NOMENCLATURA ŞI STRUCTURA CORPULUI NAVEI
Corpul navei sau coca navei const ă din două părţi esenţ iale şi anume: - o parte imers ă, adic ă scufundat ă în apă numită şi carenă; - o parte emers ă, adică situat ă deasupra nivelului apei.
SUPRAFA ŢĂ EMERSĂ
CARENĂ
dS dF=pdS
Carena suport ă în toate punctele sale presiunea. Asupra unei suprafe ţe elementare dS va acţiona pe direc ţ ia normală la aceast ă suprafaţă dinspre ap ă spre corpul navei o for ţă ţă de presiune dF=pdS, unde p este presiunea apei în punctul corespunzător suprafeţei elementare. Rezultanta tuturor acestor for ţe de presiune ce acţ ionează pe întreaga caren ă reprezint ă for ţa arhimedică, for ţa ce echilibreaz ă greutatea navei. Suprafaţa emersă asigur ă navei o rezerv ă de flotabilitate, datorit ă căreia nava va continua s ă plutească chiar dacă i se adaug ă greutăţi suplimentare sau dacă acţ ionează cauze externe asupra navei care tind s ă-i modifice starea anterioar ă de echilibru. Pentru ca nava s ă poată naviga în siguran ţă, chiar şi atunci când marea este agitată, rezerva de flotabilitate va trebui s ă aibă o valoare suficient de ridicat ă. Un bord liber suficient de mare este de dorit şi datorită faptului că echipajul trebuie s ă poat ă lucra pe punte în condi ţii de siguranţă chiar când marea este agitat ă. Corpul navei trebuie s ă fie suficient de rezistent, pentru a putea suporta toate solicit ările la care este supus în timpul exploat ării. Nava trebuie s ă dispună de o instala ţie de propulsie (exist ă şi nave care nu dispun de instala ţ ie de propulsie proprie), de o instala ţie de guvernare, de instala ţ ie de ancorare, de diferite instala ţ ii, aparate, mecanisme etc., care servesc la manevrele din port şi din timpul navigaţ iei sau pentru scopuri de siguran ţă şi de salvare. Nava trebuie s ă dispună şi de mijloace şi instalaţii de încărcare – descărcare a mărfurilor pe care le transport ă, de amenaj ări pentru echipaj şi pentru pasageri, de dot ări de rezervă (piese de schimb etc.). 1
Clasificarea navelor comerciale din punct de vedere al destina ţ iei iei
- Platforme de foraj - Nave de aprovizionare a platformelor de foraj - Nave de salvare
- Traulere - Baleniere - Nave de prelucrarea peştelui
Petrol
Peşte
Nave care operează în larg (offshore work) - Cargouri de mărfuri generale - Cargouri de cherestea - Portcontainere - Nave frigorifice Solide - Nave bulk (mineraliere, cerealiere) - Pacheboturi - Nave mixte pentru transportul mărfurilor şi al pasagerilor - Roll – on/Roll - off
Nave militare
Nave comerciale
Nave de servitute (cu destinaţie specială)
- Nave de suport logistic - Portavioane - Submarine - Fregate - Corvete - Vânătoare de mine - Puitoare de mine - Distrugătoare - Vânătoare de submarine
Lichide
- Tancuri petroliere - Tancuri chimice - LPG (Liquid Petroleum) - LNG (Liquid Natural Gas)
Tonajul navelor
- Remorchere - Împingătoare - Nave de salvare - Nave de stins incendiu - Spărgătoare de gheaţă - Nave hidrografice - Macarale plutitoare
În timpul exploat ării o navă comercială este obligat ă să staţioneze în porturi (în radă sau la cheuri), s ă treacă prin canale etc. În general, putem spune c ă în timpul exploat ării o navă comercială este obligat ă a se servi de anumite instala ţii, pentru a c ăror construcţie şi întreţinere se cheltuiesc sume importante. Este de la sine în ţeles că în schimbul utiliz ării unor astfel de instala ţ ii navale comerciale trebuie să plătească anumite taxe. Cuantumul acestor taxe se stabilesc în func ţ ie de a şa zisul tonaj al navei. Trebuie să menţ ionăm că tonajul nu este o m ăsur ă de greutate, ci o m ăsur ă de volum. Unitatea de m ăsur ă a tonajului navelor este tona registru, care corespunde volumului a 100 de picioare cubice engleze, volum egal cu 2,831 m 3. 2
Clasificarea navelor comerciale din punct de vedere al destina ţ iei iei
- Platforme de foraj - Nave de aprovizionare a platformelor de foraj - Nave de salvare
- Traulere - Baleniere - Nave de prelucrarea peştelui
Petrol
Peşte
Nave care operează în larg (offshore work) - Cargouri de mărfuri generale - Cargouri de cherestea - Portcontainere - Nave frigorifice Solide - Nave bulk (mineraliere, cerealiere) - Pacheboturi - Nave mixte pentru transportul mărfurilor şi al pasagerilor - Roll – on/Roll - off
Nave militare
Nave comerciale
Nave de servitute (cu destinaţie specială)
- Nave de suport logistic - Portavioane - Submarine - Fregate - Corvete - Vânătoare de mine - Puitoare de mine - Distrugătoare - Vânătoare de submarine
Lichide
- Tancuri petroliere - Tancuri chimice - LPG (Liquid Petroleum) - LNG (Liquid Natural Gas)
Tonajul navelor
- Remorchere - Împingătoare - Nave de salvare - Nave de stins incendiu - Spărgătoare de gheaţă - Nave hidrografice - Macarale plutitoare
În timpul exploat ării o navă comercială este obligat ă să staţioneze în porturi (în radă sau la cheuri), s ă treacă prin canale etc. În general, putem spune c ă în timpul exploat ării o navă comercială este obligat ă a se servi de anumite instala ţii, pentru a c ăror construcţie şi întreţinere se cheltuiesc sume importante. Este de la sine în ţeles că în schimbul utiliz ării unor astfel de instala ţ ii navale comerciale trebuie să plătească anumite taxe. Cuantumul acestor taxe se stabilesc în func ţ ie de a şa zisul tonaj al navei. Trebuie să menţ ionăm că tonajul nu este o m ăsur ă de greutate, ci o m ăsur ă de volum. Unitatea de m ăsur ă a tonajului navelor este tona registru, care corespunde volumului a 100 de picioare cubice engleze, volum egal cu 2,831 m 3. 2
Tonajul brut al navei reprezint ă volumul tuturor compartimentelor interioare închise ale navei, exprimat în tone registru. Men ţionăm că se consider ă închise acele compartimente al c ăror interior nu poate fi în comunica ţie cu marea. Dacă din volumul total închis al navei (adic ă din tonajul brut) se scad volumele acelor compartimente închise care nu sunt destinate transportului de marf ă, cum ar fi compartimentul de ma şini, cabinele echipajului etc., se ob ţine tonajul net. În rezumat, pentru a ob ţine tonajul brut al navei se determin ă volumele compartimentelor închise ale navei exprimate în m 3, se însumeaz ă, iar rezultatul se împarte la 2,831 m 3, obţinându-se tonajul brut al navei exprimat în tone registru (TR). Asemănător se procedeaz procedeaz ă pentru exprimarea tonajului net în TR. Registre de clasifica ţ ie ie
