część ii. nowoczesne rozwiązania i...

INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 3/2011 203

W niedawno opublikowanej części pierwszej artykułu [3], poświęconej projektowaniu urządzeń odbojowych stosowanych w budownictwie morskim, poruszono kilka istotnych aspektów związanych przede wszystkim z: przyczynami kolizji statku z konstrukcją postojową (np. nabrzeżem), określaniem wyjąt-kowej energii kinetycznej statku do zaabsorbowania przez od-bojnicę, charakterystyką pracy urządzenia odbojowego, parciem burty statku na urządzenie odbojowe, konstrukcją panelu odbo-jowego i okładziny ślizgowej, rozstawem urządzeń odbojowych na nabrzeżu. Dodatkowo dokonano krótkiego przeglądu nowych generacji statków (kontenerowców, wycieczkowców i szybkich promów o kadłubie katamaranu), zwracając uwagę na ich cechy (kształt kadłuba, wielkość oraz rodzaj napędu), mające bezpo-średnio wpływ na sposób obciążenia urządzenia odbojowego.

W prezentowanej aktualnie drugiej części artykułu zostanie przedstawionych kilka nowoczesnych rozwiązań i technologii, wytyczających kierunki rozwoju gałęzi budownictwa morskie-go związanej z projektowaniem, wykonawstwem i eksploatacją morskich urządzeń odbojowych. Podane zostaną również przy-kłady urządzeń, które łączą lub w niedalekiej przyszłości połą-czą funkcje odbojową i cumowniczą, tworząc tzw. urządzenia cumowniczo-odbojowe, a nawet cumowniczo-odbojowo-prze-ładunkowe.

MORSKIE URZĄDZENIA ODBOJOWE

Pierwotny cykl ściskania

W przypadku urządzeń odbojowych, których głównymi elementami pochłaniającymi energię kinetyczną podchodzące-go statku są elementy wykonane z gumy, ogromne znaczenie odgrywa tzw. pierwotny cykl ściskania, czyli pierwszy po wy-produkowaniu urządzenia odbojowego proces ściskania tego urządzenia. Podczas pierwotnego cyklu ściskania elementu gu-mowego urządzenia odbojowego (rys. 1) występują dwa istotne zjawiska, a mianowicie:

zerwanie wiązań poprzecznych w materiale elastomeru –(gumy, kauczuku); z tego względu pierwotny cykl ści-skania nazywany jest także cyklem zrywającym;nadanie „pamięci odkształcenia” elementu czynnego od- –bojnicy.

Część wiązań poprzecznych pomiędzy długimi łańcuchami makrocząsteczek elastomeru, powstałych w trakcie tzw. siecio-wania w procesie wulkanizacji, zostaje zerwana. Każdy następ-ny cykl ściskania będzie już wymagał przyłożenia siły mniejszej o około 20 ÷ 30% w celu osiągnięcia tego samego stopnia de-formacji sprężystej niż wymagane to było w pierwotnym cyklu ściskania. Dlatego tak ważne jest, aby charakterystyka katalo-gowa urządzenia odbojowego, dostarczona przez producenta, odpowiadała charakterystyce urządzenia po zadziałaniu cyklu

zrywającego, ponieważ takie właśnie warunki będą cechowały pracę urządzenia przez większość jego okresu projektowej ży-wotności.

Materiał, jakim jest guma, cechuje pewna „pamięć od-kształcenia”. Zasadniczo kształt, jaki uzyska element gumowy urządzenia odbojowego w pierwotnym cyklu ściskania, będzie kształtem preferowanym w ciągu całego okresu żywotności urządzenia odbojowego. Gdyby urządzenie odbojowe zostało zainstalowane bez uprzedniego przeprowadzenia cyklu zrywa-jącego w warunkach laboratoryjno-produkcyjnych, urządzenie to będzie przejawiało tendencje do utraty symetrii odkształce-nia i nadal będzie się odkształcało sprężyście, ale pod pewnym kątem (ściskanie ukośne), co może prowadzić do powstawania niekorzystnego układu sił, działającego na konstrukcję nabrze-ża. Ściskanie ukośne urządzenia odbojowego może spowodo-wać, że elementy gumowe urządzenia odbojowego już nigdy (nawet w warunkach ściśle kontrolowanych) nie będą odkształ-cane sprężyście w taki sposób, w jaki zamierzyli to projektanci urządzenia. Skutkiem takiego zachowania może być utrata sku-teczności pracy oraz obniżenie projektowanego okresu żywot-ności urządzenia odbojowego.

Na rys. 2 przedstawiono charakterystykę pracy odbojnicy stożkowej w przypadku ściskania ukośnego. Tylko dla kąta od-chylenia kierunku działania obciążenia od pionu a = 0 ÷ 10° ob-

Dr hab. inż. Waldemar MagdaPolitechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Morskie urządzenia odbojoweCzęść II. Nowoczesne rozwiązania i technologie

Rys. 1. Element gumowy odbojnicy stożkowej w trakcie przeprowadzania pier-wotnego cyklu ściskającego

INŻYNIERIA MORSKA I GEOTECHNIKA, nr 3/2011204

serwuje się kilkuprocentowy wzrost energii potencjalnej spręży-stego ugięcia odbojnicy, co należy uznać za zjawisko korzystne i jak najbardziej pożądane. Jednak dalszy wzrost wartości kąta a przyczynia się do dość nagłej redukcji energii potencjalnej, nawet do około 50% dla a ≈ 30°, co może znacząco uszczuplić potencjał odbojnicy do absorbowania energii kinetycznej statku. Jednocześnie obserwowaną redukcję reakcji odbojnicy należy uznać za zjawisko korzystne, wpływające na poprawę warun-

ków stateczności konstrukcji, do której zamocowane jest urzą-dzenie odbojowe.

