Mirosław Jurdziński Akademia Morska w Gdyni PLANOWANIE KOTWICZENIA DUŻYCH STATKÓW NA GŁĘBOKICH KOTWICOWISKACH Celem artykułu jest przedstawienie ograniczeń systemów kotwicznych na dużych statkach, o których należy ostrzegać marynarzy. Przedyskutowano podstawy planowania nawigacji na podejściu do pozycji kotwiczenia oraz omówiono metody manewrowania statku w trakcie stawania na kotwicy. Przedstawiono czynniki, które należy brać pod uwagę w trakcie planowania kotwiczenia. Na zakończenie opisano podstawowe manewry statkiem, omawiając ograniczenia w czasie postoju na kotwicy. Słowa kluczowe: planowanie nawigacji, manewrowanie statkiem, kotwiczenie statku. WSTĘP Proces kotwiczenia statków klasyfikowany jest do działu wiedzy okrętowej, stąd w podręcznikach nawigacji ten dział ogranicza się do ogólnych wskazówek nawigacyjnych. Celem artykułu jest przedstawienie procedur planowania nawigacji dużego statku od momentu podjęcia decyzji ustawienia go na kotwicowisku aż do zakotwiczenia Opisany proces jest związany nie tylko z nawigacją, ale również z planowaniem manewrów statku o dużych parametrach geometrycznych. Sposób podejścia oraz ustawienie dużego statku na pozycji w warunkach zakłóceń zewnętrznych wiąże się z ryzykiem powstania awarii. Bardzo ważnym czynnikiem wyboru miejsca kotwiczenia dużego statku jest głębokość wody, a to ze względu m.in. na system kotwiczny, głównie moc i wytrzymałość windy kotwicznej [5]. Według danych statystycznych Towarzystwa Ubezpieczeniowego P& I Club, w ciągu 2,5 roku zgłoszono 40 awarii systemów kotwicznych [10]. Awarie dotyczyły: 15 utraconych kotwic; 8 kolizji w wyniku dryfu na kotwicy; 4 wejść na mieliznę w wyniku dryfu na kotwicy; 5 wejść na mieliznę w wyniku ataku piratów na statki zakotwiczone; 6 zaplątanych łańcuchów własnych oraz 3 z innymi statkami; 1 wypadku zanieczyszczenia morza w wyniku awarii systemu kotwicznego; 1 całkowitej utraty statku.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 33 Proces nawigacji na podejściach do kotwiczenia odbywa się często w bardzo trudnych warunkach nawigacyjnych, zwłaszcza gdy statek znajduje się w rejonach ograniczonych co do głębokości i rozmiaru akwenu, gdzie istnieje zwiększone ryzyko powstania awarii. Jakie zatem czynniki należy uwzględniać przy planowaniu kotwiczenia na akwenach trudnych nawigacyjnie? Odpowiedź zawarto w kilku poniższych punktach: wykorzystać wiedzę i doświadczenie zdobytą na danym typie statku w podobnych rejonach; wybierać bezpieczne głębokości i rodzaj gruntu, w którym dobrze trzyma kotwica; wybierać kotwicowiska osłonięte od wiatru, fali i prądów; podejmować decyzję o wyborze miejsca kotwiczenia lub akwenu wyczekiwania w dryfie na pełnym morzu, w zależności od warunków hydrometeorologicznych, liczby i rozmieszczenia statków na kotwicowisku oraz w zależności od stanu załadowania statku; przestrzegać procedury pełnienia wachty kotwicznej. 1. PROCEDURA PODEJŚCIA STATKU NA Z GÓRY WYZNACZONĄ POZYCJĘ KOTWICZENIA K [8] Przy podejściu statku na wyznaczoną pozycję obowiązują przedstawione niżej procedury. Zaplanowanie: 1. Wybór pozycji kotwiczenia po analizie wstępnej. 2. Zaplanowanie redukcji prędkości statku. 3. Ustalenie momentu rozpoczęcia zwalniania prędkości statku podchodzącego do wyznaczonej pozycji (φ, λ). 4. Określenie dokładnych parametrów wiatru, prądu i fali w rejonie wyznaczonej pozycji. 5. Dokonanie analizy zmian głębokości na trasie podejścia. 6. Ustalenie głębokości wody dla przybliżonego momentu podejścia na pozycję kotwiczenia, jeśli w rejonie występują pływy. 7. Określenie KK, cp. KR, KD W, KDd poprawek α i β od pozycji wejściowej A do pozycji kotwiczenia B k. 8. Wybranie metody określania pozycji z GPS, DGPS, radaru, d L, NR, NR optyczne. 9. Określenie bezpiecznego zapasu wody pod stępką na przejście do kotwicowiska. 10. Ustalenie pozycji, w której statek musi posiadać bezpieczną prędkość do kotwiczenia. 11. Ustalenie procedury współpracy obsady mostka w czasie podchodzenia statku na kotwicowisko.
