パッシブ・ヒーブ補償はどのように機能しますか？

パッシブ・ヒーブ補償装置は本質的にガススプリングです。窒素で充填された1つ以上のガスアキュムレータに接続された油圧シリンダーで構成されています。荷重の重さはガスを作動圧力に圧縮し、ピストンは中点ストローク平衡位置に落ち着きます。

船舶が上昇するとき、クレーンの先端は上がりますが、ガスは膨張し、ピストンが伸びて荷重が静止したままになります。船舶が低下するとき、ガスは圧縮され、ピストンは縮小します。大きな慣性を持つ荷重はほとんど動きません。

主要なエンジニアリング課題は、作動点でほぼゼロのスティフネスを達成することです。ガススプリングが硬すぎると、船舶の動きが荷重に伝わります。やや軟らかすぎると、システムはストローク終端に漂います。エンジニアはガス容積と事前充填圧力のサイズを設定して、スプリングレートが荷重の重さと密接に一致するようにし、ヒーブを隔離する効果的な軟スプリングを作成します。詳細な数学については、パッシブ・ヒーブ補償の基礎に関するページを参照してください。

減衰のない純粋なガススプリングは、その自然周波数の近くで制御不能に振動するでしょう。パッシブ・ヒーブ補償機は油圧減衰バルブを含みます — 通常、オリフィスベース — シリンダーとアキュムレータ間のオイル流を抵抗します。

減衰は2つの重要な機能を果たします:

• 共鳴制御 — 波周期がシステムの自然周期に接近する場合、減衰なしで応答が増幅するでしょう。油圧抵抗はこの増幅を安全なレベルに制限します。
• 着陸制御 — 海中着陸中に、増加された減衰は制御された接触のための荷重の下降を遅くします。

減衰レベルはトレードオフです:少なすぎると共鳴が危険になり、多すぎるとシステムが硬くなり、典型的な波周期での補償効率が低下します。

よく設計されたPHCシステムは、通常70–90%の補償効率を達成します。つまり、負荷の残留運動はクレーン先端の動きの10–30%に過ぎません。効率は複数の要因に依存します:

• 波周期 — PHCは波周期がシステムの自然周期に比べて短い場合に最適に機能します。非常に長い周期では、システムは船舶を追従する傾向があります。
• ガス容積 — より大きなガス容積はより柔らかいスプリングと良好な効率をもたらしますが、システムのサイズと費用を増加させます。
• 減衰レベル — より高い減衰は共鳴安全を改善しますが、共鳴以外の効率を低下させます。
• 負荷マッチング — システムは実際の負荷が設計負荷と一致するとき最適に機能します。条件が変わると、基本的なPHCは適応できません。

この最後の制限は適応型パッシブ・ヒーブ補償への関心を駆り立てています。ここでは、ガススプリングは条件が変化するときに最適なパフォーマンスを維持するために自動的に調整されます。

パッシブ・ヒーブ補償機は、広範な海上作業で使用されます:

• 海中リフトとインストール
• スプラッシュゾーン横断
• ライザー、ケーブル、アンビリカルの張力
• 風力タービン設置用クレーン衝撃吸収

Norwegian Dynamicsは、直線的なリフトタスク向けの費用対効果の高いRIGELから、変動する条件全体で一貫した高性能を必要とする要求の厳しい作業向けのANTARES適応型システムまで、PHCソリューションの範囲を提供しています。