RIGEL passiv hivkompensator som henger vertikalt i linje på kranwiren idet nyttelasten krysser splash zone i skumring
Passiv hivkompensering

En gassfjær og en demper mellom kroken og lasten — ingen ekstern strøm.

Grunnleggende om passiv hivkompensering

Av Tord Martinsen, CEO · oktober 2025

Praktisk anvendelse: For praktisk anvendelse av dette temaet, se RIGEL Enkel PHC og ANTARES Adaptiv PHC.

Passiv hivkompensering (PHC) er en teknikk som brukes i offshore-operasjoner for å redusere den vertikale bevegelsen som overføres fra en krankrok til en hengende nyttelast. Den virker uten ekstern strøm ved hjelp av et system med gassfjær og hydraulisk demper som absorberer bølgeindusert bevegelse.

Når et fartøy beveger seg opp og ned med bølgene, følger krankroken med. Uten kompensering opplever nyttelasten den samme bevegelsen — noe som skaper farlige dynamiske laster under splash zone-kryssinger, subsea-landinger og andre kritiske operasjoner. En passiv hivkompensator fungerer som en buffer som absorberer mye av denne bevegelsen.

Sammenligner du systemer? Sammenlign passive hivkompensatorer — RIGEL, CYGNUS og ANTARES — kapasitetsbånd, dempekontroll og hvordan hver enkelt dimensjoneres iht. DNV-RP-N202.

Hvordan fungerer en passiv hivkompensator?

En PHC består av tre hovedkomponenter:

  1. Gassfjær — nitrogengass under trykk gir en fjærkraft som bærer nyttelastens vekt
  2. Hydraulisk sylinder — inneholder olje som strømmer gjennom kontrollerte dyser
  3. Dempeventiler — begrenser oljestrømmen for å gi demping, som avleder bølgeenergien

Sentrale bruksområder

  • Splash zone-kryssinger — reduserer dynamiske laster når nyttelasten passerer gjennom bølgesonen
  • Subsea-landinger — styrer landingshastigheten for presis plassering
  • Unngå resonans — forhindrer forsterkning av bevegelse ved bestemte bølgeperioder
  • Tensjonering — opprettholder konstant strekk i kabler eller riser
  • Støtdemping — beskytter nyttelasten og kranen mot støtlaster

PHC-ytelsesfaktorer

Effektiviteten til en passiv hivkompensator avhenger av stivhet (fjærstivhet), dempejustering, slaglengde og tilpasning til nyttelastens vekt.

Hvordan fungerer passiv hivkompensering for å redusere landingshastigheten?

Hiv betyr vertikal bevegelse, i vår sammenheng vertikal bevegelse av krankroken forårsaket av bølger. Passiv hivkompensering kan betraktes som et fjær-masse-demper-system med mål om å redusere bølgeindusert bevegelse under kompensatoren. Den forenklede skissen under illustrerer scenarioet vårt: 

Forenklet modell av passiv hivkompensator: krankrok som påfører sinusformet bevegelse, PHC-fjærstivhet k uten demping, nedsenket nyttelast med vekt, oppdrift, drag og tilleggsmasse i vann
Figur 1 — Den forenklede modellen bak utledningen. Krankroken påfører ζ cos(ωt); PHC-en bidrar med stivhet k (demping neglisjert, iht. forutsetningslisten under); den nedsenkede nyttelasten med masse m, tetthet ρ og tverrsnitt A⊥ bærer vekt mg, oppdrift FB og tilleggsmasse mA i vann med tetthet ρw. Positiv z er nedover.

Krankrokens bevegelse følger sinusformen gitt ved \zeta \cos(\omega t), PHC-en har stivhet k, vannet har massetetthet \rho_w, mens nyttelasten har grunnleggende egenskaper \rho, m, A_\perp, henholdsvis for nyttelastens massetetthet, masse og areal vinkelrett på hivbevegelsen.

Siden vi i dette eksempelet antar at nyttelasten befinner seg subsea, er det viktig å ta hensyn til oppdrift, drag og tilleggsmasse som påvirker nyttelasten. Alle disse tre effektene kan forbedre ytelsen til PHC-en.

Tilleggsmasse

m_A = \rho_w C_A V_R

Der C_A er tilleggsmassekoeffisienten (finnes i DNV RP-N103) og V_R er referansevolumet.

Drag

F_D = \tfrac{1}{2}\rho_w C_D A_\perp \dot z |\dot z|

Der C_D er dragkoeffisienten og \dot z er nyttelastens vertikale hastighet.

Oppdrift

F_B = \rho_w V g

Der V er nyttelastens fortrengte volum og g er tyngdeakselerasjonen.

