共振回避

すべてのスプリング・マス・システムは固有振動数を持っています。これは、外乱を受けたときに振動する傾向がある周波数です。受動的なヒーブ補償器では、質量は懸架荷重であり、スプリングはアキュムレータ内の圧縮ガスです。

波駆動型クレーンチップの運動がこの固有振動数で、またはその近くで振動するとき、システムは増幅された運動で応答します — 荷重はクレーンチップよりもさらに動きます。この増幅は劇的な場合があります。共振での非減衰システムは理論的には無限の応答を持ちます。

実際には、減衰はピーク応答を制限しますが、十分に減衰されたシステムでも共振で2〜5×の増幅係数が見られます。これは運動を減らすように設計されたデバイスには明らかに受け入れられません。

受動的なヒーブ補償器の自然周期は、負荷質量とガススプリングのスティフネスに依存します。典型的な海上リフティングシステムの場合、自然周期は10〜30秒の範囲に入ります。

ほとんどの運用地域における支配的な波の周期は5〜15秒(T_p)です。これは、設計されたシステムの場合、自然周期は波の周期より長く、システムは補償が効果的である共振下領域で動作することを意味します。

ただし、共振リスクは以下の場合に増加します:

• ガス体積が小さすぎます(スプリングが硬くなり、自然周期が短くなります)。
• 負荷が設計ケースより軽いです(質量が減り、したがって自然周期が短くなります)。
• 長周期の腫脹が存在します(励起周期が自然周期に向かって増加します)。

エンジニアは、ヒーブ補償器が共振から安全に離れて動作することを保証するためにいくつかの戦略を使用します:

• 十分なガス体積 — より大きなガス体積はより柔らかいスプリングを生成し、より長い自然周期で、共振を波の周期範囲をはるかに超えて推し進めます。
• 適切な減衰 — 油圧減衰は共振での増幅を許容可能なレベルに制限し、条件がシステムをその固有周波数に近づけても安全マージンを提供します。
• 負荷範囲分析 — 補償器は設計点だけでなく、予想される負荷のすべての範囲にわたってチェックされる必要があります。最も軽い負荷は通常、最も短い自然周期を与えるため、最も高い共振リスクを提供します。
• 適応チューニング — Norwegian Dynamics ANTARESのようなシステムは、負荷条件の変化に応じて最適な自然周期を維持するためにガススプリング特性を自動的に調整し、より広い運用範囲全体で固有に共振を回避します。

共振回避は補償器についてだけではありません。それはリフティングシステム全体に適用されます。クレーンワイヤー、滑車、および任意の海底リギングはそれら自身のスティフネスと質量を持ち、複数の潜在的な共振モードを持つ結合システムを作成します。

より深い水深では、ワイヤーの弾性が重要になり、結合したワイヤー補償器システムは単独の構成要素とは異なる共振周波数を持つことができます。これが深水作業では、船舶からシーベッドまでのシステム全体をモデル化する慎重な結合動的分析が必要な理由です。

重要な作業では、サイト固有の波のデータと実際の船舶RAOを使用した時間領域シミュレーションを使用して、すべての予見可能な条件で共振が回避されることを確認します。Norwegian Dynamicsは、補償器の選択とサイジングの一部として、これらの分析のエンジニアリング支援を提供しています。詳細については、私たちの補償器選択ガイドを参照してください。