34 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 Wykonanie: 12. Ustalenie czasu trwania przejścia od A do K wraz z czasem manewrów kotwicznych. 13. Przywołanie kapitana i sternika na mostek, włączenie drugiej pompy steru, wyłączenie autopilota i przejście na sterowanie ręczne. 14. Przygotowanie znaków dziennych i sprawdzenie świateł statku na kotwicy. 15. Przygotowanie systemu kotwicznego do stawania na kotwicy przez poluzowanie łańcuchów (1 2 m) na windzie obu kotwic, po uprzednim sprawdzeniu działania całego systemu (czasami potrzebna jest też woda na pokład w celu zapewnienia efektywnego chłodzenia systemu kotwicznego). 16. Omówienie z obsadą dziobu głębokości w miejscu kotwiczenia, sposobu stawania na kotwicy i związanych z tym manewrów statkiem. 17. Określenie końcowej długości luzowanego łańcucha oraz etapów luzowania. 18. Określenie odległości i namiaru do stałego punktu (lub pozycji prawidłowo i bez wątpliwości zidentyfikowanej pławy) dla statku, będącego na pozycji rzucania kotwicy K. 19. Zrealizowanie wcześniej zaplanowanej metody podejścia i kotwiczenia. 20. Podniesienie na przednim maszcie kuli kotwicznej lub włączenie świateł kotwicznych albo nadawanie przepisowych sygnałów dźwiękowych podczas ograniczonej widzialności. 21. Kilkakrotne sprawdzenie pozycji po rozłożeniu łańcucha na dnie morskim w celu upewnienia się, czy kotwica trzyma. 22. Ustanowienie wachty kotwicznej i właściwej procedury kontroli pozycji. 23. Ustalenie czasu wymaganej gotowości do manewrów silnika głównego. 24. Zgłoszenie do centrum kontroli ruchu przybycia i zakotwiczenia statku. 2. CZYNNOŚCI PRZY PRZYGOTOWANIU I REALIZACJI PLANU KOTWICZENIA DUŻEGO STATKU Warunkiem właściwego przeprowadzenia operacji kotwiczenia jest staranne przygotowanie planu kotwiczenia. Zalecany sposób przygotowania planu kotwiczenia oraz szczegółowe informacje potrzebne do realizacji kotwiczenia dużego statku zawarte są w brytyjskiej publikacji [1]. Po przygotowaniu planu i po podjęciu decyzji o kotwiczeniu w wybranym akwenie, załoga przystępuje do wykonania manewrów podejścia do kotwicowiska, czyli: 1. Wszelkie decyzje i komendy dotyczące manewrów silnikiem głównym statku zapadają na mostku w porozumieniu z działem maszynowym. Należy unikać metody crash-stop, obecnie powszechnie stosuje się zmianę prędkości statku przez zmianę obrotów silnika ze stanowiska na mostku. 2. Przygotowanie planu stopniowej redukcji prędkości, przed podejściem do kotwicowiska.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 35 3. Przygotowanie systemu kotwicznego do pracy. 4. Opracowanie planu manewrów podejściowych na miejsce kotwiczenia z uwzględnieniem lokalnych warunków hydrometeorologicznych na kotwicowisku, jak: głębokość wody, zakłócenia zewnętrzne, siła wiatru i falowanie. 5. Ocena miejsc, liczby, rozmieszczenia i ruchu innych statków na podejściu oraz na kotwicowisku. 6. Udział pilota przy kotwiczeniu (obowiązkowy lub opcjonalny). 7. Ocena obszaru łukowania na kotwicy (o promieniu r). 8. Ostateczny wybór miejsca kotwiczenia. 9. Wybór użycia lewej lub prawej kotwicy lub też obu kotwic (system kotwiczenia często stosowany na rzekach). 10. Wybór metody wydania kotwicy i łańcucha kotwicznego. 11. Podejście i zatrzymanie statku na pozycji kotwiczenia. 12. Ewentualne wykorzystanie pracy silnika głównego na biegu wstecznym. 13. Przeprowadzenie operacji zakotwiczenia. 14. Określenie pozycji kotwiczenia i upewnienie się, że kotwica trzyma. 15. Zameldowanie pozycji kotwiczenia do ośrodka VTS lub do Kapitanatu Portu. 16. Określenie czasu postoju na kotwicy. 17. Zapewnienie właściwej dla danych warunków gotowości S.G. do ruchu. 18. Ustalenie wachty kotwicznej i zasad kontroli pozycji. 19. Zapoznanie się z przepisami lokalnymi i ich przestrzeganie. 3. PLANOWANIE NAWIGACJI W PROCESIE KOTWICZENIA Planowanie nawigacji statku morskiego jest ciągłym procesem, który przyczynia się do jego bezpiecznej eksploatacji, zwłaszcza w rejonach ograniczonych i nawigacyjnie trudnych [3]. Jest niezwykle pomocne w osiągnięciu celu poprzez: zapobieganie ogólnym zagrożeniom statku oraz powstawaniu nieprzewidzianych, niebezpiecznych sytuacji na planowanej trasie; możliwość optymalizacji planu przy założonych kryteriach i ograniczeniach; szczegółowy podział na cykle (fazy), ułatwiający realizację procesu planowania; uzyskiwanie dokładnych informacji dotyczących podejścia dużego statku do pozycji kotwiczenia, podobnie jak cały proces planowania podróży wg IMO Res. A893(21) składa się z czterech etapów [9]: zbieranie i przygotowanie wymaganej informacji, przygotowanie planu szczegółowego, realizacja planu, monitoring realizacji planu.
