Προκαταρκτική μελέτη και σχεδίαση δίγαστρου πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων

Abstract

Η συγκεκριμένη Διπλωματική Εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Διατμηματικού Μεταπτυχιακού Προγράμματος «Ναυτική και Θαλάσσια Τεχνολογία και Επιστήμη». Σκοπός της είναι η προκαταρκτική μελέτη & σχεδίαση ενός δίγαστρου πλοίου νέου τύπου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων. Το υπό μελέτη πλοίο αποτελεί ουσιαστικά ένα νέο πλοίο, καθώς πρόκειται για δίγαστρο πλοίο μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, αντίστοιχο του οποίου δεν υφίσταται επί του παρόντος στον παγκόσμιο εμπορικό στόλο. Η εν λόγω Διπλωματική θα εξετάσει τις παραμέτρους του προκαταρκτικού σταδίου προμελέτης, με έμφαση στη σχεδίαση, ώστε στη συνέχεια να καθίσταται δυνατή η εκπόνηση μελέτης σε πιο αναλυτικό στάδιο.

Ξεκινώντας, θα πρέπει να αναφέρουμε ότι προς υποβοήθηση της Διπλωματικής εργασίας ελήφθησαν αρκετά στοιχεία από ανάλογη σχεδίαση του Ευρωπαϊκού προγράμματος CARGOXPRESS, στο οποίο συμμετέχει και το ΕΜΠ.

Αρχικά, καθορίσθηκε η μορφή του υπό μελέτη πλοίου, τα κύρια χαρακτηριστικά της οποίας έχουν ως ακολούθως:

α. Η θέση των υπερκατασκευών θα βρίσκεται στο πρυμναίο τμήμα του σκάφους, σε περιοχή που να επιτρέπει την τοποθέτηση δύο (2) σειρών εμπορευματοκιβωτίων πρύμνηθεν αυτών.

β. Τα εμπορευματοκιβώτια θα τοποθετηθούν πρώραθεν (το μεγαλύτερο μέρος) και πρύμνηθεν των υπερκατασκευών και θα βρίσκονται όλα σε εξωτερικό χώρο, επί του κυρίου καταστρώματος, το ύψος των οποίων θα εξαρτηθεί από τη μη απόκρυψη της προβλεπόμενης ορατότητας.

γ. Η πρόωση του πλοίου θα υποστηρίζεται από δύο (2) μηχανοστάσια, από ένα (1) σε κάθε ημιγάστρα, τα οποία θα βρίσκονται κάτωθεν των υπερκατασκευών. Θα χρησιμοποιηθούν κύριες μηχανές Diesel οι οποίες θα στρέφουν ελικοφόρους άξονες με την αναπτυσσόμενη ταχύτητα υπηρεσίας να φθάνει τους 15 knots.

Με βάση τις ανωτέρω παραδοχές πραγματοποιήθηκε εκπόνηση σχεδίου Γενικής Διάταξης (General Arrangement), σε συνδυασμό με επιπλέον στοιχεία που παρασχέθηκαν από τον διδάσκοντα, (κύριες διαστάσεις, βύθισμα, μεταφορική ικανότητα, αυτονομία). Κατόπιν αξιοποίησης των προαναφερόμενων δεδομένων και με γνώμονα τους περιορισμούς που εξάγονται από αυτά, προέκυψε η σχεδίαση του υπό μελέτη πλοίου. Το υλικό κατασκευής καθορίσθηκε να είναι ναυπηγικός χάλυβας υψηλής αντοχής NV-32 με Yield stress 315 N/mm2 και Young Modulus 206000 N/mm2.

Ακολούθως και με δεδομένο ότι δεν υφίσταται αντίστοιχο όμοιο πλοίο, προκειμένου να έχουμε συγκριτικά στοιχεία, πραγματοποιήθηκε προκαταρκτικός υπολογισμός της αντοχής του σκάφους, ώστε να ληφθεί το βάρος της μεταλλικής κατασκευής (WST) και να γίνει εφικτή η συνέχιση της προμελέτης. Ο υπολογισμός των εγκάρσιων κατασκευαστικών στοιχείων του σκάφους υπολογίσθηκε με βάση τους κανονισμούς του Νορβηγικού Νηογνώμονα (DNV), σε πρόγραμμα Excel. Σε ότι αφορά τον υπολογισμό των ελασμάτων της γάστρας και του κυρίου καταστρώματος καθώς και των διαμήκων ενισχυτικών έγινε χρήση της εφαρμογής Marspeed, η οποία διατίθεται ελεύθερα από το Γαλλικό Νηογνώμονα (BV), προκειμένου να επισπευτεί η διαδικασία. Παράλληλα, έγινε και δειγματοληπτική αντιστοίχηση με τα καθοριζόμενα από τον DNV για τα διαμήκη κατασκευαστικά στοιχεία, από την οποία διαπιστώθηκε ότι τα αποτελέσματα Γαλλικού και Νορβηγικού Νηογνώμονα συγκλίνουν.

Στο επόμενο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των δοκιμών, που πραγματοποιήθηκαν στη δεξαμενή του ΕΜΠ, σε μοντέλο του υπό μελέτη πλοίου, με λόγο μοντέλου - πλοίου 1:24, με μέριμνα του Εργαστηρίου Ναυτικής & Θαλάσσιας Υδροδυναμικής του ΕΜΠ. Από τα αποτελέσματα της αντίστασης σε ήρεμο νερό και σε κατάσταση θαλάσσης εξήχθη η απαιτούμενη ισχύς προώσεως του σκάφους με βάση την οποία έγινε επιλογή των κυρίων μηχανών του πλοίου.

Συγκεντρώνοντας τα αποτελέσματα της αντοχής του σκάφους εκτελείται υπολογισμός του βάρους μεταλλικής κατασκευής, στον οποίο προστίθενται και τα βάρη που προκύπτουν με υπολογισμούς από τις υπόλοιπες απαιτήσεις του πλοίου (Μηχανολογική εγκατάσταση, ενδιαίτηση & εξοπλισμός). Τελικά, προκύπτει το συνολικό βάρος του κενού σκάφους (LS) καθώς και οι αντίστοιχες θέσεις του κέντρου βάρους στο διάμηκες (LCG) και στο εγκάρσιο (VCG).

Στη συνέχεια, εκτελείται υπολογισμός των διαφόρων καταστάσεων φόρτωσης σε διαφορετικά Payload από 0 έως 100 %, με τα αντίστοιχα LCG & VCG. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά ακολούθως πραγματοποιείται έλεγχος ικανοποίησης των κριτηρίων άθικτης ευστάθειας.

Με βάση τα τελικά βάρη του πλοίου εκτελείται καταμέτρηση του πλοίου, όπου υπολογίζεται η ολική (GT) και η καθαρή (ΝΤ) χωρητικότητες καθώς και η σύνθεση του πληρώματος με βάση τις διατάξεις του ΠΔ 238/1987.

Τέλος, πραγματοποιείται αναλυτικός προϋπολογισμός του κόστους κατασκευής και εκμετάλλευσης του πλοίου, από τον οποίο εξάγεται η βιωσιμότητα του σκάφους στη ναυτιλιακή αγορά.