Ağırlık Hesabı Her türlü geminin dizaynında gemiyi oluşturan ağırlıkların ön dizayn aşamasında doğru olarak hesaplanması geminin tekno-ekonomik performans karakteristiklerinin belirlenmesinde son derece önemlidir. Herhangi bir deniz aracı aşağıdaki eşitliği sağlamak zorundadır. urada i geminin deplasman tonajı ve i gemi için toplam ağırlık dağılımı şöyle olacaktır. DT gemideki ağırlıkların toplamıdır. ir ticari urada geminin light ship ağırlığı, DT ise deadweight tonajı olup geminin yük taşıma kapasitesini gösterir. Toplam deadweight, aşağıdaki gibi, kargo DT ile yakıt, yağ, tatlı su ile mürettebat ve kumanya ağırlıklarından oluşacaktır. DT DT C F F MUR,KUM Geminin light ship ağırlığı aşağıdaki gibi gruplanabilir. = + M + O+MAR urada çelik tekne ağırlığı, M ana makina ve makina dairesindeki yardımcıların ağırlığı ve O donanım ağırlığını göstermektedir. MAR ile gösterilen light ship marjini olup ticari yük gemilerinde % 3 alınabilir. Gemiler son derece karmaşık mühendislik yapıları olduğundan ön dizaynda gemi toplam ağırlığını tahmin edebilmek için toplam ağırlığın belli ağırlık gruplarına bölünmesi zorunludur. Aşağıda ticari ve askeri gemiler için tipik ağırlık grupları görülmektedir. Grup No Ticari gemi Askeri gemi Tekne Tekne Makina ve evk istemi Makina ve evk istemi 3 Elektrik Donanımı Elektrik Donanımı 4 Yardımcı Makina ve Devreler Komuta Kontrol istemleri 5 Donanım ve Tefrişat Yardımcı Makina ve Devreler 6 Yükleme oşaltma Donanımı Donanım ve Tefrişat 7 ilah-ensör istemleri Herbir grup kendi içinde alt gruplara ayrılacaktır. Örneğin Tekne grubu aşağıdaki şekilde alt gruplara ayrılacaktır. Tekne Kaplama ve Destek Yapıları Dış Kaplama 3 evha Omurga 3
. Çelik Tekne Ağırlığı ight ship içinde en önemli grubu oluşturan tekne ağırlığının başlıca elemanları; omurga, kaplama levhaları, boyuna ve enine postalar, derin postalar, kemere ve stifnerler, braketler, çift dip, perdeler, ambar ağızları, makina temelleri ve üst binalardır. ir geminin çelik tekne ağırlığını belirlemek için en sağlıklı yöntem inşada kullanılan tüm malzemelerin ağırlıklarının ölçülerek toplam ağırlıkların bulunmasıdır. Ancak bu yöntem inşa işleminin sona ermesi ile bir sonuç verebilir ve daha inşanın başlamamış olduğu ön dizayn aşamasında kullanılamaz. Ön dizayn aşamasında tekne ağırlığını hesaplamada kullanılabilecek yöntemler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: Kübik sayı benzerliğine dayalı yöntemler Kuadratik sayı benzerliğine dayalı yöntemler Klas kuruluşu kurallarına dayalı yöntemler Ampirik ifadeler enzer gemi yaklaşımı u yöntemler aşağıda incelenmektedir. Geminin bazı kısımlarında çelik dışı malzeme kullanılması durumunda ton yüksek gerilimli çelik.3 ton ton alüminyum.9 ton ton FRP.9 ton gemi inşa çeliğine eşdeğer kabul edilebilecektir... Kübik ayı enzerliğine Dayalı Yöntemler u yaklaşımda tekne ağırlığının kübik sayı (D) ile orantılı olduğu kabul edilir. Yani =CN D urada CN kübik sayı katsayısı olup birim hacmin ağırlığını gösterir. öylece çelik tekne ağırlığı bilinen benzer bir gemiden hareket edilerek yeni geminin çelik tekne ağırlığı C N D D D şeklinde bulunabilir. urada indisi ağırlığı bilinen orijinal gemiyi göstermektedir. enford (44) kübik sayı benzerliği esasına göre aşağıdaki bağıntıyı önerir: C N D 83.9 c c c 3 3
