Andy2girl@yahoo.com 279 228953950 Nave Tehice Text

NAVE TEHNICE 2 NAVE TEHNICE 3 Ovidiu Iona ș NAVE TEHNICE Publicat la Editura „Gala ți University Press” Colecția „Știinte Inginere ști” 2014 ISBN 978-606-8348-96-4 NAVE TEHNICE 4 NAVE TEHNICE 5 CUPRINS 1. I N T R O D U C E R E 7 1.1 Clasificarea navelor tehnice 7 1.2 Piața navelor tehnice 9 2. REMORCHERE 2.1 D e s c r i e r e 1 3 2.2 Tipuri de remorchere 15 2.3 Propulsia remorcherelor 19 2.4 Formele remorcherelor 31 2.5 Instalația de remorcaj 37 2.6 Stabilitatea remorcherelor 41 2.7 Remorchere carusel 45 3. ÎMPINGĂTOARE 3.1 D e s c r i e r e 4 7 3.2 Tipuri de împing ătoare 49 3.3 Propulsia împing ătoarelor 50 3.4 Formele împing ătoarelor 57 3.5 Alte particularit ăți ale împing ătoarelor 60 3.6 Probe specifice împing ătoarelor 70 3.7 Împingătoare mariti me 72 4. NAVE DE ASISTEN ȚĂ ȘI SUPORT 4.1 Pilotine 74 4.2 Nave de servicii generale 75 4.3 Nave de stins incendiu 76 4.4 Nave pentru lucr ări subacvatice 8 1 4.5 Nave de asisten ță scafandri 83 4.6 Nave pentru semnalizarea c ăilor navigabile 86 4.7 Nave hidrografice 90 4.8 Nave de depoluare 92 4.9 Spărgătoare de ghea ță 102 NAVE TEHNICE 6 5. NAVE DE DRAGARE 5.1 Introducere 112 5.2 Tipuri de dr ăgi 114 5.3 Echipamente specifice dr ăgilor 117 5.4 Selecția tipului de drag ă 132 5.5 Particularit ățile diferitelor tipuri de dr ăgi 136 5.6 Șalande 161 5.7 Elemente de proiectare a navelor de dragare 166 6. PLATFORME TEHNOLOGICE 6.1 Macarale plutitoare 179 6.2 Docuri plutitoare 192 6.3 Barje semisubmersibile 203 6.4 Navede ranfluare 207 6.5 Alte tipuri de platforme plutitoare 210 7. NAVE PENTRU A CTIVITĂȚI OFFSHORE 7.1 Prezentare general ă 215 7.2 Categorii de nave OSV 216 7.3 Nave de prospec țiuni – SV 217 7.4 Nave de aprovizionare – PSV 219 7.5 Nave de manevr ă ancore – AH 222 7.6 Nave pentru construc ții subacvatice 226 7.7 Nave pentru conducte și cabluri subacvatice 229 7.8 Nave pentru stocare și producție –FPSO 233 7.9 Nave rapide de interven ție 235 7.10 Caracteristici generale ale navelor OSV 239 BIBLIOGRAFIE 249 NAVE TEHNICE 7 1. INTRODUCERE Această carte reprezint ă în principal conținutul cursului de NAVE TEHNICE predat la Facultatea de Arhitectur ă Navală din cadrul Universit ății „Dunărea de Jos” din Gala ți începând cu anul universitar 2010 -2011. Cursul se adreseaz ă studenților navali ști, dar și altor speciali ști sau nespeciali ști interesa ți de acest domeniu și concentreaz ă un vast material documentar de specialitate precum și experien ța de 20 de ani acumulat ă la SHIP DESIGN GROUP Galați în domeniul proiect ării navelor tehnice. Este inclusă deasemen eași experien ța șantierelor navale, birourilor de proiectare, Societăților de Clasificare și furnizorilor de echipamente din România și din Europa.Materialul prezentat con ține atât elemente descriptive cu rol de informare și prezentare general ă a particularit ăților diferitelor tipuri de nave tehnice, cât și concepte inginere ști utile în proiectare și exploatare. De departe, navele tehnice constituie domeniul cel mai dinamic al cercetării, proiect ării și construc țiilor de nave civile. Dat fiind caracterul exploziv al dezvolt ării domeniului, este perfect posibil ca anumite informa ții cuprinse în prezentul curs s ă fie depășite tehnologic chiar din momentul editării. Recomand ăm cititorului actualizarea informa ției prin acces la paginile web specializate. 1.1Clasificarea navelor tehnice O po sibilă clasificare a categoriilor de nave este dat ă de funcția principal ă a navei: – Nave civile  Nave de transport m ărfuri – cargouri, nave tanc, vrachiere, Ro-Ro, port-containere etc.  Nave de pasageri  Nave de pescuit  Nave de agrement  Submersibile  Platforme de foraj și extracție  Nave tehnice – Nave militare NAVE TEHNICE 8 Dat fiind multiplele cazuri de nave cu func ții combinate, aceast ă clasificare este uneori conven țională. În cazul navelor cu func ții mixte , încadrarea lor se face după caracteristica dominant ă. În categoria „Nave tehnice” sunt incluse nave sau instala ții plutitoare civile, de suprafa ță, a căror funcție este alta decât transportul de m ărfuri, transportul de pasageri, agrement sau activit ăți legate de pescuit. În nomenclatura internațională, acest tip de nave nu au dedicat ă o categorie aparte, fiind încadrate fie la categoria „non-cargo ships” , fie la categoria „others”. Acest fapt are un caracter istoric; până recent navele tehnice – deși foarte diverse ca tip – reprezentau circa 5% din totalul navelor și ca atare nu s-a considerat necesar atribuirea unei categorii distincte. În ultima perioad ă – în principal legat ă de exploatarea resurselor marine – această categorie de nave este din ce în ce mai largă și conține sub-categorii din ce în ce mai individualizate. Clasificarea navelor tehnice se poate face dup ă: – zona de naviga ție – maritim, costier, ape interioare; – existența unui s istem de propulsie propriu –propulsate sau nepropulsate; – domeniul de activitate Domeniile de activitate acoperite de navele tehnice sunt extrem de diverse. În mod frecvent o nav ă destinată unui anumit scop principal are și funcții adiționale – ex: remorcher+sp ărgător de ghea ță+ navă de stins incendiu+ nav ă pentru acțiuni de depoluare etc. Totuși, pe domenii de activitate, f ără a închide lista, se pot enumera următoarele categorii și sub-categorii de nave: – Remorchere – nave destinate remorcajului navelor nepropulsate și asistența la manevr ă a navelor propulsate ; – Împingătoare – nave destinate împingerii convoaielor de barje sau altor unități nepropulsate ; – Drăgi – nave destinate extragerii de material solid de pe fundul apei; – Nave de asisten ță și suport pentru sus ținerea naviga ției:  pilotine ,  nave de servicii generale,  nave de stins incendiu,  nave pentru semnalizarea c ăilor navigabile ,  nave hidrografice,  spărgătoare de ghea ță,  nave de salvare; – Nave de depoluare:  colectare de șeuri de la nave și/sau de la suprafa ța apei ,  stocare și prelucrare de șeuri,  amplasare a barajelor plutitoare,  decontaminare – împrăștiat dispersan ți, spălare maluri ; NAVE TEHNICE 9 – Nave de asisten ță subacvatic ă:  nave pentru lucr ări subacvatice ,  nave de asisten ță scafandri ; – Nave de suport offshore:  nave de prospec țiuni,  nave de aprovizionare,  nave de manevr ă ancore,  nave pentru construc ții subacvatice ,  nave pentru instalare conducte și cabluri subacvatice,  nave pentru stocare și producție,  nave rapide de interven ție; – Platforme tehnologice: unit ăți – de regulă nepropulsate – destinate desfășurării de lucr ări în zona acvatic ă sau la țărm:  macarale plutitoare,  transloadere,  docuri plutitoare,  barje semisubmersibile,  pontoane de ranfluare,  platforme de derocare și sonete; – Structuri plutitoare: unit ăți nepropulsate, costiere, destinate unor construcții plutitoare cu destina ție civilă și industrial ă:  pontoane de acostare,  poduri de pontoane,  uzine plutitoare,  stații de combustibil, sta ții de pompare ,  aeroporturi, parc ări, depozite, locuin țe, spitale, bazine etc. 1.2 Piața navelor tehnice Fără a face o analiz ă detaliată, diagramele prezentate în continuare (valabile la data redact ării cursului) eviden țiază câteva tendin țe. Până în anii 2000, navele tehnice au avut o pia ță relativ constant ă de circa 5 -6% din totalul tonajului construit. Deoarece majoritatea navelor tehnice sunt de mici dimensiuni, ponderea acestora din num ărul total de nave construite este semnificativ mai mare.Dezvoltarea activit ăților de explorare și exploatare marină, în principal legat ă de industria petrolului și gazelor, a f ăcut ca în anii 2010 ponderea navelor tehnice s ă crească până la 7% din total CGT (CompensatedGrossTonnage ). Pentru perioada pân ă în 2030, ponderea mondială din total CGT se estimeaz ă a fi peste 10% (Fig. 1.1). NAVE TEHNICE 10 Fig. 1.1 –Distribu ția comenzilor pe tipuri de nave la nivel mondial în anul 2009 (CGT). Pe de altă parte, majoritatea navelor tehnice sunt nave de mare complexitate și care utilizeaz ă echipamente de înalt ă tehnologie. Aceasta face ca deocamdat ă să fie mai pu țin atractive pentru unele mari puteri în construc ții navale. Drept consecință, majoritatea firmelor de proiectare, produc ători de echipamente și șantiere navale specializate pe nave tehnice se g ăsesc în Europa. În cadrul CESA (Community of European ShipyardsAssociations, actualmente SEA Europe), ponderea construc ției de nave tehnice a fost în ultima perioad ă de aproape 20% și se așteaptă o creștere la peste 40% (Fig. 1.2). Fig. 1.2 – Distribuția comenzilor pe tipuri de nave în Europa . NAVE TEHNICE 11 Pe de altă parte se constat ă (Fig. 1.3 – 1.4; sursa: CESA/SEA): – cota de pia ță în creștere ușoară la nivel global a navelor tehnice , – cota de pia ță în creștere rapid ă la nivel EU a navelor tehnice , – specializarea țărilor EU ( și a României) în produc ția de nav e tehnice. Fig. 1.3 –Evoluția valoric ă in timp a comenzilor pe tipuri de nave la nivel mondial. Fig. 1.4 –Distribu ția comenzilor pe tipuri de nave între marii produc ătoriîn construcții navale . NAVE TEHNICE 12 Un alt element interesant de analizat îl reprezint ă e v o l uția unui sector dominant în pia ța navelor tehnice și anume navele de tip OSV (offshoresupportvessels). Se constat ă implicarea din ce in ce mai agresiv ă a marilor produc ători, în principal Coreea, China și Brazilia, pe piața navelor OSV, acoperind întreaga gam ă de tipuri de nave (Fig. 1.5 – 1.6, sursa: CESA/SEA). Fig. 1.5 – Distribuția comenzilor de nave tip OSV între marii produc ători. Fig. 1.6 – Distribuția comenzilor pe tipuri de nave OSV între marii producători: Europa (sus), Coreea (st. jos), China (dr. jos). NAVE TEHNICE 13 2. REMORCHERE 2.1 Descriere Remorcherele sunt nave destinate manevr ării altor nave sau unit ăților plutitoare prin tragere sau împingere. Ele sunt destinate oper ării în mare deschisă, rade și porturi, canale sau pe apele interioare. Pe lâng ă funcția principală de tragere, remorcherele sunt dotate cu instala ții și echipamente care să permită îndeplinirea altor activit ăți, cum ar fi: salvare, stins incendiu, depoluare, spargerea ghe ții, transpo rt ocazional. Remorcherele sunt specializate pe diferite tipuri de opera țiuni, fapt care conduce la caracteristici constructive și funcționale diferite. Caracteristica principal ă a unui remorcher este puterea și, în direct ă corelație cu aceasta, trac țiunea la cârlig (bollardpull). Este uzual ă identificarea categoriei unui remorcher, nu prin puterea motoarelor de propul sie, ci prin TBP (TonesBollardPull). Ex. ASDTug 60 TBP. Pe lângă caracteristica de trac țiune, un remorcher trebuie să îndeplineasc ă și alte cerințe constructive în corela ție cu func ționalitatea:  manevrabilitatea,  tracțiunea în orice direc ție,  stabilitatea la valuri, gira ție violent ă, tracțiunea parâmei de remorcare și efectul monitoarelor (tunurile de ap ă),  construcția robust,  protecția la eșuare,  vizibilitatea foarte bun ă din timonerie . Elementele caracteristice ale unui remorcher sunt: – sistemul de propulsie, – instalația de remorcare , – sistemul de guvernare. NAVE TEHNICE 14 Acestora li se adaug ă sisteme op ționale care diversific ă funcționalitatea remorcherului. Dintre acestea se pot aminti: – sisteme de depoluare: baraj antipoluant, skimmer, tanc colectar e reziduuri, instala ție de împr ăștiere dispersan ți, sisteme de sp ălare maluri, sisteme de colectare re ziduuri solide de la suprafa ță etc.; – sisteme de stins incendiu: monitoare, pompe, tanc de spumogen, sisteme de perdea de ap ă; – sisteme de înc ărcare -descărcare -transport: macara, spa țiu liber pe punte, magazie, tancuri de cargo etc.; – sisteme de asisten ță scafandri: pompe și rezervoare de aer, barocamer ă, submersibil ROV; – sisteme de asisten ță medicală: cabinet medical, echipamente medicale, sistem de scos om din ap ă, zona de ambarcare în elicopter etc.; – sisteme de ranfluare: pompe de extrac ție, submersibil ROV, echipamente de detectare etc.; – spărgător d e gheață: forma specific ă, corp înt ărit, propulsie adaptată navigației prin ghea ță, sisteme de degivrare etc. În figura 2.1 se prezint ă planul general tipic al unui remorcher multi- funcțional. Se vor remarca dot ări, elemente constructive și de amenajare specifice: – sistemul de propulsie azimutal, cu transmisie cu ax cardanic ; – sistemul de remorcare dual, cârlig + vinci de remorc ă cu A -frame ; – dotările de depoluare: skimmer + aripi de împr ăștiere dispersant + baraj antipoluant, tanc colectare reziduuri ; – dotările Fi- Fi: pompe ac ționate de motoare, monitoare, tanc spumogen ; – spațiu pe punte pentru depozitat geamanduri ; – macara de manevr ă skimmer sau baraj sau geamanduri ; – baba dubl ă în prova , pentru trac țiune cu prova ; – brâu de cauciuc dublu la prova și simplu la pupa – pupa specific ă sistemului de propulsie azimutal ; – gurna din frânturi și forma din suprafe țe riglate ; – derivor de protec ție la eșuare a propulsoarelor ; – timoneria cu vizibilitate 360 q; – puntea pupa liber ă și protejată și magazia de parâme. NAVE TEHNICE 15 Fig. 2.1 – Plan general, remorcher costier multifunc țional . 2.2 Tipuri de remorchere Clasificare după zona de navigație: – nelimitată, – costieră, – ape interioare sau protejate. Diferențierea remorcherelor dup ă zona de naviga ție este dat ă de adaptarea acestora la condi țiile specifice de naviga ție, respectiv starea diferit ă a mării și îndepărtarea de țărm. Astfel, la remorcherele cu zona de naviga ție nelimitat ă: – formele navei sunt adaptate naviga ției în valuri în alte – bord liber crescut, prova înălțată cu unul sau dou ă nivele de teug ă, raportul L/B crescut; – cerințele de stabilitate intact ă și de avarie sunt mai severe; – deschiderile în corp și suprastructuri sunt cu grad înalt de etan șare, geamurile au un înalt gr ad de rezisten ță; NAVE TEHNICE 16 – autonomia este m ărită prin creșterea capacit ății de stocare combustibil, ap ă, provizii și reziduuri; – spațiile pentru echipaj sunt mari, adaptate voiajelor de lung ă durată; – sistemele importante sunt cu grad înalt de redundan ță. Pe măsură ce zona de naviga ție se reduce, caracteristicile de mai sus se diminueaz ă. Fig. 2.2 – Remorcher oceanic Fig. 2.3 – Remorcher costier Clasificare dup ă sistemul de propulsie : – linie de axe ST, – azimutal la pupa ASD, – tractor cicloidal VSP (Voith Schneider), – tractor azimutal ATT, – combinat. Diferențierea remorcherelor dup ă sistemul de propulsie este dat ă de tipul sistemului de propulsie utilizat. Mai multe detalii în paragraf ul despre propulsia remorcherelor. Clasificare dup ă sistemul de remorcaj: – la cârlig, – pe vinci, – carusel. Diferențierea remorcherelor dup ă sistemul de remorcaj este dat ă de tipul sistemului de remorcaj utilizat. Mai multe detalii în paragraful despre instala ția de remorcaj. Clasificare dup ă destinația principal ă: – de linie, – de mane vră, – salvator, – de escortă, – AH (anchorhandling), – multifunc țional . NAVE TEHNICE 17 Diferențierea remorcherelor dup ă destinație este dat ă de principala utilizare pentru care a fost proiectat ă nava. – Remorcherele de linie sunt destinate remorc ării pe distan țe lungi a unit ăților nepropulsate. Sunt utilizate la transportul barjelor maritime, platformelor marine, navelor r ămase fără propulsie, navelor în construc țieetc. Caracteristicile principale ale acestor remorchere sunt puterea suficient ă pentru asigurarea vitezei necesare de remorcare, capacitatea de a naviga în condiții meteo severe, autonomia suficient ă. Pentru a atenua deriva produs ă de remorc ă, aceste nave au dimensiuni laterale mari (lungime și pescaj), precum și suprafețe laterale (derivoare, cârme) dezvoltate , care să mărească aria de deriv ă. Pentru a m ări flexibilitatea acestor nave și exploatând puterile foarte mari instalate (pân ă la 20000 kW, cu forța de tracțiune de până la 300 TBP), aceste nave au și dotări specifice de remorcher salvator și/sau remorcher de escor tă. – Remorcherele de manevr ă sunt destinate remorc ării și manevrării navelor în porturi, pe canale și ecluze, acolo unde capacit ățile manevriere ale navelor remorcate nu sunt suficiente. Sunt utilizate la manevrele de gh idare, oprire, întoarcere și acostare ale navelor. Caracteristicile principale ale acestor remorchere sunt puterea suficient ă pentru controlul navei remorcate și capacități de manevr ă foarte bune. Sunt , în general, echipate cu sisteme de propulsie omnidirec ționale (azimutale sau cic loidale) care permit realizarea forței de tragere f ără a fi necesar ă alinierea remorcherului pe direc ția de tragere. Instala ția de remorcaj permite prinderea remorcii atât în pupa cât și în prova remorcherului. Zona prova este ranforsată pentru a permite și împingerea cu prova a navei manevrate. Cele mai multe remorcher e de manevră sunt dotate cu instala ții auxiliare care le permit s ă efectueze și alte servicii în zonele portuare, cum ar fi ac țiuni de combaterea polu ării, stins incendiu și escortă în apropi erea portului. În unele cazuri, forma și amenajarea propulsiei au fost adaptate pentru func ția de spărgător de ghea ță ușor pentru zona portuar ă și pe ape interioare. – Remorcherele de salvare sunt destinate în principal salv ării navelor aflate în dificultate (e șuate, rămase fără propulsie sau guvernare) și a echipajului acestor nave. În general, remorcherele de linie (de mare putere și capabile să navig heze în orice condi ții de mare) sunt utilizate și ca remorchere de salvare, cu condiția dotării cu echipamen te specifice (vezi BV Pt D, Ch 14, Sec 2, table 4). Dintre acestea se pot aminti: pompe de drenaj mobile, pompe de incendiu, aparate de scufund ări, măști de gaze, panouri de vitalitate, macarale de manevr ă, aparate de sudur ă și tăiere, cabluri, parâme, sisteme portabile de iluminat etc. În plus, sunt necesare echip amente de salvare vie ți umane și asistență medicală, zona de preluare în elicopter (nu neapărat aterizare a elicopterului) etc. NAVE TEHNICE 18 – Remorcherele de escort ă au apărut ca urmare a numeroaselor e șuări în zonele de coast ă soldate cu catastrofe ecologice. Ca și consecin ță, pentru reducerea riscului acestui tip de accidente, au fost emise reglement ări internaționale (Regulation 3 -4 of SOLAS, Chapter II-1, Part A-I) și reguli naționale de naviga ție. Aceste reguli prev ăd ca toate navele tanc de peste 20000 tdw s ă fie prevăzute cu sisteme de legare rapid ă la remorcher î n cazul pierderii propulsiei și/sau guvern ării și să fie escortate de un remorcher specializat în zonele costiere și în vecin ătatea porturil or. Unele autorități portuare au extins cerin ța și asupra altor tipuri de nave. Ca urmare, a ap ărut obligativitatea prezen ței în zonele de risc a unor nave specializate, remorcherele de escort ă. Un remorcher de escort ă trebuie s ă dispună de putere și calități manevriere suficiente , astfel încât (conform USCG) să: – tracteze nava remorcat ă cu 4 nd în apa calm ă sau să o țină staționară împotriva unui vânt de 45 nd; – să oprească nava remorcat ă de la viteza de 6 nd în aceea și distanță în care nava opre ște cu mijloacele proprii; – să poată ține pe direc ție nava remorcat ă când aceasta navig ă cu 6 nd cu cârma blocat ă la 35q; – să poată întoarce nava remorcat ă la viteza de 6 nd pe acela și cerc de girație pe care nava îl realizeaz ă cu mijloace proprii . Din cerin țele de mai sus rezult ă că remorcherul de escort ă trebuie s ă poată dezvolta for ța de tracțiune pe direc ție oblică atât față de remorc ă, cât și față de remorcher. Aceasta face ca remorcherele de tip tractor (azim uth sau VSP) să fie recomandate pentru acest tip de opera ții. Fig. 2.4 – Configura ția tipică de calcul pentru escort ă (cf. BV) . Puterea sistemului de propulsie al remorcherului de escort ă necesară atingerii acestor performan țe se poate ob ține în prima aproxima ție cu relația P [CP] = 0,05 Dwt, unde Dwt este deadweight-ul navei remorcate. NAVE TEHNICE 19 În Regulile Societ ăților de Clasificare se indic ă metode de calcul mai elaborate pentru determinarea acestei puteri în corela ție cu performan țele sistemului de guvernare (Ex: BV Pt D, Ch 14, Sec 2). – Remorcherele de manevr ă ancore (anchorhandling) sunt nave specifice industriei off-shore și sunt destinate pozi ționării și mutării ancorelor platformelor de foraj sau barjel or de amplasat conducte (pipe l ayer). Specifice acestor nave sunt: capacitatea de a lucra în mare agitat ă, forța mare de trac țiune, sistemele adi ționale de manevrabilitate (bow și stern thrustere), sisteme de pozi ționare dinamic ă, vinciuri de manevr ă mari, rol ă de pupa pentru cablurile (lan țurile) ancorelor, punte pupa deschis ă cu spațiu liber de lucru și depozitare ancore. În plus majoritatea navelor AH sunt prev ăzute cu spa ții de depozitare pentru înc ărcături specifice platformelor de foraj (noroi, ciment, lan țuri, țevi, combustibil, ap ă etc.), aceste nave purtând abrevierea de AHTS (AnchorHandlingTugSuppli er). Alte particularit ăți ale acestor nave sunt: timoneria cu comanda dubl ă, prova și pupa, vizibilitate bun ă asupra pun ții, sisteme anti -ruliu, sisteme de lansare-ridicare pe punte a ancorelor mari (tip A frame). Mai m ulte detalii se vor prezenta la capitolul dedicat navelor pentru opera țiuni offshore. – Remorcherele multifunc ționale îmbin ă calități nautice și dotări specifice mai multor func ții, astfel încât s ă poată fi utilizate în diferite situa ții. Practic nici un remorcher nu este proiectat a fi dedicat exclus iv unei singure func ții. Cele mai frecvente combina ții sunt: linie -salvator- escortă, manevră-depoluare-stins incendiu, AH-lin ie-salvator-stins incendiu. 2.3 Propulsia remorcherelor Caracteristica principal ă a unui remorcher o reprezint ă forța de tracțiune și direcția în care aceasta este dezvoltat ă. Pentru aceasta, sistemul de propulsie reprezintă elementul central în proiectarea unei astfel de nave.Cu unele excep ții (remorchere salvator și remorchere de escort ă), viteza de mar ș liber a navei nu reprezintă o cerință specifică. Uzual, viteza de mar ș liber a remorcherelor este de 10-12 noduri.În cazul remorcherelor salvator și al remorcherelor de escort ă, din necesitatea de a ajunge rap id în zona de interven ție, viteza se impune prin cerința de proiectare, de obicei în zona 15 -17 noduri. Sisteme de propulsie Se utilizeaz ă trei tipuri de sisteme de propulsie : – linie de axe, – propulsoare azimutale, – VSP (Voith Schneider Propulsion). NAVE TEHNICE 20 Propulsoarele azimutale sau VSP pot orienta for ța de propulsie în orice direcție (omnidirec ționale) și nu necesit ă alte echipamente de guvernare. Remorcherele dotate cu propulsoare omnidirec ționale pot avea propulsoarele amplasate la pupa (stern drive) sau la mijloc- prova sub nav ă. Acest ultim tip de aranjament conduce la a șa-numitele remorchere tractor. Se utilizeaz ă următoarele abrevieri pentru tipurile de remorchere , în funcție de configura ția propulsiei: ST – shafttug – nava cu linie de axe; ASD – azimuth stern drive – navă cu propulsoare azimutale amplasate la pupa; VSP – nava cu propulsoare Voith Schneider (în cele mai multe cazuri sunt tip tractor tug); ATT – azimuth tractor tug – navă cu propulsoare azimutale amplasate central. Alegerea tipului de propulsor – elice pe linie de axe, elice pe sistem azimutal la pupa, elice pe sistem azimutal la centru sau cicloi dal – este determinat ă în principal de caracteristicile manevriere avute în vedere. – Propulsia tip linie de axe asigur ă guvernarea navei prin sistemul clasic cu cârme. For ța de trac țiune este dezvoltat ă numai pe axa longitudinal ă a navei și numai spre înainte, trac țiunea lateral ă sau la mers înapoi fiind Fig. 2.5 – Remorcher cu linie de axe Fig. 2.6 – Remorcher tip ASD Fig. 2.7 – Remorcher tractor Voith-Schneider Fig. 2.8 – Remorcher tractor azimutal NAVE TEHNICE 21 slabă. Cea mai frecvent ă utilizare a acestui sistem de propulsie se întâlnește la remorcherele de linie. – Propulsia tip ASD (azimutal la pupa) asigur ă o mai bun ă guvernare decât sistemul cu linie de axe și dezvoltarea for ței de trac țiune maxime în orice direcție. Totuși, amplasamentul la pupa al propulsiei face ca guvernarea s ă se realizeze prin rota ția navei , ceea ce conduce la limitarea for ței de tracțiune în direc ție transversal ă. Acest tip de propulsie permite trac țiunea maximă atât spre înainte cât și spre înapoi, ceea ce permite utilizarea navei la remorcarea cu pupa sau cu prova. Cea mai frecvent ă utilizare a acestui sistem de propulsie se întâlne ște la remorcherele de manevr ă în port și radă. – Propulsia tip tractor, prin amplasarea propulsoarelor la mijloc ul navei, permite dezvoltarea for ței de propulsie maxime în orice direc ție fără a mai fi necesar ă întoarcerea remorcherului, conferind astfel o mare flexibilitate în operare. Principala limitare a utiliz ării sistemului de tip tractor o constituie pescajul mare (5-8 m) dat de amplasarea propulsoarel or sub navă, ceea ce permite utilizarea numai în zone cu ap ă de adâncime mare. Cea mai frecvent ă utilizare a acestui sistem de propulsie se întâlne ște la remorcherele de manevr ă (acolo unde adâncimea în port permite) și la remorcherele de escort ă. Elicea Exceptând propulsoarele cicloidale (VSP), toate celelalte variante utilizeaz ă elicea ca element de propulsie. Proiectarea sistemului de propu lsie la un remorcher se face cu metodele obi șnuite de proiectare a elicei, cu câteva particularit ăți. – Punctul de proiectare: exceptând unele situa ții speciale, punctul de proiectare al elicei se alege la viteza 0. Aceasta asigur ă dezvoltarea unei forțe de trac țiune maxime cu nava sta ționară, folosind toat ă puterea motoarelor, dar fără a le suprasolicita, chiar în cazul unei viteze de avans negative. Proiectarea „la punct fix” face ca în mar ș liber elicea s ă nu poată absorbi toat ă puterea motoarelor. De regul ă, proiectarea se face având ca date inițiale tracțiunea la punct fix (din caietul de sarcini) și diametrul elicei din considerente geometrice de amplasare a elicei. Se im pun viteza de avans în discul elicei va=0 și coeficientul de siaj w=0. Coeficientul de sucțiune se calculeaz ă în funcție de formele navei și amplasarea elicelor sau se poate adopta preliminar t=0,15-0,20 la remorchere cu lin ie de axe, t=0,10-0,15 la ASD și t=0,01-0,05 la remorchere tractor. – Elice încărcată: prin noțiunea de elice înc ărcată se înțelege elicea la care raportul T/A 0 (Tracțiune/Aria discului elicei) este mare. Ca ordin de mărime, se consider ă că o elice este înc ărcată dacă are acest raport peste 40-50 kN/m2. Deoarece diametrul elicei este limitat din considerente de NAVE TEHNICE 22 pescaj iar puterea instalat ă este mare, în mod frecv ent la remorchere se ajunge la valori ale raportului T/A 0 de 60 –90 kN/m2. În consecin ță, se va acorda aten ție sporită verificării la cavita ție a elicei. – Elice în duz ă: amplasarea elicei în duz ă asigură, față de elicea liber ă, o tracțiune sporit ă la viteze mici și un comportament mai bun al elicelor încărcate. Acest lucru face comun ă utilizarea elicei în duz ă la remorchere. – Elice cu pas fix: pentru a evita complica țiile constructive și ținând cont c ă doar cu unele excep ții viteza de mar ș liber nu reprezint ă o cerință specifică remorcherelor, în majoritatea cazurilor se utilizeaz ă elice cu pas fix (FPP). Totuși la unele tipuri de remorchere – salvare, escort ă – se impun și cerințe de viteză în marș liber. La remorcherele de linie exist ă chiar trei regimuri uzuale: mar ș liber, remorcaj de linie, trac țiune la punct fix. Ținând cont c ă elicea este proiectat ă din condi ția de trac țiune la punct fix (Bollardpull), o elice cu pas fix nu va absorbi toat ă puterea motorului în situa ția de mar ș liber a navei, pân ă la 50% din puterea instalat ă neputând fi utilizat ă. La remorchere cu func ționare în mai multe regimuri de vitez ă, din necesitatea de a utiliza maximum de putere în orice regim, se utilizeaz ă elicele cu pas reglabil (CPP) atât la sistemul cu linie de axe, cât și la azimutale. Pentru o evaluare rapid ă a relației putere -tracțiune la punct fix, se poate utiliza cu caracter preliminar trac țiunea specific ă T/P (trac țiune/putere). La remorchere, în condi țiile specifice de mai sus, acest raport are valoarea 160 -220 N/kW. Motoarele principale Motoarele principale (MP) pentru remorchere se aleg ținând cont de particularit ățile funcționale și de amenajare. Astfel: – Funcționarea în regim de sarcin ă variabilă impune aproape exclusiv motoare Diesel pe MDO (Marine Diesel Oil = motorină), combustibilul greu (HFO) fiind rar utilizat, doar la remorchere de linie care func ționează mult timp în regim stabilizat. – Din considerente de amenajare și spațiu în CM , se prefer ă utilizarea motoarelor rapide sau semirapide care, de și au un consum specific mai mare, sunt mai compacte. – Ținând cont de regimul de func ționare – timp îndelungat la putere maxim ă și frecvent suprasarcin ă –, motoarele se aleg cu setare de rating ridicat (heavyduty, 1 sau A în func ție de produc ător), ceea ce înseamn ă 100% din timp la putere maxim ă, în cel mai r ău caz 80% din timp la putere maxim ă. – În mod frecvent arhitectura sistemului de propulsie presupune c uplarea la motoarele principale și a altor consumatori (pompa de incendiu, generator pe ax, p ompa hidraulic ă de guvernare etc.) ceea ce necesit ă ca pe MP sau pe NAVE TEHNICE 23 reductor s ă se prevad ă PTO (Power Take Off), adic ă prize de putere auxiliare. – În unele cazuri se pot monta un num ăr diferit de motoare decât propulsoare (Fig.2.13), frecvent în cazul transmisiilor electrice sau hidra ulice, caz în care se utilizeaz ă un sistem de power management, respectiv pornirea -oprirea automată a unora din motoare în func ție de necesarul de putere din acel moment. Alegerea puterii motoarelor principale (MP) se face parcurgând etapele: – se sp ecifică datele de intrare: trac țiunea la punct fix (din tema de proiectare) și diametrul elicei (din condi ții geometrice de amplasare) ; – se stabilește o configura ție a transmisiei și se evalueaz ă lanțul de pierderi pe transmisie și consumurile suplimentare. În lipsa unor date concrete, se pot considera urm ătoarele pierderi: – transmisii mecanice: 1% pentru fiecare lag ăr al transmisiei, 2% pentru fiecare treapt ă de reducție (în reductor), 1% pentru cuplaj elastic ; – transmisii electrice: 3% generator, 2,5% tablouri și convertizoare, 3-4% motorul electric; – transmisii hidraulice: 7% pompa, 6-10% conducte, valvule, regulatoare,7% motorul hidraulic. Pentru consumurile suplimentare de putere se vor avea în vedere generatorul pe ax, pompele (incendiu, guvernare etc.) și orice al ți consumatori antrena ți de MP (cu pierderile aferente cupl ării la MP) ; – se determin ă caracteristicile elicei din diagrama Kt -J la J=0. Deoarece problema este nedeterminat ă (nu se poate determina tura ția optim ă deoarece, formal randamentul este 0), se va face o analiza pe diferite tura ții adoptate, la fiecare tura ție calcul ându-se: – raportul de pas al elicei: s ă fie de regul ă între 0 ,7 și 1,1; – coeficientul Kq și puterea cu acesta necesar ă la elice PD – se stabile ște puterea la flan șă (MCR), utilizând PD, pierderile pe transmisie și consumurile suplimentare; – se aleg din catalog un motor și un reductor; – se reevalueaz ă pasul elicei din diagrama Kq -J la J=0 pe puterea și turația efective și se calculeaz ă tracțiunea real ă la punct fix; – se alege tura ția pentru care rezult ă cea mai bun ă configura ție a sistemului de propulsie din punct de vedere al trac țiunii, motorului, reductorului, transmisiei și elicei. Nu se vor ignora nici elementele de cost, disponibilitate, fiabilitate etc. NAVE TEHNICE 24 Aranjamentul propulsiei Proiectarea remorcherelor se face având ca element central prop ulsia. Componentele sistemului de propulsie sunt: motorul, cuplajul, r eductorul, transmisia, propulsorul. Ca c erințe generale de amplasare , atât pentru remorcherele cu linie de axe cât și pentru cele cu propulsoare azimutale sunt valabile câteva cerin țe generale privind amplasarea sistemului de propulsie: – poziționarea și dimensionarea propulsorului în corela ție cu formele pupa, pescajul minim și maxim astfel încât: – diametrul elicei s ă fie cât mai mare f ără a depăși cel mai de jos punct al navei și elicea s ă fie imersat ă la pescajul minim. Se recomand ă ca vârful propulsorului s ă fie la minim (0 ,2-0,4) D sub linia de pescaj minim. În cazul în care propulsorul coboar ă sub linia de baz ă, pe navă se va amplasa un derivor extins, astfel î ncât acesta s ă protejeze elicea ; – formele în zona propulsorului s ă asigure o curgere bun ă a apei și să evite absorb ția de aer la mar ș înainte și să minimizeze aceast ă absorbție la marș înapoi; – poziționarea duzei relativ la corp s ă faciliteze curgerea apei, s ă minimizeze pierderea de eficien ță a duzei (prin zone obturate prin contactul cu corpul) și să evite crearea de contra -curgere pe exteriorul duzei; – elicele să fie cât mai dep ărtate de PD, f ără a exista riscul lovirii laterale de cheu în timpul oscila țiilor și luând în considerare posibilitatea amplasării motoarelor în interiorul navei; – poziționarea motoarelor în interiorul navei: – formele navei și spațiul disponibil în CM; – elementele structurale ale navei (osatur ă, postamen ți); – spațiul de mentenan ță necesar sub motoare, în lateral și deasupra lor; – spațiul necesar altor echipamente conectate la motoare (reductor, generator pe ax, pompa de incendiu, evacuare gaze etc.); – cerințele de amenajare a navei: – remorcherele au în general compartimentul ma șini la centru, deci cel mai mare spa țiu este acordat motoarelor. Trebuie ținut cont îns ă și de necesitatea altor spa ții în zonă (tancuri, spa ții tehnice etc.) – asieta: motoarele au un aport semnificativ în deplasamentul nav ei și poziționarea lor incorect ă poate afecta negativ asieta navei. – cerințele de stabilitate de avarie: la remorchere compartimentul ma șini este de mari dimensiuni și avarierea acestuia poate compromite nescufund abilitatea navei. Se va c ăuta un compromis între dimensiunea CM și amplasarea acestuia astfel încât s ă se respecte cerin țele stabilității de avarie (la tipurile de remorchere la care acestea sunt aplicabile). NAVE TEHNICE 25 Remorchere cu linie de axe (Fig. 2.9) La aceste nave aranjamentul elementelor sistemului de propulsie se face „în linie”. Suplimentar se vor avea în vedere: – spațiul pentru cârme s ă fie suficient , – lagărele liniei de axe vor fi pozi ționate astfel încât distan ța între ele s ă respecte cerin țele din Reguli , – alinierea cu propulsorul: în unele situa ții se practic ă linii de axe înclinate în plan vertical (la navele mici) și în plan orizontal. Înclinarea liniei de axe nu va dep ăși 3-4 grade. Fig. 2.9 – Aranjamentul sistemului de propul sie la un remorcher de linie. În ceea ce prive ște distanța între propulsoare și distanța propulso rului față de bordaj, se aplică aceleași principii ca la remorcherele azimutale. Remorchere azimutale (Fig. 2.10) Amplasarea propulsoarelor azimutale se face la pupa pentru remo rcherele tip ASDși la centru pentru remorcherele tractor. Pentru a m ări performan țele, și în special cele de manevrabilitate, propulsoarele trebuie amplasate cât mai dep ărtate unul de altul. Distan ța minimă recomandat ă între pozi țiile extreme ale propulsoarelor (a se ține cont c ă acestea sunt rotative 360° ) este de 500mm. Pe de alt ă parte, amplasarea propulsoarelor trebuie s ă asigure o distan ță de siguran ță minimă între propulsoare și bordajul navei (recomandat 500 mm) pentru a evita lovirea propulsoarelor de ch eu sau de nava asistată, datorită înclinării remorcherului. Nu este obligatoriu ca unit ățile de propulsie s ă fie amplasate vertical, ele pot fi dublu înclinate – longitudinal și transversal – cu unghiuri de pân ă la 3 °-5°. Acea stă înclinare reduce unghiul axului cardanic, permite amplasarea apropiat ă a motoarelor f ără a influen ța NAVE TEHNICE 26 distanța între propulsoare și aduce unele beneficii hidrodinamice în cazul remorcherelor de manevr ă. Fig. 2.10 – Aranjamentul sistemului de propulsie la un remorcher ASD cutransmisie cu ax cardanic. Fig. 2.11 – Amplasarea înclinat ă a propulsoarelor azimutale . Transmisia puterii de la motoare la propulsoarele azimutale se poate realiza în mai multe moduri: – mecanic, – electric, – hidraulic. NAVE TEHNICE 27 În cazul transmisiilor electrice sau hidraulice, amplasarea pro pulsoarelor este independent ă de amplasarea motoarelor , oferind flexibilitate aranjamentului propulsiei. Totu și, această soluție este aplicat ă numai în cazuri speciale datorit ă costului mai ridicat și a pierderilor mai mari pe lan țul de transmisie, comparativ cu transmisia mecanic ă. În cazul transmisiei mecanice, leg ătura între motor și propulsor se face cu arbore de transmisie. În func ție de aplica ție, există mai multe tipuri de cuplare: – directă – cuplajul motor-propulsor se face direct prin intermediul unui cuplaj elastic; axul motorului este aliniat cu axul propulsorul ui și, ca atare, este necesar s ă existe spa țiu suficient pentru mo tor în vecin ătatea propulsorului; – cu un singur arbore cardanic, în cazul când motorul este amplas at relativ în vecin ătatea propulsorului și aproximativ la acela și nivel; – cu ax cardanic multiplu, atunci când motorul este îndep ărtat de propulsor și amplasat mult mai jos (v. Fig. 2.10). În cazul utiliz ării transmisiei cu ax cardanic simplu sau multiplu, trebuie avute în vedere urm ătoarele: – unghiul între axe trebuie s ă fie minim 1 ° și maxim 6°-6,5° la fiecare articulație, – axele trebuie pre văzute cu lag ăre care să susțină greutatea proprie , – trebuie să existe minimum un cuplaj elastic pe lan țul de transmisie . Pentru reducerea unghiului de înclinare a transmisiei cardanice, pe lâng ă înclinarea propulsorului se poate înclina longitudinal și motorul principal. Trebuie ținut cont c ă înclinarea longitudinal ă totală a motorului (static ă + din asieta navei) este limitat ă de produc ător (se va consulta catalogul motorului). Remorchere tractor azimutale (Fig. 2.12) Amplasarea propulsoarelor azimutale se face la centru prova sub chila navei.Principiile de amplasare sunt asem ănătoare cu cele de la remorcherele tip ASD cu urm ătoarele observa ții: – amplasarea la centru- prova sub chila navei a propulsoarelor asigur ă o diferență de nivel mic ă între motoare și propulsoare, ceea ce face mai simplă transmisia cardanic ă, – unghiurile de amplasare ale propulsoarelor sunt date de forma f undului, – existența unui derivor extins la pupa și a protec țiilor la prova pentru protejarea propulsoarelor. NAVE TEHNICE 28 Fig. 2.12 – Aranjamentul sistemului de pr opulsie la un tractor azimutal. Remorchere tractor Voith Schneider (Fig. 2.13) Amplasarea propulsoarelor azimutale se face la centru prova, su b chila navei. Amplasarea propulsoarelor și formele navei (v. Cap. 2.4) trebuie s ă respecte cerin țele stricte ale produc ătorului propulsoarelor. În Fig. 2.13 se vor remarca: – amplasarea propulsoarelor la centru- prova sub chila navei, tipic ă la navele tip tractor; – unghiurile de amplasare ale propulsoarelor sunt date de forma f undului; – existența unui derivor extins la pupa și a protec țiilor la prova , pentru protejarea propulsoarelor; – transmisia cu cuplaj hidraulic; – utilizarea unor facilit ăți oferite de sistemul VSP :  două motoare pe fiecare propulsor; n u este obligatorie, dar flexibilizeaz ă exploatarea ,  amplasarea pompelor de incendiu pe PTO la motor,  amplasarea generatoarelor pe ax pe PTO la reductor. NAVE TEHNICE 29 Fig. 2.13 – Aranjamentul sistemului de propulsie la un tractor VSP. Proba de trac țiune (BollardPull) Forța de tracțiune reprezint ă forța statică dezvoltat ă de un remorcher în linia de remorcare la viteza nul ă. Forța de trac țiune este cerin ța contractual ă la remorchere și neîndeplinirea acesteia atrage penalit ăți. Pentru certificarea for ței de tracțiune se realizeaz ă proba de trac țiune. Aceast ă probă se efectueaz ă după finalizarea construc ției, iar modul ei de desf ășurare este reglementat de Reguli. Proba se desf ășoară prin legarea remorcherului la cheu sau la geamandur ă, aducerea motoarelor în regim nominal și măsurarea for ței din linia de remorcare. Există mai multe defini ții ale forței de tracțiune: – tracțiunea static ă medie în care se m ăsoară forța medie dezvoltat ă pe o perioadă lungă de timp (de regul ă 5-10 min), prin medierea tuturor valorilor înregistrate în acest interval în regim nominal al mo toarelor (100% MCR). Acest tip de prob ă se consider ă ca fiind modalitatea standard de m ăsurare ; NAVE TEHNICE 30 – tracțiunea static ă maximă, în care se m ăsoară forța maximă dezvoltat ă pe o perioadă scurtă de timp (de regul ă 30 sec.) , prin medierea valorilor maxime înregistrate în acest interval; – tracțiunea maxim ă reprezint ă cea mai mare valoare singular ă înregistrat ă în timpul probei; este informativ ă, nu se consider ă ca fiind tracțiunea nominal ă a remorcherului ; – tracțiunea static ă medie brazilian ă, în care se m ăsoară forța medie dezvoltată pe o perioad ă foarte lung ă de timp (o or ă). Datorit ă inevitabilelor schimb ări de curgere a apei pe timpul probei, trac țiunea scade în timp și tracțiunea medie pe o or ă este mai mic ă decât testul standard de 5-10 min; – tracțiunea comercial ă reprezint ă tracțiunea dezvoltat ă cu motoarele în suprasarcin ă (110% sau mai mult) în scopul de a ob ține o valoare „ de reclamă” a remorcherului. Nu este recunoscut ă ca probă oficială, dar multe nave sunt declarate în prospect cu aceast ă valoare. Rezultatele probei de trac țiune sunt influen țate de o serie de factori: pozi ția navei în raport cu cheul, adâncimea apei, lungimea parâmei de r emorcare, direcția și viteza vântului și a curentului etc. Pentru a uniformiza condi țiile de prob ă, se impun reglement ări asupra acestora. Cerințele privind condi țiile de desf ășurare a probei nu s unt reglementate uniform și diferă ușor la diferite Societ ăți de Clasificare. Cu titlu de exem plu (se vor aplica cerin țele Societ ății de Clasificare care acord ă clasa navei), cerin țele tipice pentru desf ășurarea probei sunt: – poziția față de cheu – se va evita amplasarea navei perpendicular pe cheu sau în ni șe ale cheului; – lungimea parâmei de legare L T> 155 x (P/1000)1/3 m; – adâncimea minim ă a apei H > 13.5 x (P/1000)1/4 m; – starea de înc ărcare a navei – la plutirea de plin ă încărcare, pe asieta dreaptă, fără canarisire ; – viteza vântului < 5 m/s; - viteza curentului < 1 nod; - acuratețea dinamometrului < r 2%; - sarcina motoarelor: 100% MCR r 5%. În cazul în care obiectiv nu se pot îndeplini cerin țele privind lungimea parâmei de remorcare și a adâncimii apei, sunt reglementate și se admit corec ții privind influen ța acestora asupra trac țiunii. NAVE TEHNICE 31 2.4 Formele remorcherelor Principii generale de dimensionare Dimensionarea remorcherelor se face ținând cont de tipul acestora , precum și de reglement ările portuare, dimensiunile navelor asistate, spa țiul de manevr ă, condițiile locale de mediu (vânt, curent, mareeetc.). Valori adimensionale tipice: L/B = 2,7 - 3, 5 la remorchere de manevr ă, 3,5 - 5 la remorchere de linie și de escort ă; B/T = 2,3 - 3,0 ; CB = 0,48 - 0,52. Lungimea variaz ă între 20 și 33 m pentru remorcherele portuare și poate ajunge pân ă la 60 m în cazul remorcherelor salvator și de escort ă. Pescajul: r emorcherele se proiecteaz ă având ca dat ă de intrare puterea sau forța de tracțiune. Din putere (for ța de tracțiune) , în urma calculului propulsiei rezultă diametrul elicei. Pescajul se adopt ă cam în domeniul 1 ,5–1,75 din diametrul elicei.Se va face distinc ția între pescajul corpului și pescajul maxim. Acestea pot diferi în cazul în care derivorul și/sau propulsoarele coboar ă sub linia de baz ă – cazul remorcherelor tractor și uneori al remorcherelor azimutale. Înălțimea de construc ție se determin ă din condi ția de spațiu necesar pentru componentele majore (motoare cu instala țiile anexe și propulsoare) și este limitată inferior de cerin ța de bord liber minim. Utilizând pescajul și rapoartele între dimensiuni tipice, rezultă lungimea și lățimea. Pentru aceste dimensiuni se verific ă: - respectarea ecua ției deplasamentului ' = M, unde: ' U LBTC B M = suma maselor = '0+Dwt unde: - deplasamentul navei goale '0 se poate considera în prima aproxima ție dat de valoarea preliminar ă a greutății specifice 0,2-0,25 t/m3 (relativ la produsul LBD). Aceast ă greutate specifică este mai mare la remorcherele cu înt ărituri pentru gheață sau cu dot ări suplimentare ; - pentru Dw t se calculeaz ă rezervele (puterea și autonomia sunt cunoscute) și eventuala înc ărcătură utilă specificat ă prin tema de proiectare; - bordul liber; - lățimea din condi ția de spa țiu pentru motoare și din condi ții de stabilitate. NAVE TEHNICE 32 Asieta: în general, remorcherele se proiecteaz ă pentru naviga ția pe asieta dreaptă. Totuși, pentru a preveni ventila ția elicelor în condi ții de marș înapoi și pentru a facilita naviga ția prin ghea ță, asieta trebuie s ă poată fi modificat ă. Aceasta presupune existen ța unui sistem de balastare. Se va ține cont de necesitatea modific ării asietei la proiectarea formelor (pentru a reduce riscul inundării punții) și de prezen ța balastului la determinarea deplasamentului navei (se va analiza cazul de înc ărcare navă cu toată încărcătura și cu balast). Particularit ăți privind formele Cu unele excep ții, formele remorcherelor nu sunt adaptate pentru vitez ă. Elementele determinante la proiectarea formelor sunt: - optimizarea zonei de amplasare a propulsoarelor din punct de ve dere al spațiului necesar și al asigur ării unei curgeri corecte în zona propulsoarelor, - comportarea bun ă a navei în mare agitat ă, - considerarea posibilit ății de marș cu spatele la toat ă viteza , - considerarea condi țiilor specifice de utilizare, respectiv riscul de lovire cu navele asistate, cu cheul, precum și riscul de e șuare, - simplitatea tehnologic ă de construc ție. Zona propulsoarelor a) Remorchere ASD și ST Acest tip de nave au pupa tip Pram la care intrarea apei în dis cul elicei se face în principal în sens longitudinal de sub nav ă și nu din lateral. Din acest motiv unghiul format de longitudinale cu planul de baz ă trebuie men ținut cât mai mic posibil. O reg ulă de urmat este ca acest unghi D (v. Fig. 2.14) să nu depășească valoarea de 13° + (1° pentru fiecare metru pescaj corp nav ă). Totuși, în nici un caz unghiul D nu va fi mai mare de 18°. Unghiurile mai mari vor cauza rupere a liniei de curent, turbulen țe, separarea direc țiilor de curgere și absorbția de apă din lateral. Aceste fenomene vor conduce la sc ăderea drastic ă a performan țelor de propulsie și ventilarea elicelor. Nu este util ă și nici recomandat ă forma de tip S a longitudinalelor , prin aducerea lor spre orizontal ă în zona propulsoarelor. În sens transversal , nu este necesar ca fundul s ă fie plat în zona propulsoarelor. Dimpotriv ă, este recomandat ca fundul s ă aibă o ușoară formă V, descresc ătoare de la cuplu maestru și menținută până la oglindă. Chia r și un unghi de 5°-10° este benefic pentru curgere, slamming și stabilitate. În exemplul tipic din figura 2.14 se vor observa: - înclinarea longitudinal ă a fundului de 13 °; - înclinarea de 52° a oglinzii; - forma prova plin ă, cu teuga foarte pu țin supraîn ălțată; NAVE TEHNICE 33 - gurna cu dubl ă demarcare și racordat ă; - centura delimitat ă de frântur ă; - derivorul coborât sub LB pentru protec ția propulsoarelor și extins pân ă la prova. Fig. 2.14 – Plan de forme tipic pentru remorcher ASD (Damen). b) Remorchere tractor În cazul remorcherelor tip tractor propulsoarele sunt amplasate în zona centru- prova. În aceast ă zonă fundul va fi tip V cu înclinare transversal ă de 2 °-4° față de orizontal ă, constant ă pe toat ă zona propulsoarelor. În plus, pe zona propulsoarelor, longitudinalele vor fi drepte și înclinate spre pupa cu 2°-3° pentru a facilita admisia apei în zona propulsoarelor (Fig.2.15 ). Amplasarea propulsoarelor (azimutale sau VSP) se face dublu înclinat, perp endicular pe suprafața navei în zona respectiv ă. În exemplul tipic din figura 2.15 se vor observa: - înclina rea fundului, longitudinal ă de 2 °și transversal ă de 3 ° în zona propulsoarelor, - pupa ascu țită pentru favorizarea curgerii la mar ș înapoi, - prova fără teugă. NAVE TEHNICE 34 Fig. 2.15 – Plan de forme tipic pentru remorcher VSP (SKD). Gurna Din punct de vedere hidrodinamic, forma optim ă a gurnei este tip rotunjit ă cu raza cresc ătoare spre pupa. Totu și, din considerente de simplificare tehnologic ă a construc ției se utilizeaz ă și gurna unghiular ă. Este recomandat în acest caz utilizarea gurnei cu dou ă frânturi în sens transversal, solu ția cu o singur ă frântură fiind ineficient ă hidrodinamic. În cazul utiliz ării gurnei cu frânturi trebuie acordat ă atenție liniei gurnei care s ă fie amplasat ă în lungul liniei de curent. În caz contrar se va produce separarea curgerii cu efec te negative asupra condițiilor de func ționare a elicelor. Frânturile gurnei trebuie extinse pân ă la oglindă. Prova Prova remorcherelor este cu forma coastelor tip V rotunjită și fără bulb. Deoarece viteza nu este o cerin ță determinant ă de proiectare, unghiul de intrare al liniilor de ap ă este mare, pân ă la 30°-40° . Frânturile de gurn ă (dacă există) sau racordarea gurnei se pierd progresiv până la etravă. NAVE TEHNICE 35 Puntea în zona prova are curbura transversal ă pronunțată (1/40 -1/50 din B) pentru a facilita scurgerea apei, iar selatura longitudinal ă este ridicat ă spre etravă din considerente de comportare bun ă pe valuri și la tangaj. Înălțarea teugii este func ție de destina ția remorcherului, și anume: - la remorcherele cu linie de axe (ST) și la remorcherele destinate navigației în zone nelimitate, teuga este supra -înalțată cu unul sau chiar doua nivele pentru a face fa ță navigației în valuri mari , - la remorcherele tip ASD sau tract or, înălțarea provei este redus ă la minim și este obținută numai din selatur ă sau cel mult dintr -o treaptă a punții (semi -teugă), atât cât s ă compenseze imersarea provei la tangaj. Aceasta deoarece la aceste nave direc ția normal ă de remorcare la manevră este „peste prova” , cu ajutorul vinciului de remorcare instalat pe puntea prova. Amplasarea la în ălțime mare a acestui vinci m ărește mult momentul de înclinare dat de parâma de remorc ă și poate pune în pericol stabilitatea remorcherului. În acela și timp, tre buie avut ă în vedere în ălțimea minim ă a etravei impus ă de cerin țele Load Line Convention. Extremitatea prova la nivelul pun ții este rotunjit ă cu raza mare pentru a nu crea puncte de concentrare la operarea prin împingere. Pupa „Colțurile” pupa sunt racordate cu raz ă mare pentru a permite „rostogolirea” pupei pe nava asistat ă și pentru a asigura continuitatea f ără colțuri a brâului de protecție. Puntea în zona pupa are curbura transversal ă pronunțată (1/40 -1/50 din B) p e n t r u a f a c i l i t a s c u r g e r e a a p e i , i a r s elatura longitudinal ă limitată la minim, uneori dreapt ă, pentru a nu stânjeni instala ția de remorcaj. În afară de cele de mai sus, formele pupa sunt diferen țiate în func ție de tipul remorcherului. La remorcherele tractor, și uneori la cele ST, formele pupa nu sunt restric ționate de prezen ța propulsiei. Pupa poate fi astfel îngustat ă, cu efecte hidrodinamice benefice. Mai mult, la remorcherele tractor, la care naviga ția cu spatele este uzuală, formele pupa sunt destul de asem ănătoare cu cele prova. La remorch erele ASD prezen ța propulsoarelor impune o pup ă lată cu oglind ă. Imersarea oglinzii trebuie s ă fie cât mai mic ă pentru a reduce efectul de sucțiune al oglinzii. Este recomandat ca partea imers ă a oglinzii s ă fie tăiată în sens longitudinal la 45° pentru a îmbunătăți comportarea la mar ș înapoi. Propulsoarele nu trebuie montate în imediata proximitate a ogli nzii pentru a diminua ventilarea elicelor la mar ș înapoi sau la frânare. Este recomandat ă ca distanța de la propulsor la extremitatea plutirii s ă fie aproximativ egal ă cu pescajul. NAVE TEHNICE 36 Derivorul Derivorul este un element important al arhitecturii unui remorc her. Rolul acestuia este de a proteja propulsoarele, de a îmbun ătăți stabilitatea de drum și de a fi utilizat ca sprijin la andocare. La remorcherele ST și ASD derivorul nu trebuie prelungit excesiv spre pupa, el trebuie să se mențină în afara zonei de ac țiune a propulsoarelor – recomandat ca extremitatea pupa a derivorului s ă se afle la circa un diametru de elice în prova propulsoarelor. În caz contrar, jet ul de la elice este redirec ționat de derivor și alterează semnificativ manevrabilitatea. Din motive de protec ție la eșuare și andocare, este recomandat ca derivorul s ă coboare 200 -300 mm sub nivelul inferior al propulsoarelor. În cazul în care derivorul se prelu ngește mult sub linia de baz ă, acesta poa te fi prelungit în lungul chilei pân ă la etravă. La remorcherele tractor, derivorul este extrem de pronun țat, profilat hidrodinamic și coboară suficient sub linia de baz ă pentru a acoperi gabaritul propulsoarelor. Derivorul împreun ă cu protec țiile propulsoarelor reprezint ă punctele de sprijin la andocare. Alte cerin țe privind forma Forma și construc ția remorcherului trebuie s ă țină cont de faptul c ă puterea instalată este mare și condi țiile de operare sunt dificile. Toate elementele – corp, apendici, suprastructuri, elemente de prindere a sistemul ui de propulsie, catarge etc. trebuie s ă fie proiectate în a șa fel încât s ă facă față forțelor mari, manevrelor violente, pericolului de coliziune și eșuare, nivelului ridicat de vibrații etc. Centura În jurul navei se prevede o centur ă verticală. Delimitarea între bordaje și centură se face cu frântur ă. Lățimea centurii trebuie s ă fie suficient ă pentru amplasarea brâului de protec ție și crește progresiv spre prova ( și eventual spre pupa) unde brâul de protec ție este mai lat. La unele remorchere brâul de protecție de la extremit ăți este de tip tubular, dublu sau triplu. Acest fapt trebuie avut în vedere la stabilirea l ățimii centurii. Parapetul Parapetu l are rol de protec ție a echipajului, reducerea riscului de inundare a punții și sprijin pentru elemente de protec ție (cauciucuri și brâu suplimentar). În general, la remorchere nu se prev ăd balustr ade la nivelul pun ții principale. În parapet se monteaz ă nările de bordaj și uneori babale pentru legare și manevr ă. Conform regulilor, parapetul trebuie s ă aibă minim 1 m în ălțime, care poate crește spre prova pentru a m ări efectul de sparge -val. Parapetul se monteaz ă retras față de linia pun ții cu 100 -150 mm și este înclinat spre interior cu circa 10° (mai mult la extremit ățile navei) pentru a preveni NAVE TEHNICE 37 coliziunea cu cheul sau navele asistate în timpul manevrelor și remorcherul în oscilații. Parapetul trebuie s ă fie o construc ție solidă pentru a sus ține brâul suplimentar, babalele încastrate în parapet și sarcina vertical ă din linia de remorcare care se sprijină pe parapet. Timoneria Construcția timoneriei și amplasarea trebuie s ă țină cont de urm ătoarele cerin țe (Fig. 2.16): – să asigure o bun ă vizibilitate orizontal ă 360 °, iar sectoarele oarbe individuale și totale să fie conform Regulilor , – să asigure o bun ă vizibilitate vertical ă de circa 45 ° în sus, iar în jos suficientă pentru observarea vinciurilor prova și pupa și a bordajelor, – să fie suficient de retras ă (inclusiv co șurile de fum) astfel încât s ă prevină coliziunea cu navele asistate, considerând c ă remorcherul are mi șcare de ruliu. În general, este de dorit o retragere a oric ărei construc ții (parapet, suprastructur ă, timonerie) în int eriorul navei corespunz ător unei înclina ții de 15q față de vertical ă. Fig. 2.16 – Exemplificarea cerin țelor privind construc ția timoneriei . 