MASURI CE SE IAU LA BORDUL NAVEI PENTRU MENTINEREA NESCUFUNDABILITATII ACESTEIA

MĂSURI CE SE IAU LA BORDUL NAVEI PENTRU MENŢINEREA NESCUFUNDABILITĂŢII ACESTEIA

2.1 CONSIDERAŢII GENERALE

Definirea calitatilor nautice ale navei se face, dupa cum urmeaza:

Flotabilitatea - proprietatea navei de a pluti în conditii de exploatare normale, ceea ce corespunde unui anumit pescaj.

Stabilitatea - proprietatea navei de a se opune fortelor si momentelor exterioare care tind sa încline nava, si de a reveni la pozitia initiala dupa încetarea actiunii acestora.

Nescufundabilitatea - proprietatea navei de a-si pastra flotabilitatea si stabilitatea, în cazul inundarii unui compartiment sau a unui grup de compartimente, datorita esuarii, coliziunii cu alta nava, exploziilor, etc.

Pentru ca nava sa-si mentina flotabilitatea în conditii de avarie, este necesara a se împarti în compartimente etanse, care sa limiteze cantitatea de apa ce ar patrunde în interiorul navei. Compartimentarea se realizeaza prin pereti etansi si punti etanse întarite.

Pentru realizarea acestui deziderat se efectueaza calculele de nescufundare. Necesitatea studiului nescufundarii este evidenta atât pentru proiectant, cât si pentru constructor si beneficiar. Cunoasterea consecintelor unei avarii, are o deosebita importanta în stabilirea masurilor optime, pentru ca echipajul pus în fata unor astfel de situatii sa actioneze eficient. În cazul unor avarii la opera vie (suprafata imersa), în 10310m1212k interiorul navei patrunde o anumita cantitate de apa, iar calculul efectelor inundarii se poate face prin doua metode:

a)      Metoda ambarcarii de greutati

b)      Metoda excluderii

Metoda ambarcarii de greutati presupune ca în urma avariei la opera vie, cantitatea de apa ce patrunde în interiorul navei, reprezinta o încarcatura lichida ambarcata la bord împreuna cu toate consecintele de ordin fizic ce urmeaza (modificarea deplasamentului, a pescajului mediu, a asietei, înclinare transversala si modificarea stabilitatii).

A doua metoda (metoda excluderii), considera ca apa intrata în compartiment, face parte din mediul exterior, deci compartimentul inundat se exclude din volumul navei.

Micsorarea volumului navei, va trebui sa fie compensata printr-un volum suplimentar situat deasupra liniei de plutire (metoda deplasamentului contrast).

2.2. CLASIFICAREA COMPARTIMENTELOR INUNDATE

În functie de locul dispunerii si modul de inundare, compartimentele inundate se clasifica pe categorii dupa cum urmeaza:

a) Compartimentele de categoria I-a (carena interioara, fara suprafata libera de lichid), se formeaza în cazul compartimentelor care sunt în întregime sub linia de plutire, sau când, în noua pozitie rezultata ca urmare a avariei, compartimentul ajunge sub linia de plutire, nivelul apei si cantitatea de apa ambarcata nedepinzând de pozitia navei în raport cu suprafata libera a apei. În acest caz, pentru studiul efectelor inundarii se foloseste metoda ambarcarii de greutati.

b) Compartimente de categoria a II-a (carene interioare cu suprafata libera fara comunicare cu apa din exterior). Aceste carene se pot forma în compartimente vecine cu cele avariate, în care apa patrunde prin infiltratie, de asemenea în compartimente inundate datorita avariilor la tubulatura ce vehiculeaza anumite fluide, sau în compartimente dupa stingerea cu apa a incendiilor ce s-au produs în acestea. Pentru studiul efectelor inundarii se foloseste tot metoda ambarcarii de greutati, tinându-se seama însa de influenta suprafetelor libere. Nici în acest caz nivelul apei nu depinde de pozitia navei.

c) Compartimente de categoria a III-a (carene interioare cu suprafata libera care comunica cu apa din exterior). Nivelul apei de inundare si cantitatea de apa ce inunda nava este în acest caz, este functie de pozitia navei. Astfel de carene se formeaza la inundarea compartimentelor dispuse în zona liniei de plutire. Se considera ca aceste compartimente nu sunt etanse la partea superioara, astfel ca nu se creeaza o contrapresiune datorata aerului din compartiment, si deci nivelul apei din compartiment este identic cu cel al apei din exterior.