urada c c C.675.36.8 3 c.6 8.3 D CN=34.939 : üst yapı boyu Yukarıdaki bağıntıda,, D, s m cinsinden alınacaktır. Kafalı () çelik tekne ağırlığı için aşağıdaki bağıntıyı önerir. CN (C.7).4.5... 3 C katsayısı aşağıdaki şekilde verilir: urada D..6og N.5 C N : D [m 3 ] C : lok katsayısı : Gemi boyu [m] : Gemi genişliği [m] D : Gemi derinliği [m] : Ana güverte üzerindeki üst binaların etkin boyu [m] : İkinci güverte üzerindeki üst binaların etkin boyu [m].. Kuadratik ayı enzerliğine Dayalı Yöntemler urada çelik tekne ağırlığının C Q ( D) şeklinde ifade edilebileceği kabul edilmektedir. CQ kuadratik katsayı olup bu durumda çelik tekne ağırlığı bilinen benzer bir gemiden hareket edilerek yeni geminin çelik tekne ağırlığı C Q ( D) ( D) ( D ) olarak bulunabilir. urada indisi ağırlığı bilinen orijinal gemiyi göstermektedir. 33
atson-gilfillan (6) kuadratik benzerlikten hareketle gemi çelik ağırlığı için aşağıdaki genel formülü önerirler..36 KE urada E parametresi şöyle hesaplanır. E ( T).85(D T).85 h.75 h urada bordadan bordaya uzanan üst yapıların boy ve yüksekliği, ise güverte evlerinin boy ve yüksekliğidir. K katsayısı değişik gemi tipleri için aşağıdaki şekilde önerilir., h Gemi Tipi K E Tanker.9-.35 5-4 Kimyasal tanker.36-.37 9-5 Dökme yük.9-.3 3-5 Konteyner.33-.4 6-3 Yük gemisi.9-.37-7 Koster.7-.3 - Romorkör.44 35-45 alıkçı.4-.4 5-3 Feri.4-.37-5 Yolcu gemisi.37-.38 5-5.3. Klas Kuruluşu Kurallarına Dayalı Yöntemler, h Çelik tekne ağırlığını hesaplamak için önerilen bir diğer yaklaşım da Klas kuruluşları tarafından belirlenen minimum orta kesit mukavemet modüllerinden hareket etmektir. u tip bir bağıntı büyük tankerler için Johnson-Hagen-Ovrebo (45) tarafından önerilmiştir: 4.4cZ.65.8 35.9.8.6..63 D 35.8 4 D D.73 urada c olup Norveç oydu (DNV) tarafından büyük tankerlerde istenen minimum orta kesit mukavemet modülü C.7 Z.F 6 şeklindedir. urada F değeri aşağı daki tablodan interpolasyon ile bulunacaktır. [m] F [m] F [m] F 9 4. 7 4.93 5 5.5 4.4 8 5. 6 5.57 4.36 9 5. 7 5.6 4.48 5.8 8 5.64 3 4.57 5.6 9 5.66 4 4.67 5.33 3 5.68 5 4.76 3 5.4 3 5.69 6 4.84 4 5.47 3 5.7 34
Kupras (46) dnv kurallarına göre dökme yük gemilerinin çelik tekne ağırlığı için aşağıdaki formülü önermektedir. 3.8cZ.69.4.6.53.4 D.98.4 D.46.63 D.4. Ampirik Formüller Dizayn edilen gemiye yeterince benzer olan ve ağırlık grupları tam olarak bilinen bir gemi bulunamaması halinde dizayner daha önceden inşa edilmiş gemilere ait verilerden istatistiki olarak elde edilen ampirik bağıntıları kullanacaktır. Gemi çelik tekne ağırlığını bulmak için önerilen bazı diğer bağıntılar aşağıda verilmiştir. Kafalı () og7.3.65 DT 3, Kerlen (47) 7 5.73X P / 3.83Xe, X C (Genel kargo) atson ve Gilfillan (6) / 3.7 C D. 6 D (Genel kargo) Mandel ve eopold 9.46 ( D) () ato (48) / 3 3.3 5 C 5..56 D.8 D (5,-3, DT arası tanker) Murray (7).65 T.5C.4.6 P D (Dökme yük). 