2.5 Instalația de remorcaj Remorcajul se poate efectua, în principal, în trei moduri: - remorcaj peste pupa, cu sistemul de remorcare pupa; - remorcaj peste prova (nu la remorcherele ST), cu sistemul de re morcare prova; - remorcaj „la ureche” , cu legarea la babale. Instalația de remorcare prev ăzută pe o nav ă care în simbolul de clas ă conține notația „TUG” reprezint ă ansamblul de echipamente și dotări care ofer ă acestei nave posibilitatea efectu ării următoarelor opera ții: NAVE TEHNICE 38 - remorcarea „în linie”; în acest caz echipamentele de remorcare se amplaseaz ă în jumătatea din pupa a navei; - operații de remorcare de escort ă care se efectueaz ă cu echipamentele de remorcare care se amplaseaz ă în zona prova a navei. O serie de remorchere „normale” sunt dotate la prova cu echipament de remorcare (foretowingbollard) amplasat perpendicular pe PD, car e dau posibilitatea acestei nave de a asista o nav ă sau o instala ție plutitoare în cursul unor remorcaje sau manevre. Un astfel de remorcher nu este clas ificat ca „Escort tug”, deoarece el trebuie să îndeplineasc ă și niște condiții specifice. Componen ța instalației de remorcaj Componen ța efectiv ă a unei instala ții de remorcare este stabilit ă prin Specificația Tehnic ă a Navei ca tem ă de proiectare, care con ține cerințele armatorului navei, stabilite în func ție de opera țiile pe care nava trebuie s ă le execute. Instalația poate con ține (Fig. 2.17): - parâme de remorc ă, - vinciuri de remorc ă, - cârlige de remorc ă, - babale de remorc ă (towingbollard sau towingbitt) , - ghidaje / limitatori pentru parâma de remorc ă: gobeye, towingpins , - rulou de ghidare pupa (stern roller), specific navelor Supply/T ug, - curbe de remorc ă (towbars) – ca elemente de protec ție pe nav ă față de parâma de remorc ă. 0 5 10 15 20 2305 10 15 20SWL 65T 7C.L. 0123 4 5 6 7 10 89 11 12 13 14 15 16CAPSTAN 3T 21 17 1820 19 22 23 RB Ø100TOWING BOLLARD GOBEYE TOWING BOLLARD Fig. 2.17 – Elementele instala ției de remorcare . NAVE TEHNICE 39 Parâme de remorc ă Parâma de remorc ă reprezint ă un element de leg ătură elastic și rezistent între remorcher și nava remorcat ă. Parâmele de remorc ă se realizeaz ă din cabluri din oțel sau parâme sintetice, iar cerin țele privind caracteristicile materialelor din care se execut ă acestea sunt reglementate prin Regulile Societăților de Clasificare și pot diferi de la o Societate de Clasificare la alta. Lungimea parâmelor de remorc ă și numărul acestora rezult ă din Specifica ția Tehnică a Navei , nefiind reglementat ă de către Societ ățile de Clasificare. Pentru cazul în care proiectantul trebuie s ă stabileasc ă aceste elemente se pot utiliza recomand ările din documentul„ Guidelines for theApprovability of TowingVessels” editat de catre„Noble Denton International Ltd” , din care se redau mai jos urm ătoarele: TIPUL NAVEI NR. PARÂME DE REMORC Ă LUNGIMEA MINIM Ă A PARÂMEI DE REMORC Ă (m/buc) Ocean / SalvageTug 3 buc. (1 buc. de rezerv ă) 800 UnrestrictedTowages 2 buc. (1buc. de rezerv ă) 650 RestrictedTowages 1 buc. 650 Se mai obi șnuiește ca la stabilirea lungimii remorcii s ă se ia în considerare caracteristica de dotare a navei remorcate. Astfel, lungimea parâmei L = 100 + 0,035 Na, unde caracteristic a de dotare Na = Δ2/3 + 2 B h + 0,1 Av. La stabilirea for ței minime de rupere a parâmei de remorc ă, în funcție de care se poate alege diametrul parâmei de remorc ă, fie ea din o țel sau din fibre sintetice, se pleac ă de la valoarea „BollardPull” (BP) indicat ă în Specifica ția navei, la care se aplic ă un coeficient de siguran ță supraunitar, și a cărui valoare este diferit ă de la o Societate de Clasificare la alta, cu o singur ă excepție,și anume: valoarea for ței minime de rupere a parâmei de remorc ă nu va fi niciodată sub 2xBP. Pentru exemplificare se redau mai jos rela țiile utilizate de regulile GL la determinarea for ței minime de rupere a parâmei de remorc ă: Fmin = K x BP, unde: K = 2,5 pentru BP ≤ 200 kN și: K = 2 pentru BP ≥ 1000 kN Vinciuri de remorc ă De regulă, pentru a îmbun ătăți caracteristicile de manevrabilitate și pentru a reduce modificarea de asiet ă indusă de forța de tracțiune, vinciul de remorc ă se NAVE TEHNICE 40 amplaseaz ă la navă în PD, iar pe lungimea navei la o distan ță cuprinsă între 5% și 10% din lungimea navei spre pupa fa ță de mijlocul navei. Regulile Societ ăților de Clasificare prev ăd o serie de cerin țe privind vinciurile de remorc ă, ca de exemplu: - toba vinciului va fi decuplabil ă față de axul de antrenare și va fi prev ăzută cu frână cu bandă, acționată pneumatic sau hidraulic și neapărat manual- local, de pe vinci; - capacitatea de ținere a frânei tobei (brake holding load) considerat ă pe primul strat de înf ășurare (primul de pe tob ă) este de 0.8 x Fmin ; - comanda (controlul) vinciului se va realiza din timonerie și local; - se va asigura posibilitatea eliberării frânei tobei pentru orice condi ții de lucru ale vinciului de remorc ă, inclusiv în cazul defect ării unității de acționare ; - se recomand ă prevederea unui sistem de m ăsurare și indicare a for ței în parâma de remorc ă, cu citire local ă și în timonerie; - se va asigura înf ășurarea corect ă a parâmei pe tob ă prin prevederea unui mecanism specific (depanator de cablu); - se va avea în vedere ca, de regulă, ieșirea cablului de pe tob ă spre pupa navei să se facă pe la partea inferioar ă a acesteia, pentru a nu d ăuna stabilității navei și pentru a induce for țe mai mici în structura navei. Cârlige de remorc ă Pentru amplasarea cârligului de remorc ă la navă cerințele Regulilor Societ ăților de Clasificare sunt similare cu cele pentru vinciul de remorc ă.Pentru alegere a cârligului de remorc ă se pleacă de la trac țiunea nominal ă la cârlig T = BP. Pentru execu ția cârligului de remorc ă se vor avea în vedere urm ătoare le cerințe ale Regulilor Societ ăților de Clasificare: - rezistența cârligului se va asigura pentru o for ță de c alcul la cârlig TC = C x T, în care „C” este un coeficient de siguran ță supraunitar, a c ărui valoare este diferit ă de la o Societate de Clasificare la alta ; - construcția cârligului de remorc ă și fixarea acestuia la nav ă vor asigura rotirea acestuia în plan vertical și orizontal; - cârligul de remorc ă va fi prev ăzut cu un sistem de declan șare rapid ă (eliberare a parâmei), capabil s ă funcționeze în caz de urgen ță având cârligul sub sarcin ă. Dispozitivul de declan șare poate fi ac ționat mecanic, pneumatic sau hidr aulic iar comanda acestuia va fi local ă și din timonerie. Sistemul de declan șare automat ă trebuie să funcționeze sub sarcin ă la cârlig și la o anumit ă înclinare transversal ă periculoas ă pentru stabilitatea navei. Babale de remorc ă (towingbollard sau towingbitt) O baba de remorc ă este o construc ție sudată, rezistent ă, din corpuri tubulare, având forma de portal „Π” încastrată solid în corpul navei, care se amplaseaz ă NAVE TEHNICE 41 între vinciul de remorc ă și pupa navei, având ca rol men ținerea (ghidarea) parâmei (pa râmelor) de la vinciul de remorc ă în interiorul portalului. Remorcherele care pot asista o alt ă navă în decursul remorcajului sau manevrelor sunt prev ăzute cu o baba de remorcare și la prova, pentru care for ța de lucru se consider ă 0,9 x BP. Ghidaje și limitatori pentru parâma de remorc ă Towingpins sunt elemente cilindrice verticale amplasate la pupa navei simetric față de PD, de ghidare/limitare a parâmei de remorc ă. Au o construc ție rezistentă, încastrat ă în corpul navei. Pot fi construc ții fixe sau telescopice. Au rolul de a împiedica parâma de remorc ă să devieze în lateral peste parapetul navei. Gobeye este un element de ghi dare robust, încastrat în corpul n avei, executat fie din oțel rotund, fie turnat, ca o nar ă de ghidare – similară cu cele utilizate la legarea navelor.Acest ghidaj se amplaseaz ă în PD, rolul s ău fiind de a ghida prin el parâma de remorc ă fixată la cârligul de remorc ă. Rola de pupa (Stern roller) Este un element de ghidare specific navelor combinate Supply/tu g care pot efectua atât op erații de remorcare cât și operații de manevr ă ancore și cu lanțuri de ancor ă din dotarea platformelor de foraj marin sau a geamandurilor portuare.Constructiv, ruloul de ghidare pupa const ă dintr -un cilindru din table s u d a t e , c u d i a m e t r u l î n t r e 1 - 4 m , c u a xa orizontal ă, amplasat la pupa navei, având lag ărele încastrate în corpul navei. Are rolul de a proteja pupa navei și de a facilita alunecarea parâmei de remorc ă. Curbe de remorc ă Sunt elemente de protec ție a personalului de pe navele remorcher, montate transversal pe nav ă și amplasate între cârligul de remorc ă și pupa navei. Parâma de remorc ă se sprijin ă pe aceste curbe de remorc ă care sunt mai înalte decât parapetul navei.De asemenea, la extremit ățile din borduri ale curbelor de remorcă se prevăd limitatori de parâm ă care limiteaz ă unghiul în plan orizontal de manevr ă al parâmei de remorc ă.De regulă curbele de remorc ă sunt executate din țevi și sunt consolidate cu contrafor ți montați longitudinal. 2.6 Stabilitatea remorcherelor Stabilitatea remorcherelor este o problem ă care trebuie verificat ă cu atenție încă din stadiul ini țial de proiectare. Investigarea stabilit ății nu trebuie f ăcută numai în condiții statice și în condi ții de remorcaj normal , ci și în condi țiile specifice de exploatare când atât remorcherul, cât și nava asistat ă sunt în mi șcare – NAVE TEHNICE 42 uneori în direc ții diferite – în situația de remorcare cu prova sau în situa ția de escortă. Stabilitatea remorcherelor este reglementat ă de trei categorii de reguli: – reguli generale de stabilitate aplicabile în func ție de zona de naviga ție (nelimitat ă, costieră, portuară); – reguli specifice de stabilitate aplicabile numai remorcherelor; – reguli locale specifice portului sau țării unde opereaz ă nava. Pentru normele generale de stabilitat e se aplic ă rezoluția IMO A749(18) unde sunt reglementate rezerva de stabilitate dinamic ă, înălțimea metacentric ă, brațul maxim al stabilit ății statice, unghiul de maxim al diagramei de stabilitate static ă și criteriul de vânt. Normele de stabilitate speci fice remorcherelor sunt diferite de la clas ă la clasă, dar în principiu se refer ă la următoarele aspecte: – rezerva de stabilitate dinamic ă în raport cu amplasarea geometric ă a elementelor de propulsie și remorcaj, precum și funcție de for ța de tracțiune a r emorcherului; – stabilitatea sub acțiunea smuciturii din parâma de remorcare (când aceasta se întinde brusc) sau la ruperea parâmei de remorcare; – stabilitatea remorcherului în ac țiuni speciale –tunurile de ap ă în sens transversal, thrusterele în ac țiune lateral ă, ridicarea ancorelor pe rol ă de pupa etc. O categorie aparte o constituie stabilitatea remorcherelor în regim de escort ă sub acțiunea forțelor ce apar în aceast ă situație (Fig. 2.4). Înălțimea metacentric ă tipică necesară pentru asigurarea cerin țelor d e stabilitate este de 1,5 m pentru remorcherele obi șnuite și de circa 3 m pentru remorcherele de escort ă. Evident , aceste valori sunt cu titlu informativ pentru faza preliminar ă, verificarea detaliat ă a cerințelor de stabilitate fiind imperios necesară. Exemplificarea unor cerin țe specifice de stabilitate pentru remorchere Bureau Veritas În toate cazurile de înc ărcare, exceptând nava goal ă, remorcherul trebuie s ă aibă suficient ă stabilitate pentru a suporta trac țiunea în parâma de remorc ă ce acționează în sens transversal. Nava trebuie s ă îndeplineasc ă condiția (Fig. 2.18): A ≥ 0,011 m.rad unde: A: Aria dintre curba bra țului de redresare GZ și a brațului de înclinare b H de la θClaθD [m.rad] θC Unghiul de echilibru static θD Unghiul limit ă, cel mai mic dintre 40°, unghiul de inundare deschideri, unghiul la care GZ = max. NAVE TEHNICE 43 Brațul de înclinare T = tracțiunea maxim ă [kN] Δ = deplasamentul în cazul considerat [t] H = distan ța vertical ă de la cârlig la jum ătatea pescajului [m] c=1 pentru propulsie azimutal ă c=0,65 pentru propulsie non- azimutală Fig. 2.18 – Criteriul de stab ilitate dinamic ă pentru remorchere . În cazul în care, în faza preliminar ă, nu se cunoa ște tracțiunea la cârlig a navei, aceasta poate fi estimat ă ca: T = 0,179 P pentru elice fără duză, T = 0,228 P pentru elice în duză, unde: P = puterea în kW a motoarelor de propulsie. În cazul în care remorcherul este dotat cu tunuri de ap ă (și are nota ția de clas ă adițională Fi-Fiship), trebuie s ă îndeplineasc ă un criteriu adi țional, respectiv sub efectul reac țiunii din tunurile de ap ă în direcție transversal -orizontală și al efectului thrusterelor de manevr ă, unghiul de înclinare static ă θ C trebuie să fie mai mic de 5°.B rațul momentului de înclinare: unde: Ri Forța de reacțiune a jetului de la fiecare monitor [kN], hi Distanța verticală de la monitor la jum ătatea pescajului [m] , S Tracțiunea thrusterelor de manevr ă (dacă există) [kN] , NAVE TEHNICE 44 e Distanța verticală de la LB la axa thrusterului [m] , Δ Deplasamentul în situația considerat ă [t]. Registrul Naval Român Conform RNR ( și asemănător Registrul Rus), remor cherele trebuie verificate la îndeplinirea cerin țelor de stabilitate specifice. Remorcherele trebuie s ă aibă o rezervă de stabilitate dinamic ă suficient ă ca să reziste la o for ță de tracțiune convențională aplicată în direcție transversal ă, respectiv unghi ul de înclinare dinamic θ nu va dep ăși limitele: Remorchere de port și radă: - unghiul dimanic θ nu va dep ăși unghiul de r ăsturnare sau unghiul de inundare, care este mai mic, respectiv se va îndeplini criteriu l: ܭͳ ൌඨݎ݈݀ ݉ݏ݈൒ͳ Ǥ Ͳ Ͳ unde: ldr – brațul de stabilitate dinamic [m] la cel mai mic dintre unghiurile de inundare, sau răsturnare , lsm – brațul dinamic de înclinare produs de for ța convențională în parâma de remorcă [m]. Pentru bra țul l sm se indică relații de calcul în func ție de dimensi unile navei, poziția cârligului de remorc ă, puterea de propulsie și viteza de remorcaj. Remorchere pentru mare deschis ă: - unghiul de înclinare din efectul trac țiunii în parâm ă combinat cu ruliul navei nu va dep ăși unghiul de maxim al diagramei de stabilitate sau unghiul de inundare, care este mai mic, respectiv se va îndepli ni criteriul: unde: ldmax – brațul de stabilitate dinamic [m] la cel mai mic dintre unghiurile de inundare sau unghiul de maxim al diagramei de stabilitate, lsm – brațul dinamic de înclinare produs de for ța convențională în parâma de remorcă [m], ∆K2 – efectul ruliului asupra unghiului total de înclinare calculat în func ție de amplitudinea de ruliu, cota centrului de greutate, în ălțimea metacentric ă și dimensiunile navei. Norvegian Maritime Directorate În urma accidentului soldat cu r ăsturnarea navei Bourbon Dolphin în timpul unei manevre de anchorhandling, autorit ățile norvegiene au impus cerin țe suplimentare de stabilitate pentru navele de tip AHT (AnchorHan dlingTug). NAVE TEHNICE 45 Acestea se refer ă la calculul for ței maxime T în parâma de remorcare , astfel încât în cele mai defavorabile condi ții înclinarea navei s ă fie mai mic ă decât oricare din unghiurile: - unghiul la care GZ = 0,5 GZmax, - unghiul de imersare a pun ții în zona pupa , - 15° Forțaadmisibil ă T unde: Mi momentul de înclinare care produce cel mai mic din unghiur ile: θ unghiul orizontal între parâma de remorc ă și PD, β unghiul vertical între parâma de remorc ă și planul de plutire, b H brațul componentelor orizontal e, bV brațul componentelor verticale . 2.7 Remorchere carusel O categorie special ă de remorchere –inovație olandez ă–o reprezint ă remorcherul carusel. Ideea de baz ă constă în înlocuirea cârligului de remorc ă fix și amplasat pe punte cu un inel în jurul suprastructurii, astfel încât cârligul de remorc ă se poate deplasa pe acest inel (Fig. 2.19). Fig. 2.19 – Remorcher carusel în manevra de oprire a navei asistate NAVE TEHNICE 46 Astfel, la tracțiunea în sens longitudinal, cârligu l se așează î n P D c a l a o r i c e sistem obi șnuit, dar la trac țiunea transversal ă cârligul se deplaseaz ă în bord. Combinat cu înclinarea navei, pozi ționarea în bord a punctului de remorcare reduce semnificativ momentul de înclinare dat de parâm ă prin diminuare a brațului cuplului de for țe (Fig. 2.20). Se ajunge ca la un anumit unghi de înclinare a navei bra țul cuplului de înclinare s ă devină aproape 0 (punctul de aplicație al forței hidrodinamice și tracțiunea din parâm ă se așează pe aceea și direcție) făcând nava practic imposibil de r ăsturnat. Evident nava este proiectată cu un grad mare de etan șeitate astfel încâ t la înclin ări de pân ă la 40-50° să nu se produc ă inundarea navei. Fig. 2.20 – Diferențierea momentului de încli nare între remorcherul normal (N) și tipul carusel (C). Ideea că deși nava se înclin ă semnificativ ea nu se r ăstoarnă a permis dezvoltarea unui nou concept de manevr ă de frânare a navelor asistate. În Fig. 2.21 se prezint ă câteva pozi ții specifice ale remorcherului în raport cu nava asistată la manevra de frânare. Fig. 2.21 – Poziții tipice ale remorcherului în manevra de frânare A) Remorcherul este în linie cu nava și frânarea se face exclusiv prin for ța motoarelor (cazul remorcherelor normale). B) Remorcherul este transversal pe direc ția navei asistate, frânarea realizându- se pe baza rezisten ței hidrodinamice a remorcherului în deplasare lateral ă (tras de nava asistat ă). În acest mod, for ța de frânare poate fi de pân ă la 9 ori mai mare decât cea asigurat ă de motoare, cu atât mai mare cu cât viteza navei asistate este mai mare. C) Similar D, E, K – remorcherul în pozi ție intermediar ă; frânarea și manevra se NAVE TEHNICE 47 3. ÎMPING ĂTOARE 3.1 Descriere Împingătoarele sunt nave destinate deplas ării prin împingere a convoaielor sau unităților de transport marf ă nepropulsate (barje) sau manevr ării prin împingere a altor nave sau unit ăți plutitoare. Ele sunt destinate oper ării, în principal, pe căi navigabile interioare sa u în zone maritime protejate. O categorie mai pu țin răspândită o constituie împing ătoarele destinate pentru operații maritime în ape costiere. Caracteristica principal ă prin care se identifică un împing ător este puterea instalat ă, (ex. Împing ător 2x1200 CP). Puterile instalate pot varia de la 400 CP la 10000 CP. Împingătorul este un tip de nav ă recent ap ărut (a doua jum ătate a sec. XX) și a cunoscut o larg ă răspândire datorit ă capabilit ății de a transporta convoaie mari în condi țiile specifice ale apelor in terioare – lățime limitat ă, traseu sinuos, curent. În aceste condi ții, convoiul împins este mai avantajos fa ță de convoiul remorcat. La deplasarea prin remorcare, unit ățile nepropulsate ( șlepurile) sunt înșirate una câte una în lungul convoiului și legate între ele și de remorcher prin parâma de remorc ă. Aceasta conduce la un convoi foarte lung și dificil de manevrat în condi țiile apelor interioare. Din condi ții de manevrabilitate , fiecare șlep trebuie dotat cu instala ție proprie de guvernare și cu echipaj propriu. În plus, oprirea convoiului, în special la mar ș în aval, este problematic ă. În cazul convoaielor împinse, împing ătorul este amplasat la pupa convoiului, iar barjele și împingătorul sunt legate fix între ele , formând un corp comun. În acest fel, întreg convoiul se comport ă ca o singur ă navă. Unitățile nepropulsate sunt fără echipaj și fără instalații special, exceptând sistemele de ancorare și manevră-legare. Pe lângă sistemul de propulsie, caracteristic unui împingător sunt: - capacitatea sporit ă a sistemului de guvernare , - aranjamentul prova specific sistemului de împingere, - sistemele de legare convoi, - formele pupa particulare, - sistemul de ancorare, - timoneria telescopic. Un aspect important de care trebuie ținut cont în procesul de proiectare este dat de condițiile specifice apelor interioare și anume: NAVE TEHNICE 48 - adâncimea mic ă a apei – impune nave cu pescaj mic, adaptate navigației în ape pu țin adânci și rezistente la e șuare; - înălțimea limitată deasupra apei , determinat ă de poduri – impune limitarea pe în ălțime a navei, dotarea cu sisteme demontabile sau retractabile, precum și posibilitatea de balastare, toate acestea de natur ă să reducă gabaritul aerian ; - lățimea limitat ă determinat ă în principal de ecluze – impune dimensionarea navei și a convoiului în func ție de lățimile disponibile (ex. pe Dun ărea de Jos , 23 m, pe Dun ărea de sus , 12-14 m, pe unele canale din Europa, 12 m, respectiv 8 m) - lungimea limitat ă a convoiului impus ă de ecluze și de raza coturilor. Fig. 3.1 – Plan general împing ător 2x600 CP cu restric ții severe de gabarit aerian. În figura de mai sus se vor remarca dot ări, elemente constructive și de amenajare specifice: - sistemul de propulsie cu dou ă motoare, transmisie cu linie de axe, elice în duză; - formele pupa cu semi- tunele pentru m ărirea diametrului elicelor, forma prova tip sanie, specifică navigației în ape de mic ă adâncime, forma V a fundului pentru prevenirea ventuzei în cazul e șuării; - elementele specifice sistemului de împingere – tampoane, babale de cuplare convoi, vinciuri de legare ; NAVE TEHNICE 49 - timoneria telescopic ă pentru trei nivele de gabarit aerian – înalt în cazul transportului de convoi cu containere, normal pentru majoritate a podurilor, jos pentru podurile de excepție; - elementele deta șabile/rabatabile în cazul podurilor foarte joase: scara de acces timonerie, balustrade tampoane, bastonul pupa ; - amplasarea la pupa a sistemului de ancorare ; - sistemul de guvernare cu 4 cârme ; - configura ția convoiului cu una, dou ă sau 4 barje. 3.2Tipuri de împing ătoare Clasificare dup ă destinație: - împingător de linie , - împingător de manevr ă. Împingătoarele de linie sunt destinate deplas ării convoaielor pe distan țe lungi. Caracteristicile principale ale acestor remorchere sunt puterea suficientă pentru asigurarea vitezei necesare de deplasare în raport cu di mensiunea convoiului, capacitatea de a naviga în condi ții de curent advers, autonomia suficientă. Împingătoarele de manevr ă sunt destinate manevr ării barjelor în vederea formării și dezmembr ării convoaielor, asisten ței împing ătoarelor de linie la manevrele de oprire și întoarcere a convoiului, precum și deplasării pe distan țe scurte a convoaielor de mici dimensiuni. Fig. 3.2 – Împingător de linie 2 x 1600 CP (NAVROM) . Diferențierea împing ătoarelor dup ă destinație este dat ă de urm ătoarele caracteristici: - dimensiunile navei, NAVE TEHNICE 50 - puterea instalat ă, - condițiile de proiectare ale propulsiei , - autonomia, - sistemul de cuplare convoi, - capacitatea de guvernare. La împing ătoarele de lin ie aceste caracteristici sunt mai dezvoltate. Clasificare dup ă zona de operare : - ape interioare și bazine portuare, - maritim costiere. Diferențierea împing ătoarelor dup ă zona de operare este dat ă de formele navei și de configura ția sistemului de cuplare. Particularit ățile împing ătoarelor maritime costiere vor fi analizate separat în ultimul paragraf al acestui capitol. Clasificare dup ă sistemul de propulsie: - linie de axe, - propulsoare azimutale. 3.3 Propulsia împing ătoarelor Puterea de propulsie este cor elată cu dimensiunea și deplasamentul convoiului maxim pentru care este proiectat împing ătorul. Puterea instalat ă trebuie s ă asigure viteza minim ă de deplasare a convoiului împotriva curentului. Aceast ă viteză minimă depinde de reglement ările naționale (5 km/h pe unele sectoare de pe Dun ăre). Viteza curentului este determinat ă de condițiile locale ale c ăii navigabile. Pentru Dun ăre se va considera viteza curentului ca fiind de 6 km/h. Pe de alt ă parte, viteza minim ă a convoiului în apă stătătoare trebuie sa fiemin im 13km/h. Vite za de deplasare a împing ătorului fără convoi nu are semnifica ție practică și nu este impus ă de tema de proiectare. Tot în cadrul reglement ărilor locale intr ă și puterea minim ă a împing ătorului în raport cu deplasamentul convoiului. Ca exemplu, pe Canalul D unăre – Marea Neagră deplasamentul convoiului nu va dep ăși 6.5 t/CP, iar pe sectoarele inferioare și superioare ale Dun ării valoarea admis ă este de 8 t/CP, respectiv 4.5 t/CP. O altă cerință ce trebuie respectat ă la determinarea puterii de propulsie în rela ție cu deplasamentul convoiului este dat ă de capacitatea de oprire de urgen ță. Reglement ările naționale și europene cer ca un convoi în mar ș la viteza maxim ă în aval să poată fi oprit într -o anumită distanță prin punerea motoarelor la toat ă puterea înapoi , fapt care conduce la o putere minim ă instalată. NAVE TEHNICE 51 Sisteme de propulsie Se utilizeaz ă două sisteme de propulsie : - linie de axe, - propulsoare azimutale. Propulsoarele azimutale pot orienta for ța de propulsie în orice direc ție (omnidirec ționale) și nu necesită alte echipamente de guvernare. Alegerea tipului de propulsor – linie de axe sau azimutal – este determinat ă de compromisul între urm ătoarele caracteristici: - eficiența propulsiei și posibilitatea de a instala elice cu diametru mai mare și implicit puteri mai mari – mai bună la împing ătoarele cu linie de axe; - eficiența guvernării – mai bună la împing ătoarele azimutale ; - simplitatea construc ției – mai bună la împing ătoarele azimutale ; - prețul de cost al navei, costurile de exploatare și fiabilitatea – mai bune la împing ătoarele cu linie de axe . De regulă, sistemul azimutal este utilizat la împing ătoarele de manevr ă sau la împingătoarele cu restric ții speciale de proiectare care au puteri mai mici și cerințe ridicate de manevrabilitate. Proiectarea sist emului de propulsie la un împing ător se face cu metodele obișnuite de proiectare a elicei, cu câteva particularit ăți. - Punctul de proiectare: la împing ătoarele de linie punctul de proiectare al elicei se alege la viteza minim ă impusă a convoiului (10 -12km/h), asigurând astfel utilizarea întregii puteri a motoarelor în tim pul marșului. La împing ătoarele de manevr ă, punctul de proiectare se alege la viteze de manevră (circa 5 km/h) sau chiar la punct fix , asigurând absorb ția puterii motoarelor, dar f ără a le suprasolicita, în situa ții de manevr ă la viteză mică. La viteze mai mari sau cu convoi u șor, sau în mar ș liber, elicea nu va utiliza întreaga putere a motoarelor, f ără ca aceasta s ă constituie un impediment. - Elicea: se utilizeaz ă exclusiv elice cu pas fix. Se poate utiliza elice în duz ă sau elice liber ă. Decizia este condi ționată de considerente de cost și de eficiența hidrodinamic ă, știut fiind c ă, odată cu creșterea vitezei, eficien ța duzei scade. Ca atare este necesar ă o analiză a aportului de împingere a l duzei în condi țiile de vitez ă impusă a convoiului. - Secvența de proiectare: determinarea puterii se face având ca date ini țiale: - rezistența la înaintare a convoiului maximal impus de armator , - viteza de deplasare in amonte a convoiului (viteza in ap ă calmă + viteza curentului), - diametrul elicei din considerente geometrice de amplasare a eli cei, - coeficienții de influen ță corp propulsor care se calculeaz ă în funcție de formele navei și dimensiunile convoiului sau se pot considera NAVE TEHNICE 52 preliminar în domeniul w= 0,30-0,40 și t=0,15-0, 25. După determinarea puterii se verific ă capacitatea de stopare a convoiului. Aranjamentul propulsiei Cerințele generale privind aranjamentul propulsiei sunt: - poziționarea și dimensionarea propulsorului în corela ție cu formele pupa, pescajul minim și maxim, astfel încât: - diametrul elicei s ă fie cât mai mare f ără a depăși cel mai de jos punct al navei,și elicea să fie imersat ă la pescajul minim ; - numărul de pale al e elicei va fi corelat cu unghiul de deschidere al cavaleților pentru a evita vibra țiile (ex. cu 4 pale la unghi de deschidere de 90q); - formele în zona propulsorului s ă asigure o curgere bun ă a apei și să evite absorb ția de aer la mar ș înainte,și să minimizeze aceast ă absorbție la marș înapoi; - poziționarea duzei relativ la corp s ă faciliteze curgerea apei, s ă minimizeze pierderea de eficien ță a duzei (prin zone obturate prin contactul cu corpul) și să evite crearea de contra -curgere pe exteriorul duzei; - elicele să fie cât mai dep ărtate de PD, f ără a exista riscul lovirii laterale de cheu și având î n vedere spa țiul necesar amplas ării motoarelor în interiorul navei; - poziționarea motoarelor în interiorul navei va ține cont de: - formele navei și spațiul disponibil în CM; - elementele structurale ale navei (osatur ă, postamen ți); - spațiul de mentenan ță necesar sub motoare, în lateral și deasupra lor; - spațiul necesar altor echipamente conectate la motoare (reductor, generator pe ax, pompa de incendiu, evacuare gazeetc.); - cerințele de amenajare a navei: - împingătoarele au în general compartimentul ma șini la centru, deci cel mai mare spa țiu este acordat motoarelor. Trebuie ținut cont îns ă și de necesitatea altor spa ții în zonă (tancuri, spa ții tehniceetc.) ; - asieta: motoarele au un aport semnificativ în deplasamentul nav ei și poziționarea lor incorect ă poate afecta negativ asieta navei. Împingătoare cu linie de axe (Fig. 3.3) La aceste nave aranjamentul elementelor sistemului de propulsi e se face „în linie”. Specific acestor nave: - din combina ția de cerin țe (putere mare, diametru mare la elice, pescaj mic) rezultă forma specific ă a împing ătoarelor în zona pupa, respectiv semi - tunele al c ăror vârf este deasupra liniei de plutire. În acest fel se poate amplasa elice cu diametrul cu 10-15% mai mare decât pescajul; NAVE TEHNICE 53 - alinierea motor- propulsor: în unele situa ții, pentru a maximiza distan ța între propulsoare (favorabil pentru manevrabilitate), se practic ă linii de axe înclinate în plan orizontal. Înclinarea liniei de a xe nu va dep ăși 3-5°. Fig. 3.3 – Aranjamentul propulsiei – linie de axe (st.) și azimutal (dr.) Împingătoare azimutale (Fig. 3.3) O variant ă mai simpl ă de amenajare a propulsiei o reprezint ă propulsoarele azimutale. Avantajul flexibilit ății amenaj ării și al manevrabilit ății foarte bune este diminuat de: - diametre mici la elice impuse de pescajul limitat și de imposibilitatea amplasării elicelor în tunele , - randament și fiabilitate mai sc ăzute, - costuri mai mari. În cazul în care se opteaz ă pentru aceast ă soluție, propulsoarele trebuie amplasate cât mai dep ărtate unul de altul. Distan ța minimă între pozi țiile extreme ale propulso arelor (a se ține cont ca acestea sunt rotative 360 °) se va stabili astfel încât s ă permită amplasarea sistemului de ancorare. Pe de alt ă parte, amplasarea propulsoarelor trebuie s ă asigure o distan ță de siguran ță minimă între propulsoare și bordajul navei (recomandat 500 mm) pentru a evita lovirea propulsoarelor de cheu sau de barje. Transmisia puterii de la motoare la propulsoarele azimutale se poate realiza în mai multe moduri: - mecanic, - electric, - hidraulic. În cazul transmisiilor electrice sau hidraulice, amplasarea pro pulsoarelor este independent ă de amplasarea motoarelor , oferind flexibilitate aranjamentului propulsiei. Totu și, această soluție este aplicat ă numai în cazuri NAVE TEHNICE 54 speciale datorit ă costului mai ridicat și a pierderilor mai mari pe lan țul de transmisie, comparativ cu transmisia mecanic ă. Rezistența la înaintare a convoaielor Calculul rezisten ței la înaintare a unui convoi este dificil și incert datorit ă, în principal, efectelor induse de configura ția convoiului, fundul limitat, curent, canalul navigabil îngustetc. Cea mai bun ă soluție o reprezint ă efectuarea de probe de bazin. În faza preliminar ă de proiectare se pot utiliza diagrame și metode aproximative de calcul care s ă ofere o idee asupra ordinului de m ărime al rezisten ței la înaintare. În Fig. 3.4 se prezint ă o diagram ă de rezisten ță la înaintare a diferitelor configura ții de convoaie formate din împing ător + barje Europa IIb. Dimensiunile barjei Europa IIb sunt: L x B x T = 76.5 x 11.2 x 2.5 m. Convoiul se consider ă în apa adânc ă de 7.5 m. Fig. 3.4 – RT(v) pentru convoi împing ător + barje E -IIb. Pentru corec ția de fund limitat se poate utiliza diagrama din Fig. 3.5, unde: v = viteza navei [m/s], h = adâncimea apei [m], T = pescajul navei [m]. NAVE TEHNICE 55 Se extrage coeficientul de majorare K M în funcție de raportul h/T și de numărulFroude al adâncimii apei. Se corecteaz ă rezistența totală: Rc T = R T KM Fig. 3.5 – Corecția de fund limitat . Calculul capacit ății de oprire Distanța totală de oprire a convoiului este: S T = S I + S II unde: SI = d istanța parcurs ă în faza I (de la comanda de oprire pân ă la inversarea motoarelor); SII = distanța parcurs ă în faza II (de la inversarea motoarelor pân ă la oprire în raport cu apa); SI= k1·vL·t1 SII= k2·vII2· [(D·g) / (k 3·FPOR+RTmII– RG) ·(k4 + VSTR / V II)] unde: R TmII= (RT/v2) · (k7· k6· (vL– vSTR))2 RG= i ·D ·ρ ·g ·10–6 VII= k6 · (VL– VSTR) FPOR= f ·PB NAVE TEHNICE 56 Timpul fazei a II-a: tII=SII / [v II· (k4 + vSTR / vII )] În formulele de mai sus: RT/v2 conform diagramei 3.6 în funcție de D1/3[B + 2T ] k1, k2, k3, k4, k6, k7 conform tabelului 3.3.1 vL viteza relativ ă la uscat la începutul invers ării motoarelor (m/s) tI timpul de inversare a motoarelor de la maxim înainte la maxim înapoi (s)se va considera în orice caz tI≤ 20 s vII viteza în raport cu apa la sfâr șitul manevrei de inversare (m/s) D deplasamentul convoiului (m3) FPOR forța de tracțiune la elic e la marș înapoi (kN) PB puterea motoarelor de propulsie (kW) RTmII rezistența la înaintare medie în timpul fazei II (kN) determinat ă cu ajutorul diagramei R T/v2 RG gradientul rezisten ței la înaintare (kN) i coeficientul de gradient în m/km (dacă nu se cunoa ște, se ia 0,16 m/km) vSTR viteza medie a curentului (m/s) g 9,81 (m/s2) ρ densitatea apei (kg/m3) T pescajul maxim al convoiului (m) h adâncimea apei (m) B lățimea convoiului (m) L lungimea convoiului (m) f coeficient – raportul dintre împingerea elicei la mar ș înapoi și puterea motoarelor (kN/kW): - Duza modern ă cu muchia de fug ă rotunjită 0,118 - Duza clasic ă cu muchia de fug ă ascuțită 0,112 - Elice fără duză 0,096 - Propulsor azimutal cu duz ă 0,157 - Propulsor azimutal f ără duză 0,113 Tabel 3.3.1 Coef. Convoi în dana simpl ă Convoi în dana dubl ă Convoi în dana tripl ă k1 0.95 0.95 0.95 k2 0.115 0.120 0.125 k3 1.20 1.15 1.10 k4 0,48 0,48 0,48 k6 0.90 0.85 0.80 k7 0.58 0.55 0.52 NAVE TEHNICE 57 Fig. 3.6 – Diagrama de calcul a rezisten ței convoiului la mar ș înapoi. 3.4 Formele împing ătoarelor Principii generale de dimensionare Dimensionarea împing ătoarelor se face ținând cont de puterea instalat ă, pescajul admisibil, m ărimea spa țiilor pentru echipaj, gabaritul aerian admisibil și de specificul de nav ă de naviga ție interioar ă. Valori adimensionale tipice: L/B = 2,2 - 3,2 B/T = 3,7 - 5,5 CB = 0,52 - 0,75 NAVE TEHNICE 58 Lungimea variaz ă între 16 și 40 m în func ție de spațiul necesar pentru propulsie și pentru amenaj ări. Lățimea variaz ă între 7 și 11 m, fiind impus ă de lățimea barjei tipice pentru care a fost proiectat împing ătorul. Este de dorit ca l ățimea împing ătorului să fie ușor mai mic ă decât lățimea barjei. Pescajul este impus de limit ările de naviga ție. Pentru împing ătoarele destinate a naviga în zone cu adâncime mic ă, pescajul este de 1 ,0 - 1,6 m. În cazul în care restricțiile de adâncime n u sunt severe, pescajul e ste cuprins între 1,6 și 2,4 m Înălțimea de construc ție se determin ă din condi ția de spa țiu necesar pentru componentele majore (motoare cu instala țiile anexe și propulsoare) și de asigurare a bordului liber minim impus de reguli. Particularit ăți privind formele        Fig. 3.7 – Plan de forme tipic pentru împing ător. Forma împing ătoarelor este impus ă de particularit ățile funcționale ale acestui tip de nav ă,și anume puterea mare instalat ă, pescajul limitat, v iteza redusă și navigația în spatele convoiului. Se vor avea în vedere: - optimizarea zonei de amplasare a propulsoarelor din punct de ve dere al spațiului necesar, maximiz ării diametrului elicei și asigurării unei curgeri corecte în zona propulsoarelor; - utilizarea propulsiei la mar ș înapoi cu toat ă puterea ; - navigația în ape de adâncime mic ă și riscul de e șuare; - simplitatea tehnologic ă de construc ție. Zona propulsoarelor Deoarece rezisten ța la înaintare a împing ătorului este mic ă în raport cu a convoiului, nu se acord ă atenție deosebit ă calităților hidrodinamice ale împingătorului , ci mai mult optimiz ării zonei de amplasare a propulsoarelor. NAVE TEHNICE 59 Formele în zona propulsoarelor sunt impuse de cerin ța de a instala o putere cât mai mare la nave cu pescaj mic și care navig ă în condi ții de fund limitat. Din combina ția de cerin țe – putere mare, diametru mare la elice, pescaj mic – rezultă forma specific ă a împing ătoarelor în zona pupa, respectiv semi - tunele a c ăror vârf este deasupra liniei de plutire. În a cest fel se poate amplasa elice cu diametrul cu 10-25% mai mare decât pescajul.Semitunele le se extind pe toată treimea pupa , iar axa tunelelor este evazat ă spre exterior (Fig. 3.7) pentru a permite absorb ția apei spre elice , atât de sub fundul navei cât și din lateral în cazul naviga ției în ape de mic ă adâncime. Amplasarea propulsorului se face în dreptul punctului de maxim al tunelului, eventual pu țin spre prova. O altă caracteristic ă o reprezint ă terminația tunelelor pe oglinda pupa. Curbura coastelor sca de progresiv spre oglind ă astfel încât fundul navei în zona oglinzii este orizontal. Aceasta pentru a nu for ța jetul de la elice s ă urmeze traseul tunelului în cazul band ării cârmelor diminuând astfel manevrabilitatea. Pe de altă parte, oglinda trebuie s ă fie imersat ă în orice situa ție de încărcare. În caz contrar se produce intrarea aerului în tunele pe sub oglind ă diminuând for ța de propulsie, iar pe de alt ă parte , la marș înapoi absorb ția de aer este foarte puternică, reducând eficien ța elicelor și gener ând vibrații excesive. PDAxa tunel CWL Bordaj T LtLe h2 h1 Fig. 3.8 – Tunelul pupa la împing ător – rapoarte tipice Prova Prova împing ătoarelor are forme specifice caracterizate prin: - datorită raportului B/T mare, formele prova sunt proiectate pentru curgerea pe longitudinale și nu pe linii de ap ă, rezultând forma de tip „lingură” sau „sanie” care s ă favorizeze aduc țiunea valului de prova sub nav ă; - puntea evazat ă pentru a asigura spa țiul necesar elementelor de cuplare convoi; în unele cazuri pentru m ărirea suprafe ței punții se prevede crinolina ; - curbura transversal ă a punții este redus ă, iar pentru scurgerea apei se prevede o selatur ă prova moderat ă; - extremitatea prov a la nivelul pun ții este rotunjit ă cu raza mare pentru a nu crea puncte de concentrare la împingere. Valori tipice: Lt/L = 0,33 – 0,45 Le/L = 0,1 – 0,12 h1/T = 1,1 – 1,25 h2/T = 0,90 – 0,95 NAVE TEHNICE 60 Gurna Gurna poate fi rotunjit ă sau unghiular ă în două frânturi. Elementul distinctiv la împing ătoare îl constituie forma gurnei înspre pupa. Aceasta se stabilește din condi ția de obstruc ționare a absorb ției de aer la propulsoare și în același timp să permită aducțiunea de ap ă din lateral. Rezult ă o gurnă care se ridică progresiv spre oglind ă, înălțimea sa în zona propulsorului ajungând la circa 80% din pesc aj. În sec țiune transversal ă raza gurnei se reduce progresiv de la mijlocul navei spre pupa, la oglinda pupa rezultând în fapt o frântur ă. Derivoarele Amplasarea de derivoare la împing ătoare este op țională. Se poate amplasa derivor pupa în scopul de a proteja propulsoarele, de a îmbun ătăți stabilitatea de drum și de a fi utilizat ca sprijin la andocare. Se poate amplasa și derivor prova (pinten) care are rolul de a diminua valul de prova și de a proteja nava în cazul e șuării. Derivoarele nu vor coborî sub LB pentru a nu m ări artificial pescajul. Extensia derivorului pupa va fi limitat ă pentru a nu interfera cu zona propulsoarelor și a diminua capacitatea de guvernare. 3.5 Alte particularit ăți constructive ale împing ătoarelor Amplasamentul tampoanelor Tampoanele reprezint ă elementul de contact între împing ător și convoi; prin intermediul lor se transmite for ța de împingere. La pozi ționarea și dimensionarea tampoanelor trebuie avute în vedere: - asigurarea rezisten ței structurale suficiente a tampoanelor , - asigurarea continuit ății structurale de la elementul de împingere – postamen ții motoarelor principale – până la tampoane , - suprafața de contact între tampoane și barjă să fie suficient ă și în corela ție cu presiunile de contact admisibile, - din considerente de rigidizare orizontal ă a convoiului, tampoanele trebuie să fie cât mai dep ărtate. În acela și timp distan ța orizontal ă între tampoane trebuie să fie corelat ă cu lățimea barjei ( și a zonelor de pe oglinda barjei prevăzute pentru contactul cu tampoanele) și trebuie avut ă în vedere cuplarea în convoi în dana simpl ă (o singur ă barjă pe lățime) sau dana dublă (două barje pe l ățime), când cele dou ă tampoane sunt în contact cu două barje , - înălțimea tampoanelor trebuie stabilit ă astfel încât s ă asigure un contact bun și o suprafa ță suficient ă pe tot domeniul de pescaje al barjei și împingătorului (Fig.3.9). În acela și timp în ălțimea tampoanelor trebuie limitată astfel încât partea lor inferioar ă să fie cât mai pu țin imersat ă, iar NAVE TEHNICE 61 partea superioar ă să nu depășească limita de gabarit aerian și să nu obstrucționeze vizibilitatea. În unele cazuri pe barj ă se prevăd extensii verticale ale oglinzii, care să mărească suprafața de contact la pescaje mari ale barjei. Fig. 3.9 – Poziții relative barj ă-împingător pentru stabilirea în ălțimii tampoanelor. Legarea în convoi Transportul fluvial de m ărfuri se realizeaz ă în prezent cu ajutorul barjelor (nave nepropulsate, f ără personal la bord) și al unei nave de împingere cu motor, toate cuplate între ele într-un ansamblu plutitor rigid denumit convoi împins. Numărul maxim de barje care pot intra în componen ța unui convoi împins este stabilit de c ătre beneficiarul navelor respective, fiind în concordan ță cu capacitatea de împingere a împing ătorului. De asemenea, de comun acord cu beneficiarul, se stabilesc variantele de alc ătuire a convoiului împins, plecând de la numărul maxim de barje care pot compune convoiul. În mod curent, pe navele destinate transportului fluvial de m ărfuri cuplarea împingător-barjă sau barj ă-barjă se face cu sisteme de cuplare cu elemente flexibile (cabluri). Uneori se utilizeaz ă și sistemele de cupl are pe baz ă de bare rigide, în cadrul unor unit ăți navale pre -definite dimensional împing ător-nava împinsă. Componen ța sistemelor de cuplare : - vinciuri de cuplare, - parâme de cuplare, - babale duble în cruce, - babale simple (binte) în cruce, - binte plate (denumite de navigatorii români „farfurii”) . Vinciuri de cuplare Vinciurile de cuplare sunt echipamente de trac țiune care reprezint ă punctele fixe de leg ătură de pe navele din convoi , cu care se strâng parâmele de legare în vederea realiz ării convoiului. Constructiv, ele sunt prev ăzute numai cu acționare manual ă. NAVE TEHNICE 62 Numărul de vinciuri de cuplare nu este reglementat prin Reguli de Registru dar este dependent de dimensiunile convoiului și de puterea împing ătorului, prin formula de calcul a for țelor de legătură dintre unit ățile convoiului. O astfel de formulă este arătată în Regulile unificate BV – GL pentru nave de naviga ție interioară și ea are urm ătoarea form ă: BLPR˜˜ 266.0 în care: R – este forța orizontal ă a legăturii dintre împing ător și restul convoiului, în kN; L – este lungimea împing ătorului, în m; B – este lățimea împing ătorului, în m; P – este puterea motoarelor împing ătorului, în kW. În funcție de forța R rezultat ă se stabil ește numărul de vinciuri de cuplare și forța de tracțiune a acestora. Vinciurile de cuplare sunt definite printr-o serie de parametri : - diametrul și lungimea parâmei de cuplare, - forța statică maximă admisă constructiv de vinci , - forța dinamic ă, cu care se p oate strânge manual parâma de cuplare. Pe împing ător vinciurile de cuplare se amplaseaz ă la prova, fiind în num ăr de două sau patru (func ție de puterea navei), existând și varianta cu înc ă două vinciuri de cuplare la pupa, în cazul în care convoiul include și barje legate de împingător cu bordul („la ureche”). Pe barje, num ărul de vinciuri de cuplare este de patru pe fiecare barj ă, amplasate în cele 4 col țuri ale corpului. Exist ă și posibilitatea de a utiliza în anumite situa ții specifice numai câte dou ă vinciuri de cuplare pe o barj ă. Parâme de cuplare Parâmele de cuplare reprezint ă elemente de leg ătură flexibile și rezistente între împing ător și barje precum și între barjele din componen ța convoiului. Parâmele de cuplare se realizeaz ă din cabluri din o țel, care se stocheaz ă pe tobele vinciurilor de cuplare. Lungimea parâmelor de cuplare și numărul acestora nu este reglementat prin Reguli de Registru, acest lucru fiind stabilit în faza de proie ctare a navelor ce compun convoiul. I nformativ, aceast ă lungim e poate varia între 30-40 m în mod normal. Forța minimă de rupere a parâmei de cuplare se stabile ște plecând de la valoarea for ței R de mai sus . Aceasta se distribuie pe un num ăr de fire de legătură între împing ător și barjele împinse și, funcție de for ța rezultată într-un fir, se alege un cablu din o țel corespunz ător. NAVE TEHNICE 63 La stabilirea schemei de legare se va avea în vedere ca fiecare parâm ă care pleacă de pe un vinci de cuplare de pe împing ător spre barj ă trebuie s ă se întoarcă tot pe împing ător (Fig. 3.10). Fig. 3.10 – Cuplarea în convoi. Babale duble în cruce și binte în cruce Se utilizeaz ă atât pe împing ătoare , cât și pe barje. Sunt construc ții cu una sau două coloane tubulare verticale , prevăzute cu o travers ă tubulară, destinate pentru cuplarea navelor ce compun convoiul, cât și pentru legarea (acostarea) unei nave solo, la un cheu sau alt ă navă acostată. De regulă, corpurile verticale sunt încastrate rezistent în corpul navei pe care s e amplaseaz ă.Babalele se amplaseaz ă simetric în borduri, în num ăr egal. Binte plate ( „farfurii ”) Sunt construc ții cilindrice, cu în ălțime mică, care se amplaseaz ă atât pe împingător cât și pe barje, destinate pentru cuplarea navelor ce compun NAVE TEHNICE 64 convoiul și care permit legarea cu un singur fir de parâm ă. Montajul bintelor plate se face direct pe puntea navei sau pe un postament interm ediar, pe care se montează un grup întreg de binte dintr -un bord. Bintele se amplaseaz ă simetric în borduri, în num ăr egal. Instalația de ancorare Datorită aranjamentului specific al unui convoi împins, amplasarea elementelor instala ției de ancorare este specific ă,și anume ancorarea la împingător în pupa navei, iar la barje în prova. O caracteristic ă o reprezint ă nișele de ancor ă care trebuie s ă fie capabile s ă „ascundă” ancora în interiorul învelișului.