76
Ac#ve Management of Vessel Stability Promo#ng understanding of Vessel Stability for the Ship’s Officer: Implica#ons for Capital Investment Series of “Ac#ve Safety” lectures for Vessel Officers, Capt. Philip Corsano 2014 © Philip Corsano 2014

Active management of vessel stability

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Vessel Stability. Importance of active management of vessel stability, and implications for Capital Expenditure

Citation preview

Page 1: Active management of vessel stability

Ac#ve  Management  of  Vessel  Stability  

Promo#ng  understanding  of  Vessel  Stability  for  the  Ship’s  Officer:    

Implica#ons  for  Capital  Investment  

Series  of  “Ac#ve  Safety”  lectures  for  Vessel  Officers,  Capt.  Philip  Corsano  2014    ©  Philip  Corsano  2014    

Page 2: Active management of vessel stability

Index  •  Accident  analysis;  •  What  a  Trim  &  Stability  booklet  includes;  •  Back  to  the  Greeks,  Eureka!  •  Hydrosta#c  Terminology;  •  Explana#on  of  Newtonian  moments;  •  Metacenter;  •  Stability  curves;  •  Density  and  displacement;  •  Sta#c  stability;  •  Free  Surface  Effects  •  Transverse  Stability  •  Longitudinal  Stability  •  Stability  Formula’s  •  Instruments  for  Dra\  Survey  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 3: Active management of vessel stability

Problems  Understanding  Stability  

•  Stability,  Trim,  &  Hull  Strength  =  standalone  calcula#ons,  limited  to  LOADING-­‐UNLOADING  vessel;  

•  Very  li`le  means  for  checking  stability  in  transit……….    Cri#cal  for  vessel  safety….    Yet  not  simple…  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 4: Active management of vessel stability

Korean  “Sewol”  Ferry  Accident  Analysis  

•  April  16,  2014,  304  dead,  “Sewol”  capsizes;  •  Sharp  turn  to  Stb,  <140°,  10  °/sec,  [safe  turn  for  ship  5°  /2  mins.    Turn  to  avoid  other  ship…    AIS  not  working,  “Jindo”  VTS  lost  vital  seconds  of  ship  data.    Ship  caught  by  undercurrent  @  08:49,  ship  not  turning,  steering  failure?…    Helm  misunderstood  check  to  port,  as  “hard”  port….      

•  Effect  of  stability  of  vessel  of  45°    turn,  was  22°  list  for  20/secs  on  one  spot.    Cargo  spilled,  was  not  secured,  so  restoring  buoyant  force  not  sufficient  to  right  ship.  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 5: Active management of vessel stability

Accident  Analysis  •  MCA  US  CG  and  Ship-­‐owner  Protec#on  Ltd  inves#ga#ons  shown  that  in  many  cases  the  officers  responsible  for  cargo  handling  were  not  familiar  with  onboard  vessel  stability  manuals,  computer  programs;  

•  Monitor  vessel  dra\  readings,  rolling  period,  trim,  and  co-­‐ordinates  for  center  of  gravity;  

•  Proper  observa#on  [dra\  readings]  can  determine  displacement  of  vessel  [weight]  to  ½%  [tho  not  trivial  during  sailing];  

•  Comprehension  of  stability  will  mean  an  increased  understanding  of  hull  strength,  reduc#on  in  Cap  Ex  and  maintenance,  reduc#on  in  catastrophic  accidents.  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 6: Active management of vessel stability

Extract  from  Loading,  Trim  &  Stability  booklet  for  a  Ro-­‐Ro  vessel  

•   Principal  sources  of  danger:      Some  important  sources  of  danger  which  can  affect  the  safety  of  roll  on/roll  off  ships  and  of  persons  on  them  include:  

•  1.  Cargo  badly  stowed  or  inadequately  secured  inside  or  on  cargo  units.  •  2.  Free  surface  effects  in  tank  vehicles,  tank  containers  or  other  bulk  units  

which  are  slack.  •  3.  Poorly  maintained  ramps,  li\s  and  stern  doors.  •  4.  Poorly  maintained  or  inadequately  illuminated  decks.  •  5.  Wet  decks,  Freezing  spray  esp  in  Alasakan  waters.  •  6.  Failure  to  apply  brakes  correctly.  •  7.  Insufficient  or  incorrectly  applied  lashings  or  the  use  of  lashing  

equipment  of  the  wrong  type  or  of  inadequate  strength  with  respect  to  mass  and  centre  of  gravity  of  the  cargo  unit  and  the  weather  condi#ons  likely  to  be  encountered  during  the  voyage.    

©  Philip  Corsano  2014    

Page 7: Active management of vessel stability

Archimedes  Principle  •  Ship  sinks  un#l  weight  of  water  displaced  by  the  underwater  volume  is  equal  to  the  weight  of  the  ship  – Forces  of  gravity:      G  =  mshipg  =Wship  

– Forces  of  buoyancy:    B  =  ρwaterVdisplaced  

   

Wship  =  ρwaterVdisplaced  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 8: Active management of vessel stability

Archimedes  Principle  

•  Center  of  Gravity  (G):  all  gravity  forces  as  one  force  ac#ng  downward  through  ship’s  geometric  center  

•  Center  of  Buoyancy  (B):  all  buoyancy  forces  as  one  force  ac#ng  upward  through  underwater  geometric  center  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 9: Active management of vessel stability

LAW  OF  FLOATATION  •  THE  WEIGHT  OF  ANY  SHAPE  IS  ACTING  ONLY  AT    A  CERTAIN  POINT    WHICH    IS  

CALLED  CENTRE  OF  GRAVITY                              CENTRE  OF  GRAVITY  :                  IS  DEFINED  AS  A  POINT  WHERE  THE  SHIPS  WEIGHT  IS  CONCENTRATED  ,  THIS    

FORCE    IS  ACTING  DOWNWARD  &  THE  POINT  ALWAYS  LIES  AT  ½  THE  DEPTH  OF  THE  SHAPE  

             KG    =    ½    DEPTH                    EXAMPLE      DEPTH  =  4m    SO    KG    =    2m            

                                   DEPTH  

             

         W  

G                      ₀  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 10: Active management of vessel stability

LAW  OF  FLOATATION  •  THE  CENTRE  OF  BOUYANCY  •  IS  DEFINED  AS  A  POINT  WHERE  THE  SHIP’S  BOUYANCY  IS  

CONCENTRATED,  THIS  FORCE  IS  ACTING    UPWARD,  AND  ALWAYS  CENTERED  AT    

               ½    THE    DRAFT  .      KB    =    ½    DRAFT      ,e.g;  DRAFT  =    4m  ,    SO    KB  =    2m  

                                                                     B’  

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   W                                                                                                                                                L  

                         B          

                                 DRAFT    

         ₀  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 11: Active management of vessel stability

RESERVE  BOUYANCY  

       DEFINED  AS  THE  SPACE  THAT  LIES  BETWEEN  THE  WATER  SURFACE  AND  THE  FIRST  WATER  TIGHT  INTEGRITY  (  MAIN  DECK).  

