แผ่นกันกระแทกแบบลมทำงานอย่างไรเพื่อปกป้องเรือและท่าเทียบเรือ?

หลักการทำงานหลัก: กันชนยางแบบลมดูดซับพลังงานขณะเทียบท่าได้อย่างไร

แกนอากาศที่สามารถอัดตัวได้และเปลือกยางเสริมแรงช่วยให้เกิดการดูดซับพลังงานแบบค่อยเป็นค่อยไปและมีการเด้งกลับต่ำ

เมื่อเรือเทียบท่า แผ่นกันชนยางแบบลมจะทำงานโดยการบีบอากาศภายในตัวมันเพื่อดูดซับแรงกระแทกทั้งหมด ขณะถูกกระแทก แผ่นกันชนเหล่านี้จะมีแกนกลางเป็นอากาศที่ค่อยๆ ดันต้านแรงบีบอัด ในเวลาเดียวกัน ชั้นนอกของมันยังคงความแข็งแรงได้เนื่องจากวัสดุเสริมพิเศษที่ถักทออยู่ตลอดทั้งชิ้น ชุดประกอบนี้ทำให้มันสามารถดูดซับพลังงานได้ประมาณสองในสามของพลังงานทั้งหมดเมื่อถูกบีบอัดครึ่งหนึ่ง ซึ่งดีกว่าแผ่นกันชนยางธรรมดารูปแบบแข็ง สิ่งที่ทำให้มันมีประสิทธิภาพดีเยี่ยมคือการปล่อยแรงกดอย่างค่อยเป็นค่อยไปหลังจากการกระแทก หมายความว่าเรือจะไม่สะท้อนกลับออกไปมาก (แรงที่สะท้อนกลับมาน้อยกว่า 15% ของแรงเดิม) ทำให้เรืออยู่นิ่งในตำแหน่งที่ต้องการ และลดความเสื่อมสลายของท่าเทียบเรือลงในระยะยาว

ฟิสิกส์ของการเบี่ยงเบน: ความสัมพันธ์ระหว่างความดันและปริมาตร และการปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 17357-1 เพื่อประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้

เมื่อวัสดุถูกบีบอัด จะเป็นไปตามสิ่งที่เราเรียกว่ากฎของโบยล์ (Boyle's Law) โดยพื้นฐานคือ P คูณ V เท่ากับ P คูณ V อีกครั้ง ซึ่งการคำนวณจะออกมาได้ผลเพราะเมื่อพื้นที่ภายในลดลงในระหว่างการบีบอัด ความดันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว พิจารณาจากมุมมองนี้: หากวัสดุถูกบีบอัดประมาณ 30% ความดันภายในมักจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณสามเท่าของความดันเดิมที่ใช้อัดเข้าไปในตอนแรก ซึ่งอยู่ในช่วงประมาณ 50 ถึง 80 กิโลปาสกาล ความสัมพันธ์นี้ช่วยให้วิศวกรสามารถสร้างแบบจำลองแรงที่จะเกิดขึ้นต่อการเบี่ยงเบนต่างๆ ได้ ขณะนี้มีมาตรฐานรับรองที่เรียกว่า ISO 17357-1 ที่ทำให้มั่นใจได้ว่าทุกอย่างทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ ซึ่งกำหนดมาตรฐานสำหรับปัจจัยสำคัญหลายประการ เช่น การเปลี่ยนแปลงของความดันตามปริมาตรตั้งแต่การบีบอัด 10% ไปจนถึง 60% กำหนดให้ชิ้นส่วนยางต้องทนต่อแรงดึงได้อย่างน้อย 18 เมกะปาสกาลก่อนที่จะขาด และจำกัดความเด้งของวัสดุไม่เกิน 0.20 บนมาตราส่วนการเด้งกลับ แผ่นกันชน (Fenders) ที่ผ่านตามมาตรฐานเหล่านี้จะคงค่าไว้ภายในขอบเขตประมาณ ±5% ของค่าที่ผู้ผลิตระบุ หมายความว่าเรือที่เทียบท่าสามารถพึ่งพาแรงที่กระทำได้อย่างคาดการณ์ได้ ทำให้ปลอดภัยสำหรับทุกคนและยังเป็นไปตามข้อกำหนดทางระเบียบข้อบังคับด้วย

การป้องกันแรงกระแทกที่เหนือกว่า: สมรรถนะของกันชนยางแบบลมเทียบกับทางเลือกแบบเดิม

ดูดซับพลังงานได้สูงกว่า 4–6 เท่า ที่ระดับการอัดตัว 30–50% เมื่อเทียบกับกันชนยางแบบแข็ง

