پنجشنبه 30 شهریور 1396  09:30 ق.ظ    ویرایش: چهارشنبه 29 شهریور 1396 03:15 ب.ظ


آیا تا به حال یک کشتی غرق شده دیده اید؟ مطمئنم که دیده اید. امروزه فیلم های سینمایی و اخبار تلویزیونی می توانند صحنه هایی از کشتی هایی درحال بلیعده شدن توسط آب را نشان دهند. فیلم تایتانیک، یکی از بهترین صحنه های غرق شدن یک کشتی را به تصویر می کشد. اگر شما این فیلم را تماشا نکرده اید، ممکن است برخی نکات جالب را از دست بدهید.


 

با این حال، این مطلب درباره فرو رفتن کشتی  و غرق شدن آن نیست. در این مطلب، ما می خواهیم در مورد پدیده ای با عنوان "اثر سطحی آزاد" صحبت کنیم. این امر با ثبات یک کشتی ارتباط زیادی دارد. یک کشتی که در آب زیادی غوطه ور است نیز چنین پدیده ای را تجربه می کند که باعث می شود ناپایدار شود. بخشی از مطالعات مهندسی دریایی(طراحی و ساخت) با ثبات کشتی در ارتباط است.

 

تانکر ها یا کشتی هایی که محموله مایع را حمل می کنند باید بگونه ایی طراحی شوند تا تاثیرات سطح مایع آزاد را به حداقل برسانند. آب توازن، سوخت، آب شیرین، روغن و دیگر مایعات حمل شده در کشتی می تواند به اثر سطح آزاد کمک کند.

تصویر زیر نشان دهنده برش عرضی از وسط یک کشتی تانکر است. اگر نیرویی وجود داشته باشد که یک کشتی را به یک سمت بچرخاند، متوجه خواهید شد که چطور مایع موجود در مخزن تغییر سطح داده و تمایل دارد بیشتر به طرف چرخش حرکت کند.


 


مرکز گرانش روغن در مخزن نیز تغییر خواهد کرد. اگر کشتی دارای قابلیت شناوری کافی باشد، قادر است تا خود را درست کند. و به حالت ایستاده بازگردد.

 با این حال، اگر شیب بیش از حد بزرگ باشد، تغییر در مرکز گرانش روغن ممکن است خیلی بزرگ شود. به جای بازگرداندن کشتی به حالت راست، نیروی شناور در کشتی حتی ممکن است کشتی را در همان جهت شیب بچرخاند و کشتی سرنگون شود.

 برای به حداقل رساندن اثر سطح آزاد چه می توان انجام داد؟

کشتی بگونه ایی طراحی می شود  که به جای یک مخزن بزرگ، مخازن متعددی وجود دارد. با وجود اینکه همان مقدار مایع حمل می شود، مطابق تصویر زیر متوجه خواهید شد که روغن چگونه رفتار می کند. مرکز ثقل هر مخزن  نیز تغییر خواهد کرد، اما مجموع تغییرات نقاط ثقل، مرکز ثقل کشتی را تغییر نمی دهد که به طور قابل توجهی همانند قبل است.



 راه دیگر برای به حداقل رساندن اثر سطح آزاد، بارگیری کردن مخازن به شکل کاملا پر(لب به لب) می باشد. در این حالت، مایع به با آزادی کمتری حرکت می کند. کنترل این روش ممکن است برای مخازن حمل مواد مصرفی مانند روغن سوخت، آب خانگی و آب آشامیدنی کمی سخت شو زیرا این مواد بطور مداوم مصرف شده و سطح مایع در آنها کاهش می یابد.

 شکل مخازن را نیز می توان متناسب جهت ایجاد تعادل در کشتی ساخت، اما در اغلب موارد کشتی ها برای حداکثر ظرفیت ذخیره سازی ساخته شده اند وبرای این شکل مقطع مستطیلی بیشتر امکان پذیر است.

 

مخازن در یک کشتی تانکر بصورت محفظه هایی جدا از هم  به این منظور ساخته می شوند. مخازن کنار نیز برای حفاظت کشتی از ورود آب در زمان خسارت وارد شدن به بدنه می باشد.


   


نظرات()  
چهارشنبه 29 شهریور 1396  12:06 ب.ظ    ویرایش: چهارشنبه 29 شهریور 1396 12:12 ب.ظ

تانكرهای بسیار بزرك حمل كننده نفت خام ((VLCC سنتی از آب توازن در دوبخش عملیاتی مختلف استفاده می كنند. درمسیرهایی كه كشتی بدون بار حركت می كند از آب توازن جهت فرو رفتن كامل پروانه( برای اینكه خارج بودن پروانه باعث اتلاف انرژی شده و از سرعت كشتی می كاهد) و همچنین دستیابی به آبخور مناسب در جلو كشتی جهت جلوگیری از برخورد جلوی كشتی به كف دریا (Slamming) استفاده می شود. در طول عملیات كالا، آب توازن جهت كاهش گشتاور خمشی و ایجاد تعادل و جلوگیری از خم شدن به طرفین در اثر نیروهای وارد شده داخلی بكار می رود.

