Sjøen eksiterer skroget. Løftepunktet påvirkes av hiv, stamp og rull, kombinert med fase.
Fartøybevegelses-RAO-er: Fra bølgespekter til bevegelse i krantuppen
For et fartøybasert løft er bølgehøyden bare miljøinngangen. Den nyttige tekniske størrelsen er bevegelsen i det faktiske løftepunktet, og da må fartøyresponsen, fasen, krangeometrien og sjøtilstandsspekteret behandles samlet.
En høy sjø kan gi moderat bevegelse i krantuppen når mesteparten av energien ligger utenfor fartøyets responsive perioder. En lavere sjø kan være verre når energien overlapper en topp for hiv, stamp eller rull. Lastetilstand, retning og kranposisjon kan igjen endre svaret.
Forbindelsen mellom sjøen og fartøyet er responsamplitudeoperatoren, eller RAO-en. Forbindelsen mellom fartøyet og løftet er RAO-en for krantuppen. Dette skillet er viktig: Hivkompensatoren påvirkes ikke direkte av bølgehøyden. Den primære kinematiske eksitasjonen er bevegelsen i krantuppen.
Hva en RAO for fartøybevegelse faktisk inneholder
En RAO beskriver en førsteordens lineær respons på en regulær enhetsbølge, som funksjon av bølgeperiode eller -frekvens og bølgeretning. En RAO for hiv på 0.80 m/m ved T = 10 s betyr at en regulær bølge med 1 m enkeltamplitude gir en enkeltamplitude for hiv på 0.80 m ved denne frekvensen, for den angitte retningen og fartøytilstanden.
En fullstendig respons inneholder både amplitude, som angir hvor stor responsen er, og fase — som angir når den opptrer i forhold til bølgen. Filen inneholder normalt begge deler for alle seks stivlegemebevegelsene: jag, svai, hiv, rull, stamp og gir. Den må også angi RAO-origo, akser, positive rotasjoner, lastetilstand, retningskonvensjon, fartøyhastighet og frekvenskonvensjon.
| Respons | Vanlig enhet | Kontroller før bruk |
|---|---|---|
| Jag, svai, hiv | m/m | Enkeltamplitude for bølge kontra bølgehøyde; responsorigo |
| Rull, stamp, gir | rad/m eller deg/m | Vinkelnormalisering; konverter grader til radianer før bruk av momentarmer |
| Fase | deg eller rad | Faseleder kontra faseetterslep; faseorigo ved bølgetopp, bølgebunn eller nullkryssing |
| Frekvensakse | rad/s, Hz eller s | Bølgefrekvens kontra møtefrekvens; stigende kontra synkende periode |
| Retning | 0–180° or 0–360° | Bølger-fra kontra bølger-mot; hva 0° betyr |
RAO-er kan komme fra en strålings- og diffraksjonsanalyse kombinert med modellen for fartøyets masse, treghet, gjenoppretting og demping; fra modellforsøk; eller fra en godkjent håndbok for fartøybevegelser. De gjelder for den modellerte tilstanden. Et datasett for transittdypgang beskriver ikke automatisk det samme fartøyet ved arbeidsdypgang med annen ballast, trim, dekkslast eller krankonfigurasjon.
Vurder overlappet, ikke den høyeste kurven
Tre områder forekommer ofte i en hivrespons. Ved svært lange bølgelengder i forhold til fartøyet nærmer RAO-en for hiv ved null hastighet, uttrykt i m/m, seg vanligvis sin kvasistatiske grense nær 1. Ved svært korte perioder går stivlegemets forskyvningsrespons vanligvis mot null. Mellom disse gir treghet, hydrostatisk gjenoppretting og demping topper eller skuldre i én eller flere bevegelser.
Rull- og stampkurver krever større varsomhet fordi de vanligvis har enhet vinkel per meter bølge. En rotasjons-RAO på 1 deg/m betyr ikke at fartøyet beveger seg «mer enn bølgen». Det relevante spørsmålet er hva denne vinkelen gjør i løftepunktet.
Motsjø
Ofte følsom for stamp og hiv. Den faktiske konvensjonen kan definere motsjø som 0° eller 180°.