Pentru analiza acestei situatii se utilizeaza "metoda excluderii", deoarece cantitatea de lichid este variabila, iar metoda ambarcarii de greutati este mai greoaie.

Calculele efectuate pentru cele trei tipuri de carena, corespunzator compartimentelor etanse, pornind de la marimile cunoscute înainte de inundare si determinând consecintele inundarii, se poate face introducâd marimea "k" denumita "coeficient de stabilitate":

(2.1)

unde   ∆ = deplasamentul navei; h = înaltimea metacentrica transversala.

Sa consideram ca avem o nava cu deplasamentul "∆" si înatimea metacentrica transversala "h", asupra careia actioneaza momentul de înclinare transversala "M_încl" ce va înclina nava în sens transversal cu unghiul j

Unghiul este considerat ca intra în categoria unghiurilor mici daca are valoarea (teoretic).

(2.2)

Când se ambarca o greutate P, înaltimea metacentrica devine h₁ si se poate scrie:

(2.3)

2.3.CALCULUL CANTITĂŢII DE APĂ CARE PĂTRUNDE ÎN INTERIORUL NAVEI sI AL TIMPULUI DE INUNDARE

Inundarea unui compartiment se poate calcula în doua variante, în functie de presiunea apei de inundare, conform figurii (2.3.1), dupa cum urmeaza:

a) la presiune constanta b) la presiune variabila

Cunoscându-se înaltimea fata de suprafata libera a apei, la care s-a produs gaura de apa, cât si suprafata estimata a acesteia, se poate calcula debitul de inundare:

a) b)

Fig. 2.3.1 Calculul debitului de inundare în functie de locul de dispunere al compartimentului inundat

a) când presiunea este constanta:

(2.4)

unde : = coeficient de scurgere ;

A = suprafata gaurii de apa

H = adâncimea centrului de greutate al suprafetei A, în raport cu de suprafata libera a apei

b) când presiunea este variabila:

(2.5)

rezulta ca debitul este o functie de timp: , deoarece , unde:

h = distanta de la centrul de greutate al suprafetei A, la nivelul apei din compartiment;

Cunoscându-se volumul compartimentului, se pate calcula timpul de inundare al acestuia:

(2.6.)

Cunoscându-se debitele mijloacelor de evacuare a apei din compartimentul inundat, cât si al celorlalte mijloace fixe sau mobile, ce pot fi folosite se poate calcula timpul de golire al compartimentului inundat:

(2.6.1)

Daca se poate calcula timpul efectiv de inundare al compartimentului:

(2.7)

Din analiza acestor relatii rezulta sarcini deosebit de importante pentru seful mecanic privind:

a) antrenarea oamenilor din subordine si a grupei de vitalitate pentru manevrarea paietului de vitalitate, si a echipajului pentru astuparea gaurilor de apa, folosind diferite mijloace, si punerea în functiune a mijloacelor de evacuare a apei în timpul cel mai scurt.

b) mentinerea în perfecta stare de functionare a mijloacelor de evacuare a apei si a instalatiilor aferente.

c) gasirea unor procedee simple de folosire a unor agregate de la alte instalatii, pentru evacuarea apei din compartiment (pompa de racire a motorului principal sau a motorului auxiliar, pompa de la instalatia de drenaj, asieta, ejectoare, electropompe).

Posibilitatea astuparii unei gauri de apa, nu depinde numai de cantitatea de apa care intra în compartiment, ci si de presiunea acesteia, având în vedere ca un membru al echipajului, în timpul astuparii unei gauri de apa poate suporta o forta de maxim 700 - 800 Newtoni.

