Opptak fra havbunnen: løsrivning, oppheising og løft ut av vannet
Å hente en installasjon opp fra havbunnen er ikke det samme som å installere den i omvendt rekkefølge. Havbunnen holder den fast, vekten er usikker, og et trekk drevet av fartøyets hiv kan belaste kranen langt over dens SWL før havbunnen slipper. Hva skjer ved løsrivning, og hvilken effekt hadde en hivkompensator i vårt tilfelle med opptak av en sugekassong?
- Opptak medfører belastninger og risikoer som ikke finnes ved installasjon: havbunnens fastholding, vekt som er endret av marin begroing, innestengt vann og sedimenter, og en konstruksjon som er svekket etter mange års bruk.
- En sugekassong gjør motstand når den trekkes opp, og motstanden øker jo raskere den trekkes, fordi vannet ikke rekker å strømme inn under den. Med wire uten kompensator bestemmer fartøyets hiv trekkhastigheten.
- En passiv hivkompensator i løftelinjen tar opp hivet med slaglengden sin, slik at vinsjen gir et langsomt og jevnt trekk og undertrykket i kassongen holder seg lavt.
- I vårt CONSTELLATION-tilfelle trakk en CYGNUS 700 t / 5 m en sugekassong på Ø6 m opp av fast leire på 120 m vanndyp, ved Hs 2.5 m. Maksimal linebelastning var 566 t, 87 % av SWL for kranen på 650 t. Med wire uten kompensator nådde linebelastningen omtrent 1,280 t, nesten det dobbelte av kranens SWL.
Ved installasjon senkes et objekt med kjent vekt ned på en klargjort havbunn. Ved opptak trekkes noe opp som har ligget der i årevis: fastholdt av grunnen, dekket av begroing, ofte fylt med vann og sedimenter og kanskje svakere enn da det ble satt ned.
Hvorfor opptak er vanskeligere enn installasjon
- Havbunnens fastholding. Undertrykk under en sugekassong eller en mudmat, samt adhesjon og friksjon langs skjørtet, kommer i tillegg til vekten helt til konstruksjonen løsner.
- Usikker vekt. Marin begroing, innestengt vann og sedimenter øker vekten, mens manglende eller korroderte deler reduserer den. Vekten i funnet tilstand må anslås som et intervall.
- En svekket konstruksjon. Løftepunkter og konstruksjonsdeler kan ha mistet styrke som følge av korrosjon eller utmatting. De tåler da kanskje mindre belastning enn ved installasjonen.
- Når den løsner. Når havbunnen slipper, forsvinner fastholdingen med én gang. Den lagrede tøyningen i wire og løfteredskap kaster konstruksjonen oppover, og wiren kan bli slakk før den får en rykklast.
Løsrivning
Sugekassonger viser problemet særlig tydelig. De fjernes vanligvis ved å pumpe vann inn igjen under lokket, slik at de presses opp. Når det ikke er mulig, må kranen trekke dem opp. Det er dette tilfellet som er modellert her. Når en kassong trekkes opp, må vann strømme inn under toppen gjennom ventilen. Trekkes den raskere enn vannet rekker å følge etter, synker trykket inne i kassongen, og havbunnen holder sterkere igjen, helt til grunnen inne i kassongen gir etter. Friksjon langs skjørtet gir et tillegg som varierer lite med hastigheten.
Med wire uten kompensator kommer trekket like mye fra fartøyets hiv som fra vinsjen: Hver bølge gir et raskt trekk, og både grunnens motstand og linebelastningen øker. Hvis kassongen løsner under et slikt trekk, kaster den lagrede tøyningen i wiren den oppover (figur 1).
En passiv kompensator i løftelinjen endrer dette. Enheten tar opp fartøyets hiv med slaglengden sin, slik at vinsjen bestemmer trekket på kassongen, langsomt og jevnt, og motstanden i grunnen blir lavere. I vårt tilfelle kom kassongen jevnt opp, med en hastighet under 0.1 m/s, uten brå løsrivning. Der havbunnen slipper på én gang, begrenser enhetens demping hvor raskt konstruksjonen løftes, i stedet for at den lagrede tøyningen i wiren kaster den oppover.
Oppheising og løft ut av vannet
Når konstruksjonen er løs, løftes den gjennom vannsøylen, og wiren bærer vekten i vann pluss vannmotstand, ofte med grunnmasse fortsatt inne i en kassong eller vann fanget i en konstruksjon. Ved overflaten passeres skvalpesonen i motsatt retning: Oppdriften avtar når konstruksjonen løftes ut av vannet, og vannet og grunnen den fører med seg, øker vekten i luft. DNV-RP-N103 krever at dette innestengte vannet tas med når kompensatorens slaglengde kontrolleres for opptak. Passering av skvalpesonen forklarer belastningene ved overflaten.
Vårt tilfelle med opptak av sugekassong
I en modell fra CONSTELLATION tar et konstruksjonsfartøy med en kran på 650 t en sugekassong på Ø6 × 10 m (107 t i luft, 93 t i vann) opp ved hjelp av krantrekk alene. Opptaket skjer gjennom en toppventil på Ø0.5 m, fra fast leire på 120 m vanndyp, med en treparts 90 mm wire, ved Hs 2.5 m og Tp 8.0 s. Samme løftearrangement og sjøtilstand ble simulert med en CYGNUS dimensjonert for oppgaven, 700 t / 5 m, i løftelinjen og med wire uten kompensator.