PHC-ens gassfjær

Vi kan definere en gjennomsnittlig stivhet for PHC-ens gassfjær som differansen i kraft fra likevektsslag til fullt slag, delt på endringen i slag:

k = \frac{p_1 A_0 – p_0 A_0}{\Delta S}

Der p_0 er likevektstrykket og A_0 er stempelarealet til PHC-en.

La oss anta følgende:

  1. Den fulle slaglengden er S, og vi er ved midtslag under likevekt.
  2. Vi bruker den ideelle gassloven med adiabatisk kompresjon for å beregne trykkendringen.
  3. Likevektskraften skal være lik tyngdekraften minus oppdriften.

Ut fra disse forutsetningene får vi da:

k = \frac{(\rho – \rho_w) \, V \, g}{0.5 \, S} \left[ \left( \frac{V_{\mathrm{eq}}}{V_{\mathrm{eq}} – 0.5 \, A_0 \, S} \right)^\gamma – 1 \right]

\gamma er den adiabatiske eksponenten.

Vi kan videre anta at likevektsvolumet kan defineres som:

V_{\mathrm{eq}} = (R – 0.5) \, A_0 \, S

Der R er gass-til-olje-forholdet, som typisk ligger i området 2–12 for en PHC. En større verdi av R tilsvarer en mykere fjær.

Vi får da følgende uttrykk for PHC-stivheten k:

k = \frac{2 (\rho – \rho_w) \, V \, g}{S} \left[ \left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1 \right]

Som vi kan skrive om til:

k = \frac{2 \, m \, g}{S} \left( 1 – \frac{\rho_w}{\rho} \right) \left[ \left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1 \right]

Hydraulisk strømningsbegrensning i PHC-en

Væskestrøm gjennom en begrensning er typisk gitt som:

Q = A_f \, \alpha \, \sqrt{\frac{2 \, \Delta p}{\rho}}

Der:

  1. Q er væskens volumstrøm,
  2. A_f er det minste strømningsarealet,
  3. \alpha er trykktapskoeffisienten, og
  4. \Delta p er trykktapet.

Med dette som grunnlag kan vi finne kraften som skyldes hydraulisk begrensning:

F_h = A_0 \, \Delta p = A_0 \, \frac{\rho}{2} \left( \frac{A_0 \, \dot{S}}{A_f \, \alpha} \right)^2

Merk også at fortegnet til den hydrauliske kraften avhenger av om stangen kjører ut eller inn.
Videre kan den ha en annen størrelsesorden dersom det finnes tilbakeslagsventiler.

Utfordringen med denne ligningen er å kjenne \alpha, som ikke er enkelt å beregne.
Den bør bestemmes ved hjelp av CFD eller målinger, og kan også avhenge av mange variabler.

—

Tetningsfriksjon i PHC-en

Tetningsfriksjon er et svært komplisert tema. Det avhenger av mange faktorer, som:

  1. Væsketrykk
  2. Forspenning av elastisk element
  3. Tetningsmateriale
  4. Hastighet på stempel eller stempelstang
  5. Overflateruhet
  6. Væsketype
  7. Tetningsbredde
  8. Tetningskonfigurasjon

Det er for komplisert til å gå i detalj i denne korte innføringen.

Differensialligning

La oss nå bruke det ovenstående med følgende forutsetninger:

  1. Tetningsfriksjon ses bort fra (i praksis kan den være betydelig).
  2. Hydraulisk begrensning ses bort fra (denne kan vanligvis holdes lav med en god PHC-design).
  3. Drag ses bort fra (for en høytytende PHC er denne antagelsen holdbar).
  4. Stivhet og demping i rigg/wire ses bort fra.
  5. PHC-ens hydrodynamikk ses bort fra.
  6. PHC-ens egenvekt ses bort fra.

En mer nøyaktig numerisk løsning som tar med alt (og en mer presis tilstandsligning for gasstrykket) er tilgjengelig fra Norwegian Dynamics.

Vi kan anvende Newtons andre lov på nyttelastens masse for å finne ut hvordan den beveger seg relativt til krankroken.
La oss anta at nedover er positiv retning:

(m + m_A) \, \ddot z = m g – F_B – k \, [ z + z_0 + \zeta \cos(\omega t) ]

Dette har en stasjonær løsning gitt som:

z(t) = \frac{k \, \zeta}{(m + m_A)\, \omega^2 – k} \, \cos(\omega t)

Det vi ønsker å vite, er forholdet mellom nyttelastens bevegelse og krokens bevegelse. 

