Materiały kompozytowe zwiastują nową generację lekkich statków wielkogabarytowych
Polimery wzmacniane włóknami (ang. fibre-reinforced polymers, FRP) oferują wiele korzyści dla przedsiębiorstw zajmujących się budową dużych statków. Ponieważ są lekkie, zmniejszają one masę statków, a więc i moc wymaganą do ich napędzania, co przekłada się na oszczędności eksploatacyjne. Materiały FRP nie ulegają korozji, co zmniejsza koszty konserwacji. W porównaniu z produkcją statków przy użyciu stali emitują one mniej zanieczyszczeń, a podczas eksploatacji wytwarzają mniej hałasu pod wodą, co jest korzystne dla organizmów morskich. Aby wykazać opłacalność wykorzystania materiałów FRP w przemyśle stoczniowym, w ramach wspieranego ze środków UE projektu FIBRESHIP zaprojektowano trzy statki: 265-metrowy kontenerowiec, 204-metrowy statek pasażerski typu ROPAX (ang. Roll-on/Roll-off Passenger) oraz 85-metrowy rybacki statek badawczy (ang. fishing research vessel, FRV). Te trzy kategorie statków wybrano w celu wykazania nie tylko szerokiego zakresu zastosowań rynkowych, ale również konfiguracji konstrukcyjnych. W symulacjach wszystkich trzech typów statków wykazano znaczącą redukcję ciężaru konstrukcji w porównaniu do konwencjonalnych statków ze stali: 45,9 % w przypadku kontenerowca, 36,2 % w przypadku statku typu ROPAX i 69,6 % w przypadku statku typu FRV. W ramach projektu zbudowano egzemplarz demonstracyjny przekroju 85-metrowego statku typu FRV o wymiarach 11 x 11 x 8,6 metra i masie 20 ton. Na konstrukcyjnej grodzi z tworzywa FIBRESHIP przeprowadzono test, którego wyniki przewyższyły rygorystyczne wymogi części 11 kodeksu FTP IMO dotyczącej bezpieczeństwa pożarowego. W ramach testu wykazano odporność materiału na ogień przez czas 83 minut, co przekracza wymagany czas o 23 minuty. „Projekt FIBRESHIP wykazał, że pomimo pewnych kwestii w zakresie bezpieczeństwa pożarowego, które wymagają poprawy, oraz wyzwań regulacyjnych, które należy pokonać, wkrótce możliwe będzie budowanie wielkogabarytowych, zrównoważonych statków z materiałów FRP”, mówi koordynator projektu Alfonso Jurado z firmy TSI, będącej gospodarzem projektu.
Narzędzia pomocnicze
Konstrukcje statków FIBRESHIP zostaną wyposażone w systemy monitorowania stanu technicznego w celu oceny stanu ich kadłuba. Aby przetestować tę koncepcję, na potrzeby monitorowania zachowania konstrukcji 260-metrowego stalowego kontenerowca ZIM Luanda na jego pokładzie zainstalowano szereg czujników, które można ekstrapolować na długie jednostki budowane przy użyciu włókien. „Podczas podróży statku z Hiszpanii do Kanady monitorowaliśmy w czasie rzeczywistym deformacje miejscowe oraz ogólne deformacje skręcające i zginające kadłuba”, wyjaśnia Jurado. Aby zapewnić bezpieczeństwo i niezawodność, zespół projektu FIBRESHIP opracował szereg komputerowych narzędzi analitycznych. Posłużyły one do sprawdzenia takich kwestii, jak odporność ogniowa, rozkład termiczny, stan techniczny konstrukcji, obciążenia zmęczeniowe, dynamiczne zachowanie konstrukcji i właściwości hydrodynamiczne. Obliczono również poziomy hałasu pod powierzchnią wody, wykazując, że sygnatura akustyczna emitowana przez statek FRV zbudowany na bazie włókien była znacznie niższa od maksymalnych poziomów zalecanych przez przepisy. Zespół opracował procedury inspekcji i konserwacji statków z materiałów FRP w celu wykrywania i kontroli usterek, takich jak rozwarstwienia w grodziach z FRP. „Opracowaliśmy również narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji, które wykazało, że materiały FRP oferują doskonałą wydajność, a jednocześnie są tańsze i wymagają mniej energii na przestrzeni całego okresu eksploatacji. Dodatkowo stworzyliśmy kalkulator kosztów i korzyści w celu oszacowania kosztów na etapie budowy, eksploatacji i demontażu”, mówi Jurado.
Rewolucjonizowanie europejskiego przemysłu stoczniowego
Uniwersalność produkcji przy użyciu FRP pozwala na konstruowanie bardziej skomplikowanych geometrii kadłuba i nadbudówki. Powstały w ten sposób statek może być atrakcyjniejszy od jego stalowej wersji, co jest ważnym czynnikiem w przypadku statków pasażerskich i rekreacyjnych. Nie chodzi jednak tylko o wygląd. Ponieważ statki są cichsze, są też bardziej komfortowe. Aby przyspieszyć prace, zespół stara się obecnie obniżyć koszty i skrócić czas budowy, stosując modułowe i zautomatyzowane techniki produkcji i montażu. Opracowuje również procedury recyklingu i gospodarowania odpadami na potrzeby demontażu. „To naprawdę ważne, aby statki te włączono do europejskiej strategii gospodarki o obiegu zamkniętym”, dodaje Jurado.
Słowa kluczowe
FIBRESHIP, statek, kontener, jednostka pływająca, kompozyt, polimery wzmacniane włóknami, odporność ogniowa, rozkład termiczny, stan techniczny konstrukcji, obciążenia zmęczeniowe, zachowanie konstrukcji, właściwości hydrodynamiczne