Tverrsjø
Ofte følsom for rull, med respons som påvirkes sterkt av lastetilstand og demping.
Låringsjø
Flere bevegelser kan bidra samtidig, og fasen avgjør om de forsterker eller opphever hverandre.
Dette er tendenser, ikke operasjonsregler. Retningen kan være et effektivt virkemiddel for opererbarhet, men begrenses av posisjonshold, vind og strøm, thrustergrenser, kranens offlead og sidelead, løftebane, nærliggende installasjoner og godkjent prosedyre.
Fra fartøy-RAO-er til bevegelse i krantuppen
Det hydrodynamiske referansepunktet er sjelden løftepunktet. En kran montert forut, akterut eller utenfor senterlinjen omsetter vinkelbevegelse til vertikal forflytning.
For små stivlegemebevegelser er den komplekse vertikale RAO-en for krantuppen:
Her er H_3, H_4 og H_5 RAO-ene for hiv, rull og stamp; x_P og y_P er fortegnsgitte avstander fra RAO-origo; omega er frekvens og beta er retning. Rotasjons-RAO-er må være i radianer per meter før de multipliseres med en momentarm.
Alle ledd er komplekse. Amplitude og fase kombineres først; deretter beregnes den endelige amplituden. Summering av de tre plottede amplitudene fjerner tidsforløpet.
Fra et bølgespekter til bevegelsesstatistikk
En virkelig sjø inneholder mange frekvenskomponenter. For en langkammet sjø fra én retning er førsteordens responsspekter for krantuppen:
For en retningsavhengig sjø integreres responsen over retning:
Dette er viktig når vindsjø og dønning kommer fra forskjellige retninger, eller når retningsspredningen omfatter retninger som er følsomme for både stamp og rull. Artikkelen om bølgespektre, Hs og Tp dekker miljøsiden av beregningen.
Responsstatistikken beregnes deretter fra spektralmomenter:
* Smalbåndet Gauss-tilnærming. Et dimensjonerende maksimum krever også angitt eksponeringstid, responsbåndbredde, statistisk modell og sannsynlighetskriterium.
Hvis fartøyet har vesentlig fremdriftshastighet, må analysen skille mellom bølgefrekvens og møtefrekvens. Posisjonsholdte konstruksjonsfartøy vurderes ofte nær null hastighet; transitt, slep og enkelte installasjonsoperasjoner er det ikke.
Der RAO-ene slutter og løftemodellen begynner
Et bevegelsesspekter for krantuppen er ennå ikke en kroklast, kompensatorslaglengde, DAF eller tillatt sjøtilstand. Det blir eksitasjonen for kran, vinsj, wire, løfteredskap, hivkompensator og nyttelast.
| Løftefase | RAO-bidrag | Tilleggsmodell |
|---|---|---|
| Fri av dekk og vann | Eksitasjon i løftepunktet | Stivhet i wire og løfteredskap, nyttelastmasse, demping og heisebevegelse |
| Avløft eller overføring | Bevegelse i hver understøttelse eller hvert løftepunkt | Relativ fase, kontakt, forspenning, heisehastighet og tap av understøttelse |
| Passering av skvalpesonen | Bevegelse i krantuppen og bølgehøyde | Variasjon i oppdrift, drag, tilleggsmasse, slamming og mulig respons med slakk line og rykklast |
| Nedsenking i mellomvann | Eksitasjon fra krantuppen | Dynamikk i lang wire, hydrodynamikk for nyttelast, hivkompensatorens virkemåte og strøm |
| Landing på havbunnen | Restbevegelse i løftepunktet | Respons i nyttelasten, kontakt-/jordmodell, landingskriterier, minstestrekk og gjenløftstilfelle |
Der bølger også virker direkte på nyttelasten, må bølgehøyde, partikkelkinematikk og fartøyrespons genereres fra de samme retningskomponentene eller den samme tidsdomenerealiseringen, slik at den relative fasen bevares.