(2.8)

unde: = coeficient de rezistenta locala

Dupa aplicarea paietului de vitalitate sau a altui mijloc de astupare a gaurii de apa, asupra omului actioneaza forta hidrostatica data de relatia:

(2.9)

Daca

Comandantul, seful mecanic si comandantul secund trebuie sa stie:

a)      cum se determina timpul de inundare si de golire al unui compartiment;

b)      ce cantitati de apa (debite) pot intra în compartimentele avariate si care sunt mijloacele de golire;

c)      stabilirea numarului de membri ai echipajului, precum si a materialelor necesare pentru astuaprea gaurilor de apa si consolidarea peretilor etansi;

d)      remedierea în timpul cel mai scurt a avariilor;

e)      modul de supraveghere al compartimentelor inundate si de luare a masurilor operative pentru limitarea patrunderii apei în compartimente si golirea acestora.

2.4 EFECTELE INUNDĂRII. PERMEABILITATEA COMPARTIMENTELOR. PREVEDERI R.N.R.

a) Modificarea pescajului - Pescajul se va modifica pâna când deplasamentul partii inundate a navei, este egal cu deplasamentul navei înainte de inundare, mai putin greutatea unor lichide care se aflau în spatiul deschis catre mare.

b) Modificarea asietei - Nava se va înclina longitudinal, pâna când centrul de carena al partii ramase neinundate, ajunge într-un plan transversal, unde se afla centrul de greutate si perpendicular pe linia de plutire.

Fig. 2.3.2 Modificarea asietei navei la inundarea unui compartiment

c) Înclinarea transversala - Daca spatiul inundat este asimetric în raport cu planul diametral (PD), nava se va înclina pâna când centrul de carena al volumului ramas al navei, se va dispune pe aceeasi verticala cu centrul de greutate si perpendicular pe plutirea de echilibru. Daca este negativ (în conditii de inundare) nava va capata o pozitie de canarisire sau se va rasturna daca G este deasupra metacentrului.

Înaltimea metacentrica transversala initiala este:

De asemenea apuparea navei tinde sa creasca momentul de inertie al suprafetei de plutire si viceversa. Pentru navele maritime, în general efectul combinat al celor doua marimi duce la micsorarea înaltimii metacentrice.

Pentru navele de transport cu raportul latime pescaj ( ) mic, sau pentru nave la care latimea deasupra liniei de plutire creste, efectul combinat al modificarii celor doua marimi, poate sa duca la cresterea lui .

e) Bordul liber si înaltimea metacentrica transversala (h) în conditii de avarie - O nava careia îi ramâne un bord liber foarte mic si h de asemenea mic, poate supravietui numai în conditii foarte favorabile. Conditiile limita impuse de regulamentele internationale pentru navele comerciale, adica 5 cm pentru h (înaltime metacentrica) si 7,6 cm pentru bordul liber, reprezinta rezerve foarte mici.

De asemenea, cresterea numarului de pereti, duce la cresterea probabilitatii de avarie a unuia dintre ei, însa reduce extinderea inundarii în cazul avariei. Aceasta conduce la cresterea bordului liber în conditii de avarie si deci probabilitatea de supravietuire va creste.

Daca portiunea din corp si peretii transversali corespunzatori se extind etans si deasupra puntii peretilor etansi, efectul pozitiv poate fi considerabil. Chiar spatiile care nu sunt perfect etanse pot contribui la supravietuirea navei, daca ele sunt suficient de etanse sa contribuie la momentul de redresare transversal sau de asieta, în conditii dinamice de ruliu si tangaj. Din acest punct de vedere, spatiile etanse din borduri sau de la extremitati sunt cele mai eficiente. Corespunzator spatiile etanse din zona P.D. sau de la cuplul maestru au o eficienta foarte scazuta.