În acest capitol se face referire la dotarea cu echipament de ancorare a navelor ce compun un convoi fluvial, compus dintr- un împing ător și un număr de barje care sunt împinse de acesta,și nu se refer ă la nave propulsate sau nepropulsate, sau instala ții plutitoare, care nu intr ă în compunerea unui convoi fluvial împins.Echipamentul de ancorare care se prevede la pupa unei nave împing ător trebuie s ă asigure ancorarea convoiului în situa ția naviga ției convoiului în aval, iar echipamentul de ancorare care se preved e la prova barjelor împinse trebuie s ă asigure ancorarea convoiului în situa ția naviga ției convoiului în amonte.Pentru evitarea problemelor de compunere a convoiului, oricare barjă care intră în compunerea unui convoi trebuie s ă asigure ancorarea acestuia în situa ția naviga ției convoiului în amonte. Cerin țele tehnice privind echipamentele de ancorare pentru convoaiele fluviale împinse su nt reglementate prin Regulile Rin adoptate și în România. Componen ța echipamentului de ancorare (Fig. 3.11): - ancore, - lanțuri sau cabluri de ancor ă, - vinciuri de ancor ă, - stope de lan ț, - nări de ancor ă, - nări de lanț. Ancore Regulile precizeaz ă condițiile pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă ancorele pentru a fi acceptate de Societatea de Clasificare. Exemplific ăm câteva din acestea: - ancorele se pot executa din o țel turnat sau din table din o țel sudate ; - nu se admite executarea ancorelor din font ă. Lanțuri și cabluri de ancor ă Regulile men ționează două tipuri constructive de lan țuri de ancor ă: - cu zale scurte (f ără punte), - cu zale cu punte. NAVE TEHNICE 65 În ambele situa ții, lanțurile se execut ă din bară din oțel, prin sudur ă electrică cap la cap, utilizându -se instalații automatizate de tip conveier. Oțelurile acceptate pentru executarea lan țurilor de ancor ă se clasific ă în trei grade de rezisten ță, notate K1, K2 și K3, în ordinea cresc ătoare a rezisten ței mecanice. Notă: Pentru cablurile de ancor ă Regulile nu con țin prea multe cerin țe de ordin constructiv, ci numai pe cele privind rezisten ța și lungimea, elemente care vor fi reluate mai jos. Fig. 3.11 – Sistemul de ancorare împing ător (st .) și barjă (dr.). Vinciuri de ancor ă Vinciurile de ancor ă trebuie prev ăzute pentru manevrarea ancorelor cu masa mai mare decât 50 kg.Vinciurile de ancor ă pot fi ac ționate cu motor electric sau hidraulic, condi ția fiind ca sursa de energie s ă fie independent ă de cea folosit ă pentru ac ționarea altor echipamente de punte. Se admite numai acționare manual ă a vinciului de ancor ă dacă, ancora asociat ă nudepășește 250 kg. În cazul vinciurilor ac ționate cu motor electric sau hidraulic este NAVE TEHNICE 66 recomandat s ă se prevad ă suplimentar și o acționare manual ă, de avarie, pentru asigurarea vir ării ancorelor în scopul evit ării blocării șenalului navigabil. Alte câteva din cerin țele privind vinciurile de ancor ă ar fi: - barbotina vinciului trebuie s ă fie decuplabil ă și prevăzută cu o frân ă dimensionat ă pentru 80% din for ța de rupere a lan țului de ancor ă, dacă instalația de ancorare nu este prev ăzută cu o stop ă de lanț care să asigure ancorarea ( ținerea la ancor ă), și respectiv 45% din for ța de rupere a lan țului de ancor ă dacă instalația de ancorare este prev ăzută cu o stopă de lanț care asigur ă ancorarea ( ținerea la ancoră); - forța de tracțiune la barbotin ă se calculeaz ă funcție de categoria lan țului (K1, K2 sau K3), și ea trebuie asigurat ă timp de minim 30 min la o viteză de minim 0 ,15 m/sec (9 m/min ). Stope de lan ț Stopele de lan ț care se utilizeaz ă cu precădere în prezent pot fi „ cu cuțit” și „cu rolă și cuțit”. Aceste stope asigur ă ancorarea ( ținerea la ancor ă) unității nautice, fiind dimensionate pentru 80% din for ța de rupere a lan țului de ancor ă. Nări de ancor ă și nări de lanț Se execut ă din țevi din oțel și oțel rotund pentru bordurarea capetelor. Etapele stabilirii echipamentului de ancorare pentru o unitate nautic ă - Se stabilesc dimensiunile celei mai mari unit ăți nautice care poate fi deservită de împing ătorul respectiv. - Se calculeaz ă masa total ă necesară a ancorelor prova care se monteaz ă pe barjele din capul convoiului, cu formula: P = k ˜ B ˜ T în care: k = coeficient a c ărui valoare se stabile ște în func ție de deadweight-ul convoi ului (ex: k = 70 dac ă Dwt> 1000 t) ; B = lățimea unității nautice ; T = pescajul maxim al unit ății nautice . Masa total ă, astfel calculat ă, se divide corespunz ător numărului de barje, considerându- se câte o ancor ă în PD -ul fiecăreia. – Reducerea masei totale calculate. Regulile stabilesc condi țiile în care masa total ă calculat ă pentru ancorele prova poate fi redus ă, astfel: – în cazul naviga ției în zone cu nota ția IN(0) sau IN(0,6), unde viteza curentului apei este de sub 6 km/h, valoarea lui P poate fi redusă cu 13%; NAVE TEHNICE 67 – în cazul utiliz ării ancorelor cu for ța de ținere mărită (High Holding Power), se admite o reducere a valorii P cu 30-50%, în funcție de tipul ancorei H.H.P. adoptat. – Determinarea ancorelor care trebuie prev ăzute la pupa împing ătorului din dotarea unității nautice. În cazul în care unitatea nautic ă are o lungime mai mic ă de 86 m, masa ancorelor pupa va fi de minim 25% din P. În cazul în care unitatea nautic ă are o lungime mai mare de 86 m, masa ancorelor pupa va fi de minim 50% din P. La adoptarea anco relor se va ține seama de reducerea maselor pentru cazul utiliz ării ancorelor H.H.P. – Determinarea dimensiunilor lan țurilor de ancor ă. Procedura este aceeași, indiferent dac ă este vorba de ancorele barjelor sau ale împingătorului. a) Se calculeaz ă forța minimă de rupere necesar ă a lanțurilor de ancoră, în func ție de masa de calcul a ancorei respective, determinat ă mai sus. Se adopt ă calibrul lan țului, în func ție de categoria de material adoptat ă, K1, K2 sau K3, utilizând un standard de lan țuri de ancor ă. b) Determinarea lungimii lan țurilor de ancor ă. Pentru ancorele barjelor se indic ă aceste valori, func ție de lungimea unit ății nautice și de zona de naviga ție. Pentru ancorele împing ătoarelor, lungimea fiec ărui lanț de ancoră va fi de minim 60 m. – Cerințe pentru cablurile de ancor ă din oțel. După calculul for ței minime de rupere a lan țului de ancor ă, alegerea cablului de ancor ă echivalent se face astfel: – forța de rupere a cablului de ancor ă va fi egal ă cu a lanțului de ancoră pe care îl înlocuie ște; – lungimea cablul ui de ancor ă va fi mai mare cu 20% fa ță de lungimea lan țului de ancor ă pe care îl înlocuie ște. Sistemul de guvernare Pentru a realiza performan țele de manevrabilitate necesare naviga ției în convoi, împing ătoarele sunt prev ăzute cu un sistem de guvernare s pecific. Sistemul de guvernare este compus din (Fig. 3.12): – sursa de putere; din considerente de redundan ță, se prevăd trei surse, două unitățielectro-hidraulice independente și o unitate hidraulic ă acționată de motorul principal ; – sistemul de ac ționare al cârmelor format din cilindri hidraulici, mecanismul patrulater, stopele și bara de egalizare – arborii și lagărele de cârm ă; – cârmele; – sistemele de comand ă și control. NAVE TEHNICE 68 Cârmele sunt amplasate câte dou ă de o parte și de alta a elicei astfel încât s ă formeze un t unel care s ă dirijeze jetul elicei realizând astfel atât guvernarea pasivă prin forța portantă ce apare pe cârme cât și activă prin devierea jetului produs de elice. Pentru cre șterea eficien ței hidrodinamice a cârmelor, profilul acestora poate fi asimetric iar unghiurile de bandare sunt dife rite pentru cârmele de la interior și cele de la exterior. 024B.L. B.L. Fig. 3.12 – Sistemul de guvernare cu 4 cârme (Van derVelden). Pentru calculul sistemului de guvernare se parcurg urm ătoarele etape: – determinarea suprafe ței și dimensiunilor cârmelor; rezult ă din diagramele obi șnuite pentru cârme în jetul elicei dar sunt restric ționate de spațiul disponibil; – alegerea profilului cârmei; – calculul for țelor și momentelor în sistemul de guvernare – dime nsionarea unit ăților de putere ; – dimensionarea axului și lagărelor ; – dimensionarea elementelor mecanismului de ac ționare . NAVE TEHNICE 69 Timoneria Construcția timoneriei și amplasarea trebuie s ă țină cont de urm ătoarele cerințe: – să asigure o bun ă vizibilitate orizontal ă de cel pu țin 240 ° (din care minim 140° spre prova), iar sectoarele oarbe individuale și totale să fie conform Regulilor; – să asigure o bun ă vizibilitate vertical ă de minim 10 ° în sus, iar în jos suficientă pentru observarea pun ții cu echipamentele de cuplare convoi ; – să fie suficient de înalt ă astfel încât zona lipsit ă de vizibilitate în prova convoiului s ă fie mai mic ă de 250 m sau dou ă lungimi de convoi (valoarea minim ă) până la suprafa ța apei (Fig. 3.13). Fig. 3.13 – Vizibilitatea în convoi. Această ultimă cerință conduce la timonerii amplasate la mare în ălțime, până la 15-20 m (în special în cazul conv oaielor lungi cu barje portcon tainer). Deoarece majoritatea c ăilor navigabile nu permit un astfel de gabarit aerian, solu ția constă în timoneria montat ă pe coloan ă telescopic ă. Ridicarea timoneriei se face cu s isteme hidraulice sau mecanice . Sistemul de ridicare este prev ăzut cu role de aluneca re și ghidare care împiedic ă mișcările laterale ale timoneriei. Scara de acces trebuie și ea să urmărească mișcarea pe vertical ă a timoneriei. O problem ă specială o prezint ă sistemul de ghidare și pliere a cablurilor de comandă. Stabilitatea Deoarece l ățimea împing ătoarelor este mare, cota centrului de greutate este mică, iar condi țiile de naviga ție sunt specifice naviga ției în ape interioare, stabilitatea împing ătoarelor nu reprezint ă un element critic. În cele mai multe cazuri este suficient ca în ălțimea metacentric ă corectată cu efectul suprafe țelor libere să fie pozitiv ă, preferabil mai mare ca 0 ,5 m. Adițional, înclinarea navei în condiții de vânt lateral și girație la viteza maxim ă nu trebuie s ă depășească 5° iar bordul liber rezidual s ă fie mai mare de 100 mm. Aceste criterii sunt informative, ele se vor adapta cerin țelor specifice ale clasei și ale autorit ății naționale sub care se înmatriculeaz ă nava. NAVE TEHNICE 70 3.6 Probe specifice împing ătoarelor Pe lângă probele specifice oric ărei nave – vibrații locale, zgomot, vibra ții torsionale, viteza etc. – în cazul împing ătoarelor, mai precis a convoaielor, sunt prevăzute probe specifice și anume:  manevra de oprire,  manevra de evitare,  manevra de întoarcere. În timpul acestor probe, gradul de înc ărcare a convoiului trebuie s ă depășească 70% din capacitatea maxim ă de transport. Se pot utiliza toate mijloacele auxiliare – thrustere, guvernare activ ă etc., cu excepția ancorelor. Totu și ca o excepție, la întoarcerea în amonte se poate folosi ancora prova. Manevra de oprire Navele și convoaiele care navig ă în aval trebuie s ă fie capabile s ă oprească în timp util. Pe durata manevrei de oprire, nava (convoiul) trebuie s ă rămână suficient de manevrabil ă (manevrabil).Condi țiile manevrei de oprire sunt: nava navigă în aval cu viteza maxim ă declarată, iar adâncimea apei sub chil ă va fi de minim 20% din pescaj dar nu mai mic ă de 50 cm.Condi țiile ce trebuie îndeplinite sunt: a. în apa curg ătoare cu viteza curentului de 1 ,5 m/s, distan ța de oprire în raport cu uscatul va fi de cel mult 550 m pentru nave (convoaie ) cu L > 110 m și de 480 m dac ă L ≤110 m; b. în apa cu viteza curentului mai mic ă de 0.2 m/s, distan ța de oprire în raport cu uscatul va fi de cel mult 350 m pentru nave (convoaie ) cu L > 110 m și de 305 m daca L ≤ 110 m. În cadrul acestei probe trebuie demonstrat c ă în apa fără curent viteza la mar ș înapoi este cel pu țin de 6.5 km/h. Simboluri în Fig. 3.14: A: comanda „stop” B: elicea oprit ă C: elicea la mar ș înapoi D: v = 0 în raport cu apa E: v = 0 în raport cu uscatul (v: viteza navei) v L: v în raport cu uscatul s: distanța în raport cu uscatul t: timpul Fig. 3.14 – Manevra de oprire. NAVE TEHNICE 71 Manevra de evitare Navele și convoaiele trebuie s ă aibă capacita tea de a evita obstacolele în timp util.Condi țiile manevrei de evitare sunt: nava navig ă cu viteza maxim ă declarată, iar adâncimea apei sub chil ă va fi de minim 20% din pescaj, dar nu mai mică de 50 cm. Procedura de baz ă a manevrei de evitare este prezentat ă în Fig. 3.15. Fig. 3.15 – Manevra de evitare. Simboluri în Fig. 3.15: t 0 = începutul manevrei t1 = timpul în care se atinge viteza de gira ție r 1 t2 = timpul în care se atinge viteza de gira ție r 2 = 0 t3 = timpul în care se atinge viteza de gira ție r 3 t4 = timpul în care se atinge viteza de gira ție r 4 = 0 (sfârșitul manevrei) δ = unghiul la cârm ă [°] r = viteza de gira ție [°/min] Derularea manevrei de evitare este urm ătoarea: – convoiul navig ă cu viteza de proiect constant în raport cu apa, viteza de girație r = 0°/min, unghiul la cârm ă δ0 = 0°, motoarele în regim constant; – se inițiază manevra de evitare prin punerea cârmei (babord sau tribord) la unghi δ; – se menține poziția cârmei constant ă până când se ati nge viteza de girație r 1 (stabilită în funcție de dimensiunile navei) ; – se pune cârma în bordul opus la unghi δ; – se menține poziția cârmei constant ă, trecând prin momentul t 2 (viteza de girație 0) până când se atinge viteza de gira ție r 3; NAVE TEHNICE 72 – se pune cârma în bordul opus la unghi δ și se menține până când nava ajunge la viteza de gira ție r 4=0. În acest moment nava trebuie s ă revină pe cursul ini țial. Capacitatea de evitare a navei (convoiului) este dat ă de amploarea deplas ării laterale de la tr aiectoria ini țială și prin revenirea la cursul ini țial după finalizarea manevrei. 3.7 Împingătoare maritime Spre deosebire de împing ătoarele fluviale adaptate naviga ției în ape interioare, împing ătoarele maritime trebuie s ă facă față condițiilor specifice navigației în valuri și fără limitări semnificative de adâncime. Atât forma împingătoarelor fluviale cât și sistemul de legare a convoiului sunt improprii utilizării pe mare. Din aceste motive, împing ătoarele maritime sunt în fapt nave de tip remorcher ad aptate la naviga ția prin împingere a navelor nepropulsate. Formele, dimensiunile și aranjamentul propulsiei sunt similare remorcherelor. Deosebirea const ă în aranjamentul prova și în configura ția specială a sistemului de cuplare. În loc de tampoane se util izează un sistem de cuplare de tip articulat, care este capabil s ă preia mi șcările relative ale împing ătorului și convoiului, mi șcări induse de oscila ția pe valuri a celor dou ă entități. În cazul în care acest sistem ar fi rigid, for țele foarte mari în leg ături ar conduce la dimensiuni nera ționale ale sistemului de cuplare. Una din posibilit ățile de conectare o reprezint ă cuplajul articulat cu patina tip F (Fig. 3.16). Acesta poate func ționa până la valuri de travers de 3 m și valuri de prova de pân ă la 6 m. Împreun ă cu parâmele de leg ătură, sistemul blocheaz ă toate gradele de libertate, exceptând tangajul. Fig. 3.16 – Convoi maritim (st.) și detaliu sistem de cuplare cu patin ă (dr.). NAVE TEHNICE 73 4. NAVE DE ASISTEN ȚĂ ȘI SUPORT Navele de asisten ță și suport sunt nave destinate desf ășurării unor opera ții specifice și limitate de sus ținere a activit ății portuare, de lucr ări offshore și pe căile navigabile. În general, aceste nave sunt de dimensiuni mici și medii, adaptate și echipate pentru func ții specifice. Dintre aceste nave se pot enumera: – nave pentru asisten ța portuară: – pilotine, – nave de servicii generale (workboat, mooringboat), – nave de stins incendiu; – nave de asisten ță subacvatic ă: – nave pentru lucr ări subacvatice, – nave de asisten ță scafandri; – nave pentru semnalizarea c ăilor navigabile: – nave de manevr ă a mijloacelor de semnalizare, – nave far; – nave de cercetări hidrografice; – nave de depoluare: – nave bază și uzine de tratare, – nave de interven ție; – spărgătoare de ghea ță; – nave de suport offshore (tratate în capitolul 7). În mod frecvent se construiesc nave care s ă acopere o gam ă mai larg ă de funcții combinate, atât între cele enumerate mai sus cât și împreun ă cu funcții caracteristice remorcherelor. Pe de altă parte, majoritatea remorcherelor au echiparea specific ă pentru a primi clasa de nav ă de stins incendiu, pot fi dotate cu macarale de bord care s ă le permită asistența limitată a unor lucr ări subacvatice și manevrarea mijloacelor de semnalizare. În același timp, navele de suport offshore sunt echipate cu siste me puternice de luptă contra incendiului (chiar pân ă la FiFiIII) și în acela și timp au echipamentele și dotările necesare care s ă le permit ă efectuarea de lucr ări subacvatice și să acorde asisten ță echipelor de scafandri. NAVE TEHNICE 74 4.1Pilotine Pilotinele sunt nave des tinate transportului pilo ților la bordul navelor aflate în radă sau în mar ș înainte de intrarea în zona de pilotaj. Se utilizeaz ă și pentru transportul la și de la nav ă al altor autorit ăți (vama, poli ție de frontier ă) sau chiar membri din echipaj.Pilotinele sunt utilizate atât în zone maritim costiere cât și în zona apelor interioare. Caracteristic unei pilotine sunt (Fig. 4.1): – numărul mic de persoane transportate (1 -6), lungime mic ă (6-15) m, viteza de deplasare medie sau mare (15-35 nd); – comportarea bun ă în mare agitat ă, stabilitate bun ă și grad ridicat de etanșeitate, măsurile de protec ție la acostare – brâuri, baloane – care să permită acostarea la nave în condi ții de mare agitat ă; – semnalizarea specific ă (lumini, drapel H), culo rile tipice vizibile; – dotări care să permită urcarea/coborârea personalului de pe pilotin ă pe navă, ținând cont de diferen ța mare de dimensiuni între pilotin ă și nava asistată, echipamente de naviga ție și comunica ții performante; – corpul înt ărit, rezistent la naviga ția în forță pe valuri și la impact cu navele, formele V pronun țate la prova, care s ă reducă impactul cu apa la viteză mare. Fig. 4.1 – Pilotina fluvial ă (st.) și maritimă (dr.). O categorie aparte o constituie navele baz ă pentru pilo ți, respectiv nave de mai mari dimensiuni, destinate sta ționării îndelungate în zonele de a șteptare. Se utilizează atunci când portul este îndep ărtat de locul de preluare al navelor. Aceste nave baz ă sunt dotate cu spa ții de cazare pe timp îndelungat, cu b ărci de mici dimensiuni pentru deplasarea pilotului la nav ă și cu sisteme antiruliu care să diminueze mi șcările oscilatorii ale navei. NAVE TEHNICE 75 4.2 Nave de servicii generale Navele de servicii generale sunt destinate utiliz ării la activit ăți conexe în zonele portuare atunci când nu sunt disponibile nave specializa te sau utilizarea acestora nu se justific ă. Dintre aceste activit ăți se pot aminti: – transport ocazional de persoane (nu în regim de nav ă de pasageri), – asistența la manevr ă de acosta re (mooring), – remorcaj de mic ă putere, – pilotaj, – transport ocazional de materiale și echipamente, – asistența lucrări subacvaticeetc. Fig. 4.2 – Microtug (st.); Mooringboat (dr. și foto.) NAVE TEHNICE 76 Caracteristicile acestui tip de nav ă sunt dictate de func țiile pentru care au fost construite și de specificul zonei de operare, respectiv zone portuare aglomerate. Rezult ă astfel: – nave de mici dimensiuni, 7-20 m, – viteza mica, 8- 12 nd și putere limitat ă, 150 -400 CP, – foarte bune calit ăți de m anevrabilitate, – amenajări reduse pentru operare de scurt ă durată, – construcție robust ă cu brâuri de protec ție și etrava înt ărită pentru împingere, – protecția sub ap ă împotriva e șuării și deasupra apei împotriva ag ățării parâmelor de acostare, – dotarea cu sisteme de legare-remorcare etc. 4.3 Nave de stins incendiu Navele de stins incendiu sunt destinate luptei împotriva incend iilor la nave, platforme, instala ții portuare etc.Agentul de stingere al incendiului este în principal apa. Se mai utilizeaz ă adițional spuma pentru stingerea incendiilor întreținute de produse petroliere. Pe lâng ă stingerea incendiului, aceste nave trebuie să asigure și salvarea persoanelor prinse în zona de incendiu. Navele de stins incendiu se pot grupa în 4 categorii: – Fire Fighter I – nave implicate, în general în stadiile incipiente ale incendiului sau în incendii de mai mic ă amploare și în opera ții de salvare a persoanelor din zona de incendiu. Nava de clasa FiFi I este prev ăzută cu protecții active și pasive împotriva radia ției termice, fapt care le permite s ă acționeze în vecin ătatea imediat ă a incendiului ; – Fire Fighter II – nave implicate în lupta de lung ă durată cu incendii mari utilizate la stingerea incendiului sau la r ăcirea structurilor incendiate. Acționează de la o distan ță sigură, care nu pune nava în pericol ; – Fire FighterIII – nave cu aceea și destinație ca și FiFi II dar cu o capacitate de pompare mai mare și cu echipamente mai puternice ; Dacă o navă FiFi II sau III este dotat ă și cu sisteme de protec ție contra căldurii emanate de incendiu și cu sisteme de salvare persoane poate primi clasificare combinat ă FiFi I + II (III) ; – Nava cu capabilit ăți Fire Fighting – nava prev ăzută cu instala ții și sisteme de luptă împotriva incendiului, dar acestea nu îndeplinesc caracteristicile de performan ță necesare clasific ării în clasa I, II sau III. NAVE TEHNICE 77 Fig. 4.3 – Navă de stins incendiu. Pentru ca o nav ă sa fie clasificat ă FiFi, ea trebuie s ă: – aibă dotările necesare (pompe, monitoare, sisteme de comand ă), cu performan țele cerute ; – să fie capabil ă să-și mențină poziția atunci când monitoarele sunt în funcțiune; – să aibă protecție pasivă și activă la radiația termică degajată de incendiu ; – să transporte suficient combustibil pentru ac țiune continu ă de minim 24 de ore (FiFi I) sau 96 de ore (FiFi II sau III) ; – să aibă stocată cantitatea de spum ă necesară pentru cel pu țin 30 de minute acțiune continu ă (FiFi II sau III) ; – procedurile de ac țiune și nivelul de instruire a personalului s ă fie certificate. Următoarele aspecte trebuie avute în vedere la proiectarea unei nave FiFi: – alegerea echipamentelor în conformitate cu categoria FiFicorespunz ătoare ; – amenajarea și amplasarea echipamentelor și dotărilor specifice ; – balanța forțelor rezultate din ac țiunea monitoarelor, propulsoarelor și thrusterelor ; – stabilitatea sub ac țiunea monitoarelor și thrusterelor. NAVE TEHNICE 78 Dotările necesare unei nave cu clasa FiFi sunt: – pompele de incendiu: Numărul minim de pompe este: FiFi I 1-2, FiFi II și III 2 – 4 ; Debitul total al pompelor: FiFi I: 2400 m3/h; FiFi II: 7200 m3/h; FiFi III: 9600 m3/h Pompele de incendiu sunt ac ționate de motoare independente, termice sau electrice. În unele cazuri pompele pot fi ac ționate de motoarele principale, caz în care se utilizeaz ă elice cu pas reglabil pentru a permite balansarea puterii înt re propulsie și sistemul FiFi. Amplasarea pompelor de incendiu trebuie s ă fie făcută sub linia de plutire (înecate). Chesoanele de aspira ție (sea -chest) trebuie s ă fie exclusive pentru pompele de incendiu, suprafa ța grătarelor să fie suficientă pentru a limita viteza de aspira ție la maxim 2 m/s, iar amplasarea lor s ă nu fie în zona de ac țiune a propulsoarelor sau thrusterelor. Fig. 4.4 – Instalația de stins incendiu cu ap ă. – monitoarele de ap ă: Numărul minim de monitoare de ap ă este: – FiFi I 2 monitoare, – FiFi II 2-4 monitoare, – FiFi III 3-4 monitoare. NAVE TEHNICE 79 Amplasarea monitoarelor trebuie s ă permită rotația orizontal ă a acestora pe un sector de minim90 q din care minim 30 q peste PD. În acest sector jetul de ap ă nu va fi obstruc ționat de elementele constructive ale navei. De asemeni, toate monitoarele vor putea ac ționa în lungul navei.Raza de acțiune a jetului de ap ă din monitoare va fi cel pu țin: – FiFi I lungime 120 m, în ălțime 45 -50 m, – FiFi II și III lungime 150- 180 m, în ălțime 70 -90 m. Comanda și controlul monitoarelor se face de la distan ță, dintr- o cameră de comand ă protejată și cu bună vizibilitate. Ca m ăsuri de redundan ță, sistemul de control de la distan ță este dublat și în plus este prev ăzut și un sistem local de control. Se prevede și un sistem de oprire de urgen ță a monitoarelor, ca protec ție împotriva ac țiunii necontrolate și periculoase a jeturilor de ap ă; – monitoarele de spum ă: – la navele cu clasa FiFi III se vor instala minim 2 monitoare de spumă cu capacitate de 300 m3/h. Lungimea jetului de spum ă este de minim 50 m. Raportul de expandare al spumei se va considera 12-15: 1 ; Fig. 4.5 – Amplasarea și zonele de ac țiune a monitoarelor. – echipamente mobile de lupt ă contra incendiului Înplus față de cele din dotarea instala ției de stins incendiu proprie a navei se vor instala: – la navele cu clasa FiFi, pe punte se prev ăd hidranți cu num ăr minim de conexiuni în fiecare bord pentru furtunuri: 4 la FiFi I, 6 la FiFiII, 8 la FiFiIII ; – furtunuri de 50 mm (8-12-16) x 15 m și ciocuri de barz ă de 16 mm (4-6-8) ; NAVE TEHNICE 80 – pompe independente sau pompele de la monitoare dar cu capacitate m ărită; – generator de spum ă portabil (FiFi II și III). – echipamente pentru pompieri: Navele cu clasa FiFi se vor echipa cu costume și echipamente speciale pentru pompieri. Se vor prevedea 4-6-8 costume speciale, rezist ente termic și dotate cu aparate de respirat și butelii de rezerv ă. Aceste costume și echipamente vor fi depozitate în dou ă locații separate, dotate cu sisteme de ventila ție și compresoare de aer. Protecția navei împotriva radia ției termice degajate de incendiu Navele cu clasa FiFi I ( și opțional pentru celelalte categorii) sunt prev ăzute cu sisteme de protec ție împotriva c ăldurii radiate de incendiu. Aceste sisteme sunt de dou ă categorii: – pasive: construc ția din oțel a corpului, suprastructurilor, u șilor și capacelor, platformelor și țevilor expuse. U șile și ferestrele vor fi clasa A0; – active: nava este prev ăzută cu un sistem permanent de stropire cu ap ă. Acest sistem este format din duze și sprinklere care creeaz ă o perdea de apă pe toate suprafe țele verticale ale corpului și suprastructurilor. Sistemul ac ționează și asupra monitoarelor, plutelor și bărcilor de salvare și a altor echipamente esen țiale. Sistemul nu trebuie s ă obstrucționeze vizibilitatea din timonerie sau de la postul de comand ă al monitoarelor. Capacitatea sistemului trebuie s ă fie de minim10 l/min./m2 de suprafa ță protejată. Manevrabilitatea navelor de stins incendiu Navele de stins incendiu trebuie s ă aibă sistem de propulsie și thrustere laterale (prova și pupa), astfel încât s ă asigure o suficient ă manevrabilitate în timpul opera țiilor de stins incendiu. Aceste sisteme trebuie s ă țină nava fixă în orice situa ție, sub ac țiunea combinat ă a jeturilor de ap ă în cea mai defavorabil ă direcție și utilizând nu mai mult de 80% din puterea disponibil ă. Stabilitatea navelor de stins incendiu În plus fa ță de cerin țele generale de stabilitate, navele de s tins incendiutrebuie s ă aibă o stabilitate suficient ă sub acțiunea momentului de înclinare produs de jeturile de ap ă la debit maxim și acționând în direc ția cea mai nefavorabil ă, împreun ă cu momentul dat de trac țiunea transversal ă a thrusterelor. Sub ac țiunea combinat ă a acestor dou ă moment, nava nu trebuie s ă se încline mai mult de jum ătate din unghiul de maxim al diagramei de stabilitate. NAVE TEHNICE 81 Forța de reacțiune F (N) în monitor calculat ă în funcție de debitul Q (m3/s) și aria ajutajului A (m2) este: F = U Q2 / A Fig. 4.5 – Distribuția perdelelor de ap ă la nava de stins incendiu. 4.4 Nave pentru lucr ări subacvatice Navele pentru lucr ări subacvatice sunt destinate opera țiunilor de lansare, poziționare, manevr ă șiridicare a obiectelor amplasate sub ap ă. Sunt utilizate la construc ția digurilor, amplasarea de conducte și cabluri sub apă, poziționarea și extragerea geamandurilor, preg ătirea fundului apei pentru amplasare și construc ția fundațiilor subacvatice (poduri, insule, mori de vânt etc.), ranfluare de epave etc. Pentru realizarea scopului, aceste nave sunt dotate cu instala ții și echipamente specifice (Fig. 4.6): – sistem de pozi ționare care s ă fixeze nava deasupra zonei de lucru; se realizează cu ajutorul pilonilor culisan ți (acolo unde adâncimea este mică), cu ajutorul ancorelor (de regul ă patru ancore, câte una în fiecare colț) sau cu ajutorul thrusterelor (pozi ționare dinamic ă), – macarale de bord pentru manevra greut ăților, – vinciuri de manevr ă a greutăților cu sistem de direc ționare a cablurilor și role de bordaj, NAVE TEHNICE 82 – sisteme de sondare și ridicare topografic ă a fundului apei, – punte liber ă pentru depozitarea materialelor, – spații de cazare pentru personalul tehnic suplimentar, – submersibil ROV pentru inspec ția fundului apei.  Fig. 4.6 – Navă complexă pentru lucr ări subacvatice. În funcție de complexitatea și specificitatea lucr ărilor subacvatice, navele pot la rândul lor s ă fie mai simple sau mai complexe, mai dedicate sau cu funcții mai generale. Particularitățile de construc ție ale acestor nave sunt: – forme simple tehnologic, de regul ă de tip ponton, f ără a se acorda atenție performan țelor hidrodinamice, – structura este robust ă, rezistent ă la condiții grele de exploatare, – puntea este înt ărită, iarbordaj ele protejate cu brâuri rezistente, – amplasarea echipamentelor pe punte este condi ționată de fluxul tehnologic specific, – pot fi nave propulsate sau nepropulsate; în cazul navelor propu lsate, pe lângă propulsoare acestea sunt dotate cu thrustere care s ă asig ure o poziționare la „punct fix”. În cazul navelor nepropulsate, acestea sunt dotate cu instala ții de manevr ă legare care s ă faciliteze deplasarea și asistența remorcherelor. NAVE TEHNICE 83 Fig. 4.7 – Nave simple pentru lucr ări subacvatice. Pe lângă construcție și echipare, un aspect important de avut în vedere la aceste nave este stabilitatea. Se va ține cont de: – regulile de stabilitate generale în concordan ță cu zona de naviga ție (maritim, costier, ape interioare) ; – regulile de stabilitate specifice pontoanelor dac ă, forma navei este de așa natură; – regulile de stabilitate specifice macaralelor plutitoare dac ă nava este echipată cu macarale de mare capacitate (vor fi analizate la capitolul macarale plutitoare) ; – regulile de stabilitate specifice echipamentelor tehnologice pl utitoare. Pentru aceast ă ultimă categorie de criterii, stabilitatea se va analiza sub efectul momentelor de înclinare produse de: – amplasarea asimetric ă a încărcăturii pe punte, – asimetria structurii, echipa mentelor, rezervelor și balastului, – vântul lateral, – curent acționând la travers (în cazul navei ancorate), – forțele de iner ție ce apar la manevra greut ăților. 4.5 Nave de asisten ță scafandri Navele de asisten ță a scafandrilor sunt utilizate atât ca nav ă-bază pentru scafandri, cât și ca nava de sprijin a activității scafandrilor afla ți în imersiune. Dotările specifice acestui tip de nav ă constau în: – echipamente și facilități de cazare la bord a echipei de scafandri, – sisteme de asisten ță a scafandrilor în timpul scufund ărilor, – sisteme de hidroloca ție și cercetare a zonei subacvatice, – submersibile, de regul ă de tip ROV (RemoteOperatedVehicle), – sistem de pozi ționare a navei deasupra zonei de scufund ări. NAVE TEHNICE 84 Fig. 4.8 – Nava de asisten ță scafandri (st .) și baroc amera (dr.). Echipamente și facilități de cazare la bord a echipei de scafandri Acestea constau în cabine sp ecial destinate scafandrilor și echipei de asistență, sală de antrenament, cabinet medical cu dot ări specifice pentru scafandri,sala de echipare/de zechipare și decontaminare a scafandrilor, spații pentru depozitarea echipamentelor specifice, spa ții de lucru pe puntea deschisă. Sisteme de asisten ță a scafandrilor în timpul scufund ărilor Echipamentele specifice activit ății scafandrilor și care sunt prezente pe navele de asisten ță scafandri sunt: – camere de decompresiune (barocamera), – clopote de scufundare, co șuri de scufundare/recuperare, – butelii de gaz, compresoare, mixere de gaz, sisteme de analiz ă a gazului, sistem de alimentare cu gaze de respirat, furtunuri, cordoane ombilicale, – sisteme de înc ălzire, – sisteme de prevenire și stingere a incendiului, – sisteme de comand ă, automatizare și comunica ții, – sisteme de lansare, recuperare și transfer, – sistem hiperbaric de evacuare. Camerele de decompresiune (barocamere) sunt incinte presurizate în care scafandrii r ămân o perioad ă de timp dup ă terminarea scufund ărilor la mare adâncime. Aceast ă staționare este necesar ă pentru a evita efectul de intoxicare cu azot datorat decompresiei bru ște. Barocamera este o incint ă cu variație de presiune controlat ă în funcție de regimul de decompresie stabilit. Ea este prevăzută cu următoarele facilit ăți: – protecție împotriva varia țiilor necontrolate de presiune, NAVE TEHNICE 85 – ecluza (sas) de intrare/ie șire pentru minimum dou ă persoane simu ltan, fără a modifica presiunea din interior, – spațiu suficient în interior pentru a permite mi șcarea (inclusiv statul în picioare) a minimum doi scafandri, – sisteme de men ținere a vie ții – atmosfera controlat ă, hrana, apa, medicamente, toaleta, du ș etc. pentru to ți ocupan ții, pentru o perioadă de minim 72 de ore, – ferestre, astfel încât orice spa țiu interior s ă poată fi observat din exterior. Clopotele de scufundare se constituie ca o baz ă temporar ă imersată pentru scafandri. Sunt utilizate și pentru protec ția scafandrilor și transportul echipamentului pe timpul scufund ării și recuperării. La partea superioar ă au o cameră de aer (sau amestec de gaze) și sunt dotate cu un minim de echipament – butelii de rezerv ă, platform ă de odihn ă, sistem de înc ălzire, echip ament de salvare de urgen ță, sistem de control al scufund ării, sistem de comunica ții etc. Coșurile de scufundare sunt o form ă simplificat ă a clopotelor de scufundare și nu au camer ă de aer. Echipamentul de lansare/recuperare const ă în macarale, A -frame, vinciuri, cabestane, platforme mobile etc. cu ajutorul c ărora se lanseaz ă/recupereaz ă scafandrii, echipamentele de scufundare și ROV -ul. Construc ția acestora se supune regulilor specifice pent ru instalații de ridicare. Se practic ă frecvent ca lansarea/recuperarea scafandrilor, (direct sau cu clopot/coș d e scufundare), precum și a ROV -ului, să n u s e f a c ă prin exteriorul navei, ci prin moon- pool unde gradul de protec ție este mult mai bun. Moon-p ool este o decupare în fundul navei care pune în comunica ție un compartiment special din navă cu exteriorul. Sistemul de evacuare de urgen ță este o alt ă caracteristic ă a navelor de asistență scafandri. Rolul acestui sistem este de a permite evacuarea scafandrilor afla ți în perioada de decompresiune în situa ția de abandon a navei. Se utilizeaz ă mai multe sisteme de evacuare: – bărci de salvare hiperbarice, practic b ărci de salvare dotate cu barocamer ă, – barocamere mobile care pot fi lansate în ap ă și remorcate s a u încărcate pe alte nave, – transferul scafandrilor pe alte nave utilizând clopotul de scufundare, – mini-submarin presurizat, prev ăzut cu sisteme de men ținere a vieții, care să transfere scafandrii în imersiune în a șteptarea unei nave de salvare. NAVE TEHNICE 86 Proiecta rea și construc ția sistemelor de asisten ță pentru scafandri se supun Regulilor Societ ăților de Clasificare și Internaționale. Regula de referin ță: IMO536 (13) și A831 (19) Code of Safety for DivingSystems. Navele de asisten ță scafandri mai pot fi dotate cu alte sisteme specifice cum ar fi: – sisteme de hidroloca ție și cercetare a zonei subacvatice, – submersibile de tip ROV (RemotelyOperatedVehicle), – sistem de pozi ționare a navei deasupra zonei de scufund ări. Mai multe detalii la capitolul 7, nave de suport a a ctivităților offshore. 4.6 Nave pentru semnalizarea c ăilor navigabile Nave pentru manevra mijl oacelor de semnalizare Șenalul căilor navigabile fluviale și maritime în zona porturilor este marcat cu mijloace de semnalizare. O parte a acestor mijloace de semna lizare sunt pe uscat (faruri, semnale de informare, avertizare și interdicție, semnale de aliniere etc.), iar o parte sunt amplasate pe ap ă (faruri plutitoare, geamanduri și scondri). Fig. 4.9 – Diferite tipuri de geaman duri și scondri, cu destina ție fluvială și maritimă. Geamandurile și scondrii (Fig. 4.9) sunt plutitori ancora ți care marcheaz ă limitele șenalului navigabil. Ele sunt compuse din: – flotor cu rolul de a sus ține ansamblul în plutire, – coloana de sus ținere, NAVE TEHNICE 87 – contragreutatea cu rolul de a men ține poziția vertical ă și stabilitatea nerăsturnabilă, – suprastructura, – reflectorul radar, lumina, emi țătorul radio și alte echipamente de semnalizare și comunica ții, – cablul (lan țul) de ancorare, – ancora, de regul ă bloc de be ton armat. Geamandurile și scondrii trebuie s ă aibă vizibilitate suficient ă, să fie nerăsturnabile, s ă-și mențină poziția cât mai vertical în curent, iar construc ția lor să fie suficient de robust ă pentru a rezista la impactul cu navele și cu sloiurile de gheață. Dimensiunile (în ălțimea de la ap ă), forma și gradul minim de vizibilitate radar al reflectorului radar, luminile, culoril e sunt reglementate de conven ții internaționale și regulamente locale de naviga ție. Pentru amplasarea, mentenan ța și manevra mijloacelor de semnalizare se utilizează o clasă specială de nave tehnice, navele de manevr ă și mentenan ță a mijloacelor de semnalizare. Aceste nave trebuie s ă îndeplineasc ă câteva cerin țe, și anume: – să fie dotate cu mijloace de ridicat cu caracteristici ( SWL, deschidere) suficiente pentru manevra geamandurilor și a ancorelor ; – să dispună de spațiu suficient pe punte pentru depozitare și manevră; – puntea să fie construc ție întărită și de preferin ță protejată cu pat de lemn – să dispună de un sistem de pozi ționare în curent pe loca ția de lansare/ recuperare. Aceast ă poziționare se poate realiza cu ancore prova -pupa, cu piloni culisan ți și, mai rar, cu sistem de pozi ționare dinamic ă; – să fie suficient de stabile pentru a îndeplini cerin țele de stabilitate pentru na ve dotate cu mijloace de ridicat; în acest sens, în GL exist ă prevederi specifice pentru cazurile în care macaraua de bord es te folosită pe mare ; curba de stabilitate trebuie calculat ă pe vârf de val. Lungimea valului este egal ă cu lungimea navei iar în ălțimea valului este L/20 ; – să aibă manevrabilitate foarte bun ă; dotarea cu bow -thruster este aproape indispensabil ă; – să fie dotată cu sisteme sonar și investigare a adâncimii, topografiei și naturii fundului ; – să aibă pescaj mic și prova rezistent ă la eșuare p entru a se putea apropia suficient de mal, pentru instalarea și mentenan ța semnalelor amplasate pe mal. NAVE TEHNICE 88 Fig. 4.10 – Nava semi- maritimă pentru manevra mijloac elor de semnalizare; dotare cu dou ă macarale și sistem de pozi ționare cu piloni culisan ți. Fig. 4.10a – Nava semi- maritimă pentru manevra mijloacelor de semnalizare; dotare cu macara, A- frame și sistem de pozi ționare dinamic ă. NAVE TEHNICE 89 Nave far În zonele costiere unde este necesar ă semnalizarea unor rute maritime sau obstacole subacvatice (stânci, epave, recifurietc.) și unde nu se pot amplasa faruri fixe, se utilizeaz ă navele far. Utilizarea acestora este din ce în ce mai restrâns ă datorită costurilor de operare, navele far fiind înlocuite trept at cu geamanduri far automate. Caracteristicile principale ale unei nave far sunt: – catargul care sus ține farul ; – sistemul de ancorare care trebuie s ă mențină nava pe pozi ție și să preia variațiile de nivel induse de maree și să prevină deraparea ancorei în condiții de vânt și curent puternic; frecvent utilizate sunt ancorele de tip ciupercă; – stabilitatea și comportarea la oscila țiile navei ținând cont, ca în condi ții de furtună, nava nu se poate deplasa, dar pe de alt ă parte mișcările de mare amplitudine pot deranja vizibilitatea farului; pentru a co mpensa mișcările severe de ruliu, navele far sunt dotate cu sisteme de amortizare a ruliului. Fig. 4.11 – Nava far. NAVE TEHNICE 90 4.7 Nave hidrografice Navele hidrografice sunt destinate cercet ării apei și fundului în zona oceanică sau în ape interioare. Funcțiile principale ale navelor de m ăsurători hidrografice sunt: – scanarea fundului, – investigarea subsolului marin, – topografia și caracteristicile malurilor, – măsurători pe banchiz ă, – analiza aluviunilor și depunerilor, – analiza caracteristicilor apei, – măsurători asupra curen ților marini, – cercetarea faunei marine, – observații meteorologice, – investigarea activit ății seismice și vulcaniceetc. Fig. 4.12 – Nava hidrografic ă, dotări specifice. Dotările aferente îndeplinirii func țiilor de mai sus constau în aparatur ă, echipamente și spații specializate (Fig. 4.12). Aceste dot ări pot fi mai reduse sau mai extinse, în func ție de specializarea navei și de obiectivul urm ărit. NAVE TEHNICE 91 Există câteva tipuri principale de nave hidrografice: – nave de cercetare militar ă, care investigheaz ă prezența sub ap ă a diferitelor tipuri de pericole militare – mine, submarine, explozibili, scafandri inamici etc. Sunt în general nave de vi teză iar construc ția lor se supune standardelor militare ; – nave de cercetare civil ă destinate în special întocmirii h ărților de navigație, a geografiei și structurii fundului, curen ților marini, anomaliilormagnetice etc. ; – nave de cercetare a câmpurilor petr olifere și de gaze, specializate în analiza solului și subsolului marinîn scopul detect ării rezervelor de petrol și gaze ; – nave de cercetare biologic, specializate în investigarea faunei și florei marine ; – nave de cercetare oceanografic ă, specializate în studiul caracteristicilor apei, aerului, curen ților, valurilor, ghe ții etc. De cele mai multe ori, nu exist ă o demarcare clar ă între tipurile de nave hidrografice, combina ția funcțiilor pentru care este destinat ă nava fiind specificat ă de armator în func ție de destina ția navei și domeniul de cercetare ales. Lăsând la o parte aparatura și echipamentele specifice îndeplinirii func țiilor de cercetare și analizând numai din punct de vedere al navei propriu-zise se pot enumera câteva caracteristici constructive și dotări specifice navelor hidrografice: – în funcție de zona de naviga ție, navele vor fi construite pentru naviga ția maritimă – costier, zone nelimitate, zona polar ă – sau pentru ape interioare ; – în general sunt nave de dimensiuni mici și medii, cu lungimi de la 15 la 60 m, în unele cazuri nave complexe de peste 100 m ; – viteza este moderat ă, 10-16 noduri ; – sunt dotate cu instala ții de lansare/recuperare și manevr ă a echipamentelor de cercetare – macara, A- frame, vinciuri, bra ț transversal telescopicetc. ; – în situația când nava este destinat ă a opera în zona arctic ă, construc ția navei poate con ține elemente de sp ărgător de ghea ță; – în unele cazuri nava este dotat ă cu sisteme de pozi ționare dinamic ă; – au spațiu liber de lucru pe punte ; – au pe punte spa țiu necesar, sisteme de prindere și de alimentare a containerelor cu echipament specializat (aparatura de cercetare , aparatura de scufund ări, ROV etc.) ; – puterea electric ă instalată este suficient ă pentru alimentarea tuturor consumatorilor suplimentari aferen ți aparatur ii de cercetare ; NAVE TEHNICE 92 – posedă spații suficiente pentru cazarea cercet ătorilor, laboratoare, spa ții de depozitare, ateliere de între ținere etc. ; – volumul de rezerve este dimensionat pentru autonomia m ărită și numărul mare de persoane ambarcate ; – pot fi dotate cu si steme pasive și active de amortizare a ruliului. Din punct de vedere al Regulilor aceste nave se încadreaz ă în categoria „Special Purpose Ship”, respectiv nave care transport ă mai mult de 12 persoane peste num ărul de echipaj, dar aceste persoane nu sunt co nsiderate pasageri, ci personal de specialitate, care posed ă abilitățile fizice și instruirea necesar ă pentru a face fa ță situațiilor deosebite. Regula de referin ță: IMO A534(13) Code of Safety for Special PurposeShips. 4.8 Nave de deplouare 4.8.1 Necesitate Activitatea uman ă în zona țărmurilor și transportul naval conduc invariabil la poluarea apelor și a țărmurilor prin evacuarea apelor uzate și deșeurilor de la orașe și unități industriale riverane, pierderi cu caracter opera țional sau accidental survenite în procesul de exploatare a navelor, evacu ări necontrolate ale reziduurilor de c ătre navele în trafic sau sta ționare , accidente soldate cu scurgeri de agen ți poluanți. Agenții poluanți se împart în patru categorii majore:  hidrocarburi sau ape contaminate cu hidrocarburi,  substanțe toxice sau ape contaminate cu substan țe toxice,  ape uzate (ape menajere),  gunoi solid. Acțiunea de depoluare poate fi desf ășurată în două direcții:  preventiv prin colectarea reziduurilor înainte ca acestea s ă fie deversate și tratarea lor sau stocarea în zone special amenajate;  post-factum prin colectarea sau tratarea reziduurilor dup ă ce aces tea au fost deversate în mediul înconjur ător. Legislația interna țională pune un accent din ce în ce mai mare asupra m ăsurilor de prevenire și combatere a polu ării prin:  măsuri pasive privind obliga țiile de prevenire a polu ării – interzicerea deversării oricăror reziduuri, obligativitatea pred ării reziduurilor în loca ții specializate, m ăsuri constructive obligatorii pentru nave și instalații riverane care s ă reducă riscul de poluare opera țională sau accidental ă etc.;  măsuri active, prin: NAVE TEHNICE 93 – obligativitatea î nființării unui num ăr suficient de puncte de colectare și tratare a de șeurilor, – dotarea cu echipamente specializate de combatere a polu ării.  măsuri punitive, prin introducerea unor pedepse deosebit de severe în cazul poluării. Rezultă astfel, urm ătoarele categorii de func ții pe care trebuie s ă le îndeplineasc ă navele de depoluare:  colectarea de la alte nave sau unit ăți riverane,  colectarea reziduurilor de hidrocarburi de la suprafa ța apei,  neutralizarea reziduurilor toxice sau de hidrocarburi aflate în ap ă,  colectarea de șeurilor solide de la suprafa ța apei,  spălarea cheurilor, navelor, echipamentelor portuare,  sortarea și tratarea reziduurilor. Navele de depoluare se împart în dou ă categorii:  nave specializate; au avantajul c ă performan țele ce se ob ținîn c azul intervențiilor sunt de maxim ă eficien ță, iar amenaj ările și dotările sunt legate strict de obiectul de activitate al acesteia;  nave multifun ționale, care utilizeaz ă sisteme de depoluare independente ce pot fi instalate și utilizate în caz de nevoie de pe orice tip de nav ă tehnică; au avantajul c ă în perioadele de neutilizare pentru ac țiuni de depoluare nava poate fi folosit ă pentru alte scopuri. 4.8.2 Tehnologii și echipamente de depoluare Colectarea de șeurilor de la alte nave sau unit ăți riverane Deșeurile colectate de la nave sunt urm ătoarele: – deșeuri lichide: – ape sanitare (sewage), – lichide petroliere uzate (slugde, dirtyoil) și ape contaminate cu produse petroliere (bilge) ; – deșeuri solide: – deșeuri menajere, – resturi metalice, – deșeuri toxice (baterii, cutii cu vopsea, cârpe murdare, resturi medicale etc.). Pentru transferul de șeurilor lichide, nava de depoluare este dotat ă cu instala ții de transfer de șeuri lichide, formate din tanc de colectare, pompa de transfer, tubulatură, valvule, flan șe de cuplare, furtunuri. Pentru fiecare din cele două NAVE TEHNICE 94 tipuri de lichide – contaminate sau nu cu produse petroliere – se utilizeaz ă instalații separate. Flan șele de cuplare sunt standard, a șa-numitele flan șe MARPOL. Dimensiunile flan șelor de cuplare sunt în func ție de tipul lichidului manevrat și independente de diametrul tubulaturii (Fig. 4.13). TYPE Diameter (mm) Thickness (mm) Bolt circle diam.