Stateczność statku

Stateczność statku oraz jego wagi i wpływ gęstości na zanurzenie

Dzisiaj zdecydowałem napisać coś o stateczności, zaczynając od spraw podstawowych. Wiele z tych elementów wykorzystujemy w naszej pracy bardzo często, praktycznie codziennie, ale czy pamiętamy dokładnie, co one oznaczają? Dzisiejszy artykuł będzie przypomnieniem podstaw budowy i stateczności statku. Jeżeli was to zainteresuje to mogę utworzyć z tego serię artykułów.

 

Jak ważyć statek?

Podczas projektowania statku, architekci muszą określić kilka parametrów przyszłej jednostki morskiej. Jednym z tych elementów jest waga statku pustego „lightweight”. Jest to waga samego statku w stanie całkowicie pustym i przygotowanymi bojlerami do pracy, czyli uwzględniają ilość paliwa w objętości bojlerów gotowych do działania. Wagę tę określa ciężar użytej stali, wsporników drewnianych, (jeżeli takie się znajdują np. podpór zbiorników). Wartość ta jest pod koniec budowy dokładnie sprawdzana. Jako ciekawostka – wartość na przestrzeni lat się zmienia, chociaż we wszystkich dokumentach (np. form C) będzie ona widniała, jako taka sama.

Kolejną wagą jest nośność statku „deadweight” i oznacza ona to, co statek może przetransportować, czyli paliwa i oleje, wodę pitną, wodę balastową, zapasy (np. żywność, części zamienne, dodatkowa kotwica), załogę i pasażerów wraz z bagażem. Wartość ta jest zmienna w zależności od stanu załadowania statku.

Następy element to wyporność „Displacement” i mówiąc w skrócie jest to waga, jaką statek wypiera otaczającą wodę, a więc zgodnie jest to suma statku pustego i jego wagi nośnej.

Displacement = Lightweight + Deadweight

Kolejnym elementem powiązanym z wagami statku jest zanurzenie „Water draft”. Jest to dystans liczony w pionie od linii wody na śródokręciu w dół do stępki. Jeżeli zaś liczymy długość do górnej części stępki wówczas jest to zanurzenie projektowe „draft molded” (na znakach od zanurzenia letniego), a liczone do dolnej części stępki – zanurzenie krańcowe „draft extreme”.

Wysokość statku „Air draft” jest to dystans liczony w pionie od linii wody w górę do najwyższego punktu statku (np. anteny). Jest to wartość wyliczona przy prędkości 0 węzłów i wraz ze wzrostem prędkości maleje w skutek zwiększenia zanurzenia (squat). Jest to bardzo ważny parametr określający zdolność do przepływania statku pod mostami lub innymi obiektami. Jako ciekawostka maksymalny Air draft dla kanału panamskiego to 57.91M, dla kanału sueskiego (Malboro Channel) to 68m.

 

Gęstość wody, czyli jak zachowuje się statek na różnych wodach

Ważnym elementem podczas określania warunków pływalności jest gęstość i opowiem o niej trochę więcej (na przynajmniej dwa artykuły). Pierwszym będzie obliczenie zmiany gęstości a mianowicie, jaki jest efekt zmiany gęstości, kiedy wyporność statku jest taka sama. Dla ułatwień obliczeń przyjmiemy tutaj prostokątny obiekt np. barka, a w kolejnych artykułach zajmiemy się kształtem statku. Z uwagi na to, iż statek często przechodzi z jednej wody w drugą np. z morza na rzekę, która ma inną gęstość, a więc powinniśmy wziąć pod uwagę zmianę zanurzenia statku. Jako że gęstość się zmienia wówczas masa wypartej wody musi również się zmienić według wzoru:

Masa = Objętość x Gęstość

Jeżeli gęstość wody wzrasta, wówczas objętość wody wypartej maleje, aby utrzymać stałą masę wypartej wody i na odwrót.

Poniższe obliczenia przeprowadzimy na prostokątnym obiekcie, np. barce.

Do zamiany wartości możemy posłużyć się następującymi założeniami (wystarczy podstawić wyszukiwaną wartość):

L = Długość pomiędzy pionami (LBP)

B = Całkowita szerokość statku (Breadth moulded)

Nowa masa wody wypartej = poprzednia masa wody wypartej

nowa objętośćpoprzednia objętość=poprzednia gęstośćnowa gęstość

Nowa objętość x poprzednia gęstość = poprzednia objętość x poprzednia gęstość

Objętość = L x B x Zanurzenie

nowe zanurzeniepoprzednie zanurzenie=poprzednia gęstośćnowa gęstość

No to teraz czas na zadanka.