                                                                                                                                                       

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                             

Volume under water Area under water

Reserve bouyancy

draft

depth

RESERVE BOUYANCY = DEPTH - DRAFT OR RESERVE BOUYANCY = VOLUME OF SHIP - VOLUME UNDER WATER OR RESERVE BOUYANCY = AREA OF THE SHIP - AREA UNDER WATER

©  Philip  Corsano  2014    

Page 12: Active management of vessel stability

Hydrosta#cs  Terminology  •  Displacement:  total  weight  of  ship  =  total  submerged  volume  of  ship  (measured  in  tons)  

•  Dra\:  ver#cal  distance  from  waterline  to  keel  at  deepest  point  (measured  in  feet)  

•  Reserve  Buoyancy:  volume  of  water#ght  por#on  of  ship  above  waterline  (important  factor  in  ship’s  ability  to  survive  flooding)  

•  Freeboard:  ver#cal  distance  from  waterline  to  main  deck  (rough  indica#on  of  reserve  buoyancy)  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 13: Active management of vessel stability

Hydrosta#cs  Terminology  

•  As  dra\  &  displacement  increase,  freeboard  and  reserve  buoyancy  decrease  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 14: Active management of vessel stability

Moments  •  Depending  on  loca#on  of  G  and  B,  two  types  of  moments:  –  Righ#ng  moment:  tends  to  return  ship  to  upright  posi#on  

–  Upse|ng  moment:  tends  to  overturn  ship  

•  Magnitude  of  righ#ng  moment:  –  RM  =  W  *  GZ  (\-­‐tons)  –  GZ:    moment  arm  (\)  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 15: Active management of vessel stability

Metacenter  •  Metacentric  Height  (GM)  – Determines  size  of  righ#ng/upse|ng  arm  (for  angles  <  7o)  

GZ  =  GM*sinφ – Large  GM  -­‐>  large  righ#ng  arm  (s#ff)  

– Small  GM  -­‐>  small  righ#ng  arm  (tender)  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 16: Active management of vessel stability

Metacenter  •  Rela#onship  between  G  and  M  

– G  under  M:  ship  is  stable  – G  =  M:  ship  neutral  – G  over  M:  ship  unstable  

STABLE   UNSTABLE  ©  Philip  Corsano  2014    

Page 17: Active management of vessel stability

Stability  Curve  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 18: Active management of vessel stability

Stability  Curve  •  Plot  GZ  (righ#ng  arm)  vs.  angle  of  heel  

–  Ship’s  G  does  not  change  as  angle  changes  –  Ship’s  B  always  at  center  of  underwater  por#on  of  hull  –  Ship’s  underwater  por#on  of  hull  changes  as  heel  angle  changes  –  GZ  changes  as  angle  changes  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 19: Active management of vessel stability

EFFECT  OF  DENSITY  ON  SHIP’S    VOLUME  &  DISPLACEMENT  

•  ANY  BOX  SHAPED  VESSEL    SAILS  FROM  ONE  PORT  TO  ANOTHER  CERTAIN  CHANGES  OCCURES  OVER  THE  SHIP,  AS  A  RESULT  OF  THE  EFFECT  OF  DENSITY  ON  SHIP’S  VOLUME  &  DISPLACEMENT  

             AS  WE  KNOW    THAT  THE        

             A  RELATION  BETWEEN  THE  DENSITY    &    MASS  WOULD  BE  ;  DIRECT    PROPORTION          DENSITY        ∞          MASS      ( DIRECT PROPORTION ) WHICH  MEANS  

THAT          WHEN          DENSITY      DECREASES        THE      MASS    DECREASES        WHEN          DENSITY      INCREASES          THE      MASS      INCREASES  

DENSITY = MASS kg VOLUME

©  Philip  Corsano  2014    

Page 20: Active management of vessel stability

 EFFECT  OF  DENSITY  ON  SHIP’S    VOLUME  &  DISPLACEMENT        

 •  A  RELATION  BETWEEN  THE  DENSITY    &  VOLUME    WOULD  BE    ;  INV.    PROPORTION    

 DENSITY        1    /  ∞      VOLUME      ( INV. PROPORTION ) WHICH  MEANS  THAT      

           WHEN          DENSITY      DECREASES        THE      VOLUME      INCREASES        WHEN          DENSITY      INCREASES          THE    VOLUME        DECREASES              THE  VOLUME  IS  THE  SUM  OF      L    *    B    *    DRAFT    ,                  THE    L      &    B  NEVER  CHANGE  FROM  PORT  TO  ANOTHER  SO  THE  ONLY  

PARAMETER  THAT  CHANGES    IS  THE  DRAFT  ,THERFORE  THE  VOLUME  CHANGES  AS  WELL  

    ©  Philip  Corsano  2014    

Page 21: Active management of vessel stability

EFFECT  OF  DENSITY  ON  VOLUME          

•  A  BOX  SHAPED  VESSEL      DISPLACES    20,000  TONS    IN  1  ATMOSPHERE  SAILED:        

   FROM                      PORT    A      HAS  WATER    DENSITY        1.OOO                TO                                    PORT      B      HAS  WATER    DENSITY        1.025  ,                    ACCORDING  TO  THE  RELATION    BETWEEN    DENSITY    AND    VOLUME  

“INV.PROPORTIONS” ,    WE    DETERMINE    THAT  @  PORT  B,  THE  VOLUME  WILL  DECREASES  AS  THE  WATER  DENSITY  INCREASES    (    1.000    PORT    A    TO    1.025    PORT    B  )  ,  

               WHILE  THE  SHIP  STILL  DISPLACES  THE  SAME  20,000TONS                SINCE  THE  VOLUME          =    L    *    B      *  DRAFT    ,              SO  THE  CHANGE  IN  THE  VOLUME  COMES  FROM  THE  CHANGE    IN  THE  DRAFT    

©  Philip  Corsano  2014    

Page 22: Active management of vessel stability

EFFECT  OF  DENSITY  ON  DISPLACEMENT      

•   SHIP’S    VOLUME  AT  PORT  A                      =                SHIP’S    VOLUME  AT  PORT  B    THE  SHIP  DISPLACES  THE  SAME  VOLUME  OF  WATER  IN  BOTH  PORTS    A    &    B  WHERE  THE  VOLUME    =                                        OLD        MASS                                                                                            NEW    MASS  

   -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐                        =                                          -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐                                                                        

                         OLD          DENSITY                                              NEW    DENSITY  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 23: Active management of vessel stability

   

EFFECT  OF  DENSITY  ON  VOLUME  &  DISPLACEMENT  

   •  EFFECT  OF  DENSITY:  THE  PLYMSOL  MARK      

(DRAFT  MEASURES)  

                                       FREE  BOARD  

         (RESERVE  BOUYANCY  )                                                                                                                                                                                                                                                              

                                               54                

WNA Winter

Summer FWA Fresh

Tropical F

Tropical

230mm

300mm

540mm ©  Philip  Corsano  2014    

Page 24: Active management of vessel stability

EFFECT  OF  DENSITY  ON  VOLUME  &  DISPLACEMENT    

•  FWA    (  FRESH  WATER  ALLOWANCE  )            DEFINED  AS  THE  NUMBER  OF  MM  THAT  INCREASES  OR  DECREASES  IN  SHIPS  

MEAN  DRAFT  WHEN  THE  SHIP  SAILS  FROM  SALT  WATER  TO  FRESH  WATER  &  VISE  VERSA  

                     

•  T  P  C    (  TONS  PER  CENTIMETRE)            DEFINED  AS  THE  NUMBER  OF  TONS  LOADED  OR  DISCHARGED  INORDER  TO  

CHANGE  SHIPS  DRAFT  1  CM  IN  SALT  WATER  

FWA = DISPLACEMENT

4 * TPC

©  Philip  Corsano  2014    

Page 25: Active management of vessel stability

EFFECT  OF  DENSITY  ON  VOLUME  &  DISPLACEMENT      

•  IF  THE  SHIP  SAILS  FROM    PORT    A    WHOSE  WATER  DENSITY  IS  1.000      TO  PORT    B    WHOSE  WATER  DENSITY  IS  1.025  (  THE  DENSITY  INCREASED)  ,  SO  ACCORDING  TO  THE  RELATION  BETWEEN  DENSITY  &  VOLUME.  

