Subsea-modul på en tung kranwire som krysser skvalpesonen i skumringen, med vann strømmende av rammen

KUNNSKAPSHUB / PASSIV HIVKOMPENSERING

Grunnleggende om passiv hivkompensering

Forstå maskinvaren, les deretter responsmodellen.

Av Tord Martinsen, CEO · oktober 2025 · Gjennomgått august 2026 · 15 min lesetid

Praktisk anvendelse: denne fysikken er det vår passive serie er bygget på: møt RIGEL Basic PHC og ANTARES Adaptive PHC.

Passiv hivkompensering (PHC) er en teknikk som brukes i offshoreoperasjoner for å redusere den vertikale bevegelsen som overføres fra en krankrok til en hengende nyttelast. Den fungerer uten ekstern kraft ved å bruke et gassfjær- og hydraulisk dempersystem som absorberer bølgeindusert bevegelse.

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

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

Hvordan fungerer en passiv hivkompensator?

En PHC består av tre hovedkomponenter:

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

Inni enheten: sylinder og gassakkumulator

Et søk etter en «hivkompenseringssylinder» finner bare halve maskinen. Arbeidssylinderen henger i strekk i løftewiren — men fjæren er ikke inne i sylinderen i det hele tatt. Den befinner seg i en separat gassakkumulator koblet til den:

Enheten henger i wiren, med stangen ned mot lasten. Over arbeidsstempelet er sylinderen evakuert. Under stempelet er stangsidekammeret oljefylt og koblet gjennom en dempingsrestriksjon til akkumulatoren, hvor nitrogen ligger over oljen. Når krok og last beveger seg fra hverandre, strekker enheten seg ut: stangsideoljen fortrenges gjennom restriksjonen og inn i akkumulatoren, nitrogenet komprimeres, og wirestrekket øker — den trykk–volum-kurven er gassfjæren. Restriksjonen er dempingen: bølgeenergien forlater systemet som varme i oljen som presses gjennom den.

Familieforskjellene ligger på gassiden av akkumulatoren: ANTARES legger til en ladeventil og gassflasker slik at fjæren kan stilles om mellom løftefaser; CYGNUS har en avluftingsventil for nullpunktsinnstilling. Geometrien ovenfor er felles for hele den passive familien.

Sentrale bruksområder

Skvalpesonepasseringer — reduserer dynamiske laster når nyttelasten passerer gjennom bølgesonen
Subsea-landinger — kontrollerer landingshastigheten for presis plassering
Unngåelse av resonans — forhindrer forsterkning av bevegelse ved bestemte bølgeperioder
Strekkstyring — reduserer strekkvariasjon i en stram kabel eller riser innenfor konfigurert slaglengde og driftsområde
Støtdemping — beskytter nyttelasten og kranen mot støtlaster

PHC-ytelsesfaktorer

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

Kort versjon

Leser du dette for å velge en enhet?

Det som følger er utledningen — verdt tiden hvis du dimensjonerer en kompensator selv. Hvis du skal velge maskinvare, er dette det som faktisk skiller de tre passive seriene.

Enklest

Rutinemessige skvalpesonepasseringer

Det enkle tilfellet: én kompenseringsoppgave, demping satt på dekk og latt urørt gjennom løftet.

SWL: 55 – 1 000 t
Slaglengde: 1.0 – 6.0 m
Demping: Manuell, satt på dekk

Bredeste kapasitetsbånd

Tunge og dypvannslandinger

Store subsea-strukturer og dype landinger — det bredeste SWL-området i familien, fra små enheter til de tyngste løftene.

SWL: 12.5 – 10 000 t
Slaglengde: 1.0 – 6.0 m
Demping: Manuell, satt på dekk

Mest tilpasningsdyktig

Løft som endrer seg underveis

Flertrinns subsea-løft der lasten endres gjennom operasjonen — automatisk dempekontroll og hurtigløft-evne, på batteri, uten navlestreng.