\frac{z(t)}{\zeta \, \cos(\omega t)} = \frac{k}{(m + m_A)\, \omega^2 – k}

Vi kan deretter endre \omega til \frac{2 \pi}{T_P}, der T_P er bølgeperioden, og erstatte k med uttrykket vårt ovenfor:

\frac{z(t)}{\zeta \cos\!\left(\frac{2\pi t}{T_p}\right)} = \frac{1}{ \displaystyle \underbrace{\left(\frac{m+m_A}{m}\right)}_{\text{Tilleggsmasse}} \underbrace{\frac{\rho}{\rho-\rho_w}}_{\text{Oppdrift}} \underbrace{\frac{2\pi^2}{g\,T_p^2}}_{\text{Bølgeperiode}} \underbrace{\frac{S}{\left[\left(\frac{R-0.5}{R-1}\right)^{\gamma}-1\right]}}_{\text{PHC}} -1 }

Basert på dette forholdet kan vi definere effektiviteten til passiv hivkompensering. Hvis forholdet er 0, er effektiviteten 100%; hvis den absolutte verdien er større enn 1, betyr det at vi får resonans. Kalkulatoren under kan brukes som en grov indikator på ytelsen til passiv hivkompensering.

Bevegelsesforhold mellom nyttelast og krok mot bølgeperiode for gass-til-olje-forhold 4, 8 og 12: isolasjon under forhold 1, resonanstopper ved den naturlige perioden, mykere fjærer skyver den naturlige perioden mot lengre bølgeperioder
Figur 2 — Bevegelsesforholdet plottet fra uttrykket over, med kalkulatorens standard nyttelast (m = 100 t, mA = 20 t, ρ = 7 850 kg/m³, S = 4.5 m) for tre gass-til-olje-forhold R. Under 1.0 isolerer PHC-en nyttelasten; ved Tn går den i resonans. Modellen er udempet — reell PHC-demping demper resonanstoppen. Designmålet er synlig: en mykere fjær (høyere R, lengre slaglengde) skyver Tn godt over bølgeperiodene du opererer i.

Kalkulator for effektivitet av passiv hivkompensering













Vi kan også definere den naturlige perioden til PHC-en som:

T_n = \pi \sqrt{ \frac{m + m_A}{m} \, \frac{\rho}{\rho – \rho_w} \, \frac{2S}{\,g\!\left(\left(\dfrac{R – 0.5}{R – 1}\right)^{\!\gamma} – 1\right)} }

Regneeksempel: å lese bevegelsesforholdet

Ta kalkulatorens type tilfelle: en stålnyttelast på 100 t (ρ = 7 850 kg/m³) med 20 t tilleggsmasse, på en PHC med 6 m slaglengde og gass-til-olje-forhold R = 12, i bølger med periode Tp = 8 s (γ = 1.4):

  1. Fjærmykhet. Gassfjærleddet ((R − 0.5)/(R − 1))γ − 1 ≈ 0.064 — en høy R og lang slaglengde gir en myk fjær.
  2. Naturlig periode. Tn ≈ 16 s, godt over bølgeperioden på 8 s — systemet opererer i sitt isolasjonsområde.
  3. Bevegelsesforhold. Uttrykket over gir ≈ 0.33: nyttelasten opplever omtrent en tredjedel av krokens bevegelse — om lag to tredjedeler av den bølgeinduserte bevegelsen fjernes.

Den lukkede modellen er udempet og konservativ nær resonans — reell demping demper toppen og gir noe overføring i isolasjonsområdet. For dimensjonering er den fullstendige numeriske løsningen (gasstilstand, demping, drag, rigging) det en CONSTELLATION-studie kjører.

Demping: hvilken type, og hvor mye

Gassfjæren lagrer energien — damperen bestemmer hvor den blir av. Uten demping er kompensatoren et fjær-masse-system som ville svingt ved sin naturlige periode etter hver forstyrrelse. Når stempelet beveger seg, presses olje gjennom dyser eller kontrollventiler, og strømningsmotstanden omdanner kinetisk energi til varme: en kraft som øker med hastigheten, som demper resonans, roer ned transienter og gir kontroll på synkehastigheten ved landing.

DempingstypeKarakteristikkHvor du møter den
LineærKraft ∝ hastighetEnkel å modellere — sjelden i reell maskinvare
KvadratiskKraft ∝ hastighet²Den naturlige oppførselen til dysestrøm — sterk ved høy hastighet, mild ved lav
VariabelJusterbare dyser / proporsjonalventilerDemping endres per operasjonsfase — den adaptive løsningen
FOR LITEFarlig resonans — transienter fortsetter å svinge
I BÅNDET≈ 5 – 15% av kritisk for normal nedfiring — best effektivitet med resonanssikkerhet; heves midlertidig for splash zone og landing
FOR MYESystemet blir stivt — fartøybevegelsen overføres, effektiviteten faller

Variabel demping i praksis: ANTARES justerer nivået automatisk mellom løftefasene; RIGEL og CYGNUS stilles inn manuelt på dekk.

