Waar de grafiekcapaciteit blijft wanneer de zee beweegt, en hoe de piekbelasting dicht bij de ondergrens kan worden gehouden.
Kraanbelastingsdiagram
Wat een belastingdiagram voor offshorekranen weergeeft en hoe dynamische belasting de vermelde capaciteit vermindert. Behandelt relatieve snelheid, de dynamische factor en een uitgewerkt voorbeeld tot en met de toegestane nuttige last.
Door Peter Wang, COO · · Beoordeeld · 11 min leestijd
Een kraanbelastingsdiagram vermeldt de maximale veilige werklast (SWL) die een kraan bij verschillende stralen, gieklengten en hoeken kan hijsen. Offshore moet de beschikbare grafiekcapaciteit worden getoetst aan dynamische belasting, omdat de haak, nuttige last, het dek en het zeeoppervlak allemaal ten opzichte van elkaar kunnen bewegen.
De dynamische belastingsfactor (ψ), die vaak samen met DAF wordt besproken, is de vermenigvuldigingsfactor die de geldende regel toepast op de totale statische hangende belasting bij de grafiekreferentie voor de toetsing aan de grafiek. De twee zijn verwant maar niet onderling uitwisselbaar: een DAF is een gemeten of berekende responsverhouding voor een aangegeven belastingskanaal, terwijl ψ de eigen regelset van de grafiek volgt. Een factor van 1.5 betekent dat de kraan en het hijsgereedschap 50% meer belasting moeten kunnen weerstaan dan de aangegeven referentie voor de statische hangende belasting.
Waar de extra belasting vandaan komt
De grootste capaciteitsreducties komen doorgaans voort uit relatieve snelheid en plotselinge veranderingen in trekkracht:
- Loskomen van een bevoorradingsschip of ponton – de kraanhaak en het vrachtdek kunnen in tegengestelde richting bewegen. Als de haak stijgt terwijl het dek of de container daalt, kan de strop vrijwel onmiddellijk van slap naar volledig belast gaan. Die schokbelasting kan de statische nuttige last ruimschoots overschrijden.
- Passages door de spatzone – opwaartse kracht, weerstand, toegevoegde massa en de deeltjessnelheid van golven veranderen snel wanneer de nuttige last het vrije oppervlak passeert. Dit leidt tot een variërende haakbelasting en een hogere dynamische factor.
- Elasticiteit van kraan en staalkabel – de kraan, staalkabel, stroppen en nuttige last gedragen zich als een massa-veersysteem, waardoor snelle bewegingen of een slechte timing de piekspanning kunnen versterken.
- Loskomen, neerzetten en vasthaken – korte gebeurtenissen kunnen bepalend zijn voor de maximale haakbelasting, zelfs als de gemiddelde zeetoestand aanvaardbaar lijkt.
De dynamische belastingsfactor vat deze effecten samen in één getal dat op het kraanbelastingsdiagram wordt toegepast.
Een belastingdiagram voor offshorekranen lezen
Een offshoregrafiek is een raster: de hijsstraal langs de zijkant, de zeetoestand bovenaan en de bruto toegestane hangende belasting in de cellen. Het lezen ervan bestaat uit vier stappen:
| Hijsstraal | Nominale capaciteit — ψ 1.30 ondergrens | Hs ≤ 2.0 m — ψ ≈ 1.5 | Hs ≤ 2.5 m — ψ ≈ 1.7 | Hs ≤ 3.0 m — ψ ≈ 1.95 |
|---|---|---|---|---|
| 12 m | 10.0 t | 8.7 t | 7.6 t | 6.7 t |
| 16 m | 8.4 t | 7.3 t | 6.4 t | 5.6 t |
| 20 m | 6.9 t | 6.0 t | 5.3 t — het snijpunt dat in de onderstaande stappen wordt uitgewerkt | 4.6 t |
| 24 m | 5.6 t | 4.9 t | 4.3 t | 3.7 t |
- Zoek de rij voor uw straal. Gebruik de werkstraal op het ongunstigste punt van het hijstraject — de straal neemt toe als de giek naar buiten wordt getopt, en de capaciteit neemt daarbij af.