SWL: 30 – 4 000 t
Slaglengde: 2.5 – 8.0 m
Demping: Automatisk

Side om side, inkludert kraftbehov og sertifisering: RIGEL, ANTARES eller CYGNUS — kort oppsummert. For å matche en enhet til en spesifikk nyttelast, slaglengde og sjøtilstand, bruk produktvelgeren.

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 nedenfor illustrerer scenarioet vårt:

Figur 1 — Den forenklede modellen bak utledningen. Krankroken påfører ζ cos(ωt); PHC-en bidrar med stivhet k (demping neglisjert, i henhold til forutsetningslisten nedenfor); den nedsenkede nyttelasten med masse m, tetthet ρ og tverrsnitt A⊥ bærer vekt mg, oppdrift F_B og tilleggsmasse m_A i vann med tetthet ρ_w. Positiv z er nedover.

Krankrokens bevegelse følger sinusfunksjonen gitt av $\zeta \cos(\omega t)$ , 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 forutsetter at nyttelasten er subsea, er det viktig å ta hensyn til oppdrift, drag og tilleggsmasse som påvirker nyttelasten. Disse tre effektene endrer responsen på ulike måter (oppdrift forskyver likevektslasten, tilleggsmasse endrer den effektive treghetsmassen, drag avleder energi), og hver av dem kan virke gunstig eller ugunstig avhengig av tilfellet og frekvensen.

Tilleggsmasse

m_A = \rho_w C_A V_R

Hvor $C_A$ 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|

Hvor $C_D$ er dragkoeffisienten, og $\dot z$ er nyttelastens vertikale hastighet.

Oppdrift

F_B = \rho_w V g

Hvor $V$ er nyttelastens fortrengte volum, og $g$ er tyngdeakselerasjonen.

PHC-gassfjær

Vi kan definere en screeningstivhet for PHC-gassfjæren — en sekantverdi: kraftdifferansen fra likevektsslag til fullt slag, delt på slagendringen:

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

Hvor $p_0$ er likevektstrykket, og $A_0$ er stempelarealet til PHC-en. En sekantverdi er en screeningforenkling — stivheten ved små bevegelser rundt likevekt er annerledes, så alt som bygges på den nedenfor er et ekvivalent-lineært estimat snarere enn en eksakt egenskap.

La oss anta følgende:

Den fulle slaglengden er $S$ , og vi er ved halvveis slaglengde ved likevekt.
Vi bruker den ideelle gassloven med adiabatisk kompresjon for å beregne trykkendringen.
Likevektskraften skal være lik tyngdekraften minus oppdriften.

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

Hvor $R$ er gass-til-olje-forholdet, som bestemmes av den casespesifikke akkumulator- og sylinderkonfigurasjonen. En større verdi av $R$ gir 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 strømningsrestriksjon for PHC

Væskestrøm gjennom en restriksjon er typisk gitt som:

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

Hvor:

$Q$ er væskens volumstrøm,
$A_f$ er det minste strømningsarealet,
$\alpha$ er trykktapskoeffisienten, og
$\Delta p$ er trykktapet.

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

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 strekkes ut eller trekkes inn.
Videre kan den ha en annen størrelsesorden dersom tilbakeslagsventiler er til stede.

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

—

Tetningsfriksjon for PHC

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

Væsketrykk
Forspenning av elastisk element
Tetningsmateriale
Hastighet til stempel eller stempelstang
Overflateruhet
Væsketype
Tetningens bredde
Tetningskonfigurasjon

En fullstendig tetningsfriksjonsmodell er utenfor rammen av denne introduksjonen; det praktiske poenget er at friksjonen varierer med hver av faktorene ovenfor.

Differensialligning

La oss nå bruke det ovenstående med følgende forutsetninger:

Tetningsfriksjon ses bort fra (i realiteten kan den være betydelig).
Hydraulisk restriksjon ses bort fra her for å holde modellen illustrativ — i den virkelige enheten er denne restriksjonen den tiltenkte dempingen, og det er nettopp den som demper resonanstoppen og kontrollerer landingsresponsen.
Drag ses bort fra (for en høytytende PHC er denne antakelsen grei).
Se bort fra stivhet og demping i rigg/wire.
Se bort fra hydrodynamikk for PHC.
Se bort fra PHC-ens egenvekt.