Cu scopul de a mic şora riscurile ce ar putea rezulta din cauza unor eventuale avarii sau pierderi ale navelor şi ale mărfurilor pe care le transport ă, companiile de naviga ţ ie, precum şi proprietarii de mărfuri, se adreseaz ă societ ăţilor de asigurare şi îşi asigur ă atât navele, cât şi mărfurile pe care le transportă. Societ ăţile de asigurare, înainte de a asigura o nav ă sau marfa pe care o transportă, trebuie s ă cunoască starea tehnică în care se g ăseşte nava şi aptitudinea ei de a transporta m ărfurile ce i se încredin ţează. În acest scop, societ ăţile de asigurare ar trebui s ă recurg ă la exper ţi competenţ i şi de încredere. Numai dup ă primirea referatelor unor astfel de exper ţi, întocmite dup ă o examinare amănunţ ită a navei, societ ăţile de asigurare ar putea s ă hotărască dacă accept ă să asigure nava şi mărfurile şi să stabilească respectivele cote de asigurare. De aici s-a n ăscut necesitatea necesitatea înfiinţării unor societ so cietăţi de clasifica ţie sau registre de clasifica ţ ie. Registrele de clasifica ţie sunt instituii organizate cu scopul de a fi în măsur ă să emit ă certificate care s ă confirme buna stare tehnic ă a navelor şi aptitudinile lor de a transporta m ărfuri. Organizarea Organizarea tehnică a registrelor este în linii generale urm ătoarea: Exist ă o direcţ ie a registrului, de care depind diferite birouri, aflate în porturile principale, în vecin ătatea şantierelor navale şi a uzinelor care construiesc maşini navale şi, în general, în vecin ătatea tuturor societ ăţilor comerciale care lucreaz ă pentru industria naval ă. În toate aceste birouri exist ă inspectori şi exper ţi navali care au rolul de a examina planuri, de a încerca materiale, ma şini şi aparate, de a vizita şi examina nave şi instalaţiile lor fie c ă este vorba de nave deja construite sau de nave în construcţie. Registrele au regulamente tehnice care con ţin reguli pentru încercarea materialelor ce se întrebuin ţează la construc ţia navelor şi ma şinilor navale, reguli pentru stabilirea dimensiunilor elementelor de construc ţie, reguli dup ă care se supravegheaz ă construcţia navelor şi a maşinilor navale, reguli dup ă care se 3
execut ă probele finale de recep ţ ie ale navei şi a maşinilor navale, reguli dup ă care se execut ă vizitarea navelor aflate în exploatare, cu scopul de a se asigura de buna lor stare tehnică etc. Cine doreşte să-şi construiască o navă sub supravegherea unui registru, trebuie să se adreseze în scris direc ţ iei registrului şi s ă prezinte acesteia planurile principale ale corpului şi ale aparatului motor şi alte planuri pe care registrul le precizeaz ă. După ce direcţ ia a aprobat planurile, d ă dispoziţ ie exper ţ ilor săi să procedeze la încerc ările materialelor, la supravegherea construc ţiei şi la probele finale de recep ţie ale navei. După terminarea probelor finale, direc ţ ia registrului în baza rapoartelor primite de la exper ţ ii proprii, dacă le găseşte î rodine, emite navei respective certificatul de clas ă. Pe baza certificatului de clas ă, societ ăţile de asigurare stabilesc cotele de asigurare atât pentru nav ă, cât şi pentru mărfurile pe care aceasta le transport ă. Certificatul de clasă este valabil pentru o perioad ă de timp limitată. În aceast ă perioadă nava este supus ă vizitelor anuale, care au rolul de a atesta valabilitatea certificatului de clas ă. Referatele stabilite cu aceast ă ocazie constituie documente care stau la baza reînnoirii certificatului de clas ă. Cine dore şte să obţină certificat de clasă pentru o navă deja construit ă se adreseaz ă direcţ iei registrului în scris şi prezint ă planurile principale ale corpului şi ale aparatului motor. Direc ţ ia examinează dacă dimensiunile şi calitatea materialelor întrebuinţate la construc ţia corpului şi aparatului motor confer ă navei şi instalaţ iilor ei o rezistenţă şi o eficienţă echivalent ă cu aceea prescris ă de regulamentele proprii; în caz afirmativ d ă dispoziţ ii exper ţ ilor proprii de a vizita şi examina nava cu scopul de a se asigura dac ă dimensiunile materialelor prevăzute în planuri au fost respectate şi dacă construcţia a fost bine executat ă. Pe baza referatelor primite de la exper ţ i, dacă totul este în ordine, registrul emite navei certificat de las ă. Dacă se constat ă deficienţe, atunci registrul precizeaz ă ce anume lucr ări trebuie executate (la corp sau la instala ţ ii) cu scopul de a înl ătura şi emite certificat de clasă; numai dup ă ce deficienţele au fost înlăturate. Cele mai importante registre de clasificaţ ie sunt: - Lloyd’s Register (registrul englez) – Ewuard Lloyd – sce. XVII - Bureau Veritas (registrul francez) - Registro italiano (registrul italian) - American Bureau of Shipping (registrul S.U.A.) - Germanisher Lloyd (registrul german) - Taikoku Kall Kio Kai (registrul japonez) - Det Norske Veritas (registrul norvegian) - Russian Maritime Register of Shipping (registrul maritim rus) - China Classification Society (registrul chinez) - Korean Register (registrul corean) 4
Unele din aceste societ ăţi de clasificare şi-au extins sfera de activitate, oferind servicii şi în alte domenii cum ar fi: energia, s ănătatea, industria petrolului şi a gazului, industria alimentar ă etc. Părţ ile principale ale structurii corpului navei
navei.
Structura corpului navei trebuie s ă fie rezistent ă, etanşă şi să asigure forma
1 – chila plată 2 – învelişul fundului avei 3 – învelişul gurnei 4 – învelişul bordajelor 5 – centura punţii superioare 6 – centura punţii intermediare
7 – tabla lăcrimară a punţii superioare 7’ – tabla superioară a punţii intermediare 8 – învelişul punţii superioare 8’ – învelişul punţii intermediare
5
9 – căptuşeala punţii superioare 10 – cornier lăcrimar 11 – parapet 12 – montant de prindere şi întărire a parapetului 13 – copastie 14 – puntea dublului fund 15 – suport central 16 – suport lateral 17 – tablă marginal ă 18 – varangă în dublu fund 19 – nervuri de rigidizare a varangei 20 – guseu de gurn ă 21 – coastă de cală 22 – coastă de interpunte
23 – traversa punţii superioare 24 – traversa punţii intermediare 25, 26 – gusee care îmbină coastele cu traversele (bratoli) 27 – curenţii punţii superioare 28 – curenţii punţii intermediare 29 – gusee duble prin care curenţii de punte se îmbin ă cu traversele 30 – pontil de cală 31 – pontil de interpunte 32 – gusee de prindere a pontililor de capătul inferior 33 – gusee de prindere a pontililor de capătul superior
Părţile principale ale structurii unui corp de nav ă sunt: 1) învelişul exterior (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8); 2) una sau mai multe platforme aşezate în zona superioar ă a corpului, denumite punţi (8, 8’); 3) eventual o platformă aşezat ă în zona inferioar ă a corpului navei, denumit ă puntea dublului fund (14); 4) osatura transversală, sistemul care rigidizeaz ă învelişul corpului navei pentru ca aceasta s ă-şi păstreze forma transversală (18, 21, 22, 23, 24); 5) osatura longitudinală, sistemul care rigidizeaz ă corpul în sens longitudinal (15, 16, 17, 27, 28). Navele maritime pot avea una sau mai multe pun ţi. În funcţ ie de rolul ş i poziţ ia pe care o au pun ţile primesc denumiri dup ă cum urmează: - puntea superioar ă continu ă, sau puntea principal ă sau puntea de covert ă, este puntea cea mai de sus, continu ă şi etanşă pe toat ă lungimea navei; pân ă la aceast ă punte măsurându-se în ălţimea de construcţie a navei D; - punţ ile dispuse deasupra pun ţ ii superioare continu ă, care se numesc în ordine: puntea suprastructurii, puntea de promenad ă şi puntea bărcilor; - punţ ile dispuse sub puntea superioar ă continuă, care se numesc pun ţ i inferioare; - puntea de bord liber este puntea pân ă la care se măsoar ă bordul liber; - puntea pereţilor etanşi este puntea pân ă la care se extind pere ţii transversali etan şi. Pereţii transversali etan şi şi rezistenţi împart spaţiul din interiorul corpului navei în compartimente etan şe.
