływy finansowe Cash Flow CF Miara efektywności Net Present Value NPV Miara efektywności Internal Rate of Return IRR Miara efektywności Capital Recovery Factor CRF Miara efektywności Required Freight Rate RFR Miary rentowności z amortyzacją, podatkiem i inflacją KRYTERIA OPTYMALIZACJI PARAMETRÓW OKRĘTU Wprowadzenie Struktura kosztów eksploatacyjnych Przykład metody optymalizacji prędkości statku Sformułowanie problemu i założenia Koszty inwestycyjne Roczna zdolność przewozowa statku ACC Roczne koszty eksploatacji statku AOC Zdyskontowane średnie koszty roczne AAC Prędkość minimalizująca wymaganą stawkę frachtową RFR Przykład zastosowania metody Przykład metody optymalizacji nośności statku Koszty inwestycyjne i operacyjne Nośność minimalizująca wymaganą stawkę frachtową RFR Przykład zastosowania metody

7 Spis treści ZAKOŃCZENIE SPIS PRZYDATNEJ LITERATURY PRZEDMIOTU ZAŁĄCZNIKI Załącznik 1. Długość tras morskich z portów Gdyni i Gdańska Załącznik 2. Lista wzorcowych statków drobnicowych, przydatna do ćwiczeń projektowych Załącznik 3. Wykres charakterystyk hydrodynamicznych K T, K Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0, Wykres charakterystyk hydrodynamicznych K T, K Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0, Wykres charakterystyk hydrodynamicznych K T, K Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0, Wykres B T śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,4 (opracował Lesław Buczkowski) Wykres B T śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,6 (opracował Lesław Buczkowski) Wykres B T śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,8 (opracował Lesław Buczkowski) Wykres B Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,4 (opracował Lesław Buczkowski) Wykres B Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,6 (opracował Lesław Buczkowski) Wykres B Q śrub serii B-Wageningen B4; S o /S = 0,8 (opracował Lesław Buczkowski).. 325