Resonansunngåelse
Avstem systemet. Verifiser responsen.
Flytt systemresponsen bort fra eksitasjonen.
Å endre stivheten forskyver egenfrekvensen. Det komplette koblede systemet må likevel kontrolleres over driftssjøtilstandene.
En lengre periode betyr en lavere frekvens.
Frekvens og periode er reziproke størrelser. Hold systemets egenperiode atskilt fra eksitasjonsperioden, og angi hvilken akse en responskurve bruker.
På en frekvensakse
Lavere egenfrekvens plasserer den moden til venstre for eksitasjonen på denne kvalitative kurven.
På en periodeakse
En lengre egenperiode plasserer den moden til høyre for de kortere eksitasjonsperiodene.
Diagrammene viser kun rangering; avstanden er ikke en numerisk margin. Eksitasjon over en egenfrekvens beviser ikke i seg selv tilstrekkelig isolasjon. Verifiser den faktiske overføringsresponsen og akseptkriteriene over driftsspekteret.
Kontroller toppen, driftsbåndet og de andre modene.
Lokaliser de koblede modene.
Vurder masse, gassfjærtilstand, wirelengde og -stivhet, og riggoppsettet på tvers av last- og dybdetilfellene.
Vurder hele responskurven.
Demping kan redusere en resonanstopp. I en enkel, lineær, basiseksitert modell kan økt demping også øke bevegelsesoverføringen i isolasjonsområdet. Vurder den konfigurerte responsen.
Følg driftssekvensen.
Kontroller nyttelastens bevegelse, strekk, brukbar slaglengde og overganger ved bruk av prosjektspekteret og fartøysresponsen. Adaptiv avstemming krever fortsatt disse kontrollene.
Teoribakgrunn: MIT OpenCourseWare — mekanisk vibrasjon og isolasjon. Disse enkelmodell-prinsippene gir ikke en prosjektspesifikk driftsgrense.
Kran–wire–nyttelast-systemet har egenmoder før en kompensator legges til. En kompensator endrer disse koblede modene; resonans vurderes for både referansesystemet og det konfigurerte systemet over de definerte driftstilfellene.
Hva er resonans?
En enkel fjær–masse-modell har en egenfrekvens bestemt av massen og stivheten. I et løft bidrar gassfjæren, wiren, kranen og riggen til den koblede responsen. Angi modellen og responsstørrelsen som vurderes.
Bølgedrevet krantuppbevegelse kan eksitere det koblede systemet. Nær et resonansområde kan nyttelastens bevegelse forsterkes relativt til krantuppen; den faktiske responsen avhenger av moden og den konfigurerte dempingen.
I praksis begrenser demping toppresponsen; hvor høy toppen blir ved resonans avhenger av dempingen som faktisk er konfigurert — derfor oppgir screeningmodellen sin egen demping i stedet for å oppgi en universell faktor. Dette er klart uakseptabelt for en innretning designet for å redusere bevegelse.
Hvor resonans oppstår
Egenperioden til en passiv hivkompensator avhenger av lastens masse og gassfjærens stivhet. For Norwegian Dynamics’ enhetsutvalg i grunnlaget under, spenner de beregnede egenperiodene fra omtrent 10–30 sekunder; hvert prosjekt beregner sin egen koblede periode ut fra faktisk masse, gasstilstand og linestivhet.
På screeninggrunnlaget for Nordsjøen som brukes her, er topperioder for spektrum på 5–15 sekunder (Tp) det indikative eksitasjonsbåndet; prosjektstedets eget metocean-grunnlag er styrende. For godt designede systemer ligger egenperioden godt over de energirike bølgeperiodene, slik at eksitasjonsfrekvensen forblir over egenfrekvensen — isolasjonsområdet. Marginen verifiseres mot prosjektets bølgespektrum, ikke antas.
Resonansrisikoen øker imidlertid når:
- Gassvolumet er for lite (noe som gjør fjæren for stiv og reduserer egenperioden).
- Lasten er lettere enn designtilfellet (noe som reduserer massen og dermed egenperioden).
- Langperiodisk dønning er til stede (noe som øker eksitasjonsperioden mot egenperioden).
| Eksempelverdi | Hva den representerer | Bruk i en vurdering |
|---|---|---|
| 10–30 s | Beregnede egenperioder for ND-enhetsutvalget beskrevet i grunnlaget. | Beregn de koblede modene på nytt for faktisk masse, gasstilstand og linestivhet. |
| 5–15 s | Screeningområdet for topperiode for Nordsjøen brukt på denne siden. | Bruk prosjektspekteret og fartøysresponsen. Topperioden alene beskriver ikke hele eksitasjonen. |
| 2–5× | Det enkle krafteksiterte modelleksempelet for dempingsforhold 0.10–0.25. | Identifiser forholdet mellom kraftpåføring og respons. Dette er ikke en universell topp for nyttelastbevegelse eller en tilleggs-DAF. |
Disse mekanismene kan flytte systemet mot et resonansområde. Kontroller kombinasjonene av dem over hele last-, dybde- og driftsområdet; det styrende tilfellet fastsettes av den koblede analysen.
