IMOn lähestymistapa vapaan nestepinnan laskemiseen vs. todellisuus
Laivan vakavuutta laskettaessa, yksi tärkeimmistä asioista on määritellä tankeissa olevan vapaan nestepinnan vaikutus laivan alkuvakavuuteen. Näitä laskelmia ohjaa IMO:n 2008 IS Code, jossa on annettu ohjeet vapaan nestepinnan korjauksen laskemiseen. Mutta pystyykö 2008 IS Code arvioimaan kyseisen korjauksen luotettavasti sylinterin ja bi-loben mallisissa tankeissa, jossa kuljetetaan paineistettua kaasua?
Kiristyvien säädösten ja laivaliikenteen päästöjen vähentämiseen kohdistuvien paineiden myötä on otettu käyttöön uusia vihreämpiä polttoaineita perinteisten, kuten raskaan polttoöljyn, tilalle. Näiden uusien polttoaineiden vaatimukset polttoainesäiliöille ovat erilaiset kuin raskaalla ja kevyellä polttoöljyllä. Polttoaineet, kuten LNG (liquefied natural gas eli nesteytetty maakaasu), vaativat säilytykseen esimerkiksi sylinterin mallisen polttoainesäiliön perinteisen kulmikkaan sijaan. Näiden painetta kestävien säiliöiden myötä on herännyt kysymys, miten IMOn 2008 IS Coden säännöt pystyvät laskemaan vapaan nestepinnan momentteja ja korjauksia näiden tankkien muoto huomioon ottaen.
2008 IS Coden lähtestymistapa
2008 IS Code aloittaa vapaan nestepinnan momenttien ja korjausten laskemisen jaottelemalla polttoainesäiliöt kahteen ryhmään: täyttömäärältään muuttumattomiin ja muuttuviin. Muuttumattomien polttoainesäiliöiden vapaan nestepinnan laskeminen on yleisesti ottaen helppoa, koska säiliön sisällön määrää ei tarvitse arvioida, vaan voidaan suoraan laskea momentit ja korjaukset vallitsevien täyttöasteiden mukaan.
Laskenta muuttuu hankalammaksi, kun polttoainesäiliön täyttöaste vaihtelee matkan aikana ja olisi tarpeen arvioida suurin mahdollinen vapaa nestepinta ja sen aiheuttamat momentit ja korjaukset. 2008 IS Code arvioi vaihtelevien täyttömäärien tankkien vapaata nestepintaa enemmän perinteisen muotoisten (kantikkaiden) polttoainesäiliöiden mukaan. Miten siis 2008 IS Code taipuu laskemaan momentteja ja korjauksia pyöreissä tankeissa?
Tulokset olivat odotettuja
Vapaan nestepinnan käyttäytymisen tutkimiseksi oli valittu muutamia eri kokoisia sylinterin ja bi-loben mallisia polttoainesäiliöitä. Oletetusti suurin momentti vallitsi kaikissa polttoainesäiliöissä, kun täyttöaste oli noin 50 %. Kuvassa on erään bi-lobe mallisen säiliön aiheuttama vapaan nestepinnan momentti täyttöasteen funktiona.
Kaikkien polttoainesäiliöiden käyrä näytti jotakuinkin samanlaiselta, joten voidaan todeta, että suurimman momentin arvioiminen on helppoa.
IMO vs. todellinen tilanne
Tutkimuksessa myös vertailtiin miten IMOn 2008 IS Code laskee ja arvioi vapaan nestepinnan korjauksen laivan alkuvakavuuteen ja miten todellinen tilanne ja polttoainesäiliön täyttöaste vaikuttaa korjauksen suuruuteen. Tutkimuksissa huomattiin, miten 2008 IS Code arvioi suurimman momentin ja korjauksen järjestelmällisesti pienemmäksi, kuin mitä todellinen tilanne on. 2008 IS Coden korjaus alkuvakavuuden GM-arvoon oli sylinterin mallisissa tankeissa muutamia senttejä pienempi, kuin mitä todellinen suurin korjaus oli, mutta bi-loben mallisissa tankeissa korjauksen ero oli huomattavasti suurempi.
Ero ei ole yksittäistapauksissa huomattava, mutta jos tarkoituksena on optimoida ja parantaa laivan suunnitteluprosessia kokonaisuutena, tulisi myös harkita vapaan nestepinnan laskelmien optimointia.
Muutoksia IMOn sääntöihin?
Kuten tutkimuksen tulokset osoittavat, IMOn säännöt eivät pysty arvioimaan vapaan nestepinnan suurinta momenttia ja korjausta polttoainesäiliöissä, joissa on johdonmukainen pyöreä muoto. Vaikka ero ei ole suuri, voisi se aiheuttaa odottamattomia tilanteita, joissa laivan vakavuus on huonompi kuin mitä on laskettu.
Biloben sisäisessä rakenteessa on parantamisen varaa
Tutkimuksissa käytetty tankki bi-lobe 1 laskettiin kahteen kertaan, ensin ilman sisäistä pitkittäistä rakennetta jakamassa säiliön puoliskoja erilleen ja sitten jakavan rakenteen kanssa. Tulokset osoittivat oletetusti, että kun vapaa nestepinta oli jaettu kahdeksi eri pinnaksi, aiheutuneet momentit ja korjaukset olivat neljä kertaa pienempiä kuin verrokkitankissa, jossa oli yksi yhtenäinen vapaa nestepinta. Ylimäärisillä rakenteilla on myös negatiivisia vaikutuksia, kuten laivan kevytpainon lisääntyminen, millä on merkittävä vaikutus laivan suunnittelussa.
Lähde:
Rand, S. 2025. Free surface correction in cylindrical and bi-lobe tanks – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun lopputyö.
Pääkuva luotu tekoälyä käyttämällä.