Кіріспе

Сүлгілік резервуардағы сұйықтықтардың әсері

Еркін беттік әсер – су кемесінің тұрақсыз болуына және құлауына себеп болатын механизм. Ол сұйықтықтардың – және тұқым, қиыршық тас немесе ұсақталған кен сияқты ұсақ қатты заттардың біріккен жиынтықтарының, олардың мінез-құлқы сұйықтықтарға ұқсас болатын, кеме иесінің әрекеттерінен (немесе толқындар мен желдің кемеге тигізген әсерінен туындаған теңіз жағдайларынан) кеме жүк бөлімдерінің, палубаларының немесе сұйықтық резервуарларының орналасуына байланысты қозғалуға бейімділігін көрсетеді. Еркін беттік әсер туралы сөз болғанда, толмаған резервуар "бос резервуар" деп, ал толы резервуар "толтырылған" деп сипатталады.

Тұрақтылық және тепе-теңдік

Қалыпты жүктелген кемеде тік бұрыштан кез келген дөңгелеу, корпустың төменгі жағындағы су көлемінің артуынан туындайтын тік қозғалыс моментімен теңдестіріледі. Бұл кеменің ауырлық орталығының салыстырмалы түрде тұрақты екенін көрсетеді. Егер кеме ішіндегі қозғалмалы масса дөңгелеу бағытында жылса, ол ауырлық орталығын төменгі жаққа жылжыту арқылы тік қозғалыс әсеріне қарсы тұрады. Бос бет әсері ірі, жартылай толған жүк бөлімдерінде, жанармай бактерілерінде немесе су бактерілерінде (әсіресе егер олар кеменің бүкіл енін жабатын болса) немесе жазабас су басудан, мысалы, бірнеше апаттарда болғандай, мәселе тудыруы мүмкін. Егер бөлім немесе бак бос немесе толы болса, кеме дөңгелейтін кезде масса орталығында өзгеріс болмайды (күшті желдерде, толқынды теңізде немесе кенетті қозғалыстарда немесе бұрылыстарда). Дегенмен, егер бөлім жартылай ғана толған болса, сұйықтық кеменің көтерілуіне, иілуіне, дөңгелеуіне, инерциясына, тербелуіне немесе бұрылуына жауап береді. Мысалы, кеме сол жаққа дөңгелегенде, сұйықтық бөлімнің сол жағына жылжып, кеменің масса орталығын сол жаққа жылжитады. Бұл кеменің тік күйге оралуын баяулатады. Жылжымалы сұйықтықтың үлкен көлемінің инерциясы маңызды динамикалық күштерді тудырады, олар тік қозғалыс әсеріне қарсы әрекет етеді. Кеме тік күйге оралғанда, дөңгелеу жалғасады және әсер қарсы жағында қайталанады. Ауыр теңізде бұл оң кері байланысқа айналып, әрбір дөңгелеудің одан әрі күшеюіне және тік қозғалыс әсерін жеңіп, айналып кетуге әкелуі мүмкін. Дөңгелеудің үлкен амплитудасымен қайталама тербелістер көбінесе бос бет әсерімен байланысты болғанымен, бұл міндетті шарт емес. Мысалы, және жағдайында өрт сөндіруден жиналған судың бірте-бірте көбеюі бір реттік дөңгелеу арқылы айналып кетуге әкелді.

Жеңілдіктер

Бұл қауіпті азайту үшін жүк кемелері үлкендерінің орнына бірнеше кіші көлемді жүк бөлімшелерін немесе сұйық резервуарларды пайдаланады, сондай-ақ жүк бөлімшелерінің немесе сұйық резервуарлардың ішіндегі еркін беттік әсерді кемеге жалпы тұрақсыздық әкелмейтіндей болу үшін бөлігіштер орнату мүмкін. Жеке жүк бөлімшелерін немесе сұйық резервуарларын салыстырмалы түрде толық немесе бос ұстау – бұл әсерді және оның тудыратын проблемаларды азайтудың тағы бір жолы. Гидравликалық танкерлер резервуарды әрдайым толық ұстау үшін жеңіл майды ығыстыру үшін суды қолданады. Кеменің орта сызығынан өтетін резервуарлар мен бөлімшелер тұрақсыздық тудыратын тербелістерге көбірек бейім. Сол сияқты, тар бөлімшелер (кеменің бағытынан қақпаққа дейін созылған) және орта сызықтан алыс орналасқан бөлімшелер де тұрақсыздыққа себеп болу ықтималдығы аз.

Тарихи мысалдар

Су басу, сұйық жүк ағуы немесе кез келген бөлімдерде немесе су кемелерінің палубаларындағы судың кездейсоқ түсуі (жауын-шашыннан, толқындардан немесе корпустың зақымдануынан) және осының салдарынан туындайтын еркін беттік әсері көбінесе апаттарға, құлауларға және адам шығындарына себеп болады, мысалы, TEV Wahine (Веллингтон, Жаңа Зеландия, 1968 жылғы сәуір), (Зебрюгге, Бельгия, 1987 жылғы наурыз) және (Балтық теңізі, 1994 жылғы қыркүйек). RORO паромдарының бірі – al Salam Boccaccio 98 (Қызыл теңіз, 2006 жылғы ақпан) жағдайында, дұрыс емес өрт сөндіру шаралары су басуға алып келді, бұл тұрақсыздық пен құлауға себеп болды. Аль Салам Боккаччо 98 және Costa Concordia екі жағдайында да кеме күрт бұрылғаннан кейін бірден қатты қисайды, соның салдарынан судың тұрақсыз көлемі (соңғы жағдайда соқтығысудан зақымданудан) кеменің бір жағынан екінші жағына жылжыды.

Жерге және әуе кемелеріне әсері

Еркін бет әсері кез келген көлік құралына әсер ете алады, оның ішінде су кемелеріне (ең көп кездесетіні), ірі жүк немесе сұйық танкерлік жартылай тіркемелерге және жүк көліктеріне (бұрылып қалуға немесе аударылып кетуге себеп болады), сондай-ақ ұшақтарға (әсіресе өрт сөндіруге арналған су шашыратушыларға және жанармай құюшы танкерлерге, онда бөлігіштер әсерді азайтады, бірақ толығымен жоймайды). "Еркін бет әсері" термині гравитация күші әсер ететін сұйықтықты білдіреді. Сұйықтық динамикасы – бұл еркін бет әсерін және ғарыш кемелері сияқты жағдайларды қамтитын кең сала, онда гравитация маңызды емес, бірақ инерция мен импульс күрделі сұйықтық механикасымен өзара әрекеттесіп, көліктің тұрақсыздығына әкеледі.

Реттеу

Кемелердің еркін беттік әсерінен аударылу қаупін азайту үшін, SOLAS конвенциясы және қалыпты тұрақтылық туралы халықаралық кодекске сәйкес, барлық кемелерге халықаралық деңгейде міндетті талаптар қойылады.