6
1 – fundul navei 2 – puntea superioară 3 – puntea dublului fund 4 – peretele picului prova sau peretele de coliziune
5 – peretele picului pupa sau peretele de presetupă 6 – pereţi transversali etanşi 7 – picul prova 8 – picul pupa
Sisteme de osatur ă
Deosebim următoarele patru sisteme de osatur ă: - sistemul transversal; - sistemul longitudinal; - sistemul combinat; - sistemul mixt; Sistemul transversal de osatur ă, cunoscut din cele mai vechi timpuri, se caracterizează prin faptul că, toate planşeele ce constituie corpul navei, au grinzile de direcţie principală, cu ajutorul c ărora se rigidizeaz ă învelişurile, orientate pe direcţ ie transversală. - pentru planşeul de fund varangele situate la fiecare coast ă vor fi grinzile de direc ţ ie principală; - pentru planşeele de bordaj, coastele sunt grinzile de direc ţie principală, - pentru plan şeele de punte, traversele sunt grinzile de direc ţ ie principală; Pe de alt ă parte, traversa + coastele + varanga alc ătuiesc un cadru transversal de înt ărire. Sistemul longitudinal de osatur ă, relativ tânăr, reclamat de navele mari, se caracterizează prin faptul că toate planşeele ce constituie corpul navei au grinzile de direcţ ie principală, cu ajutorul cărora se rigidizeaz ă învelişurile orientate pe direcţ ie longitudinală. - pentru planşeul de fund, longitudinalele reprezint ă grinzile de direcţ ie principală; - în mod cu totul identic se petrec lucrurile şi în cazul celorlalte plan şee. Sistemul combinat de osatur ă se caracterizeaz ă prin faptul că unele planşee se constituie în pur sistem longitudinal de osatur ă (cele îndepărtate de axa neutr ă, cum ar fi planşeul de fund şi puntea superioar ă), iar altele în pur sistem transversal 7
de osatur ă (cele mai apropiate de axa neutr ă, cum ar fi bordajele şi punţ ile intermediare). Sistemul mixt de osatur ă se caracterizeaz ă prin împletirea celor dou ă sisteme de baz ă (transversal şi longitudinal) pe acela şi planşeu. Acest sistem se întâlneşte în zona compartimentului de ma şini, la spărgătoarele de ghea ţă şi în zonele de trecere de la sistemul longitudinal la cel transversal pentru a evita concentratorii de tensiuni atunci când s-ar întrerupe brusc sistemul longitudinal de osatur ă. Suprastructuri şi rufuri
Suprastructurile sunt construc ţii puntate situate deasupra pun ţii principale, care se extind din bord în bord (sau ale c ărei limite se află în raport cu bordurile, la o distanţă de cel mult 4% din l ăţimea navei). Navele pot fi prev ăzute cu suprastructuri r ăzleţe sau cu suprastructur ă continuă.
1 – puntea principală continuă 2 – teugă 3 – castel central 4 – dunetă
1 – puntea principală 2 – puntea suprastructurii
Se deosebesc următoarele tipuri de nave cu suprastructur ă continuă: - navă tip awning – deck (punte de manevr ă); - navă tip shade – deck (punte – tend ă); - navă tip shelter – deck (punte de ad ăpost). 8
Nava tip awning – deck este prev ăzută cu o punte de construc ţie uşoar ă, deasupra punţ ii principale, folosit ă ca adăpost împotriva soarelui intemperiilor, precum şi ca punte de manevr ă; se poate extinde pe toat ă lungimea navei sau par ţial, dar pe o lungime apreciabil ă. Suprastructura este închis ă lateral, acest spaţiu fiind folosit pentru transportul de pasageri, m ărfuri uşoare şi chiar animale. Nava tip shade – deck (ca şi nava tip awning) este de tip vechi cu o punte continu ă de suprastructur ă deasupra punţ ii principale, având e şantionaj redus şi rol exclusiv de ad ăpost de ploaie şi soare, bordajul exterior al suprastructurii are deschideri laterale f ără mijloace eficace şi permanente de închidere; de aceea spaţiul dintre puntea principal ă şi puntea continu ă a suprastructurii nu intr ă în calculul tonajului net. Nave de tipul awning – deck şi shade – deck nu se mai construiesc demult. Nava tip shelter – deck (se mai nume şte şi nava cu coridoare) este un cargou de mărfuri uscate prevăzut deasupra pun ţ ii principale cu o suprastructur ă continuă, f ără deschideri în bordaj, acoperit ă cu o punte de ad ăpost, formând astfel un coridor destinat înc ărcăturii de mărfuri. Puntea suprastructurii posed ă deschideri (guri de magazie) în corespondenţă gurilor de magazie de pe puntea principal ă. Tancuri speciale şi tancuri de combustibil
Navele comerciale sunt uneori obligate s ă navigheze f ără marf ă, în acest caz ele trebuie s ă ambarce o cantitate de ap ă de mare cu scopul: - de a asigura o asiet ă şi o stabilitate corespunz ătoare; - de a obţine o imersiune medie suficient ă, pentru realizarea unei suprafeţe de derivă care să le asigure stabilitate de drum acceptabil ă; - de a ob ţine imersiunea necesar ă la pupa, pentru o bun ă funcţ ionare a propulsorului şi a cârmei. Apa de mare îmbarcat ă în scopul realiz ării celor ar ătate mai sus poart ă numele de balast, iar opera ţia de îmbarcare a balastului este denumit ă balastare. Balastul este introdus în tancuri speciale, numite tancuri de balast. 1 1 Greutatea de balast necesar ă este aproximativ ¸ din capacitatea brut ă 4 3 de încărcare sau 1 / 5 - 1 / 4 din deplasamentul navei la plin ă încărcare. O mic ă parte din balast se introduce în tancurile de asiet ă amenajate în părţile de jos ale picurilor. Apa de balast introdus ă în tancurile de asiet ă are în principal rolul de a corija asieta navei. Restul balastului ar putea fi introdus în întregime în tancuri de balast, amenajate în dublu fund. Acest lucru nu este îns ă întotdeauna posibil, deoarece pe lângă faptul că implică un dublu fund de în ălţime mare, conduce şi la o stabilitate excesiv ă a navei (datorit ă introducerii unor greut ăţi relative mari în partea de jos a corpului). 9
Pentru a evita aceste inconveniente, o parte din balast se poate introduce în unul sau dou ă compartimente situate deasupra dublului fund, de obicei, în prova sau în pupa compartimentului de ma şini dacă acesta este situat la mijlocul navei sau în unul sau dou ă compartimente centrale când compartimentul de ma şini este situat la pupa. Aceste compartimente sunt amenajate astfel încât s ă poat ă primit fie balast, fie marf ă. Aceste tancuri mai sunt denumite şi „deep – tanks” sau tancuri magazii. În cazul când stabilitatea navei este totu şi excesivă, se poate introduce balast şi în tancurile situate în p ărţile înalte ale corpului, denumite „wing – tanks” sau tancuri antiruliu. Astfel de tancuri pot fi amenajate în borduri sub punte cum se poate observa în figura de mai jos.
1 – tancuri antiruliu (wing 2 – tancuri de gurnă 3 – tancuri în dublu fund
– tanks )
Rezervele de combustibil, ulei, ap ă tehnică sunt depozitate în tancuri amenajate fie în dublu fund, fie deasupra dublului fund – nu pot fi al ăturate, între ele trebuie să existe un spa ţ iu de separa ţ ie denumit coferdam, limitat de pere ţ i etanşi situaţ i la o distanţă egală cu 1-2 intervale intercostale (intervale regulamentare).
10
PARTICULARITĂŢI CONSTRUCTIVE ŞI DE XPLOATARE ALE NAVELOR COMERCIALE
Cargouri
Cargourile sunt nave cu propulsie proprie destinate transportului de mărfuri generale amblate în saci, butoaie, bale, l ăzi, cutii etc. sau mărfuri uscate în vrac. Cargourile sunt prev ăzute cu spa ţ ii mari de depozitare, guri de magazie mari, amenajări pentru echipaj, în majoritate cu instala ţ ii proprii de încărcaredepozitare etc. Unele cargouri sunt dotate cu amenaj ări pentru transportul unui număr limitat de pasageri, în acest caz ele având un caracter mixt. Există cargouri destinate pentru transportul mai multor categorii de mărfuri, denumite şi cargouri de mărfuri generale. Exist ă, de asemenea, cargouri specializate, adic ă destinate pentru transportul unei anumite categorii de marf ă. Principalele cargouri specializate sunt urm ătoarele: cargouri pentru transportul de material lemnos (cargouri pentru transport cherestea), cargouri pentru transport cereale (cerealiere), cargouri pentru transport m ărfuri perisabile (nave frigorifice), nave pentru transport minereuri (mineraliere) şi nave universale pentru transportul mărfurilor în vrac (vrachiere). Aspectul exterior şi amenajările interioare ale cargourilor prezint ă deosebiri considerabile de la o nav ă la alta, chiar şi pentru acelea care au aceea ş i destinaţie. Aceste deosebiri constau în: num ărul şi extensiunea pun ţilor şi a pereţilor, poziţ ia compartimentului de ma şini, numărul, poziţ ia, mărimea ş i extensiunea suprastructurilor, num ărul şi dimensiunea magaziilor de m ărfuri, înălţimea dublului fund, sistemul de osatur ă, instalaţ iile pentru înc ărcareadescărcarea mărfurilor etc. Cargourile pentru m ărfuri generale
Au capacitatea de a înc ărcare relativ mică, datorit ă duratei mari de staţionare în porturi, care influen ţează negativ eficienţa în exploatare. Compartimentarea unor astfel de nave este prezentat în figura de mai jos. În funcţ ie de mărimea lor, pentru frac ţ ionarea înălţimii de stivuire, aceste nave dispun de 1 – 3 pun ţ i. O înălţime prea mare a magaziilor ar putea s ă conduc ă la strivirea starturilor inferioare ale înc ărcăturii, iar înălţimea mică a interpunţ ilor complică operaţiile de încărcare-descărcare. Acelea şi complicaţ ii apar şi când gurile de magazii au dimensiuni mici. Compartimentul de ma şini poate fi amenajat în zona de mijloc a navei, în zona 1 / 3 L, de la perpendiculara pupa sau la pupa.