เมื่อพูดถึงการดูดซับพลังงาน ป้อมกันชนยางแบบลมจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบบแข็งประมาณ 4 ถึง 6 เท่า เมื่อมีการบีบอัดระหว่างร้อยละ 30 ถึง 50 เหตุผลคืออะไร? ก็เพราะว่ามันทำงานต่างกัน โดยแรงกระแทกจะไปบีบอัดอากาศภายในแทนที่จะยืดวัสดุยางเองเพียงอย่างเดียว และเมื่อพิจารณาโครงสร้างของป้อมกันชนเหล่านี้ ซึ่งมีชั้นอีลาสโตเมอร์เสริมความแข็งแรงที่ให้การรองรับเชิงโครงสร้าง ทำให้มันสามารถดูดซับพลังงานจลน์ได้มากขึ้นประมาณร้อยละ 70 ในพื้นที่เท่ากันเมื่อเทียบกับการออกแบบแบบดั้งเดิม การทดสอบแสดงให้เห็นว่าป้อมกันชนเหล่านี้ยังคงประสิทธิภาพได้แม้หลังจากการบีบอัดมากกว่าหนึ่งแสนรอบ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับท่าเรือที่มีปริมาณการใช้งานสูง ซึ่งต้องรองรับตั้งแต่เรือขนาดกลางอย่างพาแนมักซ์ ไปจนถึงเรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่มหึมาอย่าง VLCC ที่ขนส่งน้ำมันข้ามมหาสมุทร

แรงตอบสนองสูงสุดที่ลดลง ช่วยลดความเครียดต่อโครงสร้างตัวเรือและท่าจอดเรือในระหว่างเหตุการณ์เทียบท่าที่มีพลังงานสูง

กันชนแบบลมช่วยลดแรงกระแทกทันทีลงประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับกันชนยางแข็งทั่วไปในระหว่างเหตุการณ์เรือขนาดใหญ่เทียบท่า สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากเพราะช่วยปกป้องทั้งโครงสร้างคอนกรีตและตัวเรือเองเมื่อสภาพแวดล้อมทางทะเลมีความรุนแรง นอกจากนี้ กันชนเหล่านี้ยังทำงานต่างออกไปโดยการกระจายแรงออกเป็นช่วงเวลายาวขึ้น แทนที่จะสร้างแรงกระแทกสูงแบบฉับพลันเหมือนกับกันชนยางแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยไม่ให้เกิดความเครียดสะสมถึงระดับอันตรายที่อาจก่อให้เกิดความเสียหาย ตามรายงานของวิศวกรท่าเรือที่เปลี่ยนมาใช้ระบบนี้ พบว่าพื้นที่เทียบท่าต้องการงานซ่อมแซมน้อยลงประมาณหนึ่งในสาม ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการที่ระบบกันชนแบบลมสามารถจัดการกับแรงกระทำได้อย่างนุ่มนวลกว่าทางเลือกอื่นๆ ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยที่จำเป็น เช่น ISO 17357-1 เรือสามารถเข้าและออกจากท่าได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายมากนัก หมายความว่าช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และลดระยะเวลาการหยุดดำเนินงานโดยรวม

ความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติการ: การใช้งาน ความทนทาน และความสามารถในการปรับตัวของกันชนยางลม

จัดการได้เบาสบาย ทนต่อการกัดกร่อน และผสานรวมได้อย่างไร้รอยต่อในทุกขนาดเรือ (พาเนมักซ์ ถึง วีแอลซีซี)

กันชนยางแบบนิวแมติกให้ทั้งความเร็วในการตอบสนองและอายุการใช้งานที่ยาวนาน เนื่องจากออกแบบด้วยโครงสร้างกลวงแทนที่จะเป็นเนื้อแข็งตลอดทั้งชิ้น กันชนเหล่านี้จึงมีน้ำหนักเบากว่าทางเลือกแบบดั้งเดิมประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ติดตั้งได้ง่ายมากขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์หนัก สิ่งที่โดดเด่นที่สุดคือความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมอันรุนแรงในท่าเรือ โดยชั้นผิวนอกสามารถต้านทานความเสียหายจากน้ำเค็ม ไม่เสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับแสงแดด และป้องกันไม่ให้สิ่งมีชีวิตในทะเลเกาะติดได้ คุณสมบัติทั้งหมดนี้ยังหมายความว่าผลิตภัณฑ์สามารถใช้งานได้กับขนาดที่หลากหลายด้วยกัน เราพบรุ่นขนาดเล็กประมาณ 50 ตันที่ใช้กับเรือขนาดกลางที่เรียกว่าพาแนมัคซ์ (Panamax) ในขณะที่รุ่นใหญ่ที่มีน้ำหนักสูงสุดถึง 200 ตันถูกออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับเรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่มหาศาลที่รู้จักกันในชื่อ VLCCs แม้จะมีความแตกต่างกันในขนาด แต่โมเดลทุกชนิดยังคงสามารถดูดซับพลังงานจากการกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงเวลาที่ต้องการมากที่สุด