36 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 3.1. Zbieranie informacji Niezbędne informacje dotyczące warunków środowiskowych i hydrometeorologicznych rejonu kotwicowiska. Informacje archiwalne znajdują się na mapach i w pomocach nawigacyjnych dostępnych na mostku, natomiast informacje aktualne (dynamiczne) powinny pochodzić z miejscowych źródeł, komunikatów meteorologicznych, ostrzeżeń nawigacyjnych (NtM) itp. Przy planowaniu nawigacji podejścia do miejsca kotwiczenia należy uwzględnić: stan takich czynników środowiska morskiego, jak: wiatr, falowanie, prądy, widzialność, natężenie ruchu statków w rejonie i w momencie podejścia do kotwicowiska; wybór kotwicowiska na podstawie zebranych danych szczególnie pozycji kotwiczenia (odpowiednia głębokość, odległość od niebezpieczeństw nawigacyjnych, bliskość innych statków); wybór miejsca kotwiczenia ze względu na rodzaj gruntu dna morskiego. Zanim zapadnie decyzja co do wyboru akwenu kotwiczenia, należy odpowiedzieć na kilka pytań dotyczących danego miejsca: Czy jest odpowiednia ilość miejsca na kotwiczenie dużego statku? Czy podejście do pozycji kotwiczenia jest bezpieczne? Czy statek przyjmie na pokład pilota do pomocy w manewrach kotwiczenia obowiązkowo lub opcjonalnie? Jeżeli statek będzie korzystał z pomocy pilota przy manewrach kotwiczenia, należy uzgodnić ze stacją pilotową pozycję przyjęcia pilota oraz rodzaj transportu na statek (helikopter, łódź), podając wszystkie ograniczenia i wymagania. Duży statek przychodzący z morza, w drodze na kotwicowisko, musi odpowiednio wcześnie zredukować prędkość, poprzez przejście z obrotów morskich na obroty manewrowe silnika głównego, a następnie, poprzez stopniową redukcję obrotów SG, do prędkości minimalnej, zapewniającej utrzymanie kontroli nad manewrowaniem statku. W razie potrzeby, ze względu na wymagania silnika głównego SG lub ze względu na przepisy obowiązujące w danym rejonie dokonuje się też odpowiednio wcześnie zmiany paliwa. Ten etap podróży jest bardzo ważny dla bezpieczeństwa statku na podejściu do kotwicowiska. W tym czasie kapitan wymienia informacje z pilotem lub oficerem (operatorem) stacji VTS [8]. Głębokość kotwiczenia. W procesie manewrowania w pobliżu pozycji kotwiczenia wymiana informacji dotyczy głębokości kotwiczenia [2]. Maksymalna głębokość nie powinna przekraczać 82 m, chociaż istnieją kotwicowiska VLCC o głębokościach 90 120 m. Należy brać pod uwagę zalecenia przepisów konstrukcji urządzeń kotwicznych, które wymagają, aby winda kotwiczna była w stanie wybrać trzy szakle łańcucha ułożonego pionowo (ok. 75 m). Kotwiczenie na akwenach o głębokościach większych od 75 80 m może spowodować powstanie ryzyka uszkodzenia windy kotwicznej podczas operacji podnoszenia kotwicy, a w konsekwencji uniemożliwienie jej podniesienia.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 37 Rodzaj dna w miejscu kotwiczenia. Kotwiczenie w dnie kamiennym lub skalistym może okazać się niebezpieczne (pełzanie kotwicy powodujące niebezpieczny dryf statku, zakleszczenie kotwicy i konieczność jej uwolnienia przez odcięcie lub całkowite wyrzucenie odbezpieczonego łańcucha. Zakleszczenie kotwicy w ekstremalnych niekorzystnych warunkach hydrometeorologicznych może okazać się katastrofalne dla statku i załogi). Kotwiczenie na akwenie o dnie mulistym z dużą ilością muszli na powierzchni również może spowodować pełzanie kotwicy, w efekcie dryfowanie statku, co przy dużej liczbie statków na kotwicowisku i przy małych między nimi odległościach może doprowadzić do kolizji lub do wejścia statku na mieliznę, zanim silnik główny statku własnego zostanie uruchomiony i uzyska się wymagany stopień kontroli nad jego ruchem. Kierunek wiatru/prądu. Jeżeli kierunek wiatru/prądu skierowany jest w stronę bliskiego lądu, nie należy planować kotwiczenia w tym rejonie. Dla statków pod balastem, przy ustawieniu statku podczas manewrów kotwicznych, należy brać pod uwagę przede wszystkim siłę wiatru, a następnie kierunek prądu. Dla statków załadowanych na ustawienie statku podczas manewrów kotwiczenia, decydujący wpływ ma prąd (1 węzeł prędkości prądu odpowiada 9 węzłom prędkości wiatru). Kierunek fali. W zależności od kierunku i wysokości fali występują podobne zalecenia jak dla wiatru i prądu. Należy ustalić graniczną wartość wysokości fali, dla której możliwe jest zakotwiczenie statku oraz zejście statku z kotwicy. Niewłaściwa ocena tej wartości może stwarzać zagrożenie dla statku i załogi podczas kotwiczenia, postoju i podczas podnoszenia kotwicy. W wypadku wątpliwości należy zrezygnować z kotwiczenia i poczekać w dryfie lub poruszać się z małymi prędkościami w bezpiecznej odległości od rejonów niebezpiecznych. Kotwiczenie podczas występowania fali o dopuszczalnej wysokości powinno się odbywać po ustawieniu statku dziobem prostopadle do grzbietu fali, dla uniknięcia uderzenia kotwicą o burty statku w przypadku nadmiernego kołysania bocznego. Zalecenia kotwiczenia według [6] są następujące: na głębokościach poniżej 30 metrów, po uprzednim opuszczeniu kotwicy z kluzy windą kotwiczną na wysokość 1 2 m nad powierzchnię wody, przy rzucaniu kotwicy na dno, można używać hamulca windy kotwicznej (z zastrzeżeniem zachowania należytej ostrożności właściwy stan okładzin ciernych hamulca ograniczona długość wydanego w pierwszym etapie łańcucha do 1,5 2 odległości kluza dno, a następnie po zaczepieniu kotwicy o dno wydanie reszty łańcucha z hamulca do wymaganej długości finalnej). Przy głębokościach w zakresie od 30 60 m można opuścić kotwicę do około 10 m nad dno i dopiero potem rzucać kotwicę i wyluzować łańcuch z hamulca. Przy głębokościach powyżej 60 m kotwicę i całą długość łańcucha wydaje się z windy.