  1. Barka (prostokątny obiekt) o średnim zanurzeniu 5M przebywa w wodzie o gęstości 1020 kg/m3. Jak zmieni się średnie zanurzenie, kiedy wpłynie on do wody o gęstości 1025 kg/m3 (słona woda). Zakładamy, że wyporność (displacement) pozostaje niezmieniona.

 

  1. Wybieramy odpowiednie równanie, w której poszukujemy wartość:
    nowe zanurzeniepoprzednie zanurzenie= poprzednia gęstośćnowa gęstość
  2. Wyprowadzamy wzór:
    nowe zanurzenie = poprzednia gęstośćnowa gęstość×poprzednie zanurzenie
  3. Podstawiamy wartości (zawsze pamiętajmy, aby stosować te same jednostki):
    nowe zanurzenie =10201025×2.5 metra
  4. Cieszymy się wynikiem:

Nowe zanurzenie to 2.49M

Proste, co nie? To teraz coś trudniejszego. Chcielibyśmy poznać środek wyporności statku (center of buoyancy). Wiemy, że jest takie coś jak środek metacentryczny (Center of gravity) i jeżeli oba środki są w tej samej linii a dzieje się to, podczas kiedy kadłub statku jest w pozycji wyrównanej, co daje mu stabilność. Środek wyporności powoduje, że w momencie ruchów statku środek ten stara się wymienić wypartą wodę i dopasować ten środek do wysokości metacentrycznej, aby nie doszło do wywrócenia jednostki. W większości kadłubów środek wyporności jest poniżej środka metacentrycznego.

Środek wyporności jest geometrycznym środkiem objętości części zanurzonej statku, a dla prostokątnego obiektu musi być połową zanurzenia.

KB = 12zanurzenia
  1. Prostokątna barka o równej stępce znajduje się w wodzie o gęstości 1000 kg/m3. Środek wyporności znajduje się 1 metr powyżej stępki. Jaka będzie nowy środek wyporności barki, kiedy znajdzie się ona w wodzie słonej o gęstości 1025 kg/m3?

 

  1. Znajdujemy zanurzenie z twierdzenia, iż KB to połowa zanurzenia, tak, więc:

KB = 1, więc zanurzenie = 2m

  1. Posiadamy wiedzę o zanurzeniu w wodzie świeżej, także sprawdzamy jak wygląda zanurzenie w wodzie słonej, tak jak w poprzednim zadaniu:
nowe zanurzeniepoprzednie zanurzenie=poprzednia gęstośćnowa gęstość

Nowe zanurzenie = poprzednia gęstośćnowa gęstość ×poprzednie zanurzenie

Nowe zanurzenie = 10001025×2 metry

Nowe zanurzenie = 1.95 metra

  1. I znowu, jako że KB to połowa zanurzenia, więc:
    1,95 x  12=KB= 0,976m

W następnym artykule weźmiemy pod uwagę kształt statku, a więc obliczenia będą troszeczkę bardziej skomplikowane, ale według wzoru powinno nam się udać wszystko obliczyć. Jeżeli macie jakiekolwiek pytania to piszcie.


Na koniec zapraszam Cię do subskrybowania blogu Marynarz Świata poprzez mój newsletter. Po zapisaniu się będziesz nie tylko na bieżąco ze wszystkimi artykułami na moim blogu ale i również otrzymasz dodatkowy dostęp do wielu ekskluzywnych materiałów, niedostępnych dla innych użytkowników.

Nie zapomnij również polubić, skomentować oraz udostępnić ten artykuł w Twoich mediach społecznościowych. Marynarz Świata jest aktywny na poniższych serwisach:

Jeżeli chcesz skontaktować się ze mną, to możesz to zrobić poprzez:

  • Wiadomości na Facebook lub Twitter
  • Zakładkę Kontakt
Możesz również dołączyć do naszej ekskluzywnej grupy na Facebook, gdzie dzielimy się wiedzą, poznajemy nawzajem i pomagamy.

Doceniasz moją pracę? Wpłać symboliczną donacją na mój blog aby utrzymać jego wysoki poziom.


RelatedPost

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *