Dr hab. inz. Waldemar Magda

Politechnika Gdanska,Wydział Inzynierii Ladowej iSrodowiska,Katedra Geotechniki, Geologii i Budownictwa Morskiego

e-mail: waldemar.magda@wilis.pg.gda.pl

Morskie urzadzenia odbojowe(cz. II – nowoczesne rozwiazania i technologie)

artykuł opublikowany w czasopismieInzynieria Morska i Geotechnika, nr 3/2011, str. 201–212

Gdansk, 9 maja 2011

Rozrzutnoœæ kobiet spowodowa³a ten kryzys!

Moze troche dobrej muzyki?

«Wystarczy tylko tu kliknac »

Nawigacja ogólna w dokumencie PDF:

<Ctrl> + <L> – przełaczanie pomiedzy ekranem „małym” i ekranem „duzym”<Esc> – przełaczenie z ekranu „duzego” na ekran „mały”<↑> lub <Page Up> – skok o 1 strone do przodu<↓> lub <Page Down> – skok o 1 strone do tyłu<Shift> + <Ctrl> + <Page Down> – skok na koniec dokumentu<Shift> + <Ctrl> + <Page Up> – skok na poczatek dokumentu

Nawigacja pomiedzy wewnetrznymi odnosnikami(rysunki, tablice, wzory, cytowania) w dokumencie PDF:

<Alt> + <←> – powrót ze strony elementu docelowego do strony z odnosnikiem<Alt> + <→> – ponowny powrót do strony elementu docelowego

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 1

WPROWADZENIE

W niedawno opublikowanej czesci pierwszej artykułu [3], poswieconej projektowaniu urzadzenodbojowych stosowanych w budownictwie morskim, poruszonokilka istotnych aspektów zwia-zanych przede wszystkim z: przyczynami kolizji statku z konstrukcja postojowa (np. nabrze-zem), okreslaniem wyjatkowej energii kinetycznej statku do zaabsorbowania przez odbojnice,charakterystyka pracy urzadzenia odbojowego, parciem burty statku na urzadzenie odbojowe,konstrukcja panelu odbojowego i okładzinyslizgowej, rozstawem urzadzen odbojowych na na-brzezu. Dodatkowo, dokonano krótkiego przegladu nowychgeneracji statków (kontenerowców,wycieczkowców i szybkich promów o kadłubie katamaranu), zwracajac uwage na ich cechy(kształt kadłuba, wielkosc oraz rodzaj napedu), majace bezposrednio wpływ na sposób obcia-zenia urzadzenia odbojowego.

W prezentowanej aktualnie drugiej czesci artykułu zostanie przedstawionych kilka nowo-czesnych rozwiazan i technologii, wytyczajacych kierunki rozwoju gałezi budownictwa mor-skiego zwiazanej z projektowaniem, wykonawstwem i eksploatacja morskich urzadzen odbo-jowych. Podane zostana równiez przykłady urzadzen, które łacza lub w niedalekiej przyszłoscipołacza funkcje odbojowa i cumownicza, tworzac tzw. urzadzenia cumowniczo-odbojowe, a na-wet cumowniczo-odbojowo-przeładunkowe.

MORSKIE URZADZENIA ODBOJOWE

Pierwotny cykl sciskania

W przypadku urzadzen odbojowych, których głównymi elementami pochłaniajacymi energiekinetyczna podchodzacego statku sa elementy wykonane zgumy, ogromne znaczenie odgrywatzw. pierwotny cykl sciskania, czyli pierwszy po wyprodukowaniu urzadzenia odbojowegoprocessciskania tego urzadzenia. Podczas pierwotnego cyklusciskania elementu gumowegourzadzenia odbojowego (Rys.1) wystepuja dwa istotne zjawiska, a mianowicie:

• zerwanie wiazan poprzecznych w materiale elastomeru (gumy, kauczuku); z tego wzgledupierwotny cyklsciskania nazywany jest takze cyklem zrywajacym,

• nadanie „pamieci odkształcenia” elementu czynnego odbojnicy.

Czesc wiazan poprzecznych pomiedzy długimi łancuchami makroczasteczek elastomeru,powstałych w trakcie tzw. sieciowania w procesie wulkanizacji, zostaje zerwana. Kazdy na-stepny cyklsciskania bedzie juz wymagał przyłozenia siły mniejszej o około 20÷30% w celuosiagniecia tego samego stopnia deformacji sprezystej, niz wymagane to było w pierwotnymcyklu sciskania. Dlatego tak waznym jest, aby charakterystyka katalogowa urzadzenia odbojo-wego, dostarczona przez producenta, odpowiadała charakterystyce urzadzenia po zadziałaniucyklu zrywajacego, poniewaz takie własnie warunki beda cechowały prace urzadzenia przezwiekszosc jego okresu projektowej zywotnosci.

Materiał, jakim jest guma, cechuje pewna „pamiec odkształcenia”. Zasadniczo kształt,jaki uzyska element gumowy urzadzenia odbojowego w pierwotnym cyklu sciskania, bedziekształtem preferowanym w ciagu całego okresu zywotnosci urzadzenia odbojowego. Gdybyurzadzenie odbojowe zostało zainstalowane bez uprzedniego przeprowadzenia cyklu zrywaja-cego w warunkach laboratoryjno-produkcyjnych, urzadzenie to bedzie przejawiało tendencje doutraty symetrii odkształcenia i nadal bedzie sie odkształcało sprezyscie ale pod pewnym katem(sciskanie ukosne), co moze prowadzic do powstawania niekorzystnego układu sił, działaja-cego na konstrukcje nabrzeza.Sciskanie ukosne urzadzenia odbojowego moze spowodowac, ze

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 2

Rys. 1. Element gumowy odbojnicy stozkowej w trakcie przeprowadzania pierwotnego cyklusciskaja-cego

elementy gumowe urzadzenia odbojowego juz nigdy (nawet wwarunkachscisle kontrolowa-nych) nie beda odkształcane sprezyscie w taki sposób, w jaki zamierzyli to sobie projektanciurzadzenia. Skutkiem takiego zachowania moze byc utrata skutecznosci pracy oraz obnizenieprojektowanego okresu zywotnosci urzadzenia odbojowego.

Wspó³czynniki korekcyjne dla œciskania pod k¹tem:

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

K¹t nachylenia p³aszczyzny œciskania, [°]

Energia

Reakcja

a

a

E Ra a, [–]

Rys. 2. Pogorszenie charakterystyki pracy odbojnicy stozkowej wwyniku sciskania ukosnego [11]

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 3

Na Rys.2 przedstawiono charakterystyke pracy odbojnicy stozkowej w przypadkusciska-nia ukosnego. Tylko dla kata odchylenia kierunku działania obci ˛azenia od pionuα = 0÷ 10◦

obserwuje sie kilkuprocentowy wzrost energii potencjalnej sprezystego ugiecia odbojnicy, conalezy uznac za zjawisko korzystne i jak najbardziej pozadane. Jednak dalszy wzrost warto-sci kataα przyczynia sie do dosc nagłej redukcji energii potencjalnej, nawet do około 50%dlaα ≈ 30◦, co moze znaczaco uszczuplic potencjał odbojnicy do absorbowania energii kine-tycznej statku. Jednoczesnie obserwowana redukcje reakcji odbojnicy nalezy uznac za zjawiskokorzystne, wpływajace na poprawe warunków statecznosci konstrukcji, do której zamocowanejest urzadzenie odbojowe.

Tempo deformacji sprezystej — badania laboratoryjne

Jeszcze do niedawna badania laboratoryjne odkształcenia gumowych elementów urzadzen od-bojowych prowadzono z niewielkimi predkosciami odkształcenia (do kilku centymetrów naminute, Rys.3). Przykładem tego moga byc zalecenia japonskiej firmy Sumitomo[6, 11],skandynawskiej firmyFentek[10] lub niemieckiejFenderTeam[7], w których predkosc od-kształcenia wynosi 2÷8 cm/min. Najnowsze zalecenia PIANC [8] w tym zakresie nakazujajednak prowadzeniesciskania z duzo wieksza predkoscia 15 cm/s. Oczywiscie w przypadkuwielkogabarytowych urzadzen odbojowych wykonanie tego zalecenia jest bardzo trudne, ana-wet czesto niemozliwe, czego powodem jest brak odpowiednich pras hydraulicznych (o duzejsile nacisku w połaczeniu ze znaczna predkoscia przesuwu).

Odkszt³cenie sprê¿yste odbojnicy, d

Si³a

re

akc

ji o

db

ojn

icy,

R

dmax

Rmax A

Odkszt³cenie sprê¿yste odbojnicy, d

dmax

Rmax A

Œciskanie

Odprê¿anie

(b)

Si³a

re

akc

ji o

db

ojn

icy,

R

E

(a)(a)

(a)(b)

(a)(c)

Rys. 3. Charakterystyka pracy urzadzenia odbojowego (a, b), prasa hydrauliczna do badania odbojnictypuπ w laboratorium japonskiej firmySumitomo(c)

Bardzo czestosciskane elementy gumowe urzadzen odbojowych posiadaja drobne „wcie-cia”, co ma „ukierunkowac” nadanie najbardziej efektywnego z projektowego punktu widzeniakształtu w trakcie ichsciskania. Jest to pewnego rodzaju „sztuczna pamiec odkształcenia” ce-lowo narzucona przez projektantów i producentów urzadzen odbojowych. Wykonanie „wciec”

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 4

w bryle gumowego elementu urzadzenia odbojowego jest szczególnie istotne, gdy zakładasie prace takiego urzadzenia przy znacznych predkosciach odkształcenia. Trzeba pamietac, zeobecnie spotykane szybkie promy samochodowe (Ro-Ro) i pasazersko-samochodowe (Ro-Pax)podchodza do urzadzen cumowniczych ze stosunkowo duza predkoscia (nawet od kilkunastu dokilkudziesieciu centymetrów na sekunde).

Odbojnice pneumatyczne Yokohama

Gumowa odbojnica pneumatyczna typu pływajacego japonskiej firmy Yokohamazostała poraz pierwszy wyprodukowana w 1958 r. w celu zastapienia martwych wielorybów umiesz-czanych pomiedzy cumujacymi do siebie wielorybniczymi statkami-przetwórniami. Obecniesa powszechnie stosowane jako pochłaniacze energii o wysokiej pojemnosci przy kontakciestatek-statek (tzw. cumowaniu w tandemie) w trakcie prowadzenia prac przeładunkowych ropynaftowej i skroplonego gazu propan-butan (LPG) pomiedzy superzbiornikowcami, głównie nawodach otwartego morza (Rys.4(a)). Wymiary odbojnic dochodza do 4,5 msrednicy i 12 mdługosci. Odbojnice pneumatyczne umozliwiaja łagodny poczatkowy kontakt z jednoczesniestopniowym wzrostem siły reakcji i duzego dopuszczalnegoodkształcenia sprezystego.

(a) (b)

Rys. 4. Cumowanie dwóch statków w tandemie z wykorzystaniem odbojnic pneumatycznychYokohama(a), czujnik cisnienia wraz z przyrzadem do zdalnego monitoringu (b)

System monitorujacy odbojnice, opracowany przez firmeYokohamaw 2006 r., wykorzy-stuje elementy układu opracowanego dla potrzeb kontroli cisnienia w oponach samochodówosobowych. Głównym elementem systemu zdalnej kontroli odbojnicy pneumatycznej jest czuj-nik cisnienia zainstalowany wewnatrz morskiej odbojnicy pneumatycznej (Rys.4(b)). Danepomiarowe sa przesyłane sygnałem bezprzewodowym do porecznych przenosnych urzadzenperyferyjnych na odległosc do 30 m.

Wprowadzenie systemu monitorowania do praktyki inzynierskiej zredukowało znaczniekoszty napraw i konserwacji odbojnic pneumatycznych. Zdalny pomiar cisnienia ułatwia do-datkowo ciagłe monitorowanie i ilosciowa ocene aktualnej odległosci pomiedzy dwoma cumu-jacymi statkami w trakcie cumowania statków w tandemie.

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 5

Pływajace odbojnice piankowe

Firma Marine Fenders International, Inc.jest wiodacym wswiecie producentem morskichwysokosprawnych odbojnic pływajacych typu zawiesiowegowypełnionych pianka uretanowa(Rys.5). Główne zalety piankowej odbojnicy pływajacej, o nazwieOcean Guard, to:

• wysoka absorpcja energii przy stosunkowo niskiej sile reakcji,

• nie uleganie całkowitemu uszkodzeniu, nawet gdy nastapiperforacja zewnetrznej powłokiuretanowej,

• pianka uretanowa wypełniajaca o zamknietych komórkachnie absorbuje wody,

• odporna, nie brudzaca i wzmocniona uretanowa powłoka zewnetrzna.

(a) (b)

Rys. 5. Morska odbojnica pływajacaOcean Guardwypełniona pianka uretanowa i pokryta zewnetrznanie brudzaca powłoka uretanowa w kolorze: czarnym (a) izółtym (b) (firmaMarine Fenders Internatio-

nal, Inc.)

Poczatkowo zewnetrzna powłoke odbojnicy piankowej wykonywano wyłacznie w trady-cyjnym kolorze czarnym. Szybko jednak zauwazono, ze prawie kazdy kontakt statku z takaodbojnica (takze z odbojnica pneumatyczna) skutkowałpowstaniem znacznych czarnychsla-dów na burcie statku. Efekt ten mozna było akceptowac w odniesieniu do statków starszychgeneracji, charakteryzujacych sie burta w kolorze czarnym. Slady te sa jednak szczególniewidoczne, a wrecz szpecace na burtach malowanych na biało, co obecnie prawie zawsze mamiejsce w przypadku takich statków, jak promy pasazerskiei pasazersko-samochodowe orazwycieczkowce. Szybka odpowiedzia producentów morskichurzadzen odbojowych było opra-cowanie i wdrozenie do produkcji pływajacych odbojnic piankowych o zewnetrznej powłocew jasnym kolorze (np. zółtym dla cumowania statków pasazerskich lub szarym dla cumowaniaokretów marynarki wojennej), nie pozostawiajacych uci ˛azliwych czarnychsladów na burciestatku.

Przesuwno-obrotowy system odbojowy

Wraz z gwałtownym rozwojem w projektowaniu nowoczesnych statków, szczególnie typuRo-Ro i Ro-Pax, oraz postepem techniki i technologii konstrukcyjnych pojawiło sie ogromnezapotrzebowanie na urzadzenia odbojowe nowej generacji,które:

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 6

• w sposób istotny redukuja obciazenia konstrukcyjne,

• sa proste w instalacji i w zasadzie nie wymagaja konserwacji,

• pozwalaja na podchodzenie do cumowania statków zarówno starszej konstrukcji, jaki nowych klas.

Przesuwno-obrotowy system odbojowy, produkowany poczatkowo przez firmeFentek, a na-stepnie firmeTrelleborg Marine Systems(Rys.6), jest uznawany za jedno z najbardziej zaawan-sowanych urzadzen odbojowych, jakie kiedykolwiek powstało.

(a) (b)

Rys. 6. Nowoczesny przesuwno-obrotowy system odbojowy firmyFentek: Mukran (Niemcy) (a), Im-mingham (Anglia) (b) [10]

Cechami charakterystycznymi systemu sa przede wszystkim:

• Ciagłe utrzymanie panelu czołowego w pozycji pionowej bez wzgledu na miejsce przy-łozenia obciazenia (redukcja obciazen konstrukcyjnych, w porównaniu z rozwiazaniamitradycyjnymi, wynosi około30÷ 60%). W przypadku statków z pasem burtowym (np.szybkich promów pasazerskich i pasazersko-samochodowych) uchylenie panelu czoło-wego jest w przypadku odbojnicy przesuwnej mniejsze niz1◦, co całkowicie eliminujeryzyko pojawienia sie dodatkowych punktów styku pod lini ˛a wody lub wysoko na burcienp. w okolicach bulai (Rys.7).

• Swoboda ruchu obrotowego panelu czołowego w celu łatwego przystosowania sie dowiekszych katów podchodzenia statku do linii cumowniczej.

• Poprawne funkcjonowanie w przypadku statków o niskiej wolnej burcie (np. kontene-rowców dowozowych) w wyniku duzej powierzchni styku i – co za tym idzie – małychobciazen na burte. Łancuchy nie sa juz wymagane dla kontroli geometrii odkształcenia,jak ma to miejsce w przypadku tradycyjnych systemów odbojowych uchylnych (np. od-bojnic z łancuchowymi ogranicznikami odkształcenia), które zwykle wytwarzaja znacznesiły, działajace na balustrady statku umieszczane tuz nad pokładem.

• Odbojnica przesuwna jest tak zaprojektowana, aby sprostac znacznym obciazeniomzgniatajacym, wywołanym przez statki z pasem burtowym. Szczególne znaczenie ma tu

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 7

zastosowanie płyt odbojowych (ochronnych), wykonanych z niezwykle wytrzymałegomateriału, jakim jest polietylen o ultra wysokiej masie cz ˛asteczkowej (UHMW-PE), cha-rakteryzujacy sie dodatkowo bardzo niska wartoscia współczynnika tarcia.

(a) (b)

Rys. 7. Przesuwno-obrotowy system odbojowy zamontowany na nabrzezu bazy promowej szybkichpromów pasazersko-samochodowych klasy HSS: Harwich (Anglia) (a), Hoek van Holland (Holandia)

(b) [10]

Na marginesie warto wspomniec, ze pierwowzór przesuwno-obrotowego systemu odbojo-wego (Rys.8) zaproponował juz w 1964 r. Vasco Costa [4] — prekursor wielu prac i analizz dziedziny morskich urzadzen odbojowych.

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

Laserowy pomiar predko sci statku

Predkosc statku (zarówno liniowa, jak i obrotowa) jest podstawowymparametrem decyduja-cym o intensywnosci procesu obciazenia urzadzenia odbojowego przez statek podchodzacy dostanowiska cumowniczego. Waznosc tego parametru jest wzmocniona faktem wystepowaniapredkosci statku w drugiej potedze we wzorze na energie kinetyczna statku w chwili uderzeniajego burty w odbojnice [1, 2, 3]. A zatem, mozliwosc stałej kontroli predkosci w ostatniej fazieoperacji podchodzenia statku do konstrukcji postojowej (np. nabrzeza lub szeregu dalb odbojo-wych i cumowniczo-odbojowych) jest bardzo istotna z punktuwidzenia bezpieczenstwa statku,konstrukcji postojowej i samego urzadzenia odbojowego.

Przy osiaganych dzisiaj gabarytach współczesnych statków handlowych nie wystarcza juztylko jakosciowa ocena wzrokowa predkosci podchodzenia statku do cumowania. Dlategocoraz czesciej wykorzystuje sie w tym celu nowoczesne systemy pomiarowe umozliwiajacedokonanie pomiaru aktualnej predkosci statku. Jednym z nich jest laserowy system pomiarupredkosci.

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 8

Głównym elementem laserowego systemu pomiaru jest urzadzenie mieszczace w sobie na-dajnik w postaci lasera i odbiornik promienia laserowego (Rys.9(a)). Najczesciej wykorzystujesie lasery pracujace w podczerwieni, ale coraz czesciej znajduja zastosowanie tzw. „lasery zie-lone”, czyli lasery pracujace w czesci widzialnej widma promieniowania, emitujaceswiatłow kolorze zielonym (długosc fali 532 nm). Uzupełnieniem systemu jest duza elektroniczna ta-blica informacyjna (Rys.9(b)), zainstalowana na nabrzezu w miejscu dobrze widocznym dlakapitana kierujacego operacja cumowania statku z wysokosci mostku kapitanskiego. Na tablicywyswietlane sa w sposób ciagły informacje na temat predkosci podchodzenia statku oraz jegoaktualnej odległosci od linii cumowniczej, zarówno czesci dziobowej statku, jak i jego czescirufowej. W momencie przekroczenia dopuszczalnej predkosci podchodzenia na tablicy uaktyw-niaja sie ostrzegawcze alarmy w postaci systemuswietlnego i sygnału dzwiekowego.

(a)

(b)

Rys. 9. Laserowy system pomiaru predkosci statku podchodzacego do stanowiska cumowniczego:nadajnik-odbiornik promienia laserowego (a), tablica informacyjna nabrzezowa oraz przenosne urza-

dzenia wizualizacyjno-informacyjne (b)

Na wyposazeniu dodatkowym systemu znajduja sie czestourzadzenia przenosne o wielkoscipalmtopa (Rys.9(b)), wykorzystujace siec internetowa i dostarczajace niezbednych informacji(schematów operacyjnych i wartosci liczbowych) praktycznie w dowolne miejsce.

Nowe układy systemów odbojowych

BGV (fr. Bateau à Grande Vitesse) to koncepcja super szybkiego statku, powstałego w wy-niku takiej modyfikacji konstrukcji trimaranów, aby ograniczyc siły oporu hydrodynamicznego,utrzymujac jednoczesnie wystarczajaca statecznosc przy duzych predkosciach. Trimarany o no-wej konstrukcji sa zaprojektowane do przewozu zarówno pasazerów, jak i towarów (Rys.10). Pierwsze rejsy tych jednostek zaplanowano dla tras pomi˛edzy Bolonia Nadmorska (fr.Boulogne-sur-Mer) w północnej Francji i Drammen w Norwegii, oraz Sheerness w WielkiejBrytanii i Vigo w Hiszpanii. Rozpoczecie eksploatacji trimaranów nowej generacji pomiedzyFrancja i Wielka Brytania jest przewidziane na rok 2012 wcelu obsługi turystycznej letnichigrzysk olimpijskich w Londynie.

Co prawda rynek szybkich promów istnieje juz od lat, to jednak ich zegluga w trudnychi niesprzyjajacych warunkach otwartego morza nadal pozostaje nie lada wyzwaniem. Ogromnekorzysci armatorów, płynace z obsługi szybkich połaczen promowych, to przede wszystkim:

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 9

(a) (b)

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

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

znaczne obnizenie kosztów na skutek nielicznego personelu załóg promów oraz zwiekszenieprzewozów w wyniku bardziej pewnych i wyzszych predkosci przewozowych (skrócenie cykluprzewozowego). Jak na razie, wykorzystanie szybkich promów jest ograniczone do stosunkowokrótkich tras, najczesciej na obszarach mórz zamknietych i to w warunkach spokojnego morza.

Długosc najwiekszych trimaranów jest zblizona do długosci lotniskowca i wynosi 230 m.Ich mozliwosci przewozowe to 1500 pasazerów, oraz 242 samochody osobowe i 10 autoka-rów. Trimarany BGV charakteryzuja sie duza dzielnoscia morska, dzieki której mozliwe stajesie uzyskanie znacznej predkosci rejsowej równiez w warunkach wysokiej fali morza wzburzo-nego. Pedniki strugowodne pozwalaja zapewnic odpowiednia wartosc wskaznika mocy napedugłównego do ciezaru statku, przy której mozliwe jest uzyskanie predkosci do 65 wezłów (około120 km/h), czyli prawie o 20 wezłów wiecej od obecnie spotykanych szybkich promów o ka-dłubie katamaranu (np. promy HSS klasy 1500).

Unikalny kształt jednostki BGV, sprzyjajacy powstawaniustosunkowo małych sił oporuprzy jednoczesnie minimalnym kołysaniu wzdłuznym i bocznym, powoduje potrzebe odpo-wiedniego podejscia jednostki do cumowania. Proponowane rozwiazania sajednak nisko kosz-towe i zezwalaja na utrzymanie uzytkowania tych nabrzezy równiez przez statki innego rodzaju(Rys.11).

Koncepcja Via Mare Balticum — prognoza dla Bałtyku Południowego

Zdaniem niemiecko-dunskiego przedsiebiorstwa promowegoScandlineszegluga promowaprzyszłosci musi sie opierac na sieci tzw. „błekitnych autostrad” przez Bałtyk. PracownicyScandlinesopracowali w tym celu koncepcje nowej zeglugi promowej, nazwanaVia Mare Bal-ticum [5]. Zgodnie z ta koncepcja, bardzo wazna zmiana, zauwa˙zalna juz na statkach typuPost-Estonia, jest umieszczenie wjazdu na główny pokład nawyzszym poziomie (dotyczy tozarówno furt dziobowych, jak i rufowych, Rys.12).

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 10

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

Promy klasy Post-Estonia powstały w odpowiedzi na tragiczne w skutkach katastrofy takichpromów, jak m.in.:

• MS Herald of Enterprise(Ro-Pax), 6 marca 1987, 193 ofiarysmiertelne,

• MS Estonia(Ro-Pax), 27/28 wrzesnia 1994, 852 ofiarysmiertelne.

W zwiazku z najnowszymi przepisami bezpieczenstwa, dla wiekszosci statków typu Ro-Roi Ro-Pax wysokosc progu ma wzrosnac z 1,5÷2,5 m do 3m, a w niedalekiej przyszłosci nawetdo 4 m, oczywiscie przy stanie pełnego załadowania. Bedzie to wymagało stworzenia wyzszychnabrzezy, siegajacych poziomu 5 m powyzej zwierciadławody. W konsekwencji koniecznymbedzie wydłuzenie strefy działania urzadzen odbojowych znacznie powyzej poziomu wody.

Chro nmy „płaczace” drzewa kauczukowca

Gospodarka rabunkowa tropikalnych lasów Ameryki Południowej (głównie w Amazonii),Ameryki Srodkowej oraz Azji Południowo-Wschodniej postepuje nieustannie. Chodzi tu przedewszystkim o bardzo intensywne pozyskiwanie soku mlecznego(zywicy, lateksu) z drzewkauczukowca rosnacych w warunkach naturalnych. Kauczukowce wydzielaja najwiecej sokumlecznego wczesnym rankiem, kiedy to zbieracze robia ukosne naciecie w połowie pnia. Kazdyz pracowników w ciagu trzech godzin nacina około 300 drzew,a nastepnie wraca, aby zebracpozyskany w tym czasie lateks. Przez około dwa tygodnie na tych samych drzewach wyko-nuje sie kolejne naciecia ciagle z tej samej strony pnia,ale za kazdym razem odrobine nizej.Po upływie około 3 lat przystepuje sie do nacinania kory poprzeciwnej stronie pnia. Drzewakauczukowca, ze wzgledu na sposób pozyskiwania soku mlecznego, nazywane sa czesto „pła-czacymi drzewami” (ang.crying trees, Rys.13(a)). Po dodaniu odpowiednich stabilizatorówdo soku mlecznego otrzymuje sie kauczuk naturalny, który nastepnie podlega oczyszczaniu,a potem wyciskaniu i suszeniu (Rys.13(b)). W wyniku procesu wulkanizacji kauczuku natu-ralnego produkowana jest guma naturalna, z której to m.in. wytwarzane sa morskie urzadzeniaodbojowe.

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 11

(a) (b)

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

Istnieja co prawda specjalne plantacje roslin kauczukodajnych, to jednak nie sa one w staniepokryc swiatowego zapotrzebowania na ten surowiec. Dlatego na szczególna uznanie zasługujawszelkie próby stosowania zamienników kauczuku naturalnego, w postaci np. kauczuku synte-tycznego, czy tez poliuretanu, do produkcji róznych wyrobów gumo-podobnych, w tym takzeelementów sprezyscie odkształcalnych w morskich urzadzeniach odbojowych. W tym miejscunalezy z satysfakcja odnotowac działalnosc rodzimego przedsiebiorstwa ZPTS Milanówek, ma-jacego w swej ofercie produkcyjnej szeroka game morskich urzadzen odbojowych, w którychelementy czynne wykonywane sa z tzw. lanego poliuretanu (Rys.14) [13].

Rys. 14. Poliuretanowe odbojnice modułowe ZPTS Milanówek zainstalowane na nabrzezu (elementypoliuretanowe maja tu charakterystyczne zółtawo-pomaranczowe zabarwienie) [13]

URZADZENIA CUMOWNICZO-ODBOJOWE

Przez tysiace lat tradycyjna praktyka cumowania statków za pomoca lin pozostała niezmie-niona. Nawet na dzisiejszym wysoce konkurencyjnym rynku transportowym z dziesiatkamitysiecy statków, obsługujacych potezny handel miedzynarodowy towarami masowymi i kon-

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 12

sumenckimi, metody cumowania pozostały w duzej mierze niezmienne od czasów, gdy pierwsizeglarze zaryzykowali wyjscie w morze. Jednak w celu obnizenia zatrudnienia do minimum,tak na pokładzie statku jak i w porcie, coraz wieksza popularnosc w intensywnie eksploatowa-nych terminalach promowych zdobywaja urzadzenia do cumowania automatycznego, eliminu-jac w ten sposób koniecznosc istnienia tzw. załóg cumowniczych i czyniac proces cumowaniabezpieczny dla człowieka. Trzeba jednak pamietac, ze tego rodzaju nowoczesne i na razie dosckosztowne rozwiazania sa ekonomicznie uzasadnione tylko w portach o duzych kosztach robo-cizny, tak jak ma to miejsce w krajach skandynawskich i Europy Zachodniej.

Jedno z takich rozwiazan zaproponowała szwedzka firmaTTS Port Equipment AB, któraprojektuje, konstruuje i instaluje mechaniczne systemy automatycznego cumowania do ob-sługi promów kolejowych oraz szybkich promów pasazerskich i pasazersko-samochodowycho kształcie katamaranu. System automatycznego cumowania składa sie z stalowej konstrukcjiszkieletowej przytwierdzonej do nabrzeza, wewnatrz której porusza sie pionowo wózek z pier-scieniem cumowniczym. Po dobiciu statku do nabrzeza i dokładnym jego pozycjonowaniu,opuszczany pierscien nachodzi na specjalny bolec, zainstalowany we wnece burty cumowanegostatku. Układ siłowników hydraulicznych zapewnia odpowiednia siłe cumownicza i jest w sta-nie przejac obciazenie poprzeczne o wartosci do 1000 kN, co czyni ten system najwiekszym naswiecie pod wzgledem nosnosci (Rys.15).

Rys. 15. System automatycznego cumowania zainstalowany na jednym znabrzezy kolejowych w porciew Trelleborgu w Szwecji

Automatyczne systemy cumownicze, a w niedalekiej przyszłosci cumowniczo-odbojowe,zaprojektowane w celu szybkiego (<12 s) mocowania i natychmiastowego zwalniania statkuprzy nabrzezu, oferuja znaczne korzysci w kategoriach bezpieczenstwa, ekonomii isrodowi-ska. Ryzyko zranienia pracowników załóg cumowniczych, tych na pokładzie statku i tychna nabrzezu, uczestniczacych w operacjach cumowania i odcumowywania statków, zostajew ten sposób całkowicie wyeliminowane (automatyczne systemy cumownicze wymagaja zwy-kle tylko jednoosobowej obsługi).

Opisany powyzej nowoczesny system jest wyłacznie systemem cumowniczym i w celuprzeprowadzenia całej operacji dobijania i przycumowaniastatku musi współpracowac z trady-cyjnym systemem odbojowym, składajacym sie z szeregu tradycyjnych urzadzen odbojowych

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 13

zainstalowanych w linii cumowniczej nabrzeza. Istniejajednak rozwiazania, pozostajace jesz-cze w sferze prób, dazace do stworzenia uniwersalnego systemu odbojowo-cumowniczego,łaczacego w sobie funkcje odbojowa i cumownicza.

System automatycznego cumowania prózniowego MoorMaster

Zupełnie inne pod wzgledem zasady działania rozwiazaniezaproponowała nowozelandzkafirmaMooring Systems Limited(MSL), specjalizujaca sie w produkcji rewolucyjnych systemówautomatycznego cumowania prózniowego. System ten zastosowano na szeroka skale w NowejZelandii i Australii, natomiast w Europie po raz pierwszy w porcie Dover.

System automatycznego cumowaniaMoorMaster moze byc zainstalowany na nabrzezu(tzw. system ladowy), jak i statku (tzw. system burtowy). Charakterystyka pracy systemui jego podatnosc sa zblizone do warunków pracy tradycyjnego cumowania linowego. Jednakzamiast lin urzadzenie wykorzystuje tzw. panele prózniowe (poduszki) dla zapewnienia po-łaczenia cumowniczego (Rys.16). Kazdy stalowy panel jest otoczony elastycznym grubymkołnierzem w postaci gumowej uszczelki i działa na zasadzieprzyssawki dzieki prózni wytwa-rzanej w obszarze ograniczonym powierzchnia panelu, uszczelka i powierzchnia burty statku.W ten sposób system prózniowy wytwarza mierzalna siłe cumownicza, zapewniajac fizycznepołaczenie pomiedzy statkiem i nabrzezem. Przy wyłaczonym systemie powierzchnie czołowepaneli prózniowych pozostaja poza linia maksymalnego sprezystego ugiecia tradycyjnego sys-temu odbojowego zainstalowanego na nabrzezu. W wyniku aktywacji systemu prózniowegopanele prózniowe sa wysuwane w kierunku burty statku i prózniowe połaczenie cumowniczejest uzyskiwane praktycznie w ciagu kilku sekund.

Rys. 16. System automatycznego cumowaniaMoorMasterw wersji nabrzezowej

Projektowe nosnosci urzadzen MoorMasterwahaja sie od 400 kN do 800 kN. Sa przezna-czone głównie dla statków Ro-Ro o długosci od 70 do 250 m. Liczba urzadzen wymaganych do

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 14

bezpiecznego cumowania statku zalezy od pola powierzchninawiewu i warunków pogodowych.W wiekszosci przypadków jest wymaganych od 2 do 6 jednostek dla cumowania pojedynczegostatku przy nabrzezu. Urzadzenie ma mozliwosc poruszania panelami prózniowymi w kierun-kach poziomym oraz pionowym i moze stawiac czoło wahaniom pływowym nawet do 10 moraz gwałtownej fali powodujacej pionowe ruchy dziobu i rufy statku o predkosci dochodzacejdo 1 m/s.

W swej nowszej odmianie systemMoormastermoze byc instalowany na pionowejscianienabrzeza, uwalniajac sie tym samym od wpływu bliskosci wszystkich powierzchni przeła-dunkowych na nabrzezu. Co istotne, tego rodzaju instalacje na nabrzezach kontenerowych,masowych i drobnicowych nie powoduja zadnego zakłócaniaprac przeładunkowych.

Obecnie kazda z wersji opisanego systemu cumowniczegoMoorMastermusi współpraco-wac z układem tradycyjnych urzadzen odbojowych. Trwaja jednak szeroko zakrojone pracebadawczo-wdrozeniowe nad dualnym systemem odbojowo-cumowniczym, w którym systemMoorMasterbyłby w stanie pełnic równiez funkcje odbojowa przez odpowiednie tłumienieenergii kinetycznej dobijajacego statku w siłownikach hydraulicznych paneli odbojowo-cumow-niczych. Takie rozwiazanie pozwoliłoby oczywiscie na wyeliminowanie tradycyjnego systemuodbojowego na nabrzezu.

System HiLoad DP dokowania pełnomorskiego

Z operacja podchodzenia jednostki pływajacej do cumowania mamy do czynienia głównie naobszarach portowych i stoczniowych. Jednak ciagle rozwijane i intensyfikowane pełnomorskiegórnictwo naftowe wymaga prowadzenia prac przeładunkowych na pełnym morzu, a to z koleipowoduje koniecznosc istnienia odpowiednich sposobów podejscia zbiornikowca do drugiegozbiornikowca (tzw. cumowanie w tandemie) lub do pławy cumowniczo-przeładunkowej.

Obecnie najnowoczesniejszym rozwiazaniem jest prototypowa jednostka pływajaca Hi-Load DP, pozwalajaca na bezpieczny załadunek ropy naftowej i gazuziemnego z morskichplatform wydobywczych i wydobywczo-magazynowych lub jednostek pływajacych typu FSO(ang.Floating Storage and Offloading System– pływajacy system magazynowy i przeładun-kowy) i FSPO (ang.Floating Production Storage and Offloading System– pływajacy systemwydobywczy, magazynowy i przeładunkowy) na zbiornikowce,opracowana przez norweskafirme Remora ASA i skonstruowana przez norweska firme Aibel AS. W budowie tej unikalnejkonstrukcji uczestniczyła takze Morska Stocznia Remontowa S.A. zeSwinoujscia. Jednostkazostała zwodowana na poczatku 2009 roku i pracuje w sektorze norweskim Morza Północnego[9].

HiLoad DP to pełnomorska jednostka pływajaca, wyposazona w układ dynamicznej sta-bilizacji pozycji (potocznie nazywany układem dynamicznego pozycjonowana), o przekrojupoprzecznym kadłuba w kształcie litery L (Rys.17). Składa sie ona z kadłuba wypornosciowegooraz dwóch smukłych wiez po obu stronach czesci rufowej kadłuba. Na górnej powierzchni po-kładu jednostki znajduje sie tarciowy system połaczeniowy, dzieki któremu jednostka mozepołaczyc sie z dolna powierzchnia kadłuba zbiornikowca. Wymiary powierzchni pokładu za-pewniaja prawie 500 m2 powierzchni tarciowej, co umozliwia wytworzenie siły połaczeniatarciowego o wartosci 60 tys. kN [12].

Gietki przewód załadowczy, biegnacy z podwodnej instalacji wydobywczej, pływajacej in-stalacji produkcyjno-magazynowej (FSPO), lub platformy morskiej, jest na stałe połaczonyz jednostka cumowniczo-załadunkowaHiLoad DP. Koncowa sekcje układu załadunkowego sta-nowi nawiniety na duza stalowa szpule przewód, który po połaczeniu jednostki ze zbiornikow-cem, jest nastepnie odwijany i łaczony z kolektorem zbiornikowca. System zapewnia mozliwosc

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 15

Rys. 17. JednostkaHiLoad DP przeznaczona do dokowania pełnomorskiego zbiornikowców isuper-zbiornikowców (VLCC, ang.Very Large Crude Carrier)

obrotu zbiornikowca o 360◦. Zbiornikowiec moze dokowac do jednostki cumowniczo-załadun-kowejHiLoad DPprzy wysokosci fali znacznej siegajacej 4,5 m [12].

Oczywiste wydaje sie nazwanie systemuHiLoad DP systemem dokowania, a nie syste-mem cumowniczym, ze wzgledu na brak wykorzystania jakichkolwiek ciegien cumowniczychpodczas operacji połaczenia zbiornikowca z jednostkaHiLoad DP. Poza funkcja dokowaniajednostkaHiLoad DPspełnia takze funkcje odbojowa i to dwojakiego rodzaju.Po pierwsze jed-nostka jest wyposazona w dwa klasyczne urzadzenia odbojowe, widoczne na obu pionowychwiezach, zapobiegajace uszkodzeniu kadłuba zbiornikowca oraz kadłuba jednostkiHiLoad DPw trakcie operacji dokowania. Ich potencjał pochłaniania energii kinetycznej statku nie musijednak byc az tak duzy, jak ma to miejsce w odbojnicach nabrzezowych. Dzieje sie tak dla-tego, gdyz własciwa funkcja odbojowa jednostkiHiLoad DP jest gwarantowana odpowiedniasztywnoscia jej klasycznego układu kotwiczenia za pomoca układuciegien kotwicznych.

