Skipbevegelser

Et flytende skip kan bevege seg på seks uavhengige måter, kjent som frihetsgrader (DOF):

• Surge — fremover-bakover-bevegelse (langs skipets lengde)
• Sway — side-til-side-bevegelse (tverrs)
• Heave — vertikal bevegelse (opp og ned)
• Roll — rotasjon om lengdeaksen
• Pitch — rotasjon om tversaksen
• Yaw — rotasjon om den vertikale aksen

For løfteoperasjoner er heave den mest kritiske DOF fordi det direkte forårsaker vertikal bevegelse ved kranbommen. Imidlertid bidrar roll og pitch også til heave ved kranbommen — særlig når kranen er plassert langt fra skipets oppdriftssenter. Denne koblingen betyr at den effektive heave ved kranbommen kan være betydelig større enn skipets rene heave-bevegelse.

Forholdet mellom bølgeeksitasjon og skiprespons beskrives av Respons Amplitude Operatorer (RAOs). En RAO er en overføringsfunksjon som gir skipets bevegelsesampitude per enhet bølgeamplitude, som en funksjon av bølgefrekvens og heading.

RAOs avhenger av skipets skrogform, deplasement, lastingtilstand og hastighet. De bestemmes typisk gjennom hydrostatisk analyse eller modelltesting og er unike for hvert skip. Marinearkitekter gir RAO-data som en del av skipets bevegelseskarakteristika.

For å forutsi kranbevegelse i en gitt sjøtilstand, kombinerer ingeniører skipets RAOs med bølgespekteret. Det resulterende bevegelsespekteret gir den statistiske fordelingen av heave ved kranbommen — som er inngangen for heave-kompensator design.

Ulike skiptyper har veldig ulike bevegelseskarakteristika:

• Halvsenkbare plattformer — Utmerkede bevegelseskarakteristika på grunn av liten vannlinjeområde. Lave heave RAOs. Foretrukket for tunge løft og krevende operasjoner.
• Monohull bygningsskip — Moderate bevegelseskarakteristika. Heave, roll og pitch kan være betydelige. Mest vanlig skiptype for undervannsinstallasjonsarbeid.
• Jack-up pråm — Null heave når hevet opp, men betydelig bevegelse under transit og posisjoneringsfase. Begrenset til gruntvannsområder.
• Pråm — Høye bevegelsesplitudier, særlig ved roll. Ofte brukt med tunge løftekraner, men krever rolige værvindu.

Skipets bevegelseskarakteristika bestemmer direkte den nødvendige kompensatorspesifikasjon — slaglengde, kapasitet og responsiv hastighet.

Heave-amplituden og perioden ved kranbommen bestemmer de viktigste designparameterne for en heave-kompensator:

• Slaglengde — Må overstige den maksimalt forventede heave-amplituden ved kranbommen (topp-til-topp) med sikkerhetsmargin.
• Hastighet — Kompensatoren må reagere raskt nok til å følge heave-bevegelsen. Maksimal stempelastighet bestemmes av heave-amplituden og bølgeperioden.
• Egenfrekvens — Kompensatorens egenfrekvens må justeres for å unngå resonans med de dominante bølgeperiodene.

For operasjoner der skipbevegelsene er store eller uforutsigbare, gir et adaptivt passivt system som Norwegian Dynamics ANTARES fleksibiliteten til å opprettholde ytelse over en rekke forhold. For de mest krevende tilfellene gir Norwegian Dynamics aktive heave-kompensator maksimal kompensasjonseffektivitet uavhengig av skipets bevegelseskarakteristika.