En mer nøyaktig numerisk løsning med alt inkludert (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 i forhold 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 så endre $\omega$ til $\frac{2 \pi}{T_P}$ , hvor $T_P$ 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{Added mass}}\underbrace{\frac{\rho}{\rho-\rho_w}}_{\text{Buoyancy}}\underbrace{\frac{2\pi^2}{g\,T_p^2}}_{\text{Wave period}}\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 den passive hivkompenseringen. Hvis forholdet er 0, beveger ikke nyttelasten seg i det hele tatt; under 1 isolerer kompensatoren nyttelasten; over 1 forsterkes bevegelsen. Resonans er den spesifikke tilstanden der den udempede modellens nevner går mot null, forsterkning nær den perioden er varselsignalet. Kalkulatoren nedenfor evaluerer det udempede, enkeltfrekvente screeninguttrykket med sekantstivheten ovenfor. Den er forhåndsutfylt med verdiene fra det gjennomregnede eksempelet — erstatt dem med ditt tilfelle. Den kan ikke dimensjonere en enhet: demping, drag, uregelmessig sjø, slaglengde- og trykkgrenser, landingshastighet og strukturelle laster ligger utenfor denne modellen, og kommer fra en løftescreening i CONSTELLATION.

Figur 2 — Bevegelsesforholdets størrelse fra uttrykket ovenfor, med inndata fra det gjennomregnede eksempelet (m = 100 t, m_A = 20 t, ρ = 7 850 kg/m³, ρ_w = 1 030 kg/m³, S = 6 m og γ = 1.4) for gass-til-olje-forhold R = 4, 8 og 12. Under 1.0 isolerer PHC-en nyttelasten; ved T_n resonerer den udempede modellen. Reell demping demper toppen, og prosjektresultater er tilfellespesifikke.

Kalkulator for passiv hivkompenseringseffektivitet

Faste screeningkonstanter: sjøvannstetthet ρ_w = 1 030 kg/m³, adiabatisk eksponent γ = 1.4 og g = 9.81 m/s².

Nyttelastens masse m (tonn):

Tilleggsmasse mₐ (tonn):

Nyttelastens tetthet ρ (kg/m³):

Bølgeperiode Tₚ (s):

Slaglengde S (m):

Gass-til-olje-forhold R:

Angi verdier og velg Beregn.

Vi kan også definere egenperioden til PHC 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)}}

Gjennomregnet eksempel: lese bevegelsesforholdet

Ta samme type tilfelle som i kalkulatoren: en 100 t nyttelast i stål (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 T_p = 8 s (γ = 1.4):

Fjærmykhet. Gassfjærleddet ((R − 0.5)/(R − 1))^γ − 1 ≈ 0.064 — høy R og lang slaglengde gir en myk fjær.
Egenperiode. T_n ≈ 16 s, komfortabelt over bølgene på 8 s — systemet opererer i sitt isolasjonsområde.
Bevegelsesforhold. Uttrykket ovenfor gir ≈ 0.33: nyttelasten opplever omtrent en tredjedel av krokens bevegelse — rundt 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 gjennomfører.

Demping: hvilken type, og hvor mye

Gassfjæren lagrer energien — demperen bestemmer hvor den blir av. Uten demping er kompensatoren et fjær-masse-system som ville svinge ved sin egenperiode 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, og som demper resonans, demper transienter og gir kontroll over nedstigningshastigheten ved landing.

Dempingstyper i passive hivkompensatorer — karakteristisk kraftlov og hvor hver av dem forekommer.
Dempingstype	Karakteristikk	Hvor den forekommer
Lineær	Kraft ∝ hastighet	Enkel å modellere — sjelden i reell maskinvare
Kvadratisk	Kraft ∝ hastighet²	Den naturlige oppførselen til dysestrøm — sterk ved høy hastighet, mild ved lav
Variabel	Justerbare dyser / proporsjonalventiler	Demping endres per driftsfase — den adaptive løsningen

FOR LITEResonerer farlig — transienter svinger videre og videre

I BÅNDET≈ 5 – 15 % av kritisk i NDs screeningmodeller for normal nedfiring — satt sak for sak; midlertidig hevet for skvalpesone og landing

FOR MYESystemet blir stivt — fartøyets bevegelse overføres, effektiviteten synker

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

Andre subsea-bruksområder

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

Evne til å opprettholde wirestrekk gjennom hele landingsfasen, noe som forhindrer plutselig krengning av fartøyet.
Reduksjon av toppbelastninger ved eventuell gjenløfting av nyttelasten.
Gir strekk under subsea-gjenvinning for å forhindre overbelastning når lasten er festet til sjøbunnen.