f)       Pierderea navei - Daca modificarile pescajului, asietei si / sau înclinarii

transversale necesare pentru a mentine echilibrul stabil, sunt astfel încât trebuie imersata si zona neetansa a navei, echilibrul nu mai poate fi realizat si nava se scufunda, cu sau fara rasturnare. Daca pierderea de înaltime metacentrica h este astfel încât bratul remanent maxim de stabilitate, devine mai mic decât un anumit brat de înclinare, nava se va rasturna. Chiar daca nu exista un moment exterior de înclinare, ne putem astepta la rasturnare, daca în conditii de avarie este negativ, iar bratul sau maxim de stabilitate este asa de mic încât sa rezulte stabilitate dinamica negativa. Daca bratul maxim de stabilitate în conditii de avarie este necorespunzator se poate produce rasturnarea si scufundarea foarte rapid. Marea agitata sau un vânt puternic vor îngreuna considerabil situatia navei.

PREVEDERI ALE REGISTRULUI NAVAL ROMÂN

Înaltimea metacentrica transversala, trebuie sa îndeplineasca conditia h > 0,05m;

Unghiul de banda j în faza stabilizata, înainte de redresare, sa fie mai mic de 15 ⁰ (la inundarea asimetrica);

Dupa redresare: 7 ⁰ - pentru nave de pasageri; j 12 ⁰ - pentru alte nave;

Diagrama de stabilitate, trebuie sa aiba o arie suficienta în faza finala, iar bratul stabilitatii statice l_{s max} 0,1 m; unghiul de apus trebuie sa fie minim 30 ° pentru nave inundate simetric si 20 ° pentru nave inundate asimetric;

Linia de plutire de avarie, înainte si în timpul redresarii navei, se afla cu cel putin 300 mm mai jos de deschiderile din pereti, punti, bordaje, prin care eventual ar putea patrunde apa în nava.

PERMEABILITATEA COMPARTIMENTELOR

Calculele privind volumul compartimentelor se efectueaza pentru formele

teoretice ale navei. La inundarea navei, volumul de apa care patrunde în interior, este mai mic decât volumul teoretic al acestuia. În interiorul fiecarui compartiment exista elemente de structura, instalatii, amenajari, marfa, care ocupa o parte din volum. Raportul dintre volumul real de apa, care poate patrunde în compartiment si volumul teoretic al acestuia, poarta numele de coeficient de permeabilitate si se noteaza prin

Coeficientul de permeabilitate al compartimentelor mari, în limitele carora sunt

amplasate încaperi de diverse tipuri se calculeaza ca o medie, considerând volumele V_i si coeficientii _i ai fiecarei încaperi, situate în limitele compartimentului respectiv.

Pentru determinarea lungimilor inundabile, sau pentru efectuarea calculelor stabilitatii de avarie, R.N.R. recomanda urmatoarele valori, pentru permeabilitatea conventionala a compartimentelor, tinând cont ca relatia de definitie, este data mai jos,dupa cum urmeaza:

85% - pentru încaperi în care sunt instalate masini, mecanisme, statii electrice, precum si utilajul tehnologic pe navele de prelucrare a pestelui;

95% - pentru încaperi de locuit, magazii goale de marfuri fara instalatii frigorifice si magazii diverse;

0% - pentru tancuri cu încarcaturi lichide;

95% - pentru tancuri goale;

60% - pentru magazii de marfuri generale pline, sau pentru magazii în vrac;

35% - pentru încaperile ocupate cu material lemnos;

80% - pentru încaperile ocupate cu minereu pe nave nespecializate.

2.5 CALCULUL STABILITĂŢII DE AVARIE

În acest subcapitol se va prezenta numai "metoda ambarcarii de mase la bord", pentru inundarea unui compartiment care nu comunica cu apa din exterior. Se vor modifica urmatoarele elemente ale navei

Deplasamentul

Pescajul mediu

Pozitia centrului de carena

Razele metacentrice

Pozitia centrului de greutate

Înclinarea transversala si longitudinala

Pentru calculul acestor marimi sunt necesare urmatoarele date cu privire la compartimentul inundat:

P - masa reala a apei de inundare; X_P,Y_P,Z_P - coordonatele centrului de greutate al masei P; i_x si i_y - momentele de inertie ale suprafetei libere a apei din compartiment, în raport cu axele centrale proprii paralele cu axele principale ale navei - daca compartimentul este închis la partea superioara si se inunda complet, atunci momentele de inertie i_x si i_y sunt nule.

