Kapittel 1

Bøyemoment og skjærkraft

Figur 01.01 Viser hvordan bøyemomentet kan virke på et skip

Den blå hellinjen viser aktuell skjærkraft med referanseakse til venstre (tonnes), den blå stiplede linjen viser aktuelt bøyemoment med referanse akse til høyre (tonnes x m = TM). Skjærkraften og bøyemomentet har to visning moduser. Den ene er for havn (harbour) og den andre er for sjøgående (seagoing).

Eksempel på vurdering av en skjærkraft og bøyemoment diagram. Skissen viser diagram for bøyemoment og skjærkrefter for skipet M/S Sidus er et bulkskip på 176 m lengde (LPP), det har et sommerdeplasement = på 53181 tonnes og DW = er 39465 tonnes.

Skissen viser skipet i en ballast kondisjon hvor alle ballasttankene er 100 % fulle foruten AP som er delvis full, og det er moderat mengde med bunkers. DW for denne kondisjonen er på 17200 tonnes. Det er ingen last om bord. Foreta en bedømming av aktuell kondisjon.

Løsning:

Hvordan vil det påvirke aktuelt diagram? Vekt av last blir: 4583 tonnes.

Både bøyemoment og skjærkreftene reduseres betraktelig, og skjærkreftene vil nå få større verdier rundt spant 83 eller 92 fordi det er kommet last i lasterom # 5 og det blir stor forskjell på grunnlag av oppdrift og vekt i dette området av skipet. Bøyemomentet er omtrentlig halvert, men det er fortsatt en god del forskjell på oppdrift og vekt (av akterskip) rundt spant 36, noe som resulter i skjærkraft. Hvis oppdrifts-kraften er størst er skjærkraften ovenfor null-linjen, er vekt kraften størst er skjærkraften under null-linjen.

Den gamle Polbåt-serien tilhørende rederiene Odfjell og Westfall Larsen ble bygget i perioden 1975 – 1978 i Stocznia Stettin. I alt tolv skip (seks til hver av rederiene).

Dimensjoner: LOA :170,53m, bredde: 25,32 m, sommerdypgående :11,08 m.
Dødvekt sommer:28026 tonnes. Antall lastetanker: 41 + 2 laste/sloptanker.

De skulle i utgangspunktet utstyres med maskin/motor av Sulzer med motorytelse BHK 12000, men på grunn av at Sulzer fikk en kansellering av et byggeprosjekt fikk rederiene Odfjell og Westfall Larsen nå et tilbud på Sulzer RND 90 med motorytelse BHK 17400 til samme pris som den med motorytelse BHK 12000.

Byggeprosjektet til Odfjell/Westfall - Larsen måtte reduserer vekt på grunn av større vekt i fra motor RND 90 og motorbeddingen. Akterskipet ble redusert med et dekk, noe som medførte at messehallene med bysse som var plassert på første poopdekk ble plassert på dekket under. Det igjen medførte at det dekket fikk mindre plass til reservedeler og stores.

Selv om disse tiltakene ble gjennomført så ble det store bøyemoment og skjærkrefter ved visse kondisjoner, som blir beskrevet senere i boken.

Sentertanker og dekkstankene med grå farge er rustfrie ståltanker.
Vingtankene med rød farge er vanlige ståltanker, malt med sinkmaling.

Vingtankene deles inn i babord og styrbord slik som 2WP og 2WS (2 ,wingport og 2, wingstarboard) . På denne skissen ser man at for eksempel tank 1C er oppført som C1.

De gamle Polbåtene gjorde 17,0 knop ved et forbruk på 63,0 tonn/døgn ved 122 o/ min.
Forholdet dødvekts tonnasjen/ BHK = 28026 tonnes / 17400 BHK = 1,61tonn/BHK.

Hvis man sammenligner med andre lasteskip vil de alle fleste ha betydelig mindre forhold enn 1,61. Når det ble dårlig vær med for eksempel mye vind imot var maskineriet/motoren i sitt rette element og viste hva den var god for. I motsetning til Porsanger har et containerskip mye luftmotstand med sitt store areal av last på dekk som kan sees på Figur 01.09.