(mm) Boltholediam. (mm) No.ofbolts DIRTYOIL 215 20 183 22 6 FUELOIL 220 20 145 22 8 FIRE 178 15 132 19 4 SANITARY 210 16 170 18 4 Fig. 4.13 – Flanșe MARPOL. Pentru transferul de șeurilor solide, nava de depoluare este dotat ă cu macara de bord și containere de de șeuri solide. Macaraua de bord este universal ă, fiind folosită și pentru alte scopuri. Contai nerele sunt de regul ă tipizate. În cazul în care deșeurile solide se preiau gata sortate, se utilizeaz ă containere specializate. În caz contrar, sortarea se va efectua la mal sau la nava baz ă. Colectarea reziduurilor de hidrocarburi de la suprafa ța apei Pentru colectarea reziduurilor petroliere de la suprafa ța apei trebuie efectuate urm ătoarele ac țiuni: – izolarea și concentrarea petei de poluant, – extragerea amestecului ap ă-poluant, – separarea amestecului și depozitarea concentratului. Pentru aceste ac țiuni se utilizeaz ă câteva tehnologii: NAVE TEHNICE 95 Prebaraje dinamice (Fig. 4.17) Sub forma a dou ă „aripi” amplasate în prova navei, la nivelul apei, aceste prebaraje adun ă pelicula de hidrocarburi într -un strat suficient de gros pentru a permite o recuperare efectiv ă. Prebarajul lini ștește turbulen țele care se produc în fața unității de recuperare și accelereaz ă stratul de petrol c ătre punctul de intrare. Partea superioar ă a acestui baraj poate fi coborât ă și ridicată hidraulic sau electric și, de asemenea, poate urm ări mișcarea valurilor. Aceasta permite reglarea grosimii și a debitului stratului ce trece în camera de recuperare. Fig. 4.14 – Nave dotate cu prebaraje dinamice. Petrolul este recuperat prin mai multe metode: – un baraj glisant a c ărui înălțime poate fi reglat ă, peste care trece petrolul și o anumit ă proporție de apă spre camera de colectare; – un plan înclinat prev ăzut cu band ă transportoare care antreneaz ă petrolul spre zona de colectare; – pompa de aspira ție amplasat ă la capătul zonei de concentrare. Din camera de colectare, amestecul concentrat de ap ă și petrol este, fie transferat în tancurile de stocare pentru procesare ulterioar ă, fie este trecut prin separatoare, apa este deversat ă, iar reziduurile petroliere sunt stocate în tancuri. Bariere flotante (Fig. 4.15, 4.16) Sistemul are trei componente principale: – bariera flotant ă, cu rol de izolare și concentrare a petei de poluant; – skimmerul cu rol de pre- separare și extragere a amestecului poluant; – tancul de colectare a amestecului ap ă-agent poluant. Bariera flotant ă este stocat ă la bordul navei pe tamburi și desfășurată de nava specializat ă pentru încercuirea zonei poluate. Bariera poate fi din elemente rigide articulate (umplute cu spum ă) sau gonflabil ă, cu compresor pe m ăsura desfășurării. NAVE TEHNICE 96 Skimmerele(Fig. 4.16) Acestea sunt separatoare ap ă-produs petrolier de mici dimensiuni, flotabile. Se amplaseaz ă în pata de petrol cu ajutorul macaralei de bord. Pentru o mai mare mobilitate, skimmerele pot fi prev ăzute cu sisteme de propulsie proprii comandate d e la distan ță. Sunt prev ăzute, deasemenea, cu mai multe guri de absorbție, având sisteme de ridicare și coborâre (varia ție a pescajului) func ție de grosimea stratului de petrol sau de m ărimea valurilor. Ac ționările sunt hidraulice, alimentate de la o pomp ă hidraulică printr -un furtun hidraulic amplasat pe bra țul macaralei. Un alt furtun asigur ă transferul lichidului recuperat spre tancul de stocaj. Tancul de colectare poate fi amplasat fie la bordul navei de co lectare, fie ca un tanc plutitor extern, aceast ă ultimă soluție permițând stocarea unor cantit ăți mari de reziduuri f ără a fi necesar ă întreruperea procesului pentru deplasarea navei de colectare la mal în vederea golirii tancurilor. Fig. 4.15 – Principiul de lucru cu bariera flotabil ă și skimmer. Fig. 4.16 – Bariera flotabil ă (st.) și skimmere(dr .). NAVE TEHNICE 97 Neutralizarea reziduurilor toxice sau de hidrocarbu ri aflate în ap ă După colectarea mecanic ă a agentului poluant, pentru îndep ărtarea peliculei de produs petrolier remanent ă la suprafa ța apei se utilizeaz ă tehnologia cu dispersan ți. Dispersan ții sunt substan țe chimice care reac ționează cu produsul petrolier rezultând un c ompus neutru.Se utilizeaz ă două tipuri de substan țe absorbante: – sedimentabile, care dup ă îmbibare se depun pe fundul bazinului, – flotabile, care plutesc pe suprafa ța apei și după îmbibare și pot fi recuperate ulterior. Există în principiu trei tipuri de age nți dispersan ți: – tipul 1, bazat pe solven ți cu o concentra ție de 15 -25% agent activ; sunt eficienți dacă se asigur ă un raport dispersant -poluant de 1:1 pân ă la 1:3; – tipul 2, bazat pe oxidan ți, eficienți până la un raport de dilu ție de 1:10; – tipul 3, un con centrat al dispersantului de tip 2, eficient pân ă la un raport de dilu ție de 1:30. Dispersantul se împr ăștie fie aerian, fie de c ătre nave specializate sau nave multifunc ționale dotate cu instala ție de împr ăștiere a dispersan ților. Fig. 4.17 – Nava de împrăștiat dispersan ți (st.) și braț cu duze de împr ăștiere (dr.). Instalația de împr ăștiere a dispersan ților se compune din rezervor de dispersant, dozator, pomp ă, furtunuri și braț cu duze de dispersie. Colectarea de șeurilor solide de la suprafa ța ape i Pentru colectarea de șeurilor solide plutitoare se pot folosi fie nave specializate fie nave multifunc ționale cu dot ări specifice. Navele specializate sunt de regul ă nave catamaran, care între corpuri sunt prevăzute cu o band ă transportoare înclinat ă, parțial imersat ă, și care antreneaz ă deșeurile plutitoare într -un container de colectare (Fig. 4.18). Avantajul acestei solu ții îl reprezint ă productivitatea mare. Dezavantajul const ă în specializarea navei, aceasta neputând fi utilizat ă în alte scopuri. NAVE TEHNICE 98 O altă modalitate de colectare a gunoaielor plutitoare o constituie utilizarea unei macarale de bord dotat ă cu un graif ăr de gunoi și container de colectare. Sistemul se poate instala p e orice nav ă dotată cu macara de bord. Spălarea cheurilor, navelor, echipamentelor portuare Sistemul de sp ălare a cheurilor și echipamentelor const ă în următoarele componente: – generator de ap ă fierbinte unde se realizeaz ă încălzirea apei pân ă la 70-75°C l a un debit de iarn ă de 1 -5 m³/h; – tun de ap ă fierbinte, care pulverizeaz ă apa pe zonele ce urmeaz ă a fi spălate. În cazul zonelor puternic infestate ( țărmuri în urma polu ării majore) se pot utiliza elemente adiacente: – baraj de izolare a zonei, – braț prevăzut cu perie rotativ ă pentru cur ățat diguri, cheuri sau nave, – skimmer pentru colectarea reziduurilor. Sortarea și tratarea reziduurilor După colectarea reziduurilor de la nave, de la suprafa ța apei sau de la țărm, aceste reziduuri pot fi predate la uzinele de tratare de la mal s a u l a n a v e specializate în tratarea reziduurilor.Pentru particularit ățile unei astfel de nave, vezi 4.8.3. – Nava de colectare și tratare a reziduurilor. 4.8.3 Nave specializate în ac țiuni de depoluare O caracteristic ă particular ă a navelor angajate în ac țiuni de depoluare este că aceste nave sunt încadrate în categoria de nave de transport m ărfuri periculoase, dac ă ele sunt prev ăzute a colecta, stoca și/sau procesa substan țe încadrate în lista substan țelor periculoase. Dintre aceste a, se pot aminti: Fig.4.18 – Nava de colectare reziduuri solide de la suprafa ța apei . NAVE TEHNICE 99 – produse petroliere uzate – scurgeri de combustibil, ulei uzat; – ape contaminate cu produse petroliere – apa de santin ă, ape contaminate recuperate de la suprafa ța apei etc.; – reziduuri solide toxice – baterii, cutii cu vopsea, elemente radioactive, reziduuri medicale etc. Încadrarea navelor în aceast ă categorie a navelor de transport m ărfuri periculoase conduce la respectarea unor reguli stricte de construc ție și exploatare a navelor. Se pot enumera, astfel, cerin țe specifice pe care nava trebuie să le respecte, cum ar fi: – cerințe de compartimentare prin izolarea zonelor de risc cu coferdamuri, necesitatea prevederii de dublu fund și/sau dublu bord în zonele de risc, etc.; – cerințe de stabilitate de avarie; – cerințe de dotare cu sisteme de detec ție gaze, stins incendiu, etc. Majoritatea Societ ăților de Clasificare au nota ții de clas ă – și implicit cerin țe constructive –specifice pentru astfel de nave. Dintre aceste nota ții de clas ă se pot aminti „Oil recovery ship”, „Bilgesboat”, „ Oil spill assistance vessel” etc. Nave de colectare și tratare a reziduurilor La navă se colecteaz ă : – reziduuri petroliere, sub forma de ap ă de santin ă (bilge), scurgeri de combustibil (sludge) și ulei uzat (dirtyoil) ; – ape menajere uzate sub forma de ape gri (ape menaje re) și ape negre (fecaloide) ; – gunoi solid. Preluarea reziduurilor petroliere și a apelor menajere de la alte nave se face prin racorduri de punte prev ăzute cu flan șe internaționale de la care reziduurile petroliere sunt dirijate într-un tanc de colectare, iar apele m enajere într-un tanc separat. Preluarea reziduurilor se face cu pompele și cu furtunurile din dotarea navei specializate sau a navelor de la care acestea se preiau. Predarea la mal a acestor reziduuri se face cu pompele navei și cu furtunurile d in dotarea malului. Pentru predarea reziduurilor petroliere se folose ște o pomp ă cu șurub iar pentru apele menajere, o pomp ă centrifug ă. Gunoiul solid se colecteaz ă în saci sau containere, prin transferul de la nava sursă la nava colectoare, cu ajutorul macaralelor. Aceste nave sunt construc ții simple, de regul ă tip barjă. Ele pot fi propulsate sau nu, și dotate sau nu cu spa ții pentru echipaj. Ele pot îndeplini strict func ția de navă de colectare sau func ții extinse cum ar fi tratarea reziduurilor colec tate, nava bază pentru flotila de nave de depoluare sau chiar nav ă de interven ție în caz de poluare accidental ă. NAVE TEHNICE 100 Fig. 4.19 – Nava bază de colectare și procesare a reziduur ilor preluate de la nave. După colectare, reziduurile pot fi stocate și ulterior predate la sta ții de procesare de la mal sau pot fi tratate primar la bordul navei colectoare. În acest ultim caz, nava colectoare va fi dotat ă cu: a) Sistem de colectare și tratare reziduuri petroliere: – tanc de recep ție reziduuri petroliere, – tanc reziduuri petroliere separate, – tanc apă recirculat ă, – pompe de transfer, – echipament pentru separarea apelor infestate cu produse de hidrocarburi; acest separator extrage din apa infestat ă componenta de hidrocarburi care se depozi tează în tancul de reziduuri petroliere separate (de unde se va preda la mal); apa separat ă este analizat ă și dacă îndeplinește cerința de puritate (de regul ă sub 2 -5 ppm hidrocarburi) este deversat ă peste bord; dac ă nu, este transferat ă în tancul de ap ă recirculată, de unde va trece din nou prin procesul de separare; NAVE TEHNICE 101 b) sistem de colectare și tratare ape menajere: – tanc de recep ție ape uzate, – echipamente cu clorinare pentru tratarea apelor gri și fecaloide preluate de la nave; c) sistem de colectare și trataregu noi solid: – spațiu de depozitare pentru de șeuri solide nesortate preluate de la nave, – utilaj de sortare și compactare gunoi solid, – containere pentru depozitarea de șeurilor solide sortate. Uzual, sortarea gunoiului se face pe urm ătoarele categorii: gunoi men ajer, baterii, filtre, plastic, sticl ă, hârtie, ambalaje metalice contaminate, șpan; – utilaje de ridicat și manevră. Navede interven ție în caz de poluare Navele de interven ție în caz de poluaresunt nave, în general, de mici dimensiuni, autopropulsate, destinate deplas ării în zonele de interven ție și desfășurării acțiunilor curente de depoluare (colectare de șeuri de la navele în exploatare, cur ățarea suprafe ței apei de gunoaie, cur ățare maluri) sau a intervențiilor în cazuri de poluare accidental ă (recup erare produse petroliere de la suprafa ță, împrăștiere dispersan ți). Fig. 4.20 – Nava de interven ție în caz de poluare. NAVE TEHNICE 102 Astfel de nave, pe lâng ă dotările obișnuite ale unei nave, sunt dotate cu echipamente specifice de combat ere a polu ării: – tancuri stocaj ape sanitare, ape de santin ă, petroliere uzate; – echipament de cur ățare cu presiune mare pentru cheuri și pereuri; – facilități de preluare a apei de santin ă și de preluare a apei sanitare; – baraj pentru limitarea ariei poluate c u tambur ac ționat hidraulic și compresor, pomp ă skimmer cu tambur și grup generator propriu; – macara telescopic ă sau pliabil ă, sistem de colectare de șeuri solide de la suprafața apei, containere pentru depozitarea de șeurilor; – laborator pentru analize e șantioane ap ă. 4.9 Spărgătoare de ghea ță Spărgătorul de ghea ță este o nav ă special conceput ă și construit ă pentru a naviga pe ape acoperite cu ghea ță compact ă. Conform IACS, sp ărgătorul de gheață este o nav ă la care: – profilul opera țional include func ții de escort ă și management a ghe ții; – puterea și dimensiunile sunt suficiente încât s ă permită o abordare agresivă a gheții; – s-a atribuit un certificat de clas ă care conține notația „icebreaker”. Se va face distinc ția între: – spărgătoare de ghea ță propriu -zise co nform defini ției de mai sus; – nave cu capabilit ăți de spărgător de ghea ță–nave destinate altor scopuri dar care împrumut ă d e l a s p ărgătoarele de ghea ță unele caracteristici care le fac capabile și pentru naviga ția (în anumite condi ții limitate) pe ape acoperite cu ghea ță compactă; – nave pentru naviga ția prin gheață – nave destinate naviga ției prin gheața subțire sau ghea ța spartă, inclusiv în urma sp ărgătorului de gheață. Aceste nave se caracterizeaz ă prin întărituri structurale suplimentare, sistem de r ăcire a motoarelor, special proiectat, protec ții suplimentare ale elicei și cârmei, pere ți transversali suplimentari, aranjament special al tancurilor de balast și combustibil etc. Necesitate Pe măsura dezvolt ării transportului naval, a extinderii spre no rd a zonelor de interes și în special datorit ă exploatărilor de petrol, gaze și minereuri rare din zona arctic ă, navigația pe rute înghe țate în sezonul de iarn ă și navigația în zonele arctice trebuie s ă se poată desfășura pe toat ă perioada anului. În acela și timp trebuie men ționată și dezvoltarea turismului arctic. Semnificative în acest sens sunt zonele: – Zona arctic ă din Alaska, Siberia, Canada, Oceanul Atlantic; NAVE TEHNICE 103 – Marea Baltic ă; – Marea Caspic ă; – Fluvii, în principal în Siberia și Europa de Est. Fig. 4.21 – Spărgătorul de ghea ță nuclear Rossiya, 75 000 CP. Istoric, au existat tentative de a construi nave de marf ă care să poată naviga fără suportul unui sp ărgător, dar rezultatele au fost slabe, uneori dezastruoase. Ulterior s- a constatat c ă soluția optimă o constituie naviga ția în sistemul spărgător-navă (convoi) în care sp ărgătorul deschide canalul de naviga ție prin gheață și este urmat de nava (convoiul de nave) de transport, nave construite special pentru naviga ția prin gheața spartă. În ultima perioad ă, atât prin efortul de cercetare cât și prin apari ția de materiale și echipamente rezistente la ghea ță, au apărut nave de marf ă destinate naviga ției în zonele arctice (în special bazate pe conceptul DoubleActingS hip). Aceste nave sunt fie cu clasa de sp ărgător de ghea ță, fie cu capabilit ăți de spărgător de gheață și pot naviga în majoritatea condi țiilor, fără asistența unui spărgător. Caracteristicile ghe ții La încadrarea sp ărgătoarelor în anumite categorii precum și la proiectarea lor trebuie s ă se țină cont de zonele de ac țiune și implicit de caracteristicile gheții în care nava va opera.Ghea ța este caracterizat ă de gradul de agregare, tipul de cristale, grosime, dimensiunea sloiurilor, duritate, c uloare, vechime etc. Pentru e evita confuziile, în oric e referire la anumite tipuri de ghea ță se vor utiliza termenii explicita ți în „ WMO Sea Ice Nomenclature”. Deoarece ace ști termeni sunt foarte specifici, în acest material s- a renunțat la adaptarea lor în limba român ă. NAVE TEHNICE 104 Clasificare și Reguli Spărgătoarele de ghea ță se clasific ă după: – zona de naviga ție:  arctice,  maritime în alte zone decât arctice,  costiere,  pentru ape interioare; – destinație:  spărgătoare de deschidere, al c ăror rol este de a crea canalele de navigație prin gheață,  spărgătoare de escort ă al căror rol este de a înso ți nava (convoiul) la naviga ția prin gheață și de a asigura l ărgirea canalului, deblocarea, remorcarea etc. a navei escortate; – încadrarea în Reguli; în general, ca o nav ă să fie încadrat ă ca spărgător de gheață trebuie să îndeplineasc ă două condiții:  să respecte cerin țele de construc ție ale unei nave destinate navigației prin gheață și să primeasc ă notația adițională de clasă corespunz ătoare;  să respecte cerin țele specifice de putere instalat ă și să primeasc ă notația de serviciu „icebreaker”. Clasificarea navelor cu capabilit ăți de naviga ție în ghea ță diferă la diferite Autorități și Societăți de Clasificare. Cele mai semnificative nota ții de clas ă sunt date de: – Finnish-Swedish (Baltic) Ice Class Rules, – Canadian Arctic Ice Regime Shipping System, – Russian Register Class, – IACS și sunt preluate în diferite forme de Societ ățile de Clasificare. Încadrarea într- o anumită categorie este dat ă de condițiile de naviga ție, sezonul și în special caracteristicile ghe ții pentru care nava este apt ă să opereze. Clasificarea propus ă de IMO ( și preluată de majoritatea Societ ăților de Clasificare) introduce no țiunea de Polar Class cu 7 categorii: Polar ClassIce Description (based on WMO S ea Ice Nomenclature), PC 1 Year-round operation in all Polar waters, PC 2 Year-round operation in moderate multi-year ice condition s, PC 3 Year-round operation in second-year ice which may include multiyear ice inclusions, PC 4 Year-round operation in thickfirst-year ice which may inc lude old ice inclusions, NAVE TEHNICE 105 PC 5 Year-round operation in medium first-year ice which may include old ice inclusions, PC 6 Summer/autumn operation in medium first-year ice which ma y include old ice inclusions, PC 7 Summer/autumn operation in thin first-year ice which may include old ice inclusions. Conform clasific ării Baltice, navele cu clasa de ghea ță încep de la cea mai slab ă I C până la cea mai înalt ă I A Super. Clasificarea propus ă de RussianRegister of Shipping con ține clasele de ghea ță UL, ULA, L 1-4, LU 1-9 pre cum și 9 categorii de spărgătoare de ghea ță LL 1-9. Echivalen ța între principalele clase de nave pentru naviga ția în ghea ță este dată mai jos. Baltic Class Canadian Class Russian Class Polar Class IA Super Type A UL PC6 IA Type B L1 PC7 Se observ ă că cele mai înalte clase de ghea ță, după Finnish -Swedish (Baltic) Ice Class Rules, corespund cu cele mai joase clase Polar și sunt în afara categoriei de sp ărgător de ghea ță, conform Russian Register Class. Suplimentar fa ță de clasa de ghea ță conformă cu notația acordat ă de diferitele autorități, pentru ca o nav ă să fie spărgător de ghea ță, aceasta trebuie s ă aibă și notația de serviciu specific ă. În general atribuirea acestei nota ții de serviciu este legată de îndeplinirea cerin ței de putere minim ă instalată. Mai jos ex. din BV: Service Notation Minimum engine output (kW) ICEBREAKER 1 44000 ICEBREAKER 2 22000 ICEBREAKER 3 11000 ICEBREAKER 4 6000 ICEBREAKER 5 to 7 No minimum engine output Din punct de vedere al Regulilor, proiectarea și construc ția se supun următoarelor normative: – Rezoluția IMO MSC 1056, – IACS-UR – Requirements concerning POLAR CLASS, – Regulile unei Societ ăți de Clasificare (dac ă are reguli specifice spărgătoarelor de ghea ță), – Regulile regionale, ex: Canada –TP 12260 Equivalent standards for the construction of arctic class ships. Aspecte specifice privind sp ărgătoarele de ghea ță În operarea în ghe țuri, principalele probleme care pot s ă apară sunt: NAVE TEHNICE 106 – imposibilitatea spargerii ghe ții sau blocarea în ghea ță; – suprasolicitarea structurii navei ; – avaria propulsoarelor și cârmelor ; – depunerea de ghea ță (vânt + valuri + frig) ; – înghețarea sistemelor cu ap ă (răcire, incendiu, scurgeri) ; – salvarea și evacuarea personalului pe ghea ță; – stresul și oboseala echipajului. Pentru a r ăspunde acestui tip de probleme, la proiectarea și construc ția spărgătoarelor de ghea ță și a navelor destinate s ă navig heze în gheață se aplică soluții specifice privind: – forma, – structura, – dotările. Procesul de spargere a ghe ții poate fi: – continuu, când nava are o mișcare de înaintare uniform ă prin gheață; – prin strivire când nava „se urcă” pe stratul de ghea ță; – în forță, prin lovirea repetat ă a gheții (ramming); – prin măcinare când stratul de ghea ță este abordat și măcinat cu propulsoarele; – de jos în sus cu ajutorul thrusterelor prin dirijarea jetului de ap ă sub gheață. Forma Forma unei nave destinate spargerii ghe ții trebuie s ă țină cont de urm ătoarele cerințe (Fig. 4.22): 1 24 3 5 6789 9610 Fig. 4.22 – Forma specific ă unui spărgător de ghea ță. NAVE TEHNICE 107 – să spargă un strat de ghea ță cât mai gros cu un efort cât mai mic (1), (2), (8), (10); – să devieze sloiurile rezultate astfel încât acestea s ă nu blocheze canalul creat (3), (5), (6), (7); – să asigure bune caracteristici manevriere în ghea ță (1), (4), (7); – să nu aglomereze ghea ța în zona propulsoarelor și a cârmelor (3), (9), (6); – să aibă o bună comportare la mar ș înapoi (4),(3). (1) unghiul etravei (bow angle) – facilitează urcarea pe ghea ță în vederea spargerii prin gravitație; uzual 15 q – 25q; (2) pinten prova – blochează urcarea integral ă pe gheață a navei; permite abordarea în for ță a aglomer ărilor de ghea ță; (3) pinten pupa – similar cu (2) la pupa; (4) unghiul etamboului (stern angle) – permite spargerea ghe ții la mar ș înapoi; (5) umăr – produce un canal de ghea ță spartă mai lat decât l ățimea navei; (6) gurna în relief – împiedică aglomerarea sloiurilor la nivelul liniei de plutire și canalizarea lor spre propulsor, faciliteaz ă deblocarea navei prin mișcări de ruliu provocat; (7) unghiul coastelor (flare angle) – sparge ghea ța în timpul manevrei de întoarcere; (8) unghiul plutirii (waterline angle) – dirijează gheața spre exteriorul canalului; (9) zona propulsoarelor – evită aglomerarea ghe ții și favorizeaz ă devierea ei spre exterior; (10) unghiul longitudinalelor (buttock angle) – facilitează spargerea ghe ții pe toată lățimea navei. O categorie special ă o constituie conceptul de form ă Double Acting Ship (Fig. 4.23). Fig. 4.23 – Petrolierul sp ărgător de ghea ță „Timofey Guzhenko ”, forma Double Acting Ship. NAVE TEHNICE 108 Acest tip de nav ă este conceput pentru naviga ția cu prova în apa liber ă sau în condiții de ghea ță moderată. În situația în care nava întâlne ște aglomer ări sau blocaje de ghea ță ce nu pot fi sparte cu prova, nava întoarce și abordeaz ă respectivul blocaj cu pupa. Pentru aceast ă manevră, în zona pupa, nava are câteva particularit ăți: – utilizarea elicelor ca toc ător de ghea ță; pentru aceasta sistemul de propulsie este de tip azipod, iar dimensionarea elementelor și materialele uti lizate permit o astfel de manevr ă; – forma pupa permite urcarea navei pe ghea ță și faciliteaz ă accesul ghe ții la elice în vederea m ăcinării; – nava nu este prev ăzută cu cârme (sau al ți apendici), guvernarea se face cu sistemul azipod. Este de remarcat c ă la spargerea ghe ții cu pupa se reduce rezisten ța la înaintare datorată gheții cu 40 -50% în principal datorit ă efectului de lubrifiere dat de apa antrenată de elice de -a lungul corpului. Dezavantajele formei de tip sp ărgător de ghea ță sunt: – rezistența la înaintare a navei în apa liber ă este un factor secundar și este sacrificat în favoarea obiectivului prioritar de spargere a ghe ții. O formă eficientă ca spărgător poate s ă aibă o rezisten ță la înaintare cu 30-40% mai mare decât o o nav ă cu acelea și caracteristici , dar proiectată din condi ția de minimizare a rezisten ței la înaintare; – forma specific ă de spărgător este favorizant ă apariției fenomenului de slamming; – tendința pronunțată de ruliu și tangaj excesiv. Observațiile de mai sus conduc la concluzia ca o nav ă cu forme de tip sp ărgător de gheață este nerecomandat ă pentru naviga ția în ape deschise. Structura Din punct de vedere structural navele de tip sp ărgător prezint ă câteva aspecte specifice: – structura și învelișul semnificativ mai robuste decât la alte nave ; – centura de ghea ță – o zonă întărită definită de plutirile extreme superioară (UWL) și inferioar ă (LWL) între care nava este de a șteptat să plutească în timpul naviga ției prin gheață; – intercoaste – coaste adi ționale prev ăzute între coastele principale cu scopul de a mic șora dimensiunea ochiului de plac ă de înveli ș și extinse până în afara centurii de ghea ță; – compartimentare dens ă, în general dublu înveli ș și număr crescut de pereți transversali; – utilizarea de o țeluri cu rezisten ță la șoc în condi ții de temperaturi scăzute; NAVE TEHNICE 109 – eforturile longitudinale adi ționale produse în procesul de spargere a gheții; – modul particular de calcul al sarcinilor induse de presiunea ghe ții, ținând cont de zona de pe corp (Fig. 4.24) și categoria de sp ărgător. Corpul navei este împărțit în zone care reflect ă magnitudinea înc ărcărilor date de gheață (Fig. 4.24). În direc ție longitudinal ă sunt patru regiuni: Prova, ProvaIntemediar, Mijloc și Pupa (Bow, Bow Intermediate, Midbodyand Stern). Exceptând zona prova, celelalte zone sunt îm părțite în zone pe vertical: Fund, Intermediar și Centura de ghea ță (Bottom, LowerandIcebelt). Fig. 4.24 – Zonele de ghea ță, conform IACS. Mai multe detalii în IACS UR-I2 Structural Requi rements for Polar ClassShips sau în Regulile Societ ăților de Clasif icare. Dotări Din punct de vedere al dot ărilor, navele de tip sp ărgător prezint ă câteva aspecte specifice: a) sisteme adi ționale de asisten ță la funcția de spargere a ghe ții: – tancuri de ruliu – sunt de regul ă tancuri de tip U active cu dublu rol de a amortiz a oscilațiile de ruliu la naviga ția în valuri și de a genera ruliu atunci când nava este prins ă în gheață pentru a facilita eliberarea navei ; NAVE TEHNICE 110 – tancuri de balast adaptate – în cazul în care nava nu este prev ăzută cu sistem anti-ruliu activ, pentru balansarea navei, modificarea a sietei sau mărirea greut ății pe prova (în cazul bloc ării cu nava pe ghea ță) se poate folosi sistemul de balast al navei, cu observa ția că debitul pompei trebuie să fie mai mare decât obi șnuit, pentru a permite opera ții rapide ; – sisteme de reducere a frec ării cu ghea ța; în condi ții de ghea ță acoperită cu zăpadă și temperatura sub -20qC, coeficientul de frecare a navei cu gheața poate ajunge pân ă la valoarea de 0,3. Reducerea acestui coeficient de frecare îmbun ătățește semnificativ capabil itatea navei de a sparge ghea ța.Pentru aceasta se folosesc:  sistemul cu bule de aer care injecteaz ă aer la partea inferioar ă a navei (circa 2 m sub LWL); aceste bule, prin ridicare, lubrifiaz ă suprafața de contact a navei cu ghea ța,  injecția de apă în zona de contact cu ghea ța,  vopsea special ă cu frecare redus ă și rezistență la abraziune; b) adaptarea ma șinilor și sistemelor la condi țiile de exploatare: – puterea ma șinilor de propulsie–capabilitatea unui sp ărgător este dat ă în principal de puterea ma șinilor de propulsie. Aceast ă putere trebuie s ă fie suficient ă pentru a putea învinge rezisten ța la înaintare a navei în apa liberă și rezistența dată de gheață. Aceasta din urmă este dominant ă și este dat ă de componentele de spargere, de degajare și de frecare. După cum s- a arătat mai sus, îns ăși clasificarea sp ărgătoarelor este dat ă de puterea instalat ă. Pe de alt ă parte, pentru navele care au clas ă de gheață (nu neap ărat de sp ărgător) se impune o putere de propulsie instalată minimă. Această putere minim ă se determin ă în funcție de dimensiunile navei și de forma prova. Pentru edificare, vezi exemplu BV Pt E, Ch 8, Sec 1, 3; – sistemul de propulsie –aranjamentul propulsiei și interac țiunea propulsoarelor cu ghea ță. La spărgătoarele moderne, solu ția clasică elice pe linie de axe + cârme a fost abandonat ă în favoarea propulsiei azimutale Diesel electrice, a șa numitul azipod. Acest sistem are o serie de avantaje care îl fac nelipsit pe navele moderne, în ciuda pre țului ridicat:  o excelent ă manevrabilitate specific ă propulsie i azimutale,  lipsa cârmelor, deci eliminarea riscului avarierii acestora,  posibilitatea de a sparge ghea ța cu pupa (Double Acting Ship),  flexibilitatea sistemului de propulsie electric prin producerea și transmiterea la elice exact a puterii necesare în acel moment,  motoarele electrice pot furniza un cuplu ridicat nu numai la tura ții mici ci și în cazul bloc ării elicelor în ghea ță, fără ca motoarele s ă se oprească, permițând măcinarea ghe ții; NAVE TEHNICE 111 – utilizarea de elice ultra- rezistente și cu pale înlocuibile; – utilizarea de bow și stern thrustere puternice pentru a permite manevrarea navei în spa țiile foarte înguste dintre banchize; – fixarea echipamentelor trebuie s ă țină seama de șocurile care apar în timpul izbirii navei de ghea ță; accelera țiile orizontale pot dep ăși în acest caz 1g; – măsuri anti -îngheț ale sistemelor de ventila ție și de tubulaturi (winterization):  prizele sistemului de ventila ție încălzite pentru a evita blocarea cu zăpadă; amplasarea a câte dou ă prize în borduri opuse, pentru fiecare sistem de ventilație,  posibilitatea de cur ățire a acumul ărilor de ghea ță și zăpadă din interiorul sistemelor (ventila ții, tubulaturi, prize de aer și apă etc.);  încălzirea tancurilor amplasate pe bordaj deasupra liniei de plutire,  sistemul de r ăcire cu ap ă de peste bord va fi adaptat cu chesoane de apă de mare suplimentare, posibilitatea de eliminare a ghe ții din chesoane, inclusiv înc ălzirea acestora și posibilitatea deschiderii chesoanelor cu nava în plutire, decup ări mărite pentru absorb ția apei, tanc interior de circulație a apei de r ăcire etc.,  posibilitatea golirii dup ă utilizare a tuturor tubulaturilor expuse la îngheț (incendiu, balast etc.); – eliminarea depunerilor de ghea ță; în condi ții de vânt + valuri + frig, pe navă se depun cantit ăți importante de ghea ță (Fig. 4.25). Ghea ța depusă are efecte negative în ce prive ște creșterea excesiv ă a deplasamentului, înrăutățirea drastic ă a stabilit ății, mărirea ar iei velice, blocarea sistemelor etc. La navele destinate naviga ției în zone reci se prev ăd măsuri constructive pentru contracararea depunerilor de ghea ță sau a efectelor acestora. Fig. 4.25 – Depuneri de ghea ță pe puntea teug ă (st.) și pe borduri (dr.). Pentru mai multe detalii se vor consulta Regulile DNV relativ la nota țiile DEICE și WINTERIZATION. Site recomandat:http://coldre gionsresearch.tpub.com/SR95_17/ind ex.htm NAVE TEHNICE 112 5. NAVE DE DRAGARE Preambul: – O mare parte a informa țiilor din acest capitol sunt extrase din publicațiile Prof. Ir. W.J.Vlasblom de la TU Delft. Principalele lucr ări ale acestuia sunt publicate pe Internet și sunt recomandate tuturor celor care se implic ă în problema dr ăgilor și a dragajului. – Recomand ăm și consultarea lucr ării Prof. Lucian Manolache –„Nave Tehnice” publicat ă la Universitatea „Dunărea de Jos” din Galați. – Pentru a evita confuzii de traducere, termenii de specialitate consacra ți vor fi indica ți și în limba englez ă. 5.1 Introducere Necesitate Dragajul reprezint ă activitatea de extragere a materialului solid de pe fu ndul apei și se execut ă pentru: – curățirea și adâncirea șenalului navigabil, – tăierea de canale de naviga ție și/sau iriga ții noi, – colectarea de material de construc ție. Navele flotei de dragare Tipurile de nave implicate în activitatea de dragare sunt: – Drăgi – nave ce desf ășoară direct activitatea de extragere a materialului; – Șalande – nave destinate transportului materialului dragat; – Nave de suport – pontoane, sta ții de pompare etc. – nave auxiliare necesare procesului de dragare. Legislație Sub aspect le gislativ, atât dragarea cât și depozitarea materialului dragat sunt reglementate. În plus fa ță de legisla ția națională și regional ă, instrumentul internațional de reglementare, cel mai larg aplicabil, este Conven ția de la Londra 1972 (LC- 72), care acoper ă zonele marine din întreaga lume. Conven ția LC-72 a adoptat și documentul „Dredged Material Assessment Framework” (DMAF) care este în curs de a fi ratificat de cele 90 de țări semnatare ale NAVE TEHNICE 113 Convenției. Există, de asemenea, conven ții regionale, cum ar fi cel e de la Oslo, Convenția de la Paris, Conven ția de la Helsinki și Convenția de la Barcelona. Legislația privind dragajul în apele interioare se bazeaz ă pe reglement ări naționale și/sau europene ce implic ă o mare varietate de legi aplicabile pentru diferite zone, activit ăți și materiale dragate. Unele activit ăți de dragare, în special cele care cuprind opera țiuni de între ținere a căilor navigabile, pot s ă nu fie reglementate. Totu și, indiferent de natura proiectului de dragaj, se recomand ă efectuarea prealabil ă de investiga ții ce includ, de exemplu, anchetele tehnice de dragare, op țiunile de eliminare a materialului dragat, studii de proces fizic și de mediu, studii de impact. Reguli Proiectarea și construc ția navelor de dragare, a dr ăgilor în mod special, sunt supuse Regulilor Societ ăților de Clasificare și/sau administra ției. Navele de dragare trebuie s ă respecte Regulile generale de construc ție a navelor precum și prevederi specifice aplicabile numai acestui tip de nave. Dintr e aceste Reguli specifice se pot aminti: – Regulile Societ ăților de Clasificare (ex. BV):  pentru drăgile maritime: partea D, ch. 13– Ships for dredging activity,  pentru dr ăgile fluviale: partea D, ch. 1, Sec.9– Vessels for dredging activities. – Regulile emise de administra ție (autoritatea de pavilion); dintre acestea, cele mai semnificative sunt:  pentru dr ăgile maritime: Guidelines for the assignment of reduced freeboards for dredgers, DR- 68 emisă de (Netherlands) Shipping Inspectorate și aproape unanim acceptat ă de majoritatea administrațiilor;  pentru drăgile fluviale: Directiva Parlamentului European EC 87 -2006 (în România reglement ările echivalente sunt în Ordinul ministrului transporturilor nr. 1447/2008 privind aprobarea cerin țelor tehnice pentru navele de naviga ție interioar ă) m Ch. 17 –Specific requirements applicable to floating equipment, reglement ări aplicabile în UE. Notația de clas ă: în notația de clas ă a navelor implicate în procesul de dragare se includ nota ții de serviciu specifice cum ar fi: „dredger”, „ hopper dredge r”, „hopper unit”, „split hopper unit” etc., în func ție de tip. Tipuri de sol Tipul de sol dragat condi ționează alegerea tipului de drag ă, a echipamentului de dragare și modul de manevr ă-transport a materialului dragat. Principalele tipuri de sol dragat s unt următoarele: – soluri compactate coezive: magmatice (granit, bazalt); metamorf ice (șisturi, gnais); sedimentare (calcar, coral, cret ă, sare); roci sparte; NAVE TEHNICE 114 – soluri compactate necoezive: nisip cimentat; amestec argil ă-bolovani sau nisip-bolovani compactat; argila nisipoas ă; argila lipicioas ă; turba; lignit; – soluri necompactate și necoezive: bolovani;amestec bolovani cu pietri ș; pietriș; nisip pietros; nisip de granula ție medie; nisip de granula ție fină; nisip de granula ție extrem de fin ă; nămol. 5.2 Tipuri de drăgi În funcție de modul de manevrare a materialului dragat, dr ăgile se clasific ă în: – mecanice –la care dragarea se face exclusiv cu dispozitive mecanice, – hidraulice –la care dragarea se face prin realizarea unui amestec ap ă- material dragat (spoil) și aspirarea și refularea acestuia. Principalele tipuri de dr ăgi sunt (Figurile 5.1.1 -5.1.6): – Draga cu cupe Bucket ladder dredge (Fig. 5.1.1) Draga de tip mecanic prev ăzută cu un bra ț mobil (elinda) care permite reglarea adâncimii. Pe elind ă se instaleaz ă un tren rulant de cupe. Prin rularea trenului de cupe, cupele de la cap ătul elindei taie în sol și se umplu cu material dragat. Acesta este deversat în partea superioar ă a elindei prin răsturnarea cupelor pe un jgheab care deverseaz ă în lateral materialul dragat spre șalandă. Fig. 5.1.1 – Draga cu cupe. – Draga cu graif ăr (draglina) Grab / Clamshell dredge (Fig. 5.1.2) Dragă de tip mecanic, prev ăzută cu un bra ț de macara la care se ata șează un graifăr. Materialul dragat este prelu at de pe fundul apei prin închiderea graifărului, ridicat și descărcat în șalandă sau la mal. NAVE TEHNICE 115 Fig. 5.1.2 – Draga cu graif ăr. – Draga cu excavator Dipper / backhoe dredge (Fig. 5.1.3) Dragă de tip mecanic, este în fapt un excavator plutitor și lucrează similar cu acesta, dar sub apă. Materialul dragat este preluat de pe fundul apei de cupa de excavator, ridicat și descărcat în șalandă sau la mal. Fig. 5.1.3 – Draga cu excavator. – Draga cu suc țiune Plain suction dredge (Fig. 5.1.4) Dragă de tip hidraulic, prev ăzută cu o pomp ă care aspir ă spoilul (apa + materialul dragat) de pe fundul apei și îl refuleaz ă pe conducta de evacuare spre mal sau spre șalandă. Conducta de aspira ție este amplasat ă pe un bra ț mobil (elinda) care permite reglarea adâncimii. Pompa poate fi amplasat ă fie în corpul dr ăgii (sub linia de plutire), fie la cap ătul de jos al elindei. Spoil- ul se realizeaz ă fie natural prin turbulen țele din jurul gurii de aspirație, fie for țat, cu jet de ap ă sub presiune. Jetul de ap ă este creat de o pompă separată și trimis la gura de aspira ție cu o tubulatur ă dedicată. NAVE TEHNICE 116 Fig. 5.1.4 – Draga cu suc țiune. – Draga cu suc țiune și afânător Cutter suction dredge (Fig. 5.1.5) Acest tip de drag ă hidraulic ă este o variant ă a drăgii cu suc țiune la care, la capătul elindei, s-a atașat un dispozitiv suplimentar de creare a spoil -ului. Acest dispozitiv poate fi un cap afân ător (pentru solurile moi) sau un cap de tăiere (pentru solurile compactate). Capul afân ător (de tăiere) este ac ționat de un motor hidraulic și prevăzut cu dispozitive (lamele sau din ți) care prin rotația lor, disloc ă materialul de dragat. O dat ă dislocat, amestecul ap ă- material dragat este absorbit de pompa de dragare și refulat la mal sau șalandă. Fig. 5.1.5 – Draga cu suc țiune și afânător. – Draga aspirantă mobilă Trailing hopper suction dredge (Fig. 5.1.6) Acest tip de drag ă este varianta autopropulsat ă a drăgii cu suc țiune. Dragarea se realizeaz ă hidraulic prin „greblarea” fundului și deplasarea capului de dragare o dat ă cu deplasarea dr ăgii. Capul de dragare poate fi sau nu prev ăzut cu dispozitive de afânare sau t ăiere în func ție de natura solului. Materialul dragat este desc ărcat în magazia dr ăgii (hopper) unde materialul solid se sedimenteaz ă, iar excesul de ap ă este deversat peste bord. Des cărcarea dr ăgii se face fie mecanic, cu cupe, graif ăretc., fie hidraulic prin injectarea de ap ă în magazie, crearea de spoil și pomparea lui la mal, fie gravita țional prin deschiderea por ților de fund. NAVE TEHNICE 117 Fig. 5.1.6 – Draga aspirant ă mobilă. Primele trei tipuri intr ă în categoria dr ăgilor mecanice, celelalte în categoria drăgilor hidraulice. Tipurile enumerate mai sus nu sunt exclusive, exist ă și alte tipuri rezultate din combina ția echipamentelor de dragare și a specializ ării drăgii. 5.3 Echipamente spe cifice drăgilor Acțiunile desf ășurate de o drag ă în relație cu procesul de dragare sunt: – poziționarea dispozitivului de dragare, – tăierea solului, – ridicarea la suprafa ță a materialului dragat, – transportul materialului dragat. Pentru derularea acestor acțiuni, drăgile sunt dotate cu o serie de echipamente specifice: – sisteme de pozi ționare a dr ăgii, – brațul de dragare, – sisteme de t ăiere a solului, – sisteme de manevr ă a materialului dragat. Sisteme de pozi ționare a dr ăgii Pe timpul opera țiilor de dragare, draga trebuie s ă aibă o poziție determinat ă în raport cu fundul (zona dragat ă). Aceasta presupune: – fixarea dr ăgii în zona de dragat – realizată cu sistemul de poziționare a dr ăgii, – poziționarea precis ă a dispozitivului de dragare – realizată cu brațul de dragare. NAVE TEHNICE 118 Exceptând dragarea cu autopropulsie – specifică drăgilor mobile de tip „trailing” – care presupune deplasarea dr ăgii cu mijloace proprii pe deasupra zonei de dragare, tragerea bra țului de dragare și dragarea „ din mers” la celelalte tipuri de dr ăgi este necesar ă fixarea dr ăgii pe pozi ție. Pentru aceasta se utilizeaz ă două sisteme principale și combina ții ale acestora: – ancore de papionaj; – piloni de fixare (spud). Oricare din aceste sisteme trebuie s ă permită: – fixarea dr ăgii pe o pozi ție determinat ă și să reziste la efectele adverse ale curentului, vântului și forțelor din dragaj; – deplasarea controlat ă a drăgii pentru a asigura mi șcările de baleiere și avans a dispozitivului de dragare. Ancorele de papionaj Sistemul „pur” cu ancore de papionaj const ă în 6 ancore, patru în col țurile drăgii (ancore de pozi ționare),una înspre înainte (ancora de avans) și una spre înapoi (ancora de sus ținere). În unele cazuri (dr ăgi în curent) a 6 -a ancoră spre pupa poate lipsi. Fig. 5.2 – Manevra dr ăgii cu 6 ancore de papionaj. Acest sistem de ancore asigur ă și poziționarea și mișcarea controlat ă a drăgii. Cablurile ancorelor sunt manevrate de vinciurile de papionaj. Prin NAVE TEHNICE 119 manevre corelate „vira- maina”, draga este deplasat ă în mișcări orizontale de transla ție și rotație, astfel încât dispozitivul de dragare s ă acopere întreg frontul de dragare (Fig. 5.2). Avansul se realizeaz ă prin „tragerea” pe ancoră de prova. Sistemul cu ancore de papionaj asigur ă o bună fixare a dr ăgii chiar în condiții de curent puternic, precum și poziționarea și controlul cu precizie satisfăcătoare a dispozitivului de dragare. Principalele dezavantaje ale acestui sistem sunt: – aria mare de extindere a cablurilor ancorelor(ancora prova poat e fi la 1-2 km distan ță), fapt care reprezint ă un obstacol serios pentrunaviga ție; pentru diminuarea acestui inconvenientse utilizează deviatoarele de cablu (Fig. 5.3); acestea deviaz ăcablul de ancorare la o anumită adâncime(1,5 -2,5 m) sub linia de plutire facilitândtrecerea altornave peste liniile de ancorare; – întreruperea procesului de dragare pentru mutarea ancorelor, aceasta manevr ă necesitând nave de asisten ță; – spațiul aglomerat pe punte datorit ă vinciurilor de papionaj și a rolelor de deviere. Fig. 5.3 – Deviator de cablu. Piloni de fixare Un sistem de fixare/deplasare mai eficient decât ancorele de pa pionaj o reprezintă pilonii de fixare (spud). Un astfel de pilon const ă într-o coloană cu posibilitate de transla ție vertical ă prin corpul dr ăgii. Ridicarea pilonului se realizeaz ă cu vinci și scripeți sau cu cilindru hidraulic (Fig. 5.4). Fig. 5.4 – Sisteme de ridicare a pilonilor de fixare. NAVE TEHNICE 120 Prinderea cablului de ridicare de pilon se poate face la cap ătul superior (necesită o construc ție pe punte și limiteaz ă cursa), inferior (deasemen ea limitează cursa) sau tip „lasou”. În acest ultim caz, prinderea pilonului de face cu o bucl ă a cablului care la ridicare se auto -strânge pe pilon; în pozi ția ridicat pilonul este blocat cu o frân ă; prin repetarea manevrei de ridicare, înălțimea de ridicare este limitat ă doar de lungimea pilonului. Coborârea pilonului se face gravita țional prin decuplarea frânei. Coborârea fiind prin cădere liber ă, pilonul se înfige în fundul apei asigurând fixarea în sol. Fig. 5.5 – Schema de calcul a unui pilon. Fixarea dr ăgii se face cu 2 -4 piloni. Num ărul depiloni este dat de condi țiile delucru, în principalde curentul apei, astfel încât dac ă se lucreaz ă în curent, în orice moment draga s ă fie fixată cu minim doi piloni. Num ărul de piloni poate fi redus dac ă se utilizeaz ă sistem combinat ancore -piloni. Pilonii sunt utiliza ți nu numai pentru fixarea dr ăgii pe pozi ție ci și pentru deplasarea controlat ă a drăgii. Aceast ă deplasare se realizeaz ă cu ajutorul pilonilor mobili. Pentru mi șcarea pilonilor se utilizeaz ă trei sisteme(Fig. 5.6): – piloni rotativi, în care pilonul mobil este amplasat pe un braț articulat, cu posibilitate de rota ție în plan orizontal, în axa de rota ție fiind prev ăzut pilonul fix; – piloni pe c ărucior, în care pilonul este amplasat pe un c ărucior cu posibilitate de transla ție pe șine în lungul corpului dr ăgii; – piloni oscilan ți, în care pilonul poate executa o mi șcare de rota ție în plan vertical; are dezavantajul dependen ței cursei de adâncimea apei. Din punct de vedere al construc ției, pilonul este o grindă (țeavă rotundă sau pătrată) cu grosime variabil ă. Calculul de rezisten ță se face în condiția de grind ă încastrat ă la un capăt(în sol) cu o for ță concentrat ă (reacțiunea dincorpul dr ăgii) (Fig. 5.5). Reacțiunea din corpul dr ăgii este dată de rezultanta for țelor externe (vânt, curent) ce ac ționează asupra drăgii și din for țele indusede procesul de dragare. NAVE TEHNICE 121 Fig. 5.6 – Sisteme de avans cu piloni mobili; rotativ (st. ), cărucior (ce .), oscilant (dr.). Mișcarea drăgii prin utilizarea pilonilor mobili se realizeaz ă astfel: – în funcționare, draga este pozi ționată de pilonii fic și, pilonii mobili fiind suspenda ți; – se coboar ă pilonii mobili și se ridică pilonii fic și; – se execut ă deplasarea pilonilor mobili, prin aceasta deplasându -se draga (pilonii sunt înfip ți în sol); – se coboar ă pilonii fic și și se ridică pilonii mobili. În cazul în care se utilizeaz ă doi piloni mobili, prin deplasarea diferen țiată a acestora se poate realiza și rotația corpului dr ăgii. Sistem combinat Sistemul combinat – ancore de papionaj și piloni – este probabil cel mai des utilizat. Combina ția constă în două ancore de papionaj legate de elind ă și doi piloni, unul fix și unul mobil. Baleierea bra țului de dragare este asigurată de manevra pe ancorele de papionaj, fixarea asigurat ă de piloni și ancore, iar avansul dr ăgii este asigurat de pilonul mobil (Fig. 5.7). Deoarece ancorele sunt prinse la partea inferioar ă a elindei (ceea ce asigur ă o bună forță de ținere) și pe de alt ă parte, sunt asistate de piloni la fixarea drăgii, cablurile ancorelorpot s ă fie scurte, ceea ce reduce obstruc ționarea navigației. În plus, draga poate fi dotat ă cu bigi de manevr ă a ancorelor, astfel încât o nav ă auxiliară de deplasare a ancorelor nu mai este necesar ă. NAVE TEHNICE 122 Fig. 5.7 – Sistem combinat, ancore-piloni. Pentru avans se utilizeaz ă doi piloni, unul fix și unul mobil. Draga va fi fixată astfel în: – cei doi piloni, când se manevreaz ă ancorele, – în pilonul fix și ancore, pe timpul dragajului, – în pilonul mobil și ancore pe timpul avansul ui. Pentru a reduce num ărul de membri în echipaj și pentru a fluidiza mi șcarea, comenzile de manevr ă a vinciurilor de ancor ă și a sistemelor de ac ționare a pilonilor sunt integrate, astfel încât la comanda de avans sau rota ție se execută automat secven ța de comenzi aferente (modificarea lungimii cablurilor de ancor ă, ridicarea, deplasarea și coborârea pilonilor etc.) Brațul de dragare Pe măsura dragajului, dispozitivul de dragare trebuie s ă efectueze mi șcări orizontale (avans și/sau lateral) și verticale controlate. Aceste mi șcări se realizează atât prin manevra bra țului de dragare cu draga fix ă, cât și – î n cazul mișcărilor orizontale–prin manevrarea corpului dr ăgii din sistemul de fixare. Brațul de dragare este fie un bra ț de tip macara(la dr ăgile cu graif ăr și la cele tip excavator), fie un bra ț imersat numit elind ă (ladder). Eli n d a este o structur ă rigidă, articulat ă la un cap ăt de corpul dr ăgii și prevăzută la celalalt cap ăt cu dispozitivul de dragare (Fig. 5.8). Dragajul presupune un set de mi șcări ciclice ale dispozitivului de dragare (cupa, graif ărul, capul de suc țiune) constând în deplas ări pe trei direc ții: verticală, laterală, longitudinal ă. Mișcarea vertical ă este realizat ă de brațul tip macara sau de elind ă și are rolul de a pozi ționa dispozitivul de dragare la adâncimea dorit ă și de a regla grosimea stratului dragat. NAVE TEHNICE 123 Mișcarea lateral ă are rolul de a baleia zona de dragare pentru realizarea unei lățimi de dragare cât mai mari cu minim de mi șcări ale drăgii. Mișcarealongitudinal ă (pasul de dragar e) are rolul de a deplasa dispozitivul de dragare spre înainte dup ă terminarea dragajului pe zona baleiat ă. Fig. 5.8 – Elinda: draga cu cupe (st.) ; draga cu suc țiune și afânător (dr.). Acționarea pentru mi șcarea elindei plan vertical (la unele tipuri de drăgi și în plan orizontal) se face cu vinciuri sau cu cilindri hidrauli ci. În funcție de modul de deplasare și de tipul dispozitivului de dragare, zona dragată prin baleiere orizontal ă poate avea form ă inelară sau de tip „semilună” (Fig. 5.9). Fig. 5.9 – Forma zonei dragate prin baleiere orizontal ă: inelară (st.) și semilună (dr.). NAVE TEHNICE 124 Dispozitive de t ăiere a solului În funcție de tipul de sol, modalit ățile de tăiere a solului sunt: – afânare: cu dispozitive de afânare –utilizate la nisip și nămol compactat; – decupare: cupe, graif ăre sau capete de t ăiere cu lamele– utilizate la argilă, lignit, turb ă; – sfărâmare: cupe sau capete de t ăiere cu din ți–utilizate la roci compacte. Nu necesit ă tăiere: nămol, nisip, pietri ș, bolovani, roci sparte; aceste materi ale pot fi preluate ca atare f ără a fi tăiate în prealabil. Pentru dislocarea și preluarea materialului dragat se utilizeaz ă o serie de echipamente specifice (Fig. 5.10.1-5.10.4). Cupe Cupele sunt dispozitive destinate t ăierii solului și ridicării la suprafa ță a materialului dragat. Pot fi utilizate pentru o gam ă largă de soluri, exceptând roca compact ă. La solurile cu granula ție fină (nămol, nisip fin) exist ă riscul spă lării solului din cup ă pe timpul ridic ării, reducând astfel productivitatea. La solur ile lipicioase (argil ă), există riscul lipirii solului de cup ă astfel încât nu se produce desc ărcarea complet ă a cupei. În func ție de tipul de sol, muchia de t ăiere a cupei poate fi prev ăzută cu dinți (pentru roca spart ă) sau cu lamelă. Fig. 5.10.1 – Cupe: cu din ți (st.); cu lamel ă (dr.). Graifăre Graifărele sunt dispozitive destinate t ăierii solului și ridicării la suprafa ță a materialului dragat. Pot fi utilizate pentru soluri granulate cu granula ție mică și medie. Nu pot fi utilizate la roci (chiar roci sparte) și argilă. La solurile compactate apar dificult ăți de tăiere, iar la solurile cu granula ție fină (nămol, nisip fin) exist ă riscul sp ălării solului din graif ăr pe timpul ridică rii. O caracteristic ă unică a graifărelor este posibilitatea extrag erii de pe fund a unor obiecte masive și neregulate (resturi de structuri, copaci etc.). În funcție de destina ție, se utilizeaz ă câteva tipuri principale de graifăre: – graifăr cu cupe – utilizat la nisip, pietri ș și nămol; – graifăr tip păianjen – utilizat la obiecte:resturi de structuri, copaci etc.; NAVE TEHNICE 125 – graifăr tip cactus – utilizat la soluri moi compactate. Fig. 5.10.2 – Graifăre: cu cupe (st.); păianjen (ce.); cactus(dr.). Afânătoare Afânătoarele au rolul de a disloca solul și de a crea un amestec de ap ă-sol în vederea absorb ției acestuia de c ătre pompa de dragaj. Se utilizeaz ă numai la soluri cu granula ție fină și medie – nămol, nisip și pietriș cu granula ție mică – și cu grad redus de compactare. Necesit ă dispozitive adi ționale de antrenare (pomp ă, moto r). Tipurile principale de afân ătoare sunt: – afânător cu pomp ă și jet de ap ă; dislocarea solului este realizat ă de un jet de ap ă sub presiune (creat de o pompa destinat ă); – afânător cu cap rotativ cu lamele; dislocarea solului este realizat ă cu lamelele în r otație în jurul unei axe perpendiculare pe sol și amplasate pe un cap conic; – afânător spiralat; dislocarea solului este realizat ă de un cilindru rotativ în jurul unei axe paralele cu solul și prevăzut cu lamele spiralate tip combin ă. Fig. 5.10.3 – Afânătoare: cu jet de ap ă (st.), cu cilindru (ce.), cu cap rotativ (dr.). NAVE TEHNICE 126 Capete de t ăiere La fel ca și afânătoarele, capetele de t ăiere au rolul de a disloca solul și de a crea un amestec de ap ă-sol în vederea absorb ției acestuia de c ătre pompa de dragaj. Deosebirea const ă în natura solului pentru care se utilizeaz ă, respectiv orice tip de sol, exceptând roca dur ă compact ă (granit sau echivalent). Se utilizeaz ă pe același tip de drag ă ca și afânătoarele (Cutter suction) și necesită motor de antrenare. Tipu rile principale de capete de t ăiere: – cap conic: în funcție de tipul de sol, sunt dotate cu diferite tipuri de sisteme de t ăiere amplasate pe bra țe spiralate; capul de t ăiere are o mișcare de rota ție în jurul unei axe perpendiculare pe sol; – cap tip rotor: s istemele de t ăiere sunt amplasate pe muchiile unor cupe aflate pe un rotor. Fig. 5.10.4 – Capete de t ăiere: cu din ți [argilă (st.); rocă (ce.)]; tip roat ă cu cupe (dr.). Manevra materialului dragat Manevra materialului dragat are dou ă faze: – ridicarea la suprafa ță, – transportul. Ridicarea la suprafa ță a materialului dragat: – mecanic, în recipien ți; în acest caz materialul dragat este înc ărcat și ridicat în recipien ți – cupe de drag ă, graifăr, cupa de excavator. Metoda are câteva dezavantaje:  procesul este discontinuu,  există pierderi de material la ridicarea și golirea recipientului,  unele materiale, cum ar fi argila, se lipesc de recipient și nu se pot descărca în totalitate,  alte materiale, cum ar fi n ămolul și nisipul fin, sunt sp ălate de apă pe timpul ridic ării; NAVE TEHNICE 127 – hidraulic, prin pompare: în acest caz materialul dragat este am estecat cu apa, iar amestecul este pompat la suprafa ță prin conducte. Metoda are avantajul unei productivit ăți mari, accentuat ă și de faptul c ă nu necesit ă transfer