                       DENSITY        1    /  ∞      VOLUME      (      INV.    PROPORTION  )      WHICH  MEANS  THAT                  WHEN          DENSITY      DECREASES        THE      VOLUME      INCREASES              WHEN          DENSITY      INCREASES          THE    VOLUME        DECREASES              THE  SHIPS  DRAFT  WILL  DECREASES  ,  THE  VALUE  OF  DRAFT  DECREASING    EQUALS  

THE  FWA.    Eg.    SHIP  SHAPE  V/L    SAILED  FROM  PORT  A    WITH  DENSITY  1.000  TO  PORT    B    WITH  

DENSITY  1.025    FWA    200MM    .OLD  DRAFT      7.0mtrs    so  the  new  dra\  will  decrease  to    7.0  mt      -­‐          FWA  200MM  (  20CM,  0.2mt  )  

 7                  -­‐          0.2              =            6.8  mt  (  NEW  DRAFT  )  

 ©  Philip  Corsano  2014    

Page 26: Active management of vessel stability

 EFFECT  OF  DENSITY  ON  VOLUME  &  DISPLACEMENT    

     

•  EXAMPLE              SHIP  SHAPE  V/L    SAILED  FROM  PORT  A    WITH  DENSITY  1.025  TO  PORT    B    WITH  

DENSITY  1.015    FWA    200MM    .OLD  DRAFT      7.0mtrs      ,  DWA    200MM    ,  

                       SO  THE  NEW  DRAFT    WILL    INCREASE    “ACCORDING TO THE INV. RELATION

“ BY  THE  VALUE  OF  THE  DWA  (  FROM  SALT  WATER  DENSITY    TO  DOCK  WATER  DENSITY  )  ,  

                   OLD  DRAFT        +                      DWA                                                =              NEW  DRAFT                            7.0                                +            200mm(  0.2mtrs)              =              7.2mtrs  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 27: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  •  HEELING  ,                IS  THE  ANGLE  OCCURES    WHEN    IN  THE  SHIP  WHEN    HEELS  TO  ONE  SIDE  DUE  TO  

EXTERNAL  FORCES  (WIND,WAVES)  •  LIST,                IS  THE  ANGLE  OCCURES  IN  THE  SHIP      WHEN  HEELS  TO  ONE  SIDE  DUE  TO  

INTERNAL  FORCES  ,  LIST  PORTSIDE  OR    LIST  STRB  SIDE.              (  BALLAST,CARGO)  •  TRIM,              IS  THE  DIFFRENCE  BETWEEN  THE  FORWARD  DRAFT  &  THE  AFT  DRAFT.              TRIM  COULD  BE  BY  FORE  (    FORWARD  DRAFT  LARGER  THAN  AFT  DRAFT)                  10  M  FORE    -­‐      8.0  M  AFT    =    2.0  M  BY  FORE    (    TRIM    )              TRIM  COULD  BE  BY  AFT  (  AFT  DRAFT  LARGER  THAN  FORE  DRAFT)  

             10  M  FORE    -­‐      15  M  AFT    =    5.0  M  BY    AFT  (    TRIM    )  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 28: Active management of vessel stability

STATIC        STABILITY  

   G.M          KM            KG  K

G

K

M

G

M

K

B B B

©  Philip  Corsano  2014    

Page 29: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  •  KM      =        KG        +    GM  •  KM      =        KB          +    BM  •  KG        =        KB          +    BG  •  KG        =        KM        -­‐    GM  •  GM      =      KM          -­‐      KG  

•  KB    =    ½  DRAFT      ,  KG    =    ½    DEPTH    CENTRE  OF  BOUYANCY                ALWAYS  MOVES  TO  THE  HEELED  SIDE  TO  BE  CENTERED  IN  ½  THE  UNDER  

WATER  VOLUME  

KB    =      ½  DRAFT      ,  KG    =    ½    DEPTHKB    =    ½  DRAFT      ,  KG    =    ½    DEPTH    

©  Philip  Corsano  2014    

Page 30: Active management of vessel stability

STATIC        STABILITY  •  KG            DEFINED  AS  THE  HEIGHT  BETWEEN  THE  KEEL    &  CENTRE  OF  GRAVITY  •  KM        DEFINED  AS  THE  HEIGHT  BETWEEN  THE  KEEL  &  METACENTRE  .THE  HEIGHT              

 OF  METACENTRE  •  GM      DEFINED  AS  THE  HEIGHT  BETWEEN  CENTRE  OF  GRAVITY  &    METACENTRE  .          

 CALLED    (  METACENTRIC    HEIGHT)•              GM    COULD  BE    +VE    (      G    BELOW    M    )      STABLE    SHIP              GM    COULD    BE    -­‐VE      (    G    ABOVE      M    )    UNSTABLE  SHIP  

 

  G

M

M

+ VEGM -VE GM

G W L •

©  Philip  Corsano  2014    

Page 31: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  

•  METACENTRE    POINT                DEFINED    AS    THE  POINT  THAT  EXISTS  WHEN  THE  SHIP  HEELS  OR  LISTS  TO  A  SIDE  ,  

THIS  POINT  OCCURS  WHEN  THE  LINE  OF  BOUYANCY    THAT  ACTS    UPWARD    INTERSECT  WITH  THE  CENTRE    LINE.  

B

M

B’

K

W L

G

B

W

©  Philip  Corsano  2014    

Page 32: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  EQUILIBRIUM  

•  STABLE    SHIP              STABLE  SHIP  MEANS    THAT    THE  SHIP  HAS    A    +VE  GM  .  AND  WHEN  HEELS  OR  LISTS  

A    RIGHTING    LEVER    APPEARS  ,  THE  LEVER  HAS  A  MOMENT  TO  RIGHTEN  THE  SHIP  &  BRINGS  HER  BACK  TO  THE  UPRIGHT  CONDOTION  .  THE  STATICAL  RIGHTENING  MOMENT  IS  THE  SUM  OF  THE  RIGHTENIG  LEVER  &  THE  SHIPS  DISPLACEMENT.  

                   THE  RIGHTENING  LEVER    IS  REPRESENTED    BY      GZ.              THE  GZ  THAT  APPEARS  ,  STARTS  FROM  THE  G  POINT    TO  THE  LINE  OF                

BOUANCY    MAKING  A  RIGHT  ANGLE.              