| Resultat | Ren wire | Med CYGNUS |
|---|---|---|
| Maksimal linebelastning | omtrent 1,280 t | 566 t |
| Sammenlignet med kranens SWL på 650 t | nesten det dobbelte | 87 % |
| Sammenlignet med wirens SWL på 663 t | nesten det dobbelte | 85 % |
| Sammenlignet med wirens bruddlast på 1,658 t | 77 % | 34 % |
| Kassongen trukket opp av leiren | nei: den steg omtrent 1 m | ja: trukket jevnt opp med en hastighet under 0.1 m/s, skjørtet fri av havbunnen omtrent 4.5 minutter etter start |
Fra løsrivningen var enheten fri av endestoppene, for det meste i nedre halvdel av slaglengden, mens vinsjen trakk kassongen jevnt opp av leiren. Simuleringen avsluttes når skjørtet er fri av havbunnen, så oppheisingen og løftet ut av vannet inngikk ikke. Med wire uten kompensator oversteg linebelastningen kranens SWL mens grunnen fortsatt holdt kassongen fast. Den steg omtrent 1 m. Dette er én realisasjon av sjøtilstanden, og CYGNUS var dimensjonert for dette tilfellet. Et virkelig opptak modelleres med den aktuelle konstruksjonen, grunnforholdene og fartøyet.
Valg av enhet
RIGEL beholder innstillingen den fikk på dekk. CYGNUS kan slippe ut gass, og ANTARES kan både slippe ut og fylle på gass. Begge kan derfor justere posisjonen når belastningen faller etter løsrivning. I vårt tilfelle beholdt CYGNUS innstillingen for løsrivning gjennom hele simuleringen: Med en innstilling for flere hundre tonn ville den bli stående lukket mot endestoppet når kassongen henger fritt med 93 t vekt i vann. Oppheisingen og løftet ut av vannet må derfor kontrolleres separat. Alle tre har oppgitt dybdegrense på 3,000 m. Ved særlig usikker løsrivning gir aktiv styring mer fleksibilitet. Vår aktive VEGA-enhet er under utvikling.
Kilder og forutsetninger
- Opptakstilfellet er modellert i CONSTELLATION med hastighetsavhengig uttrekking av sugekassongen: friksjon langs det ytre skjørtet samt et indre undertrykk bestemt av strømningen gjennom en toppventil på Ø0.5 m. Undertrykket begrenses av den laveste av grunnens omvendte bæreevne og kavitasjon, i leire med udrenert skjærfasthet på omtrent 42 kPa. Fartøyets bevegelse påføres ved krantuppen med seks frihetsgrader. Simuleringen omfatter uttrekkingen og avsluttes når kassongens skjørt er fri av havbunnen.
- Én realisasjon av sjøtilstanden (Hs 2.5 m, Tp 8.0 s). CYGNUS 700 t / 5 m var dimensjonert for tilfellet og beholdt samme gassfylling gjennom hele simuleringen.
- Kravet om innestengt vann kommer fra DNV-RP-N103, tidligere DNV-RP-H103 (april 2010, 4.7.7.4).
Ofte stilte spørsmål
Hvorfor er opptak fra havbunnen vanskeligere enn installasjon?
Havbunnen holder konstruksjonen fast, vekten har endret seg siden installasjonen, konstruksjonen kan være svakere, og når den løsner, kan den kastes oppover og gi rykklast i wiren. Ved installasjon finnes ingen av disse forholdene.
Hva er løsrivning ved undertrykk?
En sugekassong eller en mudmat gjør motstand når den trekkes opp fra havbunnen. Under en kassong må vann strømme inn gjennom toppventilen mens den stiger. Hvis den trekkes opp raskere enn vannet rekker å strømme inn, faller trykket under den, og havbunnen holder sterkere igjen. Under en mudmat på leire varer undertrykket for lenge til at man kan vente det ut, så løftet må bryte den løs. Friksjon langs skjørtene øker motstanden.
Hvordan hjelper en hivkompensator ved løsrivning?
Den tar opp fartøyets hiv med slaglengden sin, slik at vinsjen gir et langsomt og jevnt trekk og motstanden i grunnen holder seg lavere. I vårt tilfelle kom kassongen jevnt opp, med en hastighet under 0.1 m/s, uten brå løsrivning. Der havbunnen slipper på én gang, begrenser enhetens demping hvor raskt konstruksjonen løftes, i stedet for at den lagrede tøyningen i wiren kaster den oppover.
Må kompensatoren endre innstilling under opptaket?
Det avhenger av hvor mye belastningen faller når konstruksjonen er fri. RIGEL beholder innstillingen den fikk på dekk. CYGNUS kan slippe ut gass, og ANTARES kan både slippe ut og fylle på gass. I vårt kassongtilfelle ble innstillingen valgt for løsrivningen. Enheten ville derfor bli stående lukket mot endestoppet når kassongen henger fritt, og oppheisingen og løftet ut av vannet må kontrolleres separat.
Hva viste opptaksmodellen?
I vårt CONSTELLATION-tilfelle trakk en CYGNUS dimensjonert for oppgaven, 700 t / 5 m, en sugekassong på Ø6 m opp av fast leire på 120 m vanndyp, ved Hs 2.5 m. Maksimal linebelastning var 566 t, 87 % av SWL for kranen på 650 t. Med wire uten kompensator nådde linebelastningen omtrent 1,280 t, nesten det dobbelte av kranens SWL. Dette er én realisasjon av sjøtilstanden, og simuleringen omfatter uttrekkingen, ikke oppheisingen.
Skal dere hente en konstruksjon opp fra havbunnen?
Send oss:
- opplysninger om konstruksjonen, vektintervallet i funnet tilstand og løftepunktene
- grunnundersøkelser eller forventet motstand ved løsrivning
- opplysninger om fartøy, kran, løftearrangement og sjøtilstander
Vi modellerer løsrivningen i CONSTELLATION, med og uten kompensator, og kontrollerer oppheisingen og løftet ut av vannet for deres enhet og løftearrangement.
Send oss løftetilfellet →