Zastosowanie jednostkiHiLoad DPpowoduje obnizenie kosztów eksploatacyjnych, w sto-sunku do tradycyjnych rozwiazan alternatywnych (np. cumowanie w tandemie lub do boicumowniczo-przeładunkowej typu, CALM), poprzez wyeliminowanie asysty holowników i stat-ków pomocniczych, mogacych pracowac wyłacznie za dnia i przy wysokosci fali do 1,5÷2,0m. Dalsze obnizenie kosztów operacji cumowniczych spowodowane jest brakiem koniecznoscikorzystania z tradycyjnego systemu kotwiczenia zbiornikowca z uzyciem ciegien kotwicznych.SystemHiLoad DB moze pracowac bez przerwy cała dobe i jego zastosowanie nie wymagawprowadzania zadnych modyfikacji w konstrukcji zbiornikowców, czy tez FSPO. Prawdo-podobnie najwieksza korzyscia zastosowaniaHiLoad DP jest znaczna poprawa regularnosciimportu/eksportu (rozładunku/załadunku) medium transportowanego zbiornikowcami. Systemjest takze całkowicie uniezalezniony od głebokosci wody, co czyni go wyjatkowo atrakcyjnymi przydatnym do prowadzenia prac na obszarach głebokowodnych. System ten eliminuje takzekoniecznosc wyposazania zbiornikowców w układy dynamicznego pozycjonowania.

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 16

PODSUMOWANIE

W czesci drugiej artykułu, poswieconego urzadzeniom odbojowym stosowanym w budow-nictwie morskim, przedstawiono kilka przykładów,swiadczacych dobitnie o aktualnych tren-dach rozwojowych tej dziedziny inzynierii morskiej. Omówiono wpływ pierwotnego cyklusciskania oraz tempa deformacji sprezystej na prace morskich odbojnic, scharakteryzowanonowoczesne urzadzenia odbojowe: odbojnice pneumatyczne, pływajace odbojnice piankowe,przesuwno-obrotowy system odbojowy. Przedstawiono urzadzenie do laserowego pomiarupredkosci statku podchodzacego do linii cumowniczej, a takze pokazano w zarysie przyszło-sciowy układ odbojowy proponowany do obsługi nowoczesnychpromów o kadłubie trimaranu.Zasygnalizowano istnienie koncepcjiVia Mare Balticumi wynikajacej z niej prognozy dlaportów Bałtyku Południowego, dotyczacej koniecznych zmian umiejscowienia urzadzen od-bojowych na nabrzezach terminali promowych. Wskazano takze na potrzebe poszukiwaniarozwiazan alternatywnych w sferze materiałów do produkcji morskichodbojnic, czego przy-kładem sa odbojnice wykonane z tzw. lanego poliuretanu. Nakoncu przedstawiono zaletywyrafinowanego automatycznego systemu cumowania prózniowego oraz pełnomorskiego sys-temu dokowania zbiornikowców.

PODZIEKOWANIE

Inspiracja do napisania powyzszego artykułu był referatpt. „Morskie urzadzenia odbojowe(projektowanie, nowoczesne rozwiazania)”, wygłoszony przez autora na „Bałtyckim Salo-nie Gospodarki Morskiej — Morskie systemy odbojowe” (Miedzynarodowe Targi GdanskieS.A., Gdansk, 23 czerwca 2010). Autor artykułu składa podziekowanie Panu Witoldowi Topol-skiemu, Dyrektorowi NaczelnemuZPTS Poliuretanyza zamówienie oraz sponsoring referatu.

LITERATURA

[1] Magda W.: Absorpcja energii kinetycznej statku przez urzadzenie odbojowe nabrzeza.Inzynieria Morska i Geotechnika, nr 5/2006, str. 306–311.

[2] Magda W., Sikora Z.: Przyczynek do projektowania morskich urzadzen odbojowych.Inzynieria Morska i Geotechnika, nr 3/2009, str. 201–209.

[3] Magda W.: Morskie urzadzenia odbojowe. Cz. I: kilka uwag o projektowaniu.InzynieriaMorska i Geotechnika, nr 6/2010, str. 742–753.

[4] Vasco Costa F.: The berthing ship. The effect of impact onthe design of fenders and otherstructures,The Dock & Harbour Authority; Part I: May 1964, str. 22–26; Part II: June1964, str. 49–52; Part III: July 1964, str. 90–94.

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

[6] Design of Fender Systems, Working Group on Fender System Design, Japanese NationalSection of PIANC, March 1980.

[7] On the safe side. Products, katalog firmyFenderTeam GmbH, Hamburg.[8] Guidelines for the Design of Fender Systems: 2002, Report of Working Group 33 of

the Maritime Navigation Commission, International Navigation Association, Brussels,Belgium, 2002.

[9] HiLoad DP no. 1 leaves yard.Offshore, March 20, 2009.[10] Marine Fendering Systems, katalog firmyFentek Marine Systems GmbH, Trelleborg En-

gineering Systems, 2001.

artykuł opublikowany wInzynierii Morskiej i Geotechnice, nr 3/2011, str. 201–212 17

[11] New Selection of Fender. The New Answer for Approaching Right Fender, katalog firmySumitomo, Ref. No. MF-410, Sumitomo Rubber Industries, Ltd, Kobe, Japan.

[12] Offloading technique offers improved uptime in all water depths.Offshore, April 1, 2007.[13] www.zpts.pl, katalogZakład Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych (ZPTS)w Milanówku.