STATICAL    RIGHTENIG  MOMENT      =      RIGHTENING  LEVER    *    DISPLACEMENT                RM    (    TON  METER)                                      =            GZ      (mtrs)                              *                  ∆    (    tons  )  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 33: Active management of vessel stability

 STATIC        STABILITY  

STABLE    SHIP    •  STABLE    SHIP                                                B  

                                                                                                                                                                             W  

       

             

w

k

B

G

M

B

W

B

B B’

G

M

K

Z

G

STATICAL RIGHTENING MOMENT = GZ * DISPLACEMENT A COUPLING IS SET TO BRING THE SHIP BACK TO UP RIGHT CONDOTION

©  Philip  Corsano  2014    

Page 34: Active management of vessel stability

STATIC        STABILITY  UNSTABLE    SHIP  

•  UNSTABLE  SHIP      MEANS  THAT  THE  SHIP  HAS  A    -­‐VE  GM  ,THERFORE  A  CAPSIZING  LEVER  WILL  APPEARS  ,WITH  THE  SHIP’S  DISPLACEMENT  A  CAPSIZING  MOMENT  OCCURES;  WHICH  HEELS  THE  SHIP  EVEN  MORE  TO  THE  HEELED  OR  THE  LISTED  SIDE.  

             

STATICAL  CAPSIZING  MOMENT      =          -­‐  GZ              *    DISPLACEMENT                                                                -­‐  RM                                                          =          -­‐  GZ              *            ∆          

©  Philip  Corsano  2014    

Page 35: Active management of vessel stability

STATIC        STABILITY  UNSTABLE    SHIP  

•  UNSTABLE  SHIP              

W

K

B

M

G

B

W

K

B B’

M

G Z

B

B

W

G Z

• •

STATIC CAPSIZING MOMENT = - GZ * DISPLACEMENT A COUPLING IS SET & INCREASES THE SHIPS HEEL OR LIST

©  Philip  Corsano  2014    

Page 36: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  NEUTRAL    SHIP  

•  NEUTRAL    SHIP              DEFINED  AS    A  SHIP  HAS  HER      G  POINT    COINSIDE        WITH  THE        M  POINT              AS  A  RESULT  NO  LEVER  APPEARS  THERFORE  NO    MOMENT    OCCURS  ,&                NO  COUPLING    ARISES  .THE  SHIP  STAYES  HEELED  .  UNABLE  TO  BE  UPRIGHT.                                                                                                            THE                        

K

B

M G

B

W

B B’

K

G M

W

B B

W

• •

©  Philip  Corsano  2014    

Page 37: Active management of vessel stability

STATIC      STABILITY  TENDER  &  STIFF  SHIPS  

•  TENDER    SHIP    A  SHIP  SAID  TO  BE  TENDER    WHEN  SHE  HAS  A    SMALL    GM  ,    WHEN  SHE  HEELS      GZ  SMALL  CONSEQUNTLY      STATICAL  RIGHTENING  MOMENT  IS  ALSO  SMALL.  THERFORE    PERIOD  OF  ROLLING  IS    LONG    EXAMPLE  :    PASSENGER  SHIPS  ,  CARGO  SHIPS  

K

G

M

©  Philip  Corsano  2014    

Page 38: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  TENDER  &  STIFF  SHIPS  

•  STIFF  SHIP  A  SHIP  SAID  TO  BE  STIFF    WHEN  SHE  HAS  A    LARGE    GM  ,    WHEN  SHE  HEELS      GZ  LARGE  CONSEQUNTLY      STATICAL  RIGHTENING  MOMENT  IS  ALSO  LARGE.  THERFORE    PERIODE  OF  ROLLING  IS    SHORT    EXAMPLE  :    WAR    SHIPS,  OLYMPIC  SAILING  BOATS,  eg.  DRAGON  

 

K

G

M

©  Philip  Corsano  2014    

Page 39: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  ANGLE  OF  LOLL  

•  ANGLE  OF  LOLL                              THE  ANGLE  THAT  APPEARS    WHEN  THE  SHIP  HEELS  TO  A  SIDE  WHILE  THE  SHIP  HAS    

A  –VE  GM  .  A  CAPSIZING  MOMENT  CREATED    INCREASES    THE  HEELING  ,                    

 BY  THAT  TIME  THE  CENTRE  OF  BOUYANCY        B      STARTS  TO  MOVE  TO  THE  HEELED  SIDE  UNTILL      B    REACHES  A  POINT  JUST  BELOW  THE  LINE  OF    GRAVITY.  THE  ANGLE  WHERE  THAT  HAPPENS  IS  CALLED    ANGLE  OF  LOLL  .  

                                 WE    NOTICE  THAT    THE  SHIP  AT  THE  ANGLE  OF  LOLL  ,  HAS  NO  GZ,    NO      GM,    NO  

MOMENT  AT  ALL.AS  A  RESULT  THE  SHIP  STAYES  ON  THIS  CONDITION    (    HEELED)                

©  Philip  Corsano  2014    

Page 40: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  ANGLE  OF  LOLL  

             IF  THE  SHIP  HEELED  AS  RESULT  OF…  (WIND),  THE  CENTRE  OF  BOUYANCY        

B      MOVES  FAR  FURTHER  AWAY  IN  THE  HEELED  SIDE,  AS  A  RESULT    B    IS  NO  MORE    ACTING    BELOW  THE    SAME  LINE  OF  GRAVITY,    

 AND                A  RIGHTING  MOMENT  IS  CREATED  TO  BRING  BACK  THE  SHIP    [NOT  TO  THE  

UPRIGHT  CONDITION]  BUT  TO  THE  ANGLE  OF  LOLL  AGAIN.  THE  SHIP  KEEPPS  ROLLING  AROUND  THE  ANGLE  OF  LOLL  ,  TILL  STATIC  STABILITY  IS  REACHED  AGAIN  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 41: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  ANGLE  OF  LOLL                                                                  F                                                                                                        

M

G Z

BB’

K

B B’

M G

B B’

G Z

M

B

W

B

W

B

W

CAPSIZING MOMENT

WIND WIND

WIND

RIGHTING MOMENT

Fig.1 Fig.2

LOLL

• •

• •

• •

Fig.  3  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 42: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  CORRECTING    ANGLE  OF  LOLL  

         IN  ORDER  TO  CORRECT  <  OF  LOLL  WE    MUST    LOWER    THE    G    BELOW      M.    CONSIDER  THIS  SEQUENCE:  

1.  FILLING  THE  ½  FULL    BALLAST  TANKS    (TO  REMOVE  FREE  SURFACE)  2.  LOWER    ANY    UPPER    LOADS  (  CRANES  ,  TOPSIDES  TO  DOUBLE  BOTTOM  TANKS)  3.  FILLING  THE  TANKS    IN  THE  HEELED  SIDE    4.  THEN  FILL  THE  TANKS  IN  THE  OTHER  SIDE  TO  THE  HEELED  SIDE    &  THAT  SHOULD  

BE  GRADUAL  SO  AS  TO  RESTABLISH  +VE  STABILITY.    WHY  THE  HEELED  SIDE  FIRST  ?  

