Jerzy Kabaciński Stowarzyszenie Ekspertów Morskich Szczecin

Transkrypt

1 Jezy Kabaciński Stowazyszenie Ekspetów oskich Szczecin Wpływ okształcenia kałuba statku na okłaność poiau cieczy w zbionikach statkowych Wpływ okształcenia kałuba statku na jego wyponość jest powszechnie znany i w obliczeniach asy łaunku na postawie jego zanuzenia, powszechnie uwzglęniany. W paktyce ekspeckiej (at suveyoskiej) spotyka się czase statki, któe posiaają znaczne okształcenie kałuba i wówczas zachozi pytanie czy takie okształcenia nie zutuje ównieŝ na okłaność poiaów cieczy w zbionikach. Koeks ONZ ECE/Enegy 199 poaje pzykła opisany w Seaways (azec 1987) gzie statek wt., na skutek napęŝeń teicznych zienił swoje okształcenie w ciągu 10 gozien z +5 c na -7,5 c. Pzy poiaze cieczy w zbionikach konieczny jest uwzglęnienie aktualnego pzegłębienia statku, a okształcenie kałuba zienia w pewny stopniu pzegłębienie w obębie iezonego zbionika. Cele tego opacowania jest okeślenie w jaki stopniu zienia się pzegłębienie iejscowe (la anego zbionika) o wielkości stzałki ugięcia kałuba i innych paaetów zbionika i statku. Równanie kzywej okształcenia kałuba statku Powoy okształcenia kałuba statku: - okształcenie stałe pochozące z okesu buowy lub złej eksploatacji statku; - okształcenie spowoowane nieównoieny, wzłuŝny ozłoŝenie as; - okształcenie wywołane óŝnicą tepeatu powietza i woy (nasłonecznienie pokłau). Dokłana kzywa okształcenia kałuba statku nie jest znana, jenak z wystaczającą la celów paktycznych okłanością pzyjuje się, Ŝe jest to paabola [1,]. y + c Aby wyznaczyć ównanie paaboli okształcenia konieczna jest znajoość jej współczynników a, b i c. Na postawie oczytanych tzech zanuzeń i tzech ociętych (wzłuŝne połoŝenie znaków zanuzenia o pionu uowego) powstanie ukła tzech ównań, któy uoŝliwi ozwiązanie tego pobleu: gzie: zanuzenie oczytane na znakach uowych (śenie z obu but); zanuzenie oczytane na znakach ziobowych (śenie z obu but); zanuzenie oczytane na śóokęciu (śenie z obu but); x oległość uowych znaków zanuzenia o pionu uowego; x oległość znaków śóokęcia o pionu uowego; x oległość ziobowych znaków zanuzenia o pionu uowego. Rozwiązanie tego ukłau oŝliwe jest pzy zastosowaniu wzoów Caea jenak jest ość czsochłonne. JeŜeli oczytane zanuzenia na ziobie i uie onoszą się o pionów, a zanuzenie śokowe o owęŝa to oŝna znacznie upościć obliczenia wpowazając ocięte wzglęne gzie: = 1; x = 0; x = 0,5; x = 1 [5]. Wówczas: + c + c + c 1

2 = a 0,5 = a 1 Po ozwiązaniu tego ukłau otzyano: = a 0 a = b = 4 c = + b 0 + c = c + b 0,5 + c + b 1+ c 4 + Okeślenie pzegłębienia iejscowego la anego zbionika Pzegłębienie la anego zbionika o stały pzekoju popzeczny okeślić oŝna w wojaki sposób: 1. Na postawie ównania paaboli wyznaczyć zęne na początku zbionika ( x z1 ) i na końcy zbionika (x z ) + z z z z ( ) z z t = lz gzie: z zanuzenie w ziobowej części zbionika; z zanuzenie w uowej części zbionika; t pzegłębienie w obębie zbionika (alej zwane pzegłębienie iejscowy). Z ównania paaboli obliczyć pochoną la zęnej opowiaającej śoku powiezchni zbionika pzy any zapełnieniu. Pochona ta jest ówna tangensowi kąta pzegłębienia tg ψ; tgψ = y + t = tgψ z z + ( ) JeŜeli ozwaŝania oganiczyy tylko o ziany pzegłębienia iejscowego spowoowanego okształcenie kałuba i pzyjiey ługość wzglęną = 1 to obliczenia znacznie się uposzczą. Pzyjęto, Ŝe statek nie a Ŝanego pzegłębienia czyli =. PoniewaŜ inteesuje nas tylko kzywa okształcenia więc pzyjęto oatkowo, Ŝe = = 0 a zanuzenie na owęŝu ówne jest stzałce ugięcia. = ( + ) pzy tych załoŝeniach współczynniki ównania pzyją postać: a = 4 b = 4 c = 0 pochona o kzywej w punkcie wzglęnego śoka zbionika (x ): ( 4 x + 4 b x ) x + y = 4

