KRÓLICKA Agnieszka 1 TRĘBACKI Kazimierz 2 Uwagi do kryteriów stosowanych przy budowie łodzi ratunkowych z żywic poliestrowo-szklanych WSTĘP Podczas eksploatacji statków może dojść do katastrofy i wtedy jedynym środkiem ratunku dla ludzi są łodzie ratunkowe. Często zdarza się, że powierzchnia otaczająca statek stoi w ogniu wskutek pożaru rozlanej ropy. Materiał, z którego zbudowane są łodzie ratunkowe powinien spełniać odpowiednie kryteria dotyczące konstrukcji, struktury materiałowej oraz odporności ogniowej. Łódź ratunkowa to łódź wożona na statku, jako środek ratunkowy w gotowości do użycia. Spuszczana jest na wodę za pomocą żurawików lub wodowana przez zrzucenie ze specjalnej pochylni (system swobodnego spadku ang free fall). Zgodnie z przepisami Konwencji o Bezpieczeństwie Życia na Morzu musi charakteryzować się konstrukcją zapewniającą niezatapialność. W tym celu pod ławkami znajdują się szczelne komory powietrzne. Łódź wyposażona jest w słodką wodę, zapasy żywności i niezbędny osprzęt. Łodzie ratunkowe przewidziane są zwykle na kilkanaście lub kilkadziesiąt osób, ale bywają i takie, które są w stanie zabrać nawet ponad sto osób. Specjalnym rodzajem łodzi ratunkowej jest hiperbaryczna łódź ratunkowa (hyperbaric lifeboat) z umieszczoną na pokładzie komorą dekompresyjną. Służy ona do ewakuacji nurków ze statków przeznaczonych do prac podwodnych. Najczęstszym materiałem wykorzystywanym do budowy łodzi ratunkowych są tworzywa sztuczne (żywice poliestrowe zbrojone włóknem szklanym), jednak spotyka się jeszcze łodzie wykonane z drewna lub blachy metalowej (stal, stopy aluminium). Napęd łodzi ratunkowej bywa motorowy, żaglowy lub ręczny (np. napęd Fleminga lub napęd Wikinga). Łodzie ratunkowe pod względem konstrukcyjnym dzielą się na dwie grupy: 1) Otwarte, z możliwością postawienia na nich namiotu, chroniącego przed wiatrem, deszczem lub słońcem. 2) Zamknięte, stosowane przede wszystkim na tankowcach. Ich konstrukcja zapewnia bezpieczne wydostanie się ze strefy ognia w przypadku pożaru statku lub palącej się na powierzchni wody substancji (np. oleju napędowego). 1 Doctoral Studies - University of Gdansk, Faculty of Oceanography and Geography, Marszałka Piłsudskiego 46, 81-378 Gdynia, e-mail: agnieszka.krolicka@ug.edu.pl 2 Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa, 80-233 Gdańsk, ul. Narutowicza 11/12, e-mail: katre@pg.gda.pl 605
Wyróżniamy również tzw. łodzie zrzutowe, występujące również w wersji na tankowce. Większość jednostek jest produkowana pod nadzorem towarzystw klasyfikacyjnych, spełniając surowe wymagania bezpieczeństwa 2. STRUKTURA MATERIAŁU NA ŁODZIE RATUNKOWE Materiał to żywica poliestrowo-szklana, który ma budowę wielowarstwową. Składa się najczęściej na przemian z włókien laminatowych i warstwy kleju oraz pyłu szklanego, którego procentową wartość narzuca norma. Ilość warstw oraz gramatura odniesiona do m 2 zależy od miejsca przeznaczenia konstrukcji łodzi. Dotyczy to poszycia kadłuba, nadbudówki, przestrzeni zamkniętej wewnętrznej, przeznaczonej dla ratujących się ludzi. 3. BADANIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE Do badań wytrzymałościowych przygotowane są płyty kontrolne, które są wyżarzane w odpowiednich temperaturach. Po tym wysuszaniu wykonuje się badania na wcześniej przygotowanych próbkach, które mają zgodne z normą wymiary geometryczne. Norma przewiduje: próby na rozciąganie próby na zginanie próby na zawartość szkła (spalanie w piecu w temp. 625 ±20 o C) Próby rozciągania według normy ISO 527 z prędkością 2 mm/min. (Próbki o szerokości 25 mm) Próby zginania według normy ISO 178 z prędkością 2,5 mm/min. (Próbki o szerokości 15 mm) Próby na zawartość szkła według normy ISO 1172 (Próbki o wymiarach 25 x 20 mm) Wszystkie płyty pokryte są od strony zewnętrznej żelkotem farba ognioodporna. Kryteria powyższe narzucają minimalne wartości naprężeń przy próbie rozciągania i zginania. Zawartość szkła do około 50%. 4. BADANIA OGNIOWE Badania te dotyczą próby odporności laminatu na zapłon oraz próby odporności na spalanie się. Należy je przeprowadzić według przepisów IMO MSC 1006 paragraf 3 i 4. Wymagania odnośnie próby na zapalenie się (zapłon) dotyczą małych płytek o wymiarach 100 x 100 mm po trzy próby dla każdego rodzaju laminatu. Próby odporności na spalanie należy przeprowadzić na dużych płytach 450 x 450 mm po jednej próbie. Źródło ognia należy przykładać od strony żelkotu. Przepisy IMO dotyczą ognioodpornych materiałów w Kodzie LSA dla materiałów użytych na konstrukcje łodzi ratunkowych. 4.1. Test odporności na zapłon Test powinien być przeprowadzony zgodnie z przepisami ISO 5660-1. Próbki o grubości 5 mm i minimalnej zawartości szkła 40% wagowo powinny być naświetlane w pozycji poziomej stałym światłem lasera o mocy 50kW/m 2. Średni czas zapłonu powinien być większy od 40 sek. Test taki uważa się za pozytywny dla danego laminatu. 4.2. Test ognioodporny (spalania) Do tego testu należy użyć palnika gazowego Sievert typu No 2944 lub odpowiednika podającego max. temp. płomienia 1600 o C i spalającego propan 4110 g na godz. o ciśnieniu 0,2 MPa. Długość niebieskiego płomienia około 200 mm od punktu max. temp. 606
Płyta w pozycji pionowej od strony żelkotu powinna być nagrzewana przez okres 1 min. Po tym okresie palnik należy odsunąć i miejsce przyłożenia ognia powinno podtrzymywać ogień w czasie mniejszym niż 30 sek. Po tym czasie palnik należy przyłożyć ponownie do punktu spalania i zmierzyć czas spalania na wylot poszczególnych warstw. Zakończenie testu wtedy, gdy płomień pokaże się po stronie przeciwnej. Przykładowe płyty laminatowe wykonane ręcznie i metodą infuzji przeznaczone do budowy łodzi ratunkowych w strefie potencjalnego zagrożenia pożarowego Hand lay-up process Layer of laminate Quantity Materials 1 1 Gelcoat NORPOL SVG 30198 HX3 2 1 Mat 450 g/m 2 + fire retardant resin DION FR 850-M850 3 1 Roving 800 g/ m 2 + fire retardant resin DION FR 850-M850 4 1 Mat 450 g/m 2 + fire retardant resin DION FR 850-M850 Vaccum infusion process Layer of laminate Quantity Materials 1 1 Gelcoat BÜFA 765-0156 2 1 Mat 450 g/m 2 + fire retardant resin DION FR 850-M850 3 1 Biaxial Roving 1210 g/ m 2 + resin DION FR 820-M606 Vacuum 5. UWAGI DOTYCZĄCE KRYTERIÓW STOSOWANYCH PRZEZ TOWARZYSTWA KLASYFIKACYJNE Wiele towarzystw klasyfikacyjnych stosuje przy budowie łodzi ratunkowych z laminatów kryterium minimalnych naprężeń przy próbie rozciągania i zginania. Jeżeli podczas próby rozciągania i zginania naprężenia niszczące są większe od podanych w kryterium, to próby są ważne i dopuszcza się taki laminat do budowy kadłuba. Laminat ma budowę włóknistą, wielowarstwową. Każda warstwa może mieć inna sztywność na rozciąganie i zginanie, a ponadto są również klejone. W czasie eksploatacji są poddane zmianom temperatury. Należy więc uwzględnić zróżnicowane sztywności warstw oraz pole temperatur, które jest dodatkowym polem obciążeń dla konstrukcji. Rozpatrzmy model paska takiej płyty jak na rysunku 1, podgrzanej od ściany prawej funkcją liniową. Długość paska płyty wynosi l i związana jest z osią x. Rys. 1. Przekrój poprzeczny paska płyty o szerokości b Naprężenia wyznaczamy ze wzoru (1) dla i = 1 4 607