al materialului dragat în alte mijloace de transport, amestecul putând fi pompat direct la mal.Totu și și această metodă are câteva dezavantaje:  necesită puteri mari (compensate îns ă prin productivitate),  pentru ca amestecul s ă poată fi pompat pe conduct ă, treb uie îndeplinite anumite condi ții privind leg ătura dintre putere , debit și presiune, în corela ție cu procentul de solid din amestec și dimensiunea granulelor de solid,  uzura conductelor de leg ătură și a pompei este pronun țată, costurile de mentenan ță fiind mari și fiind necesar ă utilizarea de materiale speciale (Hardox). Transportul materialului dragat: – continuu, prin pomparea prin conducte a amestecului; aplicabil la drăgile hidraulice unde amestecul aspirat este pompat la mal direct de pompa de dragare. Î n cazul în care distan ța de pompare este mare (peste 200-2000 m, în func ț ie de material) pompa de dragare nu mai face fa ță și este necesar ă amplasarea unor pompe intermediare pe conducta de refulare (pompe buster); – continuu cu benzi transportoare;în acest caz materialul dragat este descărcat pe benzi transportoare care realizeaz ă transportul la mal; – intermitent, cu nave auxiliare ( șalande, barje); în cazul dr ăgilor mecanice sau în cazul în care distan ța de transport este mare, materialul dragat se încarc ă în nave specializate care îl transport ă la distanțe mari de unde este desc ărcat direct în ap ă sau la mal utilizând mijloace de transfer (pompe, graif ăre etc.). Caracteristic șalandelor este sistemul de descărcare gravita țională prin deschiderea unor por ți de fund; – intermitent, cu mijloace proprii; în unele cazuri, în special la dr ăgile autopropulsate, materialul dragat poate fi colectat într-o maga zie a drăgii (hopper). La umplerea magaziei se întrerupe dragarea și nava se deplaseaz ă la locul de desc ărcare. În cazul dr ăgilor mecanice, ridicarea materialului dragat se face cu recipienți și apoi deversat din recipien ți în sistemul de transport. Transportul se face fie continuu pe benzi transportoare (mai ra r), fie (cel mai frecvent), intermitent cu nave auxiliare. În cazul dr ăgilor hidraulice atât ridicarea cât și transportul se fac hidraulic, prin pomparea amestecului prin conducte. Elementul central al s istemului de manevr ă a materialului dragat la dr ăgile hidraulice îl constituie pompa de dragaj. NAVE TEHNICE 128 Pompa de dragaj Aceasta pomp ă este de tip centrifug ă (Fig. 5.11), construit ă special pentru manevrarea amestecului ap ă–material solid, fapt care presupune utilizarea de materiale rezistente la abraziune, construc ția carcasei și rotorului cu p ărți detașabile pentru a fi schimbate dup ă uzare, carcasa cu pereți dubli etc. Față de pompele centrifuge obi șnuite, pompele utilizate la dragaj au câteva particularit ăți: – spațiu mărit între rotor și carcasă (atât radial cât și axial) pentru a evita blocarea pompei cu buc ăți mari d e material; – număr redus de pale (3 -5) pentru a permite antrenarea pietrelor de mari dimensiuni; practic, spa țiul dintre pale este comparabil cu diametrul conductei de aspira ție; – construcție care permite înlocuirea p ărților expuse la uzur ă; – sisteme de etanșare care s ă împiedice intrarea nisipului la lag ăre. Fig. 5.11 – Pompa de dragaj. Din punct de vedere al alegerii caracteristicilor pompei, respectiv debitul și presiunea, precum și pentru configurarea instala ției de dragaj, trebuie avute în vede re următoarele particularit ăți: – pompa manevreaz ă un amestec solid -lichid cu o anumit ă concentra ție. Uzual, se utilizeaz ă 20%–40% material solid. Aceast ă concentra ție poate fi reglat ă de operator prin reglarea ap ăsării capului de dragare. Sistemele moderne de supervizare a dragajului ofer ă dragorului indicații privind aceast ă concentra ție; – de regulă, cerința de debit a pompei este exprimat ă în productivitatea de material solid Qs (t/h); debitul de amestec al pompei va fi Q = Qs /c, unde c este concentra ția volumic ă de solid în amestec, c=V solid/ V amestec ; NAVE TEHNICE 129 – densitatea amestecului pompat este influen țată de densitatea materialului solid și de concentra ția c.Uamestec = (1-c) Uapa + c Usolid Uzual, se pot considera Uapa = 1,0- 1,025 și Usolid= 2,2- 2,5[t.m3] Ca exemplu pentru o concentra ție de 30% de nisip / pietri ș, densitatea amestecului este în jur de 1.4 t/m3 – În funcție de tipul de material dragat, particulele solide au o anumit ă dimensiune medie care influen țează caracteristicile func ționale ale instalației. Cel mai important efect al dimensiunii particuleloreste reprezentat de viteza critic ă de sedimentare în tubulatur ă. Aceasta reprezintă viteza sub care amestecul se sedimenteaz ă în tubulatur ă și blochează curgerea. În consecin ță, în func ție de dimensiunea particulelor de solid, debitul pompei –în corela ție cu diametrul tubulaturii –trebuie s ă asigure o vitez ă de curgere mai mare decât viteza critică. În figura 5.12 se prezint ă diagrama de determinare a vitezei critice în tubulatur ă în funcție de dimensiunea particulelor și diametrul conductei; Fig. 5.12 – Diagrama vitezei critice. – configurarea instala ției de dragaj, respectiv pozi ția pompei în raport cu capul de suc țiune, traseul și dimensiunea tubulaturii este important ă pentru alegerea tipului de pomp ă. Se poate opta pentru una din variantele: NAVE TEHNICE 130 – pompa în corpul dr ăgii amplasat ă sub linia de plutire (Fig. 5.13); – pompa imersat ă la capătul elindei; aceast ă ultimă configura ție se utilizeaz ă atunci când adâncimea de dragare este mare și sarcina pe aspira ție ar cre ște prea mult dac ă se utilizeaz ă cealaltă soluție de amplasare; Fig. 5.13 – Schema instala ției de dragare cu pompa de dragaj în corpul drăgii. – cunoscând debitul pompei, configura ția instalației și presiunea de lucru a pompei, se poate determina sarcina pompei. Aceasta este dat ă de suma sarcinii pe aspira ție, a înălțimii și presiunii de refulare la cap ătul conductei și de pierderile hidraulice pe traseu. Se va ține cont de densitatea amestecului și de viteza critic ă necesară. În ceea ce prive ște sarcina pe aspira ție în cazul pompei montate în corpul dr ăgii, deși pompa lucreaz ă înecată, apare efectul diferen ței de densitate dintre amestecul din cond uctă și apa din exterior. Astfel pe lâng ă pierderile hidraulice din conducta de aspira ție se adaug ă o sarcină suplimentar ă pe aspirație S = g H ( Uamestec – Uapa), unde H este adâncimea capului de dragare fa ță de pomp ă. Această sarcină suplimentar ă face ca solu ția cu pompa amplasat ă în corpul dr ăgii să nu fie efectiv ă pentru adâncimi de dragare mai mari de 12-18 m; – după configurarea instala ției și alegerea pompei se întocme ște diagrama de productivitate (Fig. 5.14). Această diagram ă oferăoperatorului informații privind productivitatea dragajului în raport cu tipul de material dragat (dimensiunea particulelor de solid), în ălțimea și distanța de refulare. NAVE TEHNICE 131 Fig. 5.14 – Curba de productivitate a pompei Elicot 670 (418 kW) în funcție de granula ția materialului, înălțimea de refulare și distanța de refulare (conducta DN 356). Din diagrama de mai sus se observ ă influența diferiților factori asupra productivit ății, și anume productivitatea (cantitatea de material dragat pompată în unitatea de timp) scade atunci când granula ția, înălțimea de refulare și distanța de refulare cresc. Un alt aspect ce condi ționează productivitatea este concentra ția de solid în amestec. În acest caz dependen ța nu este propor țională. Un amestec s ărac în material solid înseamn ă un debit crescut (mai mul ți metri cubi pe or ă de amestec), dar o cantitate unitar ă (t solid/ m3 amestec) mai mic ă. Modificarea concentra ției se realizeaz ă prin modificarea ap ăsării capului de dragare și a vitezei de deplasare a acestuia. Concentra ția optimă va fi stabilită de la caz la caz de dragor, pe baza experien ței și informațiilor din sistemul de monitorizare a dragajului. Utilizarea echipamentelor de dragare pe tipuri de dr ăgi Tipurile de dr ăgi se diferen țiază în principal prin metoda de dragaj și, implicit prin tipul echipamentelor specifice instalate (tabelul 5.1). NAVE TEHNICE 132 Echipamente de dragarepentru diferite tipuri de dr ăgi Tabel 5.1 Draga cu cupe Draga cu graifăr Draga cu excavator Draga cu sucțiune Draga cu afânător Draga aspirantă mobilă Poziționarea drăgii Ancore de papionaj Ancore de papionaj Piloni Piloni, combinat Piloni, combinat Fără Brațulde dragare Elindă oscilantă vertical Braț de macara Braț excavator Elindă oscilantă vertical (orizontal) Elindă oscilantă vertical (orizontal) Elindă oscilantă vertical Tăierea solului Cupe Graifăr Cupă excavator Fără sauafânător cu jet de apă Afânător (diverse) Cap tăiere Fără sauAfânător Ridicare material dragat Tren de cupe Graifăr Cupă excavator Pompă Pompă Pompă Transport material dragat Nave auxiliare Nave auxiliare Nave auxiliare Conductă Nave auxiliare Conductă Nave auxiliare Mijloace proprii (hopper) 5.4 Selecția tipului de drag ă Selecția tipului de drag ă este determinat ă de cerințele locale ale zonei de dragare. Aceste condi ții se concretizeaz ă prin: – tipul de sol, – scopul dragajului, – productivitatea, – acuratețea dragării, – condiții de mediu, – logistica necesar ă, – restricții. În funcție de aceste condi ții se va selecta un anumit tip de drag ă astfel încât activitatea s ă fie cât mai eficient ă economic și tehnic. Înainte de decizia privind alegerea tipului de drag ă și de stabilirea condi țiilor privind contractul de dragare este im portantă și necesară efectuarea unui studiu NAVE TEHNICE 133 care să clarifice aspectele enumerate mai sus. Ignorarea chiar și a unor aspecte minore, poate conduce la e șecul opera țiunii de dragaj sau la întârzieri și pierderi economice. Tipul de sol Caracteristicile solului sunt dominante în cadrul procesului de dragare. Diferitele dispozitive de t ăiere și manipulare a materialului dragat sunt diferențiat adaptate tipurilor de sol. Înainte de începerea drag ării este necesar ă prelevarea de mostre de sol și selecția echipame ntului optim pentru respectivul tip de sol. Capabilit ățile diferitelor tipuri de dr ăgi pe diferite tipuri de sol sunt prezentate în tabelul 5.2. Aplicabilitatea tipurilor de dr ăgi pentru diferite tipuri de sol Tabel 5.2 Draga cu cupe Draga cu graifăr Draga cu excavator Draga cu sucțiune Draga cu afânător Draga aspirantă mobilă Soluri magmatice Nu Nu Nu Nu Nu Nu Soluri metamorfice Nu Nu Mediu Nu Mediu Nu Soluri sedimentare Mediu Nu Bine Nu Mediu Nu Roci sparte Bine Nu Bine Nu Bine Nu Soluri nisipoase compacte Bine Mediu Bine Nu Bine Mediu Soluri argiloase Mediu Nu Mediu Nu Mediu Mediu Lignit, turba Bine Mediu Bine Nu Bine Nu Bolovani Mediu Nu Bine Nu Nu Nu Pietriș Bine Bine Bine Mediu Bine Bine Nisip Bine Bine Bine Bine Bine Bine Nămol Mediu Mediu Mediu Bine Bine Bine Scopul dragajului (tabel 5.3) Acțiunea de dragaj poate avea mai multe scopuri: – menținerea adâncimii și lățimii pe c ăile navigabile; sunt recomandate drăgi cu productivitate mare,posibilitate de deplasare rapid ă și care să stânjeneasc ă cât mai pu țin navigația; NAVE TEHNICE 134 – extragerea de obstacole subacvatice (bolovani, copaci, resturi de epave): sunt recomandate dr ăgi cu posibilitate de pozi ționare precis ă și capacitate de manevr ă a obiectelor mari ; – săparea de canale noi: sunt recomandate dr ăgi cu capacitate de lucru în soluri compactate și cu precizie mare de dragare ; – extragerea de material de construc ție de pe fundul apei: sunt recomandate dr ăgi cu productivitate mare,posibilitate de deplasare rapidă și sisteme eficiente de tra nsfer a materialului dragat ; – minerit, prin extragerea de filoane de minereuri de pe fundul a pei: sunt recomandate dr ăgi cu precizie mare a dragajului și posibilitatea de lucru în soluri compacte. Aplicabilitatea tipurilor de dr ăgi pentru diferite destina ții Tabel 5.3 Draga cu cupe Draga cu graifăr Draga cu excavator Draga cu sucțiune Draga cu afânător Draga aspirantă mobilă Mentenan ța căi navigabile Mediu Slab Slab Slab Bine Mediu Extragere de obstacole Nu Bine Mediu Nu Nu Nu Săpare de canale noi Bine Nu Mediu Nu Bine Nu Extragere material Mediu Slab Slab Mediu Bine Bine Minerit Mediu Nu Bine Nu Bine Mediu Acuratețea dragării (tabel 5.4): Prin acurate țea dragării se înțelege capabilitatea dr ăgii de a realiza: – poziționarea precis ă a drăgii, – reglajul foarte bun al adâncimii de dragare și a poziționării orizontale a capului de dragare, – minimizarea cantit ății de disper sie, pierdere și reziduuri remanente ale materialului dragat. Acuratețea dragării este important ă în lucrări de minerit, proiecte de mediu, extragerea de straturi sub țiri de material de construc ție etc., în scopul de a limita cantitatea de steril extras ă odată cu materialul util. NAVE TEHNICE 135 Productivitatea (tabel 5.4): Productivitatea – cantitatea de material dragat în unitatea de timp – este un factor important în alegerea tipului de drag ă. A se ține cont îns ă că – cel puțin la drăgile hidraulice – productivitatea este puternic influen țată de tipul solului. Pe de altă parte, drăgile mecanice au avantajul c ă materialul dragat e ste „uscat” având un con ținut redus de ap ă. Condiții de lucru pentru diferite tipuri de dr ăgi Tabel 5.4 Draga cu cupe Draga cu graifăr Draga cu excavator Draga cu sucțiune Draga cu afânător Draga aspirantă mobilă Acuratețea dragării Bine Slab Bine Slab Mediu Mediu Productivitate Mediu Slab Slab Bine Bine Bine Dragaj off- shore(valuri) Nu Slab Mediu Slab Slab Bine Dragaj în curent Mediu Mediu Bine Mediu Mediu Bine Adâncime de dragaj (m)* 25 (40) >100 10 (25) 50 30 70 (150) Logistica necesară Nave de manevră Șalande Nave de manevră Șalande Șalande Șalande sau conducte Șalande sau conducte Indepen- dentă * Nota: sunt indicate adâncimi maxime; în ( ) sunt trecute valori excep ționale. Condițiile de mediu(tabel 5.4): Condițiile de mediu-valuri, vânt, curent, maree, adâncimea de dragare etc. po t influența decisiv alegerea tipului de drag ă. Sunt importante aici calit ățile sistemului de pozi ționare a dr ăgii, lungimea bra țului de dragare, calit ățile de seakeeping a corpului dr ăgii etc. Logistica necesar ă (tabel 5.4): Prin logistica necesar ă se înțeleg echipamentele auxiliare necesare desf ășurării activității de dragaj. Astfel: – drăgile fixate cu ancore de papionaj au nevoie de nave de asisten ță care să ajute draga la deplasare și manevra ancorelor ; – drăgile mecanice au nevoie de nave de transport a materialului dragat (șalande, barje) ; – drăgile hidraulice – în cazul în care nu folosesc șalande – au nevoie de conducte de deversare la mal a materialului dragat, pontoane, sta ții de pompare suplimentare. NAVE TEHNICE 136 Restricții La alegerea dr ăgii trebuie avute în vedere restric ții locale privind: – navigația în zonă (stânjenit ă de ancore și conducte) – condiții privind deversarea materialului dragat la mal sau în ap ă – protecția mediului – poluare, zgomot (dr ăgi electrice),tulburarea apei, protecția faunei și florei etc. 5.5 Particularit ățile diferitelor tipuri de dr ăgi 5.5.1 Draga cu cupe Descriere Draga cu cupe (Fig. 5.15) este o drag ă staționară mecanică, cu corpul de tip ponton și prevăzut cu un tren de cupe amplasat pe elind ă. Fig. 5.15 – Draga cu cupe. Corpul dr ăgii este o construc ție de tip ponton în forma de U. Pri n decuparea în corp (numi tă șliț) se efectueaz ă mișcarea vertical ă a elindei. Deoarece echipamentul de dragaj (elinda, trenul de cupe, sistemul de ac ționare) este componenta cea mai grea a dr ăgii, forma de tip U a pontonului permite o amplasare relativ central ă a echipamentului de dragaj, ceea ce asigur ă o asietă aproximativ dreapt ă. Compartimentarea corpului (Fig. 5.16) trebuie să țină cont de riscul mare de avarie a bra țelor U ale pontonului de c ătre obiecte mari antrenate de trenul de cupe, ceea ce înseamn ă dublu bordaj la interiorul U- ului, precum și de necesitatea amplas ării în interiorul corpului a spațiilor necesare pentru ma șini, pompe, echipamente, tancuri etc. Deoarece draga are varia ții mari de asiet ă la poziția jos sau sus a elindei, NAVE TEHNICE 137 trebuie prev ăzută cu tancuri de balast la ambele extremit ăți, tancuri care vor fi utilizate pentru corec ția de asiet ă. Fig. 5.16 – Compartimentarea corpului la o drag ă cu cupe Elinda (bra țul de dragare) este articulat ă de corpul dr ăgii la capătul superior și liberă la capătul inferior, astfel încât cap ătul inferior poate fi ridicat sau coborât. Elinda este ridicat ă/coborâtă cuvinciul de elind ă, vinci amplasat pe o structur ă de susținere numit ă garvia elindei (Fig. 5.17 dr.). Pe elindă sunt amplasate rolele de ghidare ale trenului de cupe. Trenul de cu pe (Fig. 5.17 st.) este un lan ț cu eclise pe care se monteaz ă cupele și este antrenat de turtoul superiorpentagonal (turtou = tambur cu fe țe poligonale). La partea inferioar ă lanțul se întoarce pe turtou l inferior, de cele mai multe ori hexagonal pentru a evita rezonan ța. Cupele sunt recipien ți metalici cu capacitate între 30 și 1200 litri, prev ăzute cu o muchie de t ăiere de tip lamelar sau cu din ți. Forma și dimensiunea cupelor depinde de natura solului pentru care sunt destinate. În timpul rota ției trenului de cupe, cupele de la partea inferioar ă sunt în contact cu solul și prin mișcarea lor taie solul. Ajunse la partea superioar ă, cupele se r ăstoarnă și golesc materialul dragat în jgheabul de golire (Fig. 5.17 dr.). Prin acest jgheab, mater ialul dragat cade în șalanda (barja) acostat ă la dragă. Procesul de dragare este controlat din cabina de comand ă a dragajului situat ă în spatele garviei, deasupra trenului de cupe pentru o vizibilitate optim ă (Fig. 5. 17 dr.). Fig. 5.17 – Trenul de cupe (st.) Garvia elindei, cabina de dragaj, turtoul superior și jgheabul de golire (dr.) NAVE TEHNICE 138 Poziționarea dr ăgii și mișcarea drăgii cu elinda pe timpul dragajului este asigurată de sistemul de ancore de papionaj (vezi 5.3). Elinda nu are posibilitate de mi șcare orizontal ă astfel încât este necesar ă mișcarea orizontală a întregii dr ăgi. În situa ția în care draga lucreaz ă aproape de țărm, unele ancore de papionaj pot fi înlocuite cu ancore terestre. Echipamente Alte echipamen tele specifice instalate la bordul unei dr ăgi cu cupe (altele decât cele necesare func ționarii drăgii ca nav ă) sunt enumerate mai jos: Unitatea energetic ă Unitatea energetic ă are rolul de a acoperi nevoile energetice ale navei și ale instalației de dragaj. Primele dr ăgi erau ac ționate de ma șini cu abur (dr ăgile cu cupe sunt primele tipuri de dr ăgi apărute); în prezent sistemul cel mai răspândit este diesel -electric, respectiv un grup de diesel generatoare care asigură energie electric ă pentru toate mecanis mele de la bord. Se mai utilizează și sistemul diesel -hidraulic. Acționarea turtoului Întreg trenul de cupe este pus în mi șcare de turtoul superior. Ac ționarea acestuia se face electric, și mai rar hidraulic. Nu se practic ă acționarea directă cu motor termic datorit ă necesității reglării fine a tura ției și cuplului mare la tura ții mici. Ac ționarea electric ă este fie pe curent continuu – cu avantajul unui control foarte bun al cuplului și turației, fie pe curent alternativ, cu avantajul simplific ării instala ției electrice. Vinciuri Pe o drag ă cu cupe sunt prezente urm ătoarele vinciuri aferente instala ției de dragaj: – vinciul de elind ă – amplasat pe garvie, acesta asigur ă ridicarea– coborârea elindei. Datorit ă greutății mari a dr ăgii, este cel mai mare vinci d e pe nav ă, absorbind circa 25% din puterea sistemului de dragaj.Tura ția lui este mic ă (6-10 rpm) pentru a permite o fin ă ajustare a adâncimii elindei; – vinciurile de papionaj – în număr de 6, acestea ac ționează liniile de ancorare ale ancorelor de papionaj. Pot fi acționate independent sau printr- un sistem centralizat pentru o mai bun ă și mai rapid ă poziționare a drăgii. Aceste vinciuri sunt diferite în 4 grupe (Fig. 5.2): – vinciurile laterale de prova asigur ă mișcarea lateral ă a drăgii; sunt cele mai puterni ce și trebuie s ă asigure o vitez ă constantă de rotație, chiar dac ă forțele în liniile de ancorare sunt variabile; NAVE TEHNICE 139 – vinciurile laterale pupa asigur ă împiedicarea rota ției necontrolate a dr ăgii; sunt mai mici (circa jum ătate putere) decât cele de prova; nu ne cesită dispozitive speciale de control a turației și forței din liniile de ancorare; – vinciul central de prova asigur ă mișcarea de avans a dr ăgii atunci când s- a finalizat t ăierea unui sector; are aproximativ aceeași putere cu vinciurile prova laterale și asigură o viteză de avans a dr ăgii de circa 2 -3 m/min; – vinciul central de pupa asigur ă echilibrarea tensiunii date de vinciul de prova; are aproximativ aceea și putere cu vinciul prova, dar viteza este mai mare (circa 10 m/min) pentru a putea trage rapid dra ga înspre pupa în cazul bloc ării trenului de cupe; – vinciurile de jgheab – acestea asigur ă ridicarea și coborârea jgheaburilor de desc ărcare în șalandă în funcție de înălțimea șalandei în raport cu draga; totodat ă cu aceste vinciuri se ridic ă jgheaburile în poziție vertical ă în timpul transportului dr ăgii pentru a reduce gabaritul lateral; – vinciurile de manevr ă șalandă – sunt amplasate în ambele borduri și au rolul de a asigura deplasarea șalandei înainte -înapoi relativ la drag ă, în scopul distribuirii uniforme în sen s longitudinal a materialulu i dragat, în șalandă pe timpul înc ărcării; pentru manevr ă, într -un bord, se pot utiliza fie două vinciuri, unul vira, unul maina, fie un singur vinci cu dou ă tobe sincronizate. Pompe Pe lângă pompele obi șnuite pe o nav ă (balast, santin ă, incendiu etc.), la dragă mai sunt necesare: – pompa de turtou care are rolul de a aduce apa sub presiune la t urtoul superior, pentru lubrifierea și răcirea lag ărului; debitul este de 10-20 m 3/h funcție de dimensiunea turtoulu i și presiunea de lucru de circa 5-7 bari; – pompa de sp ălare jgheaburi are rolul de a îndep ărta materialul dragat de pe jgheaburi în situa ția în care acestea au o înclinare insuficient ă și când se dragheaz ă materiale argiloase care se lipesc de deversoare; a p a d e spălare este îndep ărtată înainte de deversarea în șalandă, pentru a evita acumularea de ap ă în șalandă. Utilizarea dr ăgilor cu cupe Drăgile cu cupe sunt potrivite pentru excavarea a aproape oric ărui tip de sol, de la n ămol la roci sparte. Este frecvent utilizat ă la minerit și extragerea de material de construc ție din albia râurilor. Adâncimea de dragare este de până la maxim 30 m în func ție de lungimea elindei, dar în acela și timp NAVE TEHNICE 140 adâncimea minim ă este limitat ă de necesitatea ca elinda s ă aibă în timpul dragării un unghi în jurul valorii de 45°, în caz contrar dragarea nemaifiind eficientă sau chiar se blocheaz ă. Cupele sunt proiectate s ă aibă gradul maxim de umplere la unghi de 45°, unghi care corespunde adâncim ii standard de dragare. În cazul în care unghiul elindei este dife rit, gradul de umplere al cupelor scade și implicit productivitatea dr ăgii se reduce (Fig. 5.18). Fig. 5.18 – Modificarea gradului de umplere a cupelor, cu unghiul elindei. Draga cu cupe nu func ționează în regim de valuri, dar se comport ă bine în curent. Este îns ă afectată la dragajul în zone unde se pot g ăsi obiecte mari (copaci, structuri metalice, resturi de epave) care, antrenate de trenul de cupe, pot avaria corpul și sistemul de dragaj. Datorită cablurilor ancorelor de papionaj, reprezint ă un obstacol pentru navigație. Nu este recomandat ă în zonele locuite sau în parcuri ecologice datorit ă zgomotului foart e mare pe care îl face în func ționare. Necesit ă nave de asistență pentru mutarea ancorelor și pentru transportul materialului dragat. Productivitatea Comparativ cu dr ăgile hidraulice, productivitatea este sc ăzută. Productivitatea dr ăgii scade la excavarea unor tipuri de sol; la n ămol și nisip fin o parte din material este sp ălat pe timpul ridic ării, iar la argil ă deversarea nu este complet ă deoarece o parte din material r ămâne lipit de cupe. Față de drăgile hidraulice are îns ă avantajul c ă materialul excav at nu este amestecat cu ap ă. Un element defavorizant în aprecierea productivit ății îl reprezint ă conlucrarea cu navele de asisten ță și de transport a materialului dragat. Trebuie avut în vedere c ă din aceast ă cauză dragajul este întrerupt pe perioada mut ării ancorelor și pe perioada manevrelor de plecare -acostare la dragă a șalandelor. În plus, din diferite motive, frecven ța șalandelor nu se poate sincroniza cu ritmul de dragare, ap ărând astfel timpi mor ți de așteptare. NAVE TEHNICE 141 5.5.2 Draga cu graif ăr Draga cu gra ifăr (Fig. 5.19) este în fapt o macara plutitoare dotat ă cu graifăr adaptat tipuluide material excavat și la care cablurile de coborâre/ridicare a sarcinii sunt suficient de lungi ca s ă permită coborârea graif ărului la adâncimea dorită. Sistemul de pozi ționare poate fi cu ancore (nu neap ărat tip papionaj), pe piloni sau pe pozi ționare dinamic ă. De men ționat că, prin dinamica dragajului, acest tip de drag ă nu induce for țe din dragaj în sistemul de pozi ționare, ci numai din iner țiala rotație a brațului. Fig. 5.19 – Cea mai mare drag ă cu graifăr din lume (volum graif ăr 200 m3). Procesul de dragare la acest tip de drag ă este discontinuu și ciclic în secven ța de mișcare a graif ărului: coborâre – închidere – ridicare – rotație deasupra șalandei – coborâre – deschidere (desc ărcare) – rotație deasupra locului de dragare (Fig. 5.20). Productivitatea este destul de redus ă datorită procesului discontinuu și timpului necesar cu manevra graif ărului. Graifărul este prev ăzut cu dou ă sisteme de cabluri, unul pentru rid icare- coborâre și unul pentru închidere -deschidere. Pentru a evita rotirea necontrolat ă a graifărului, sistemul de cabluri de ridicare/coborâre este format din mai multe cabluri distan țate între ele. Acest tip de drag ă este potrivit pentru dragajul la mare adâncime, dragaj pentru săparea de gropi, dragaj în loca ții cu varietate mare a tipului de material, dragaj NAVE TEHNICE 142 în zona cheului unde sunt prezente restur i,obiecte mari, sârme etc. Se comport ă foarte bine la dragajul în condi ții de valuri sau maree. Fig. 5.20 – Exemplu de diagram ă a ciclului de dragare la o drag ă cu graifăr (Liebherr). 5.5.3. Draga cu excavator Drăgile excavator constau într -un braț de excavator amplasat pe un ponton. Fig. 5.2 – Draga excavator amfibie, p ășitoare. Cupa de excavator poate fi adaptat ă diferitelor tipuri de sol, inclusiv cupe pentru dragarea vegeta ției. Capacitatea cupei poate ajunge pân ă la 20 m 3. Poziționarea dr ăgii este asigurat ă de piloni de fixare. În general se folosesc trei NAVE TEHNICE 143 piloni, doi pentru fixare și unul pentru avans. Datorit ă modalității de dragare, forțele de reac țiune din capul de dragare (cupa) se transmit integral în sistemul de fixare și acest lucru trebuie avut în vedere la dimensionarea pilonilor. Uneori pilonul de fixare poate lipsi, iar avansul este a sigurat prin tractarea pe bra țul de dragare. Pe acest tip de drag ă, datorită folosirii bra țului ca element de sprijin și de avans, se pot realiza configura ții deosebite, inclusiv dr ăgi pășitoare care se pot deplasa atât pe ap ă cât și pe uscat (Fig. 5.21). Draga cu excavator este un tip de drag ă potrivit pentru s ăparea sau cur ățarea de canale, pentru minerit, pentru cur ățarea mla știnilor și pentru dragajul de precizie. Dup ă modul de dragare, se deosebesc în dragare spre înainte (front shovel) sau dragare spr e înapoi (backhole). Dragarea spre înainte se folose ște atunci când adâncimea apei este insuficient ă pentru corpul dr ăgii (Fig. 5.22). Fig. 5.22 – Modalități de avans a dr ăgii excavator Backhoe (st.) – Front shovel. Adâncimea de dragare este condi ționată de lungimea bra țului, în general pân ă la 15 m. Datorit ă procesului de dragare discontinuu, productivitatea este mic ă. 5.5.4. Draga cu suc țiune Draga cu suc țiune – cu sau fără afânător – este o drag ă staționară de tip hidraulic, la care metoda de dra gaj se bazeaz ă pe absorb ția amestecului ap ă-sol dragat de c ătre pompa de dragaj și refularea prin conducte a amestecului la mal sau la șalandă. Componentele principale ale unei astfel de dr ăgi sunt (Fig. 5.23, Fig. 5.24): – echipamentul de dragar e: afânătorul – conducta de suc țiune – pompa de dragaj – conducta de refulare; – sistemul de pozi ționare și avans al dr ăgii – piloni (de fixare și de avans) – ancore de elind ă; NAVE TEHNICE 144 – sistemul de pozi ționare a capului de dragare – elinda – sistemul de acționare al elindei (cilindri hidraulici sau vinciurile de elind ă); – draga ca nav ă: corpul central – corpurile laterale – cabina de comand ă – grupul energetic – sisteme de bord și punte. Fig. 5.23 – Componentele principale ale dr ăgii cu suc țiune cu elinda fix ă. Dragajul se realizeaz ă strat după strat , astfel: – prin mișcare de rota ție orizontal ă a capului de dragare (baleiere) se decupează un strat; grosimea stratului este în func ție de tipul de sol și de dimensiunea capului de dragare. Dacă este nevoie, prin rota ție orizontală inversă se decupeaz ă al doilea strat prin mărirea adâncimii capului de dragare, ș.a.m.d. Mi șcarea de rota ție orizontal ă se realizeaz ă: a) în jurul unui pilon, prin tragere pe ancore cu vinciurile de elind ă (drăgi cu elinda fix ă, Fig. 5.23); în acest caz, draga st ă fixată într- un singur pilon și în ancorele de elind ă; b) prin păstrarea fix ă a poziției drăgii pe piloni și rotirea elindei cu ajutorul cilindrilor hidraulici (dr ăgi cu elinda oscilant ă–Fig. 5.24); în acest caz draga stă fixată pe minim doi piloni; – după decuparea num ărului de straturi dorit, se ridic ă elinda și întreaga dragă avanseaz ă cu ajutorul pilonilor de avans. Pentru aceasta se coboară pilonul (pilonii) mobil, se ridic ă pilonul fix, se ac ționează sistemul de înaintare al pilonului mobil pe distan ța dorită, se coboar ă NAVE TEHNICE 145 pilonul fix și se ridic ă pilonul mobil. Lungimea pasului de avans al drăgii este corelat ă cu dimensiunea capului de dragare; – se coboar ă elinda și se reia procesul; – în cazul dr ăgilor cu ancore de elind ă, după un num ăr de pași se întrerupe dragajul și se repozi ționează ancorele. Fig. 5.24 – Draga cu suc țiune cu elinda oscilant ă, demontabil ă, pompa la capătul elindei. La fiecare baleiere capul de dragare descrie un arc de cerc cu centrul în pilonul fix (draga cu elinda fix ă) sau cu centrul în articula ția elindei (elinda oscilant ă). În primul caz l ățimea de dragare poate fi mai mare, dar este oricum limitat ă de poziția ancorelor elindei. NAVE TEHNICE 146 Productivitatea Productivita tea drăgii cu suc țiune const ă în cantitatea de material solid extrasă în unitatea de timp și este condi ționată de o serie de factori cum ar fi: – capacitatea pompei de dragaj ( și implicit puterea acesteia); gama de puteri poate varia între 50 și 5000 kW; – capacitatea de t ăiere a capului de dragaj, de regul ă corelată cu capacitatea pompei pentru tipul de sol pentru care este specializat capul de t ăiere. În cazul în care se utilizeaz ă afânătoare nepotrivite cu tipul de sol, productivitatea dr ăgii poate sc ădea dramatic. Pe de alt ă parte trebuie avut în vedere că circa 20 -30% din materialul dislocat de afân ător nu este absorbit de pompă și rămâne în ap ă sub forma de suspensie; – concentra ția de solid în amestec este impus ă de tipul de sol dar este în același timp dat ă de tehnica de dragare, respectiv ap ăsarea pe capul de dragare (vertical ă și orizontal ă), de viteza de baleiere, de m ărimea pasului etc.; – materialul dragat influen țează prin legătura dintre dimensiunea particulelor solide și concentra ția admisibil ă de sol id în amestec (Fig. 5.25). Capacitatea în m3/h a pompei este aproximativ constant ă, dar cu cre șterea dimensiunii grăuntelui de solid, este necesar ă reducerea concentra ției de solid în amestec; – distanța de refulare influen țează productivitatea (m3/h) prin introducerea de pierderi hidraulice în sistem, care diminueaz ă debitul (Fig. 5.25). Fig. 5.25 – Dependen ța productivit ății în funcție de materialul dragat și distanța de refulare (Draga IHC 425). NAVE TEHNICE 147 Adâncimea de dragare Adâncimea de dragare este un parametru de proiectare esen țial. Spre deosebire de dr ăgile cu cupe, draga cu suc țiune acoper ă un domeniu mai larg de adâncimi opera ționale. Reglarea adâncimii se face prin modificarea unghiului de înclinare al elindei. Acest unghi poate fi cuprins între -5 q și + 75q. Pentru a m ări unghiul în condi ția dragajului la adâncimi mici, bra țul elindei poate fi frânt înainte de capul de dragare. În ceea ce prive ște adâncimea maxim ă, stabilirea acesteia se face ținând cont de două limitări: – rezistența structural ă a elindei și în special a pilonilor de fixare, a c ăror solicitare cre ște proporțional cu adâncimea de dragare; – capacitatea de aspira ție a pompei, la adâncimi peste 12 -15 m fiind necesară amplasarea pompei la vârful elindei (v. paragraful „pompa de dragaj”). Lățimea de dragare Un element important în caracteristica func țională a drăgii o constituie lățimea zonei de dragare. L ățimea acestei zone se realizeaz ă prin baleierea capului de drag are fie prin mi șcarea oscilant ă a elindei (cazul dr ăgilor cu elinda oscilantă), fie prin mi șcarea oscilant ă a întregului corp al dr ăgii (efectuat ă cu ajutorul pilonilor și ancorelor de elind ă), fie combinat. La calculul l ățimii de dragaj trebuie ținut cont și de unghiul elindei în plan vertical; cu cât acest unghi este mai mare cu atât l ățimea zonei dragate scade. Forțele din dragaj În cazul în care draga este prev ăzută cu cap de t ăiere, acțiunea acestui cap de tăiere asupra solului genereaz ă forțe de reacțiune care trebuie considerate în calculul de rezisten ță al elindei, al pilonilor și al mecanismelor de ac ționare a elindei.For țele din dragaj depind de o serie de factori, cum ar fi: – puterea capului de t ăiere, Fig. 5.26 Unghiul minim (-5 q) este necesar pentru a permite scoaterea elindei din apă în vederea inspec ției capului de dragare. Totu și, din punct de vedere operațional sunt limit ări de adâncime minimă și maxim ă. Adâncimea minimă fiind limitat ă de înclinarea capului de dragare fa ță de fund (Fig. 5.26), unghiul J este necesar a fi mai mare de 5 q. NAVE TEHNICE 148 – raza de rota ție a elementelor de t ăiere, – viteza unghiular ă de rotație, – profilul și starea elementelor de t ăiere, – grosimea stratului decupat de capul de t ăiere, – tipul de sol. Proiectarea unui cap de t ăiere nu face obiectul acestui material și în general nu este în sarcina proiectantului de dr ăgi. De regul ă se alege echipamentul de dragare în func ție de productivitatea dorit ă și de tipul de sol, în acest caz din datele tehnice a le capului de dragare, se extrag puterea, diametrul și turația capului de t ăiere. Ca exemplu pentru productivitatea de 200 m3/h solid, sol nisipos 500 Pm, se poate alege pompa IHC 600-150- 240 (177 kW) în asociere cu capul de t ăiere IHC 830-50 cu putere de 30 kW, diametru 830 mm și turație 35 rpm. Forța tangențială în capul de t ăiere este T = P/ ZR = 60P/(SnD) [kN], unde: – P = puterea la capul de t ăiere [kW], – n = turația [rpm], – D = diametrul capului de t ăiere [m]. Pentru dimensionarea elementelor dr ăgii, la calculul for țelor induse de capul de dragaj se poate accepta c ă forțele sunt limitate de puterea disponibil ă, astfel încât forțarea capului de t ăiere (strat mai gros, soluri mai dure, etc.) nu va cre ște forța de reacțiune, ci va bloca sistemul din lips ă de putere. Pe de alt ă parte se poate considera c ă forțele de reac țiune sunt propor ționale cu for ța de tăiere T, coeficienții de propor ționalitate – determina ți statistic și experimental – fiind: – Forța axială (în lungul elindei) Fa = Ca TcuCa = 0,4 – Forța orizontal ă (perpendicular pe elind ă) Fh = Ch TcuCh = 1,0 – Forța verticală (perpendicular pe elind ă) Fv = Cv TcuCv = 0,9 Aceste for țe Fa, Fh și Fv trebuie s ă poată fi asigurate de sistemul de ac ționare al elindei ca ap ăsare pe capul de t ăiere, în caz contr ar dragajul nu este eficient. În acest sens, în cazul dr ăgilor a căror elindă este apăsată pe sol doar prin propria greutate, este necesar ca elinda s ă aibă o greutate minim ă pentru realizarea forței Fv. 5.5.5.Draga aspirant ă mobilă Draga aspirant ă mobilă (Trailig Suction Hopper Dredger – TSHD) este o navă maritimă sau fluvial ă de tip drag ă cu sucțiune, autopropulsat ă, prevăzută cu o magazie de transport material dragat (hopper) și cu o instala ție de încărcare și descărcare a acestei magazii. În varianta standard o astfel de drag ă este echipat ă cu următorul echipament de dragare (Fig. 5.27): NAVE TEHNICE 149 – una sau mai multe bra țe de dragare echipate cu afân ător și țeava de sucțiune, – pompa (pompele) de dragaj, – magazie de stocare a materialului dragat, – tubulaturi de încărcare a magaziei, – sistem de deversare în cazul supra- încărcării magaziei, – sistem de desc ărcare a magaziei (split, por ți de fund, roat ă cu cupe, graifăretc.), – gruie de manevr ă a brațului de dragare (ridicare, coborâre, stocare la bord), – compensatoare al e mișcărilor verticale ale navei în raport cu fundul mării pentru a men ține capul de dragare în contact cu fundul. Fig. 5.27 – Draga aspirant ă mobilă – plan general. Adițional, o drag ă aspirantă mobilă poate fi prev ăzută cu: – piloni de fixare (draga lucrând astfel ca drag ă staționară), – sisteme adi ționale de desc ărcare (pipeline, rai nbow, shore arm etc.). NAVE TEHNICE 150 Aplicabilitate Draga aspirant ă mobilă beneficiaz ă de o serie de avantaje care permit utilizarea acestui tip de drag ă la o gam ă largă de aplica ții. Dintre principalele avantaje se amintesc:  mobilitatea dr ăgii,  posibilitatea de a ac ționa în condi ții de mare deschis ă,  absența sistemelor de pozi ționare care s ă obstrucționeze șenalul,  posibilitatea de adaptare a capetelor de dragare la diferite ti puri de sol,  capacitatea mare de înc ărcare,  timpul scurt de desc ărcare și versatilitatea modalit ăților de desc ărcare,  productivitatea mare. Acest tip de drag ă este utilizat în principal la lucr ări de extragere și colectare de material de construcție, în special nisip. Datorit ă adâncimii mari de dragare, și comportării bune pe valuri și capacității mari de transport, dragarea poate fi făcută în zone îndep ărtate de țărm, unde utilizarea altor tipuri de dr ăgi nu ar fi posibilă. Sunt de men ționat lucr ările din Emiratele Arabe, în principal Dubai, lucrări care ar fi fost de neconceput f ără acest tip de nav ă. Se mai utilizeaz ă la mentenan ța canalelor navigabile, în special a celor cu trafic intens, inclusiv porturi. Draga aspirant ă mobilă poate fi utilizat ă cu rezultate excelente la soluri fragmentate cu granula ție mică și medie (nisip pietri ș, nămol) și cu rezultate bune la solurile compacte moi. La solurile de tip roc ă spartă rezultatele sunt slabe. Nu se poate utiliza la soluri compacte dure. Performan țe Din punct de vedere al performan țelor, drăgile aspirante mobile acoper ă o gamă foarte larg ă. Principala caracteristica a TSHD o reprezint ă capacitatea de încărcare a magaziei, exprimata în m3. În general, toate celelalte caracteristici – deadwe ight, dimensiuni, putere instalat ă, capacitatea pompei de dragaj, adâncimea de lucru etc. – sunt corelate în limite dest ul de înguste cu capacitatea de încărcare. Exist ă drăgi cu capacit ăți de la 200 m3, la peste 45 000 m3 și lungimi de la 30 m la peste 220 m. Pentru clasificarea dup ă capacitate se utilizează termenii: Drăgi mici < 5000 tdw Drăgi medii 5000 – 10000 tdw Drăgi mari 10000 –15000 tdw Drăgi Jumbo 15000 – 25000 tdw Drăgi Mega > 25000 tdw Notă: Pentru o corelare (aproximativ ă) a capacit ății magaziei în m3 și a capacității de încărcare în tdw, se poate utiliza rela ția [tdw = m3/U], unde U=1,6-1,8 este densitatea medie (t/m3) a materialului transportat. NAVE TEHNICE 151 Adâncimea de dragaj variaz ă de la 8 -10 m la peste 150 m, iar productivitatea de aspirare-ref ulare poate dep ăși 15000 t/h la dr ăgile Mega. Ca și principiu fundamental de func ționare, TSHD func ționează ca orice drag ă cu sucțiune, respectiv: – capul de dragare afâneaz ă solul și creează amestecul (spoil), – pompa de dragaj aspir ă amestecul și îl refuleaz ă prin conducte. Specific TSHD sunt urm ătoarele aspecte: – dragajul se efectueaz ă în mers, viteza navei în timpul dragajului fiind de circa 3 noduri, – încărcarea materialului dragat se face în magazia navei, – golirea magaziei se face prin sistemele de desc ărcare proprii ale navei. Legat de aceste particularit ăți, rezultă câteva cerin țe specifice TSHD: – capul de dragare cu l ățime mare, – brațul de dragare cu lungime și flexibilitate suficient ă pentru a draga la adâncimi diferite, – existența unui compensator pentru varia țiile de adâncime (swellcompensator), – sistemul de înc ărcare în magazia navei s ă permită sedimentarea materialului dragat și îndepărtarea excesului de ap ă; acest sistem trebuie s ă asigure și protecția la supra -încărcarea magaziei, – sistemul de desc ărcare al magaziei s ă asigure desc ărcarea rapid ă prin diferite modalit ăți: deversare prin por ți de fund, desc ărcare la mal, descărcare prin conducte etc., – existența unui sistem performant de control al dragajului care s ă acopere următoarele func ții: – analiza în t imp real a compozi ției materialului dragat, – poziționarea precis ă a navei și a capului de dragare, – informarea operatorului asupra principalilor parametri de siguran ță – bord liber, stabilitate, rezisten ța longitudinal ă. Capul de dragare Capul de dragare ar e rolul de a excava materialul dragat și de a crea amestecul ap ă-sol în vederea aspir ării de către pompa de dragaj. Capul de dragaj (Fig. 5.28) este amplasat la cap ătul conductei de suc țiune, articulat de aceasta pentru a permite ajustarea la suprafa ța sol ului. Capul de dragaj poate avea una sau dou ă guri de suc țiune. Gura de suc țiune este prevăzută la partea superioar ă cu o vizier ă care regleaz ă înălțimea fantei de aspirație și prin acest reglaj se controleaz ă debitul de ap ă aspirat și implicit concentra ția amestecului ap ă-sol (Fig.5.29). În func ție de sistemul de construcție există diferite tipuri de capete de dragaj, cele mai r ăspândite fiind tipul Olandez (Dutch type) sau tipul California. NAVE TEHNICE 152 Fig. 5.28 – Cap de dragaj Fig. 5.29 – Viziera Excavarea se face hidraulic, mecanic sau combinat. Excavarea hidraulic ă se face fie prin eroziunea generat ă de fluxul aspirat de pompă (Fig. 5.30), fie prin jet de ap ă injectat în zona de dragaj (Fig. 5.31 – dr.), jet care are rolul de a disloca solul, fie combinat. Fig. 5.30 – Zona de eroziune la capul de dragare f ără jet (transversal (st.) și longitudinal (dr.). Excavarea mecanic ă se face prin decuparea solului cu ajutorul din ților monta ți la partea inferioar ă (Fig. 5.28 și Fig. 5.31 st .). Fig. 5.31 – Capete de dragare – cu dinți (st.) și cu jet (dr.). Lățimea capului de dragare este corelat ă cu capacitatea pompei de dragaj și cu forța de tragere pe care o poate asigura si stemul de propulsie al navei, astfel NAVE TEHNICE 153 încât să se obțină productivitatea și concentra ția de amestec dorite la viteza normală de deplasare a capului de dragare de circa 1,5 m/s. În cazul în care for ța de propulsie este excedentar ă, se pot amplasa dou ă brațe de dragare, câte unul în fiecare bord. Brațul de dragare Prin intermediul brațului de dragare se asigur ă: – reglajul adâncimii de dragaj și a unghiului de a șezare a capului de dragaj – apăsarea optim ă pe capul de dragare – susținerea capului de dragare, a conductei de aspira ție și a altor elemente – țevile pentru jetul de afânare, cabluri și conducte pentru senzori și acționări etc. Brațul de dragare are (în general) urm ătoarele componente (Fig. 5.32): – brațul superior care realizeaz ă prinderea de nav ă, coborârea/ridicarea/ rotirea bra țului și trecerea conductei de aspira ție spre pompele de dragaj, – elementul flexibil superior și intermediar, – zona rigid ă intermediar ă șiinferioară, – lagărul intermediar care permite rota ția zonei inferioare în jurul axei brațului pentru reglajul înclin ării transversale a capului de dragaj, – elementele de prindere a capului de dragaj. Fig. 5.32 – Componentele bra țului de dragare. NAVE TEHNICE 154 Constructiv, de cele mai multe ori elementul de rezisten ță al brațului de dragare îl reprezint ă însăși conducta de aspira ție. Lungimea bra țului de dragare este dată de adâncimea de dragaj dorit ă precum și de posibilitatea de parcare a brațului de dragaj pe puntea navei. TSHD poate fi prev ăzută cu unul sau dou ă brațe de dragare. În marș, brațul de dragare se depoziteaz ă pe punte. Lansarea acestuia se face cu 2-4 gruie (pipe gant ry) prevăzute cu vinciuri (Fig.5.33). Aceste gruie au forma de A- frame și se pot bascula în afara bordului. Pe timpul dragajului, bra țul de dragare este sus ținut de aceste vinciuri și gruie. Fig. 5.33 – Brațul de dragare parcat pe punte și gruiele de la nsare. Aducerea bra țului de dragare în afara bordului și coborârea lui necesit ă ca la capătul superior al bra țului să existe un cuplaj (trunnionslide) special care permite rota ția și deplasarea vertical ă a conductei de aspira ție, aceasta în condițiile în care aceast ă conductă este cuplat ă la sistemul de înc ărcare fix pe nava. Swell compensator Un alt element specific bra țului de dragare îl reprezint ă compensatorul de mișcări verticale (swell compensat or) (Fig.5.34). Acest sistem permite preluarea diferen țelor de adâncime produse de mi șcările verticale ale navei și de neregularit ățile fundului și asigură o apăsare relativ constant ă pe sol a capului de dragare. Sistemul este inclus în sistemul de ridicar e-coborâre a vinciurilor bra țului de dragare și printr -un sistem hidro- pneumatic lunge ște sau scurtează cablurile de sus ținere a bra țului, realizând ridicarea -coborârea acestuia astfel încât capul de dragare s ă fie în contact constant cu solul. NAVE TEHNICE 155 Fig. 5.34 – Compensatorul de mi șcare vertical ă (swell compensa tor). Magazia Caracteristic TSHD este faptul c ă materialul dragat se depoziteaz ă în magazie (hopper) care are rolul de a re ține materialul dragat. Ținând cont de fazele specifice înc ărcării și descărcării, magazia trebuie s ă îndeplineasc ă următoarele condi ții: – volumul magaziei s ă fie corelat cu deplasamentul navei la marca de încărcare, astfel încât s ă se îndeplineasc ă cât mai aproape condi ția ca nava să ajungă la capacitatea maxim ă de transport, iar gradul de umplere al magaziei s ă fie cât mai apropia t de 100%. Acest lucru depinde de densitatea materialului dragat și este ajustabil prin sistemul de deversare reglabil dac ă există; – amplasarea magaziei s ă fie astfel f ăcută, încât pe parcursul umplerii asieta navei să rămână cât mai apropiat ă de asieta dreapt ă. O amplasare excentrică pe lungime a magaziei va produce varia ții mari de asiet ă pe timpul înc ărcării și va impieta asupra umplerii uniforme a magaziei și funcționării sistemului de deversare. Solu ția constă în amplasarea magaziei cu centrul de greuta te în vecin ătatea centrului de plutire de plin ă încărcare. – Rapoartele între dimensiunile magaziei (lungime/l ățime/înălțime) să favorizeze procesul de sedimentare. Prin aceast ă favorizare se în țelege că sedimentarea trebuie s ă se produc ă cât mai rapid și deversările de material NAVE TEHNICE 156 dragat pe parcursul sediment ării să fie cât mai mici. În principiu o magazie lungă, îngustă și puțin adâncă este favorabil ă, totuși sentința trebuie abordată cu precau ție, deoarece alte efecte ale acestei solu ții pot aduce dezavantaje; – forma magaziei s ă faciliteze procesul de desc ărcare, în sensul în care: – pereții interiori înclina ți să permită descărcarea gravita țională prin alunecarea materialului dac ă se utilizeaz ă porți de fund; – forma sec țiunii transversale s ă fie adaptat ă echipam entului de descărcare, dac ă se utilizeaz ă roata cu cupe sau înc ărcător frontal. În cazul dr ăgilor mari se pot utiliza mai multe magazii, separate atât în sens longitudinal, cât și în sens transversal. În acest fel fiecare magazie este prevăzută cu propriile sisteme de umplere, deversare și golire. Sistemul de înc ărcare Încărcarea materialului dragat are trei faze principale (Fig.5.35): – încărcarea amestecului ap ă-sol până la umplerea magaziei, – continuarea înc ărcării simultan cu sedimentarea progresiva a amestecului și eliminarea apei, – finalizarea înc ărcării după umplerea magaziei cu material dragat și eliminarea apei. Fig. 5.35 – Fazele înc ărcării: încărcare spoil (st.); deversare ap ă (ce.); sedimentarea final ă (dr.). Umplerea magaziei se realizeaz ă prin conducte de umplere amplasate de-a lungul magaziei sau prin guri de umplere (Fig. 5.36). Distribu ția, poziția pe NAVE TEHNICE 157 înălțime și unghiul de inciden ță a acestor guri de umplere se alege astfel încât să se favorizeze procesul de sedimentare. Fig. 5.36 – Sistem de umplere cu difuzor central. Sistemul de prea-plin Sistemul de prea- plin îndepline ște două funcții importante: – asigură limitarea cantit ății de marf ă încărcate (în corela ție cu marca de bord liber), – asigură deversarea apei în exces din amestec, di minuând pierderile de material solid și mărind cantitatea de înc ărcătură utilă. Fig. 5.37 – Sistem de prea-plin reglabil. NAVE TEHNICE 158 Magazia este prev ăzută cu unul din urm ătoarele sisteme de deversare a excesului de ap ă și a materialul dragat: – deversare prin guri de deversare în pere ții laterali sau în rama magaziei (Fig. 5.38 st.) –se poate utiliza și deversare peste rama magaziei; – deversare prin conducte de prea-plin ajustabile (Fig. 5.38 dr.; Fig. 5.37). Fig. 5.38 – Sisteme de prea-plin: guri în bord (st.);t ub ajustabil pe în ălțime (dr.). Primul sistem este a șa numitul sistem de volum constant, este mai simplu dar are dezavantajul ca la densit ăți de sol mari, deasupra sedimentului va fi un strat de apă care va diminua înc ărcătura utilă, iar la densit ăți mici magazia va fi plină,fără să se atingă capacitatea de înc ărcare. Cel de-al doilea sistem – numit și sistem de deplasament constant – , prin ajustarea pe în ălțime a gurii de deversare asigur ă reglarea volumului magaziei și eliminarea întregului exces de apa, indiferent de densitatea materialului solid. Sistemul de desc ărcare Descărcarea magaziei se poate face cu diferite sisteme: – hidraulic (Fig. 5.39); în acest caz, în magazie se injecteaz ă apa sub presiune și se genereaz ă din nou amestecul ap ă-sol care este aspirat de pompa de desc ărcare. Refularea se poate face la o priz ă de cuplare a unei conducte de refulare (Fig. 5.39 st.) sau pompat sub forma de jet (Fig. 5.39 dr.), a șa numitul sistem „rainbow”; Fig. 5.39 – Sisteme de desc ărcare: conexiune la tubulatur ă (st.); rainbow(dr.) NAVE TEHNICE 159 – mecanic, prin extragerea mecanic ă din magazie a materialului dragat. Extragerea se face fie cu roata cu cupe (Fig. 5.40 st.), fie cu înc ărcător frontal, fie cu graif ăr. Pentru desc ărcarea la mal se poate utiliza un bra ț cu ba ndă rulantă, așa numitul „shore arm” (Fig. 5.40 dr.); Fig. 5.40 – Sisteme de desc ărcare: roata cu cupe (st.); desc ărcător frontal și shore-arm (dr.) – gravitațional, prin por ți de fund sau hidroclap; mai multe detalii despre acest sistem în capitolul 5.6 –Șalande. Sistemul de control al dragajului Dragajul în general și dragajul prin suc țiune în mod special este o activitate care necesit ă un control permanent. Astfel, este necesar ă supravegherea permanent ăa: – poziției capului de dragaj pentru a asigura acurate țea dragajului atât în plan orizontal cât și a adâncimii; – concentra ției de solid în amestec în rela ție cu tipul de sol: o concentra ție prea mică reduce productivitatea, iar o concentra ție prea mare poate bloca tubulatura; – parametrilor de siguran ță ai navei – pescaj, asiet ă, stabilitate – p e parcursul înc ărcării magaziei. Viteza mare de derulare a procesului de dragaj face ca analiza elementelor de control a dragajului s ă nu poat ă fi făcută fără asistența unor echipamente speciale. În acest sens au fo st dezvoltate sisteme electronice care s ă asiste dragorul. Aceste sisteme sunt compus e din trei elemente princip ale: – senzori și traductori pentru determinarea pozi ției capului de dragaj (GPS) și a adâncimii, ap ăsarea pe sol a capului de dragaj, concentra ția de solid în amestec, presiunea și viteza de curgere în tubulatur ă, gradul NAVE TEHNICE 160 de umplere a magaziei, pozi ția compensatorilor de mi șcare vertical ă, poziția tubulaturii de prea -plin, pozi ția navei etc.; – sistem de procesare a informa ției care preia informa ția de la senzori și calculează mărimile necesare evalu ării procesului de dragaj; – sisteme de afi șare a informa ției care prezint ă dragorului atât informațiile brute colectate de senzori cât și indicații asupra m ăsurilor care trebuie luate pentru a aduce dragajul în parametri optimi. Toate informa țiile–afișate cât mai natural și accesibil–precum și comenzile echipamentului de dragaj sunt concentrate într- un post central de comand ă și control al dragajului (Fig.5.41). Fig. 5.41 – Controlul dragajului: centrul de comand ă (st.); monitorizarea capului de dragaj (dr.). Sisteme de degazare Pe timpul dragajului se manifest ă fenomenul aspira ției de aer pe conducta de aspira ție. Aceasta datorit ă fie aspira ției de aer prin ne -etanșeitățile din cuplaje, fie din gazele acumulate în solul dragat.Acest aer se acumuleaz ă treptat în pompa de dragare, reducând productivitatea acesteia, sau la extrem conducând la dezamorsarea pompei. Pentru a evita acest inconven ient se utilizează instalația de degazare. Se utilizeaz ă două tipuri de sisteme de degazare: – sistemul cu acumulator (Fig. 5.42); în acest sistem, pe conducta de aspira ție se amplaseaz ă un acumulator (tanc cu suprafa ța liberă) în care se acumuleaz ă aerul din conducta de aspira ție; aerul este extras cu ajutorul unui ejector; – sistemul cu tanc de degazare (Fig.5.43); în acest sistem se pre vede pe conducta de aspira ție un tanc de degazare. Din acest tanc aerul și apa sunt extrase cu pompe și eliminate pe circuite separate. Periodic, mixtura depus ă în tancul de degazare este reintrodus ă în conducta de aspira ție cu o pomp ă specializat ă. NAVE TEHNICE 161 Fig. 5.42 – Sistem de degaz are cu acumulator. Fig. 5.43 – Sistem de degazare cu tanc de degazare. 