3 PoniewaŜ tg ψ = y a pzegłębienie = tg ψ ( p p = 1) więc y jest ównocześnie pzegłębienie iejscowy la wzglęniej oległości śoka zbionika o pionu uowego. JeŜeli to wyaŝenie ponoŝy się i pozieli pzez to otzya się wzó na zianę pzegłębienia iejscowego la ociętej zeczywistej. t t x x + 4 x 1 x gzie: t ziana pzegłębienie iejscowe la śoka anego zbionika; x zęna zeczywista śoka zbionika o pionu uowego; x zęna zeczywista śoka zbionika o owęŝa Do tych obliczeń oŝna wykozystać wykes Ziany pzegłębienia iejscowego wchoząc wzglęny połoŝenie śoka zbionika o pionu uowego i oczytując współczynnik. Zianę pzegłębienia iejscowego okeśli wielkość: t = wsp. 4 Ziana pzegłębienia iejscowego Współczynnik ,1 0, 0, 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Oległość wzglęna śoka zbionika o PR Rys. 1. Współczynnik o okeślenia ziany pzegłębienia iejscowego

4 Okształcenie kałuba powouje ównieŝ okształcenie na zbionika zwłaszcza ennego i pzez to pewną zianę objętości cieczy. Znając ługość statku, ługość zbionika i wielkość okształcenia kałuba oŝna okeślić stzałkę ugięcia na w obębie zbionika. Łatwo spawzić, Ŝe stzałka ugięcia aleje z kwaate ługości wzglęnej zbionika i tak jeŝeli ługość statku wynosi 100 a ługość zbionika 0 to stzałka ugięcia w obębie zbionika bęzie: (0/100) =1/5 okształcenia kałuba. Ziana objętości cieczy bęzie ówna / stzałki ugięcia w obębie zbionika ponoŝona pzez ługość zbionika []. Stzałka ugięcia na w obębie zbionika jest oczywiście tylko częścią stzałki ugięcia kałuba statku i jest ówna: lz = Doatkową byłę cieczy spowoowaną ugięcie kałuba, la zbionika postopałościennego, obliczyy noŝąc ługość zbionika pzez boczne pole oganiczone postą i paabolą ugięcia w obębie zbionika. Pole powiezchni bocznej, na postawie wzou Sisona: Objętość oatkowa : F = l ( ) = z l z lz b z V F bz = = = wsp Ostatecznie oatkową objętość cieczy oŝna okeślić noŝąc wielkość okształcenia kałuba, z opowieni znakie, pzez watość stałą la anego zbionika (wielkość w nawiasie). Pzykła 1. Statek o ługości 110, pzegłębienie t = -0,90, okształcenie kałuba = 0,04. Okeślić wielkość pzegłębienia iejscowego la zbionika o śoku cięŝkości znajujący się w oległości 91,8 o pionu uowego. Rozwiązanie: 1. Kozystając z wykesu: - oległość wzglęna śoka zbionika o pionu uowego= 91,8/110 = 0,8 na tej postawie z wykesu: współczynnik -,6 t = ws = 0,04,6 = 0,5 ( ) ( 0,5) = 1,4 t = t + t = 0,90 +. Z wykozystanie wzou: - oległość śoka zbionika o owęŝa = 91,8 110/ = 6,8 x 6,8 t 0,04 = 0, t = t + t = 0,90 + ( 0,54) = 1,44 4