gdzie: R - siła osiowa, - naprężenia dopuszczalne na rozciąganie. Pole temperatur wywołuje siły wewnętrzne w konstrukcji. Z równania odkształceń mamy u(l) = 0. Z zależności Po scałkowaniu równania (2) otrzymamy gdzie: u(x) - funkcja przemieszczeń - odkształcenia jednostkowe wywołane siłami osiowymi - odkształcenia jednostkowe wywołane polem temperatur (2) (3) (4) gdzie: - siła osiowa - moduł Younga - pole przekroju poprzecznego - współczynnik rozszerzalności termicznej materiału [ o C] -1 - dowolna funkcja zmiany temperatury, zależna tylko od współrzędnej x Po podstawieniu do warunków brzegowych funkcji liniowej zmiany temperatury. (5) otrzymamy (6) stąd Naprężenia w płycie wynoszą Są to tylko naprężenia osiowe wywołane polem temperatur. Sumaryczne naprężenia będą składać się z naprężeń wywołanych temperaturą i obciążeniami zewnętrznymi. Powyższe uwagi powinny być uwzględnione w nowych przepisach IMO i konwencji SOLAS. (7) 608
WNIOSKI a) Sformułowanie ognioodporny odnoszący się do konstrukcji kadłuba i sztywnej pokrywy łodzi ratunkowych powinien również wystąpić w definicji materiałów ognioodpornych. Materiały przeznaczone na budowę łodzi ratunkowych powinny podlegać badaniom ogniowym. b) W kryteriach towarzystw klasyfikacyjnych powinny być uwzględnione naprężenia wywołane polem temperatur. Streszczenie Łodzie ratunkowe są najczęściej jedynym środkiem ratunkowym dla ludzi podczas katastrofy statku na morzu. Powierzchnia wody w miejscu katastrofy może zapalić się wskutek rozlanych olejów czy ropy. Z powyższych względów powinny być przestrzegane zaostrzone kryteria przy budowie ładzi ratunkowych. I tak w kryterium minimalnych naprężeń należy uwzględnić składową naprężeń pochodzącą od pola temperatur. Wszystkie materiały przeznaczone na budowę łodzi ratunkowych powinny podlegać badaniom ogniowym. Dotychczas towarzystwa klasyfikacyjne stosują te badania wyłącznie do konstrukcji kadłuba łodzi i sztywnej jej pokrywy. NOTES TO CRITERIA USED IN CONSTRUCTION LIFEBOATS WITH POLYESTER-GLASS RESINS Abstract Lifeboats are often the only means of rescue for people during a shipwreck at sea. Surface of water at the crash site can be ignited as a result of spilled oil or oil. For these reasons should be followed stricter criteria for the construction of lifeboats. And so the criterion of minimum stress should be considered a component of stresses originating from the temperature field. All materials for the construction of lifeboats should be of fire tested. Until now, classification societies apply these tests only to construction of hull boats and on its rigid of lid. BIBLIOGRAFIA 1. Komitet Bezpieczeństwa Wodnego 74 sesja 2001 r. 2. Międzynarodowa Konferencja 7 nt. Bezpieczeństwa Łodzi Kutrowych w 1993 r. w Terremolinos. 3. Międzynarodowy Kod LSA. 4. Przepisy IMO (International Maritime Organization) i konwencji SOLAS. 5. Trębacki K., Podstawy wytrzymałości materiałów. Wydawnictwo PG, Gdańsk 2000. 609