8 Harvald ve Jensen (49) C D C C.64e.45 (.5u.u ) u og Harvald ve Jensen yönteminde C katsayısı değişik gemi tipleri için aşağıdaki gibi verilmektedir. Dökme yük.7 Tanker.75 VCC.645 Ürün tankeri.664 Yolcu gemisi.58 Romorkör.89 Yük gemisi ( güverte).7 Yük gemisi ( güverte).76 Yük gemisi (3 güverte).8 Tren ferisi.65 Destek gemileri.974 35
.5. enzer Gemi Yaklaşımı Dizayn edilecek gemiye tip ve form açısından yeterince benzer bir gemiye ait ağırlık verilerinin mevcut olması durumunda bu değerlerden yararlanılarak yeni geminin ağırlık grupları belirlenebilecektir. Örneğin dizayn edilen gemi ile ana geminin boyları arasındaki farklılığın çelik tekne ağırlığı üzerindeki etkisi aşağıdaki gibi hesaplanabilir. burada ( ) : ana geminin çelik tekne ağırlığı : yeni dizaynın çelik tekne ağırlığı : ana geminin boyu : yeni dizaynın boyu : çelik tekne ağırlığının boy ile değişimi. Çelik tekne ağırlığının boy ile değişimi doğrusal kabul edilebilir. Yani a Çelik tekne ağırlığının genişlik ve derinlik ile değişimi de doğrusal kabul edilebilir. Çelik tekne ağırlığının blok katsayısı ile değişimi için genellikle aşağıdaki ifade kullanılır. C.5C.5C Yeni dizayna benzer bir ana gemiye ait ağırlık verilerinin mevcut olması durumunda tüm elemanlar ayrı ayrı ele alınarak herbir eleman için uygun benzerlik kuralları kurulabilir. u benzerlik kuralları genellkle ana boyutlar cinsinden ifade edilir. u yönteme ilişkin bir örnek aşağıdaki tabloda görülmektedir. Eleman Ana Gemi Oran Katsayı Yeni Gemi Dip kaplama ve 58 (D+).94 356 byuna elemanlar Güverte kaplama ve 94.66 986 boyuna elemanlar oyuna perdeler 646 D.7 673 Enine perdeler 763 No x D.83 697 Postalar 965 (+D). 4 Muhtelif çelik 693 D.6 79 elemanlar Alt toplam Kaynak 57 %.5 6 Toplam çelik ağırlığı 644 666 36
Örnek. Aşağıda boyutları verilen konteyner gemisinin çelik tekne ağırlığını bulun. (Ölçülen çelik tekne ağırlığı 573 tondur) =.84 m =.8 m D =.4 m C =.677 Çözüm a) enford C c.675 c.36.4 c.6 8.3 D CN=34.8.939 3 : üst yapı boyu.994 ihmal edildi.9 D C N ccc3 83 55 t b) Kafalı N = D = 6356 m 3 D..6og N.5. 94 C CN (C.7).4.5... 449 t 3 Üst yapıların ağırlığı ihmal edilmiştir. c) atson-gilfillan E ( T).85(D T).85 h.75 h Üst yapıların ağırlığı ihmal edilmiştir. 3754 K=.36 KE.36 66 t d) Kafalı og7.3.65 3t e) Mandel ve eopold 46.9 D 657 t 37
Örnek. Aşağıda boyutları verilen tankerin çelik tekne ağırlığını bulun. (Ölçülen çelik tekne ağırlığı 6968 tondur) =.7 m = 7.43 m D = 4.33 m C =.85 Çözüm a) enford C c.675 c.36.85 c.6 8.3 D CN=34.8.939 3 : üst yapı boyu.785 ihmal edildi.9 D C N cc c3, 7944t b) Kafalı N = D = 7974 m 3 D..6og N.5. 869 C CN (C 3 Üst yapıların ağırlığı ihmal edilmiştir. c) atson-gilfillan.7).4.5... 7396 t E ( T).85(D T).85 h.75 h Üst yapıların ağırlığı ihmal edilmiştir. 83.8 K=.3 KE.36 6733t d) Kerlen P X C / 3.83Xe 8649m 5.73X 7 3 684t 38