11
9 – teugă 10 – dunetă 11 – rufuri 12 – gura de magazie a punţii superioare 13 – gura de magazie a punţii intermediare 14 – coloane pentru bigi
1 – picul prova 2 – tanc de asietă 3 – magazii în cală 4 – magazii în interpunte 5 – compartimentul de maşini 6 – picul pupa 7 – dublu fund în magazii 8 – dublu fund din compartimentul de maşini
Amenajarea compartimentului de ma şini la pupa ofer ă următoarele avantaje: 1. se mic şorează lungimea liniilor de arbori; 2. prin dispariţ ia tunelului liniei de arbori, se m ăreşte volumul util şi se uşurează operaţiile de încărcare-descărcare a acestor magazii; 3. instalaţ ia de încărcare-descărcare poate servi mai bine magaziile de mărfuri, deoarece aceasta nu este frac ţ ionată de compartimentul de maşini; 4. coşul de fum fiind instalat la pupa, cur ăţenia navei se men ţine mai uşor şi fumul nu jenează echipajul decât foarte rar; 5. prin montarea postamentelor maşinii principale de propulsie la pupa, unde tensiunile provocate de încovoierea general ă a navei sunt mici, obţinem şi concentr ări mici de tensiuni la extremit ăţile postamentelor; 6. posibilitatea producerii unor avarii la corpul navei, care s ă scoat ă din funcţ iune sau s ă perturbeze funcţ ionarea maşinii de propulsie, este mult mai mic ă când compartimentul de ma şini este instalat la pupa, deoarece lungimea expus ă este mult mai mică. Amplasarea compartimentului de ma şini la pupa prezint ă următoarele dezavantaje: 1. datorită formelor fine ale corpului navei la pupa se ivesc dificult ăţi de amenajare a compartimentului de ma şini, adică dificult ăţi de stabilire a 12
poziţ iei maşinilor auxiliare şi a mecanismelor şi instalaţ iilor aferente maşinii principale de propulsie; 2. la navigaţ ia în balast echilibrarea asietei este mai dificil ă în condiţ iile în care nu exist ă nici castel central şi nici ruf în zona de mijloc a navei; acest inconvenient poate fi înl ăturat prin amenajarea de tancuri de asietă la prova şi printr-o amplasare corespunz ătoare a tancurilor de combustibil, ap ă potabilă şi apă de balast; 3. pe gol de val apar tensiuni mari de compresiune în puntea superioar ă, inconvenient ce poate fi înl ăturat printr-o distribuţie corespunz ătoare a maselor în diversele situa ţii de exploatare şi prin adoptarea sistemului longitudinal de asiet ă pentru puntea superioar ă şi fundul navei. Cargouri pentru cherestea
Pentru navele de cherestea care sunt destinate transportului de marf ă cu greutate specific ă mică, folosirea întregii capacit ăţi de încărcare implică ambarcarea pe punte a unei p ărţi din materialul lemnos (pân ă la 30% din totalul ce-l pot transporta). Cu scopul de a u şura încărcarea şi aşezarea materialului în magazii, navele de cherestea au, de obicei, o singur ă punte, magazii de lungimi mari şi guri de magazii de dimensiuni cât mai mari. Pentru a putea suporta sarcina pe care o constituie materialul ce se ambarc ă pe punte atât puntea, cât şi structura gurilor de magazii şi a parapetului, trebuie s ă aibă o rezistenţă mărită. Navele care transport ă material lemnos pot naviga cu un bord liber mai mic (adică cu u pescaj mai mare) decât cargourile cu alte destina ţ ii, de aceea şi mărime; aceasta deoarece lemnul are o flotabilitate pozitiv ă şi pentru că, în caz de avarie, nava poate fi eliberat ă de încărcătura de pe punte. Sub punte, între pere ţii transversali etan şi şi ramele transversale ale gurilor de magazie, se instaleaz ă pereţi longitudinali etanşi care înlocuiesc curen ţ ii de punte şi pontilii; aceşti pereţ i par ţiali fixează mai bine materialul lemnos din magazii şi măresc rezistenţa planşeelor de punte şi de fund. Ca aspect exterior cargourile care transport ă cherestea se aseam ănă cu acelea pentru transportul de m ărfuri generale. Din punct de vedere al capacit ăţii de transport cherestea se împart în: a) mici – până la 2000 tdw; b) medii – între 3000 şi 3500 tdw; c) mari – de 5000-5500 tdw Sunt în exploatare şi nave mai mari de 18000 tdw şi chiar 27000 tdw, dar numărul acestora este mic. Viteza de mar ş a acestor nave este în medie de 12-15 Nd.
13
Nave frigorifice
Sunt destinate transportului de m ărfuri perisabile, adic ă produse alimentare, inclusiv unele medicamente, care pe durata transportului pe mare se pot degrada dac ă nu sunt p ăstrate în condiţ ii speciale de depozitare şi conservare. În funcţ ie de regimul de refrigerare şi de natura mărfurilor, navele frigorifice se împart în: - nave frigorifice pentru mărfuri congelate (carne şi peşte); - nave frigorifice pentru mărfuri în stare semicongelat ă (peşte şi carne) sau mărfuri la o temperatur ă pozitivă scăzută (produse lactate şi ouă); - nave frigorifice universale pentru transportul tuturor categoriilor de mărfuri. Navele frigorifice au magazii de m ărfuri mai mici, sunt dotate cu instala ţii frigorifice de mare capacitate şi capacitatea lor brut ă de încărcare depăşeşte rar 10000 tdw. Mineraliere
Sunt tot cargouri dar care din punct de vedere constructiv difer ă mult de cargourile de m ărfuri generale, datorit ă mărfurilor cu densitate mare pe care le transportă. Dacă minereul ar fi transportat de cargouri obi şnuite, datorit ă densităţii ridicate a mărfii, centrul de greutate al navei înc ărcate ar coborî foarte mult nava devenind hiperstabil ă. În acela şi timp, magaziile nu ar fi pline, existând posibilitatea ca în timpul oscila ţ iilor de ruliu marfa să se deplaseze dintr-un bord în altul. Există o serie de particularit ăţi constructive ale navelor mineralier, dintre care amintim: - dublu fund înălţat; - pereţi longitudinali (dublu bordaj) pe toat ă înălţimea de construcţie pentru micşorarea spaţiului util în vederea înl ătur ării posibilităţ ii deplasării minereului într-un bord, precum şi pentru asigurarea rezistenţei generale; - rezistenţa generală şi locală mărită datorită încărcăturii grele transportate; - nava posed ă o singur ă punte pentru o manevr ă uşoar ă a mărfii; - dimensiunile gurilor de magazie permit folosirea graiferelor de mare capacitate.