 FILLING  THE  TANKS  IN  THE  HEELED  SIDE  THE  G  WILL  MOVE  UP  SLOWLY  &  INCREASE  LOLL  ANGLE:  DUE  TO  FREE  SURFACE  EFFECT.    EVENTUALLY  WHILE  THE  G  STARTS  TO  MOVE  DOWN,  ANGLE  OF  LOLL  IS  GRADUALLY  REDUCED  UNTIL  IT  REDUCED  =  0.    G    RETURNS    BELOW    M,      {+VE  CONDITION}  -­‐  CREATING    A  RIGHTING  MOMENT,  MAKES  THE  SHIP  BACK  TO  THE  UPRIGHT  CONDITION.  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 43: Active management of vessel stability

STATIC    STABILITY  CORRECTING    ANGLE  OF  LOLL  

•  IF  WE  FILL  TANKS  ON  THE  HIGH  SIDE  ,  THE  TANKS  GETS  FILLED  GRADUALLY  ….  FREE  SURFACE  WILL  MAKES  THE  G  MOVE  MORE  UP  ,INCREASING  THE  HEEL  &  ANGLE  OF  LOLL;  EVENTUALLY    FREE  SURFACE  EFFECT  DISSIPATES    &  THE  SHIP  STARTS  TO  BE  ADJUSTED  &  RETURNS  TO  THE  UPRIGHT  CONDITION.    G  STARTS  TO  MOVE  DOWN  ,  ANGLE  OF  LOLL  DECREASES  GRADUALLY  ,  THEN  CEASES,  &    G    TURNS  TO  BE  BELOW  THE  M    (+VE  GM),  A  RIGHTING  MOMENT  IS  CREATED  BUT  MAY  BE  VERY  STRONG  ONE.  

•  IF  THE  GZ  CREATED  IS  VERY  LARGE  ,  THE  RETURN  WILL  BE  VERY  SEVERE,  STIFF  AND  IN  A  MATTER  OF  SECONDS;  &  MAY  LEAD  TO  A  VERY  DANGEROUS    SITUATION  TO  THE  SHIP.  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 44: Active management of vessel stability

FINAL    KG  •  ANY    SHIP  DURING  LOADING    /  DISCHARGING  CARGO;    THE  CENTRE  OF  GRAVITY  G  

STARTS  TO  MOVE  EITHER  TOWARD  OR  AWAY  FROM  THE  CENTRE  OF  GRAVITY    g  OF  THE  WEIGHTS  LOADED  /  DISCHARGED  .  

•  (fig.1)      G  MOVED  TO  G’ RELATED  TO  g  of  the  weight  •  (fig.2)      G  MOVED  TO  G’ RELATED  TO  g  of  the  weight  

»                                                                                                                                                         

K K

G G

         G’

g

g

G’

Fig. 1 Fig.2 ©  Philip  Corsano  2014    

Page 45: Active management of vessel stability

FINAL    KG  •  ACCORDING    TO  THE  ILLUSTRATION    ,  WE  DISCOVER  THAT    THE  G  OF  THE  SHIP  

KEEPS  MOVING  UP  AND  DOWN  WITH  THE  g  OF  THE  WEIGHTS  LOADED  /DISCHARGED,  UNTIL    IT    IS  SET  IN  A  FINAL  POSITION  AFTER  FINISHING  THE  LOADING/DISCHARGING  PROCESS.  

•  WE  HAVE  AN  INITIAL    KG    ,    LEADS  TO    FINAL  KG  .  

•  THE  FINAL  KG    LEADS  TO  THE  FINAL  GM.                  

       

FINAL    GM    =    KM    -­‐    FINAL    KG  FINAL GM = KM - FINAL KG

©  Philip  Corsano  2014    

Page 46: Active management of vessel stability

FINAL    KG  •  TO  CALCULATE  FINAL      KG,    EVERY    WEIGHT    HAS  ITS      Kg      ,    THE    G    CHANGES  BY  THE  EFFECT  OF  

THE  MOMENT  OCCURRED    FROM  THE    Kg    &      w    ,TILL      G  REACHES  A  FINAL  POSITION    (    KG    )  

 FINAL  KG’ =    TOTAL  MOMENT        2000        =            FINAL    KG’  

                                   TOTAL      W                                  300    IF  THE  SHIP’S    ORIGINAL  KM    =    8  m              The  final    G’.M    =    ORIGINAL  KM      -­‐    FINAL  KG’                                                                                                    8                -­‐                            6.6                                  =      final    G’M  

w/tons                                  Kg/m   MOMENT/  ton  m  

100   10   1000  

200   5.0   1000  

Total  w   Total    M  

300   2000  

6.6m

1.4m ©  Philip  Corsano  2014    

Page 47: Active management of vessel stability

FINAL    KG  

•  GG’IS  THE  MOVE  OF    G    TO    G’    DURING      LOAD/DISCH  

                 LEADING  TO    THE  FINAL  KG,  &  FINAL    GM  

 

K

100 T

g

k

10m (kg)

200 T

g

k

5m (kg)

G

G’

Initial KG

FINAL KG

M Final G’M

INITIAL GM

©  Philip  Corsano  2014    

Page 48: Active management of vessel stability

GZ    CURVES  •  GZ    IS  THE  “LEVER”  THAT  OCCURES  WHEN  THE  SHIP  HEELS  ,THE  GZ  LEVER  IS  

RESPONSIBLE  FOR  RETURNING  THE  SHIP  BACK  TO  THE  UP  RIGHT  CONDITION.  •  THE  LENGTH  OF  GZ    LEVER  DEPENDS  ON  TWO  PARAMETERS      ,  

   GM    &    ANGLE  OF  HEEL,  or  Ѳ  

                                                                                                                                                                                                                                                       Ѳ                                                    heel                              

GZ = GM * SIN Ѳ

B

M

K

G

B’

Z

G Z

M B’

W

©  Philip  Corsano  2014    

Page 49: Active management of vessel stability

GZ    CURVES          GM      •  AS    THE          Ѳ          INCREASES  ,    GZ  INCREASES    UNTILL    REACHES  THE  MAX  THEN  DROPS  DOWN  AGAIN  

TO  REACH  THE  VANISHING  ANGLE.  •  THE  RED  LINE  CALLED    ARCHI  .  LINE  ,FROM  THIS  LINE  WE  GET  THE  INITIAL  GM    OF  THE  SHIP.    FROM    

Ѳ    57.3  ⁰  EXTEND  UP  A  LINE    TO  CUT  THE  ARCHI  .LINE  AT  A  POINT.    FROM  THIS  POINT    WE  EXTEND    A  HORIZONTAL    LINE    TO    READ  THE    GM,  ON  THE    GZ  SCALE  .THE  ARCHI  LINE  DRAWN    AS  A  TANGENT  FROM  0    AND  SLOPE  OF  THE  CURVE    AS  SHOWN  BELOW.  