38 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 Statki duże, posiadające kotwice o masie 15 20 mt i więcej, stosują często metodę kotwiczenia i wydawania łańcucha z windy niezależnie od głębokości akwenu. 3.2. Metoda kontroli pozycji na podejściu do pozycji kotwiczenia W zależności od rodzaju statku, ładunku, warunków i możliwości manewrowych statku, lokalna administracja morska wskazuje miejsce kotwiczenia (na rys. 1 pozycje te oznaczono jako K lub K 1). Pozycja alternatywna kotwiczenia Pozycja alternatywna kotwiczenia Rys. 1. Planowanie podejścia statku na kotwicowisko Fig. 1. Passage planning to anchorage approach Proces podejścia statku do miejsca kotwiczenia obejmuje kontrolę prędkości oraz pozycji statku na podstawie wskazań radaru, GPS oraz namiarów optycznych. Moment podejścia do pozycji K określony jest odległością radarową do punktu A oraz granicznym namiarem na latarnię B. Do kontroli nad utrzymaniem statku
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 39 na kursie wykorzystuje się linii równoległą (NAVLINE) przez latarnię B przy stałej odległości 4 Mm. Układ statków na ekranie radaru pozwala ustalić rozmieszczenie statków na kotwicowisku. Ustalenie ułożenia tych statków względem wiatru, prądu i fali na podstawie radaru jest utrudnione, albowiem na ekranie radaru widać często nieregularne jasne plamy ech, bez możliwości określenia kierunku ich ułożenia. Oprócz tego mogą one znajdować się w ruchu, np. po łuku. Inaczej poruszają i ustawiają się statki o różnej konstrukcji i w różnym stanie załadowania. Kierunek ułożenia statku na kotwicy w dzień ustala się wzrokowo, a w nocy na podstawie analizy ich świateł. Informacji o kursie statku na kotwicy dostarczyć może AIS. Dzioby tych statków wskazują, skąd i jak działają na nie wiatr, prąd i fala. Przy małych prędkościach statku na podejściu należy określić poprawki na dryf i znos oraz na bieżąco korygować kurs statku dla uniknięcia zejścia z linii podejścia. Opisując metodę nawigacji w tym trudnym rejonie, pozycję kotwiczenia K wybrano ze względów poglądowych (rys. 1). Jak wynika z analizy rysunku 1, radar odgrywa szczególną rolę w procesie nawigacji do pozycji K. Wykorzystanie radaru w procesie manewrów kotwiczenia pozwala na: określanie liczby, wielkości oraz rozkładu statków na kotwicowisku, jak również kierunku zakłóceń od wiatru i prądu; określenie drogi podejścia do pozycji K oraz obszaru wolnego miejsca między statkami; kontrolę odległości od przeszkód nawigacyjnych otaczających statek za pomocą ruchomych kręgów odległości; kontrolę pozycji statku stojącego na kotwicy poprzez pomiary odległości od znanych, ustalonych punktów stałych, co pozwala na błyskawiczną ocenę dryfu statku. Wykorzystanie radaru podłączonego do odbiornika GPS pozwala na bieżącą kontrolę pozycji statku na ekranie radaru. Dodatkowo informacje pochodzące z podłączonego do radaru urządzenia AIS umożliwiają szybką identyfikację innych statków. Należy pamiętać, że statki zakotwiczone w pobliżu mogą nagle zmienić swoje promienie łukowania w zależności od długości wyluzowanych łańcuchów, a nawet mogą zdryfować z pozycji kotwiczenia. 4. PLANOWANIE KOTWICZENIA 4.1. Planowanie manewrów wejścia statku na kotwicowisko Kotwiczenia statków odbywają się w zróżnicowanych rejonach. Mogą to być akweny osłonięte lub otwarte, wody płytkie i głębokie. Manewry mogą odbywać się w porze nocnej lub dziennej, w różnych warunkach zakłóceń zewnętrznych [2, 11].
40 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 Zawarte w artykule uwagi należy więc traktować jako ogólne źródło informacji, ułatwiające jedynie planowanie kotwiczenia statków. Kotwicowiska służą głównie statkom oczekującym na wejście do portu i na wolne miejsce przeładunkowe. Kotwicowiska zaprojektowane w pobliżu portów składają się z kilku stanowisk kotwiczenia dla określonych wielkości statków (główne parametry projektowe kotwicowisk to: długość L, szerokość B, pojemność brutto GT oraz maksymalne zanurzenie statków T). Wejście na kotwicowisko stawia poważne zadania przed załogą statku, zwłaszcza przed kapitanem, który jest głównym wykonawcą tej operacji. Stopień trudności manewrowania na kotwicowisku zależy od: parametrów statku L, B, T, GT; wielkości kotwicowiska i ukształtowania dna; odległości stanowiska kotwiczenia od niebezpieczeństw nawigacyjnych, jak np. falochrony, tory wodne, brzeg lądu oraz od innych przeszkód i zagrożeń; liczby i rozmieszczenia innych statków oraz ich ułożenia na kotwicowisku, co ułatwia przejście za rufą tych statków; wielkości statków manewrujących w pobliżu; panujących warunków hydrometeorologicznych. Wymienione elementy stanowią podstawę do planowania ruchu statków na kotwicowisku. Muszą one być uwzględniane także przy analizie planowania postoju statków o różnych wielkościach na kotwicowisku, a także przy planowaniu rejonów kotwiczenia. Zakłada się, że statek posiada wyszkoloną załogę stosującą prawidłowe procedury związane z procesem kotwiczenia. Planowanie kotwiczenia jest ściśle związane z rodzajem akwenu, na którym statek ma zamiar zakotwiczyć. Z tego względu wyróżnia się cztery warianty planowania: 1. Planowanie kotwiczenia na ściśle określonej pozycji (K), o wyznaczonych z góry współrzędnych (φ, λ). 2. Plan trasy i nawigacji do obszaru oczekiwania statku przed wejściem na wyznaczone kotwicowisko. 3. Planowanie wejścia na obszar osłonięty przez ląd na wypadek złej pogody. 4. Plan kotwiczenia statku na rzece, w rejonach, gdzie występują pływy i prądy. 4.2. Kolejność postępowania w realizacji planu kotwiczenia Przystąpienie do realizacji planu kotwiczenia wymaga od załogi wykonania szeregu czynności w poszczególnych fazach manewrów kotwiczenia. Są to: wyznaczenie długości drogi niezbędnej do redukcji prędkości statku [8]; ocena aktualnych parametrów hydrometeorologicznych w rejonie planowanego kotwiczenia; analiza ruchu statku na małych prędkościach w stosunku do parametrów zakłóceń;