Men det var overskudd av maskinkraft som kom til sin rett som utgjorde fartsforskjellen. Det var mange containerskip som lurte på hvilket skip som tok dem igjen og som passerte dem også. Porsanger kan sammenlignes med en tråsykkel som har et høyere gir og ved en slak nedoverbakke kan farten økes jevnt i motsetning til en sykkel som har et normalt gir, der farten kommer til et toppunkt etter en viss tid.

Ved dårlig vær måtte man være påpasselig med farten til skipet for ellers kunne det medføre skader på skipet, spesielt ved et lett deplasement. Det kunne gi mange bunnslag i en serie med hurtige frekvenser forårsaket av sjøgang.

Vi ser at det eksisterer flere svingegrader:
I. grad-systemet har ett knutepunkt (med null utslag), som vanligvis ligger bak svinghjulet, mens II. grad har to knutepunkter, der ett av knutepunktene er på veivakselen, noe som blant annet betyr at det oppstår størst relativ vridning og dermed størst belastning på selve veivakselen.

I det skisserte anlegget vil det teoretisk eksistere flere svingeformer, helt opp til V. grad, der hver grad har sin bestemte egenfrekvens. Men frekvensen er sterkt økende med økende gradtall, og vanligvis er det bare I. og II. grad svingesystem som har praktisk interesse, dette fordi egenfrekvensene for høyere gradtall blir så høye at resonans med aktuelle impulsfrekvenser er lite sannsynlig. Kraftimpulser og kritisk turtall

Figuren 0.13 viser skisse av en tangentialkraft kurve for gasskraften i en sylinder i en 4-takts motor, med tilhørende sinuskurver opp til 5. orden.

Dette basert på Fourier prinsipp:

Merk at det her opptrer halve orden, dette fordi 4-takts motorer gjør 2 omdreininger per arbeidsslag. Hver av sinuskurvene tilsvarer altså impulser, som teoretisk kan komme i resonans med ett av akselsystemets egenfrekvenser.

Nå er ikke alle sinuskurvene like farlige selv om det opptrer resonans. Kurvene vist i figuren gjelder som nevnt, for en sylinder. I motorer med flere sylindre må vi summere sinuskurvene for alle sylindrene og på grunn av faseforskyvningen mellom sylindrene, kan da kurver av enkelte ordener summeres på en ugunstig måte, mens andre orden summeres på en mer eller mindre gunstig måte. Hva som blir hoved-kritisk orden, bestemmes av veivstjernen og sylindertallet.

På denne måten kan vi få et resonansbilde slik det er vist i figuren under, som viser resultat av spennings beregninger for en 6-sylindret 4-takts motor med maksimalt turtall på 1600.

Dersom skrogbjelken blir påført periodiske krefter eller moment med frekvens lik en av egenfrekvensene, oppstår det resonanssvingninger i skroget, med denne frekvensen og en samsvarende svingegrad.

Skrogsvingninger kan generelt være horisontale eller vertikale, men i praksis kan vi som regel, se bort fra horisontale svingninger fordi disse normalt har høyere egenfrekvenser enn aktuelle impulsfrekvenser og resonans er derfor lite sannsynlig.

Hver svingegrad har altså en bestemt egen-frekvens og et bestemt antall knutepunkt der utslaget er null. Svingninger av 2. grad har f.eks. 2 knutepunkt, 3. grad har 3 knutepunkt og 4. grad har 4 knutepunkt osv.

Figur 0.14 ovenfor viser eksempel på svingeformer for 3. og 4. grad, skjematisk.

For nye skip blir det selvsagt gjennomført en mer grundig kontroll. Merk at egenfrekvensene generelt er relativt lave, og at de øker med økende svingegrad. Merk også at frekvensene er av samme størrelse som 1. og 2. ordens massekrefter og moment for store 2-takts motorer, noe Masse- krefter og moment eksitert fra hovedmotoren.