Tempo deformacji sprężystej − badania laboratoryjne

Jeszcze do niedawna badania laboratoryjne odkształcenia gumowych elementów urządzeń odbojowych prowadzono z nie-wielkimi prędkościami odkształcenia (do kilku centymetrów na minutę, rys. 3). Przykładem tego mogą być zalecenia japońskiej firmy Sumitomo [11], skandynawskiej firmy Fentek [10] lub niemieckiej FenderTeam [7], w których prędkość odkształcenia wynosi 2 ÷ 8 cm/min. Najnowsze zalecenia PIANC [8] w tym zakresie nakazują jednak prowadzenie ściskania z dużo więk-szą prędkością 15 cm/s. Oczywiście, w przypadku wielkogaba-rytowych urządzeń odbojowych wykonanie tego zalecenia jest bardzo trudne, a nawet często niemożliwe, czego powodem jest brak odpowiednich pras hydraulicznych (o dużej sile nacisku w połączeniu ze znaczną prędkością przesuwu).

Bardzo często ściskane elementy gumowe urządzeń odbo-jowych mają drobne „wcięcia”, co ma „ukierunkować” nada-nie najbardziej efektywnego z projektowego punktu widze-nia kształtu w trakcie ich ściskania. Jest to pewnego rodzaju „sztuczna pamięć odkształcenia”, celowo narzucona przez projektantów i producentów urządzeń odbojowych. Wykonanie „wcięć” w bryle gumowego elementu urządzenia odbojowego

Rys. 2. Pogorszenie charakterystyki pracy odbojnicy stożkowej w wyniku ści-skania ukośnego [11]

Rys. 3. Charakterystyka pracy urządzenia odbojowego (a, b), prasa hydrauliczna do badania odbojnic typu „π” w laboratorium japońskiej firmy Sumitomo (c)

a) c)

b)


jest szczególnie istotne, gdy zakłada się pracę takiego urządze-nia przy znacznych prędkościach odkształcenia. Trzeba pamię-tać, że obecnie spotykane szybkie promy samochodowe (Ro-Ro) i pasażersko-samochodowe (Ro-Pax) podchodzą do urządzeń cumowniczych ze stosunkowo dużą prędkością (nawet od kil-kunastu do kilkudziesięciu centymetrów na sekundę).

Odbojnice pneumatyczne Yokohama

Gumowa odbojnica pneumatyczna typu pływającego japoń-skiej firmy Yokohama została po raz pierwszy wyprodukowana w 1958 r. w celu zastąpienia martwych wielorybów umieszcza-nych pomiędzy cumującymi do siebie wielorybniczymi stat-kami-przetwórniami. Obecnie są powszechnie stosowane jako pochłaniacze energii o wysokiej pojemności przy kontakcie sta-tek-statek (tzw. cumowaniu w tandemie) w trakcie prowadzenia prac przeładunkowych ropy naftowej i skroplonego gazu pro-pan-butan (LPG) pomiędzy superzbiornikowcami, głównie na wodach otwartego morza (rys. 4a). Wymiary odbojnic dochodzą do 4,5 m średnicy i 12 m długości. Odbojnice pneumatyczne umożliwiają łagodny początkowy kontakt, z jednocześnie stop-niowym wzrostem siły reakcji i dużego dopuszczalnego od-kształcenia sprężystego.

System monitorujący odbojnice, opracowany przez firmę Yokohama w 2006 r., wykorzystuje elementy układu opraco-wanego dla potrzeb kontroli ciśnienia w oponach samochodów osobowych. Głównym elementem systemu zdalnej kontroli odbojnicy pneumatycznej jest czujnik ciśnienia zainstalowany wewnątrz morskiej odbojnicy pneumatycznej (rys. 4b). Dane pomiarowe są przesyłane sygnałem bezprzewodowym do po-ręcznych przenośnych urządzeń peryferyjnych na odległość do 30 m.

Wprowadzenie systemu monitorowania do praktyki inży-nierskiej zredukowało znacznie koszty napraw i konserwacji

odbojnic pneumatycznych. Zdalny pomiar ciśnienia ułatwia dodatkowo ciągłe monitorowanie i ilościową ocenę aktualnej odległości pomiędzy dwoma cumującymi statkami w trakcie cumowania statków w tandemie.

Pływające odbojnice piankowe

Firma Marine Fenders International, Inc. jest najważniej-szym w świecie producentem morskich wysoko sprawnych od-bojnic pływających typu zawiesiowego wypełnionych pianką uretanową (rys. 5). Główne zalety piankowej odbojnicy pływa-jącej, o nazwie Ocean Guard, to:

wysoka absorpcja energii przy stosunkowo niskiej sile –reakcji,nieuleganie całkowitemu uszkodzeniu, nawet gdy nastą- –pi perforacja zewnętrznej powłoki uretanowej,pianka uretanowa wypełniająca o zamkniętych komór- –kach nie absorbuje wody,odporna, nie brudząca i wzmocniona uretanowa powłoka –zewnętrzna.

Początkowo zewnętrzną powłokę odbojnicy piankowej wy-konywano wyłącznie w tradycyjnym kolorze czarnym. Szybko jednak zauważono, że prawie każdy kontakt statku z taką odboj-nicą (także z odbojnicą pneumatyczną) skutkował powstaniem znacznych czarnych śladów na burcie statku. Efekt ten można było akceptować w odniesieniu do statków starszych genera-cji, charakteryzujących się burtą w kolorze czarnym. Ślady te są jednak szczególnie widoczne, a wręcz szpecące na burtach malowanych na biało, co obecnie prawie zawsze ma miejsce w przypadku takich statków, jak promy pasażerskie i pasażer-sko-samochodowe oraz wycieczkowce. Szybką odpowiedzią producentów morskich urządzeń odbojowych było opracowanie i wdrożenie do produkcji pływających odbojnic piankowych

Rys. 4. Cumowanie dwóch statków w tandemie z wykorzystaniem odbojnic pneumatycznych Yokohama (a),czujnik ciśnienia wraz z przyrządem do zdalnego monitoringu (b)

a) b)


o zewnętrznej powłoce w jasnym kolorze (np. żółtym do cumo-wania statków pasażerskich lub szarym do cumowania okrętów marynarki wojennej), nie pozostawiających uciążliwych czar-nych śladów na burcie statku.

Przesuwno-obrotowy system odbojowy

Wraz z gwałtownym rozwojem w projektowaniu nowoczes-nych statków, szczególnie typu Ro-Ro i Ro-Pax, oraz postępem techniki i technologii konstrukcyjnych pojawiło się ogromne za-potrzebowanie na urządzenia odbojowe nowej generacji, które:

w sposób istotny redukują obciążenia konstrukcyjne, –są proste w instalacji i w zasadzie nie wymagają konser- –wacji,pozwalają na podchodzenie do cumowania statków za- –równo starszej konstrukcji, jak i nowych klas.

Przesuwno-obrotowy system odbojowy, produkowany po-czątkowo przez firmę Fentek, a następnie firmę Trelleborg Marine Systems (rys. 6), jest uznawany za jedno z najbardziej zaawansowanych urządzeń odbojowych, jakie kiedykolwiek powstało.

Cechami charakterystycznymi systemu są przede wszyst-kim:

Ciągłe utrzymanie panelu czołowego w pozycji pionowej 1. bez względu na miejsce przyłożenia obciążenia (redukcja obciążeń konstrukcyjnych, w porównaniu z rozwiązania-mi tradycyjnymi, wynosi około 30 ÷ 60%). W przypadku statków z pasem burtowym (np. szybkich promów pa-sażerskich i pasażersko-samochodowych) uchylenie pa-nelu czołowego jest w przypadku odbojnicy przesuwnej mniejsze niż 1°, co całkowicie eliminuje ryzyko pojawie-nia się dodatkowych punktów styku pod linią wody lub wysoko na burcie np. w okolicach bulai (rys. 7).Swoboda ruchu obrotowego panelu czołowego w celu ła-2. twego przystosowania się do większych kątów podcho-dzenia statku do linii cumowniczej.

Poprawne funkcjonowanie w przypadku statków o ni-3. skiej wolnej burcie (np. kontenerowców dowozowych) w wyniku dużej powierzchni styku i – co za tym idzie – małych obciążeń na burtę. Łańcuchy nie są już wyma-gane do kontroli geometrii odkształcenia, jak ma to miej-sce w przypadku tradycyjnych systemów odbojowych uchylnych (np. odbojnic z łańcuchowymi ograniczni-kami odkształcenia), które zwykle wytwarzają znaczne siły działające na balustrady statku, umieszczane tuż nad pokładem.Odbojnica przesuwna jest tak zaprojektowana, aby spro-4. stać znacznym obciążeniom zgniatającym, wywołanym przez statki z pasem burtowym. Szczególne znaczenie ma tu zastosowanie płyt odbojowych (ochronnych), wykonanych z niezwykle wytrzymałego materiału, ja-kim jest polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMW-PE), charakteryzujący się dodatkowo bardzo niską wartością współczynnika tarcia.

Na marginesie warto wspomnieć, że pierwowzór przesuw-no-obrotowego systemu odbojowego (rys. 8) zaproponował już w 1964 r. Vasco Costa [4] – prekursor wielu prac i analiz z dzie-dziny morskich urządzeń odbojowych.

Laserowy pomiar prędkości statku

Prędkość statku (zarówno liniowa, jak i obrotowa) jest pod-stawowym parametrem decydującym o intensywności procesu obciążenia urządzenia odbojowego przez statek podchodzący do stanowiska cumowniczego. Ważność tego parametru jest wzmocniona faktem występowania prędkości statku w drugiej potędze we wzorze na energię kinetyczną statku w chwili ude-rzenia jego burty w odbojnicę [1, 2, 3]. A zatem możliwość sta-łej kontroli prędkości w ostatniej fazie operacji podchodzenia statku do konstrukcji postojowej (np. nabrzeża lub szeregu dalb odbojowych i cumowniczo-odbojowych) jest bardzo istotna z punktu widzenia bezpieczeństwa statku, konstrukcji postojo-wej i samego urządzenia odbojowego.

Rys. 5. Morska odbojnica pływająca Ocean Guard wypełniona pianką uretanową i pokryta zewnętrzną nie brudzącą powłoką uretanową w kolorze: czarnym (a) i żółtym (b) (firma Marine Fenders International, Inc.)

a) b)


Przy osiąganych dzisiaj gabarytach współczesnych statków handlowych nie wystarcza już tylko jakościowa ocena wzroko-wa prędkości podchodzenia statku do cumowania. Dlatego coraz częściej wykorzystuje się w tym celu nowoczesne systemy po-

miarowe umożliwiające dokonanie pomiaru aktualnej prędkości statku. Jednym z nich jest laserowy system pomiaru prędkości.

Głównym elementem laserowego systemu pomiaru jest urzą-dzenie mieszczące w sobie nadajnik w postaci lasera i odbiornik promienia laserowego (rys. 9a). Najczęściej wykorzystuje się lasery pracujące w podczerwieni, ale coraz częściej znajdują za-stosowanie tzw. „lasery zielone”, czyli lasery pracujące w części widzialnej widma promieniowania, emitujące światło w kolorze zielonym (długość fali 532 nm). Uzupełnieniem systemu jest duża elektroniczna tablica informacyjna (rys. 9b), zainstalo-wana na nabrzeżu w miejscu dobrze widocznym dla kapitana kierującego operacją cumowania statku z wysokości mostku kapitańskiego. Na tablicy wyświetlane są w sposób ciągły infor-macje na temat prędkości podchodzenia statku oraz jego aktual-nej odległości od linii cumowniczej zarówno części dziobowej statku, jak i jego części rufowej. W momencie przekroczenia dopuszczalnej prędkości podchodzenia na tablicy uaktywniają

Rys. 6. Nowoczesny przesuwno-obrotowy system odbojowy firmy Fentek: Mukran (Niemcy) (a), Immingham (Anglia) (b) [10]

a) b)

Rys. 7. Przesuwno-obrotowy system odbojowy zamontowany na nabrzeżu bazy promowej szybkich promów pasażersko-samochodowych klasy HSS:Harwich (Anglia) (a), Hoek van Holland (Holandia) (b) [10]

a) b)

Rys. 8. Pierwowzór przesuwno-obrotowego systemu odbojowego autorstwa Va-sco Costy (1964) [4]


się ostrzegawcze alarmy w postaci systemu świetlnego i sygnału dźwiękowego.

Na wyposażeniu dodatkowym systemu znajdują się często urządzenia przenośne o wielkości palmtopa (rys. 9b), wykorzy-stujące sieć internetową i dostarczające niezbędnych informacji (schematów operacyjnych i wartości liczbowych) praktycznie w dowolne miejsce.

Nowe układy systemów odbojowych

BGV (fr. Bateau à Grande Vitesse) to koncepcja superszyb-kiego statku, powstałego w wyniku takiej modyfikacji konstruk-cji trimaranów, aby ograniczyć siły oporu hydrodynamicznego, utrzymując jednocześnie wystarczającą stateczność przy dużych prędkościach. Trimarany o nowej konstrukcji są zaprojektowa-ne do przewozu zarówno pasażerów, jak i towarów (rys. 10). Pierwsze rejsy tych jednostek zaplanowano dla tras pomiędzy Bolonią Nadmorską (fr. Boulogne-sur-Mer) w północnej Fran-cji i Drammen w Norwegii oraz Sheerness w Wielkiej Brytanii

i Vigo w Hiszpanii. Rozpoczęcie eksploatacji trimaranów nowej generacji pomiędzy Francją i Wielką Brytanią jest przewidziane na rok 2012 w celu obsługi turystycznej letnich igrzysk olimpij-skich w Londynie.

Co prawda, rynek szybkich promów istnieje już od lat, to jednak ich żegluga w trudnych i niesprzyjających warunkach ot-wartego morza nadal pozostaje nie lada wyzwaniem. Ogromne korzyści armatorów, płynące z obsługi szybkich połączeń pro-mowych to przede wszystkim: znaczne obniżenie kosztów na skutek nielicznego personelu załóg promów oraz zwiększenie przewozów w wyniku bardziej pewnych i wyższych prędkości przewozowych (skrócenie cyklu przewozowego). Jak na razie wykorzystanie szybkich promów jest ograniczone do stosunko-wo krótkich tras, najczęściej na obszarach mórz zamkniętych i to w warunkach spokojnego morza.

Długość największych trimaranów jest zbliżona do długoś-ci lotniskowca i wynosi 230 m. Ich możliwości przewozowe to 1500 pasażerów oraz 242 samochody osobowe i 10 autokarów. Trimarany BGV charakteryzują się dużą dzielnością morską, dzięki której możliwe staje się uzyskanie znacznej prędkości

Rys. 9. Laserowy system pomiaru prędkości statku podchodzącego do stanowiska cumowniczego: nadajnik-odbiornik promienia laserowego (a), tablica informa-cyjna nabrzeżowa oraz przenośne urządzenia wizualizacyjno-informacyjne (b)

Rys. 10. Trimarany BGV ― promy niedalekiej przyszłości: wersja handlowa (a), wersja wojskowa (b)

a) b)

a) b)


rejsowych również w warunkach wysokiej fali morza wzburzo-nego. Pędniki strugowodne pozwalają zapewnić odpowiednią wartość wskaźnika mocy napędu głównego do ciężaru statku, przy której możliwe jest uzyskanie prędkości do 65 węzłów (około 120 km/h), czyli prawie o 20 węzłów więcej od obecnie spotykanych szybkich promów o kadłubie katamaranu (np. pro-my HSS klasy 1500).

Unikalny kształt jednostki BGV, sprzyjający powstawaniu stosunkowo małych sił oporu przy jednocześnie minimalnym kołysaniu wzdłużnym i bocznym, powoduje potrzebę odpo-wiedniego podejścia jednostki do cumowania. Proponowane rozwiązania są jednak niskokosztowe i zezwalają na utrzymanie użytkowania tych nabrzeży również przez statki innego rodzaju (rys. 11).

Koncepcja Via Mare Balticum – prognoza dla Bałtyku Południowego

Zdaniem niemiecko-duńskiego przedsiębiorstwa promowe-go Scandlines, żegluga promowa przyszłości musi opierać się na sieci tzw. „błękitnych autostrad” przez Bałtyk. Pracownicy Scandlines opracowali w tym celu koncepcję nowej żeglugi promowej, nazwaną Via Mare Balticum [5]. Zgodnie z tą kon-cepcją, bardzo ważną zmianą, zauważalną już na statkach typu

Post-Estonia, jest umieszczenie wjazdu na główny pokład na wyższym poziomie (dotyczy to zarówno furt dziobowych, jak i rufowych (rys. 12).

Promy klasy Post-Estonia powstały w odpowiedzi na tra-giczne w skutkach katastrofy takich promów, jak m.in.:

MS Herald of Enterprise – (Ro-Pax), 6 marca 1987, 193 ofiary śmiertelne,MS Estonia – (Ro-Pax), 27/28 września 1994, 852 ofiary śmiertelne.

W związku z najnowszymi przepisami bezpieczeństwa, dla większości statków typu Ro-Ro i Ro-Pax wysokość progu ma wzrosnąć z 1,5 ÷ 2,5 m do 3 m, a w niedalekiej przyszłości nawet do 4 m, oczywiście przy stanie pełnego załadowania. Będzie to wymagało stworzenia wyższych nabrzeży, sięgających poziomu 5 m powyżej zwierciadła wody. W konsekwencji konieczne bę-dzie wydłużenie strefy działania urządzeń odbojowych znacznie powyżej poziomu wody.

Chrońmy „płaczące” drzewa kauczukowca

Gospodarka rabunkowa tropikalnych lasów Ameryki Połu-dniowej (głównie w Amazonii), Ameryki Środkowej oraz Azji Południowo-Wschodniej postępuje nieustannie. Chodzi tu prze-de wszystkim o bardzo intensywne pozyskiwanie soku mlecz-nego (żywicy, lateksu) z drzew kauczukowca, rosnących w wa-runkach naturalnych. Kauczukowce wydzielają najwięcej soku mlecznego wczesnym rankiem, kiedy to zbieracze robią ukośne nacięcie w połowie pnia. Każdy z pracowników w ciągu trzech godzin nacina około 300 drzew, a następnie wraca, aby zebrać pozyskany w tym czasie lateks. Przez około dwa tygodnie na tych samych drzewach wykonuje się kolejne nacięcia ciągle z tej samej strony pnia, ale za każdym razem odrobinę niżej. Po upływie około trzech lat przystępuje się do nacinania kory po przeciwnej stronie pnia. Drzewa kauczukowca, ze względu na sposób pozyskiwania soku mlecznego, nazywane są często „płaczącymi drzewami” (ang. crying trees, rys. 13a). Po dodaniu odpowiednich stabilizatorów do soku mlecznego otrzymuje się kauczuk naturalny, który następnie podlega oczyszczaniu, a po-tem wyciskaniu i suszeniu (rys. 13b). W wyniku procesu wulka-nizacji kauczuku naturalnego produkowana jest guma naturalna, z której to m.in. wytwarzane są morskie urządzenia odbojowe.

Istnieją co prawda specjalne plantacje roślin kauczukodaj-nych, to jednak nie są one w stanie pokryć światowego zapo-

Rys. 11. Wizja artystyczna systemów odbojowych i cumowniczo-odbojowych przewidzianych dla obsługi trimaranów BGV

Rys. 12. Otwarta furta dziobowa promu samochodowo-pasażerskiego(statku typu Ro-Pax)


trzebowania na ten surowiec. Dlatego na szczególne uznanie zasługują wszelkie próby stosowania zamienników kauczuku naturalnego, w postaci np. kauczuku syntetycznego, czy też poliuretanu, do produkcji różnych wyrobów gumopodobnych, w tym także elementów sprężyście odkształcalnych w morskich urządzeniach odbojowych. W tym miejscu należy z satysfakcją odnotować działalność rodzimego przedsiębiorstwa ZPTS Mi-lanówek, mającego w swej ofercie produkcyjnej szeroką gamę morskich urządzeń odbojowych, w których elementy czynne wykonywane są z tzw. lanego poliuretanu (rys. 14) [13].

MORSKIE URZĄDZENIA CUMOWNICZO-ODBOJOWE

Przez tysiące lat tradycyjna praktyka cumowania statków za pomocą lin pozostała niezmieniona. Nawet na dzisiejszym wysoce konkurencyjnym rynku transportowym z dziesiątkami tysięcy statków obsługujących potężny handel międzynarodowy towarami masowymi i konsumenckimi, metody cumowania po-zostały w dużej mierze niezmienne od czasów, gdy pierwsi że-glarze zaryzykowali wyjście w morze. Jednak w celu obniżenia

zatrudnienia do minimum, tak na pokładzie statku, jak i w por-cie, coraz większą popularność w intensywnie eksploatowanych terminalach promowych zdobywają urządzenia do cumowania automatycznego, eliminując w ten sposób konieczność istnie-nia tzw. załóg cumowniczych i czyniąc proces cumowania bez-pieczny dla człowieka. Trzeba jednak pamiętać, że tego rodzaju nowoczesne i na razie dość kosztowne rozwiązania są ekono-micznie uzasadnione tylko w portach o dużych kosztach robo-cizny, jak ma to miejsce w krajach skandynawskich i Europy Zachodniej.