การตรวจสอบแรงดันแบบเรียลไทม์และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการบำรุงรักษาเพื่อป้องกันความล้มเหลวจากการบีบอัดเกินขนาด

การบำรุงรักษาระยะเวลาปกติสามารถยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ให้เกินกว่า 15 ปีได้อย่างมาก การติดตั้งเซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบเรียลไทม์ทำให้สามารถตรวจสอบแกนลมอย่างต่อเนื่องขณะที่อุปกรณ์กำลังทำงานได้ ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายร้ายแรงที่เกิดจากแรงอัดเกินขนาดเมื่อการเบี่ยงเบนเกิน 60% การบำรุงรักษาควรรวมถึงการตรวจสอบสัญญาณการสึกหรอ เช่น รอยขูดขีด หรือรอยแตกจากโอโซนทุกสามเดือน นอกจากนี้แรงดันควรได้รับการปรับเทียบใหม่ก่อนช่วงเวลาขนส่งที่คึกคัก และทุกครั้งที่แรงดันลดลงต่ำกว่า 20% ของค่าที่กำหนดไว้ ระบบควรปล่อยลมออกทันที ศูนย์กลางท่าเรือหลายแห่งได้นำวิธีเหล่านี้ไปใช้ และพบว่าระยะเวลาการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิดลดลงประมาณ 70% จากข้อมูลการบำรุงรักษาและการสังเกตการณ์ของเราในสถานที่ต่างๆ

ผลกระทบเชิงประจักษ์ต่อโครงสร้างพื้นฐานท่าเรือ: พยานหลักฐานกรณีการเสริมสร้างการป้องกันเรือและท่าจอด

โครงการปรับปรุงท่าเรือก๊าซธรรมชาติเหลวที่ท่าเรือรอตเตอร์ดัม: ลดความถี่ในการเปลี่ยนเฟนเดอร์ลง 37% และไม่มีเหตุการณ์ความเสียหายต่อตัวเรือแม้แต่ครั้งเดียว

หลังจากการติดตั้งกันชนยางแบบลมอัด ท่าเรือร็อตเทอร์ดัมซึ่งเป็นสถานีรับก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) เห็นการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างชัดเจน ก่อนที่จะมีการติดตั้งกันชนใหม่ ระบบเดิมจำเป็นต้องเปลี่ยนถ่ายประมาณทุกๆ หนึ่งปีครึ่ง เนื่องจากเรือที่จอดเทียบท่าบ่อยครั้งทำให้เกิดรอยแตกและการเสียรูปทรงจากแรงกระแทกซ้ำๆ แต่ทุกอย่างเปลี่ยนไปหลังการปรับปรุงใหม่ ในช่วงสองปีเต็มหลังการติดตั้ง ความถี่ในการเปลี่ยนกันชนลดลงประมาณ 37% เมื่อเทียบกับก่อนหน้า เหตุผลคือ กันชนยางใหม่นี้สามารถกระจายแรงกระแทกได้อย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิว แทนที่จะปล่อยให้แรงกดสะสมอยู่ในจุดใดจุดหนึ่ง อีกสิ่งหนึ่งที่น่าสังเกตคือ แม้จะต้องรองรับเรือขนส่ง LNG เข้าเทียบท่ามากกว่า 150 ลำต่อปี แต่ในช่วงเวลานี้ไม่มีเหตุการณ์ใดๆ ที่ทำให้เกิดความเสียหายต่อตัวเรือเลย การทดสอบตามมาตรฐาน ISO แสดงให้เห็นว่า แม้จะถูกบีบอัดจนเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของความหนาเดิม กันชนเหล่านี้ยังคงดูดซับพลังงานได้ดี และช่วยลดแรงกระแทกที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลันได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งทั้งหมดนี้หมายถึงค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมที่ต่ำลง และไม่มีการหยุดดำเนินการกะทันหันในสิ่งที่มีความสำคัญต่อการปฏิบัติงานอย่างยิ่ง