Masse-krefter og moment oppstår som kjent i stempelmotorer ved at bevegelige deler blir påvirket av akselerasjoner.

For å vurdere virkningen av slike masse- krefter og moment på skroget, må vi summere alle krefter og moment for hele motoren. Slike beregninger viser at for de fleste fremdriftsmotorer er summen av ytre massekrefter små og har derfor liten praktisk betydning. Normalt er det derfor bare nødvendig å vurdere summen av 1. og 2. ordens moment. Dersom beregninger viser at summen av moment er store for en bestemt motor, må vi normalt vurdere tiltak, særlig dersom frekvensen er nær en av egenfrekvensene til skroget, da dette kan føre til sjenerende skrogsvingninger.

Et slikt tiltak kan være å installere en moment-kompensator, som i prinsippet kan bestå av to eksenterskiver montert i for- eller akterkant av motoren, drevet av veivakselen med en separat kjede-drift. Ovennevnte forhold blir imidlertid beregnet og vurdert ved motorfabrikken, ofte i samråd med rederi og verft før byggestart av et skip.

Dette er med andre ord forhold som ligger utenfor kontroll og forventet kompetanse for besetningen om bord og blir derfor ikke nærmere beskrevet her. Moderne metoder for summering av krefter og moment, og bruk av statistiske data over egen- frekvenser for ulike skrog, har ført til at vi i dag sjelden opplever unormale skrogsvingninger på nye skip, men dersom dette likevel skjer, kan vi som utgangspunkt anta at årsaken er resonans mellom moment-impulser eksitert fra motoren og skrogets egenfrekvenser.

For å undersøke dette nærmere kan vi prøve følgende:
Flytte på ballast og/eller bunkers.

Dette vil i noen grad endre egenfrekvensene til skroget og kan teoretisk fjerne resonansfenomenet. Endre motorturtallet. Dette vil endre frekvensen til impulsene fra motoren og dersom svingningene da opphører, kan vi konkludere med at motoren er kilden til svingningsproblemene.

Neste tiltak blir gjerne å kontakte motorfabrikken for råd om mulige tiltak. Merk ellers at eventuelle skrogsvingninger har størst betydning for mannskapets komfort, dvs. de har normalt liten betydning for selve skipet».

Under skallet til R 18 skjuler det seg en massiv 1,802 kubikkcentimeter boksermotor som leverer imponerende 91 hestekrefter og 158 Nm dreiemoment. Denne kraftige motoren gir en jevn og kraftig akselerasjon, uansett hvilken hastighet du kjører i. Med R 18 kan du føle kraften i hvert dreiemoment.

Jo høyere dreiemoment, jo lettere er det å holde farten oppe i møte med motbakker. Effekten, antall HK er et mål på hvor fort ting skjer. Det viktige med HK er dreiemoment multiplisert med omdreiningstallet. Det vil si: 100 Nm med 3.000 o/miner halvparten så mange HK som 100 Nm ved 6.000 o/min.

Man kan si at dreiemomentet forteller hvor rask akselerasjonen er, effekten er hvor lenge du kan fortsette øke farten. Når man skal kjøpe sykkel bør man vurdere sitt eget kjøremønster. Av samme grunn vil touring-folket ha masse kubikk. Det er ikke for å få mange HK (kjøre fort) men for å få et høyt dreiemoment. Men styrken er mye viktigere enn høy fart. Det gjelder nok de aller fleste som kjører touring. Fordi krefter er det samme som komfort, der man slipper å gire ned for å kjøre forbi, eller slippe å gire fordi man bremset ned før en sving.