Jedno z takich rozwiązań zaproponowała szwedzka firma TTS Port Equipment AB, która projektuje, konstruuje i insta-luje mechaniczne systemy automatycznego cumowania do ob-sługi promów kolejowych oraz szybkich promów pasażerskich i pasażersko-samochodowych o kształcie katamaranu. System automatycznego cumowania składa się ze stalowej konstruk-cji szkieletowej przytwierdzonej do nabrzeża, wewnątrz której porusza się pionowo wózek z pierścieniem cumowniczym. Po dobiciu statku do nabrzeża i dokładnym jego pozycjonowaniu, opuszczany pierścień nachodzi na specjalny bolec, zainstalo-wany we wnęce burty cumowanego statku. Układ siłowników hydraulicznych zapewnia odpowiednią siłę cumowniczą i jest w stanie przejąć obciążenie poprzeczne o wartości do 1000 kN, co czyni ten system największym na świecie pod względem noś-ności (rys. 15).

Automatyczne systemy cumownicze, a w niedalekiej przy-szłości cumowniczo-odbojowe, zaprojektowane w celu szybkie-go (< 12 s) mocowania i natychmiastowego zwalniania statku przy nabrzeżu, oferują znaczne korzyści w kategoriach bezpie-czeństwa, ekonomii i środowiska. Ryzyko zranienia pracowni-ków załóg cumowniczych, tych na pokładzie statku i tych na nabrzeżu, uczestniczących w operacjach cumowania i odcumo-wywania statków, zostaje w ten sposób całkowicie wyelimino-wane (automatyczne systemy cumownicze wymagają zwykle tylko jednoosobowej obsługi).

Opisany wyżej nowoczesny system jest wyłącznie systemem cumowniczym i w celu przeprowadzenia całej operacji dobija-

Rys. 13. Pozyskiwanie soku mlecznego z drzewa kauczukowego (a), suszenie mat kauczukowych (b)

a) b)

Rys. 14. Poliuretanowe odbojnice modułowe ZPTS Milanówek zainstalowane na nabrzeżu (elementy poliuretanowe mają tu charakterystyczne żółtawo-poma-

rańczowe zabarwienie) [13]


nia i przycumowania statku musi współpracować z tradycyjnym systemem odbojowym, składającym się z szeregu tradycyj-nych urządzeń odbojowych zainstalowanych w linii cumowni-czej nabrzeża. Istnieją jednak rozwiązania, pozostające jeszcze w sferze prób, dążące do stworzenia uniwersalnego systemu odbojowo-cumowniczego, łączącego w sobie funkcje odbojową i cumowniczą.

System automatycznego cumowania próżniowego MoorMaster

Zupełnie inne pod względem zasady działania rozwiązanie zaproponowała nowozelandzka firma Mooring Systems Limited (MSL), specjalizująca się w produkcji rewolucyjnych systemów automatycznego cumowania próżniowego. System ten zastoso-wano na szeroką skalę w Nowej Zelandii i Australii, natomiast w Europie po raz pierwszy w porcie Dover.

System automatycznego cumowania MoorMaster może być zainstalowany na nabrzeżu (tzw. system lądowy), jak i statku (tzw. system burtowy). Charakterystyka pracy systemu i jego podatność są zbliżone do warunków pracy tradycyjnego cumo-wania linowego. Jednak zamiast lin, urządzenie wykorzystuje tzw. panele próżniowe (poduszki) do zapewnienia połączenia cumowniczego (rys. 16). Każdy stalowy panel jest otoczony elastycznym grubym kołnierzem w postaci gumowej uszczel-ki i działa na zasadzie przyssawki dzięki próżni wytwarzanej w obszarze ograniczonym powierzchnią panelu, uszczelką i powierzchnią burty statku. W ten sposób system próżniowy wytwarza mierzalną siłę cumowniczą, zapewniając fizyczne połączenie pomiędzy statkiem i nabrzeżem. Przy wyłączonym systemie powierzchnie czołowe paneli próżniowych pozosta-ją poza linią maksymalnego sprężystego ugięcia tradycyjnego systemu odbojowego zainstalowanego na nabrzeżu. W wyniku

Rys. 15. System automatycznego cumowania zainstalowany na jednym z na-brzeży kolejowych w porcie w Trelleborgu w Szwecji

Rys. 16. System automatycznego cumowania MoorMaster w wersji nabrzeżowej


aktywacji systemu próżniowego panele próżniowe są wysuwa-ne w kierunku burty statku i próżniowe połączenie cumownicze jest uzyskiwane praktycznie w ciągu kilku sekund.

Projektowe nośności urządzeń MoorMaster wahają się od 400 kN do 800 kN. Są przeznaczone głównie dla statków Ro-Ro o długości od 70 do 250 m. Liczba urządzeń wymaganych do bezpiecznego cumowania statku zależy od pola powierzchni nawiewu i warunków pogodowych. W większości przypadków jest wymaganych od 2 do 6 jednostek dla cumowania pojedyn-czego statku przy nabrzeżu. Urządzenie ma możliwość porusza-nia panelami próżniowymi w kierunkach poziomym oraz piono-wym i może stawiać czoło wahaniom pływowym nawet do 10 m oraz gwałtownej fali powodującej pionowe ruchy dziobu i rufy statku o prędkości dochodzącej do 1 m/s.