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 41 analiza wymiarów wolnego miejsca, na którym odbędą się manewry kotwiczne; analiza rodzaju dna, głębokości, potrzebnej długości łańcucha kotwicznego do utrzymania statku. Dodatkowo należy rozpatrzyć: procedury rzucenia kotwicy, metody łączności mostek dziób; sposoby wymiany informacji kapitana z władzami portowymi głównie z pilotem; aktualizację karty pilota. Dalsze ustalenia dotyczą: gotowości uruchomienia S.G. (współpraca pilot kapitan); wyznaczenia wachty kotwicznej; sposobu kontroli pozycji na kotwicy; częstości odbioru i analiz prognoz pogody; przestrzegania przepisów lokalnych i międzynarodowych; ochrony środowiska morskiego. 4.3. Procedura stawiania dużego statku na kotwicy na głębokiej wodzie Proces kotwiczenia poniżej głębokości 50 m wiąże się z wytrzymałością systemu kotwiczenia windy kotwicznej i hamulców. Głębokości od 80 110 m są niebezpieczne dla dużego statku ze względu na ograniczenia mocy i wytrzymałości mechanicznej urządzenia, głównie windy kotwicznej. Podobnie szybkość wybierania łańcucha windą kotwiczną jest ograniczona, co powoduje wydłużenie czasu operacji podnoszenia kotwicy. Przykład: Prędkość wybierania łańcucha kotwicznego to około 15 cm/s, co oznacza, że przęsło łańcucha wybiera się (lub luzuje) około 3 min, wybranie zatem 7 przęseł to 3 x 7 = około 21 minut. Kotwiczenie dużego statku odbywa się metodą walk-back, polegającą na wypuszczeniu na windzie kotwicy z łańcuchem do samego dna. W momencie dotknięcia kotwicą dna prędkość statku powinna być zerowa. Statek powinien stać na pozycji kotwiczenia K. Prędkość statku kontroluje się za pomocą odbiornika GPS i/lub logu dopplerowskiego. Kontrolę można prowadzić optycznie, wykorzystując stały obiekt lub też na podstawie obserwacji i doświadczenia nabytego na danym statku ustalić na burcie statku miejsce dotarcia strumienia zaśrubowego przy pracy silnika głównego na biegu wstecz właściwe dla momentu zatrzymania statku. W rejonach działania silnego prądu i wiatru statek powinien podchodzić dziobem w kierunku pozycji K. Po położeniu kotwicy na dnie, pracując bardzo wolno wstecz, statek odchyli dziób w prawo przy śrubie prawoskrętnej, stąd lewa kotwica będzie stanowiła element przytrzymujący dziób statku.
42 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 Przykład: Prędkość wstecz 0,5 węzła daje 25 cm/s 1,0 węzeł daje 50 cm/s 0,2 węzła daje 10 cm/s wyluzowania łańcucha. Najkorzystniej byłoby, gdyby prędkość wynosiła 0,3 węzła wstecz, co byłoby zgodne z prędkością luzowania łańcucha na windzie. Ważne jest zapewnienie dobrej łączności oficera znajdującego się na dziobie z kapitanem w czasie przekazywania informacji dotyczących kierunku ułożenia i stopnia naprężenia łańcucha kotwicznego. 4.4. Manewry stawiania statku na kotwicy W zależności od pozycji zajmowanych przez inne statki na kotwicowisku i wolnego miejsca na podejściu, a także od kierunku zakłóceń zewnętrznych, stosowane są dwie metody manewrowania przy stawianiu statku na kotwicy. W pozycji (2) statek staje na lewej kotwicy przy pracy wstecz śrubą prawoskrętną Rys. 2. Metoda manewrowania statku na miejsce kotwiczenia przy przeciwnym kierunku zakłóceń: a) podejście do kotwiczenia (1), (2), b) manewry zakotwiczenia statku (3), (4) Fig. 2. The tentative method of manoeuvring to letting go anchor in a strong wind and tide against ship movements: a) approach to position K of letting go (1), (2), b) manoeuvring completing anchoring (3), (4) Pierwsza z metod polega na zbliżeniu się do pozycji K kursami przeciwnymi do panujących zakłóceń, czyli pod wiatr i prąd (patrz rys. 2). Podchodząc do pozycji K, statek redukuje prędkość do dwóch węzłów i jednocześnie opuszcza kotwicę na windzie kotwicznej na długość łańcucha zbliżoną do głębokości wody. Po zatrzymaniu statku obsługa windy kotwicznej opuszcza kotwicę na dno, w tym czasie silnik główny pracuje na biegu: Bardzo Wolno Wstecz (krótko) w celu ułożenia łańcucha na dnie morskim wzdłuż linii prostej, a nie na stosie.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 43 Rys. 3. Manewry podejścia na kotwicowisko metodą U przy silnym wietrze i prądzie Fig. 3. Approaching anchorage by turn in a strong tide and wind Stosując drugą metodę, zwaną metodą U [5] należy: 1. Podchodząc z wiatrem i prądem w rejon pozycji K z prędkością sterowną, w odległości ½ cyrkulacji statku na trawersie pozycji K zatrzymać S.G. komendą telegrafu STOP (2). 2. W pozycji (6) statek zatrzymuje się. Jednak mimo wykonania manewru stop, należy sprawdzić prędkość GPS i logiem dopplerowskim, aby V d 0,0. 3. W pozycji (6) łańcuch z kotwicą zostaje opuszczony windą na dno morza na długość 3 4 głębokości wody. W zależności od stanu pogody ustala się odpowiednio inne długości łańcucha. Według szacunkowych danych [6] długość wyluzowanego do wody łańcucha w funkcji głębokości wody H powinna wynosić: głębokość H [m] < 20 m 6 8 H 20 40 m 4 6 H długość łańcucha jako wielokrotność H > 40 m mniej niż 4 H Długość wyluzowanego łańcucha można również obliczyć z uproszczonego wzoru: L = 25 H [m] 4. Gdy statek nie zmienia pozycji, a kotwica nie draguje, łańcuch mocuje się i zabezpiecza na stałe.