5.6 Șalande Atunci când draga nu are sistem propriu de transport a material ului dragat sau când distan ța de la locul de dragaj la locul de desc ărcare este prea mare, este necesar transportul materialului dragat. NAVE TEHNICE 162 Șalandele sunt nave destinate transportului materialului dragat de la locul de dragare la locul de desc ărcare. Șalandele pot fi aut opropulsate sau nepropulsate. Deși intră în categoria navelor de transport, dat ă fiind leg ătura lor cu operațiunile de dragare sunt încadrate la grupa nave tehnice. Modul de operare al șalandelor este urm ătorul: – se aduce șalanda lâng ă dragă, – sistemul de descărcare al dr ăgii (mecanic sau hidraulic) transfer ă materialul dragat în șalandă, – șalanda este deplasat ă (autopropulsat ă sau prin remorcare/împingere) în zona de desc ărcare, – utilizând sistemul de desc ărcare al șalandei – dacă este prev ăzut la navă–sau c u mijloace externe, materialul dragat este desc ărcat. Șalandele se diferen țiază după sistemul de desc ărcare: – șalande fără sistem de desc ărcare propriu, – șalande cu desc ărcare prin por ți de fund, – șalande hidroclap cu desc ărcare prin „desfacerea” corpului. Șalande fără sistem de desc ărcare propriu Acest tip de șalande sunt de regul ă barje adaptate transportului de material dragat. Ele se folosesc atunci când se dore ște colectarea și recuperarea materialului dragat (minerit, produse de carier ă) șicând dragajul se efectueaz ă la mare distan ță de locul de depozitare, iar materialul dragat nu poate fi transportat hidraulic prin conducte sau pe benzi rulante.Desc ărcarea lor se face cu mijloace de la mal, mecanic (cu macarale cu graif ăr) sau hidraulic cu pompa de sucțiune și afânător cu jet (Fig. 5.44). Acest sistem poate fi amplasat la mal, pe ponton sau se poate folosi o drag ă cu sucțiune și afânător cu jet. Spoilul format de jetul de ap ă este absorbit de pomp ă și refulat prin conducte la locul de depozitare. Fig. 5.44 – Sistem de desc ărcare hidraulic ă a unei șalande. NAVE TEHNICE 163 Șalande cu por ți de fund La aceste șalande desc ărcarea se face gravita țional, prin deschiderea unor porți orizontale amplasate pe fundul navei. Aceste șalande se utilizeaz ă atunci când desc ărcarea materialului dragat se face în larg, în zone în care depunerile nu pericliteaz ă navigația. Există diferite sisteme de por ți, simple sau duble, articulate sau culisante (Fig. 5.45). Sistemul de ac ționare a por ților poate fi cu cabluri, tije sau cilindri hid raulici. Pe lungimea și lățimea magaziei por țile sunt distribuite astfel încât s ă se asigure golirea întregii cantit ăți de material. Pe l ățime pot exista una sau dou ă porți. Fig. 5.45 – Porți de fund – scheme (sus) și la șalandă (jos). Deoarece la aceste șalande por țile nu sunt etan șe și magazia este inundabil ă, flotabilitatea șalandei este asigurat ă de compartimentele etan șe din corpul navei. În acela și timp, pentru a facilita c ăderea gravita țională a materialului dragat, pere ții magaziei sunt înclina ți (Fig. 5.49) înspre poarta de fund astfel încât să minimizeze cantitatea de material r ămasă în șalandă după deschiderea porților de fund. Deoarece în cazul solurilor argiloase exist ă riscul ca materialul NAVE TEHNICE 164 să se lipeasc ă de pereții magaziei, șalandele pot fi prev ăzute cu conducte și ajutaje prin care se trimite apa sub presiune care s ă spele materialul de pe pereții magaziei. Șalande hidroclap Șalanda hidroclap este o versiune a șalandei cu por ți de fund cu diferen ța că poarta de fund este n ava însăși. Nava este construit ă din două corpuri separate articulate la nivelul pun ții. Descărcarea se face gravita țional, prin desfacerea corpurilor (Fig. 5.46). Fig. 5.46 – Șalande hidroclap Pentru aceasta, la capetele magaziei exist ă două articulații la nivelul pun ții și doi cilindri hidraulici deasupra fundului. Prin extindere, ace ști cilindri îndepărtează corpurile (Fig. 5.47). Fig. 5.47 – Sistem de deschidere a șalandei hidroclap. Desfacerea și înclinarea corpurilor laterale are câteva implica ții care trebuie avute în vedere la proiectare: – sistemele din cele dou ă corpuri (balast, santin ă, incendiu, electrice etc.) trebuie să fie complet separate, f ără nici o încruci șare peste PD; – unele mecanisme (motoare termice, vinciuri, pompe, etc.) trebui e să fie capabile s ă funcționeze în pozi ții înclinate de pân ă la 40 °; NAVE TEHNICE 165 – montarea suprastructurii trebuie f ăcută pe un mecanism care s ă permită desfacerea corpurilor și să mențină în același timp suprastructura orizontal ă (Fig. 5.48). Fig.5.48 – Prinderea suprastructurii la șalandele hidroclap. La fel ca la șalandele cu por ți de fund și șalandele hidroclap se utilizeaz ă atunci când desc ărcarea materialului dragat se poate face în larg sau în zone în care depunerile nu periclite ază navigația. Alte elemente specifice șalandelor Exceptând particularit ățile induse de sistemul de desc ărcare descrise mai sus, există alte câteva caracteristici specifice șalandelor: – structura, înveli șul exterior și în special pere ții magaziei sunt construc ții solide adaptate manevrei materialului dragat (roc ă, pietre, etc.) precum și manevrelor de acostare repetate și dure; – forma corpului nu este în mod deosebit hidrodinamic ă, viteza nefiind o cerință specifică; – corpul con ține compartimente etan șe (în dublu bord și la extremit ăți), dublul bord fiind construit în a șa-numitul sistem chil ă celulară,care să asigure flotabilitatea șalandei în condi țiile când magazia este plin ă cu material dragat pân ă la nivelul ramelor gurii de magazie peste care are loc deversarea (Fig 5.49); – se impune corelarea volumului magaziei cu rezerva de flotabilitate dat ă de compartimentele etan șe; uzual, pentru acest calcul, densitatea materialului dragat se considera 1,5-1,8 t/m3; în cazul în care spoilul este pe deplin sedimen tat și nu mai are ap ă, densitatea poate ajunge pân ă la 2,2 t/m3; – forma interioar ă a pereților magaziei șalandelor cu por ți de fund sau hidroclap este înclinat ă astfel încât s ă permită alunecarea natural ă a întregii cantități de material; NAVE TEHNICE 166 – în condiția când nava este construit ă pe sistemul cu chila celular ă, acesteia i se poate atribui bord liber redus conform DR68. Fig.5.49 – Secțiune transversal ă tipică prin șalandă. 5.7 Elemente de proiectare a navelor de dragare 5.7.1 Aspecte generale Proiectarea unei nave de dragare are dou ă componente: – proiectarea echipamentului de dragare, – proiectarea dr ăgii ca nav ă. Primul pas este determinarea caracteristicilor echipamentului d e dragare în conformitate cu tema de proiectare. Prin tema de proiectare (emis ă în general de armator sau consultantul acestuia) trebuie precizate: – productivitatea dr ăgii, – scopul dragajului (adâncire canale, extragere material de construc ție, mineritetc.), – tipul principal de sol ce urmeaz ă a fi dragat, – adâncimea minim ă/maximă de dragare, – condițiile de lucru – maritim sau fluvial, curentul apei etc. Evident ar fi de dorit ca o drag ă sa fie cât mai flexibil ă în utilizare, s ă aibă performan țe cât mai mari, s ă lucreze în orice tip de sol și în orice condi ții de mediu etc. Riscul de a propune o drag ă „universal ă” este ca aceasta s ă fie costisitoare și să aibă performan țe mediocre în orice condi ții de exploatare. Cu cât draga va fi mai specializat ă, cu atât eficien ța ei în condi țiile fixate va fi mai mare, în s chimb va fi dificil sau imposibil de utilizat în alte condi ții. NAVE TEHNICE 167 Deciziile preliminare care trebuie luate înainte de începerea efectiv ă a proiectului sunt: – alegerea sistemului de dragare (cupe, excavator, graif ăr, sucțiune), – alegerea tipului sistemului de f ixare (ancore, piloni, draga mobil ă), – precizarea sistemului de transport al materialului dragat (hopper, șalandă, conducte etc.), – soluția sistemului energetic: diesel, diesel -electrică, diesel hidraulic ă, electrică de la mal. Scopul proiect ării echipamentului de dragare const ă în: – dimensionarea elementelor principale ale echipamentului de drag are. – stabilirea bilan țului energetic al sistemului de dragare, respectiv puterile fiecărui echipament și gradul de simultaneitate. – calculul for țelor pe care sistemul de dragare le descarc ă pe corpul dr ăgii în exploatare; Nu face obiectul acestui material explicitarea modului de calcu l al echipamentului de dragare, pentru aceasta se vor consulta mater ialele indicate, respectiv lucr ările Prof. Ir. W .J. Vlasblom și Prof. Lucian Manolache Odată stabilit echipamentul de dragare, se trece la proiectarea navei suport (draga) ținând cont de influen ța echipamentului de dragare și fixare asupra navei prin: – spațiul ocupat, – greutatea și distribuția de greut ăți, – efectul asupra asietei longitudinale și asupra stabilit ății transversale, – solicitările induse în structura navei de for țele gravita ționale și operaționale – necesarul de putere pentru func ționarea sistemului, – riscurile induse de echipament –incendiu, inundare, protec ția ech ipajului etc. În plus, nava trebuie s ă asigure condi țiile optime de amplasare și funcționare a echipamentului de dragaj. Din punct de vedere al proiect ării drăgii ca nav ă, aceasta se va proiecta în conformitate cu practica naval ă și cu Regulile și Regulamentele aplicabile și ținând cont de tipul dr ăgii, al echipamentului de dragare și ale restric țiilor dimensionale (L, B, T, gabarit aerian) induse de ecluze, poduri , canale etc. În general, proiectarea structural ă a drăgilor trebuie s ă țină cont de particula ritățile induse de: – condițiile opera ționale concretizate în pescajul de operare (DR68 sau ILLC), – limitările privind zona de operare (unrestricted sau coastal), – caracteristicile m ărfii, – solicitările induse de echipamentul de dragaj, NAVE TEHNICE 168 – aranjamentul specific al structurii, care în general presupune discontinuit ăți în structur ă, deschideri mari în punte și/sau înveli ș, întărituri locale ample în zona postamen ților (ceea ce induce a șa numite puncte tari) etc., – caracterul ciclic cu frecven ța mare a oper ării este su sceptibil de a induce oboseala materialului. În acest sens trebuie avute în vedere m ăsuri specifice proiect ării structurale a drăgilor, cum ar fi: – întărituri structurale ale dr ăgilor care lucreaz ă în tandem cu șalanda, – prevenirea inund ării drăgilor cu cupe datorită resturilor – în special metalice – antrenate de trenul de cupe, prin compartimentarea dens ă și întărirea zonei șlițului, – întărirea structurii în zona concentr ărilor de for țe – postamen ții vinciurilor și/sau a ac ționărilor hidraulice, zona de prin dere a elindei, zona sistemului de piloni etc., – întărituri suplimentare ale fundului, în special a extremit ăților, pentru drăgile susceptibile a opera în ape pu țin adânci și care sunt expuse e șuării, – măsuri de compensare a uzurii în zonele expuse la ac țiunea amestecului sol-apă, în special magazia, gurile de deversare, por țile de fund, – eliminarea concentratorilor de tensiuni prin racord ări cât mai mari ale tablelor de înveli ș și a cuplării elementelor structurale. Din punct de vedere al proiect ării, navele de dragare se pot încadra în dou ă categorii: – nave care nu încarc ă material dragat la bord; acestea practic sunt platforme plutitoare care au rolul de a sus ține echipamentul tehnologic (echipamentul de dragare) specific. Aceste nave sunt încadrate la categoria „echipamente tehnologice plutitoare” și proiectarea lor se supune regulilor și procedurilor specifice pentru acest tip de nav ă; – nave care încarc ă material dragat la bord; acestea sunt o combina ție de navă de transport a materialului dragat și în acela și timp platforme plutitoare pentru echipamentul de dragare. Aspecte specifice al e acestui tip de navă sunt analizate în continuare. 5.7.2 Aspecte specifice dr ăgilor de tip hopper Proiectarea preliminar ă Din punct de vedere al proiect ării unei dr ăgi aspirante mobile, se porne ște de la un set de cerin țe inițiale exprimate de armator prin: – productivitatea dr ăgii (m3/an), – zona de dragaj (adâncime, tip de sol), – distanța de transport, – destinația și modul de desc ărcare a materialului dragat. NAVE TEHNICE 169 Pornind de la tema definită mai sus, etapele majore în proiectarea preliminar ă a drăgii sunt: a) determinarea capacit ății magaziei; b) alegerea echipamentului de dragare; c) determinarea caracteristicilor principale ale navei. a) Determinarea capacit ății magaziei Capacitatea magaziei Vmeste dat ă de productivitatea anual ă Q (m 3/an) cerut ă și numărul de cicli de transport N pe an: Vm = Q/N/k [m3] unde k este un coeficient subunitar reprezentând frac țiunea (determinat ă statistic) de utilizare a volumului magaziei. Numărul de voiaje anuale N se determin ă în funcție de num ărul de ore efective de lucru din an Ha și numărul de ore ale unui voiaj Hv: N = Ha/Hv Numărul de ore efective de lucru dintr -un an Ha se calculeaz ă ca diferen ța dintre num ărul de ore disponibile (num ăr de zile lucr ătoare * numărul de ore pe zi) și numărul de ore ocupate cu: – revizii și reparații planificate (cunoscut din ciclul de repara ții ale navei), – revizii și reparații accidentale (statistic), – așteptare neprogramat ă din condi ții de vreme rea, blocaje de trafic , etc. (statistic). Numărul de ore ale unui voiaj Hv este suma dintre: – timpul de înc ărcare, relativ constant (circa 2 ore) și asigurat prin corelarea capacității pompei de dragaj cu capacitatea magaziei, – timpul de deplasare la și de la loca ția de dragaj în func ț ie de viteza navei, – timpul de desc ărcare, dependent de sistemul de desc ărcare dar relativ independent de capacitatea de transport, – timpii de a șteptare, realimentare, formalit ăți etc. (statistic). b) Alegerea echipamentului de dragare Caracteristicile fundamentale ale echipamentului de dragare sun t date de adâncimea de dragare și de debitul pompei de dragaj. Adâncimea de dragare este impus ă prin tem ă. Debitul pompei de dragaj se stabile ște în rela ție cu volumul magaziei Vm și timpul propus pentru înc ărcare. Restul elementelor instalației se stabilesc în func ție de debitul pompei și adâncimea de dragaj. De multe ori, analiza pentru determinarea volumului magaziei și a caracteristicilor instala ției de dragaj este efectuat ă de armator sau consultan ții acestuia. În acest caz în sarcina arhitectului naval revine det erminarea caracteristicilor navei care s ă îndeplineasc ă cerințele impuse. NAVE TEHNICE 170 c) Determinarea caracteristicilor principale ale navei În această etapă se presupun cunoscute datele de intrare, respectiv cap acitatea magaziei, viteza navei și echipamentul de dragare. Sunt de determinat caracteristicile navei și anume dimensiunile principale, greutatea navei goale și puterea de propulsie. Determinarea acestor caracteristici se face cu metodele clasice de proiec tare preliminar ă, ținând cont însă de câteva particularit ăți statistice rezultate din analiza pe un num ăr mare de nave de tip TSHD. Masa încărcăturii utile se stabile ște în relație cu volumul magaziei Vm și densitatea materialului dragat.Pu = UVm. – Ținând cont de specificul procesului de înc ărcare și anume înc ărcare cu spoil, deversare apa în exces și sedimentare, înc ărcătura finală constă în material dragat umed sedimentat. Densitatea acestuia depinde de tipul de material, putând avea valori între 1,2 și 2,1 t/m3. În cazul în care nu există informații asupra naturii materialului dragat, se poate optimiza proiectarea pentru o densitate statistic ă medieU= 1,5 t/m3, – Pentru TDHD, corela ția statistic ă pescaj – încărcătura utilă este indicat ă în Fig. 5.50. Fig. 5.50 –Corelarea pescaj – încărcătură utilă la TSHD. – Rapoartele statistice între dimensiuni specifice pentru TSHD variaz ă în limite destul de înguste și anume L/B = 5 -7; B/D = 1.8-2.4; B/T = 2- 3.Evident, pot exista și deviații de la aceste intervale, dar sunt situa ții speciale sau cazuri de proiectare cu restric ții. – Coeficientul bloc pentru TSHD este cuprins între 0,78 și 0,85. – Greutatea navei goale se poate determina prin coeficien ții de utilizare a deplasamentului: NAVE TEHNICE 171  raportul ‘o / Pu este cuprins între 0,4 și 0,6;  rapoartele ‘o / ‘ și respectivDwt / ‘pot fi considerate în domeniul ‘o / ‘ = 0,3-0,33; Dwt / ‘ = 0.67-0.70;  raportul ‘o / Dwt poate fi considerat conform diagramei statistice din Fig. 5.51. Fig.5.51 – Corelarea ‘o cu Dwt. Viteza TSHD este un fac tor important în calculul productivit ății, în special pentru situa țiile în care distan ța de la locul de dragare la cel de desc ărcare este mare. Deoarece la aceste navecoeficientul bloc este mare, se recomand ă ca numărul FroudeFn< 0,20. Rezult ă astfel rela ția:v [Nd] < 1,22 —L [m]. - Puterea de propulsie și rezisten ța la înaintare în condi ții de naviga ție (cu brațul de dragare ridicat) se poate calcula cu metodele obi șnuite pentru nave cu CB mare (inclusiv cu seriile polinomiale Holtrop) dar majorat ă cu influența (semnificativ ă) a neregularit ăților din corp cauzate de por țile de fund și sistemul de culisare a bra țului de dragare. Ca estimare ini țială a puterii de propulsie se poate utiliza diagrama (func ția) din Fig. 5.52. Fig.5.52 – Corelarea putere de propulsie –deplasament. NAVE TEHNICE 172 - Puterea în regim de dragaj trebuie s ă țină cont de rezisten ța la înaintare a navei la viteza de dragaj (circa 3 noduri) dar și de componentele suplimentare induse de sistemul de dragaj și anume rezisten ța hidrodinamic ă a brațului de dragaj și forța de tragere a capului de dragare. Forța de tragere a capului de dragare este compus ă la rândul ei din: for ța hidrodinamic ă + forța de tăiere + for ța de frecare la deplasarea pe sol. Forța de frecare Ff = PN, unde for ța de apăsare pe sol este compusă din greutatea (în ap ă) a capului de dragare și apăsarea suplimentar ă datorată diferenței de presiune creat ă de sucțiunea din capul de dragare. - Puterea total ă instalată trebuie să asigure necesarul de putere în oricare din situațiile: - marș: propul sie la viteza de croazier ă + bowthruster, - dragaj: propulsie în regim de dr agaj + pompa de dragaj + bowthr uster. Frecvent, pentru a echilibra cele dou ă regimuri de func ționare se utilizeaz ă elice cu pas reglabil. - Puterea necesar ă pompei de dragaj rezult ă din caracteristicile instala ției de dragaj. - Puterea necesar ă pentru bowthruster se poate aproxima ca fiind 15-20% din puterea de propulsie în regim de dragaj. - Ca ordin de m ărime, puterea total ă instalată poate fi aproximat ă ca fiind P [kW] = (0,56-0,60) ' [t]. Bordul liber În conformitate cu DR68, la dr ăgile și șalandele tip hopper la care magazia este cu por ți de fund sau split, iar compartimentajul este sub forma chilei celulare, nava poate primi un bord liber mai mic decât cel calc ulat conform ICLL 66 (Load Line). Ca să poată primi bord liber redus, nava mai trebuie s ă îndeplineasc ă o serie de condiții privind sistemul de prea -plin, construc ția magaziei, lipsa parape ților pe zona magaziei, cerin țe specifice de stabilitate intact ă și de avarie etc. Confor m Load Line, bordul liber se calculeaz ă ca valoarea cea mai mare rezultată din: - bordul liber F’ rezultat din bordul liber de baz ă corectat cu efectul raportului L/D, CB, selatur ă, suprastructuri etc., - bordul liber F” rezultat din în ălțimea minim ă a etravei . În conformitate cu DR 68, la navele de dragare tip hopper se po ate atribui un bord liber de dragaj, mai mic decât cel calculat din ICLL astfe l: - se calculeaz ă bordul liber F conform ILCC ca max (F’ și F”), - se calculeaz ă reducerea dF = 2/3 F’, - se calculeaz ă bordul liber redus de drag ă ca Fd = F - dF. NAVE TEHNICE 173 Marca de dragaj completeaz ă marca conform ICLL cu liniile DR (bord liber de vară redus în condi ția de dragaj) și DRF (bord liber redus în ap ă dulce în condiția de dragaj) – Fig. 5.53. Fig. 5.53 –Marca de bord liber la o drag ă cu bord liber redus. Acest bord liber redus este valabil numai pe timpul cât magazia este înc ărcată cu material dragat, în restul situa țiilor trebuie respectat bordul liber conform ICLL. Pentru a putea primi marca de bord liber redus, draga trebuie s ă îndeplineasc ă unele condi ții suplimentare legate de deversarea excesului de ap ă și materialul dragat. Astfel, magazia trebuie prev ăzută cu unul din urm ătoarele sisteme de deversare: - deversare peste rama magaziei, - deversare prin guri de deversare prev ăzute în pere ții laterali sau în rama magaziei, - deversare prin conducte de prea-plin ajustabile. În ultimele dou ă situații aria decup ărilor de deversare (m2) va fi cel pu țin max (Q/3 sau 0.7L h2/1000) unde Q (m3/s) este debitul pompei de dragaj, iar L h (m) este lungimea magaziei În plus, amplasarea deschiderilor în corp va fi f ăcută în raport cu pescajul aferent m ărcii de dragaj. Sisteme de siguran ță Drăgile de tip hopper vor fi echipate cu un sistem de desc ărcare rapid ă gravitațională capabil s ă deverseze în 8 minute o cantitate de înc ărcătură suficientă pentru a cre ște bordul liber de la marca de dragaj la marca ILLC. NAVE TEHNICE 174 Acest sistem trebuie s ă funcționeze și în cazul în care nava r ămâne fără energie electrică. Drăgile vor fi echipate cu un indicator de pescaj capabil s ă indice în timonerie pescajul instantaneu precum și evoluția lui în timp. Dacă draga are limitare privind condi țiile de operare (în ălțime semnificativ ă de val), ea va fi prev ăzută c u u n s i s t e m d e m ăsurare și predicție a condi țiilor meteo. Tubulaturile sistemului de înc ărcare a magaziei vor fi prev ăzute cu sisteme de închidere de urgen ță acționate din timonerie. Stabilitate Din punct de vedere al criteriilor de stabilitate intact ă și de avarie, dr ăgile și șalandele de tip hopper se analizeaz ă din două puncte de vedere: - criterii aplicabile tuturor navelor conform cerin țelor IMO și SOLAS, - criterii specifice aplicabile numai acestui tip de nave. Această ultimă categorie de criterii a fost impus ă de câteva aspecte specifice acestor nave cu efect asupra stabilit ății, și anume: - încărcătura este un amestec umed de ap ă cu sol, iar concentra ția de lichid este variabil ă de la lichid pur la solid umed; în plus, starea de lichiditate este variabil ă pe timpul înc ărcării; - încărcătura – lichidă sau solid ă–poate avea o gam ă largă de densit ăți de la densitateaapei la densitateanisipului greu umed, respectiv d e la 1,00 t/m3 la 2,2 t/m3; - natura lichid ă a încărcăturii într -o magazie de mari dimensiuni generează un moment de suprafa ță liberă cons iderabil prin deplasarea încărcăturii în timpul înclin ării; - magazia deschis ă și uneori prev ăzută cu sisteme de deversare, în combinație cu natura solid ă, lichidă sau mixt ă a încărcăturii duce la diferite moduri de comportament a navei și încărcăturii în ti mpul înclinării; - poziționarea gurilor de deversare influen țează unghiul la care încărcătura începe s ă deverseze, respectiv unghiul la care începe inundarea magaziei; - descărcarea cu por ți de fund pe dou ă rânduri(dac ă sunt prev ăzute) poate duce la situa ții asimetrice de desc ărcare, cu influen ță directă asupra stabilității. Ca și consecin ță a celor de mai sus, sunt de analizat urm ătoarele cazuri de stabilitate: a) magazia plin ă cu solid: în timpul înclin ării încărcătura nu deverseaz ă (solid) și apa nu intr ă în magazie (Fig. 5.54). Este o situa ție de deplasament constant f ără suprafața liberă; NAVE TEHNICE 175 Fig. 5.54 – Înclinare cu magazia plin ă cu solid. b) magazia par țial umplut ă cu solid: în timpul înclin ării încărcătura nu deverseaz ă (solid), dar de la un anumit unghi de î nclinare (dependent de poziția sistemului de prea -plin) apa intr ă în magazie (Fig. 5.55). Pân ă la unghiul de inundare al sistemului de deversare este o situa ție de deplasament constant. Dup ă acest unghi, prin inundarea magaziei deplasamentul devine variabi l (ambarcare de ap ă) combinat cu efectul de încărcătură lichidă (apa din magazie); Fig. 5.55 – Înclinare cu magazia par țial umplut ă cu solid. c) magazia plin ă cu lichid (spoil): începând de la 0 la unghiul de inundare al sistemului de prea-plin unghi la ca re încărcătura deverseaz ă.Peste unghiul de inundare, înc ărcătura deverseaz ă în continuare, iar volumul corespunz ător este înlocuit cu apa (Fig. 5.56). Este o situa ție de deplasament variabil în dou ă faze: deversare de spoil pân ă la unghiul de inundare și înlocuire spoil cu ap ă peste acest unghi. Efectul deplas ării încărcăturii lichide asupra diagramei de stabilitate este puternic la începutul înclin ării, dar pe m ăsura devers ării și reducerii deplasamentului stabilitatea se îmbun ătățește; Fig. 5.56 – Înclinare cu magazia plin ă cu lichid. NAVE TEHNICE 176 d) magazia par țial umplut ă cu lichid (spoil): aceasta situa ție are trei faze: - înclinare cu deplasament constant și încărcătura lichid ă de la 0 la unghiul de deversare, - înclinare cu deplasament variabil prin deversare între unghiul de deversare și unghiul de inundare, - înclinare cu deplasament variabil prin deversare și înlocuire cu apa peste unghiul de inundare; Observații: - Ordinea fazelor se poate inversa în func ție de secven ța valorilor unghi de inundare – unghi de deversare; - Situația c) reprezint ă o particularizare a cazului d) cu unghi de deversare 0; e) magazia par țial umplut ă cu solid peste care se afl ă lichid (ap ă). Această situație reprezint ă o combina ție a cazurilor anterioare și se abordeaz ă pe aceleași principii ținând cont de volumul deversabil/inundabil și de unghiurile de deversare/inundare; f) magazia dotat ă cu porți de fund pe dou ă rânduri. Este necesar ă analiza stabilității când la desc ărcare se deschide o singur ă poartă (Fig. 5.57). Fig.5.57 – Efectul desc ărcării asimetrice Pe lângă efectul tipului de înc ărcătură, a devers ării și inundării, în analiza stabilității drăgilor tip hopper, trebuie avut ă în vedere influen ța altor parametri, și anume: - densitatea înc ărcăturii; efectul se manifest ă diferit la înc ărcătura lichid ă sau solidă datorită deversării spoilului în primul caz, respectiv a inund ării în al doilea caz (Fig. 5.58); NAVE TEHNICE 177 Fig. 5.58 – Efectul densit ății încărcăturii. - forma magaziei; în general sunt utilizate dou ă tipuri, conven țională și V. Efectul formei magaziei este dat de geometria variabil ă a încărcăturii lichide (sau a apei ambarcate) și efectul acesteia asupra momentului de înclinare (Fig. 5.59); Fig.5.59 – Efectul formei magaziei la diferite densit ăți ale încărcăturii. - poziția gurilor de deversare; în cazul sistemelor de prea-plin reglabile, nivelul acestora poate fi reglat la nivelul înc ărcăturii sau mai sus, cu efectul corespunz ător asupra diagramei de stabilitate. (Fig. 5.60). Efectul este dat de poziția unghiului de inundare/deversare și de volumul remanent inundabil Fig. 5.60 – Efectul pozi ției gurilor de prea -plin. NAVE TEHNICE 178 Din punct de vedere al Regulilor aplicabile pentru evaluarea stabilit ății drăgilor aspirante mobile, în func ție de Societatea de Clasificare și de Administra ție (autoritatea de pavilion) se pot aplica diferite cerin țe. Dintre acestea se pot aminti: - Regulile BV, Pt D, Ch 13, Sec 2 împreun ă cu „ special guidance note N.I. 144 BM.1, BV”; - Recomand ările DUTCH SHIPPING INSP ECTORATE, cunoscute sub numele de DR68; - Cerințele „Instructions for theguidance of surveyors of theDepartment of Transport UK ”; - Regulile CHINESE CLASSIFICATION SOCIETY; - Cerințele US Coast Guard (similare cu BV). În esență aceste Reguli prev ăd analiza stabilit ății intacte în toate combina țiile rezultate din condițiile: - starea rezervelor:10% respectiv100%, - starea înc ărcăturii:lichid ă respectiv solid ă, - densitatea înc ărcăturii între 1,0 t/m3 și 2,0 t/m3 în stare lichid ă și 1,4 t/m3 și 2,2 t/m3 în stare solid ă. Unele reguli solicit ă analiza stabilit ății intacte în condi ția descărcării asimetrice și a criteriului de vânt. Din punct de vedere al stabilit ății de avarie, TSHD se supun SOLAS dac ă L>80 m și se abordeaz ă prin metoda probabilistic ă. DR68 solicit ă aplicarea calculului probabilistic al stabilit ății de avarie (cu unele diferen țe față de SOLAS și precizări specifice dr ăgilor hopper) și pentru navele cu lungime mai mică de 80 m. NAVE TEHNICE 179 6. PLATFORME TEHNOLOGICE Platformele tehnologice sunt unit ăți plutitoare destinate sus ținerii navigației, unor activit ăți industriale sau civile. Din categoria acestora se pot aminti: – macarale plutitoare, – docuri plutitoare, – pontoane de ranfluare, – uzine plutitoare, – pontoane de acostare, – poduri de pontoane, – insule, aeroporturi, parc ări, stații de combustibil, locuin țe, stații de pompare, spitale plutitoare etc. Deși nu se încadreaz ă perfect în defini ția de mai sus, tot în acest capitol vor fi analizate și navele heavy lift nepropulsate – barje semisubmersibile, dat fiind similitudinea lor constructiv ă și funcțională cu docurile plutitoare. Nu fac obiectul acestui capitol platformele de foraj sau alte unit ăți tehnologice legate de industria extrac ției de petrol și gaze. 6.1 Macarale plutitoare Macaralele plut itoare sunt nave destinate manevr ării greutăților mari în zonele acvatice. Se utilizeaz ă în bazine portuare sau în larg. Macaralele pot fi instalate pe nave de sine st ătătoare cu sigura func ție de macara – numite în continuare macarale plutitoare – sau montate pe orice alte tipu ri de nave unde este necesar ă manevra greut ăților. În aceast ă ultimă categorie intr ă o gamă foarte larg ă de nave: cargouri, portcontainere, nave pentru lucr ări offshore, remorchere, dr ăgi, nave de servitute etc. și care nu fac obiect ul prezentului capitol, dar la care se pot extinde principiile expuse. Macaralele plutitoare se identific ă în principal prin sarcina de lucru. Componentele principale ale oric ărei nave dotate cu mijloace de ridicat sunt instalația de ridicare și unitatea plutitoare. Regulile Societ ăților de Clasificare conțin cerințe referitoare atât la instala ția de ridicare propriu -zisă din dotarea unității plutitoare, cât și la cele privind stabilitatea unit ății plutitoare, în diverse condiții de exploatare. NAVE TEHNICE 180 Fig. 6.1 – GSP NEPTUN 1800 t (st. ) și macara autopropulsat ă 250 t (dr .). 6.1.1 Instala ția de ridicare Fac obiectul acestui paragraf numai instala țiile de ridicat montate la bordul navelor, fără a include îns ă lifturile de bord precum și platformele de înc ărcare de la bordul navelor Ro- Ro. Denumit ă mai general mijloc de ridicat (lifting appliance), macaraua este o instala ție de sine st ătătoare compus ă din coloana de susținere, bra țul, mecanismele, ac ționările, sistemele de comand ă, cabina de comandă, contra -greutatea. Fig. 6.2 – Macara offshore LI EBHERR BOS 7500-150 t. NAVE TEHNICE 181 Instalația de ridicare se clasific ă în funcție de: – tipul de construc ție al macaralei – macarale turn, portal, cu bra ț rigid, bra ț articulat, bra ț telescopic, bra ț pliabil, pod rulant etc.; – gradele de libertate ale macaralei – fixe, bascularea bra țului, rotire în plan vertical, rotire în jurul unei axe verticale, combinat; – zona de operare – în ape protejate sau offshore; – natur a greutăților manevrate – la cârlig (marf ă colet) , graifăr (marfa vrac solidă), spreader (containere) ; – modul de ac ționare – electrice, hidraulice, mecanice, electro-hidraulice; – numărul de puncte de ridicare (cârlige) – 1, 2, 3, … Caracteristicile princi pale ale unei unit ăți de ridicare sunt: – sarcina maxim ă, – deschiderea minim ă / maximă, – diagrama de ridicare (curba sarcin ă-deschidere), – înălțimea de ridicare , – viteza de operare – ridicare (hoisting), basculare (luffing), rota ție (slewing), deplasare (traveling), – puterea consumat ă, – masa proprie, – forțele de reac țiune incluzând factorii dinamici – verticală, orizontal ă, torsiune, r ăsturnare (overturning) , – productivitatea (t/h). Pentru buna în țelegere a conceptelor se indic ă mai jos definirea principalelor noțiuni și elemente constructive. Pentru a evita confuzia, pentru termenii principali este indicat ă și denumirea consacrat ă în englez ă. – Sarcina de lucru în siguran ță (SWL–Safe Working Load) a instala ției de ridicare în ansamblu reprezint ă valoarea sarcinii stati ce maxime de lucru în siguranță pentru care instala ția este certificat ă. Se indică în tone sau kN. – Sarcina de lucru în siguran ță (SWL– Safe Working Load) a unui organ demontabil din componen ța unei instala ții de ridicare reprezint ă valoarea sarcinii pentru care organul respectiv a fost proiectat și testat. Valoarea acestei sarcini certificate nu va fi mai mic ă decât SWL -ul instala ției de ridicare din care acest organ face parte. – Sarcina de ridicare (Live load sau Hoist load) – reprezintă suma dintre SWL și greutatea (c a o cotă parte de “dead load”) acelor componente atașate direct la SWL (cârlige, chei etc.). – Dead load – greutatea construc ției portante, precum și a mecanismelor, pasarelelor, sc ărilor, contragreut ăților ș.a. amplasate pe aceasta. – Duty factor – reprezintă un coeficient supraunitar care se aplic ă în calcule la ,,Sarcina de ridicare” și la “Dead load” și care are în vedere frecven ța de utilizare a instala ției de ridicare. NAVE TEHNICE 182 – Coeficien ți dinamici (Dynamic factors) – reprezintă o serie de coeficien ți supraunitari care se aplic ă în calcule la ,,Sarcina de ridicare” și la “Dead load” și care au în vedere viteza de manevr ă a sarcinii precum și a brațului macaralei plutitoare. – Organe nedemontabile – sunt piese fixate permanent pe construc ția instalației de ridicare, ca de exemplu: urechi de sarcin ă, roți de cablu încastrate ș.a., în aceast ă categorie fiind cuprinse piese și subansamble ca: – urechi de sarcin ă, sudate de o construc ție suport, și ale căror dimensiuni de orientare sunt indicate de c ătre Regulile Societ ăților de Clasificare, în funcție de SWL -ul stabilit pentru urechea respectiv ă. Constructiv, urechile de sarcin ă pot fi încastrate în structura de rezisten ță sau sudate pe aceasta. Trebuie re ținut că grosimea tablei pe care se sudeaz ă o ureche de sarcină nu trebuie s ă fie mai mic ă decât 1/3 din grosimea urechii de sarcin ă, dar cel pu țin de minim 5 mm. Ca exemple de astfel de urechi pot fi date cele care servesc la fixarea articula țiilor cilindrilor hidraulici de rabatere a construc ției “A -Frame” sau a bra țului macaralei rotitoare; – roți de cablu încastrate (built -in-sheave) – s unt roți de cablu ale c ăror scuturi laterale sunt încastrate într- o structur ă de rezisten ță. – Organe demontabile (loose gear) sunt piese fixate prin intermed iul unei îmbinări demontabile la construc ția instalației de ridicare, ca de exemplu: blocuri de sarcin ă, cârlige de sarcin ă, chei de tachelaj, întinz ătoare, vârteje, manșoane și coliere de strângere pentru cabluri, lan țuri, rame și traverse de ridicare. În aceast ă categorie sunt cuprinse piese și subansable ca: – blocuri de sarcin ă (Cargo block); Cârlige de sarcin ă, simple (Cargo hook) și duble (Ramshorn hook) – chei de tachelaj, drepte (“D” type shackle) și rotunde (“Bow” shackle); întinzătoare (Rigging screw); vârteje (Swivel) ; – manșoane de cablu (Wire rope socket); rodanțe pentru cabluri (Thimble); coliere de strângere pentru cabluri (Rope grip); – Lanțuri de sarcin ă (Chain sling); cabluri de sarcin ă (Rope sling) ; – rame (Spreader) și traverse de ridicare (Lifting beam) ; – furci simple (Double lug head fitting) și duble (Double yoke piece), ca piese intermediare de cuplare, sau de suspendare a unui bloc de sarcin ă – ocheți (Round eye), ca piesa de suspendare a unui bloc de sarcin ă; – Cabluri de o țel; utilizate în cadrul instala ției de ridicare, trebuie să satisfacă o serie de cerin țe ale Societ ăților de Clasificare, care nu sunt identice , dar conțin elemente comune ca: – sârmele ce compun un cablu trebuie s ă fie zincate sau galvanizate , – rezistența materialului sârmelor va fi între 1370 și 1770 N/mm2, – numărul de toroane va fi de minim 6 iar num ărul de sârme dintr -un toron de minim 19, NAVE TEHNICE 183 – inima cablului poate fi din fibre sau sârm ă de oțel, – coeficientul de siguran ță pentru cablurile din o țel (k); ca o linie general ă se poate rezuma ca, pentru o instalație cu SWL < 10 t, k = 5, iar pentru o instalație cu SWL > 160 t acest coeficient poate fi de 3. Aceste valori se aplică pentru cablurile care sunt mobile odat ă cu sarcina (running rigging). Pentru cablurile care sunt fixe (standing rigging), s e admit valori mai mici pentru k, respectiv 4 în loc de 5 și 2,8 în loc de 3. – Vinciuri: vinciurile utilizate în instala ția de ridicare pot avea ac ționarea electrică sau hidraulic ă. Această acționare trebuie s ă fie reversibil ă (să asigure ambele sensuri de ro tație a tobei de cablu). De asemenea, trebuie s ă se asigure toate sistemele de siguran ță necesare pentru prevenirea avariilor pentru orice situa ție posibil ă: întreruperea aliment ării cu energie, dep ășirea greutății sarcinii de ridicat ș.a. În cazul defect ării sistemului de ac ționare vinciul trebuie s ă permită coborârea în siguran ță a sarcinii manevrate (nu se permite ramânerea sarcinii suspendate). Alte cerin țe generale care trebuie avute în vedere: – n umărul de straturi de cablu pe toba vinciului va fi de regul ă până la 3. În cazul în care din motive func ționale lungimea cablului impune mai mult de 3 straturi pe tob ă, vinciul va trebui prev ăzut cu un dispozitiv de asigurare a înf ășurării corecte a cablului pe tob ă – depănator de cablu (drum spooling device); – numărul de spire de siguran ță pe tobă va fi de minim 3; – la stabilirea trac țiunii necesare în cablul de sarcin ă se va ține cont de faptul că tracțiunea la tob ă a vinciului este dependent ă de numărul de straturi de cablu, adică nu este un element constant pentru aceea și valoare a cuplului de ac ționare. Sarcini de calcul și factori de amplificare în condi ții de func ționare a instala ției de ridicare: Sarcini principale – Sarcina de ridicare (Liv e load sau Hoist load). – Dead load. – Forțele dinamice ve rticale, care apar la ridicarea/coborârea sarcinii de ridicare. Efectul acestor for țe se ia în considerare prin aplicarea unui coeficient supraunitar denumit “Hoisting factor” sau “Hoist load coefficient” – funcție de Societatea de Clasificare, la valoarea sarcinii de ridicare. Valoarea acestui coeficient se determin ă în funcție de viteza de ridicare/ coborâre a sarcinii, pe baza unor rela ții, care difer ă de la o Societate de Clasificare la alta. – Forțele dinamice orizontale datorate rota ției brațului instala ției de ridic are. Dacă datele privind accelera ția de rotire și timpii de frânare nu sunt NAVE TEHNICE 184 diponibile, se va considera o valoare a accelera ției de 0 ,6 m/sec2 la capătul brațului (conform LRS). – De regulă, efectul for ței centrifuge asupra structurii portante se neglijeaz ă. – Forțele dinamice orizontale datorate înclin ării unității plutitoare, respectiv ruliu și tangaj. Dac ă macaraua opereaz ă în ,,ape protejate”, se vor lua în considerare urm ătoarele unghiuri de înclinare, cu men țiunea că ambele valori vor fi luate în consider are simultan: pentru ruliu →5q, pentru tangaj→2q. Dacă macaraua opereaz ă în ,,ape neprotejate”, for țele dinamice orizontale datorate înclinării unității plutitoare se vor calcula pe baza unghiurilor de înclinare stabilite pentru cea mai nefavorabil ă situație în care poate opera macaraua. De regul ă astfel de macarale plutitoare sunt prevăzute cu instala ții speciale de stabilizare dinamic ă a unității plutitoare precum și cu sisteme de stabilizare a sarcinii pe timpul manevrei acesteia. Sarcini adi ționale – Forța produsă de vânt asupra sarcinii de ridicat și a structurii portante; se determină pe baza presiunii de calcul a vântului și a suprafe ței pe care acționează aceasta, iar coeficien ții luați în considerare difer ă de la o Societate de Clasificare la alta. R elația de calcul pentru for ța vântului este: FW = A ˜ p ˜ C, în care: A – este aria suprafe ței sarcinii de ridicat și respectiv a structurii portante, în m2 , p – este presiunea de calcul a vântului, în N/m2, C – este coeficientul aerodinamic al sa rcinii și al structurii portante . Pentru exemplificare, se redau mai jos datele din LRS: – p = 0,613V2, în care V este viteza vântului în m/sec, care, în condiții de operare în ,,ape protejate” , se ia V = 20 m/sec. – FW = 300N ˜ SWL, este for ța vântului asupra sarcinii de ridicat, unde SWL se ia în tone. V a l o r i l e l u i C s e a l e g d i n t r- un tabel, func ție de construc ția efectiv ă a structurii portante. – Sarcina suplimentar ă produsă de ghea ța depusă pe structura portant ă; conform regulil or GL și ANR, în cazul în care nu exist ă alte informa ții, se va considera o grosime a ghe ții depuse de 30 mm, având o greutate specifică de 7 kN/m3. Combinarea sarcinilor pentru calculul instala ției de ridicare Forța care acționează asupra structurii portante, ob ținută prin combinarea celor prezentate mai sus, este: FT = Fd ˜ >(Ld + Li) + Fh ˜ (LL + Lh1) + Lh2 + Lh3 @ + FW în care : NAVE TEHNICE 185 Fd = duty factor (1,05 cf. LRS pentru macarale plutitoare), Ld = dead load, în N, Li = greutatea ghe ții, în N , Fh = hoisting factor, LL = sarcina de ridicare, în N, Lh1 = componenta orizontal ă a sarcinii de ridicare datorat ă ruliului și tangajului, Lh2 = componenta orizontal ă a sarcinii de ridicare datorat ă rotirii instala ției de ridicare, Lh3 = comp onenta orizontal ă a “dead load” datorat ă ruliului și tangajului , FW = forța vântului . Sarcini de calcul și factori de amplificare în conditia de mar ș a unității plutitoare (lifting appliance out of operation, în stowed condition) Structura portantă, supor tul de rezemare/ amarare a structurii portante precum și structura corpului în coresponden ță, trebuie dimensionate / verificate pe baza forțelor care rezult ă din următoarele dou ă combinații de calcul: Accelerația normal ă la punte r1,0 g; Accelerația paralelă cu puntea, spre prova și pupa, r0.5 g; Unghi static de ruliu de 30 °; Viteza vântului egal ă cu 63 m/sec. ac ționând spre prova și pupa . Accelerația normal ă la punte r1.0 g Accelerația paralelă cu puntea, pe di ;recție transversal ă, r0,5 g; Unghi static de ruliu de 30°; Viteza vântului egal ă cu 63 m/sec. ac ționând pe direc ție transversal . Materiale Calitatea (gradului) materialului pentru reperele executate din tabla naval ă trebuie să se facă și în funcție de grosimea pieselor respective. De exemplu, conform LRS, rela ția dintre grosimea și calitatea o țelului trebuie s ă fie: Grosimea, în mm t ≤ 20.5 20.5 ≤ t ≤ 25.5 25.5 ≤ t ≤ 40 40 < t Gradul A/AH B/AH D/DH E/EH Odată cu,,ridicarea în grad” valoarea energiei de impact la temperaturi negative este mai bună. Temperatura de exploatare: temperatura este un factor important p e n t r u alegerea corect ă a materialelor din care se execut ă componentele instala ției de ridicare. Trebuie re ținut aspectul esen țial, și anume c ă Regulile Societ ăților de Clasificare stabilesc valori minimale obligatorii ale energiei de rupere la NAVE TEHNICE 186 impact, func ție de rezisten ța mecanic ă a oțelului ales, de grosimea piesei și de temperatura (negativ ă) de exploatare a instala ției. De asemenea, trebuie avut în vedere faptul c ă temperatura minim ă de exploatare a instala ției de ridicare este o informa ție care trebuie prezentat ă clar în documenta ția pe care o avizeaz ă Societatea de Clasificare. Dac ă temperatura minim ă de exploatare nu rezult ă explicit din datele care sunt ini țial la dispozi ție, se poate adopta de proiectant o valoare a acesteia, care, conform ANR este de -25°, iar conform GL de -10°. 