                                                                                                 3.9m                                                                                                                                                                                              

57.3

Vanishing angle 91 ⁰

Max GZ

Ѳ 40⁰  Max    GZ

ARCHI LINE GZ

10 20 30 40 50 60 70 80 90

GM 1.1 m

4

3

2

1

0

©  Philip  Corsano  2014    

Page 50: Active management of vessel stability

GZ    CURVES  STABLE    SHIP  

•  MAX            GZ            =      4.0  m    AT    Ѳ    39.0⁰                  RANGE  OF  STABILITY  =    0—90  ⁰  •  INITIAL  GM          =      1.3  m    AT    Ѳ    57.3⁰                VANISHING    ANGLE      =    90⁰                        GZ    

                       

                                                                                             GM                                                                                                                                                                                              GM                                                                                                                

57,3

STABLE SHIP +VE GZ

10 20 30 40 50 60 70 80 90

4

1

2

0

3

1.3

©  Philip  Corsano  2014    

Page 51: Active management of vessel stability

GZ    CURVES  STATIC  MOMENT  

•  IF    THE  SHIP  DISPLACEMENT  =    5000T    THE  MOMENT  AT  25⁰  WOULD  BE    •                                                     GZ            *            W          =      MOMENT                                                                  3.0        *        5000      =        15000  Tm      (  at    25⁰  )                      GZ                                                          4                                                          3                                                          2                                                                                                                                                                                              GM                              1                                                                                

57,3 25 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ©  Philip  Corsano  2014    

Page 52: Active management of vessel stability

GZ    CURVES  UNSTABLE    SHIP  

                   GZ                                                    RANGE  OF  STABILITY    17  ⁰-­‐-­‐-­‐  83⁰              Ѳ  LOLL    17⁰                                                                                                        MAX    GZ      3.8m    at  Ѳ  43⁰        VANISHING  Ѳ    83⁰                                            

             MAX    GZ  AT    43⁰                                                                                                                                                                                                                                                                

Ѳ LOLL 17⁰

43⁰

UNSTABLE SHIP –VE GZ CURVE

83⁰

RANGE OF UNSTABILITY 0⁰    -­‐-­‐-­‐      17⁰

< LOLL

GZ

10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

-1

-2

1

2

3

4.0

©  Philip  Corsano  2014    

Page 53: Active management of vessel stability

GZ    CURVES  UNSTABLE  SHIP  

                         4_                                      3_                                  2_                                                                                1_                                                                          0                    |                  |              |                  |                |                |                |                |                |                |                                      -­‐1                                                  

UNSTABLE SHIP -VE GZ

57.3

-2

-3

Ѳ LOLL 22⁰

GM – 3m

RANGE OF UNSTABILITY 0⁰-­‐-­‐-­‐  22⁰  RANGE  OF  STABILITY      22⁰  -­‐-­‐    92⁰  INITIAL    GM        -­‐    3  m

GZ

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

©  Philip  Corsano  2014    

Page 54: Active management of vessel stability

FREE  SURFACE  

•  FREE  SURFACE                IS  DEFINED  AS  THE  SURFACE  THAT  CAN  MOVE  FREELY    FROM  ONE  SIDE  TO  

ANOTHER  FREELY  ,  EXAMPLE    A  TANK      ½    FULL  OF  BALLAST  .                          THE  FREE  SURFACE  HAS  A  NEGATIVE  EFFECT  OVER  THE  SHIP’S  STABLE  CONDITION                THE  FREE  SURFACE  LEADS  TO  LOSS  IN  THE    G  M  ,  WHICH  MEANS  THAT    IT  COULD    

REDUCES  THE    GM    TO  THE  EXTENT  OF  CONVERTING  THE  +VE  GM                      TO    -­‐VE  GM    (  STABLE  SHIP    TO    UNSTABLE  SHIP  ),SPECIALLY  IF  THE  SHIP  STARTED  

HER  VOYAGE  WITH  A  SMALL  INITIAL  G.M    ,  AS  A  RESULT  THE  SHIP  CAN  EASILY  CAPSIZE  &  SINKS.  

   

©  Philip  Corsano  2014    

Page 55: Active management of vessel stability

FREE  SURFACE  •  THE  FREE  SURFACE  REDUCES  THE  SHIP  RIGHTING  MOMENT  BY  REDUCING  THE  GZ  

LEVER,  THE  LEVER  WHICH  USED  TO  BRING  THE  SHIP  BACK  TO  THE  UPRIGHT  CONDITION  .  

•  THE  FREE  SURFACE  PRODUCES  AN  EXTRA    CAPSIZING  MOMENT  OVER  THE  SHIP,                    AS  A  RESULT  OF  THE  EXTRA  WEIGHT  ADDED  FROM  THE  LIQUID  IN  THE  ½  FULL                      

TANK    IN  THE  HEELED  SIDE.  g  moved  to  g1                                                                                        ALSO    //    G    MOVED  TO  G’    AS    LIQUID  HEELED  G’Z  <    GZ                                                                                                        NEW  MOMENT  <  OLD  MOMENT  NEW  G’M  <  OLD  GM                                                                                GG1    =  LOSS  IN  GM  

                 

M

G1 Z1

G Z

B B’

G’

©  Philip  Corsano  2014    

Page 56: Active management of vessel stability

FREE  SURFACE  

•  THE  EFFECT  OF  THE  FREE  SURFACE  ON  THE  SHIP’S  STABILITY  IS  SIMILAR  TO  SHIFTING  A  LOAD    VERTICALLY  UP.  

             THE  RIGHTING  MOMENT    IS  AFFECTED  FROM  THE  FREE  SURFACE,  AS  THE  G  MOVES    

HORIZONTALLY      TO  G’ &    PARALLEL  TO  g  g1  ,  THE  GZ  WILL  BE  REDUCED    TO  G’Z  AND  CONSEQUENTLY  THE  RIGHTING  MOMENT  WILL  ALSO  BE  REDUCED  .                                                                                                                                RM    =      GZ    *  W  

           IN  PRESENCE    OF  FREE  SURFACE  ,THE    EFFECT                  RM    =      G’Z  *W  

•  AS    THE  G  ALSO  MOVES  UP  VERTICALLY  TO  G1  ,      GM    REDUCED  BY  THE  VALUE  OF  THE  MOVE  OF  G  TO  G1  &  THAT    IS  CALLED    THE  LOSS  IN  GM  (LOSS  IN  STABILITY)  ,  THE  NEW    IS    G1M  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 57: Active management of vessel stability

FREE  SURFACE  

•  SUMMARY  1.  FREE  SURFACE  COMES  FROM    ½    FULL  TANKS  2.  FREE  SURFACE    LEADS  TO  LOSS  IN  SHIPS  STABILITY                  (LOSS  IN  GM)  3.  FREE  SURFACE  REDUCES  THE  SHIPS  RIGHTING  MOMENT  4.  FREE  SURFACE  REDUCES  THE  GZ  5.  FREE  SURFACE  EFFECT  ON  SHIPS  STABILITY  IS  EQUIVALENT  TO  THE  EFFECT  OF  

SHIFTING  A  LOAD  VERTICALLY  UPWARD  .  6.  FREE  SURFACE  MAKES  THE  LIQUID  IN  TANK  TO  LEAN  TO  THE  HEELED  SIDE  ,  &  

ADDS  AN  EXTRA  HEELING  MOMENT  (CAPSIZING)  ,I.E” REDUCES THE RIGHTING MOMENT “WHICH  MAKES  THE  SHIP  TO  HEEL  WITH  A  LARGER  Ѳ”  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 58: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  LIST  