14
a) navă mineralier clasic pentru transportul minereului greu cu dublu fund supraîn ălţat 1 – celule în dublu fund 2 – tancuri laterale 3 – coridoare pentru comunicarea între compartimente
b) mineralier pentru transportul minereului uşor sau bauxită cu dublu bordaj 4 – magazie de marf ă 5 – dublu fund în ălţat 6 – pereţi longitudinali 7 – tancuri de gurnă 8 – tancuri antiruliu
Nave pentru transport m ărfuri în vrac (vrachiere)
Sunt nave special construite pentru transport m ărfurilor în vrac mărfuri aruncate (vărsate) direct în magaziile navei. Mărfurile solide în vrac (minereuri, c ărbuni, cereale, fosfa ţ i etc.) ocup ă locul cel mai important în transporturile navale. Indicii de stivuire (volumele specifice) ai mărfurilor în vrac sunt foarte diferi ţ i (m3/t): minereuri grele (0,35÷0,45), minereuri u şoare (0,55÷0,60), bauxit ă (0,73÷1,20), cărbuni (1,10÷1,65), cereale grele (1,13÷1,45), cereale u şoare (1,50÷2,20), cimentul (0,70÷0,75), zahărul (0,90÷1,30). Datorit ă costului redus al m ărfurilor solide în vrac, transportul acestora nu este rentabil decât cu nave mari. Exist ă în exploatare şi vrachiere de peste 150000 tdw, majoritatea având un deplasament util cuprins între 20000 tdw şi 30000 tdw. Se deosebesc urm ătoarele tipuri de vrachiere: vrachiere specializate, vrachiere combinate şi vrachiere universale. Vrachiere specializate
Sunt destinate transportului unui anumit tip de marf ă, c ăpătând denumirea corespunzătoare: mineralier, carbonifer, cerealier etc. Au o rentabilitate relativ scăzută în exploatare. Vrachiere combinate
Sunt nave par ţial universalizate cu dubl ă folosinţă: minereu – c ărbune, bauxit ă – fosfaţ i, minereu – fosfa ţ i, minereu – petrol etc. Vrachierele combinate limitează naviga ţ ia în balast, nava putând transporta m ărfuri la întreaga ei capacitate la orice voiaj. 15
Vrachiere universale
Sunt nave ce pot transporta dintr-o dat ă sau în voiaje diferite orice marf ă solidă sau lichidă în vrac. Cimentul, din cauza sensibilit ăţii sale la umiditate şi a marii cantit ăţi de praf cu caracter abraziv degajat în timpul manipul ării, necesit ă instalaţ ii şi nave special. Vrachierele universale trebuie s ă îndeplineasc ă următoarele cerinţe specifice: - capacitatea magaziilor trebuie s ă fie proiectat ă astfel încât să permit ă transportul diferitelor sorturi de m ărfuri solide în vrac, de la minereuri grele până la cereale uşoare la capacitatea maxim ă de încărcare a navei; - stabilitatea navei trebuie s ă fie corespunz ătoare în toate variantele de încărcare; - să aibă un număr suficient de magazii care s ă asigure transportul simultan al diferitelor sorturi sau loturi de cereale; - să nu necesite montarea de pere ţ i longitudinali demontabili (shifting boards); - să permit ă o cur ăţire rapidă a magaziilor şi cu cheltuieli minime; - rezistenţa generală şi locală a navei să fie corespunzătoare în toate variantele de înc ărcare; - volumul şi dispunerea tancurilor de balast s ă evite fenomenul slamming şi să asigure un pescaj satisf ăcător pentru cârmă, elice, stabilitate de drum şi să asigure stabilitatea navei la naviga ţ ia în balast. Din punct de vedere constructiv vrachierele universale sunt de dou ă tipuri: a) vrachiere cu tancuri de gurn ă, tancuri antiruliu şi dublu fund cu înălţime normală. Aceste nave corespund transportului de m ărfuri obişnuite în vrac, mai pu ţ in minereului când, pentru realizarea compromisului dintre stabilitate şi oscilaţ ii de ruliu cât mai pu ţ in dure, se vor încărca numai o parte din num ărul total de magazii. Ceea ce influenţează negativ rezistenţa generală a corpului navei;
Pentru a îmbunătăţi acest ultim factor, constructorii navali au propus ş i proiectat următoarele variante: 16
- amenajarea unui num ăr cât mai mare de magazii şi încărcarea
alternativă cu minereu a acestora; - amenajarea de magazii cu lungimi diferite dispuse alternativ. Vrachierul de acest tip mai este denumit şi „vrachier cu cale alternante”, întotdeauna cu un num ăr impar de magazii, la care magaziile lungi (cu un num ăr par) sunt aproape de dou ă ori mai lungi decât cele scurte (cu un num ăr impar); în magaziile scurte se încarc ă minereul greu b) vrachiere cu doi pereţi longitudinali par ţiali şi tancuri de gurnă.
În cazul transport ării minereurilor se încarc ă numai în spa ţ iul dintre pereţii longitudinali par ţ iali. Dacă se transport ă minereu greu una din magazii r ămâne goală. Nave port container
1 - tanc de asietă în picul prova 2 – tanc de balast M3 – M10 – magazii de marf ă 11 – compartiment maşini 12 – picul pupa
13 – compartiment maşina cârmei 14 – semiteugă 15 – castel prova 16 – dunetă şi rafuri pupa 17 – container mare
O navă este cu atât mai rentabil ă în exploatare cu cât sta ţionează mai puţ in la cheu. În cazul navelor port navelor port container, depinzând de m ărimea lor, 17
timpul necesar opera ţiunilor de înc ărcare-descărcare utilizând instala ţii specializate este de câteva zile. Din acest motiv viteza acestor nave este în mod curent mai mare de 20 Nd, uneori dep ăşind chiar 30 Nd. Navele port container sunt delicate exclusiv transportului de containere. Aproape întreg spa ţiul punţ ii este ocupat de gurile de magazie, acestea având lăţimea egală cu aproximativ 80% din l ăţimea navei. Containerul este un utilaj permanent de transport m ărfuri, conceput pentru a putea fi fixat şi manipulat cu u şurinţă, fiind prevăzute cu piese de col ţ. Containerul standard are dimensiunile 20’ x 8’ x 8’, masa proprie de 2,5 t şi masa maximă de 20 t. Amplasarea lor se face pe mai multe rânduri. Sarcinile care acţionează asupra dublului fund se ob ţ in din însumarea greut ăţilor pe verticală, acceptându-se o greutate medie de 14,5t. În interiorul magaziei sunt dispuse ferme longitudinale şi transversale cu ghidaje, care permit stivuirea şi împiedică deplasarea containerelor în timpul oscila ţ iilor navei. Capacele gurilor de magazie sunt de tip ponton, capabile s ă suporte greutatea containerelor iar greutatea lor este limitat ă pentru a putea fi manevrate cu instalaţ iile terminalelor. Pentru a îmbunătăţi caracteristicile de raliu, navele port-container au chile de ruliu cu o l ăţime mai mare decât navele cargou de aceea şi capacitate. Chilele de ruliu sunt ac ţionate hidraulic. În condi ţ ii normale de naviga ţ ie ele sunt pliate urmând a fi puse în pozi ţia de lucru, în cazul unei mari agitate. Navele port containere moderne sunt echipate cu sisteme moderne antiruliu cum sunt „tancurile Frahm” Sistemul const ă în două tancuri ce comunic ă între ele la partea interioar ă conţinând o coloană de lichid care oscileaz ă în „antifază” cu nava creând astfel un moment de stabilitate suplimentar. Bordul liber la o nav ă port container este cu aproximativ 60% mai mare decât prevede „Conven ţ ia internaţională pentru liniile de încărcare-Londra 1966”. Numărul mare de containere care se încarc ă pe punte, precum şi bordul liber mare, confer ă navei o suprafa ţă velică mare, cu efect negativ asupra stabilit ăţii în cazul furturilor. Din acest motiv, nava port container trebuie s ă aibă centrul de greutate coborât şi corespunz ător o înălţime metacentrică suficient de mare. Petroliere
Sunt nave construite pentru a transporta combustibil lichizi în vrac istoria transportului maritim al combustibililor, eviden ţiază anul 1886 când a ap ărut prima navă petrolier, Glüchauf de 2300 tdw, propulsat ă cu maşini cu abur vele. Corpul acesteia se deosebea de acela al cargourilor prin faptul c ă învelişul era nituit cu pas mai mic, astfel încât s ă se realizeze etan şeitatea la combustibilii lichizi.
18
Creşterea rapidă a consumului de combustibili lichizi şi distanţa mare dintre zonele de extrac ţie şi prelucrare şi acelea de consum, au determinat o dezvoltare considerabil ă a construc ţiei de nave petroliere. Referindu-ne la evolu ţia capacit ăţii de încărcare a navelor petroliere, menţ ionăm că în 1938 capacitatea medie de înc ărcare era de 12000 tdw, în anul 1955 aceast ă valoare ajunsese la 16500 tdw, cu tendin ţă de creştere continuă. Aceast ă tendinţă a fost însă domolit ă de poluarea marin ă produsă la coliziunea petrolierelor şi de dificultatea de acces în porturile deservite. Produsele petroliere transportate pe mare, au o densitate cuprins ă în limitele 0,70÷0,96 t/m3 iar punctul de inflamabilitate în limitele 0-120 0C. Ele se împart în trei categorii: - Categoria I – produse petroliere cu punct de inflamabilitate sub 29 0C (benzine şi petroluri – produse albe) - Categoria a II- a – produse petroliere cu punct de inflamabilitate între 290C şi 65,50C (motorine) - Categoria a III-a – produse petroliere cu punct de inflamabilitate peste 65,50C (păcuri). La proiectarea şi construcţia navelor petroliere trebuie ţinut cont şi de particularităţile pe care le prezint ă transportul înc ărcăturilor lichide şi anume: - pe mare agitat ă când nava execut ă oscilaţ ii (verticale de ruliu şi de tangaj) încărcătura lichidă se deplaseaz ă producând for ţe de iner ţ ie mari care solicit ă suplimentar structura corpului; - prezenţa suprafeţelor libere de lichid în magaziile de marf ă, duce la micşorarea stabilit ăţii transversale respectiv la o corec ţie negativă a înălţimii metacentrice; - variaţ ia volumului înc ărcăturii lichide la varia ţiile de temperatur ă determină umplerea par ţ ială a magaziilor de marf ă (90%) lăsându-se un volum de 10% care s ă compenseze dilat ările provocate de cre şterea temperaturii; - timpul foarte scurt de înc ărcare şi descărcare; - bord liber mai mic decât la cargourile de aceea şi mărime; - coroziunea pronun ţată a structurii corpului din magaziile de marf ă (tancurile de încărcare). Pentru a mic şora solicit ările suplimentare ale maselor de lichid în mi şcare, se fracţ ionează volumul destinat a primi combustibil lichid, prin pere ţ i transversali şi longitudinali etan şi.