BMW har lange tradisjoner i å produsere 2 sylinder boksermotorer, noe som gir lavere tyngdepunkt, noe som igjen gjør at R 18 med sine 345 kilo-vekt føles lettere å håndtere under kjøring. Sylinderne får mye bedre kjølning enn for eksempel med Harley V-maks prinsipp som også gir mye mindre vibrasjoner, men BMW R18 har et så stort dreiemoment at sykkelen lett kan velte over hvis man ikke håndtere den kontrollert. En boksermotor kommer fra boksing (sport), som man ser av Figur 01.15. En sylinder på hver side som virker vekselvis og frembringer dreiemomentet, kan medføre at sykkelen tipper over.

Jeg seilte på fem av disse tolv polbyggene med en fartstid på om lag tolv år, i ulike posisjoner lettmatros, førstestyrmann, overstyrmann og til slutt kaptein. De gamle polbyggene hadde et ord på seg for å være tøffe å drive på dekk, men veldig lærerike.

Hvorfor ble det valgt en slik fordeling av last til de tankene som det var last på?

Svaret er nok at det skulle benyttes minst mulig antall lastetanker fordi mindre antall lastetanker i bruk vil medføre mindre antall lastatanker som må rengjøres (tankspyling) og mindre antall lastetanker gir spart tid. Da lasten var fordelt på de lastetanker som nevnt tidligere så måtte lastetank C8 bli 98% full fordi hvis den hadde blitt for eksempel 92% full så ville bøyemomentet blitt på over 100%, selv om det hadde blitt en litt annen lastfordeling til de andre lastetankene. Lastetank C8 var som oftest en viktig lastetank når det gjaldt bøyemoment og skjærkraft, men i dette tilfelle burde det valget som jeg tok (teoretisk) lengre opp. Etter Tampa skulle skipet til Houston for å foreta en større opplasting til Det fjerne Østen.

Fra Tampa til Houston er det i underkant av to døgn. Svovelsyre spyles kun med kaldt sjøvann og kaldt ferskvann og når man spyler med kaldt sjøvann kan man spyle mange lastetanker i lag. Fordi det er med bruk av varmt sjøvann til spyling som gir begrensinger (bruk av heather). Det er nok ikke sikkert at alle de lastetankene det var last på hadde vært klare til lasting ved ankomst Houston (helt tørre lastetanker), men ikke langt unna heller. Isteden ble det off-hire etter at tankspylingen var stort sett ferdig.

De gamle Pol-båtene gikk hele verden over, men skulle jeg trekke frem noe så blir det Sør-Amerika. Med et sommerdypgående på litt over elleve meter kunne det by på problemer med de grunne havnene i Sør-Amerika. Her kunne man ikke ankomme med stor akterlig trim for eksempel. Det var mange hensyn å ta når det gjaldt last (kjemikalier), det kunne være at en last måtte ha oppvarming under hele sjøreisen og at en annen last ikke måtte komme i nærheten av de lastene som måtte ha oppvarming (heat).

Vingtankene var laget av vanligstål og de ble påført malingsbelegg (coatings) og her måtte man sjekke opp med produsenten av malingsbelegget om det var anbefalt /ikke anbefalt om å stue den bestemte lasten på den lastetanken. Påpasselig med at man hadde litt akterlig trim ved passering i grunne elver slik at skipet styrte bedre.

Bruk av kompatibilitetsdiagrammet.

Følgende prosedyre forklarer hvordan kompatibilitetsdiagrammet/kartet skal brukes for å finne kompatibilitetsinformasjon:

1. Bestem gruppenumrene til de to lastene ved å referere til den alfabetiske listen over laster og de tilsvarende gruppene. Mange laster er oppført under overordnede navn. Med mindre annet er angitt, er isomerer eller blandinger av isomerer av en bestemt last tilordnet samme gruppe. For å finne gruppenummeret for isobutylalkohol, se for eksempel under overordnet navn butylalkohol På samme måte finnes gruppenummeret for para-xylen under oppføringen xylene. Hvis en last ikke kan bli funnet i listen, kontakt kystvakten for en gruppebestemmelse

2. Hvis begge gruppenumrene er mellom 30 og 43 inklusive, er produktene kompatible og diagrammet trenger ikke å brukes.

3. Hvis begge gruppenumrene ikke faller mellom 30 og 43 inklusive, finn ett av tallene til venstre på kartet (lastegrupper) og det andre over toppen (reaktive grupper).