5 Pzykła. Statek o ługości = 110 posiaa zbionik balastowy o ługości lz = 19,65, śoek cięŝkości zbionika 91,8 o pionu uowego, szeokość zbionika w nie 6,06, obło zbionika o poieniu R = 0,44, ua sonaŝowa jest uieszczona 1,4 o gozi uowej. Dla tych anych opacowano poga w aplikacji EXSE i pzepowazono obliczenia zawate w tabel 1. abela 1. t s Vo Vz v t 0-0,1 0,01 1,0,516,1 0, ,1 0,05 6,089,765 -,4-0,65-0, -0,1 0,05,79 5,597,18-0,05-0, +0,1 0,10 9,471 7,096 -,75-0,565 0,1-0,1 0,01,1 4,456,4 0,65 0,1 +0,1 0,0 4,574,58 -,16-0, , 0,01 1,0 5,85 4,650 0, ,09 11,09 6,55-4,684-0,59-0, -0, 0,05,79 7,97 4,660 0,9-0, +0, 0,14 14,409 9,708-4,701-0,89 0,1-0, 0,01,1 6,800 4,668 0,69 0,1 +0, 0,08 10,748 6,06-4,686-0,49 Gzie: t pzegłębienie znak pzegłębienie na uę + na ziób [4]; okształcenie kałuba statku; s sonowanie zbionika (inialne zapewniające zakycie całego na; Vo objętość cieczy w zbioniku bez okształcenia kałuba statku; Vz zeczywista objętość cieczy w zbioniku; v óŝnica objętości cieczy Ostatecznie oatkową objętość cieczy oŝna okeślić noŝąc wielkość okształcenia kałuba, z opowieni znakie, pzez watość stałą la anego zbionika (wielkość w nawiasie). Wnioski końcowe 1. Wpływ okształcenia kałuba statku na pzegłębienie iejscowe jest ty większy i większe jest okształcanie kałuba i większa oległość śoka zbionika o owęŝa.. Pzy okeślaniu objętości cieczy w zbionikach na postawie sonowania powinno się uwzglęniać pzegłębienie iejscowe, a nie pzegłębienie całego statku.. Popawka o pzegłębienia a znak pzeciwny la zbioników w części ziobowe w stosunku o tych w części uowej. 4. Na asowcu w stanie załaowany iezy się esztki balastów w zbionika ennych, któe są usytuowane pawie wzłuŝ całego statku. Nawet pzy znaczny pzegłębieniu popawki te eukują się. W stanie balastowy zbioniki są całkowicie zapełnione i poble ten nie istnieje. 5

6 5. Ziana pzegłębienia iejscowego oŝe ieć istotny wpływ pzy poiaze zbioników paliwowych uieszczonych na uie w aszynowni oaz innych znacznie oalonych o owęŝa. 6. Popawka na pzegłębienie iejscowe zachowuje swą wielkość ównieŝ la tych poiaów zbionika, kiey no jest częściowo osłonięte. Jenak wielkość ziany objętości cieczy w zbioniku aleje z chwilą kiey no zbionika się obnaŝa (patz wykes xxx). 7. W celu łatwego okeślenia wielkości ziany pzegłębienia iejscowego la konketnego zbionika celowy wyaje się uieszczenia w tabeli sonaŝowej pzy kaŝy zbioniku wielkości współczynnika z wykesu xxx w celu okeślenia popawki o pzegłębienia iejscowego: t = wsp. [ ] 8. Poobne ułatwienie oŝna zastosować o obliczania oatkowej objętości cieczy spowoowanej okształcenie na w obębie zbionika. W tabeli sonaŝowej oŝna uieścić współczynniki obliczone z wzou: lz bz wsp = [ ] Bibliogaia 1. Coe o Unio Stanas an Poceues o the Peoance o Dat Suveys o Coal Cagoes. Unite Nations. Econoic Coission o Euope, Ibeste j.: Bulk Caie Pactice. he Nautical Institute, onon Juziński., Kabaciński J.: Okeślanie asy łaunku na postawie zanuzenia statku. Funacja Rozwoju Akaeii oskiej w Szczecinie. Gynia Szczecin IO: oel loaing an Stability anuel. SC/Ci. 90/ 15 June Kabaciński J.: Stateczność i niezatapialność statku. Wyawnictwo WS, Szczecin