Dette er grensen mellom fartøyrespons og dynamisk forsterkningsfaktor (DAF): RAO-er beskriver påtvunget bevegelse; DAF angir en navngitt topplastrespons i forhold til en angitt referanse etter at lastbanen har respondert. For hydrodynamikk og dynamisk analyse av marine løft, se veiledningen DNV-RP-N103 for marine operasjoner.
Inndatapakken som kreves for vurdering av fartøybevegelser
En brukbar pakke for fartøybevegelser inneholder mer enn et PDF-plott. Kontroller før beregning at dataene besvarer hvert av spørsmålene nedenfor.
Fartøytilstand
Deplasement, dypgang, trim, tyngdepunkt og treghet; fartøyhastighet; vanndyp; stabilisatorer, appendikser og grunnlag for rulldemping.
RAO-konvensjon
Origo, akser, positive rotasjoner, amplitude- og fasekonvensjon, vinkelenheter, grunnlag for bølgeamplitude og kilderevisjon.
Retning og frekvens
Bølger-fra eller bølger-mot, definisjon av 0°, retningsnett, periode-/Hz-/rad/s-akse og bølge- eller møtefrekvens.
Krangeometri
Faktiske koordinater for løftepunktet ved brukt bomvinkel, radius og sving, målt fra RAO-origo og ikke bare fra kranfundamentet.
Metocean-grunnlag
Hs, Tp, spektralform, retningsspredning, komponenter for vindsjø og dønning, mulige retninger og eksponeringstid.
Løftemodell og grenser
Data for nyttelast, løfteredskap, wire, kran og hivkompensator; løftesekvens; maksimums- og minimumsstrekk, slaglengde, hastighet og prosjektkriterier.
enheter, origo, fase, lasttilfelle og retning
komplekse bevegelser til den faktiske krantuppen
hvert spekter, hver retning og hver fartøykurs
koblet respons i lastbanen
hele Hs–Tp området
En opererbarhetsvurdering for offshoreløft følger denne kjeden i Hs–Tp planet. Den viser det opererbare området etter retning og identifiserer grensen som avgrenser det, i stedet for å returnere ett bevegelsestall uten forbehold.
Generiske eller klasseforeskrevne bevegelser kan bare brukes til konseptvurdering når den styrende metoden tillater det og gyldighetsområdet er oppfylt. De er ikke nødvendigvis konservative for alle perioder, retninger, lastetilstander eller kranplasseringer. Endelige værgrenser og dimensjonering av utstyr bør bruke det prosjektaksepterte fartøygrunnlaget, eller dokumentere hvorfor et alternativ er tilstrekkelig.
Fartøybevegelser og RAO-er, vanlige spørsmål
Er en RAO dimensjonsløs?
Kan jeg multiplisere en RAO for hiv med Hs?
Hvorfor påvirker rull og stamp den vertikale bevegelsen i krantuppen?
Er en RAO for hiv alene tilstrekkelig?
Kan en MRU erstatte fartøy-RAO-er?
Inkluderer fartøy-RAO-er kranen og nyttelasten?
Grunnlag og forutsetninger
Denne artikkelen er en metodeoversikt; prosjektdokumentene og deres angitte utgaver er styrende. Nyttige primærkilder og tekniske referanser omfatter:
- ITTC Recommended Procedure 7.5-02-07-02.1 — Sjøegenskapsforsøk: RAO-testing, usikkerhet, bølgebratthet og grenser for lineær superposisjon.
- Orcinas sjekkliste for RAO-data og RAO-er og faser: fallgruver knyttet til origo, akser, vinkelnormalisering, retning og fase.
- DNV-RP-C205 — Miljøforhold og miljølaster: bølger, spektre og miljøgrunnlag.
- DNV-RP-N103 — Modellering og analyse av marine operasjoner: dimensjonerende lastanalyse for marine operasjoner.
Gjør fartøybevegelse om til en løftegrense.
Send RAO-ene for arbeidstilstanden, koordinatene for krantuppen, bølgegrunnlaget på stedet, mulige retninger og løftesekvensen. Vi identifiserer mangler i bevegelsesgrunnlaget og avgrenser deretter responsanalysen for krantuppen eller den fullstendige koblede opererbarhetsvurderingen.