6.1.2 Unitatea plutitoare Unitățile plutitoare sunt elementul de suport al instala ției de ridicat. Exist ă o mare varietate de solu ții constructive pentru unit ățile plutitoare ca geometrie, echipare și mod de lucru. Din punct de vedere al geometriei, cel mai frecvent aceste unit ăți plutitoare sunt de tip ponton. În cazuri speciale unitatea plutitoare este în fapt un corp de nav ă. Unitatea plutitoare poate fi monocorp sau multicorp – catamaran sau cu 4 flotori. Fig. 6.3 – Macara plutitoare multifunc țională, 35t x 32m (transloader, nava baza, FiFi). Din punct de vedere al echip ării, unitățile plutitoare pot fi dotate sau nu , cu: - unități energetice - energie proprie sau alimentare de la mal sau de la alte nave, - sisteme de propulsie - aut opropulsate sau nepropulsate, - spații de cazare pentru echipaj și/sau pentru personal specializat , - spații de depozitare sub punte (magazii) sau pe punte , - tancuri de bunkeraj și/sau de colectare , NAVE TEHNICE 187 - spații tehnologice pentru între ținere și lucrări mecanice , - echipamente specializate – Fi-Fi, cercetare submarin ă, lansare de conducte sau cabluri, sisteme anti-heeling etc. Din punct de vedere al modului de lucru, macaralele plutitoare pot fi clasificate după: - natura mărfii manipulate – bulk, containere, colete sau combinat, - natura opera ției – ridicare- coborâre, înc ărcare -descărcare, transfer , - natura flotabilit ății – plutitoare sau semi-submersibile. În ceea ce prive ște proiectare unei macarale plutitoare, aspectele specifice sunt: - rezistența structural ă, - bilanțul energetic , - propulsia, - stabilitatea. Proiectarea structural ă trebuie să confere structurii navei suficient ă rezistență la acțiunea forțelor rezultate din: - solicită rile induse de instala ția de ridicat – forțe verticale și orizontale, momente în jurul axei verticale (torsiune) și a axei orizontale (r ăsturnare) , - foțele de iner ție induse de mi șcarea brațului macaralei , - forțele de iner ție induse de mi șcarea navei , - solicitările hidrostatice , - solicitările suplimentare – vânt, gheață, încărcătura pe punte , - eșuare. Analiza structural ă se face de regul ă prin modelarea cu element finit a unei aproxima ții inițiale a structurii, rafinarea și optimizarea structurii și verificarea îndeplinirii cerin țelor impuse de Regulile Societ ății de Clasificare din punct de vedere al dimension ării și verificării la oboseal ă considerând solicitarea ciclic ă pe o perioad ă de viață de 20 ani. Bilanțul energetic al macaralei plutitoare trebuie s ă țină cont de urm ătoarele categorii de consumatori: - instal ația de ridicat , - instalația de propulsie/pozi ționare dinamic ă, - sistemul antiheeling, - Fi-Fi, - sistemele navei. Soluția cea mai frecvent practicat ă este instalarea unei centrale electri ce având ca sursă de energie 3– 5 diesel-generatoare astfel dimensionate î ncât menținând un generator în stand- by să se poată acoperi oricare din urm ătoarele combina ții de consumatori: - sistemele navei + propulsia 100%, NAVE TEHNICE 188 - sistemele navei + antiheeling + instala ția de ridicat + propulsia 30 -50%, - sistemele navei + Fi-Fi + propulsia 60-80%. Această soluție cu sursa de putere centralizat ă presupune c ă toți consumatorii au acționare electric ă sau electro -hidraulică. Propulsia macaralei plutitoare (în cazul în care aceasta este autopropulsat ă) trebuie să îndeplineasc ă următoarele condi ții: - să asigure o vitez ă de deplasare a macaralei f ără sarcină impusă prin caietul de sarcini; în mod uzual aceast ă viteză de deplasare este în jurul valorii de 7 noduri, - să asigure men ținerea la punct fix a macaralei sub sarcin ă împotriva efectului advers al vântului (20 m/s) și al curentului (2 -3 nd), - să asigure un înalt grad de control al pozi ției macaralei Pentru satisfacerea cerin țelor de mai sus, solu ția cea mai frecvent practicat ă este utilizarea propulsoarelor omnidirec ționale (azimutale sau Voith-Schneider). Amplasarea a 3 –4 unități de propulsie omnidirec ționale asigur ă o serie de beneficii în operarea macaralei și anume: - utilizarea sistemului de propulsie și ca sistem de pozi ționare dinamic ă, - posibilitatea transla ției navei în orice direc ție fără a avea componente de rotație; acest lucru este important la pozi ționarea precis ă a sarcinii , - instalarea unor unit ăți de propulsie de mai mici dimensiuni prin distribuția puterii pe 3 -4 unități; implicit aceasta asigur ă posibilitatea reducerii pescaju lui și o mai bun ă protecție a propulsoarelor . Sistemul antiheeling - acesta are rolul de a reduce înclin ările – în special cele transversale – produse de mi șcarea macaralei și de sarcina din macara. Dup ă cum s- a arătat la instala țiile de ridicat, acestea au limit ări funcționale în ceea ce privește unghiurile de înclinare a navei. Dacă se depășesc anumite unghiuri – de obicei 5 q în planul bra țului macaralei și 2q pe direcție perpendicular ă - instalația de ridicat nu mai poate lucra. Pentru a limita unghi urile de înclinarea a unit ății plutitoare sub sarcina din macara și a sarcinilor adi ționale se utilizeaza trei solu ții: - dimensionarea corespunz ătoare a unit ății plutitoare din punct de vedere a stabilității inițiale astfel încât în ălțimea metacentric ă să fie suficient de mare ca nava s ă nu se încline peste unghiurile limit ă – este cazul navelor a căror macarale sunt mici relativ la dimensiunea navei ; - utilizarea de balast cu sistemul obi șnuit de balastare a navei, balastarea făcându -se progresiv pe m ăsura ridic ării sarcinii. Este frecvent utilizat dar are dezavantajul de a fi foarte lent în operare; - instalarea unui sistem de compensare a momentelor de înclinare astfel încât să se genereze un moment de înclinare opus celui produs de macara, iar momentul rezu ltant să producă o înclinare mai mic ă decât cea admisibil ă; NAVE TEHNICE 189 acest sistem de compensare se realizeaz ă de obicei prin transfer de balast și/sau prin mutarea unor mase solide , rezultând asfel sistemul ant i-heeling. Sistemul antiheeling – în acest caz cu utilizarea balastului lichid – este compus din (Fig. 6.4): - tancurile de antiheelinig – în fapt tancuri de balast amplasate în borduri pentru compensarea înclin ărilor transversale și spre extremit ăți pentru compensarea înclin ărilor longitudinale. Tancurile pereche au de regul ă același volum și sunt simetrice fa ță de PD sau L/2. Aceste tancuri sunt permanent umplute în procent de 50%. Dimensionarea lor se face astfel încât la transferul balastului circa 80% într- un bord și 20% în bordul opus să se realizeze moment ul de înclinare dorit. Grad mai mare de umplere/golire nu este recomandat deoarece, pe de o parte, la s upra- umplere exist ă riscul pierderii de balast prin tubulatura de aerisire , iar pe de altă parte la golire excesiv ă există riscul dezamors ării pompelor de transfer; - pompele de transfer sunt de regul ă pompe axiale care au debit mare și presiune mic ă. Debitul necesar al acestor pompe se determin ă în relație cu viteza de mi șcare a macaralei astfel , pe cât posibil s ă se asigure transferul balastului dintr- un bord în cel ălalt în acela și timp (sau comparabil) cu timpul necesar rotirii macaralei din bord în bord. Cu titlu de exemplu, aceste pompe pot ajunge la debite de ordinul 2000-20000 m 3/s. În plus, construcția pompei permite ca prin reglarea vitezei de rota ție a pompei s ă se realizeze și menținerea diferen ței de nivel a balastului din bordurile opuse (valvulele utilizate în sistemul antiheeling se folosesc numai când sistemul nu funcționează, pentru izolarea tancurilor); - tubulatura de transfer; pe lânga dimensionarea corespunz ătoare a tubulaturii în relație cu debitul, trebuie avut în vedere amplasarea acestor tubulaturi la conectarea cu tancurile. Debitele foarte mari pot produce ,, denivelarea” lichidului din tancuri astfel încât în zona tubulaturii s ă obțină la un moment dat un nivel de lichid total diferit de cel din restul tancului , producând fie absorbția de aer , fie evacuarea pe aerisiri înainte de a se atinge nivelul mediu dorit de lichid în tanc. Pentru atenuarea acestui efect, tubulatura de transfer se ,, înțeapă” în puncte multiple în tanc, iar configura ția interioar ă a structurii tancului în zona respectiv ă este astfel conceput ă încât să favorizeze disiparea rapid ă a apei ; - sistemul de comand ă are rolul de a asigura corelarea dintre momentul de înclinare necesar și cel efectiv realizat. Pentru aceasta se instaleaz ă senzori care percep mi șcarea macaralei (unghi de rota ție, deschidere bra ț), sarcina din macara, unghiurile de înclinare ale navei, nivelul de ap ă din tancurile de antiheeling. Informa ția de la ace ști senzori este transmis ă unei unit ăți de calcul care calculeaz ă momentul necesar pentru compensarea înclin ării și comandă pompele de transfer. În cazul unor blocaje sau imposibilitatea NAVE TEHNICE 190 realizării momentului necesar, sistemul de comand ă oprește instala ția de ridicat. Fig. 6.4 – Sistem anti- heeling pe o nav ă de tip crane -barge. De reținut că nu orice moment extern de înclinare produs de macara poate fi compensat prin sistemul antiheeling. Indiferent de capabilit ățile acestui sistem, stabilitatea ini țială a unității plutitoare trebuie s ă fie suficient ă ca în cazul nefuncționării sistemului antiheeling sau a func ționării defectuoase, unghiurile de înclinare rezultat e să nu pună în pericol stabilitatea navei, chiar dac ă instalația de ridicat nu mai poate func ționa. Stabilitatea macaralelor plutitoare Stabilitatea macaralelor plutitoare se va analiza din trei punc te de vedere: - stabilitatea opera țională, - cerințe generale, - cerințe specifice . Stabilitatea opera țională presupune analiza înclin ărilor statice ale navei sub acțiunea momentului de înclinare produs de macara, de sarcina din macara și de vânt. Aceste înclin ări trebuie s ă se încadreze în limitele de func ționare impuse de constructorul macaralei. În cazul în care nava este prev ăzută cu sistem antiheeling, efectul acestuia se va lua în considerare. Calculele se realizeaz ă pe baza teoriei stabilit ății inițiale (la unghiuri mici de înclinare) cu considerarea tuturor efectelor adverse asupra în ălțimii metacentrice – efectul suprafe țelor libere și al maselor suspendate. Cerințele generale de stabilitate sunt cele prev ăzute în rezolu ția IMO A749(18) și se referă la criteriile de stabilitate ce trebuiesc îndeplinite în func ție de forma unității plutitoare – nava obișnuită sau nava tip ponton – după caz. Cerințele specifice de stabilitate sunt aplicabile numai macaralelor plutitoare dacă (cf. GL) bra țul de înclinare produs de sarcina P·d/ ' > 0,1 m și se referă la (conform BV): NAVE TEHNICE 191 a) cerințe de stab ilitate la ridicarea sarcinii (Fig. 6.5); în acest caz: – unghiul de echilibru static (sub sarcin ă și balast de compensare) Tc d 15q, – brațul de stabilitate la Tc, GZ c d 0.6 GZ max, – rezerva dinamic ă de stabilitate A 1 t 0.4 A tot, – bordul liber rezidual la înclinare este mai mare de 0.30 m, unde A tot este aria total ă de sub curba GZ, iar A 1 este calculat ă până la minimul dintre TF (unghiul de inundare) și TR (unghiul de r ăsturnare). Brațul momentului de înclinare este calculat ca : b = (P . d – Z . z)/’ unde Z este cantitatea de balast utilizat ă pentru compensare, iar z este ordonata centrului de greutate al balastului. Fig. 6.5 – Stabilitatea macaralei plutitoare la ridicarea sarcinii. b) cerințe de stabilitate la pierderea accidental ă a sarcinii (Fig. 6.6); aceste cerințe sunt obligatorii atunci când se utilizeaz ă sisteme de compensare a momentului de înclinare (balast sau sistem antiheeling). Scenar iul considerat presupune c ă pe parcursul ridic ării sarcinii, aceasta este pierdut ă din macara. În acest caz: – A2/A1 t 1 – T2 – T3 t 20q unde: – A1 : aria între curba GZ și curba bra țului de înclinare de la T1 la TC, – A2 : aria între curba GZ și curba bra țului de înclinare de la TC până la T2 (minimul dintre unghiul de inundare TF și unghiul de răsturnare TR), – T3 : unghiul de echilibru dinamic dup ă pierderea sacinii, la care A1 = A 3, dar nu mai mare de 30 q. NAVE TEHNICE 192 Fig. 6.6 – Stabilitatea macaralei plutitoare la pierderea din cârlig a sarcinii. Criteriile a) și b) se vor verifica în 4 pozi ții extreme ale sarcinii, la deschidere maxim ă și minimă, în fiecare bord. DNV, GL, ABS folosesc criterii diferite, dar bazate pe acela și concept. 6.2 Docuri plutitoare Docurile plutitoare sunt platforme tehnologice nepropulsate des tinate lansării și ridicării din imersiune a navelor. Sunt echipamente aproape nelipsite din șantierele de repara ții nave. Cu ajutorul lor na vele sunt scoase din ap ă în vederea repara țiilor și lansate la ap ă la finalizarea lucr ărilor. Fig. 6.7 – Nava în doc – ridicată (st.) și în plutire (dr .) Din punct de vedere constructiv docul plutitor este o construc ție în form ă de U, formată dintr -un ponton prev ăzut cu dou ă turnuri laterale, turnurile extinse pe toată lungimea pontonului. Construc ția poate fi realizat ă din oțel sau din beton armat. Din punct de vedere func țional, docul este o platform ă plutitoare semi – submersibil ă. Prin inundarea controlat ă a tancurilor de balast prev ăzute în interiorul pontonului și al turnurilor, docul coboar ă în imersiune astfel încât NAVE TEHNICE 193 plafonul pontonului ajunge la un pescaj suficient care s ă permită accesul navei între turnurile docului. Dup ă aceasta, balastul este desc ărcat și docul se ridic ă împreună cu nava. Pentru lansarea navei se procedeaz ă în ordine invers ă. Caracteristica ce define ște un doc este capacitatea de ridicare , și anume deplasamentul maxim al navei ce poate fi ridicat ă cu docul. Ex: doc 800 t. Din punct de vedere al amenaj ării și dotării, caracte ristic unui doc plutitor sunt (Fig. 6.8): – tancurile de balast al c ăror volum este suficient pentru imersarea docului la pescajul maxim de imersiune, – compartiment pompe aflat în pontonul docului, – spații tehnologice – compartiment ma șini, spații pentru echipaj, ate liere etc., – camera de comand ă a docului , – culoare și tunele de circula ție, – scări și platforme interioare și exterioare , – macarale ce se pot deplasa pe turnurile docului, – blocurile de andocare (numite și tacheți sau blocuri de chil ă); sunt suporții pe care se a șează nava la andocare , – sistem de amarare a navei andocate, – sistem de men ținere a docului ,,la punct fix” cu ancore, vinciuri de amarare sau piloni. Fig. 6.8 – Plan general doc plutitor Pe lângă dotările de mai sus, docurile plutitoare sunt echipate cu sisteme de control al pescajului, înclin ărilor transversale și longitudinale, nivelului de ap ă în tancurile de balast, debitele de umplere/golire ale tancuril or de balast, sistem de măsurare al deformatei longitudinale și transversale și uneori sistem de măsurare a tensiunilor în punctele critice ale structurii docului.Pentru facilitarea și siguranța operațiunilor de andocare, docurile moderne sunt prevazute cu NAVE TEHNICE 194 calculator de bord. Acesta permite calculul de andocare, simula rea diferitelor scenarii și controlul opera ției de andocare prin integrarea sistemelor de m ăsură și control. Dimensionarea docuril or plutitoare (Fig. 6.9) a) Datele ini țiale: uzual, pentru proiectarea unui doc plutitor sunt impuse următoarele valori: – capacitatea de ridicare Q, – dimensiunile utile ale platformei docului (puntea de lucru), re spectiv LP x B P, – pescajul maxim al navei ce urmeaz ă a fi andocate T N. b) Elemente ini țiale: din considerente de exploatare se st abilesc: – înălțimea blocurilor de andocare (hB); aceasta este cel mai frecvent cuprinsă între 1 ,2 și 1,5 m, – bordul liber al platformei docului (FP); în func ție de dimensiunile docului, loca ția de amplasare, în ălțimea valurilor din zon ă, regulile locale, a ceastă valoare este între 0 ,3 și 1 m , – bordul liber al turnurilor docului la imersiune maxim ă (FT); de regul ă această valoare se stabile ște pe baza rezervei de flotabilitate, respectiv volumul etan ș emers al docului aflat la pescajul maxim T3; aceast ă rezer vă de flotabilitate trebuie s ă reprezinte (4.5-6%) din volumul etanș total al docului; oricum, bordul liber FT > 1 ,0 m. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35PUMP ROOM PS PUMP ROOM SB PIPE TUNNELT1T2T3 TOP OF BLOCKS PUMP ROOM PShBFPFTBP BT DT DP LP Fig. 6.9 – Schema de tancuri și elemente dimensionale doc plutitor . c) Variabilele: pentru stabilirea dimensiunilor se vor determina: – înălțimea pontonului DP , NAVE TEHNICE 195 – înălțimea turnurilor DT, – lățimea turnurilor BT. Din calcule vor rezulta și pescajele T 1, T2 și T3. d) Ecuațiile: variabilele vor fi determinate din cerin ța de îndeplinire a următoarelor condi ții: – Capacitatea docului : Q = ‘2 – ‘1 unde: ‘2 = deplasamentul docului la maxim ă încărcare (nava andocat ă, dar fară balast), corespunz ător pescajului T 2 ‘2 = U LP (B P + 2 B T) T2 ‘1 = deplasamentul docului în situa ție de lucru, f ără balast, fără navă, dar cu tot echipamentul necesar la bord, corespunz ător pescajului T 1 ‘1 = U LP (B P + 2 B T) T1 unde: ‘1 = se determin ă în cadrul proiectului prin calculul de mase . Pentru startarea procesului iterativ, se poate considera ca aproxima ție inițială: ‘1 = c V unde: c = coeficient de mas ă = 0,15-0,18 t/m3 la construc ția din oțel și 0,3-0,4 t/m3 la docurile de beton V = volumul total al docului – Rezerva de flotabilitate: 2 F T LP > x% [L P DP (B P+2B T) + 2 L P BT DT] unde: x% = rezerva de flotabilitate impus ă de regula 6/100 . – Relații geometrice:  înălțimea turnurilor D T = T N + h B + F T  pescajul maxim de imersare (D T + D P) = T 3 + F T  pescajul opera țional T 2 = D P – FP Stabilitatea docurilor plutitoare Caracteristica special ă a analizei stabilității docurilor plutitoare este dat ă de doi factori: forma particular ă ponton U și respectiv prezen ța navei pe doc ca un al doilea plutitor. Forma în U a docului conduce la o disconti nuitate a curbelor Aw(T), KM(T) și BM(T) la nivelul platformei d ocului, respectiv la pescajul D P (Fig 6.10). Aceasta discontinuitate este dat ă de modificarea brusc ă a momentului de iner ție al suprafe ței de plutire care influen țează direct raza metacentric ă BM = Ix/V. Mai concret, la varia ții infinit mici ale pescajulu i T în NAVE TEHNICE 196 jurul valorii D P, volumul V, cota centrului de caren ă KB și cota centrului de greutate KG se pot considera constante, în schimb momentul de iner ție al suprafeței de plutire este dat de întreaga suprafa ță de plutire a pontonului sub nivelul D P și respectiv doar de suprafa ța de plutire a turnurilor deasupra nivelului D P. Fig. 6.10 – Curbele de carene la un doc plutitor. Cele de mai sus conduc la o sc ădere brusc ă a cotei metacentrului KM = KB+BM și a înălțimii metacentrice GM = KM – KG în momentul când, pe timpul imers ării, pescajul cre ște peste nivelul platformei docului. Cel de al doilea aspect, prezen ța navei pe doc, induce o nou ă discontinuitate în evoluția caracteristicilor de deplasament stabilitate în momentul când pescajul de imersare este c orespunzător nivelului superior al blocurilor de andocare la care se afl ă fundul navei, respectiv pescajul T = D P +h B (Fig. 6.11). În consecin ță stabilitatea docurilor plutitoare pe timpul imers ării/emersării trebuie analizat ă pe trei zone distincte de varia ție a pescajului : – Zona de la pescajul docului liber T 1 la pescajul pontonului docului D P; – Zona de la pescajul pontonului docului D P la nivelul blocurilor de andocare (D P + h B); NAVE TEHNICE 197 – Zona de la nivelul blocurilor de andocare (D P + h B) la pescajul maxim T3. Fig. 6.11 – Curbele deplasament-pescaj la un doc plutitor (cf. BV). Din punct de vedere al Regulilor Societ ăților de Clasificare, cerin țele de stabilitate sunt: Cazurile de înc ărcare în care se analizeaz ă stabilitatea: a) docul la pescajul de lucru cu cea mai defavorabil ă navă andocată b) docul cu pontonul imersat la nivelul blocurilor de andocare și cea mai defavorabil ă navă pe blocuri, astfel încât aria de plutire s ă fie dată doar de turnuri ; c) docul la pescajul maxim de imersiune- Cerințele stabilit ății suficiente sunt date de îndeplinirea urm ătoarelor criterii în cazurile de înc ărcare de mai sus: – înălțimea metacentric ă corectată cu efectul suprafe țelor libere va fi mai mare de 1,0 m ; – în cazul de înc ărcare a), înclinarea dat ă de vânt s ă nu produc ă imersarea platformei docului. NAVE TEHNICE 198 Se calculeaz ă și curbe limit ă de stabilitate, KG admisibil în func ție de masa ambarcată. Rezistența structural ă a docurilor plutitoare Rezistența structurii docurilor plutitoare se analizeaz ă sub efectul a trei categorii de for țe: greutatea structurii docului și a balastului, presiunea apei și greutatea navei (navelor) andocate. Sub efectul acestor for țe, se va analiza rezistența locală, rezistența transversal ă și longitudinal ă. Rezistența locală se analizeaz ă în special în dreptul blocurilor de andocare rezultând for țele maxime admisibile pe fiecare bloc de andocare. Valorile acestor for țe împreun ă cu pozițiile blocurilor de andocare sunt înscrise în planul de amplasare al blocurilor de andocare. Calculul rezisten ței transversale, specific navelor cu l ățime mare, este obligatoriu pentru docurile plutitoare datorit ă particularit ăților secțiunii transversale: l ățimea mare în raport cu în ălțimea pontonului, sec țiunea cea mai slabă aflată în zona planului diametral (la mijlocul deschide rii), greutatea mare la capete produs ă de turnuri și de balastul din acestea și nu în ultimul rând greutatea navei (navelor) andocate. Împreun ă cu presiunea apei, aceste sarcini conduc la for țe tăietoare și momente încovoietoare semnificative care trebuie luate în considerare la dimens ionarea structurii (Fig. 6.12). Fig. 6.12 – Distribuția transversal ă de forțe tăietoare și momente încovoietoare la andocarea în dana tripl ă. NAVE TEHNICE 199 Rezistența longitudinal ă se analizeaz ă prin construc ția diagramelor de for țe tăietoare și momente încovoietoare în sens longitudinal sub efectul distribu ției de greutăți ale docului, balastului și navei andocate. Pentru nava andocat ă, distribuția de greut ăți a acesteia este convertit ă în reacțiunile din blocurile de andocare. Un aspect particular al reac țiunii din blocurile de andocare este c ă acestea sunt variabile pe parcursul andoc ării atât datorit ă variației flotabilit ătii navei andocate cu modificarea pescajului cât și datorită rotirii pe c ălcâi a navei în faza incipient ă a andoc ării când are loc modificarea de asiet ă a navei andocate. Valorile efective ale for țelor tăietoare și momentelor încovoietoare se compară cu valorile admisibile. La docurile lungi se efectueaz ă și calculul deformațiilor docului. Aceste deforma ții trebuie s ă fie suficient de mici pentru a nu modifica semnificativ reac țiunile în blocurile de andocare. Desprinderea În cele mai multe cazuri, navele ce urmeaz ă a fi andocate nu sunt pe asieta dreaptă. Înclinarea longitudinal ă a navei aflat ă în plutire liber ă va trebui anulat ă pe parcursul ridic ării, când nava andocat ă va ajunge pe asieta dreapt ă. Această rotire se produce în faza incipient ă a andocării (sau în faza final ă a lansării) și începe când nava atinge blocul de andocare extrem (de regul ă pupa) și se înche ie când nava se a șează pe toate blocurile de andocare. Momentul critic al acestei faze – așa numita desprindere – are loc atunci când nava este practic pe asieta dreapt ă, dar se sprijin ă numai pe blocul de andocare extrem. La desprindere, for ța de reac țiune în blocul extrem este maxim ă și egală cu diferența dintre greutatea navei andocate și deplasamentul navei la pescajul de desprindere. Calculul pescajului de desprindere și al forței maxime de reac țiune în acest moment se face conform metodologiei prezentate mai jos (secven ța considerat ă fiind la lansare). În timpul fazei tranzitorii, nava s ă se afle sub ac țiunea a trei for țe: – greutatea navei W, acționând în G (X G, ZG). Greutatea navei W = g ‘0, unde ‘0 este deplasamentul navei în situa ția de lansare, incluzând nava, bala stul, echipamentele tehnologice etc., iar G fiind centrul de greutate al navei în situația de lansare; – împingerea hidrostatic ă g” acționând în B (X B,ZB), aceasta fiind în func ție de nivelul relativ dintre nav ă și apă; – reacțiunea P din blocul de andocare din extremitatea pupa, ac ționând în (X P, ZP). Cota Z P este 0, sprijinul fiind pe chil ă. Până în momentul desprinderii, greutatea navei este distribuit ă pe toate blocurile de andocare. La începutul desprinderii, nava având pr actic asieta zero, rămâne sprijinit ă numai pe un singur bloc de andocare, de obicei cel din NAVE TEHNICE 200 extremitatea pupa. Începutul desprinderii se produce la un pesc aj T 1 și în acest moment for ța P = g(‘0-”) este maxim ă, ea scăzând pe m ăsură ce nivelul apei crește. Fig. 6.13 – Schema de calcul pentru determinarea for ței de reac țiune în momentul desprinderii. Determinarea pescajului T 1 la care începe desprinderea se face din ecua ția neliniară a momentelor în raport cu punctul de sprijin: W(X G-XP) = g”(XB-XP) sau ‘(XG-XP) = ”(XB-XP) unde valorile ” și X B sunt funcție de pescajul T 1. Fie h nivelul apei în raport cu platforma și fie h B cota chilei în raport cu platforma (în ălțimea blocurilor de andocare). Desprinderea va avea loc la un nivel al apei în raport cu platforma: h1 = hB + T1 Fie T 0 pescajul mediu și t asieta navei în plutire liber ă. Pescajul maxim al navei în plutire liber ă în dreptul ultimului bloc de andocare este: Tmax = T0 + (XP-XF) t / Lpp, unde asieta t = T pv- Tpp este diferen ța pescajelor pe perpendiculare. Nivelul minim necesar al apei în raport cu platforma pentru a a sigura intrarea navei în plutire liber ă este: hnec = Tmax + hB. Trebuie verificat dac ă docul se poate imersa la acest nivel, respectiv: hnec < (T3 – DP - hB). Din punctul de vedere al nave i forța maximă de reacțiune P din momentul desprinderii produce solicitarea structurii navei și modificarea stabilit ății, așa cum a fost analizat la Teoria Navei. Din punctul de vedere al docului for ța maximă de reacțiune P din momentul desprinderii produc e solicitarea structurii docului și discontinuitatea în procesul de balastare a docului. Pentru analiza acestor efecte, trebuie avut în vedere c ă xz XPT1XG G XBBW P g 'h hB ' NAVE TEHNICE 201 această forță de reacțiune crește progresiv din momentul când nava atinge blocul de andocare pân ă când asieta devine zero și nava se a șează pe toate blocurile. După determinarea for ței P, cu valoarea maxim ă a aceasteia se vor verifica: - rezistența locală a navei în punctul de sprijin pe blocul de andocare , - rezistența blocului de andocare , - rezistența platformei sub blocul de andocare, - rezistența la strivire a suprafe țelor de contact . În cazul când oricare din aceste verific ări nu sunt îndeplinite , se va recalcula situația de lansare în sensul balast ării navei pentru reducerea asietei în plutire liberă. O altă problemă care poate s ă apară în faza de desprindere este alunecarea sau rotirea navei pe blocul de andocare. Aceste efecte pot s ă apară datorită vântului, curenților sau tensiunilor asimetrice din sistemele de fixare /legare a navei. Mișcarea navei pe blocul de andocare trebuie evitat ă; ea poate produce distrugerea suprafe ței de contact, r ăsturnarea blocului de andocare sau deplasarea punctului de contact în zone mai slabe ale navei. Operațiunea de andocare Pentru efectuarea opera țiunii de andocare se au în vedere urm ătoarele: - verificarea compatibilit ății între doc și navă, - calculul de andocare, - pregătirea navei în vederea andoc ării, - pregătirea docului în vederea andoc ării, - andocarea propriu- zisă. Compatibilitatea doc-nav ă a) Dimensiunile navei: - lungimea pontonului docului condi ționează lungimea maxim ă a navei andocate; lungimea navei poate fi cu pân ă la 20% mai mare ca lungimea docului; - lățimea între turnuri condi ționează lățimea navei ce poate fi andocat ă; lățimea navei va fi cu cel putin 1 m mai mic ă decât lățimea liber ă între turnuri; - pescajul de imersiune; distan ța de la pescajul de maxim ă imersiune al docului pân ă la fața superioar ă a blocurilor de andocare condi ționeaza pescajul navei ce poate fi andocat ă. b) Capacitatea de ridicare: Fie 'N deplasamentu l navei în condi ții de andocare și fie Q capacitatea de ridicare a docului. Trebuie î ndeplinită condiția 'N < Q. NAVE TEHNICE 202 Calculul de andocare Acest calcul presupune: - identificarea datelor navei – deplasament, pescaje, asieta, distribu ție de mase; - stabilirea poziției navei pe doc și a poziției blocurilor de andocare; pentru aceasta planul de andocare al navei va fi comparat și pus de acord cu planul de amplasare a blocurilor de andocare ale docul ui ; - calculul reac țiunilor în blocurile de andocare atât în faza tranzitorie (pâna la anularea asietei) cât și în stadiul final cu nava complet emersată; - verificarea sarcinilor din blocurile de andocare și compararea acestora cu valorile admisibile atât pentru nav ă cât și pentru doc ; - calculul de pescaj, asiet ă și stabilitate ale docului plutitor și verificarea cerințelor; - calculul for țelor tăietoare și momentelor încovoietoare longitudinale și transversale ce apar în structura docului și compararea cu valorile admisibile; - calculul de stabilitate a navei andocate și verificarea criteriilor de stabilitate; - simularea prin calcul a secven ței de balastare/debalastare a docului și verificarea faptului c ă balastarea este posibil ă în orice etap ă cu respectarea cerin țelor de rezisten ță și stabilitate ; În cazul în care orica re din verific ările de mai sus nu este îndeplinit ă, se reface calculul prin modificarea urm ătorilor parametri , pâna la îndeplinirea tuturor criteriilor: - modificarea pozi ției navei în raport cu docul prin reamplasarea navei - modificarea aranjamentului blocurilor de andocare, - starea navei prin modificarea situa ției de mase care vor influen ța pescajul și asieta; aceast ă modificare se face fie prin desc ărcarea de încărcătură și rezerve fie prin balastarea navei . Pregătirea navei Pregătirea navei în vederea lan sării/andocării constă în: - asigurarea distribu ției de mase (înc ărcătură, rezerve, balast) conform calculelor de andocare, - marcarea reperelor de andocare, - verificarea etan șeității învelișului, compartimentelor și a dopurilor de fund, - închiderea u șilor etanșe și a tubulaturilor prin care poate avea loc inundarea progresiv ă în caz de avarie . NAVE TEHNICE 203 Pregătirea docului Pregătirea docului în vederea andoc ării constă în: - verificarea func ționării sistemelor de balast și control al pescajelor, înclinărilor și deforma țiilor, - verificarea etan șeității turnurilor , - aducerea elementelor macaralelor pe pozi ția de repaos și asigurarea lor, - amplasarea blocurilor de chil ă conform planului de andocare (amplasare orizontal ă și înălțimi), verificarea st ării acestora în special a stratului de protec ție din lemn , - marcarea reperelor de andocare. Andocarea Pentru andocarea propriu- zisă se parcurg urm ătoarele faze: - balastarea docului pân ă se atinge pescajul necesar pentru andocare - aducerea navei pe pozi ția de andocare prin alin ierea reperelor de andocare marcate pe nav ă și pe doc , asigurându-se astfel poziționarea dorit ă a navei în raport cu docul , - amararea navei de doc, - debalastarea docului conform secven ței de debalastare pân ă la emersarea platformei docului. 6.3 Barje semisubmersibile Barjele (pontoane) semisubmersibile sunt nave destinate transpo rtului pe punte a unit ăților plutitoare – nave, submarine, picioare de platforme de foraj, turnuri de mori de vânt, etc. Fig. 6.14 – Barje semisubmersibile. NAVE TEHNICE 204 Încărcarea -descărcarea acestor unit ăți plutitoare pe barj ă se face prin imersarea barjei și transferul în plutire a unit ății plutitoare deasupra barjei. Din punct de vedere constructiv și funcțional sunt destul de apropiate de docurile plutitoare cu dou ă deosebiri prin cipale: - sunt destinate transportului de m ărfuri și navigației, fie autopropulsate fie prin remorcare, - structura și amplasarea elementelor de flotabilitate (turnurile) este diferită în sensul de a crea cât mai mult spa țiu pe punte pentru încărcarea mărfurilor agabaritice. MAX. IMMERSIONNAME HOMEPORT Fig. 6.15 – Plan general barja semisubmersibil ă. Funcționarea este similar ă, respectiv puntea (platforma) barjei este imersat ă prin balastarea tancurilor din corp și turnuri, iar dup ă aducerea unit ății plutitoare de înc ărcat deasupra barjei tancurile de balast se golesc iar barja se ridică împreună cu încărcătura. Din punct de vedere al amplas ării turnurilor nu se practic ă sistemul de turnuri de la docuri (extinse pe toat ă lungimea navei). Există câteva modalit ăți de amplasare: - amplasarea a 4 turnuri aproximativ egale în col țurile barjei (F ig. 6.14 st., Fig. 6.15), - amplasarea a trei turnuri, dou ă egale în pupa și unul m ărit în prova (Fig. 6.14 dr.), - amplasarea unuia sau a dou ă turnuri la o singur ă extremitate. NAVE TEHNICE 205 Rolul turnurilor: - de a crea spa țiu pentru echipaj, echipamente și camere de comand ă, - de a asigura rezerva de flotabilitate pe timpul imers ării necesar ă în calculul de stabilitate, - de a aduce gurile de aerisire pentru tancuri și încăperi de asupra linei de supraimersiune. Calculul de amplasare și ridicare a înc ărcăturii precum și sistemele de balastare și control al oper ării este asem ănător cu al docurilor plutitoare. Caracteristic barjelor semisubmersibile sunt: - modalitatea de control a imersării, - rezistența structural ă, - stabilitatea. Modalitatea de control a imers ării - Rezerva de flotabilitate (volumul emers raportat la volumul ime rs) va fi conform DNV de minim 4, 5% pentru întreaga nav ă și minim 1.5% pentru oricare din structurile prova și pupa. - Pentru navele cu structuri etan șe la ambele extremit ăți, nava se afl ă î n plutire liber ă controlat ă de flotabilitatea turnurilor (Fig. 6.16 dr.-sus). - Pentru navele cu structuri flotabile numai la o extremitate ech ilibrul navei în plutire este asigurat fie cu macara de pe alta nav ă, fie cu piloni culisan ți, fie prin e șuarea unei extremit ăți (valabil numai acolo unde adâncimea și natura fund ului permite aceasta manevr ă) (Fig. 6.16). Fig. 6.16 – Modalități de control a imers ării. Rezistența structural ă Particularitatea calculului de rezisten ță o constituie sarcinile aplicate pe puntea deschisă. Aceasta este solicitat ă de: - presiunea exterioar ă a apei cu nava la imersare maxim ă, - presiunea interioară a apei din tancurile de balast , cu nava la pescaj minim; a se ține cont c ă aerisirile tancurilor sunt la mare în ălțime NAVE TEHNICE 206 (pe turnuri) și ca atare presiunea hidrostatic ă este dată de coloana de apă până la vârful aerisirilor , - sarcina static ă pe punte; aceasta poate fi distribuit ă (de ordinul 5–25 t/m2) sau concentrat ă în zona blocurilor de andocare sau a punctelor de amarare a înc ărcăturii, - solicitări dinamice în naviga ție respectiv presiuni dinamice din val și forțe de inerție ale structurii și încărcăturii, - solicitare din încovoierea general ă a navei atât longitudinal cât și transversal. Calculele de rezisten ță structural ă se realizeaz ă atât în condi ția de naviga ție (transit condition), cât și în condi ția de imersare (temporarily submerged condition). Dimensionarea structurii se face conform experien ței proiectantului și se verifică și rafineaz ă prin calcule cu aplicarea metodei elementului finit. Se vor defini mai multe cazuri de calcul care s ă permită verificarea structurii în diferite cazuri de înc ărcare și combina ții ale sarcinilor de calcul. Câteva cazuri de baz ă (nu unicele) sunt: - structura sub greutatea proprie, - nava în condi ția de naviga ție sub presiunea exterioar ă, - nava în condi ția de naviga ție sub sarcina static ă și dinamic ă a încărcăturii, - nava în condi ția de imersare sub presiunea exterioar ă, - nava în condi ția de emersare sub presiunea interioar ă. Cazurile de înc ărcare în care se verific ă structura rezult ă din combinarea cazurilor de baz ă de mai sus în corela ție cu situa ția de exploatare analizat ă. Stabilitatea barjelor semisubmersibile Stabilitatea barjelor semisubmersibile se analizeaz ă în dou ă situații de exploatare: a) În condiția de naviga ție cu încărcătura pe punte Stabilitatea intact ă în condi ții de naviga ție se supune regulilor din The International Code on Intact Stability (2008 IS Cod e) Part A, Ch. 2.2, 2.3 și Part B, Ch. 2.4.5 acolo unde sunt aplicabile. Aria velic ă va include și încărcătura pe punte. Dac ă încărcătura (fixat ă) pe punte dispune de flotabilitate proprie aceasta poate fi luat ă în calcul. Dac ă încărcătura de pe punte poate cumula (absorbi) apa, aceasta se va lua în considerare. Se va considera și gheața, dacă este cazul. Stabilitatea de avarie în c ondiții de naviga ție se supune în general regulilor SOLAS Ch.II. Dac ă nava are bordul liber redus de tip B -60 sau B-100 atunci nava se supune cerin țelor din ICLL 1966 Reg. 27, incluzând IACS UI LL65. Calculele se vor efectua considerând tancurile avaria te ca fiind goale și cu considerarea flotabilit ății încărcăturii pe punte , dacă este cazul și dacă acestea sunt în afara extinderii avariei. NAVE TEHNICE 207 b) În condiția de imersare Stabilitatea intact ă în condi ții de imersare trebuie demonstrat ă în toate fazele secvenței de imersare- ridicare. O aten ție deosebit ă trebuie acordat ă considerării interac țiunii dintre barj ă și încărcătură, respectiv varia ției reacțiunilor în func ție de pescaj. Dac ă este cazul , se vor eviden ția limitările meteorologice (vânt, valuri) în care poate avea loc imersarea b arjei. Efectul suprafețelor libere va fi deasemenea luat în considerare. Criteriile de stabilitate intact ă sunt: - înălțimea metacentric ă va fi mai mare de 0 ,3 m, - domeniul pozitiv al diagramei va fi de minim 15° iar aerisirile tancurilor nu trebuie să fie imersate în acest domeniu , - brațul maxim de redresare va fi de minim 0 ,1 m, - unghiul de maxim al diagramei de stabilitate va fi de cel putin 7°. Diagrama de stabilitate va fi calculat ă nu numai la înclin ări transv ersale, ci și după o axă de înclinare oarecare pentru a identifica cele mai defavorabile situații. Stabilitatea de avarie în condi ții de imersare se va analiza în condi ția inundării accidentale a oric ărui compartiment, urmat ă, dacă este cazul de deplasarea încărcăturii datorit ă înclinărilor apărute după inundare. Analiza stabilit ății de avarie trebuie s ă acopere toate stadiile relevante ale opera ției de încărcare/desc ărcare. Criteriile stabilit ății de avarie sunt: - domeniul pozitiv al diagramei va fi de minim 7° iar aerisirile tancurilor nu trebuie să fie imersate în acest domeniu , - brațul maxim de redresare va fi de minim 0 ,05 m, - unghiul de înclinare al navei nu va dep ăși 15°, - plutirea final ă de echilibru nu va produce imersarea deschiderilor de inundare (exceptând cele de la compartimentul considerat avaria t). 6.4 Nave de ranfluare O categorie aparte a navelor semisubmersibile o constituie pont oanele de ranfluare. Acestea au rolul de a ridica navele e șuate sau scufundate. Indiferent de metoda de ranflua re, înainte de începerea lucr ărilor trebuiesc parcurse câteva etape: - analiza gradului de avarie a navei e șuate, determinarea loca ției și dimensiunilor avariei, precum și a compartimentelor inundate și a celor rămase etan șe; - identificarea caracteristicilor navei și determinarea st ării de înc ărcare – cargo, rezerve, balast; NAVE TEHNICE 208 - analiza gradului de e șuare, a extinderii ventuzei și a naturii fundului ; - identificarea scurgerilor de produse poluante ; - necesitatea înt ăriturilor structurale și a etanșărilor suplimentare ; - decizia asupra metodei de ranfluare. Orice opera țiune de ranfluare con ține patru etape: - smulgerea, respectiv ridicarea navei de pe fund și învingerea ventuzei ce apare între nav ă și fundul apei; în func ție de adâncime, de natura fundului și de suprafa ța de contact, for ța de smulgere poate fi de pâna la 10 ori mai mare decât greutatea navei ranfluate; - ridicarea navei pân ă la emersarea par țială; - transportul din zona de ranfluare; - punerea în plutire sau, după caz, dezmembrarea navei ranfluate. Una din met odele de ranfluare const ă în utilizarea de nave specializate – pontoanele de ranfluare. Acestea sunt de dou ă tipuri: monocorp sau multicorp. Sistemul monocorp const ă într -o barjă (ponton) dotat ă c u s i s t e m d e balastare și sistem de ridicare cu vinciuri. Cablurile de ridicare trec prin corpul barjei și sunt dotate cu un sistem de compensare a mi șc ărilor din oscila țiile verticale ale navei. Un astfel de sistem a fost utilizat la rec uperarea epavei submarinului Kursk (Fig. 6.17). Fig. 6.17 – Barja de ranfluare; Schema de lucru la ridicare a submarinului Kursk (st.); Vinciurile de ridicare cu sistemele hidraulice de compensare (dr.). NAVE TEHNICE 209 Sistemul multicorp este constituit din dou ă corpuri imersabile unite la partea superioar ă cu o structur ă de rezisten ță (Fig. 6.18). Fig. 6.18 – Plan de principiu al sistemului de ranfluare cu dou ă barje . Modul de lucru al sistemului este urm ătorul: - se poziționează sistemul deasupra navei scufundate; - se imerseaz ă parțial pontoanele prin balastare ; - se leagă nava scufundat ă de vinciurile de ridicare ; - se efectueaz ă prima faz ă a ridicării (smulgerea); deoarece for țele de smulgere sunt de regul ă mult mai mari decât greutatea navei ranfluate, smulgerea se realizeaz ă prin debalastarea pontoanelor , utilizând for ța de flotabilitate și nu forța vinciurilor; avantajul utiliz ării forței de flotabilitate pentru smulgere const ă în faptul c ă sistemul de vinciuri se dimensioneaz ă la forțe mult mai mici, simplificând construc ția și reducând costurile ; - cu ajutorul vinciurilor, se ridică nava scufundat ă până la emersarea ei parțială; - se transport ă epava, legat ă de sistemul d e ranfluare, pe locația unde se vor face opera țiunile ulterioare . Caracteristic unui astfel de s istem de ranfluare sunt: - pescajele de lucru, T1 =pescajul navei opera ționale fără sarcină și T2 = pescajul de maxim ă imersare la balastare ; - forța de smulgere dat ă de diferen ța între for țele de flotabilitate ale pontoanelor , între pescajul T1 și T2 - Fs =g [ '(T2) - '(T1)]; - forța de ridicare pe vinciuri Fr dat ă de capacitatea vinciurilor; Notă: forța de ținere pe frân ă a vinciurilor și implicit rezisten ța cablurilor trebuie să fie cel pu țin max (Fs și Fr); NAVE TEHNICE 210 - elemen tele geometrice: distan ța între pontoane, adâncimea de lucru, lungimea pontoanelor, pozi ția punctelor de ridicare . Pe baza elementelor de mai sus se determin ă caracteristi cile maximale ale navei care poate fi ranfluat ă cu acest sistem. Dotările specifice ale unei nave de ranfluare cu pontoane sunt: - sistemul de balastare și control al balast ării; - sistemul de ridicare și control al ridic ării: vinciuri, sistem de sincronizare al vinciurilor, sistem hidraulic de compensare a șocurilor și oscilațiilor navei de ranfluare, sistem de m ăsurare și egalizare a for țelor etc.; - sistemul de pozi ționare pe zona de lucru: ancore, piloni sau pozi ționare dinamică. 6.5 Alte tipuri de pl atforme plutitoare Există o largă diversitate de instala ții și construc ții amplasate pe platforme plutitoare. F ără a închide lista , se pot aminti (Fig. 6.19- 6.24): - pontoane de acostare, - poduri de pontoane, - uzine, insule, aeroporturi, depozite, dane, parc ări, stații de combustibil, locuințe, stații de pompare, spitale plutitoare etc. Motivația existen ței acestui tip de nave tehnice este dat ă de: - necesitatea extinderii în afara uscatului acolo unde nu exist ă suficient spa țiu la țărm – uzine, insule, aeroporturi, depozite, parc ări, stații de combustibil , locuințe, spitale plutitoare etc. ; - imposibilitatea construirii pe uscat, datorită naturii solului (ghea ță, mlaștină, nisip etc.) – uzine plutitoare, poduri de pontoane; - existența unei mari diferen țe de nivel minim-maxim al apei care nu poate fi compensat ă rațional printr -o construc ție fixă pe uscat – pontoane de acostare, locuin țe, stații de pompare ; - adâncimea insuficient ă la mal pentru acostarea altor nave – pontoane de acostare, dane plutitoare, sta ții de combustibil ; - imposibilitatea construirii instala ției în zona de lucru; ea se construie ște în locații specializate și dotate corespunz ător, iar apoi este transportat ă în stare de plutire în loca ția de lucru – uzine plutitoare; - caracterul temporar al utilizării echipamentului plutitor într -o anume loca ție – poduri, uzine, locuin țe, spitale, sta ții de pompare . NAVE TEHNICE 211 Din punct de vedere constructiv, platformele plutitoare au trei componente majore: - componenta func țională (instala ția tehnologic ă, suprastruct ura, echipamentele etc.), - unitatea plutitoare, - sistemul de fixare. 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 850 32 30 28 26 24 22 20 18 16 12 10 848 46 44 42 40 38 36 3450 1432 30 28 26 24 22 20 18 16 1248 46 44 42 40 38 36 34 14 Fig. 6.19 – Plan general - uzina de desalinizare. Componenta func țională Aceasta este specific ă scopului pentru care a fost destinat ă platforma tehnologic ă. Din punct de vedere al construc ției unității plutitoare (specific navale) sunt importante câteva caracteristici care vor determin a dimensiunile, dotările și stabilitatea unit ății plutitoare: - dimensiunile de gabarit, - greutatea și distribuția de greutăți, - forțele care apar în timpul func ționării, - punctele de desc ărcare a for țelor, - spațiile și dotările necesare accesului și mentenan ței, - modul de fixare pe pozi ția de lucru , - limitările meteo și hidrologice în zona de amplasare (vân t, curent, gheață, fund limitat etc.), - cerințe speciale de transport, poluare, nescufundabilitate, prezen ța pasagerilor, protec ția împotriva incendiilor, aspect estetic etc. NAVE TEHNICE 212 Fig. 6.20 – Plan general - centrala electric ă plutitoare . Fig. 6.21 – Plan general - stație de pompare plutitoare . Unitatea plutitoare Unitatea plutitoare are rolul de a sus ține componenta func țională. Deoarece de regulă, nu sunt importante calit ățile hidrodinamice ale unit ății plut itoare, de cele mai multe ori aceasta are forma de ponton monocorp sau mul ticorp. Această formă asigură cerințele de rezisten ță, spațiu și flotabilitate și prezintă avantajul simplit ății tehnologice de construc ție. În acest caz, dimensionarea structural ă și criteriile de stabilitate sunt caracteristice navelor tip pon ton. În ceea ce prive ște instalațiile și echipamentele, altele decât cele determinate de componen ța funcțională, acestea sunt tipice oric ărei construc ții navale: manevră-legare, ancorare*, bal ast*, drenaj santin ă, stins incendiu, instala ții electrice, iluminat etc. (*=dac ă este cazul). NAVE TEHNICE 213 NIMIC DE DECLARAT DE DECLARATTOATE PASAPOARTELE EU/EEA/CHSusSALA CONTROL PASAGERI PLECARE / SOSIRE NIVEL PUNTE PRINCIPALA CONTROL CORPORALCAMERA INTERVIU Jos SusSus Jos BIROU INFORMATII Fig. 6.22 – Plan general - ponton de acostare/terminal de pasageri. Sistemul de fixare Acesta are rolul de a men ține platforma plutitoare pe pozi ția de lucru. Pentru aceasta se utilizeaz ă scondri, ancore, piloni, fixare prin e șuare, fixare prin înghe țare. Pentru calculul elementelor de fixare, protec ție și acces se vor consulta: - babale - ISO 3913/1977 - scondri - SR EN 14504-2007 - pasarele de acces - RNR Cerințe privind construc ția mijloacelor de acces la bordul navelor - balustrăzi - SR EN 711/2002 Reguli aplicabile Regulile aplicate la unit ățile plutitoare sunt în funcție de desținația acestora și anume: NAVE TEHNICE 214 - reguli aplicabile echipamentelor industriale plutitoare (ex: Council Directive 82/714/EEC laying down technical requirem ents for inland waterway vessels Ch. 17) ; - reguli care se refer ă la construc țiile plutitoare destinate publicului (hoteluri, restaurante , spitale, parc ări etc.), ex: BV: Rules for the Classification of Floating Establishmen ts NR 580 DNI R00 E ; - reguli aplicabile locuin țelor plutitoare. Acestea sunt de regul ă reglement ări emise de autorit ățile naționale ( ex: Order no. 9651 of 28 June 2007 issued by the Danish Maritime Authority - Technical regulation on the stability, buoyancy, etc. of houseboats and floating structures); - alte reguli specifice. Fig. 6.23 – Plan general pod plutitor Fig. 6.24 – Locuințe plu titoare NAVE TEHNICE 215 7. NAVE PENTRU ACTIVIT ĂȚI OFFSHORE 7.1 Prezentare general ă Odată cu reducerea rezervelor de resurse din zonele conven ționale (onshore), companiile petroliere au încep ut explorarea resurselor de petrol și gaze în zone offshore, în ape pu țin adânci/platouri continentale (pân ă la 400 metri adâncime), în ape adânci (400 – 1500 metri) și, în ultimul timp , în apă de mare, adâncime peste 1500 de metri. Putem împ ărți ciclul de via ță al unei câmp petrolier offshore în trei faze principale: - Faza I: cercetare/explorare; - Faza a II-a: construcție/exploatare/produc ție; - Faza a III-a: demontare/scoatere din func țiune. Faza I se realizeaz ă cu nave hidrografice de cercetare a câmpurilor petrolifere și de gaze, îndeosebi nave de tip Seismic Vessel. Dup ă identificarea zonelor cu z ăcământ, urmeaz ă navele (sau platformele) de foraj de explorare care sapă puțurile subacvatice. În faza a II- a, după ce puțul subacvatic (subsea well) a fost s ăpat/construit, se monteaz ă platforme fixe sau plutitoare pentru extrag erea resurselor. Transportul, montarea, asisten ța și aprovizionarea platformelor necesit ă o largă diversitate de nave specializate. În plus sunt necesare o multitudine de lucr ări subacvatice – instalare de capete de extrac ție, săpări de șanțuri, amplasare cabluri și conducte, repara ții etc. Produsele ex trase sunt fie trimise la mal prin conducte fie stocate/prelucrate folosind nave destinate acestor scopuri. În ultima faz ă, construc țiile subacvatice și platformele pot fi demontate și transportate pe alte lo cații, iar puțurile și conductele sigilate și securizate. Procesele descrise mai sus necesit ă suportul a numeroase tipuri de nave care realizează diverse opera țiuni legate de activitatea de exploatare offshore , exceptând forajul și extracția: - cercetare și investigare, - aprovizionare platforme și alte instala ții offshore , - remorcare și ancorare platforme , - construcție, montaj, repara ții și mentenan ță instalații subacvatice , - montaj cabluri și conducte submarine , - stocare, prelucrare etc. NAVE TEHNICE 216 Navele care realizeaz ă operațiile mai sus descrise se numesc generic nave de suport offshore, prescurtat OSV (Offshore Support Vessel). A ceste nave au apărut din necesitatea efectu ării de prospec țiuni subacvatice și de subsol, de a asista opera țiile de construc ție și exploatare petrolier ă prin diverse opera țiuni de ancorare, montaj, instalare, supraveghere, reparare etc., de a aproviziona instalațiile offshore cu diverse produse, de a asigura transportul personalului etc. Nu sunt cuprinse în acest capitol platformele de foraj care con form programei de studiu fac obiectul altei discipline. Nu sunt cuprinse, deasemeni, în a cest capitol navele de suport offshore destinate instal ării și exploatării instala țiilor eoliene, fermelor de acvacultur ă, câmpurilor miniere subacvatice etc.. 7.2 Categorii de nave OSV Principalele categorii de nave OSV, clasificate dup ă misiunea lor, sunt: x Nave pentru prospec țiuni submarine: - SV – Nave de investigare seismic ă (Seismic Vessels). x Nave pentru aprovizionare: - PSV – Nave de aprovizionare platform e (Platform Supply Vessels). x Nave pentru manevr ă ancore: - AH – Nave de manevr ă ancore (Anchor Handler); - AHT – Nave de ancorare și remorcare (Anchor Handler and Towing); - AHTS – Nave de ancorare/remorcare/aprovizionare (Anchor Handler, Towing, Supply). x Nave p entru construc ții subacvatice: - OSCV – Nave pentru activit ăți de construc ție submarine și offshore (Offshore subsea construction vessel) ; - MRSV – Nave suport ROV (Multi purpose field & ROV Support Vessel) ; - Well intervention Vessel – Nave de interven ție puțuri submarine. x Nave pentru instalare conducte și cabluri subacvatice: - Pipelay Vessel – Nave pentru montare tubulaturi subacvatice; - Cablelay Vessel – Nave pentru montare cabluri submarine. x Nave pentru stocare și prelucrare : - FPSO – Nave de procesare, stocare și transfer (Floating, Production, Storage and Offloading); - FSO – Nave de stocare și transfer (Floating, Storage and Offloading); - FSRU – Nave de stocare gaze lichefiate și regazificare (Floating Storage and Regasification Unit). NAVE TEHNICE 217 x Nave rapide de interven ție: - FSIV – Nava rapid ă de interven ție (Fast Support Intervention Vessel); - FSV – Nave rapide de aproviziona re (Fast Supply Vessel); - CB – Nave de transport pesonal (Crew Boat); - SPV – Nava de paz ă și patrula re (Security and Patrol Vessel). În mod frecv ent se construiesc nave multifunc ționale, care s ă acopere o gamă mai largă de funcții combinate atât între cele enumerate mai sus specifice navelor OSV, cât și cu funcții caracteristice altor tipuri de nave prezentate în alte capitole ale cursului. Astfel, navele OSV sunt dotate frecvent cu instala ții de stins incendiu, instala ții de depoluare, sunt echipate cu macarele puternice, cu sisteme ROV și asistență scafandri, sisteme specifice navelor de tip remorcher, nave hidrografice, nave Fi-Fi, macarale plutitoare etc. 7.3 Nave de prospec țiuni – SV – Seismic Vessel Navele seismice sunt nave de prospectare a subsolului m ării în vederea detectării acumul ărilor de hidrocarburi – petrol și gaze. Fig. 7.1 – Principiul prospect ării seismice . Tehnica de investigar e seismic ă a subsolului marin (Fig 7.1) se bazeaz ă pe generarea unei unde seismice de la o surs ă ,,S” (de regul ă tun cu aer comprimat) și captarea reflexiilor la un set de hidrofoane tractate de nava seismică ,,1” sau amplasate pe fundul m ării ,,2” sau îngropate ,,3”. Deformarea undelor reflectate furnizeaz ă informații privind natura subsolului. În domeniul marin, cel mai folosit sistem este ,, 1”, sursa și senzori i mobili tracta ți de o nav ă, așa-numita seismic vessel. În func ție de configura ția sistemului de senzori tractați de navă se utilizeaz ă așa numitele sisteme 2D – un singur rând de NAVE TEHNICE 218 senzori sau 3D (Fig. 7.2 –st.), mai multe rânduri de senzori care acoper ă o suprafață. Lungimea trenului de senzori poate fi de la 3 la 12 km. Mai multe informații privind tehnica de investigare seismic ă: http://entry.ogp.org.uk Fig. 7.2 – Nava tip SV (PGS Ramform) – sistem de scanare 3D (st. ) și vedere din pupa (dr.). Navele de tip SV au câteva particularit ăți în legătură cu destina ția, și anume: x Echipamentele Echipamentele specifice a navelor SV constau în: - sistemul de lansare, remorcare și recuperare a trenului seismic (surse si senzori); acest sistem se compune din vinciuri, role de depozit are, atelier de repara ții, echipamente de ridicat, surse locale de energie, balize etc.; - echipamente de achizi ție și prelucrare a datelor ; - echipamente de tip GPS pentru localizarea cu precizie a navei și a trenului de senzori; - grupul de compresoare pentru ali mentarea surselor seismice. x Amenajarea Particulăritățile funcționale ale navelor de tip SV presupun în primul rând crearea de spa țiu pe puntea pupa (black deck) pentru componentele sistemului de prospec țiuni. De multe ori, amplasarea și depozitarea elementelor specifice necesit ă existența a două, chiar trei pun ți la pupa (Fig. 7.2-dr. și Fig. 7.3). Se vor remarca pe puntea 2 vinciurile și ghidajele necesare remorc ării trenului seismic, pe puntea 3 elementele sistemului de detecție (balize, flotoare, derivoare), pe puntea 4 (gun deck - c e a m a i d e jos) elementele sistemului de surse seismice (tunuri, vinciuri, balize, barca de serviciu). Pe fiecare punte sunt rezervate spa ții pentru agregate și ateliere de întreținere. Dac ă este cazul, pentru a elibera zona pupa, unele elemente de amenajare a navei – compartimentul mașini, coșurile de fum, ventila ții, suprastructuri etc. sunt deplasate spre prova. NAVE TEHNICE 219 Pe lângă zona pupa, amenajarea navei trebuie s ă țină cont și de spațiile necesare amplas ării celorlalte echipamente specifice func ției navei (surse energetice, laboratoare etc.) Fig. 7.3 – Amenajarea echipamentelor seismice pe trei pun ți. x Forma Pe lângă considerentele hidrodinamice și de amenajare, forma navelor SV trebuie să țină cont de interac țiunea între perturba țiile de presiune induse de deplas area navei și semnalul captat de senzorii seismici. Se cunoa ște că deplasarea prin ap ă a unei nave produce o deformare a câmpului de presiuni în apă. Deoarece și senzorii seismici detecteaz ă unde de presiune, interferen ța dintre câmpul indus de nav ă și cel indus de sursa seismic ă poate altera acurate țea înregistr ărilor. Din acest motiv, forma și în special pupa navelor SV este proiectat ă să minimizeze aceste perturba ții. x Condițiile de operare Specificitatea oper ării acestor nave const ă în remorcarea sistem ului de surse și senzori pe o lungime mare, de pân ă la 12 km. Din acest motiv, nava nu poate opera în condi ții meteo dificile, în zone cu curen ți puternici, prezint ă dificultăți de manevrabilitate, necesit ă informații privind geografia fundului pentru a nu agăța remorca și, nu în ultimul rând, trebuie să evite zonele aglomerate pentru a evita riscul de coliziune a altor nave cu e chipamentele remorcate. În cazuri speciale, o nav ă tip SV este înso țită în operare de nave de patrulare. 