W swej nowszej odmianie system MoorMaster może być instalowany na pionowej ścianie nabrzeża, uwalniając się tym samym od wpływu bliskości wszystkich powierzchni przeła-dunkowych na nabrzeżu. Co istotne, tego rodzaju instalacje na nabrzeżach kontenerowych, masowych i drobnicowych nie po-wodują żadnego zakłócania prac przeładunkowych.

Obecnie każda z wersji opisanego systemu cumownicze-go MoorMaster musi współpracować z układem tradycyjnych urządzeń odbojowych. Trwają jednak szeroko zakrojone prace badawczo-wdrożeniowe nad dualnym systemem odbojowo-cumowniczym, w którym system MoorMaster byłby w stanie

pełnić również funkcję odbojową przez odpowiednie tłumienie energii kinetycznej dobijającego statku w siłownikach hydrau-licznych paneli odbojowo-cumowniczych. Takie rozwiązanie pozwoliłoby oczywiście na wyeliminowanie tradycyjnego sy-stemu odbojowego na nabrzeżu.

System HiLoad DP dokowania pełnomorskiego

Z operacją podchodzenia jednostki pływającej do cumo-wania mamy do czynienia głównie na obszarach portowych i stoczniowych. Jednak ciągle rozwijane i intensyfikowane peł-nomorskie górnictwo naftowe wymaga prowadzenia prac prze-ładunkowych na pełnym morzu, a to z kolei powoduje koniecz-ność istnienia odpowiednich sposobów podejścia zbiornikowca do drugiego zbiornikowca (tzw. cumowanie w tandemie) lub do pławy cumowniczo-przeładunkowej.

Obecnie najnowocześniejszym rozwiązaniem jest prototypo-wa jednostka pływająca HiLoad DP, pozwalająca na bezpieczny załadunek ropy naftowej i gazu ziemnego z morskich platform wydobywczych i wydobywczo-magazynowych lub jednostek pływających typu FSO (ang. Floating Storage and Offloading System – pływający system magazynowy i przeładunkowy) i FSPO (ang. Floating Production Storage and Offloading Sy-stem – pływający system wydobywczy, magazynowy i przeła-

Rys. 17. Jednostka HiLoad DP przeznaczona do dokowania pełnomorskiego zbiornikowców i superzbiornikowców (VLCC, ang. Very Large Crude Carrier)


dunkowy) na zbiornikowce, opracowana przez norweską firmę Remora ASA i skonstruowana przez norweską firmę Aibel AS. W budowie tej unikalnej konstrukcji uczestniczyła także Mor-ska Stocznia Remontowa SA ze Świnoujścia. Jednostka została zwodowana na początku 2009 roku i pracuje w sektorze norwe-skim Morza Północnego [9].

HiLoad DP to pełnomorska jednostka pływająca, wyposa-żona w układ dynamicznej stabilizacji pozycji (potocznie na-zywany układem dynamicznego pozycjonowana), o przekroju poprzecznym kadłuba w kształcie litery L (rys. 17). Składa się ona z kadłuba wypornościowego oraz dwu smukłych wież po obu stronach części rufowej kadłuba. Na górnej powierzchni pokładu jednostki znajduje się tarciowy system połączeniowy, dzięki któremu jednostka może połączyć się z dolną powierzch-nią kadłuba zbiornikowca. Wymiary powierzchni pokładu za-pewniają prawie 500 m2 powierzchni tarciowej, co umożliwia wytworzenie siły połączenia tarciowego o wartości 60 tys. kN [12].

Giętki przewód załadowczy, biegnący z podwodnej instalacji wydobywczej, pływającej instalacji produkcyjno-magazynowej (FSPO) lub platformy morskiej, jest na stałe połączony z jed-nostką cumowniczo-załadunkową HiLoad DP. Końcową sek-cję układu załadunkowego stanowi nawinięty na dużą stalową szpulę przewód, który po połączeniu jednostki ze zbiornikow-cem jest następnie odwijany i łączony z kolektorem zbiornikow-ca. System zapewnia możliwość obrotu zbiornikowca o 360°. Zbiornikowiec może dokować do jednostki cumowniczo-zała-dunkowej HiLoad DP przy wysokości fali znacznej sięgającej 4,5 m [12].

Oczywiste wydaje się nazwanie systemu HiLoad DP syste-mem dokowania, a nie systemem cumowniczym, ze względu na brak wykorzystania jakichkolwiek cięgien cumowniczych podczas operacji połączenia zbiornikowca z jednostką HiLoad DP. Poza funkcją dokowania, jednostka HiLoad DP spełnia tak-że funkcję odbojową i to dwojakiego rodzaju. Po pierwsze jed-nostka jest wyposażona w dwa klasyczne urządzenia odbojowe, widoczne na obu pionowych wieżach, zapobiegające uszkodze-niu kadłuba zbiornikowca oraz kadłuba jednostki HiLoad DP w trakcie operacji dokowania. Ich potencjał pochłaniania ener-gii kinetycznej statku nie musi jednak być aż tak duży, jak ma to miejsce w odbojnicach nabrzeżowych. Dzieje się tak dlate-go, gdyż właściwa funkcja odbojowa jednostki HiLoad DP jest gwarantowana odpowiednią sztywnością jej klasycznego układu kotwiczenia za pomocą układu cięgien kotwicznych.