Velge riktig PHC

Norwegian Dynamics tilbyr tre produktserier med passive hivkompensatorer:

ANTARES Adaptive PHC — avansert adaptiv passiv hivkompensator med automatisk dempekontroll, flere driftsmoduser og dybderating til 3000m. Best egnet for operasjoner som krever høy ytelse og fleksibilitet.
RIGEL Basic PHC — enkel, pålitelig, rimelig passiv hivkompensator. Best egnet for enkle skvalpesonepasseringer 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-strukturer og dypvannslandinger.

→ Trenger du hjelp til å velge? Se vår Veiledning for valg av hivkompensator eller kontakt ingeniørene våre.

RIGEL, ANTARES eller CYGNUS — kort oppsummert

RIGEL, ANTARES og CYGNUS passive hivkompensatorer sammenlignet — type, demping, SWL-område, slaglengde, kraftbehov, styrker, sertifisering og typisk bruk.
Egenskap	Egenskap	Egenskap	Egenskap
Type	Passiv	Adaptiv passiv	Passiv
Demping	Manuell, satt på dekk	Automatisk dempekontroll	Manuell, satt på dekk
SWL-område	55 – 1 000 t	30 – 4 000 t	12.5 – 10 000 t
Slaglengde	1.0 – 6.0 m	2.5 – 8.0 m	1.0 – 6.0 m
Kraftbehov	Ingen ekstern kraft	Batteri — uten navlestreng	Batteri — uten navlestreng
Utmerker seg	Enkleste, letteste enhet	Hurtigløft-evne	Tunge/dypvanns kapasitetsbånd
Sertifisering	Konstruert og klassifisert · DNV-ST-0378 (Type Approval pågår)	Konstruert og klassifisert · DNV-ST-0378	Konstruert og klassifisert · DNV-ST-0378
Best egnet for	Enkle skvalpesonepasseringer og grunnleggende kompensering	Krevende flerfaseløft som trenger automatisk demping	Tunge og dypvanns subsea-løft

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

Passiv hivkompensering — ofte stilte spørsmål

Hva er passiv hivkompensering?

En måte å redusere den vertikale bevegelsen som overføres fra krankroken til nyttelasten, uten ekstern kraft: en nitrogengassfjær bærer vekten mens hydraulisk demping avleder bølgeenergien.

Hva er hovedkomponentene i en passiv hivkompensator?

En gassfjær (nitrogen under trykk), en hydraulisk sylinder med olje som strømmer gjennom kontrollerte strupeåpninger, og dempeventiler som begrenser strømmen for å avlede energi.

Hvor effektiv er passiv hivkompensering?

En riktig dimensjonert PHC overfører bare en brøkdel av krokens bevegelse — i det gjennomregnede eksempelet ovenfor, omtrent en tredjedel ved T_p = 8 s. Designmålet er å holde systemets egenperiode godt over operasjonens bølgeperioder; kalkulatoren på denne siden gir en første indikasjon.

Når er en passiv kompensator riktig valg fremfor aktiv?

Passiv vinner på enkelhet, pålitelighet og null ekstern kraft for skvalpesone-, landings-, strekk- og gjenvinningsarbeid; aktiv er forbeholdt tilfeller der restbevegelsen må drives mot null. Sammenligningen av aktiv versus passiv dekker avveiningene.

Hvilken Norwegian Dynamics-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 ovenfor sammenligner dem punkt for punkt.

Skal du velge en passiv kompensator til ditt neste løft?

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

Send løftetilfellet ditt