19
1, 2, 3, 4 – tancuri de înc ărcare centrale şi laterale 5 – compartiment de pompe 6 – magazie de mărfuri uscate 7 – compartimentul de ma şini 8 – coferdomuri transversale 9 – coferdom orizontal
10 – picul prova 11 – picul pupa 12 – tanc de asietă 13 – teugă 14 – dunetă 15 – castel central
Compartimentarea unui petrolier corespunde, în principiu, schemei de mai sus. Numărul pereţ ilor longitudinali depinde de m ărimea navei. La petroliere mici se instalează un singur perete longitudinal în planul diametral (PD), la petrolierele mijlocii şi mari se instaleaz ă doi pereţ i longitudinali laterali iar la petrolierele foarte mari se instaleaz ă un perete în planul diametral şi doi pereţi laterali. Pereţii longitudinal cu rolul de a mic şora efectul dăunător al suprafeţelor libere de lichid asupra stabilit ăţii transversale şi totodat ă, extinzându-se pe aproape toat ă lungimea navei sunt elemente rezistente la încovoierea longitudinal ă a corpului. Gurile de magazii au formă rotundă, sau ovală, de regulă suprafaţa lor nu depăşeşte 1m2. Ramele gurilor de tancuri au o înălţime de cca. 0,75m. Capacele gurilor de tancuri trebuie s ă fie metalice şi să asigure o închidere ermetic ă în scopul evit ării unor incendii sau explozii. Tot pentru a evita incendiile sau exploziile, nava este dotat ă cu instalaţ ie de gaz inert obţinut prin filtrarea gazelor de eşapament obţinute în timpul func ţ ionării motorului principal şi al căldării (generatorului de abur). Între cisternele de înc ărcare şi alte compartimente (CM, magazia pentru mărfuri uscate, înc ăperile de locuit, etc.), trebuie s ă existe spaţ ii de separa ţie, denumite coferdomuri. 20
Compartimentul de ma şini la petroliere este instalat întotdeauna la pupa. Adoptarea acestei solu ţii prezintă următoarele avantaje: - micşorează pericolul de incendiu ce ar putea fi provocate de scânteile ce ies prin co şul de fum; - nu se întrerup la mijlocul navei pere ţ ii longitudinali fapt ce ar determina micşorarea rezistenţei generale a corpului navei; - între cisternele de încărcare şi compartimentul de maşini este necesar un singur coferdam. Flotabilitatea şi stabilitatea de avarie sunt mult mai bine asigurate la petroliere decât la cargouri datorit ă distanţei mici dintre pereţii transversali etan ş i şi închiderii ermetice a gurilor de tancuri. Mai mult, întrucât densitatea apei de mare este mai mare decât cea a m ărfii transportate de petroliere, în caz de avarie nu va pătrunde decât cantitatea de ap ă necesar ă umplerii spaţ iului lăsat liber pentru dilatarea mărfii la creşterea temperaturii. Sistemul de osatur ă adoptat pentru petroliere poate fi al combinat (cu planşele de fund, dublu fund şi punte construite în sistem longitudinal de osatur ă; planşele de bordaj şi pereţ ii longitudinali construite în sistem transversal de osatur ă). Petroliere cu lungimea mai mare de 180 m se construiesc întotdeauna în sistem longitudinal de osatur ă. Nave pentru transportul gazelor lichefiate (LPG, LNG)
Sunt nave specializate în transportul gazelor (butan, propan, amoniac, etilenă, metan, etc.) în stare lichefiat ă sub presiune la temperatura atmosferic ă (nave de tip presurizat) sau la presiune atmosferic ă ş i la temperatura de lichefiere (nave tip refrigerat sau refrigerat). Datorită densit ăţii scăzute a mărfii de transportat, aceste nave au pescajul mic şi bordul liber mare ceea ce influen ţează negativ stabilitatea pe mare agitat ă. Prin compensaţ ie aceste nave se construiesc cu l ăţime mai mare decât navele 1 cargou de aceea şi mărime ( mic). Datorit ă lăţimii mari aceste nave au dublu B
bordaj cu rol de rigidizare al corpului navei la încovoierea şi torsiune.
21
1 – dispozitiv de prindere tip leagăn 2 – dublu fund 3 – rezervor 4 – înveliş protector 5 – dublu bordaj 6 – tanc de asietă prova
7 – gaz lichefiat 8 – compartimentul de maşini 9 – castel pupa 10 – tanc de asietă pupa 11 – teugă 12 – tanc de balast în dublu bordaj
Structura navei se proiecteaz ă astfel încât să existe un spa ţ iu de acces pentru verificarea rezervoarelor de marf ă. Navele cu rezervoare de tip presurizat transport ă gazul la presiuni de pân ă la 18 bari (presiunea de lichefiere a butanului) în rezervare de o ţel carbon neizolate termic, de form ă cilindrică sau sferică. Atunci când capacitatea navelor dep ăşeşte 1000m3 raportul dintre greutatea înc ărcăturii şi greutatea rezervoarelor devine defavorabil, încât amplasarea unei instala ţ ii frigorifice capătă un interes economic permi ţând exploatarea navelor la presiuni mai joase în rezervoarele de marf ă. La aceste nave temperatura de lucru este de -10 0C iar presiunea în rezervoare de 5-8 bari, capacitatea de transport de pân ă la 20000 m3. Încărcătura transportat ă constituie agentul frigorific, instala ţ ia frigorifică funcţ ionând în circuit închis, rezervoarele având rolul de evaporatoare. Rezervoarele sunt de form ă cilindrică sau sferică, izolate termic cu spumă de poliuretan. Izolaţ ia are drept scop s ă limiteze pătrunderea căldurii în rezervoare (grosimea ei fiind corelat ă cu puterea instala ţ iei frigorifice-instalaţ ia de relichefiere) şi să evite fenomenul de condens pe peretele exterior al rezervorului. Navale de tip semi-refrigerat şi refrigerat la care lichefierea gazelor se realizează exclusiv prin r ăcire, cu presiunea în rezervoare de 0,25÷0,30 bari, ceea ce permite utilizarea unor rezervoare de grosimi mai mici, temperatura de lucru variind între -48 0C (pentru navele care transport ă gaze petroliere lichefiate – LPGuri) şi -1610C (pentru navele care transport ă gaz natural lichefiat – LNG-uri); capacitatea lor variind între 50000m 3 şi 100000m3. 22
Temperaturile foarte sc ăzute, precum şi variaţ iile de temperatur ă deosebit de mare, care conduc la contrac ţii şi dilataţii mai puţin obişnuite, ridică probleme constructive, de materiale şi tehnologice de mare complexitate. Dac ă vom adăuga pericolul permanent de incendiu şi explozie, caracteristic genului de marf ă transportată, ne putem explica pre ţul ridicat al acestor tipuri de nave şi numărul redus de şantiere navale în care se realizeaz ă astfel de construc ţii. SPĂRGĂTOARE DE GHEAŢĂ
-
Sunt nave special constante şi amenajate pentru spargerea ghe ţ ii compacte şi sloiurilor din porturi, de pe fluvii şi mări în vederea redeschiderii unor c ăi şi şenale navigabile blocate. În cazul navelor care navig ă prin mările arctice, spărgătoarele de gheaţă însoţesc convoaiele de nave, deschizându-le drumul printre gheţuri. Au etrava şi bordajul înt ărite pentru ar putea despica prin lovire învelişul de ghea ţă. Operaţiunea este u şurată de forma specială a extremit ăţii prova, datorit ă căreia nava urc ă pe suprafaţa îngheţată care cedeaz ă sub acţ iunea greut ăţii şi a diferenţei de flotabilitate. Acest procedeu este îmbun ătăţit prin utilizarea unor tancuri de balast a şezate la prova şi la pupa cu ajutorul c ărora se produce apuparea spărgătorului în momentul în care nava urc ă cu prova pe ghea ţă ş i apoi aprovarea, creând for ţa necesar ă spargerii gheţ ii prin presiune. Aceast ă operaţiune poate fi gr ăbită prin instalarea a una sau dou ă elice la prova spărgătorului, care trag apa de sub ghea ţă.