e) atson-gilfillan-carryette / 3.7 C D. 6 D f) Johnson-Hagen-Overbo 769 t [m] F [m] F [m] F 9 4. 7 4.93 5 5.5 4.4 8 5. 6 5.57 4.36 9 5. 7 5.6 4.48 5.8 8 5.64 3 4.57 5.6 9 5.66 4 4.67 5.33 3 5.68 5 4.76 3 5.4 3 5.69 6 4.84 4 5.47 3 5.7 Tablodan interpolasyonla F=5.84 bulunur. Minimum orta kesit mukavemet modülü C.7 Z.F 6 8.38 m 3.73 c.55 4.4cZ.65.8 35.9.8.6..63 6698t D 35.8 4 D D Örnek 3. Aşağıda boyut ve ağırlıkları verilen kosterin çelik tekne ağırlığını bulun [Kafalı () ]. Çözüm P (m) 59.6 (m). D (m) 5. T (m) 3.5 C.7 (t) 55 ölçülen tekne ağırlığı () = 36 t a) Kafalı og7.3.65 345t b) Kafalı N D 3 98m D..6og N.5. 9 C 39
CN (C 3.7).4.5... 354 t c) atson-gilfillan E ( T).85(D T).85 h.75 h K=.3.36 KE 33t d) Carryette : C / 3 6 D.7. D 3 t 88.6 Örnek 4. Aşağıdaki ana gemi değerlerinden yararlanarak yeni geminin çelik tekne ağırlığını hesaplayın. Çözüm Ana gemi Yeni gemi (m) 9 (m) 8 3 D (m) 4 5 C.78.85 (t) 644? K K 644 33.8 9 644 9.43 8 K K D C 644 458.86 D 4.5C.48.3.5C.39 oy düzeltmesi Genişlik düzeltmesi Derinlik düzeltmesi C düzeltmesi K K( ) KD(D D) ( KC ) ( ) 33.8( 9) 338.t 9.43(3 8) 458.86(5 4) 458.86t 458.86t (.3 )644 83.5t Yeni geminin çelik tekne ağırlığı 644 338. 458.86 458.86 83.5 7763.33t 4
. Makina Ağırlığı u gruba makina dairesi içinde yer alan ana ve yardımcı makinalar ile bunlara ait donanım girmektedir. u donanım içinde en önemlileri; yakıt ve yağlama sistemi ve pompaları, hava şişe ve kompresörleri, jeneratörler ile pervane ve şaft sistemidir. Deniz araçlarında kullanılan ana makina tipleri şunlardır: Doğrudan bağlantılı yavaş devirli dizel Redüksiyonlu orta devirli dizel Redüksiyonlu buhar türbini Dizel-elektrik motoru Gaz türbini Nükleer güçle çalışan buhar türbini Değişik gemi tiplerine ait güç-taşıma kapasitesi bağıntıları aşağıda verilmiştir. (7) Gemi tipi Güç/taşıma kapasitesi (k/t) Yük gemileri ve kosterler.4-.6 Hızlı yük gemileri.7-. Hızlı konteyner gemileri.7-. üper tankerler.8-.9 Romorkörler 4.-5. Dizel makina ağırlığı için devir sayısına ve güce bağlı olarak aşağıdaki ampirik formüller önerilmiştir: MCR RPM atson () MCR k, RPM dev / dak M atson ve Gilfillan (6).3 M 8.8P arras (9) HP M 3 8 arras (9) P M 3 3.5 Kafalı () 5.HP M N Ndev / dak Kupras (46) P M 895.5P 4 (düşük devir dizel) Yukarıdaki formüllerde HP beygir gücü ve P [k] cinsinden makina gücüdür. Dizel ve gaz türbinleri için aşağıdaki yaklaşık ifadeler önerilebilir () Makina tipi Ağırlık (k/ton) Düşük devir dizel -8 Orta devir dizel 5- Yüksek devir dizel 5-33 Gaz türbini.84 4