Design rundt resonans
Ingeniører bruker flere strategier for å sikre at hivkompensatorer opererer trygt bort fra resonans:
- Gassfjæravstemming — Vurder hvordan gassvolum og arbeidstilstand endrer den effektive stivheten og de koblede egenperiodene. Verifiser den resulterende responsen fremfor å anvende en generisk volumregel.
- Demping — Vurder resonanstoppen og responsen i driftsbåndet samlet. Økt demping er ikke en universell forbedring ved enhver eksitasjonsfrekvens.
- Last- og dybdeområde — Kontroller hele settet av masse-, gasstilstands-, wirelengde- og driftsbetingelser. En lettere masse forkorter perioden i en enkel modell med fast stivhet; det styrende koblede tilfellet fastsettes ved analyse.
- Adaptiv avstemming — ANTARES kan endre sine arbeidsinnstillinger. Vurder hver konfigurasjon og overgang innenfor den koblede modellen og utstyrsgrensene.
Resonans i systemdesign
Resonansunngåelse handler ikke bare om kompensatoren — det gjelder hele løftesystemet. Kranwiren, trinsene og eventuell subsea-rigg har alle sin egen stivhet og masse, noe som skaper et koblet system med flere potensielle resonansmoder.
Ved større vanndyp blir wirens elastisitet betydelig, og det koblede wire–kompensator-systemet kan ha resonansfrekvenser som skiller seg fra hver enkelt komponent alene. Dette er grunnen til at dypvannsoperasjoner krever grundig koblet dynamisk analyse som modellerer hele systemet fra fartøy til sjøbunn.
For kritiske operasjoner verifiserer tidsdomenesimuleringer med stedsspesifikke bølgedata og faktiske fartøys-RAO-er responsen over de definerte driftstilfellene. Norwegian Dynamics tilbyr ingeniørstøtte for disse analysene som en del av kompensatorvalg og -dimensjonering — se vår veiledning for kompensatorvalg for mer informasjon.
Resonansunngåelse — ofte stilte spørsmål
Hva er resonans i et hivkompenseringssystem?
Hvor ille kan resonansforsterkningen bli?
Når er resonansrisikoen høyest?
Hvordan designer ingeniører rundt resonans?
Gjelder resonans bare kompensatoren selv?
Bekymret for resonans i løftesystemet ditt?
Send lastområdet, wirelengder og -stivhet, riggoppsett, kompensatorinnstillinger, fartøysrespons og stedsspektrum. Vi kan definere den koblede vurderingen og avstemmingstilfellene.
Se det i aksjon
Gjennom resonans, i kontroll — ANTARES fører et vannfylt sugeanker gjennom resonansbåndet sitt nær 1,300 m, simulert i CONSTELLATION.
Relaterte artikler
Grunnlag og forutsetninger
Hvor tallene på denne siden kommer fra, og hvor langt hver av dem kan strekkes. Screeningverdier er modellerte anslag; de er ikke en erstatning for en prosjektspesifikk analyse på ditt eget grunnlag.
- Kompensatorens egenperiode 10–30 sDesignområde (modellresultat)
- Følger av lastens masse og gassfjærens stivhet over SWL- og slaglengdeområdene Norwegian Dynamics bygger. Det er området våre egne enheter faller innenfor, ikke en egenskap ved hivkompensatorer generelt — egenperioden til en spesifikk enhet beregnes for det aktuelle løftet.
- 5–15 s: screeningkontekst
- 5–15 s-topperiodeområdet er den indikative screeningkonteksten for Nordsjøen som brukes på denne siden. Velg prosjektstedets metocean-grunnlag og spektrum, og vurder fartøysresponsen. Dette området er ikke en universell designinngang eller en erstatning for hele eksitasjonsspekteret.
- 2–5×: definert enkeltmodell-eksempel
- For en lineær modell med én frihetsgrad og harmonisk krafteksitasjon, er forholdet mellom forskyvning og statisk utbøyning ved en pådrivningsfrekvens lik den udempede egenfrekvensen 1/(2ζ). Dermed gir ζ = 0.10 5, og ζ = 0.25 gir 2. Dette krafteksitasjonsresultatet er forskjellig fra transmissibilitet ved grunnbevegelse. Det er ikke en universell løfteresponsfaktor; det konfigurerte offshoresystemet vurderes med sin faktiske eksitasjon og demping.
