Passiv hivkompensator

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

En passiv hivkompensator er en enhet som brukes til å redusere påvirkning av bølger ved løfte- og boreoperasjoner. Den passive hivkompensatoren er en myk fjær som benytter vibrasjonisolering for å redusere bølgenes påvirkning.[1]

Prinsipp[rediger | rediger kilde]

Den passsive hivkompensatoren består av en hydraulisk sylinder og en gassakkumulator. Når stempelstangen strekkes ut reduseres det totale gassvolumet, og dermed komprimeres gassen som igjen øker trykket som virker på stempelet. Kompresjonsforholdet er lavt for å sikre lav stivhet. En godt designet passiv hivkompensator kan oppnå virkningsgrader på over 80 %.[2]

Virkningsgrad for en passiv hivkompensator brukt til subsealøft[rediger | rediger kilde]

Skisse av systemet

Den passive hivkompensatoren er i denne beregningen koblet til krankroken. Newtons andre lov brukes for å beskrive akselerasjonen av nyttelasten:

 (m+m_A) \ddot y =-k_c(y+H \cos \omega t)

Der
 m - er massen av nyttelasten
 m_A - er tilleggsmassen
 \ddot y - er akselerasjonen til nyttelasten
 k_c - er stivheten til den passive hivkompensatoren
 y - er den vertikale posisjonen til nyttelasten
 H - er bølgeamplituden
 \omega - er bølgenes vinkelfrekvens
 t - er tiden

Dersom vi ignorerer den transiente løsningen vil vi finne at forholdet mellom amplituden av nyttelasten og bølgeamplituden er:
 \frac {A}{H} = \frac{ \frac {k_c}{m+m_A}} { \omega^2 - \frac {k_c}{m+m_A}}

For å forenkle uttrykket det er vanlig å innføre  \omega _0 som systemene naturlige frekvens, definert som:
 \omega _0 = \sqrt {\frac {k_c}{m+m_A}}

Vi får da følgende uttrykk for forholdet:
 \frac {A}{H} = \frac {1}{({\frac {\omega}{\omega_0}})^2-1}

Overførnarheten  T_R er definert som:
 T_R= \left | \frac {1}{({\frac {\omega}{\omega_0}})^2-1}  \right |

Til slutt er virkningsgraden definert som:
 \eta_{PHC}= 1-T_R

Beregning av kompensatorstivhet[rediger | rediger kilde]

Stivheten til en passiv hivkompensator er gitt ved:[3]
 k_c= \frac {p_0 A}{S}(C^\kappa-1)

Der
 p_0 - er gasstrykket ved likevekt
 A - er stempelarealet
 S - er slaglengden
 C - er kompresjonsforholdet
 \kappa - er den adiabatiske eksponenten

Produket av  p_0 A svarer til den neddykkede vekten av nyttelasten. Som vi ser av uttrykket er det klart at lave kompresjonsforhold samt lang slaglengde gir lav stivhet.

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ Bob Wilde and Jake Ormond: Subsea Heave Compensators, Deep Offshore Technology 2009
  2. ^ The Engineers Guide Safelink AS
  3. ^ Peter Albers: Motion Control in Offshore and Dredging, Springer, 2010. ISBN:978-9048188024