Andre subsea-bruksområder

Passive hivkompensatorer kan også gi andre fordeler for subsea-installasjoner:

  1. Evne til å opprettholde wirestrekk gjennom hele landingsfasen, noe som forhindrer plutselig krengning av fartøyet.
  2. Reduksjon av toppbelastninger ved eventuell re-løfting av nyttelasten.
  3. Sørger for tensjonering under subsea-opphenting for å forhindre overbelastning når lasten er festet til sjøbunnen.

Velge riktig PHC

Norwegian Dynamics tilbyr tre produktserier med passive hivkompensatorer:

  • ANTARES Adaptiv PHC — avansert adaptiv passiv hivkompensator med automatisk dempekontroll, flere driftsmoduser og dybdeklasser til 3000m. Best egnet for operasjoner som krever høy ytelse og fleksibilitet.
  • RIGEL Enkel PHC — enkel, pålitelig passiv hivkompensator til lav kostnad. Best egnet for enkle splash zone-kryssinger og grunnleggende kompenseringsoppgaver.
  • CYGNUS PHC — passiv hivkompensator for tunge løft og dypvannsløft, med kapasiteter fra 12.5 til 10,000 tonn. Best egnet for store subsea-konstruksjoner og dypvannslandinger.

→ Trenger du hjelp til å velge? Se vår valgveiledning for hivkompensator eller kontakt våre ingeniører.

RIGEL, ANTARES eller CYGNUS — i korte trekk

RIGELANTARESCYGNUS
TypePassivAdaptiv passivPassiv
DempingManuell, stilles inn på dekkAutomatisk dempekontrollManuell, stilles inn på dekk
SWL-område55 – 1 000 t30 – 4 000 t12.5 – 10 000 t
Slaglengde1.0 – 6.0 m2.5 – 8.0 m1.0 – 6.0 m
StrømIngen ekstern strømBatteri — ingen umbilicalBatteri — ingen umbilical
Utmerker segEnklest, letteste enhetHurtigløft-evneKapasitet for tunge/dype løft
SertifiseringDesignet og klassifisert · DNV-ST-0378 (DNV-typegodkjenning pågår)Designet og klassifisert · DNV-ST-0378Designet og klassifisert · DNV-ST-0378
Best egnet forEnkle splash zone-kryssinger og grunnleggende kompenseringKrevende flerfaseløft som trenger automatisk dempekontrollTunge løft og dypvannsløft subsea

Førstegangsveiledning — veiledningen for passiv vs. aktiv hivkompensering går gjennom valget spørsmål for spørsmål.

Videre lesning

Passiv hivkompensering — ofte stilte spørsmål

Hva er passiv hivkompensering?
En måte å redusere den vertikale bevegelsen som overføres fra krankroken til nyttelasten, uten ekstern strøm: en nitrogengassfjær bærer vekten mens hydraulisk demping avleder bølgeenergien.
Hva er hovedkomponentene?
En gassfjær (nitrogen under trykk), en hydraulisk sylinder med olje som strømmer gjennom kontrollerte dyser, og dempeventiler som begrenser strømmen for å avlede energi.
Hvor effektiv er den?
En godt dimensjonert PHC overfører bare en brøkdel av krokens bevegelse — i regneeksempelet over, omtrent en tredjedel ved Tp = 8 s. Designmålet er å holde systemets naturlige periode godt over operasjonens bølgeperioder; kalkulatoren på denne siden gir en første indikasjon.
Passiv eller aktiv — hvordan velger jeg?
Passiv vinner på enkelhet, pålitelighet og null ekstern strøm for splash zone-, landings-, tensjonerings- og opphentingsarbeid; aktiv er forbeholdt tilfeller der gjenværende bevegelse må drives mot null. Sammenligningen mellom aktiv og passiv dekker avveiningene.
Hvilken kompensator passer til hvilket løft?
RIGEL for enkel passiv kompensering; ANTARES når automatisk dempekontroll eller hurtigløft er viktig; CYGNUS for tunge løft og dypvannsløft opptil 10 000 t. Tabellen over sammenligner dem linje for linje.

Jobber du med et løft som trenger dette?

Vi dimensjonerer PHC-er mot driftsområdet — Hs, Tp, nyttelast, vanndybde. Send inn saken, så kommer vi tilbake med et anbefalt produkt.

Send din løftesak

Relaterte artikler

ND-løsningRIGELRIGEL →Passiv hivkompensator — utprøvd pålitelighet for standardoperasjoner.ND-løsningANTARESANTARES →Adaptivt passivt system for krevende forhold.
← Tilbake til kunnskapsbasen