•  LIST  IS  THE  ANGLE    THAT  OCCURES  WHEN  THE  SHIP  LEAN  TO  EITHER  SIDE                  PORT  OR  STRB  AS  A  RESULT  OF  THE  EFFECT  OF  AN    INTERNAL  FORCE  SUCH  AS    

BALLAST  TANKS  ,  CARGO  DISTRIBUTION  /  SHIFTING  .    •  DURING  LOADING  /DISCHARGING    A  SHIP,  THE  WEIGHTS  ADDED/REMOVED  FROM  

THE  SHIPS  SIDES  LEADS  TO  LIST  HER  TO  EITHER  SIDE.  •  THE  LIST  THAT  OCCURES  DEPENDS  ON  THE  MOMENT  THAT  EXISTS  FROM  THE  SUM  

OF  WEIGHTS  ADDED  /REMOVED  &  THERE  DISTANCE  FROM  THE  CENTRE  LINE.                                              LIST    MOMENT    =    W    *    d  (    distance  from  centre-­‐line)    

©  Philip  Corsano  2014    

Page 59: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  -­‐  LIST  

•  EQUIVALENT  TO  A  SIMPLE  BALANCE.  

 

 

   

     

2OO

100 1OO

3OO 3OO

5O

d d

Fig .1 • AS THE Fig . 1 SHOWS, EVERY WEIGHT IS FAR FROM THE CENTRE BY ‘d ‘ , IN ORDER TO DETERMINE WHICH SIDE IS HEAVIER AND LEADS THE BALANCE TO LEAN ,WE SHOULD GET THE TOTAL MOMENT PORT & TOTAL MOMENT STRB , MOMENT = W * D

©  Philip  Corsano  2014    

Page 60: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  -­‐  LIST  •  The  SHIP  LIST    IS  VERY  SIMILLAR  TO  THE  LAST  EXAMPLE  CONCEPT.                        

                                           

STB PORT

d d

d d

d d

d d

d d

100 50

200

100

150

300

200 150

50

300

EACH WEIGHT ON THE SHIP IS MOVED FROM THE CENTRE LINE BY DISTANCE “d” SHIP WILL LEAN TO ONE SIDE ACCORDING TO THE MOMENT OF EACH SIDE. MOMENT = W * D

©  Philip  Corsano  2014    

Page 61: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  -­‐  LIST  DEEPER  VIEW  OF  THE  EFFECT  OVER  THE  SHIP’S    STBILITY    “GM”  G  MOVES  TO  THE    WEIGHT    g    THE  SHIP’S    G  IS  NOW  OUT  OF  THE  CENTRE  LINE:  NAMELY  THE  SIDE  WHICH    HAS  THE  BIGGER    MOMENT;  RESULT  -­‐    SHIP  NOW  LEANS  TO  THAT  SIDE,  &  STOPS  WHEN  THE  B’  IS  UNDER  THE  G‘.      ACTS    ON  THE  SAME  “FORCE”  LINE.    THEREFORE  THE  SHIP’S    G  ,  SETTLES  AT    G’ ,        TAN  Ѳ    =    GG  ‘                                                                                                                                                          GM  

Ѳ  IS  THE  LISTING  ANGLE    

                                           

K

G G’

M

Ѳ

B B’

W

B

G G’

M Ѳ

©  Philip  Corsano  2014    

Page 62: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  -­‐  LIST  Moment  Strb  

Moment  port  

D  (  gg’)  Distance  from  centre  line  

w    

500  10  50  

4000  20  200  

1500  10  150  

1500  5  300  

500  5  100  

1000  10  100  

1000  5  200  

1500  10  150  

250  5  50  

3000  10  300  

8000  6750  1600  

1250    strb  FINAL    GG’  1600ton  ©  Philip  Corsano  2014    

Page 63: Active management of vessel stability

TRANSVERSE    STABILITY  -­‐  LIST  •  LISTING  MOMENT    =    1250    STRB  •  TOTAL      WEIGHT          =      1600    TON  

•  FINAL    GG’    =    TOTAL  MOMENT              1250      =    0.781  mtrs.  •                                                     TOTAL    WEIGHT                  1600  •  IF  THE  FINAL  GM  =  5.5  mtrs    TAN    Ѳ      =        GG’ 0.781      =    8⁰  strb                                                        GM    5.50  

G G’

M

0.781

5.5

8⁰

©  Philip  Corsano  2014    

Page 64: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  TRIM  IS  THE  DIFFERENCE  BETWEEN  THE  AFT  DRAFT  &  THE  FORE  DRAFT.    TRIM  COULD  BE  BY  AFT    OR    BY  FORE.  

•  IF  THE  FOR  &  AFT  DRAFT  WERE  EQUAL  &  HAD  NO  DIFFERENCE  ,THEN  THE  SHIP  SAID  TO  BE  ON  AN  EVEN  KEEL.  

   

LBP

ф L1 L2

LBP IS THE LENGTH BETWEEN “PERPENDICULARS” ф MIDSHIP L1 DISTANCE FROM AFT B. TO MID SHIP ,CF L2 DISTANCE FROM FORE B. TO MID SHIP,CF

©  Philip  Corsano  2014    

Page 65: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  IF  LOADS  ARE  ADDED  OR  REMOVED  FROM  THE  SHIP,  THERE  WILL  BE  AN  EFFECT  ON  THE  SHIPS  DRAFTS  &  CONSEQUENTLY  ON  THE  TRIM.  

•  IF  THE  LOADS  WILL  CHANGE  THE  DRAFTS  AFT  &  FORE  BY  THE  SAME  VALUE,  THIS  ONLY  HAPPENS  IF  THE  CENTRE  OF  FLOATATION  IS  AMIDSHIP.    IF  NOT  ,THE  CHANGE  WILL  DEPEND  ON  THE  CHANGE  IN  TRIM  OCCURRED:  L1  &  L2.  

LBP

ф L1 L2

DRAFT FORE

DRAFT AFT CF

L

©  Philip  Corsano  2014    

Page 66: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  WHEN  A  LOAD  IS  ADDED  FORWARDS  ,THE  G  WILL  MOVE  TOWARD  THE    g  of  the  weight  ,making    SHIP  LEAN  FORWARD  .    THE  SHIP  STOPS  LEANING  FORWARD  ONCE  B  MOVES  &  REACH  JUST  BELOW  THE  G’ ,  WHICH  MEANS  BOTH    G  ‘&  B’ ACT    AGAIN  ON  THE  SAME  FORCE  LINE.  THE  FINAL  GG’ (  DISTANCE  BETWEEN  G  &G’)  IS  CALCULATED  FROM  THE  FINAL  MOMENTS  OF  THE  WEIGHTS  &  TOTAL  WEIGHTS.  

ф W

G G’ B B’

GML

©  Philip  Corsano  2014    

Page 67: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  CENTRE  OF  FLOATATION    IS  THE  CENTRE  WHERE  THE  LINES  OF  WATER  INTERSECTS  .  THE  SHIP    TRIM  LONGITUDINALY    AROUND  THIS  POINT.  THE  DRAFT  AT  THIS  POINT  IS  CONSTANT.  