عملیات متعادل سازی (ballast) یا آب توازن تانكرها دو اثر نامطلوب دارد: آب توازن پمپ شده از دریا به درون تانك های توازن در بردارنده موجوداتی از اكوسیستم محل مزبور(بندر اول) است كه با انتقال یافتن آنها از طریق بارگیری و تخلیه تانكهای توازن در اكوسیستم های بیگانه (بندر دوم) این موجودات می توانند باعث نابودی و تغییرات در آن اكوسیستم شوند،  بعلاوه حمل آب توازن نیازمند مصرف سوخت بیشتر است.


  ساختار بدنه بی نیاز از آب توازن


برای داشتن تانكرهای بسیار بزرك حمل كننده نفت خام بدون نیاز به آب توازن، بعضی تغییرات اساسی در شكل بدنه باید صورت بگیرد. یك تانكر بسیار بزرك حمل كننده نفت خام سنتی با ظرفیت 300 هزار DWT در شرایط سبك بودن بطور معمول با متوسط آبخور 3 الی 4 متر و دماغه و پروانه تقریبا خارج از آب شناور خواهد بود. جهت افزایش آبخور كشتی در شرایط سبك، بدنه كشتی باید بیشتر از حد معمول به شكل حرف وی انگلیسی یا عدد هفت فارسی باشد. كشتی مورد نظر ما برای حمل مقدار مشخصی كالا طراحی شده است و هدف اصلی در طول مرحله طراحی بدنه حداقل سازی مقاومت و بهینه سازی شرایط پروانه (پیشرانه) می باشد.


 

مقاومت كشتی بطورمعمول به مقاومت ایجاد شده توسط امواج و چسبندگی( سطح تماس آب با بدنه كه موجب ایجاد اصطكاك و مقاومت حركتی می شود) تقسیم می شود. مقاومت ایجاد شده توسط موج در هنگام افزایش سرعت اهمیت می یابد. تانكرهای بسیار بزرك حمل كننده نفت خام رایج معمولا با سرعت های متوسط حركت می كنند و مقاومت در این نوع كشتی ها بیشتر متاثر از اثرات چسبندگی است. اثر چسبندگی بطور نسبی به میزان سطح بدنه در تماس با آب كشتی و شكل آن وابسته است كه اینها خود به شكل هندسی بدنه مربوط می شود. تمركز اصلی ما روی حداقل سازی میزان كل تماس در سطح بدنه با آب در شرایط پر یا خالی بودن كشتی می باشد.

طرح جدید Trilalty تقریبا زمان مشابهی را در شرایط تخلیه و بارگیری خواهد گرفت كه در نتیجه با روش مرسوم یكسان خواهد بود و مقاومت كلی را در كل سفر بهینه خواهد كرد. یك بدنه جعبه شكل پارامتری به منظور حداقل سازی سطح در تماس با آب برای جابجایی مورد نیاز ساخته شد. پارامترهایی كه در ادامه می آید ممكن است برای بخش های زیر آبی كشتی متفاوت باشد:

آبخور

پهنای تیر اصلی كشتی (KEEL)

عرض كشتی

ارتفاع كشتی

طول كشتی

این پارامترها می تواند بر روی كشتی و عوامل دخیل دیگر اثر بگذارند. طیف گسترده ایی از پارامترها به منظور یافتن كمترین سطح در تماس با آب مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند.


مقاومت چسبندگی برآورد شده


محاسبه دینامیك سیال(Computational Fluid Dynamics= CFD) یك گزینه مناسب با قابلیت پیش بینی دقیق می باشد كه با مدل آزمون شده(Scaled model) برابری می كند. در بسیاری از موارد، شبیه سازی های عددی، نتایج بهتری را نسبت به مخزن شبیه سازی (towing tank)  از نظر دقت نشان می دهد. شبیه سازی دارای مزایای قابل توجهی از نقطه نظر هزینه و انعطاف می باشد و همچنین انجام شبیه سازی های عددی نسبت به تجربی زمان بسیار كمتری می گیرد.

با استفاده از ابزارهای CFD، ما می توانیم مقاومت چسبندگی سطحی را در طرح جدید با بسیاری از طرح های قدیمی مقایسه كنیم. تمركز بر روی بهینه سازی میدان های فشار در محدوده های دماغه و عقب كشتی می باشد. ناحیه های پرفشار در محدوده دماغه و ناحیه های كم فشار در محدوده عقب كشتی یك عامل كمك كننده به شكل دهی نامطلوب در بدنه است كه باید از آن اجتناب كرد. تكرار چندباره طراحی مجدد و تجزیه و تحلیل های CFD موجب شكل گیری شكل نهایی بدنه می شود.


نیروی رانشی


طول قطر بهینه شده و پروانه های دوقلو داشتن آبخور كم را در عقب كشتی در شرایط بدون بار ممكن می سازد. همچنین، كارایی بالای حركتی بوسیله هم پوشانی پروانه ها ممكن می شود.