44 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 4.5. Długość łańcucha a siła utrzymania kotwicy Gdy opuszczona na dno kotwica draguje, oznacza to, że siły zewnętrzne działające na statek przewyższają siłę trzymania kotwicy z łańcuchem. Należy zatem zwiększyć siłę trzymania kotwicy przez wydłużenie łańcucha kotwicznego, który ułoży się w runie dna, zwiększając siłę trzymania F K. W dostępnych źródłach znajdują się różne dane dotyczące długości łańcucha kotwicznego. Głównie zależy to od głębokości wody w miejscu kotwiczenia. Dane dotyczące długości podane są w metrach lub w liczbie przęseł (shackles) oznaczonych na łańcuchu (1 przęsło = 27,5 m). Przedstawiono je poniżej: 1. Liczba przęseł N = 1,5 [m] [5] 2. L = (6 10) H [m] [10] 3. L = (5 7) H [m] [12] 4. L = 3H + 90 m (dobra pogoda) [8] 5. L = 4H + 145 m (zła pogoda) [8] 6. L = 39 [m] [10] H gdzie H głębokość wody [m]. H Tabela 1. Porównanie określania długości łańcucha różnymi metodami dla głębokości wody 50 m Table 1. The length of cable in functions of water depth calculated using different methods Metoda 1 2 3 4 5 6 Długość łańcucha kotwicznego [m] 290 300 250/350 240 345 275 Z tabeli 1 wynika, że wartości zawierają się między 240 a 350 m długości łańcucha. Średnia wartość to około 290 m. 4.6. Określanie długości łańcucha przy postoju na jednej kotwicy w zależności od głębokości i wytrzymałości łańcucha Długość użytego łańcucha kotwicznego zależy od: rodzaju stali, czyli wytrzymałości materiału; głębokości wody; wielkości obszaru postoju i możliwości łukowania statku na kotwicy; stopnia ochrony statku przed skutkami złej pogody; siły wiatru i/lub prądu; czasu postoju na kotwicy; rodzaju gruntu i siły trzymania kotwicy (masy kotwicy).
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 45 gdzie: Pierwsze dwa punkty są ze sobą ściśle związane. Długość łańcucha L K można wyrazić wzorem: L K K H [m] (1) H głębokość wody [m], k współczynnik zależny od rodzaju stali użytej do wykonania łańcucha: k 1 = 38,6 stal o podwyższonej wytrzymałości (stal kuta), k 2 = 27,5 stal zgrzewna. Tabela 2. Minimalna długość łańcucha w zależności od głębokości dla różnych materiałów Table 2. Minimum length of cable in function of water depth for different cables produced in different materials Głębokość wody [m] Minimalna długość łańcucha [m] K 2 K 1 20 123 173 40 174 244 60 213 300 80 246 345 80 H [m] K 2 K 1 60 40 20 100 150 200 250 300 [m] L K Rys. 4. Grafik przedstawiający wydany łańcuch minimalnej długości w funkcji głębokości wody dla różnych rodzajów stali, z której wykonano ogniwa łańcucha: k1 stal kuta, k2 stal zgrzewna Fig. 4. Graf showing the minimal length of cable in function of depth for different kind of steel: k1, k2
46 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 4.7. Promień obszaru zajmowanego przez statek Wartość promienia r k zależy od długości łańcucha kotwicznego, od głębokości wody oraz siły naporu wiatru i prądu na statek. Przy stałej długości łańcucha promień ten może się wydłużać (rys. 5) w zależności od stanu zakłóceń zewnętrznych. Obszar rezerwowany na postój statku (r k) na jednej kotwicy zakłada się jako sumę długości statku oraz długości łańcucha kotwicznego na wodach płytkich. Dokładne obliczenie promienia łukowania statku jest utrudnione ze względu na zmieniające się zakłócenia zewnętrzne panujące na kotwicowisku, takie jak: siła wiatru (prędkość); siły prądów (prędkość); głębokość wody; falowanie. Przy analizie obszaru zajmowanego przez statek należy rozpatrzyć dwa przypadki: 1. Rzeczywisty maksymalny promień cyrkulacji na kotwicy po zakończeniu operacji kotwiczenia dla danej długości wyluzowanego łańcucha, niezależnie od siły naporu wiatru, prądu i fali stosowany dla kontroli ruchu statku na kotwicy i stwierdzenia, czy kotwica trzyma dno. 2. Planowany maksymalny promień cyrkulacji na kotwicy, uwzględniający dodatkową możliwą do wyluzowania rezerwę łańcucha w przypadku pogorszenia warunków hydrometeorologicznych konieczny przy ocenie dostępnej przestrzeni dla kotwiczenia danego statku i dla wyboru właściwej pozycji kotwiczenia. r K L K r K L + L S [m], L = s + l [m]. r = wydłużenie łańcucha w razie złej pogody, gdzie: L = całkowita długość łańcucha, L S = długość statku. L S r Rys. 5. Obszar zajmowany przez statek stojący na jednej kotwicy Fig. 5. The radius of swinging using one anchor
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 47 a) b) Rys. 6. Układ łańcucha kotwicznego: a) na kotwicy bez zakłóceń zewnętrznych, b) na kotwicy z zakłóceniami zewnętrznymi Fig. 6. The cable distribution: a) no environmental disturbances, b) in a tide and wind Poza tym niekorzystne warunki atmosferyczne panujące na akwenie mają wpływ na: wynurzaną powierzchnię kadłuba; przegłębienie statku; długość łańcucha wyluzowanego z kluzy; długość rozłożonej części łańcucha na gruncie (dnie morskim). Na rysunku 6b przedstawiono sytuację zmiany promienia łukowania t k statku przy tej samej długości łańcucha w wodzie, pod wpływem działania zakłóceń zewnętrznych prądu i wiatru oraz przy spokojnej pogodzie (rys. 6a).