Zastosowanie jednostki HiLoad DP powoduje obniżenie kosztów eksploatacyjnych w stosunku do tradycyjnych roz-wiązań alternatywnych (np. cumowanie w tandemie lub do boi cumowniczo-przeładunkowej typu, CALM), poprzez wyeli-minowanie asysty holowników i statków pomocniczych, mo-gących pracować wyłącznie za dnia i przy wysokości fali do 1,5 ÷ 2,0 m. Dalsze obniżenie kosztów operacji cumowniczych spowodowane jest brakiem konieczności korzystania z tradycyj-nego systemu kotwiczenia zbiornikowca z użyciem cięgien ko-twicznych. System HiLoad DB może pracować bez przerwy całą dobę i jego zastosowanie nie wymaga wprowadzania żadnych modyfikacji w konstrukcji zbiornikowców, czy też FSPO. Praw-dopodobnie największą korzyścią zastosowania HiLoad DP jest znaczna poprawa regularności importu/eksportu (rozładunku/

załadunku) medium transportowanego zbiornikowcami. System jest także całkowicie uniezależniony od głębokości wody, co czyni go wyjątkowo atrakcyjnym i przydatnym do prowadzenia prac na obszarach głębokowodnych. System ten eliminuje także konieczność wyposażania zbiornikowców w układy dynamicz-nego pozycjonowania.

PODSUMOWANIE

W części drugiej artykułu, poświęconego urządzeniom od-bojowym stosowanym w budownictwie morskim, przedsta-wiono kilka przykładów świadczących dobitnie o aktualnych trendach rozwojowych tej dziedziny inżynierii morskiej. Omó-wiono wpływ pierwotnego cyklu ściskania oraz tempa deforma-cji sprężystej na pracę morskich odbojnic, scharakteryzowano nowoczesne urządzenia odbojowe: odbojnice pneumatyczne, pływające odbojnice piankowe, przesuwno-obrotowy system odbojowy. Przedstawiono urządzenie do laserowego pomiaru prędkości statku podchodzącego do linii cumowniczej, a także pokazano w zarysie przyszłościowy układ odbojowy propono-wany do obsługi nowoczesnych promów o kadłubie trimaranu. Zasygnalizowano istnienie koncepcji Via Mare Balticum i wy-nikającej z niej prognozy dla portów Bałtyku Południowego, dotyczącej koniecznych zmian umiejscowienia urządzeń odbo-jowych na nabrzeżach terminali promowych. Wskazano także na potrzebę poszukiwania rozwiązań alternatywnych w sferze materiałów do produkcji morskich odbojnic, czego przykładem są odbojnice wykonane z tzw. lanego poliuretanu. Na końcu przedstawiono zalety wyrafinowanego automatycznego syste-mu cumowania próżniowego oraz pełnomorskiego systemu do-kowania zbiornikowców.

LITERATURA

Magda W.: Absorpcja energii kinetycznej statku przez urządzenie od-1. bojowe nabrzeża. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 5/2006.

Magda W., Sikora Z.: Przyczynek do projektowania morskich urządzeń 2. odbojowych. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 3/2009.

Magda W.: Morskie urządzenia odbojowe. Cz. I: kilka uwag o projek-3. towaniu.. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 6/2010.

Vasco Costa F.: The berthing ship. The effect of impact on the design of 4. fenders and other structures. The Dock & Harbour Authority; Part I: May 1964, str. 22-26; Part II: June 1964, str. 49-52; Part III: July 1964, str. 90-94.

Baltic Gateway: Future trends in the design of ro-ro and ro-pax vessels 5. operating in the southern Baltic. Sea Highways Ltd., March 2005.

Design of Fender Systems, Working Group on Fender System Design, 6. Japanese National Section of PIANC, March 1980.

On the safe side. Products, katalog firmy FenderTeam GmbH, Ham-7. burg.

Guidelines for the Design of Fender Systems: Report of Working Group 8. 33 of the Maritime Navigation Commission, International Navigation Associa-tion, Brussels, Belgium 2002.

HiLoad DP no. 1 leaves yard. Offshore, March 20, 2009.9.

Marine Fendering Systems, katalog firmy Fentek Marine Systems 10. GmbH, Trelleborg Engineering Systems, 2001.


New Selection of Fender. The New Answer for Approaching Right 11. Fender, katalog firmy Sumitomo, Ref. No. MF-410, Sumitomo Rubber Indus-tries, Ltd, Kobe, Japan.

Offloading technique offers improved uptime in all water depths. Off-12. shore, April 1, 2007.

www.zpts.pl, katalog Zakład Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych 13. (ZPTS) w Milanówku.

PODZIĘKOWANIE: Inspiracją do napisania powyższego artykułu był referat pt. „Morskie urządzenia odbojowe (projektowanie, nowoczesne rozwiązania)”, wygłoszony przez autora na „Bałtyckim Salonie Gospodarki Morskiej – Morskie systemy odbojowe” (Międzynarodowe Targi Gdańskie S.A., Gdańsk, 23 czerwca 2010). Autor artykułu składa podziękowanie Panu Witoldowi Topolskiemu, dyrektorowi naczelnemu „ZPTS Poliuretany” za zamówienie oraz sponsoring referatu.

część ii. nowoczesne rozwiązania i...

Documents