7.4 Nave de aprovizionare Navele de aprovizionare sunt destinate transportului c ătre platformele de foraj, precum și transportului de la platform ă către uscat de materiale, echipamente și personal. Aceste nave s unt cunoscute sub acronimul P S V (Platform Supply Vessels - fig. 7.4). NAVE TEHNICE 220 Se vor analiza aici navele PSV care navig ă în regim de deplasament cu viteza mică sau moderat ă. La caracteristicile specifice descrise în acest paragraf, se vor adăuga și caracteristicile generale din paragraful 7.10. Navele de aprovizionare rapide (FSV) sunt discutate în paragraful 7.9. Fig. 7.4 – Nave tip PSV. Marfa transportat ă spre platforme este destinat ă activității platformelor de foraj și constă în: - marfă solidă: țevi de foraj, echipamente (containerizate sau nu), ancore, lanțuri etc. ; - marfă în vrac: combustibil, ap ă potabilă, ciment pulverizat, n ămol de foraj , saramură etc. Marfa transportat ă dinspre platforme este destinat ă reciclării sau cas ării și constă în: - echipamente uzate sau defecte; - reziduuri petroliere și sanitare, diferite substan țe chimice uzate . Suplimentar, navele PSV pot transporta personal de specialitate cu ocazia schimburilor de echipaj la platform ă. Natura m ărfii transportate impune caracteristicile specifice de amenajare a navelor PSV (fig 7.5): - puntea deschis ă pentru depozitarea înc ărcăturii solide. Aceast ă punte, amplasată de regulă la pupa, are o suprafa ță și lungime suficient ă pentru amplasarea echipamentelor de foraj și este prev ăzută cu puncte de amarare a încărcăturii și cu supor ți de containere. Pentru protec ție, puntea este acoperită cu lemn. Din punct de vedere structural puntea este proiectat ă pentru a sus ține o sarcin ă uniformă de 5 până la 10 t /m 2; - balustrada de marf ă (cargo rail) este amplasat ă de jur -imprejurul pun ții de marfă. Ea are rolul de a proteja marfa și de a asigura punte suplimentar ă de amarare. Este de construc ție chesonat ă din motive de rezisten ță. În balustrada de marf ă se poate amplasa un culoar de circula ție echipaj și poate fi utilizat ă și pentru amplasarea traseelor de cabluri și tub ulaturi precum și a deschiderilor de acces sub puntea principal ă; NAVE TEHNICE 221 - tancurile de marf ă sunt aplasate sub puntea principal ă și sunt diferentia țe astfel: - tancuri nestructurale pentru bulk solid - ciment pulbere, lan țuri; - tancuri structurale dedicate – apă potabilă, combustibil sau nămol; - tancuri structurale cu func ție multipl ă, sunt tancuri care pot înc ărca diferite tipuri compatibile de lichid (func ție de necesit ăți) – balast, apa tehnică, saramură. Trebuie avute în vedere și particularit ățile induse de modul de înc ărcare - descărcare la platform ă, respectiv imposibilitatea acostarii navei la platform ă, nava fiind men ținută la punct fix pe timpul desc ărcării numai de sistemele proprii de pozi ționare dinamic ă, făcând posibil ă utilizarea instala țiilor de ridicat din dotarea platformei. Fig. 7.5 – Plan general nav ă de tip PSV. Aceste particularit ăți se regăsesc în amenajarea navelor PSV prin: - amenajarea sistemului de propulsie – de cele mai multe ori sistem diesel- electric cu central ă energetic ă centralizat ă și distribuție a puterii electrice către consumatori (propulsie, thrustere, fi -fi etc.) printr-un sistem de management al puterii (v § 7.10); LO STORAGE TK. 5000LLO STORAGE TK. 5000L NAVE TEHNICE 222 - tancurile anti-ruliu – tancuri cu suprafa ța liberă sau tip U - pentru amortizarea mi șcărilor de ruliu atât în naviga ție, cât mai ales în sta ționare la pun ct fix pe parcursul desc ărcării; - lipsa instala țiilor proprii de ridicare, fiind prezent ă doar o macara de manevră a mărfii de capacitate mic ă, poate fi culisant ă pe balustrada de marfă pentru a m ări zona de ac țiune. Navele PSV pot fi dotate pentru îndeplinirea unor func ții adiționale. Dintre acestea, cel mai frecvent se întâlnesc: - Fi-Fi 1 sau 2 (vezi Cap. 4.3), - Crew boat, caz în care pe nav ă se vor prevedea spa ții pentru transportul echipajelor la platform ă (de tip spa țiu de zi) și bineînțeles sistemele de salvare aferente suplimentului de personal, - Oil recovery; nava va fi prev ăzută cu tancuri de colectare produse petroliere uzate (din poluare accidental ă sau din activitatea curent ă a platformei) și uneori chiar cu facilit ăți de colectare de la suprafa ța apei (bariere, skimmer etc.) 7.5 Nave de manevr ă ancore – AH – Anchor Handler Navele de manevr ă ancore sunt destinate amplas ării, extragerii, transportului și relocării ancorelor de fixare a platformelor semisubmersib ile, ale navelor de stocare și prelucrare sau ale altor tipuri de instala ții ancorate. O navă AH poate fi destinat ă și altor func ții conexe, respectiv remorchaj (AHT - Anchor Handler and Towing) și/sau aprovizionare (AHTS – Anchor Handler, Towing, Supply). Fig. 7.6 – AHT NAVE TEHNICE 223 Specificul navelor AH îl constituie sistemul de manevr ă ancore ( Fig. 7.6, Fig. 7.8) format din: - Stern roller – un tambur amplasat la racordarea oglind ă-punte care prin rostogolire faciliteaz ă alunecarea cablului/lan țului de ancor ă și reduce uzura; - puntea pupa deschis ă și blindată cu tabla îngro șată pentru depozitarea și pregătirea ancorelor ; - balustrada înt ărită pe ambele borduri (asemanator cu PSV) dar deschis ă la pupa și, specific, cu forma de ,, cârlig” la extremitatea pupa pentru a împiedica alunecarea peste balustrad ă a cablului/lan țului ancorei în timpul manevrelor; - vinci de manevr ă (tragere -lansare) ancore amplasat la prova pun ții deschise, în vecin ătatea suprastructurii; Vinciurile AH sunt specifice fiind formate din 2-4 tambur i de cablu, barbotine de lan ț de diferite calibre, depănătoare, frân ă, sistem “quick release” etc. ; - sistem de manevr ă a ancorelor pe punte format din macara (amplasat ă pe balustrada de marf ă) și vinciuri/cabestane de manevr ă amplasate la prova punții desch ise; - echipamente adi ționale (Fig. 7.7): pini de ghidare (guide pins) a lan țului de ancoră pentru a -l menține în zona stern -roller- ului, stope de lan ț (shark jaw) pentru a prinde și detensiona zona de pe punte a lan țului la ridicarea ancorei, I-frame pent ru ridicarea lan țului la tragerea pe punte a ancorelor lungi (torpedo sau Bruce). Toate aceste elemente sunt telescopice și rabatabile, astfel încât s ă nu creeze obstacole pe punte atunci când sunt inactive. Fig. 7.7 – Guide pins, Shark jaw (st), I frame (dr.) Suplimentar, pe nav ă se află alte amenaj ări specifice func ției de AH , și anume: - spațiile de stocare lan țuri (rig chain) – sunt tancuri nestructurale amplasate sub puntea principal ă și în care se stocheaz ă lanțurile ancorelor ; - vinciul (vinciur i) de stocare și manevră parâme – este amplasat într-un compartiment sub punte și are rolul se a șoca parâmele și cablurile necesare la manevra ancorelor. NAVE TEHNICE 224 Fig. 7.8 – Plan general AHTS 300 TBP. Tipuri de ancore Navele care necesit ă sisteme de ancorare ma nevrate cu nave AH – platforme semisubmersibile, nave pipe-layer, nave de stocare, f erme piscicole, etc. – utilizează o gamă foarte variat ă de ancore. Tipul și dimesiunea (masa) ancorei se alege în funcție de forța de ținere (holding power), natura fundulu i, adâncimea de ancorare, modul de lansare-recuperare, etc. Acest e ancore pot ajunge la masa de la câteva tone la peste 100 t. Tipul și dimensiunea ancorei are influen ță asupra navei de tip AH , atât ca putere cât și ca dotare. Nu se va face aici o analiz ă a caracteristicilor ancorelor utilizate, ci doar o trecere în revist ă a principalelor tipuri ( Fig. 7.9). Pentru mai multe detalii privind procedurile de manevr ă a ancorelor vezi http://www.marinesafetyforum.org/ .../anchor-handling-manual. NAVE TEHNICE 225 Stevpris Superior Delta Bruce Danforth LWT Temco Moorefast Torpedo Fig. 7.9 – Principalele tipuri de ancore utilizate de navele AH. Pe lângă aspectele induse de func ția navei (manevră ancore ), din punct de vedere al proiect ării navele de tip AH au dou ă elemente specifice: a) rezistența structural ă – o atenție special ă trebuie acordat ă dimension ării structurii din zona vinciurilor și a stern -roller- ului unde ac ționează forțe punctuale foarte mari, de ordinul sutelor de tone; întodeauna a ceste zone sunt verificate structural prin modelare cu elemente finite; b) stabilitatea - aspectul particular se refer ă la calculul for ței maxime T în parâma de tragere a ancorei, astfel încât s ă se limiteze înclinarea navei (v. Cap. 2.6); de men ționat că în operare la adâncimi mari pe pupa navei (stern roller) ac ționează forțe mari care modific ă semnificativ asieta și creează momente de înclinare mari. În acest sens, un criteriu specific de stabilitate îl reprezintă emersarea minim ă a punții pupa pe timpul oper ării. NAVE TEHNICE 226 7.6 Nave pentru construc ții subacvatice Navele pentru construc ții subavatice sunt nave special proiectate pentru operații la nivelul fundului m ării utilizând echipamente subacvatice de tip ROV și/sau echipamente de suprafa ță de tip macara. Subcategoriile de nave de acest tip sunt:  OSCV – Nave pentru activit ăți de construc ție submarine și offshore (Offshore subsea cons truction vessel);  MRSV – Nave suport ROV (Multipurpose field & Rov Support Vessel);  WIV - Nave de interven ție puțuri submarine (Well intervention Vessel) . Termenul de construc ții subacvatice (Subsea construction) se refer ă la echipamente și tehnologii legate de activit ăți marine în domeniul geologiei, petrol și gaze, minerit, energie din valuri, curen ți și vânt etc. Fig. 7.10 – OSCV Dotările caracteristice acestui tip de nave sunt: - macarale de tip offshore, - moon pool, - ROV cu sistemele aferente, - DP (dynamic positioning) – vezi cap. 7.10.3, - sisteme de detec ție subacvatic ă. NAVE TEHNICE 227 Fig. 7.11 – Plan general OSCV Macaralele Acestea sunt de construc ție tip “offshore”, capabile s ă lucreze în timp ce nava se află în larg și execută mișcări de oscila ții. Sunt prev ăzute (în general) trei tipuri de mijloace de ridicat (vizibile în Fig. 7.10 și Fig.7.11): - Macaraua pricipal ă; macara de mare capacitate (100 -1000 t), amplasat ă la bordaj și destinată manevrării de greut ăți în afara bordului navei. Cu această macara se manevreaz ă greutăți subacvatice la adâncimi mari , până la 2000 m. Macaraua este prev ăzută cu dispozitive (rulme nt de bază special, absorbitori de soc, compensator de mi șcare etc.) care s ă permită lucrul în condi ții de mișcări oscilatorii de mare amplitudine. Constructiv, aceste macarale pot fi cu bra ț articulat (knuckle boom), braț telescopic sau bra ț rigid. - Macaraua de bord; are capacitate de pân ă la 150 t și este destinat ă pentru manevra la bord a greut ăților. Este de asemenea construc ție de tip offshore. - A frame; este un echipament amplasat la pupa și destina t lansării/ recuperării greutăților peste pupa navei. Denumirea vine de la forma literei A, cu dou ă coloane articulate la nivelul pun ții și unite la partea superioară. Sistemul A -frame are doar o mi șcare de basculare a coloanei, ridicarea/coborârea sarcinii se face cu vinciuri mont ate pe punte sau pe A-frame. - Sistemul de manevr ă ROV; este destinat lans ării/recuper ării și menținerii la adâncime controlat ă a ROV. Caracteristic acestui echipament este sistemul de compensare a mi șcărilor verticale ale navei NAVE TEHNICE 228 (swell compensator). Acest sistem permite preluarea diferen țelor de adâncime produse de mi șcările verticale ale navei , realizând ridicarea- coborârea ROV (în raport cu nava ) astfel încât ROV s ă fie în pozi ție fixă în raport cu fundul m ării. În plus , sistemul de manevr ă ROV trebuie să permită parcarea -extragerea ROV din hangarul acestuia aflat la nivelul pun ții. Fig. 7.12 – A-frame Moon-pool Prin moon- pool se în țelege o ni șă verticală în corpul navei , de la puntea expusă superioar ă (de regul ă puntea principal ă) până la fund. Se creeaz ă astfel un puț prin care se pot lansa/recupera echipamente ( de ex. ROV) f ără a fi scoase în afara bordurilor. Dimensiunea orizontal ă a moon -pool este dat ă de gabaritul echipamentelor manevrate prin el. Submersibile de tip ROV (Remotely Operated Vehicle) ROV este un submarin de tip robot, f ără pesonal la bord. El este co ntrolat de către un operator aflat la bordul navei prin intermediul unui cordon ombilical. Acest cordon include cabluri pentru alimentarea cu e lectricitate, fibre optice pentru transferul imaginilor și cabluri de comand ă și transfer date. ROV - ul este dotat cu sisteme de propulsie, lumini, camere video, so nar, magnetometru, bra ț robotizat pentru manipularea diferitelor unelte, sisteme de măsurare și analiză, etc. Submersibilele ROV se clasific ă după dimensiuni, greutate, putere și dotări. Cele mai frecvente clase sunt :  Micro ROV, cu masa de pân ă la 3 k g , pentru inspec ția spațiilor foarte înguste și a țevilor ;  Mini ROV, cu masa pân ă la 15 kg , pentru a putea fi transporat ă și lansată de o singur ă persoană, eventual din barc ă;  General ROV, cu putere de propulsie de pân ă la 3 kW, dotat ă cu braț robotic pentru manipul ări ușoare și prelevări de mostre ;  Clasa ușoară, cu putere de propulsie de pân ă la 30 kW ;  Clasa grea, cu putere de propulsie de pân ă la 150 kW , NAVE TEHNICE 229 Submersibilele ROV pot fi libere sau ata șate unei structuri baz ă, ele părăsind structura numai în vecin ătatea zonei de operare. Pe lâng ă ROV-urile controlate prin cordon ombilical se mai utilizeaz ă și AUV (A utonomous Underwater Vehicle ) care se deplaseaz ă și efectueaz ă operații în mod autonom. Sisteme de hidroloca ție și cercetare a zonei subacvatic e Sonarul este un dispozitiv de detec ție bazat pe propagarea sunetelor sub apă. Detecția pasivă se bazeaz ă pe ascultarea și identificarea sunetelor subacvatice. Detec ția activă se bazeaz ă pe emisia unui sunet și detecția ecoului. Poate lucra în diferite game de frecven ță de la infrasunete la ultr asunete. Cu ajutorul sonarului activ, pe lâng ă identificarea pozi ției diferitelor obiecte sub apă se poate determina topografia, structura și compozi ția fundului sau chiar a straturilor superioare ale fundului. Cel mai simplu dispozitiv este ecosonda - un sonar care transmi te un puls acustic pe direc ție vertical ă și determin ă adâncimea sau distan ța la primul obstacol pe baza timpului de ecou. Sistemele de hidroloca ție s -au perfecționat și diversificat devenind din ce în ce mai specializate și performante. Se pot aminti sisteme cum ar fi sonda multi- beam sau sonarul cu scanare lateral ă (Side -scan sonar ) care creeaz ă imagini 3D ale fundului. 7.7 Nave pentru instalare conducte și cabluri subacvatice Navele din aceast ă categorie sunt: - Pipelay Vessel – Nave pentru instalare tubulaturi subacvatice; - Cablelay Vessel – Nave pentru instalare cabluri submarine. NAVE TEHNICE 230 Fig. 7.13 – Pipe/Cable Layer PRO23 - Foto și plan general . În planul din Fig. 7.13 se vor remarca (vedere lateral ă, la punțile mezanin și intermediară și secțiune prin moon -pool) elementele specifice navei: turela, stinger, carusel inferior și superior. Operațiunea de amplasare conducte /cabluri submarine presupune câteva etape principale: - investigarea traseului prin prospec țiuni submarine care au rolul de a stabili cel mai bun traseu de amplasare. Se efectueaz ă cu nave de cercetare submarină și scafandri ; - pregătirea traseului prin realizarea construc țiilor de cap ăt (construc ții submarine sau la țărm), nivelarea proeminen țelor de pe fundul m ării și, eventual, săparea unui șanț de îngropare a conductei. Se realizeaz ă cu nave de tip OSCV; - pregătirea conductei (cablului) ceea ce presupune fabrica ția, izolarea, protecția anticoroziv ă și asamblarea. Asamblarea segmentelor de conduct ă se face fie la uscat, în cazul utiliz ării sistemelor de tip ,,carusel” , fie pe nava Pipe Layer în timpul lans ării, în cazul sistemelor de tip “Fire line” ; - lansarea propriu- zisă; NAVE TEHNICE 231 - încheierea opera ției prin îngroparea conductei/cablului, ancorarea și cuplarea la extremit ăți. Caracteritic acestui tip de nav ă sunt sistemele de asamblare și de lansare a conductei (cablului) submarine. Din punct de vedere al modului de asamblare, se disting dou ă sisteme principale: - carusel – țeava este pre -asamblată, - fire line – țeava se asambleaz ă la bord . Sistemul carusel const ă într-o bobină de țeavă (cablu) pre -asamblată la uscat și depozitată pe o roat ă (pipe reel). Aceast ă bobină este montat ă pe caruselul propriu- zis. Caruselul este un sistem care asigur ă rotația controlat ă a bobinei pentr u desfășurarea conductei. Sistemul se aplic ă la lansarea cablurilor și la lansarea conductelor sub țiri. O variant ă a sistemului carusel o reprezint ă așa- numitul sistem O- lay în care țeava nu este înf ășurată pe pipe -reel ci este adunată într-un colac plutitor de diametru mare (pâna la 1 km). Colacul est e manevrat cu remorchere. iar capătul țevii este preluat de o nav ă pipe -layer care lansează conducta pe fundul apei. Fig. 7.14 – Sistem carusel: stânga cu pipe (cable) reel - dreapta tip O-lay. Sistemul fire- line presupune ambarcarea la bord a segmentelor de țeavă și sudarea acestor segmente pe m ăsura lansării. Fluxul tehnologic con ține (Fig. 7.15): - zona de depozitare segmente de țeavă: stelajele de depozitare, macaraua de manevră țevi; - zona de pregătire cu echipamentele de prelucrare la capete și aliniere țevi; - stațiile de sudare cap la cap ; - tensionerele; - stațiile NDT (non distructive test) pentru verificarea calit ății sudurii ; - stațiile FJC (field joint coating) pentru protec ția anticoroziv ă a îmbinărilor; - zona de lansare (stinger). NAVE TEHNICE 232 Station 5 StationGritblasting FJC Station Tensioner TensionerStationNDT Weldingpipe bumper frame FJC StationPipe Crane.Pipe Storage Pipe Storage P ipe Storage Pipe Storage Pipe Preparation Welding Stations TensionerStingerNDT Station FJC Station Fig. 7.15 – Sistemul Fire Line. În ceea ce prive ște sistemele de lansare , se disting dou ă metode principale: - metoda S-lay, - metoda J-lay. Metoda „S -lay” Metoda este aplicat ă pentru instalarea conductelor în largul m ării, în apă de adâncime relativ mic ă. Denumirea vine de la forma țevii care are o deformat ă în forma de S alungit. Elementul principal al sistemului îl consti t u i e r a m p a d e lansare numit ă stinger. Rampa are forma curbat ă și este prev ăzută cu role. Scopul stinger- ului este de a controla deformarea conductei și de a evita apari ția unui punct de frângere. Metoda „J -lay” Metoda este aplicabil ă la instalarea conductelor în ape adânci. Denumirea vine de la forma țevii care are o deformat ă în forma de J. Elementul principal al sistemului îl constituie turnul de lansare. Acesta asigur ă preluarea țevii de pe carusel sau de pe fire line și lansarea țevii asamblate în direc ție vertical ă. Turnul se poate amplasa la centrul navei (lansarea făcându -se printr-un moon- pool) sau la pupa. Fig. 7.16 – Schema de principiu a sistemelor de lansare S-lay si J-lay. NAVE TEHNICE 233 Deoarece alegerea metodei de lansare este dependen ță, în principal, de adâncime, pentru a conferi flexibilitate de operare sunt frecve nte cazurile în care pe nava pipe-layer sunt montate ambele sisteme (vezi figur a 7.13). Există și posibilitatea ca sistemul de lansare de tip turn , amplasat la pupa, să fie basculant și să poată astfel regla unghiul de lansare în func ție de adâncime. Sistemul de lansare va juca rol de turn sau de stinger dup ă caz. Prin acest reglaj de unghi se poate ob ține o combina ție între sistemele S și J ( Fig. 7.17). Avantajul este reprezentat de eliminarea punctului de inflexiun e de la sistemul S și reducerea unghiului de îndoire a țevii la așezarea pe fund de la sistemul J. Fig. 7.17 – Sistem combinat S-J. Pe lângă particularit ățile date de sistemele de asamblare și lansare a le conductelor și cablurilor, alte elemente vor fi analizate în capitolul 7.10. De menționat însă, că navele pipe/cable layer necesit ă dotarea cu un sistem de poziționare dinamic ă care să asigure ambele func ții – poziționare și urmărire – pentru a asigura menținerea navei și lansarea precis ă a conductei pe traseul prestabilit. 7.8 Nave pentru stocare și producție FPSO-Floating Production, Storage and Offloading FPSO este o nav ă tehnică amplasat ă în zonele offshore de extrac ție petrolieră în scopul prelu ării hidrocarburilor (gaz sau țiței) de la unit ățile de extracție din zon ă, procesării acestora, stoc ării produselor prelucrate și transferării lor pe nave de transport. În cazul în care func ția de prelucrare lipsește, nava se va numi FSO (Flo ating, Storage and Offloading). NAVE TEHNICE 234 Necesitatea acestor nave rezult ă din cerin ța de a creea un tampon de depozitare a produselor de extrac ție de la platforme (ce apar în flux continuu) pân ă la preluarea lor de navele de transport, mai ales în zonele unde a mplasarea de conducte este imposibil ă sau neeconomic ă (zone îndep ărtate, adâncime mare, durata redus ă a exploat ării). În plus, dup ă terminarea extrac ției, nava FPSO poate fi mutat ă în altă locație. Pe durata a șteptării preluării, produsele petroliere pot fi pre-procesate la bordul navei. În caz particular, în condițiile în care amplasarea unei sta ții de prelucrare pe uscat nu se poate f ace din di ferite motive, se poate amplasa în zon ă o stație FPSO, iar transportul produselor brute (petrol, gaze etc.) de la pl atformele marine la navele FPSO și, mai departe produsele finite c ătre țărm/porturi se face prin intermediul conductelor submarine. O variant ă a FPSO o reprezint ă FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), nave destinate prelu ării gazelor lichefiate de la nave tip LNG sau LPG, stocarea lor, gazificare și trimitere spre uscat prin conducte. Fig. 7.18 – Schema de leg ături a unei nave FPSO (st .) și Nava FPSO (dr .). Principalele aspecte specifice ce trebuie avute în vedere la proiectarea și construcția unei astfel de nave țin de particularit ățile funcționale – n a v a staționară, ancorată, cu instala ții de stocare și prelucrare produse periculoase - și sunt: - amenajarea general ă, - determinarea sarcinilor locale și generale, din vânt, curent și sistemul de ancorare, - analiza structural ă, - sistemul de ancorare; puncte multiple de ancorare (spread moori ng), un singur punct de legare (si ngle point mooring) sau pozi ționare dinamic ă, - mișcările navei și seakeeping . NAVE TEHNICE 235 7.9 Nave rapide de interven ție Denumite generic FSIV (Fast Support Intervention Vessel), acest e nave sunt destinate interven ției rapide în zonele offshore atât pentru transportul urgent al unei cantit ăți limitate de materiale și echipamente, pentru transportul personalului cât și pentru asigurarea securit ății perimetrului zonei de exploatare. Navele FSIV se pot clasifica în trei categorii: - FSV – Nave rapide de aproviziona re (Fast Supply Vessel); - CB – Nave de transport personal (Crew Boat); - SPV – Navă de pază și patrulare (Security and P atrol Vessel). În mod frecvent, func ția de nav ă rapidă de aprovizionare este cumulat ă cu capabilități de transport personal (FSV -CB). Navele de tip SPV pot fi înarmate, dacă aparțin unei autorit ăți guvernamentale sau fară armament , dacă aparțin unei companii civile. Fig. 7.19 – Nava tip FSV-CB (st. ) și nava de tip SPV (dr.). Navele FSIV sunt încadrate în c ategoria de nave rapide având el ementele caracteristice ale acestora: Forma Formele acestor nave sunt adaptate navigației în glisare (planning) sau semi-glisare (semi-planning). În acest sens, forma clasic ă este de tip V cu redane logitudinale, prova ascu țită și pupa cilindric ă (Fig. 7.20). Cu cât V-ul formei este mai accentuat, cu atât rezisten ța la înaintare cre ște, dar se îmbun ătățește comportarea pe valuri. Unghiul recomandat (deadrise angle) este 10-25° . În funcție de tipul de propulsie, elice sau jet, pupa poate fi diferită pentru a fi adaptat ă la sistemul de propulsie. NAVE TEHNICE 236 Fig. 7.20 – Forma tipic ă pentru nava FSIV cu propulsie jet. O categorie special ă de formă pentru nave FSIV o constituie patentul “Axe bow” dezvoltat de TU Delft, MARIN și DAMEN (F ig. 7.21). Aceast ă formă este proiectat ă astfel încât s ă împiedice glisarea prove i la viteze mari (număr Froude în jur de 1). Lipsa glis ării provei aduce avantaje mari la navigația în mare agitat ă prin reducerea semnificativ ă a accelera țiilor la bord, evitarea slaming- ului și posibilitatea naviga ției cu viteza maxim ă pe mare agitat ă. Fig. 7.21 – Forma de tip “Axe Bow” . Amenajarea Amenajarea navelor FSIV ține cont de caracteristicile constructive și de destinație. În cazul navelor de aprovizionare și transport personal (Fig. 7.22), specific ă este amenajarea pun ții principale, o zon ă liberă extinsă pentru depozitare marf ă (de regul ă la pupa) și o zonă pentru compartimentul personal. Sub puntea principal ă se amplaseaz ă compartimentul ma șini, tancurile și spațiile pentru echipaj. Puntea de marfa este protejat ă de o balustrad ă solidă (cargo rail) în care sunt amplasate și aerisirile CM și ieșirile de avarie. Dat fiind caracterul de nav ă rapidă (de deplasament redus) sub punte nu se prevăd tancuri de marf ă (apă, combustibil, lichide tehnologice) sau dacă se prevăd, aceastea sunt de mici dimensiuni. NAVE TEHNICE 237 Fig. 7.22 – Plan general nava FSV-CB Propulsia Propulsia navelor FSIV este specific ă navelor rapide , și anume motoare de mici dimensiuni și puteri mari (uzual peste 1000 CP/motor) care antreneaz ă 2-4 propulsoare de tip elice sau jet. Motoarele sunt motoare rapide cu foarte bun raport putere/greut ate (în jur de 0, 5 kW/kg), chiar dac ă pentru aceasta se aleg motoare cu rating mic (medium sau light). Utilizarea elicelor ca propulsor este limitat ă de factorul de înc ărcare al elicelor și de gabaritul acestora sub fundul navei. Diametrul elicelor este limitat datorit ă formei corpului și a creșterii riscului de avarie a propulsoarelor aflate sub fundul navei. Pe de alt ă parte , utilizarea de elice de diametru mic duce la sc ăderea randamentului și la cavita ție. Utilizarea propulsoarelor cu jet are avantajul simplit ății constructive, compatibilitatea cu forma de glisor și posibilitatea înc ărcării cu puteri mari. Dezavantajul const ă în randamentul mic – în special la viteze de sub 25-30 noduri – și a costurilor mai mari decât solu ția cu elice. NAVE TEHNICE 238 Deplasamentul Este cunoscut c ă principala problem ă a navelor rapide o constituie greutatea. Pentru ob ținerea unor bune performan țe de vitez ă, cele dou ă rapoarte ,, putere/greutate” și respectiv ,,suprafața portantă/greutate” trebuie să depășească anumite valori critice (aceste valori care depind de form ă, lungime etc). În ambele cazuri o greutate redus ă este benefic ă. Pentru reducerea deplasamentului se apeleaz ă la diferite solu ții din care se pot aminti: - utilizarea materialelor de construc ție ușoare (aluminiu, materiale compozite) ; - utilizarea de motoare cu foarte bun raport putere/greutate ; - utilizarea de materiale u șoare la amenaj ări și dotări; - simplificarea la maxim a solu țiilor constructive ; - reducerea la mi nim a cantit ăților de rezerve (inclusiv utilizarea de generator de ap ă potabilă pentru reducerea cantit ății de apă potabilă ambarcate) ; - diminuarea capacit ătii de transport etc. Reguli aplicabile Proiectarea si construc ția navelor FSIV se supune Regulilor d i n “International Code of Safety for High -Speed Craft” (HCS). Aceste reguli sunt aplicabile navelor peste 500 GRT care efectueaz ă voiaje sub 8 ore durată și în măsura în care este rezonabil, se pot aplica și navelor sub 500 GRT. Regulile HSC se refer ă la cerințe de stabilitate, e șantionaj, ma șini, sisteme de corp și punte, instala ții electrice, radiocomunicatii, sisteme de stabilizare și control direc țional etc. Pentru navele de tip Crew Boat exist ă reguli specifice ( de exemplu în Bureau Veritas exist ă “Rule Note NR 490 DTM R01 E”). De men ționat că navele CB nu sunt asimilate cu navele de pasageri dac ă au mai pu țin de 500 GRT, o lungime sub 45 m și o viteză (în noduri) v < 7,16 ' 1/3. Regulile con țin prevederi referitoare la corp, stabilitate intact ă și de avarie, dotări, mașini, instala ții electrice și protecția împotriva incendiului și sunt în general mai relaxate decât prevederile HSC pentru nave rapid e de pasageri. NAVE TEHNICE 239 7.10 Caracteristici generale ale navelor OSV Exceptând navele rapide și navele de stocare tip FPSO și navele rapide de intervenție, restul navelor OSV au o serie de caracteristici generale care se regăsesc în mod curent la toate tipurile (PSV, AH, OSCV, chiar și SV). Aceste caracteristici specifice sunt datorate condi țiilor de lucru și funcțiilor pe care trebuie să le îndeplineasc ă aceste nave. Astfel, caracteristice la navele OSV sunt: - navigația în orice condi ții meteo, inclusiv deosebit de severe ; - puterile mari instalate atât pentru propulsie, cât și pentru echipamente ; - sarcinile m ari la care este supus corpul navei din valuri, greut ăți concentrate și operare ; - dotarea cu sisteme de tip DP (dynamic positioning) ; - dotarea cu echipamente grele – vinciuri și macarale de mare capacitate ; - necesitatea unei pun ți libere pentru lucru și depo zitare etc. Dată fiind specificitatea acestor nave, ele se proiecteaz ă după reguli distincte. Toate Societ ățile de Clasificare, în special DNV, au capitole speciale pentru navele de suport offshore. Ca exemplu, a se vedea DNV - PART 5 cu sec țunile specifice: Section 2 OSV; Section 3 AH; Section 4 – PSV; Section 19 Cable Layer, Section 20 Pipe Layer; Section 24 SV. 7.10.1 Elemente de dimensionare Dimensiunile sunt în general medii, cu lungimi începând de la 6 0-70 metri până la 120 -150 metri. De și din punct de vedere hidrodinamic se dore ște mărirea lungimii la plutire, lungimea este limitat ă atât de Reguli cât și de client, fiind un factor important în cost. Deplasamentul navei este de asemeni limitat de condiții de coliziune cu platformele. Din condi ții de stabilitate și amenajare, l ățimea este mare, în consecin ță rapoartele între dimensiuni sunt d iferite de ale navelor de marf ă ; se optează în gen eral pentru valori mari ale raportului B/T și valori mici ale raportului L/B, mai apropiate de remorchere. Din condi ții de nescufundabilitate, rezisten ța corpului și amenajare, bordul liber este peste limitele impuse de Load Line. Greutatea specific ă a nav ei goale [Deplasament/(LxBxD)] este mai mare decât la navele de marf ă, fiind în zona remorcherelor, 150 – 250 kg/m 3. 7.10.2 Forma În general navele OSV au pupa Pram care s ă faciliteze amplasarea thrusterelor, o zon ă clinidrică redusă, chiar inexistent ă din motive de fine țe NAVE TEHNICE 240 a formei (Fig. 7.23). Specific ă este forma prova și puntea teuga unde formele sunt optimizate pentru a avea buna rezisten ță la înaintare și bune calități de seakeeping atât în apa calm ă cât și pe valuri înalte. Puntea expus ă la prova este cel pu țin 2-3 etaje deasupra pun ții principale, iar la navele moderne teuga este protejat ă pentru a evita ambarcarea de ap ă pe puntea deschisă. Au apărut și inovații recente care s ă îmbunătățească cât mai mult comportarea acestor nave (Fig. 7.24). Fig. 7.23 – Plan de forme tipic, nava OSV. Clasic Teuga protejata X-Bow (Ulstein) Ecor izon (STX Europe) Fig. 7.24 – Forme prova tipice la navele OSV. 7.10.3 Sistemul de pozi ționare dinamic ă Sistemul DP reprezint ă completul de elemente și instalații necesare poziționării dinamice a navei. Rolul acestui sistem este de a men ține nava la punct fix sau pe curs prest abilit împotriva perturba țiilor externe – v â n t , valuri, curent, ghea ță, tracțiunea în parâma de remorc ă, reacțiunea monitoarelor Fi-Fi etc.- fără a folosi alte sisteme decât cele de p ropulsie (fără ancorare, legare etc.) – figura 7.25. NAVE TEHNICE 241 Fig. 7.25 – Forțele externe, reactive și mișcările în cadrul sistemului de poziționare dinamic ă. SPD este compus din: - Sistemul de generare a puterii (mecanice sau electrice): motoar e, generatoare, tablouri de distribu ție, sistemele de cabluri și tubulaturi asociate; - Sistemul de propulsie și direcție: propulsoare laterale, propulsoare pupa și sistemul de guvernare, sistemul de control al propulsiei; - Sistemul de control-DP: sistemul de calculatoare/joystick, sist emul de senzori, sistemul de operare, sistemul de pozi ționare. Calculatorul prime ște semnale de la sistemul de pozi ționare (GPS, transponder, RadaScan etc.) și de la sistemul de senzori care m ăsoară mișcarea navei, vântul, curentul etc. Pe baza acestor informa ții, pe baza unui model matematic calculatorul comand ă acționarea propulsoarelor, a thrusterelor prova și pupa , astfel încât nava s ă se mențină la punct fix sau s ă păstreze un curs prestabilit. Sistemul i nclude modelarea urm ătoarelor (F ig. 7.26): - forț ele externe , - comportarea hidrodinamic ă a navei, - acțiunea trusterelor , - bucla de control. Rezultatele analizei constau în determinarea mi șcării navei, precum și a puterii necesare în fiecare moment. NAVE TEHNICE 242 Fig. 7.26 – Schema bloc simplificat ă a sistemului de pozi ționare dinamic ă. Din punct de vedere al Societ ăților de Clasificare, sistemele de pozi ționare dinamică se împart în urm ătoarele categorii: x în funcție de controlul pozi ționării:  modul SAM (semi- automat) în care pozi ționarea se realizeaz ă de operator prin comanda integrat ă a trusterelor cu ajutorul unui joystick, iar operatorul este informat în permanen ță asupra pozi ției și mișcărilor navei precum și asupra for țelor de propulsie ;  modul AM (automatic mode) în care pozi ționarea se realizeaz ă automat de sistem ;  modul AT (automatic tracking) în care sistemul este capabil s ă realizeze în mod automat men ținerea navei pe un curs stabilit ; x în funcție de redundan ța sistemului:  Clasa 1 în care sistemul î și pierde capabilit ățile de pozi ționare în cazul defect ării unui echipament ;  Clasa 2 în care sistemul î și menține capabilit ățile de pozi ționare în cazul defect ării unui echipament activ (generator, truste r, tablouri, sisteme de comand ă etc.) ;  Clasa 3 în care sistemul î și menține capabilit ățile de pozi ționare în cazul defect ării unui întreg grup de echipamente aflate în acela și compartiment (în caz de incendiu sau inundare). Pentru îndeplin irea acestei clase, toate echipamentele sunt dublate și separate prin amplasare în compartimente diferite. 7.10.4 Propulsia și sistemele energetice Navele de suport offshore sunt dotate cu instala ții de propulsie puternice. În mod uzual, propulsia este cu linie de ax e și elici în duze sau cu propulsoare azimutale, Existen ța unor sisteme sofisticate de manevrabilitate (poziționare dinamic ă) și existența unor echipamente de for ță (vinciuri, macarale etc.) face ca necesarul de putere auxiliar ă să fie mare, comparabil cu puterea de propulsie. În aceste condi ții, arhitectura sistemului energetic NAVE TEHNICE 243 este un element definitoriu în eficien ța navei. Exist ă două opțiuni extreme (cu variante între acestea):  Arhitectura ,, clasică” prin existen ța unor surse energetice distincte pentru fiecare consumator: propulsie, thrustere, vinciuri, pomp e de incendiu etc. Aceste surse pot fi motoare cu ac ționare direct ă sau generatoare electrice.  Arhitectura integrat ă prin existen ța unei surse energetice centralizate – de regulă generatoare electric e – și un sistem de distribuție a energiei c ătre fiecare consumator. Aceasta presupune că toți consumatorii au acela și tip de ac ționare (electric ă), inclusiv propulsia. În fig. 7.27 este prezentat ă schema unui astfel de sistem integrat. Energia este asigur ată de 4 diesel -generatoare și alimenteaz ă sistemul de propulsie, thrusterele și consumatorii auxiliari. Distribu ția se face prin tabloul principal de distribu ție și tablouri locale, modificarea tensiunii se face cu transformatoa re, iar modificarea frecven ței cu convertizoare de frecven ță. Randamentul global al unui astfel de sistem este de 90-92%, în funcție de numărul de componente. Fig. 7.27 – Configura ția sistemului energetic diesel -electric integrat la o nav ă OSV. Avantajul unui sistem integrat rezul tă din reducerea num ărului de surse energetice și flexibilitatea distribu ției. Sistemul energetic integrat este controlat de așa-numitul “power management system”. Acesta asigur ă:  pornirea/oprirea unor generatoare în func ție de necesarul de putere din acel moment ;  distribuția încărcării active și reactive pe generatoare ; NAVE TEHNICE 244  oprirea unor consumatori în caz de supra- sarcină;  distribuția energiei în caz de avarie . 7.10.5 Alte elemente specifice navelor tip OSV Puntea pupa: Puntea expus ă la pupa (de obicei puntea principal ă) este punte de lucru și din acest motiv trebuie s ă fie cât mai extins ă și liberă de obstacole. Sarcina datorată mărfii folosit ă la eșantionarea acestei pun ți este de minim 1.5t/m2 la care se adaug ă 80% din presiunea de calcul dat ă de val. În mod uzual sarcina total ă luată în calcul este de 5 -10 t/m2. Suprafața și sarcina total ă pe puntea de lucru sunt cerin țe de contract. Grosimea minim ă a tablei pun ții este de 8 mm (uzual 12-15 sau chiar 20 mm), iar la navele PSV p untea de lucru se protej ează cu lemn. La navele AH, în zona de depozitare a ancorelor se folose ște tablă îngroșată (40-50 mm) pentru a evita distrugerea și uzura pun ții în timpul manevr ării ancorelor. Puntea de lucru este prevăzută cu parapet sau balustrad ă înaltă pentru a oferi o protec ție sporită echipajului care lucreaz ă în această zonă. Sisteme de transfer personal Transferarea persoanelor de pe nav ă pe platform ă sau de la nav ă la navă reprezintă o acțiune curent ă în operarea offshore. Oricare ar fi sistemul utilizat, acesta trebuie să ia în considerare securitatea persoanelor în condi ții de transfer în mare deschis ă, sub acțiunea vântului , deoarece atât nava de plecare cât și cea de destina ție execut ă mișcări oscilatorii. Sunt utilizate următoarele sisteme:  ambarcațiuni de tr ansfer,  nacela manevrată cu macaraua de bord (Fig. 7.28 st.),  pasarele, fixe sau cu compensatori de mi șcare; aceasta din urm ă este prevăzută cu senzori de mi șcare a navei și cu cilindri hidraulici care prin mișcare față de navă compenseaz ă mișcările de ruliu tangaj și verticale, astfel încât cap ătul de debarcare r ămâne fix în raport cu sistemul geodezic (Fig. 7.28 dr.). NAVE TEHNICE 245 Fig. 7.28 – Transfer cu nacela tip “frog” (stânga) și pasarela cu compensatori (dreapta). Platforma de elicopter Majoritatea platformelor și multe din navele OSV sunt dotate cu platforme de elic opter. Acestea sunt destinate transferului de personal, evacu ării medicale, opera țiunilor de salvare, aprovizion ării de urgen ță etc. Amplasarea pe nav ă a acestor platforme nu trebuie s ă stânjeneasc ă vizibilitatea din timonerie și să ofere cât mai mult spa țiu pentru manevra elicopterului. Construc ția acestor platforme se supune regulilor specifice (ex. DNV-OS-E401- Helicopter Decks) din punct de vedere al stru cturii, sarcinilor de calcul, sistemelor de stins incendiu, c ăi de acces etc. Sisteme anti-ruliu Pentru reducerea amplitudinii oscila țiilor de ruliu – necesară în cazul activității în condi ții meteo dificile – pe multe din navele OSV se prev ăd sisteme de amortizare a ruliului. Aceste sisteme de amortizare constau în chile de ruliu și/sau tancuri anti -ruliu, sisteme care sunt eficace indiferent de viteza navei. Nu se folosesc s isteme de tip aripioare anti- ruliu. Amenajări Navele de suport offshore sunt în general construite cu suprast ructura la prova, iar compartimentul de ma șini se găsește în general tot în prova, și în majoritatea cazurilor este nesupravegheat (nu presupune prezen ța permanent ă a echipajului). Timoneria este de mari dimensiuni, existins ă pe toată lățimea navei și cu vizibilitate 360 °. Amenajarea și dotările timoneriei respectă cerințe speciale în conformitate cu nota ția de clasă. NAVE TEHNICE 246 Sistemul de ancorare Navele OSV se echipeaz ă cu un sistem de ancorare mai puternic și dotat cu ancore și lanțuri alese cu dou ă trepte mai sus și cu lungimea mai mare cu 85% decât în cazul cerin țelor normale de Clas ă. Construcție CLEAN SHIP În cadrul preocup ărilor de reducere a riscurilor de poluare , pentru navele de tip OSV (dar nu numai) s- a definit nota ția de clas ă (ex. DNV – CLEAN si CLEAN DESIGN). Aceast ă notație presupune c ă nava respect ă cerințe specifice privind:  emisiile în aer - NOx, SOx, agen ți frigorifici, agen ți de stins incendiu, evaporare de cargo, incineratoare;  deversările în mare – cargo, balast, bilge, ape uzate, gunoi;  contaminarea apei de mare – vopsea antivegetativ ă, lubrefiere linii de arbori, sp ălare punți;  reciclarea navei dupa scoaterea din uz;  protecția la poluare în caz de a varie. Această ultimă cerință se traduce în obliga ția de a construi și compartimenta nava în a ș a fel încât în caz de spargere a înveli șului să nu aibă loc devers ări de substan țe poluante. Nava va fi construit ă cu dublu înveliș, iar tancurile cu substan țe poluante (cargo, bilge, combustibil, etc.) vor fi amplasate în interiorul dublului înveli ș. În fig . 7.29 se prezint ă cerința privind distan țele minime ale dublului înveli ș conform DNV, unde w = 0.4 + 2.4 C/20 000 m (C = volumul tancului) h = min (2 m, B/20) dar minim 0.76 m Fig. 7.29 – Dublu inveli ș conform CLEAN DESIGN NAVE TEHNICE 247 7.10.6 Dotări opționale ale navelor de support offshore: - sisteme de stins incendiu: pompe, tanc de spum ă, tunuri de ap ă/spumă; - sisteme de depoluare: skimmer colector, tancuri de depozitate, baraj antipoluant, instala ție de împr ăștiere dispersan ți, sisteme de colectare reziduuri solide d e la suprafa ță etc.; - sisteme de înc ărcare -descărcare -transport: macara, spa țiu liber pe punte, tancuri de cargo; - sisteme de salvare și asistență medicală: sistem de scos om din ap ă, zona de salvare, zona de ambarcare în elicopter, cabinet medical, spa ții pentru supravie țuitori, echipamente medicale; - spargător de ghea ță: forma specific ă, corp înt ărit, propusie adaptat ă navigației prin ghea ță, sisteme de degivrare. 7.10.7 Cerințe de stabilitate pentru n ave de suport offshore: Manualul de stabilitate va con ține informa țiile necesare pentru demonstrarea îndeplinirii cerin țelor de stabilitate intact ă și de avarie. Cazurile de înc ărcare analizate sunt cele standard: - nava la plin ă încărcare, plecare (100% rezerve) și sosire (10% rezerve) și încărcătura sub punte și pe punte corespunz ător celei mai nefavorabile situa ții; - nava în balast plecare și sosire . În plus se vor analiza condi ții de operare specifice tipului de nav ă: - nava în cea mai defavorabil ă situație de operare , - nava în condi ții de remorcaj sau de operare cu vinciuri și/sau macarale . În toate cazurile se va ține cont de efectul suprafe țelor libere, efectul încărcăturii pe punte asupra ariei velice, absorb ția de apă a încărcăturii pe punte (țevi, lemn), acumularea de ghea ță pe punte, etc. În cazul în care nava este de tip AHT, dac ă este cazul se vor considera și normele specifice pentru acest tip de nav ă (v. cap 2.6). Stabilitatea de avarie se abordeaz ă deterministic sau probabilistic în func ție de dimensiunile și destinația navei. Pentru navele mai mari de 80 metri se pot aplica și regulile generale de stabilitate de avarie. Navele care au în afară de echipaj și personal de specialitate trebuie s ă respecte cerin țele codului IMO pentru Special Purpose Ships. NAVE TEHNICE 248 NAVE TEHNICE 249 BIBLIOGRAFIE A. Reguli și Regulamente AMERICAN BUREAU OF SHIPPING - Rules For Building And Classing Steel Vessels 2008 - Guide For The Mooring Of Oil Carriers At Single Point Moorings R 2010 - Rules For Building And Classi ng Steel Floating Dry Docks 2009 - Guide For Vessels With Oil Recovery Capabilities 2006 BUREAU VERITAS - Rules for the Classification of S teel Ships - NR 467.A1 DT R11 E – 2013 - Rules for the Classification of I nland Navigation Vessels - NR 217.A1 DNI R03 E – 2011 - Standby Rescue Vessels - RULE NOTE NR 482 - 2002 - Rules for the Classification of H igh Speed Craft - NR 396 UNITA S R02 E - 2002 - Rules for the Classification of F loating Establishments - NR 58 0 DNI R00 E - 2012 - Rules for the Classification a nd Certification of Lifting Appli ances of Ship and Offshore Units – NI 184 – 2010 - Rules for the Classification of Crew Boats - NR 490 DTM R01 E – 2005 - Floating Dock - NR 475 DTM R00 E - 2001 DET NORSKE VERITAS - Rules for Classification of Ships, 2013 - Rules for classification of Hi gh Speed, Light Craft and Naval S urface Craft - 2012 DANISH MARITIME AUTHORITY - Technical regulation on the sta bility, buoyancy, etc. of houseb oats and floating structures - 2007 ECONOMIC COMMISSION FOR EUROPE - European Agreement Concerning The International Carriage Of Dangerous Goods By Inland Waterways (ADN) – Ece/Trans/220 – 2011 INTERNATIONAL ASSOCIATION OF CLASSIFICATION SOCIETIES - Requirements concerning MOORING, ANCHORING AND TOWING - 2007 - UR-I2 Structural Requirements for Polar Class Ships INTERNATIONAL MARITIME ORGANIZATION - SOLAS - Consolidated Edition 2009 - MARPOL - Consolidated Edition 2006 - COLREG - 2006 - Resolution Msc.266(84) - Code Of Safety For Special Purpose Shi ps, 2008 NAVE TEHNICE 250 - Resolution Msc.97(73) - Internati onal Code Of Safety For High-S peed Craft, 2000 - Resolution Msc.143(77) - Adoption Of Amendments To The Protocol Of 1988 Relating To The International Convention On Load Lines, 19 66 , 2003 - CLASSIFICATION of offshore industry vessels and consideration o f the need for a Code for offshore construction support vessels - 201 1 - MSC/Circ.1056 Guidelines for ships operating in arctic ice-cove red waters – 2002 - A831 (19) Code of Safety for Diving Systems MINISTER OF SUPPLY AND SERVICES, CANADA - TP 12260 - Equivalent standards for the construction of arctic class ships – 1995 MONITORUL OFICIAL AL ROMÂNIEI, PARTEA I, Nr. 672 bis/2.X.2007 - Regulament de naviga ție pe Dun ăre în sectorul Românesc NETHERLANDS SHIPPING INSPECTORATE - Guidelines for the assignment of reduced freeboards for dredger s, DR-68 - 2010 NORWEGIAN MARITIME DIRECTORATE - Guidelines for revision of ism -manuals on supply ships and tugs used for anchor handling regarding the imm ediate measures issued by NMD. OFFICIAL JOURNAL OF THE EUROPEAN UNION - Directive of the European Parliament and of the Council laying down technical requirements for inla nd waterway vessels (2006/87/EC ) US COAST GUARD - Code of Federal Regulations B. Volume Babicz Dictionary of Marine Technology ISBN 978-83-928106-0-5, Gdansk 2009 The Ocean Engineering Handbook Ed. Ferial El-Hawary, Boca Raton, CRC Press LLC. 2001 Victor Gibson The History of Supply Ship, La Madrila Press 2007 Lucian Manolache, Nave Tehnice, Universitatea „Dunarea de Jos” din Galați, 1982 D.G.M. Watson Practical Ship Design, Elsevier O cean Engineering Book Series, 1998 C. Reviste BUREAU VERITAS Buletin Technique 2009 Buletin Technique 2010 Buletin Technique 2011 NAVE TEHNICE 251 Buletin Technique 2012 CESA/SEA Annual Report 2010-2011 Annual Report 2011-2012 IHC Magazine – Ports & Dredging 2011 International Tug & OSV 2010 – 2013 collection D. Articole publicate G. de Jong Classification of Dredgers – Technical & Regulatory Developments Bureau Veritas, INMARCO 2010 Arie de Jager New Stability Requirements for Hopper Dredgers and Their Effect on the Design - ICMRT05- paper-dredger stability – IHC, 2008 Liu, Z., Ni, F., Miedema, S.A., Optimized design method for TSHD’s swell compensator, basing on modelling and simulation; Inter national Conference on Industria l Mechatronics and Automat ion, pp. 48-52. Chengdu, China, 2009 E. Articole Web A.V. Bushuyev - Sea Ice Nomenclature; http://www.aari.nw.ru M. van der Laan IMC - Carrousel Tug Design http://www.imcgroup.nl GL Noble Denton International Ltd - Guidelines for the Approvability of Towing Vessels http://www.scribd.com/doc/126365075/ STEERPROP http://issuu.com/marinem egastore.com/docs/steerprop- ltd - Designers' Checklist No. 1 Azi muth Stern Drive Tugs (Asd) – 2001 - Designers' Checklist No. 2 Offshore Support Vessels - 2001 - Bollard Pull Trial Code For Tugs With Steerprop Propulsion - 20 01 - Azimuth Propulsion For Ice-Going And Arctic Vessels - 2004 W. J. Vlasblom, http://www.dredging.org - Designing Dredging Equipment - Trailing Suction Hopper Dredger - Cutter Suction Dredger - Bucket (Ladder) Dredger - The barge unloading/reclamation Dredger - Dredge pumps - Cutting of rock NAVE TEHNICE 252 Mulțumiri companiei de proiectare naval ă SHIP DESIGN GROUP Gala ți (http://www.shipdesigngroup.eu/ ) pentru sprijinul acordat la realizarea acestei cărți și pentru accesul la baza de date cu proiectele de nave tehnice realizate de aceast ă companie. NAVE TEHNICE 253 NAVE TEHNICE 254