48 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 Decyzję co do podniesienia kotwicy lub pozostania na kotwicy wraz z koniecznym dostosowaniem długości łańcucha lub opuszczeniem drugiej kotwicy na dno należy podjąć i przeprowadzić jeszcze przed ewentualnym pogorszeniem się warunków pogodowych. 4.8. Siła trzymania kotwicy Podstawą bezpieczeństwa statku na kotwicowisku jest możliwość stałej pozycji statku w różnych warunkach zakłóceń zewnętrznych, dlatego ważna dla utrzymania statku na kotwicy jest niezawodność systemu kotwicznego, w tym siły trzymania kotwicy i łańcucha rozłożonego na dnie morza. System ten ma swoje ograniczenia, najczęściej jest to siła wiatru 7 8 B, i nie gwarantuje utrzymania statku na pozycji kotwiczenia w każdych warunkach, np. przy sile wiatru w granicach 9 11 B. Rys. 7. Układ łańcucha ze statku stojącego na kotwicy Fig. 7. Cable distribution of a anchored ship Siła trzymania statku na kotwicy składa się z dwóch składowych: siły trzymania kotwicy F K oraz siły trzymania łańcucha kotwicznego F L gdzie: F K siła trzymania kotwicy [t], F L siła trzymania łańcucha [t]. F C = F K + F L [t] (2) Zależy również od właściwości fizycznych kotwicy, jej kształtu, masy oraz miejsca zakopania w gruncie dna morskiego, stąd ma postać: F K = W K. λ K [t] (3)
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 49 gdzie: W K masa kotwicy [t], λ K współczynnik utrzymania kotwicy w gruncie dennym morza. W tabeli 3 pokazano wartość współczynników dla dwóch typowych kształtów kotwic i rodzaju gruntu na dnie morskim. Tabela 3. Współczynniki λk utrzymania kotwicy [8] Table 3. The anchor holding coefficient λ K [8] Rodzaj kotwicy Kamyki/ piasek Skała pokryta cienką warstwą mułu Miękki muł Glina J I S Halla (standard) 3,5 1,8 1,7 2,07 A C 14 podwyższony standard 8 2,4 6 12 Przykład siły trzymania kotwicy Halla w piachu na VLCC bez łańcucha: F K = 20,4. 3,5 = 71,4 [t] Siła trzymania łańcucha kotwicznego zależy od jego masy zawieszonej oraz części zanurzonej w wodzie, leżącej na dnie morza. gdzie: Zatem: F L = W S. λ S + W L. λ L [t] (4) W S masa łańcucha podwieszonego (rys. 7) [t], W L masa łańcucha leżącego na dnie morskim [t], λ S współczynnik łańcucha podwieszonego [s], λ L współczynnik łańcucha leżącego na dnie morza (l). Współczynnik części łańcucha podwieszonego w wodzie λ S wynosi 0,87, natomiast współczynnik łańcucha leżącego na dnie morza zależy również od rodzaju gruntu, w którym się zakopuje. Dane współczynników podano w tabeli 4. Tabela 4. Współczynnik λl utrzymania łańcucha leżącego na dnie [8] Table 4. The cable holding coefficient λl [8] W czasie postoju 0,75 1,0 W czasie dryfu statku piasek muł 0,75 0,60 Źródło: P&I Loss Prevention Bulletin, Vol. 25, July 2013.
50 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 W podsumowaniu można określić całkowitą wartość siły trzymania kotwicy na łańcuchu: F C = W K. λ S + W L. λ L. (l) + W S. λ S (s) [t] (5) Zwiększenie siły trzymania systemu kotwicznego można zatem uzyskać, kotwicząc na dobrze trzymającym gruncie, przy zwiększonym łańcuchu leżącym na dnie morza. 5. ZWIĘKSZENIE BEZPIECZEŃSTWA POSTOJU STATKU NA KOTWICY Statki zbliżające się do kotwicowiska muszą zwracać szczególną uwagę na istniejące zagrożenie awarią kolizji z innym statkiem lub wejściem na mieliznę. Nawigowanie w tych obszarach wymaga precyzyjnego manewrowania statkiem, a przede wszystkim obniżenia prędkości, co nie jest łatwe na dużych statkach. Konieczność kotwiczenia dużym statkiem w rejonach ciasnych i ograniczonych (np. reda Las Palmas) wymaga wzmożonej czujności obsady mostka. Badania awarii systemów kotwicznych wykazały, że najbardziej narażone na uszkodzenia są wciągarki kotwiczne. W dalszej kolejności najwięcej uszkodzeń systemu powstaje w procesie rzucania kotwic na dno morskie. W tabeli 5 przedstawiono elementy windy kotwicznej, ulegające najczęściej awariom w trakcie kotwiczenia. Wymieniono również, jakie są lub jakie mogą być uszkodzenia systemów kotwicznych w procesie eksploatacji. Tabela 5. Elementy wciągarki kotwicznej najbardziej narażone na uszkodzenia [2] Table 5. Anchor winches are most expose to risk on damage [2] Czynność kotwiczenia Elementy składowe silnik przekładnie hamulec fundament Rzucanie + + + ( *) Wybieranie + + - + Postój na kotwicy - - + + ( *) przy decyzji rzucania kotwicy przez zwalnianie hamulca taśmowego. Znacząca masa kotwic na dużym statku przekracza 30 ton, a 1 metr łańcucha waży ponad 280 kg (przekrój = 100 m/m), przy czym istnieją utrudnienia przeprowadzania przeglądów w czasie eksploatacji. Niemożliwe staje się również wykrycie wad konstrukcyjnych, jakie mogą się ujawnić podczas opuszczania lub podnoszenia kotwicy. Z reguły grozi to utratą kotwicy. Poza tym brak umiejętności obsługi systemów kotwicznych przez załogi statków, o czym już wspomniano, przyczynia się do powstawania awarii.