- Kies de kolom voor de zeetoestand. Neem de voorspelde significante golfhoogte Hs voor de operatie en rond naar boven af op de volgende grafiekband — tussen kolommen geldt de ongunstigste.
- Lees het snijpunt af. Die cel is de bruto toegestane hangende belasting voor de situatie, niet de netto lading. Trek haak, inschering, hijsgereedschap, evenaar, uitrusting onder de haak en overige hangende tarra af om de toegestane netto nuttige last te verkrijgen.
- Controleer de grondslag. De stap tussen kolommen is een vaste dynamische factor ψ die in deze illustratieve grafiek is verwerkt. Als ψ wordt berekend uit de totale effectieve hangende massa, los de factor en die samengevoegde massa dan samen op zoals hieronder weergegeven. Het artikel over DAF behandelt waar de factor vandaan komt en hoe compensatie deze verlaagt.
Hoe wordt de relatieve snelheid berekend?
Voor hijswerk vanaf een dek ramen classificatieregels de relatieve snelheid doorgaans als:
v_r =\frac{1}{2}v_L + \sqrt{v_c^2+v_d^2}Waarbij v_r de relatieve snelheid is, v_L de hijssnelheid van de kraan is, v_c de verticale snelheid van de kraantip door scheepsbeweging is, en v_d de verticale snelheid van het dek of de nuttige last door golfbeweging is.
We ramen v_c en v_d op basis van scheepsresponsgegevens, gemeten bewegingen, metoceaangegevens of tijdsdomeinsimulatie. Als weinig gegevens beschikbaar zijn, kunnen conservatieve regelgebaseerde waarden worden gebruikt.
Hoe worden de dynamische factor en de bruto toegestane hangende belasting berekend?
Voor een conventioneel kraan- en hijssysteem kan een dynamische factor worden geraamd op basis van relatieve snelheid, stijfheid en de totale effectieve samengevoegde hangende massa bij de grafiekreferentie:
\psi(m) =1 + \frac{v_r}{g} \sqrt{\frac{k}{m}}Hierbij is v_r de relatieve snelheid, g de zwaartekrachtsversnelling, k de effectieve stijfheid van kraan en staalkabel, en m de massa van de nuttige last. Veel offshoretoetsingen passen ook een minimumfactor toe die door de regel en hijscategorie wordt bepaald.
Neem de hieronder gebruikte uitgewerkte situatie: v_r=1.25\,\mathrm{m/s}, k=400\,\mathrm{kN/m}, een grafiekcel van 10 t en een minimumfactor van 1.30. Bij een aanvankelijke totale effectieve samengevoegde hangende massa van 10 t:
\psi(10)=1+\frac{1.25}{9.81}\sqrt{\frac{400\,000}{10\,000}}=1.8059Er zijn twee verschillende berekeningstakken:
- Externe, massa-onafhankelijke factor. Als ψ = 1.8 een vaste invoer uit een regeltabel of analyse is, geeft de verhoudingsregel 10(1.30/1.8)=7.2\,\mathrm{t}. De vergelijkingskaart en Figuur 1 hieronder illustreren deze tak met vaste factor.
- Massa-afhankelijke snelheidsformule. Als ψ uit de bovenstaande vergelijking volgt, neemt deze toe naarmate de totale effectieve hangende massa afneemt. Met m uitgedrukt in ton, \psi(m)=1+2.54842/\sqrt{m}, en de toegestane dynamische belasting is 10(1.30)=13\,\mathrm{t}. Daarom:
Afgerond voor technische communicatie is de gekoppelde bruto toegestane hangende belasting 6.50 t at ψ ≈ 2.00 — ongeveer 35% onder de grafiekcel van 10 t. Dit is geen netto lading: trek haak, inschering, hijsgereedschap, evenaar, uitrusting onder de haak en overige hangende tarra af. Controleer voordat u de eenvoudige verhoudingsregel toepast of de factor massa-onafhankelijk is.