دنباله كشتی(ردی كه از حركت كشتی بر آب باقی می ماند) بوسیله اصطكاك بین بدنه كشتی و آب احاطه كننده آن ایجاد می شود كه تمركز آن نزدیك خط مركزی (مشابه طراحی كشتی های قدیمی تك پروانه) می باشد.


 

این مسئله نشان دهنده اتلاف انرژی است كه تا حدودی توسط پروانه ها جبران می شود همانطور كه هر دوی آنها به تسریع حركت كشتی كمك خواهند كرد.

بعلاوه، هر دو پروانه جهت چرخش یكسانی دارند و این هم پوشانی به كاهش اتلاف انرژی چرخشی در مقایسه با یك پروانه در كشتی های مرسوم كمك خواهد كرد.  


قدرت حركت


برآورد نیروی رانشی مبتنی بر مقاومت و تجزیه و تحلیل پروانه است. مقایسه بین Triality و یك تانكر معمولی نشان می دهد:تانكر معمولی در شرایط بارگیری شده نیاز به نیروی محركه كمتری دارد در حالیكه Triality مزیت های بالقوه خود را در شرایط بدون بار و خالی بودن نشان می دهد.


ساختار تانك بدون آب توازن


یك معیار مهم در طراحی جدید این است كه باید كشتی قادر به اجرای عملیات كالا بدون نیاز به آب توازن با استفاده از زیر ساخت های موجود و بر طبق قوانین و مقررات حاكم باشد.

یك كشتی تانكر معمولی در حالی وارد بندر بارگیری می شود كه كلیه تانكهای توازن آن پر از آب می باشد و این آب توازن در هنگام بارگیری و متناسب با آن جهت اجتناب از گشتاور خمشی، خم شدن به طرفین در اثر نیروهای وارد شده داخلی و خارجی و حفظ تعادل در طول عملیات مربوط به كالا تخلیه می گردد.

از آنجایی كه Triality هیچگونه آب توازنی با خود حمل نمی كند، ساختار و پیكره داخلی كشتی باید بگونه ایی باشد كه بطور مستقل از ایجاد گشتاور خمشی بالا و خم شدن به طرفین در اثر نیروهای وارد شده داخلی جلوگیری كند و تعادلش را حفظ نماید.

راه حل این موضوع در تقسیم بندی فضای كالا به پنج بخش طولی شامل یك تانك مركزی، دو تانك میانی( در وسط) و دو تانك در كناره ها برای كالاها می باشد. این تقسیم بندی با داشتن چهار دیواره جداكننده(Bulk Head) بجای دو دیواره جداكننده كه در كشتی های معمولی مرسوم است ممكن می شود.



گشتاور خمشی طولی


با تخلیه و بارگیری كردن بخش های مخصوص كالا در سرتاسر طول كشتی، هیچگونه نیروی گشتاور خمشی در اثر نامساوی بودن وزن كالا در طول كشتی ایجاد نمی شود.

طرح Triality به لوله های پمپ كننده ای مجهز خواهد شد كه توانایی پمپ كردن محموله به داخل و خارج را بطور همزمان در قسمتهای مختلف كشتی و در سرتاسر طول كشتی خواهند داشت.


برقراری تعادل (Trim) و كج شدن به یكسو در اثر نیروهای وارده داخلی( Heel )


به منظور جلوگیری از كج شدن زیاد كشتی در طول عملیات بارگیری و تخلیه، باید از ایجاد نیروی گشتاور تولید شده توسط كالا جلوگیری كرد. این نیروی گشتاور تولید شده را بوسیله قرار دادن دیواره های جداكننده طولی به منظور دادن گشتاور تعادلی در اطراف خط مركزی طولی به همه ی بخش های مجزا مهار می كنند.

گشتاور تعادلی نه تنها زمانیكه تانكهای كناری یا میانی در دو طرف كشتی بطور قرینه در حال پر شدن هستند بلكه زمانیكه یكی از تانكهای كناری در یك طرف و تانك میانی در طرف دیگر كشتی در حال پر شدن است، ایجاد می شود.

با بارگیری كالا در بخش های مخصوص كالا در سراسر طول كشتی، عدم توازن زیادی در حین عملیات كالا بوجود نمی آید.


بخش های مجزای كالا


طرز تقسیم بندی هر بخش در زیر آمده است:

بخش 1 – 55 درصد

بخش 2- 25 درصد

بخش 3- 20 درصد

یا

 بخش 1 – 55 درصد

بخش 2- 22.5 درصد

بخش 3- 22.5 درصد

در رابطه با بخش های مجزای كالا، بطور كلی Triality همانند حمل كنندهای نفت خام رایج بارگیری می شود و همزمان تعادل عرضی و طولی در حین بارگیری در سراسر طول كشتی حفظ می شود.  


   


نظرات()  

SeaTrade & Transport

زكات علم آموختن آن به دیگران است