4 – tanc apă dulce 5 – magazie mărfuri 6 – tanc cu apă dulce
1 – picul prova 2 – magazii prova 3 – magazie mărfuri
23
7 – compartiment instalaţii aer condiţionat 8 – compartiment maşina cârmei 9 – picul pupa 10 – compartiment motoare electrice
pupa 11 – compartiment maşini 12 – compartiment maşini electrice prova 13 – tancuri din dublu fund 14 - rufuri
-
Structura spărgătoarelor de gheaţă este supusă unor sarcini locale cu mult mai mari decât la alte nave, motiv pentru care la proiectarea corpului trebuie s ă se prevadă consolidări suplimentare faţă de acelea prevăzute în registrele de clasifica ţ ie, la nave cu înt ărituri pentru gheţuri de clase superioare. Întrucât nu exist ă reguli şi tabele de e şantionaj pentru astfel de consolidări, acestea se stabilesc pentru fiecare caz în parte, în func ţie de destinaţie, de condiţ iile de exploatare, de dimensiunile navei, de puterea ma şinilor de propulsie şi apei se supun spre aprobare registrului. La spărgătoarele de ghea ţă eforturile unitare normale provocate de încovoierea longitudinal ă sunt mici, modulul de rezisten ţă al grinzii echivalente fiind de 2-3 ori mai mare decât la navele de transportat m ărfuri de acelaş i deplasament, iar momentul încovoierilor în sec ţiunea maestru este mai mic, întrucât lungimea sp ărgătoarelor de ghea ţă este mult mai mică decât lungimea navelor de transport mărfuri de acelaşi deplasament. La înaintarea sp ărgătorului printre gheţuri, presiunea exercitat ă de gheaţă asupra corpului se transmite prin bordaje, pere ţilor transversali, punţ ilor şi dublului fund. Sistemul de osatur ă care rezist ă mai bine la presiunea şi şocul gheţ ii este STO, cu distanţe intercostale cât mai mici posibil, combinat cu un num ăr de legături longitudinale, adic ă SMO. Spărgătoarele de ghea ţă sunt adesea obligate a lucra pentru mult timp în zone îndepărtate de orice baz ă de aprovizionare, din acest motiv ele trebuie s ă aibă o autonomie cât mai mare, adic ă să poată ambarca rezerve mari de combustibil şi de provizii. La sp ărgătoarele de ghea ţă destinate a lucra în m ările arctice, necesitatea unei autonomii mai mari este şi mai pronunţată. Durata naviga ţ iei vechilor spărgătoare de ghea ţă cu maşini cu abur, utilizând drept combustibil c ărbunele, era de aproximativ 20 de zile. Rezervele de combustibil a acestora reprezentau în medie 30% din deplasament, din acest motiv raportul dintre puterea instala ţ iei de propulsie şi deplasament, care constituie indicele de calitate al sp ărgătoarelor, era foarte redus şi nu depăşea unitatea. Prin introducerea c ăldărilor cu combustibil lichid, calit ăţile spărgătoarelor de gheaţă s-au îmbunătăţit nu într-o măsur ă substanţ ială. Ulterior, s-au introdus instala ţii de propulsie tip diesel-electric care sunt mai economice şi se preteaz ă tot aşa de bine la variaţ ii de sarcină ca şi maşinile cu abur. 24
Autonomia spărgătoarelor de ghea ţă diesel-electrice a crescut la 40 zile, iar raportul dintre putere şi deplasament a ajuns la 2 (Marea Baltic ă). Pentru menţinerea navigaţ iei în mările arctice din nordul Siberiei ş i Canadei sunt necesare sp ărgătoare de gheaţă cu o autonomie mult mai mare, care nu poate fi obţ inută decât prin folosirea instala ţ iilor de propulsie nucleare.
REMORCHERE
-
-
-
Deservesc la remorcarea navelor care nu dispun de mijloace proprii de propulsie sau la manevrele de acostare sau plecare de la cheu a unor nave de dimensiuni mari, în porturile cu acvatorii limitate sau atunci când vântul sau curentul îngreuneaz ă manevrele. Unele remorchere pot fi folosite şi pentru operaţiuni de salvare. Remorcherele pot fi maritime sau fluviale. După serviciile pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă remorcherele sunt de linie, de port sau de salvare: - Remorcherele de linie execut ă remorcaje pe distan ţe lungi, maritime sau fluviale; - Remorcherele de pot sunt destinate a executa remorcaje în interiorul şi în rada porturilor şi a ajuta la manevra navelor mari în porturi cu acvatorii restrânse, pe timp nefavorabil; - Remorcherele de salvare sunt destinate pentru opera ţiuni de salvare (scoaterea de pe uscat a navelor e şuate, ajutorarea navelor avariate sau incendiate în timpul naviga ţ iei şi, eventual, remorcarea lor până în portul cel mai apropiat etc.). La executarea unui remorcaj, convoiul, adic ă grupul de nave ce trebuie remorcat, este legat de cârligul de remorc ă al remorcherului printr-o parâmă din oţel, care poart ă denumirea de remorc ă. Prin punerea în mar ş a maşinii de propulsie a remorcherului, în remorcă ia naştere o for ţă de tracţiune, datorit ă căruia convoiul este tras de remorcher şi se deplaseaz ă în urma lui cu aceea şi viteză. Pentru ca un remorcher s ă poat ă remorca un anumit convoi cu viteza „V” este necesar ca propulsorul s ă dezvolte o împingere total ă Te, egală cu: T e = Rc + Rr + Ra + W
Rc – rezistenţa la înaintare a convoiului Rr – rezistenţa remorcii Ra – rezistenţa datorat ă a aerului
25
W – rezistenţa la înaintare a remorcherului Z = T e - W → tracţ iunea la cârlig W = W (V ) = 2
cT r SV
2
2 În figura de mai jos este reprezentat ă curba AB, care reprezint ă variaţ ia tracţiunii la cârlig a remorcherului în func ţ ie de viteza de deplasare a acestuia.
Z [KN] A C A1
O
B1
V [m/s]
B
Se observ ă că pentru V = 0 , tracţiunea la cârlig OA este maximă. Pe măsur ă ce viteza de remorcaj cre şte, tracţiunea la cârlig descre şte şi se anuleaz ă pentru viteza OB , denumit ă viteză de marş liber, la care T e = W , adică toat ă puterea ma şinii remorcherului este consumat ă pentru deplasarea acestuia cu viteza de mar ş liber. Dacă peste curba AB suprapunem curba OC , care ne d ă variaţia rezistenţei la înaintare a convoiului, în func ţ ie de viteza de deplasare coordonatele punctului de întâlnire reprezint ă: - tracţiunea la cârlig OA1 ; - viteza de remorcaj OB1 . Împingerea totală T e dezvoltat ă de propulsorul (propulsoarele) remorcherului la viteza de remorcare „V” se determin ă din bilanţul puterilor: T eV = P ax × h la × h r ×h p Þ
P ax × h la × h r ×h p V
unde: P ax - puterea dezvoltat ă la axul maşinii de propulsie, [CP ] 26
h la
- randamentul liniei de arbori h r - randamentul remorcherului h p - randamentul elicei 1 KW = 1 , 34 CP 1CP = 0,746KW = 746W Ştiind că 1CP @ 0,75 KW , dacă în formula de mai sus introducem P ax în CP Þ
T e =
Raportul:
2V P ax
0,75 × P ax ×hla ×h r ×h p V
[ KN ]
- poartă denumirea de randament de remorcaj , şi are o
valoare maximă de aproximativ 0,4 pentru viteze de remorcaj apropiate de 5 Nd. În practică, aprecierea calit ăţilor de remorcaj ale unui remorcher se face mai uşor cu ajutorul tracţiunii la cârlig pe unitatea de putere a remorcherului, adică: Z / P ax = 10 - 15 daN / CP pe viteza de remorcare: V r = 5 ¸ 5,5 Nd .