LBP

ф

L1 L2

CF NEW DRAFT AFT NEW

DRAFT FORE

©  Philip  Corsano  2014    

Page 68: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  IF  A  LOAD  IS  ADDED  AFT  ,THE  SHIPS  DRAFT  AFT  WILL  BE  INCREASED  WHILE  THE  SHIPS  DRAFT  FORE  DECREASES,  AS  SHOWN  IN  THE  fig.  1    BELOW.  THE  EFFECT  OF  THE  WEIGHT  OVER  THE  SHIP’S  TRIM  COMES  FROM    THE  MOMENT  IT  MAKES.      

•  TRIMMING    MOMENT    IS    THE  MOMENT  TO  CHANGE  THE  SHIP’S  TRIM  ,&  IT  IS  THE  SUM  OF  THE    W    &  DISTANCE  OF  W  FROM    CF.  

•     trimming  moment    =    _w  *    d                MEASURED  IN  TON  METER                                                                                                                    W      

LBP

ф

L1 L2

CF NEW DRAFT AFT NEW

DRAFT FORE

W

Fig.1

d

©  Philip  Corsano  2014    

Page 69: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  TRIMMING  MOMENT    =    w  *    d        MEASURED  IN  TON    METER                                                                                                                W                  MCTC  :    IS  THE  MOMENT  THAT  CHANGE  THE  TRIM    BY    1  CM  .                  CHANGE  OF  TRIM    IS  THE  TOTAL  CHANGE  IN  THE  SHIPS  TRIM  FROM  THE  RATIO              

                                                 BETWEEN  THE    MOMENTS    OCCURRED  &  THE  TRIMMING  MOMENT.                                                                                      MEASURED    IN  CM  =    TRIMMING  MOMENT  

           MCTC  LBP

ф

L1 L2

CF NEW DRAFT AFT NEW

DRAFT FORE

W

Fig.1

d

©  Philip  Corsano  2014    

Page 70: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐  TRIM  

•  THE  TOTAL  CHANGE  IN  TRIM  IN  CM  ,WILL  BE  DISTRIBUTED  BETWEEN  THE  DRAFTS    FORE  &  AFT.  IF  THE  CF    OF  THE  SHIP  IS  COINSIDE  WITH  THE  MID  SHIP  POINT  ,THE  CHANGE  IN  TRIM  WILL  BE  DIVIDED  EQUALLY  ON  BOTH  DRAFTS.  

•  EXAMPLE  .  CHANGE  IN  TRIM  =    6  CM                CF    MID  SHIP  •  SO    DRAFT    AFT    =    +3  CM            DRAFT  FORE    =    -­‐  3  CM  

LBP

ф L1 L2

CF W

Fig.1

d

©  Philip  Corsano  2014    

Page 71: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY-­‐  TRIM  

•  THE  TOTAL  CHANGE  IN  TRIM  IN  CM  ,WILL  BE  DISTRIBUTED  BETWEEN  THE  DRAFTS    FORE  &  AFT.  IF  THE  CF    OF  THE  SHIP  IS  NOT  IN  THE  MID    ,THE  CHANGE  IN  TRIM  WILL  BE  DISTRIBUTED  BETWEEN  THE  DRAFTS  BY  THE  FOLLOWING.  

•  DRAFT  FORE  =    L2      *    CHANGE    OF  TRIM            (L2  DIST    FROM  CF  TO  FORE  B  )                                                L                                                                  (  L1  DIST  FROM    CF    TO  AFT    B  )  

             DRAFT    AFT    =      L1_    *      CHANGE  OF  TRIM          (  L  IS  THE  LBP    )                                                                          L    

L

ф

L1 L2

CF NEW DRAFT AFT NEW

DRAFT FORE

W

Fig.1

d

©  Philip  Corsano  2014    

Page 72: Active management of vessel stability

LONGITUDINAL    STABILITY  -­‐TRIM  

       THE  ADDED  /DISCHARGED  WEIGHT  ALSO  HAS  AN  EFFECT  OVER  THE  SHIP  ,  THE  EFFECT  

APPEARS    OVER  THE  SHIPS  MEAN  DRAFT  CALLED  BODILY  SINKAGE/RISE  ,THIS  CHANGE  ADDED  OR  REMOVED  TO  BOTH  DRAFTS  FORE  &  AFT.  

IF  A  WEIGHT  ADDED  THE  EFFECT  CALLED    BODILY  SINKAGE    =        _W  _  IF  A  WEIGHT  DISCH.    THE  EFFECT  CALLED      BODILY    RISE                                TPC  

L

ф

L1 L2

CF NEW DRAFT AFT NEW

DRAFT FORE

W

Fig.1

d

©  Philip  Corsano  2014    

Page 73: Active management of vessel stability

Stability  Formula’s  •  Change  in  Dra\  result  of  H2O  density:    Old  Dra\  x  New  Stowage  F/Old  Stowage  F  •  Block  Coeff  b=  V/LxBxD  •  Water  Plane  [WP]  Coeff  p  =  Area  of  WP/L  x  B  •  Tons/inch  immersion  [TPI]  =  Area  of  Waterplane/420  •  KG=  Total  Ver#cal  Moments/  Total  Weights  •  G  G’  =  (w  x  d)/Displacement  •  GM=  KM-­‐KG  •  Free  Surface  Effect  =  G  G”  =  rlb3/12  V  •  Rolling  period  =  0.44B/√  GM  •  Right  moment  =  GZ  x  displacement  •  GZ=  GM  x  sine  Θ  [for  small  angles  of  inclina#on]  •  Trim  =  Trim  moment/MTI  •  MTI  =  k  x  (TPI)  2      Where  k  =  constant  ~  value  of  block  coeff  •  MTI  =  GM  L    x  Dsipl/12L  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 74: Active management of vessel stability

Instruc#ons  for  Dra\  Survey  •  Accuracy  0.998  –  

1.040  kg,  range  of  Fresh  to  Sea-­‐water;  

•  Scale  graduated  in  density  kg/l  air;  

•  Use  clean  water,  samples  around  vessel;  

•  Take  hydrometer  reading  where  the  level  liquid  meets  the  graduated  scale.  

 

©  Philip  Corsano  2014    

Page 75: Active management of vessel stability

CONCLUSION  

•  Stability  can  and  should  be  ac#vely  managed  through  a  cap-­‐ex  investment  programme;  

•  As  ships  get  bigger,  the  risks  of  misunderstanding  Stability,  {Newtonian  Physics}  increases;  

•  Aligning  economic  incen#ves  with  ac#ve  stability  management  and  training  will  be  a  cost  effec#ve  training  programme.  

©  Philip  Corsano  2014    

Page 76: Active management of vessel stability

Acknowledgements  

•  Stability  and  Trim  for  Ship’s  Officer,  William    E.  George;  

•  Accident  analysis  of  MV  “Sewol”,  Korean  Coast  Guard;  

•  Lack  of  understanding  of  Stability,  “Ship-­‐owners  Protec#on  Ltd”.  London  UK;  

•  US  Coast  Guard  Casualty  reports,  www.uscg.mil/hq/g-­‐m/moa/repor#ndexcas.htm  

©  Philip  Corsano  2014