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 51 Ważnym elementem bezpiecznego podejścia na kotwicowisko oraz postoju na kotwicy jest skorzystanie z metody oceny ryzyka FSA. W tabeli 6 podano metody zwiększenia bezpieczeństwa postoju na kotwicy oraz podejmowania decyzji przeciwdziałających zagrożeniu statku wraz z uwagami w tym zakresie. Tabela 6. Metody zwiększenia bezpieczeństwa postoju statku na kotwicy Table 6. Methods of increase ship safety on anchor Lp. Metody przeciwdziałania Efektywność Uwagi 1 2 3 Zwiększenie zanurzenia poprzez balastowanie statku Przegłębienie statku na dziób Wypuszczenie większej części łańcucha do wody 4 Rzucenie drugiej kotwicy 5 6 7 Po wyrzuceniu dwóch kotwic wyluzowanie obu łańcuchów Wykorzystanie sterów strumieniowych na dziobie Stosowanie pracy S.G i steru Źródło: opracowanie własne na podstawie [8]. Przez zwiększenie masy statek mniej łukuje Przesunięcie punktu ciężkości na dziób zmniejsza łukowanie Zwiększa siłę trzymania kotwicy Zmniejszy łukowanie i ruchy kadłuba na fali Utrzymanie statku na dwóch kotwicach zwiększy siłę trzymania statku i uspokoi łukowanie Może to zmniejszyć ruchy kadłuba i obciążenie łańcucha, zależy jednak od mocy sterów i siły wiatru Zmniejszy napięcie łańcucha i prawdopodobieństwo dryfu statku Sprawdzić stateczność Sprawdzić stateczność Wydłuża to czas wybierania łańcucha Wyluzowanie łańcucha drugiej kotwicy na 1,5 głębokości wody uspokoi łukowanie, ale grozi splątaniem łańcuchów Istnieje niebezpieczeństwo splątania obu kotwic w wyniku zmian kierunków wiatru i prądu Warunek ster strumieniowy na dziobie musi być zanurzony Nie należy zwiększać w sposób nagły mocy silnika oraz trzeba unikać przechodzenia kadłuba statku nad miejscem położenia kotwicy na płytkowodziu niewypełnienie tych zaleceń grozi wejściem statku na kotwicę w czasie nurzania Uwaga. Na dużym statku najczęściej stosowana jest poz.3 lub, w razie złej pogody, manewr zejścia z kotwicowiska na pełne morze i sztormowanie.
52 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 92, grudzień 2015 WNIOSKI 1. Parametry systemów kotwicznych dużych statków w znaczący sposób różnią się od systemów małych statków, zwłaszcza w zakresie wytrzymałości. W związku z tym eksploatacja ich wymaga obsługi przez personel z odpowiednimi kwalifikacjami, po odpowiednim przeszkoleniu oraz z doświadczeniem. 2. Awarie spowodowane niewiedzą i brakiem doświadczenia załogi wiążą się z bardzo wysokimi kosztami, jakie ponosi armator w wyniku powstawania awarii. 3. Dane statystyczne dotyczące uszkodzeń systemu kotwicznego z winy załogi przekraczają 67% wszystkich tego typu awarii. 4. Kotwiczenie dużych statków na wodach głębokich zmniejsza liczbę awarii wejścia na mieliznę. 5. W programie szkoleń w zakresie manewrowania dużymi statkami należy uwypuklić temat manewrów na kotwicowiskach, łącznie ze stawaniem na kotwicy (kotwicach) w warunkach znacznych zakłóceń zewnętrznych. 6. W programie szkoleń w zakresie manewrów i kotwiczenia dużymi statkami na wodach głębokich powinny być zajęcia praktyczne, prowadzone na symulatorach stacjonarnych oraz w ośrodkach manewrowania modelami dużych statków (np. w Iławie). LITERATURA 1. House D.J., Seamanship Techniques. Shipboard and Marine Operations, Routledge, New York 2012. 2. Jurdziński M., Kotwiczenie dużych statków, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2005. 3. Jurdziński M., Nawigacja morska, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2014. 4. Jurdziński M. i in., Metodyka planowania nawigacji w rejonach nawigacyjnie trudnych, Wyższa Szkoła Morska w Gdyni, Gdynia 2000. 5. Mc Donald C.A., Anchoring Large Vessels A New Approach, Ten Nautical Institute, London 2000. 6. Nicholls A.E., Cockcroft A.N., Nicholls s Seamanship and Nautical Knowledge, Brown, Son&Ferguson, Limited 2004. 7. OCIMF Estimation the Environmental Loads on Anchoring Systems, First Edition, October 2010. 8. P&I Loss Prevention Bulletin, Vol. 25, July 2013, www.piclub.or.jp/.../guide/action...main. 9. SOLAS, Voyage Planning, Chapter V, Annex 24, www.mca.net.gov.uk. 10. Spencer C. Standard Safety, Anchoring Special Edition. Standard Safety, October 2008, www.standard-club.com. 11. www.iacs.org.uk, Requiremements concerning MOORNINGS, ANCHORS -/A. 12. www.pfri.umrri.hr/~`bpi/document/22-me-tal.doc.
M. Jurdziński, Planowanie kotwiczenia dużych statków na głębokich kotwicowiskach 53 ANCHORING LARGE VESSELS PLANNING IN DEEP WATER ANCHORAGE Summary The purpose of this paper is to discuss the limitations in anchoring systems existing on large vessels, about which mariners should be aware. The principles of passage planning of the route leading towards the anchorage position, methods of manoeuvring of the ship and letting go the anchor have been discussed. Additionally hereto are included and enumerated factors, which need to be taken into account, when master is planning to anchor his ship. Finally ship manoeuvring and its limitations during ship anchoring and during staying at anchor have been described. Keywords: passage planning, ship s manoeuvring, ship s anchoring.