Pentru a mări randamentul de propulsie la unele remorchere (în special la cele fluviale), elicele se introduc în duze sau corpul se prevede cu un tunel. Prin adaptarea sistemului cu elice în duz ă se obţ in următoarele avantaje: - micşorarea puterii necesare la motorul principal pentru ob ţinerea unei anumite viteze; - protecţia elicei la naviga ţ ia prin gheaţă spart ă; - menţ inerea stabilit ăţii de drum, chiar şi pe vreme rea; - reducerea oscilaţ iilor de tangaj, ceea ce duce la o reducere a rezisten ţei la înaintare pe vremea rea. 27
Schema de compartimentaj la un remorcher cu motor Diesel este următoarea:
1 – picul prova 2 – tancuri de asiet ă 3 – magazie de m ărfuri 4 – compartiment locuin ţe prova 5 – depozite de ap ă de băut şi spălat
6 – compartiment ma şini 7 – dublu fund 8 – compartiment locuinţe pupa 9 – depozit de ap ă tehnică de rezervă 10 – picul pupa
Pentru operaţiuni de salvare sunt folosite remorchere maritime de dimensiuni mari şi cu maşini de propulsie cu puteri mari. Astfel de remorchere sunt înzestrate cu pompe de golire, pompe de stins incendii şi alte utilaje, dispozitive şi materiale necesare la salvarea navelor naufragiate. NAVE ROLL-ON/ROLL-OFF
Navele de tipul Roll-on/Roll-off şi sub denumirea de nave cu înc ărcare şi descărcare pe orizontală sunt destinate transportului de autovehicule rutiere.
28
1– picul pupa 2 – compartiment ma şina cârmei 3 – compartiment de ma şini 4 – dunet ă şi rufuri pupa 5 – tancuri în dublu fund 6 – tancuri de asiet ă
7 – magazii 8 – magazie materiale 9 – tanc asiet ă în picul prova 10 – extremitatea prova emers ă rabatabil ă 11 - lift
Necesitatea apariţ iei acestui tip de nav ă a fost legat ă de micşorarea timpului de staţionare a navei în port, durata opera ţiilor de încărcarea ş i descărcare, fiind redus ă la minim. Ambarcarea şi debarcarea autovehiculelor se realizeaz ă prin intermediul unor rampe articulate de nav ă, care se reazem ă cu capătul liber pe mal.
Rampele de ambarcare-debarcare pot fi dispuse la prova, caz în care extremitatea emers ă este rabatabilă, la pupa pe direc ţ ia planului diametral sau înclinat faţă de acesta. Accesul de la puntea de ambarcare (puntea principal ă), celelalte punţi ale navei se realizeaz ă cu ajutorul rampelor şi a lifturilor. Întrucât volumul specific al înc ărcăturii este relativ mare (r ămân spaţ ii neocupate între autovehicule), dimensiunile sunt mai mari decât la navele cargou de mărfuri generale de aceea şi capacitate. Datorit ă acestui fapt, navele Roll-on/Roll-off au pescajul mic şi bordul liber mare. Acest tip de nav ă se remorc ă prin punţ i continue nefracţ ionate de pere ţ ii transversali, înălţimea interpunţ ilor fiind dat ă de gabaritul maxim al vehiculelor transportate. Pentru a se crea spa ţii deschise, pere ţii transversali sunt înlocui ţ i cu cadre transversale înt ărite, care vor prelua şi sarcinile orizontale transmise de încărcătur ă în timpul oscilaţ iilor de ruliu. Punţ ile, în general, sunt mai rigide, iar grosimea înveli şului acestora este mai mare comparativ cu al cargourilor de m ărfuri generale, întrucât preiau sarcini concentrate mari, transmise prin ro ţile autovehiculelor. Datorită particularit ăţilor constructive menţionate, navele Roll-on/Roll-off pun probleme deosebite legate de rezisten ţa locală, transversală şi longitudinală. 29
SARCINILE CARE ACȚIONEAZĂ ASUPRA CORPULUI NAVEI
Oricine a fost pe mare la bordul unei nave pe mare rea a sim ţ it cum corpul navei este puternic solicitat şi, uneori, deforma ţ iile acestuia sunt vizibile. Este absolut evident c ă un arhitect nava trebuie s ă facă faţă la două mari provocări: calculul for ţelor hidrodinamice care ac ţ ionează asupra corpului navei şi r ăspunsul dinamic al corpului navei pentru a putea aprecia rezisten ţa generală a navei. Evaluarea „adecvan ţei” structurii corpului navei este, probabil, cea mai complex ă problemă de ingineria structurilor din care exist ă. Eforturile induse în materialul din care este construit corpul navei şi deformaţ iile rezultate trebuie ţ inute în limite acceptabile f ără a fi pusă în pericol integritatea corpului navei. De aceea, fiecare element de structur ă din corpul navei trebuie s ă fie foarte atent proiectat. Multe din problemele ce privesc rezisten ţa locală a corpului navei pot fi rezolvate prin metode cunoscute din mecanic ă cu condiţ ia ca să fie puse corect condiţ iile la limit ă. În acest capitol ne vom ocupa de rezisten ţa generală a corpului navei. Analiza structural ă este complet ă dacă este tratat ă problema dinamic ă, dar ac multe alte aspecte din arhitectura naval ă, prima dat ă se studiază ce se întâmpl ă când nava plute şte în apă calmă (regim static). Chiar şi în aceast ă situaţie corpul navei este subiectul ac ţ iunii a două for ţe distribuite pe întreaga lungime a navei, de semne contrare, for ţa de greutate respectiv for ţa de împingere arhimedic ă.
dG = m( x ) gdx m( x )
- masa corespunz ătoare unit ăţii de lungime dF a = r gAT ( x ) dx
AT ( x )
- aria sec ţ iunii transversale imerse G=
G = F a Û
L
ò0
L
ò0
m( x ) gdx;
m( x ) gdx =
F a =
L
ò0 r gA
T
30
L
ò0 r gA
T
( x ) dx
( x )dx - condiţia de plutire
În marea majoritate a cazurilor: G ¹ dF a Þ r AT ( x ) ¹ m( x )
Dacă „feliile” ar fi t ăiate ar avea loc o deplasare relativ ă între ele ca în figur ă. Cum acestea nu se deplaseaz ă în timpul plutirii rezult ă că în secţ iunile transversale apar eforturi sec ţ ionale sub forma for ţelor tăietoare şi a momentelor încovoietoare.
x
x
ò0 ò ( r gA ( x ) - m (x g ) )dx ) ) dxdx dM = Tdx Þ M ( x ) = ò T ( x ) dx = ò ò ( r gA ( x ) - m (x g 0 0 0
dT = r gAT ( x ) dx - r gm( x ) dx Þ T ( x ) = x
x
dT =
o
T
x
T
dT = f ( x ) dx Þ f ( x ) = ( r gAT - r gm( x ) ) dx f ( x ) =
dT dx
31
=
- for ţa rezultant ă pe unitatea de lungime
d 2 M dx
2
Cunoscând distribu ţia de greut ăţi pe lungimea navei şi distribuţ ia for ţelor de împingere hidrostatice din diagrama Bonjean se poate calcula for ţa rezultant ă f ( x ) , care acţionează asupra unit ăţ ii de lungime. Secţiunile transversale sunt într-o stare tensionat ă, iar nava se comport ă ca o grindă elastică, cu modul de rezisten ţă variabil pe lungimea sa, situat ă într-un mediu elastic reprezentat de apa în care plute şte. Grinda navă se deformează, ecuaţ ia fibrei medii deformate fiind: EI
d 2 z dx
2
= M ( x )
Rezultatul acestei înc ărcări a structurii este o deformare a acesteia, dac ă nu este suficient de rezistent ă. Mai mult, aceste for ţe pot produce deform ări locale ale structurii.
Capetele grinzii nav ă fiind libere, pe ele: T = 0 şi M = 0 . O analiză completă, dar şi complexă, a încărcării structurale a corpului navei trebuie efectuat ă în regim dinamic, atunci când nava întâlne şte valurile, pe mare îngheţată. În aceast ă situaţ ie eforturile structurale difer ă semnificativ faţă de situaţia de „apă calmă”, fapt care se explic ă prin apariţ ia for ţelor de iner ţ ie datorate mişcărilor oscilatorii, în special în cazul mi şcărilor cuplate de oscila ţ ie verticală şi tangaj.
32