Makina dairesi içinde yer alan yardımcı makina ve devrelerin ağırlığı için atson () aşağıdaki değeri önermektedir. kmcr M.7 urada k katsayısı kuru ve dökme yük gemileri için.69, tankerler için.7, yolcu gemileri için.83, firkateyn gibi hızlı savaş gemileri için.9 alınabilir. Yardımcı makinaların ağırlığı için chneekluth (7) ise şu bağıntıları önermektedir: Kuru ve Dökme yük 7.56 HP Tanker 7 YM.59 HP Yolcu gemisi ve feri 7 YM.65 HP YM... Pervane ile ana makina arasındaki şaftın çapı d.5 PD n / 3 bağıntısı ile bulunabilir. urada d[cm] şaft çapı, PD [k] makina gücü ve n [dev/dak] şaftın devir sayısıdır. una göre şaftın birim boy ağırlığı, kullanılan çeliğin gerilme mukavemetinin 7 N/mm olduğu kabulü ile PD s.8 t n olacaktır. Normal bronz pervanelerin ağırlığını bulmak için / 3 / m 3 P KD bağıntısı kullanılabilir. urada D[m] pervane çapı olup K katsayısı chneekluth (7) tarafından sabit hatveli pervaneler için A E Z K.8 A O olarak verilmektedir. urada Z kanat sayısıdır. Hatvesi kontrollü pervanelerde ticari gemilerde K=.-.4 ve askeri gemilerde K=.-.5 değerleri önerilmektedir. Redüksiyon dişlisinin ağırlığı için.3-.5 t/kw değeri kullanılabilir. 3. Donanım Ağırlığı u gruba giren temel ağırlık grupları ; makina dairesi dışında yer alan yardımcı makinalar, ambar kapakları, vinçler, demirleme donanımı, kuzine donanımı, ısıtma-soğutma ve havalandırma donanımı, boru ve elektrik sistemleri, yangın söndürme donanımı, her türlü mefruşat ve can kurtarma filika ve sistemleridir. ir geminin donanımı geminin tip ve işlevine göre çok farklılıklar göstereceğinden değişik gemi tip ve boyutlarını kapsayacak ampirik formüller çıkarmak oldukça zordur. Örneğin yük gemilerinde önemli bir grup olan ambar kapakları ve yükleme boşaltma donanımı tankerlerde bulunmayacaktır. Konteyner gemilerinde ambar üzerinde taşınan konteynerler nedeniyle ambar kapakları daha ağır olacaktır. Ön dizayn aşamasında donanım ağırlığını hesaplamak için aşağıdaki yaklaşık formüller önerilmektedir. 4
Öneren Donanım Ağırlığı (t) Kafalı ().8N.8 N=D atson (4).36 Genel kargo 5.59. enford (44) Katsoulis (5).3.8. 3 k D k=.45 Dökme yük gemileri ve tankerler k=.65 Kuru yük gemileri atson-gilfillan (6).39 Genel kargo Kupras (46) 77+.5 Dökme yük Mandel ve eopold (39). 6.4 chneekluth (7) yük gemileri için aşağıdaki genel formülü önermektedir. O K urada K katsayısı gemi tipine göre aşağıdaki şekilde seçilecektir. Gemi tipi K (t/m 3 ) Yük gemileri.4-.45 Konteyner gemileri.34-.38 4 metreye kadar kreyni olmayan dökme yük gemileri.-.5 5 metre civarı kreyni olmayan dökme yük gemileri.7-.8 5 metre civarı tankerler.8 3 metreden uzun tankerler.7 Yolcu gemilerinde donanım ağırlığı chneekluth (7) hesaplanabilir: tarafından önerilen şu formüle göre O K urada geminin kapalı hacmi olup K katsayısı.36-.39 t/m 3 alınacaktır. Feriler için K katsayısı.4-.5 t/m 3 aralığındadır. Örnek 5. Aşağıda boyut ve ağırlıkları verilen kuru yük gemisinin donanım ağırlığını bulun (Kafalı () ). P (m) 8.6 (m) 3. D (m) 7.9 C.758 (t) 457 Ölçülen donanım ağırlığı (O) = 59 t a) Kafalı ().8.8N.88.63. 7.9 5t O.8 43