Boksen dannet av skjæringspunktet mellom kolonnen og raden som inneholder de to tallene, vil inneholde ett av følgende:

a)	Blank	De to lastene er kompatible.
b)		De to lastene er ikke kompatible. Merk at reaktiviteten kan variere mellom gruppemedlemmene. Legg merke til om hvis de aktuelle lastene er referert til med en fotnote som indikerer at det finnes unntak, (referer til i vedlegg I). Ved en komplisert sammensetning av forskjellige laster (partier) så kunne løsning ligge i (b), der man finner løsning ved hjelp av fotnoter og unntak.

En kofferdam er et tomt vanntett skillerom som i dette tilfelle er utstyrt i lastetank 3P og 3S, markert med fet kantlinje. Det vil si at laster som er på lastetank 3P og 3S er helt adskilt i fra laster på lastetank 2P og 2S og lastetank 4P og 4S. Dette medfører mye lettere stuing, der man ikke trenger å ta hensyn til adskillelse til 2P og 2S og lastetank 4P og 4S.

US. Gulfen – Sør- Amerika

En sjøreise i dette fartsområdet startet i Houston /Texas City (Texas i USA). Her var det lasting av de fleste partier tilhørende denne bestemte sjøreisen (reisebefraktning). Antall partier (laster) lå imellom 30 – 40 stk. Den ble avsluttet i siste lossehavn som inngikk denne reisen, som oftest var det Buenos Aires. Det var som regel litt hektisk på kysten av Sør- Amerika. Kort tid imellom havnene, en til to dager, som oftest, der lastetanker som hadde blitt losset skulle rengjøres og være helt tørre før ankomst neste havn.

Den neste reisen startet i Buenos Aires med opplasting og fortsatte med lasting nordover i havner i Argentina og Brasil.

Reisene ble inndelt slik:
Voyage 03/24 Houston- Buenos Aires, som forteller at dette er den tredje reisen i 2024.
Den neste reisen ble 04/24 Buenos Aires – Houston, som blir avsluttet med lossing i Houston.

Hvis begge disse to reisene hadde vært selvstendig og uavhengige av hverandre hadde det vært en enkel sak, men som oftest startet man lasting av reisen 04/24 mens reisen 03/24 foregikk. Det skjedde også flere ganger når vi ankom en havn i Brasil/Argentina på sørturen vi ble informert om laster, som skulle lastes ved samme kai/terminal samme dag. Dette var last som vi ikke hadde blitt informert om tidligere og som skulle losses i Houston. Dette kunne skape problemer med tanke på US Coastgard regelverk med hensyn til stuing/segregering av last, da det nå var last på mange av lastetankene: stuing/segregering av last med hensyn på at nå var det last på mange av lastetankene.

Hva med bøyemoment og skjærkrefter?

Man kunne ikke stue slik at man kom i konflikt med US Coastgard sitt regelverk eller at man fikk for stor akterlig trim ved ankomst Rio de Janeiro slik at man ikke greide å legge til en bestemt kai? Bøyemomenter og skjærkrefter kunne da komme i andre eller kanskje i tredje rekke.Da er det viktig at man har rett fokus på bøyemomenter og skjærkrefter og kan vise til en god holdning relatert til bøyemoment og skjærkrefter problematikken.

Vurderinger av flere kondisjoner som er:
Nr. 1 ballast,
Nr. 2 tomt (kun med bunkers og vann),
Nr. 3 lett lastet annethvert lasterom (lasterom # 1 – 9),
Nr. 4 tungt lastet annethvert lasterom (lasterom # 1 – 9),
Nr. 5 tungt lastet hvert lasterom (lasterom # 1 – 9).

---

Kondisjon nr. 1

Kondisjon nr. 2

Kondisjon nr. 3

Kondisjon nr. 4

Kondisjon nr. 5