Pentru nava este necesar sa se cunoasca:

∆ - deplasamentul înainte de inundare; d - pescajul corespunzator situatiei initiale; A_WL - aria suprafetei de plutire; x_F - abscisa centrului de plutire; h₀ si H₀ - înaltimile metacentrice transversala si longitudinala, înainte de inundarea compartimentului.

Considerând masa apei care intra în compartiment ca fiind mica în raport cu deplasamentul (P < 0,1∆ - ambarcarea greutatilor mici), pentru determinarea tuturor modificarilor, marimile ce caracterizeaza pozitia si stabilitatea navei, va rezulta urmatorul algoritm:

Variatia pescajului mediu:   (2.11)

Variatia înaltimii metacentrice (2.12)

Noua înaltime metacentrica transversala (2.13)

Înclinarea transversala a navei (2.14)

Variatia înaltimii metacentrice longitudinale (2.15)

Înaltimea metacentrica longitudinala (2.16)

Înclinarea longitudinala a navei (2.17)

Variatiile pescajelor prova si pupa: ; (2.18)

Noile pescaje : prova si pupa (asieta navei):

(2.19)

Toate relatiile din acest paragraf reprezinta formule pentru prima aproximatie, deoarece ele se bazeaza pe ipoteza ca bordurile sunt verticale, iar înclinarile sunt suficient de mici, astfel încât sa se pastreze valabilitatea formulelor metacentrice. În cazul în care cantitatea de apa intrata la bord prin inundare, este mare (mai mare ca 10% din deplasament), rezolvarea problemei se face prin utilizarea diagramelor de carene drepte, de unde rezulta toate elementele corespunzatoare noii situatii.

Instalatia de balast

Dupa gradul de generalitate al utilizarii, instalatiile de balast se pot clasifica astfel:

a ) Instalatii de balast generale;

b ) Instalatii de balast specializate.

a. Instalatii de balast generale. Se întâlnesc la navele de transport marfuri generale, cu scopul de a realiza modificarea pescajului mediu si de a corecta înclinarile, longitudinala si transversala.

b. Instalatii de balast specializate. Se întâlnesc la spargatoarele de gheata, la navele port-containere, portbarje, la docurile plutitoare si la submarine.

La navele spargatoare de gheata se pune problema ca instalatia de balast sa realizeze pe timpul stationarii navei oscilatii mari astfel încât nava sa nu fie prinsa de gheata.

La navele portcontainer si portbarje (sau Ro-Ro) ce îmbarca greutati concentrate mari, se pune problema corectarii rapide a înclinarilor cauzate de dispunerea excentrica a greutatii la bord. Exista nave portbarje la care încarcarea barjelor, se face prin balastarea navei de baza.

Pentru submarine, instalatia de balast determina conditia de imersiune si de ridicare la suprafata.

Compunerea instalatiei de balast (fig. 2.7.1). Aceste instalatii sunt formate din pompe, tubulaturi, tancuri, armaturi de comanda si control..

Pompele sunt, în general, pompe centrifuge care la functionare au debite mari si sunt autoamorsabile. Ele trebuie sa îndeplineasca conditii atât pe aspiratie cât si pe refulare. R.N.R. impune dublarea pompei de balast si de obicei aceasta este dublata de pompa de santina.

Tubulatura este formata din tubulatura principala, tubulatura de aerisire a tancului si tubulatura instalatiei de masura si control.

Fig. 2.7.1. Instalatia de balast

Observatie: Tubulatura instalatiei de balast se cupleaza la un capat cu instalatia de introdus apa (magistrala de apa de mare), iar la celalalt capat cu tancurile de balast.