b) enford (44) 5.59. 439 t O c) atson (4).36 388 t O d) Katsoulis (5).3.8.3.3.8.3 K D.65 8.6 3. 7.9 9t O e) Mandel ve eopold (39).4 84 t O.6 Örnek 6. Aşağıda boyutları verilen konteyner gemisinin donanım ağırlığını bulun. (Ölçülen donanım ağırlığı 86 tondur) =.84 m =.8 m D =.4 m C =.677 Çözüm a) Kafalı ().8.8N 69 t O b) enford (44) 5.59. 9 t O c) atson (4).36 9 t O d) Katsoulis (5).3.8.3.3.8.3 K D.658.6 3. 7.9 795t O e) Mandel ve eopold (39).4 7 t O.6 4. Yakıt Ağırlığı Dizel ana makina ile sevk edilen bir yük gemisi için gerekli yakıt ağırlığı aşağıdaki formüle göre belirlenebilir: F t.3 P kh seyir capi nm k V knot.5 5. Diğer Ağırlıklar Kumanya u Yolcu/mürettebat :. t/adam.gün :.7 t/adam.gün :.7 t/adam 6. Ağırlık Merkezleri Gemi ağırlık merkezinin düşey konumu (KG) stabilite karakteristiklerinin belirleyen temel parametrelerden biridir. Ağırlık merkezinin yüksekliği için iki ayrı yaklaşım düşünülebilr: 44
Dizayn koşulunda gemi derinliğinin yüzdesi olarak, veya Ağırlık hesabında olduğu gibi tekne, makina ve donanım ağırlık merkezleri ayrı olarak irinci yaklaşım ait örnek değerler aşağıda sunulmaktadır: Gilfillan (8) dökme yük gemileri için aşağıdaki değerleri önermektedir: KG =.57D (yüklü) KG =.5D (balast) chneekluth ve ertram (5) değişik gemi tipleri için ağırlık merkezi yüksekliği için gemi derinliğine bağlı olarak aşağıdaki değerleri önermektedir: KG =.67D.7D (yolcu) KG =.58D.64D (büyük yük gemisi) KG =.6D.8D (küçük yük gemisi) KG =.55D.58D (dökme yük gemisi) KG =.5D.54D (tanker) KG =.66D.75D (balıkçı) KG =.65D.75D (romorkör) 6.. Çelik Tekne Ağırlık Merkezi Kupras (46) dökme yük gemilerinin çelik tekne ağırlık merkezi için aşağıdaki, ifadeyi önermektedir. KG.D46.6.35.8 C.8D 6. 5 D Gemide yumru baş varsa yukarıdaki değere -.D eklenecektir. Gemi boyunun metreden az olması halinde aşağıdaki formül kullanılır. KG.D46.6.35 D.8 C.8D 6.5.D 6 6 Tankerlerin çelik tekne ağırlık merkezi için Mandel ve eopold (39) KG.6D değerini önermektedir. chneekluth ve ertram (5) yük gemilerinin çelik tekne ağırlık merkezinin yüksekliği için.57d değerini önermektedir. Gemide yumru baş bulunması durumunda bu değer.4d kadar azaltılacaktır. 6.. Ana Makina Ağırlık Merkezi Dizel makina ile sevk edilen dökme yük gemilerinde ana makina ağırlık merkezi yüksekliği için Kupras (46) KG M h D.35 D h D ifadesini önermektedir. urada hd çift dip yüksekliğini göstermektedir. 45
Mandel ve eopold (39) ise buhar türbinlerinin ağırlık merkezi yüksekliği için KGM =.55D önermektedir. 6.3. Donanım Ağırlık Merkezi Kupras (46) dökme yük gemilerinin donanım ağırlık merkezi yüksekliği için boya bağlı olarak aşağıdaki değerleri önermektedir. (m) KGO (m) D+.5 5 5 D+.5+.(-5) D+.5 5 5 Mandel ve eopold (39) ise KGO = D değerini önermektedir. 6.4. Yakıt Ağırlık Merkezi Çift dipteki yakıtın ağırlık merkezi için Kupras (46) ve Mandel ve eopold (39) KGF =.67 hd değerini önermektedir. urada hd çift dip yüksekliğidir. 46