Het verminderen van schokbelastingen met schokdemping, of van de relatieve beweging tussen haak en nuttige last met heave-compensatie, kan de hijs dichter bij de minimumfactor brengen en de capaciteitsreductie beperken.
Vergelijking met vaste factor (massa-onafhankelijk)
De kaart en curve hieronder tonen de afzonderlijke tak met de verhoudingsregel, waarbij ψ een vaste externe waarde is die niet verandert met de nuttige last. Ze vormen een vereenvoudigde vergelijking, geen gecertificeerd POLARIS-belastingsdiagram en niet het gekoppelde ψ(m)-resultaat hierboven.
Massa-onafhankelijke verhoudingsregel: bruto toegestane hangende belasting = grafiekcapaciteit × 1.30 / vaste ψ. Als een POLARIS-kraanschokdemper de piekbelasting dicht bij de minimumfactor houdt, kan dezelfde grafiekcel veel dichter bij de volledige capaciteit blijven.
Capaciteitsreductie van het belastingsdiagram beperken
De praktische vraag is niet alleen wat de dynamische factor is, maar ook wat deze veroorzaakt. Verschillende belastingssituaties vereisen verschillende uitrusting.
- Schokbelastingen en oppakken vanaf het dek: gebruik een POLARIS-kraanschokdemper. De demper voegt een beheerste slag en demping toe tussen kraan en nuttige last, zodat één snelheidsverschil (oppakken vanaf het dek, schok, overbelasting) wordt geabsorbeerd voordat het een piekhaakbelasting wordt. De demper heeft tussen gebeurtenissen tijd nodig om terug te stellen; wanneer cycli van slappe strop naar schok zich in de golfzone herhalen, is heave-compensatie het juiste hulpmiddel.
- Passages door de spatzone en onderwaterhijswerk: gebruik passieve heave-compensatie om de relatieve beweging tussen haak en nuttige last te verminderen. RIGEL en CYGNUS zijn bedoeld voor eenvoudigere passieve situaties; ANTARES wordt gebruikt voor ingewikkelde of meerstaps onderwaterhijswerkzaamheden met veranderende opwaartse kracht.
- Actieve heave-compensatie boven water: gebruik actieve heave-compensatie wanneer restbeweging tot een minimum moet worden beperkt. In de praktijk blijft dit voorbehouden aan de beperkte groep situaties waarin de prestaties de kosten en complexiteit rechtvaardigen; voor de meeste belastingsdiagramtoepassingen dicht een adaptief-passieve heave-compensator zoals ANTARES een groot deel van het verschil zonder externe voeding.
- Operationele maatregelen: gebruik een beheerste hijssnelheid, plan het loskomen geleidelijk, voorkom opnieuw contact, vermijd resonante zeetoestanden en gebruik geschikte weervensters. Uitrusting vermindert de piekbelasting, maar de hijsprocedure bepaalt nog steeds de uitgangsomstandigheden.
Gebruik voor een eerste productbeoordeling de selectiegids voor heave-compensators. Stuur voor een volledige beoordeling de kraanstraal, SWL, hijssnelheid, nuttige last, zeetoestand, golfperiode en hijsvolgorde.
Normen en classificatie
Belastingsdiagrammen voor offshorewerkzaamheden met kranen vallen onder DNV-ST-0378, DNV-RP-N202, API 2C en EN 13852. Producten van Norwegian Dynamics worden waar van toepassing ontworpen en geclassificeerd volgens DNV-ST-0378.
Kraanbelastingsdiagrammen — veelgestelde vragen
Wat is een kraanbelastingsdiagram?
Waarom wordt de capaciteit van belastingsdiagrammen voor offshorekranen gereduceerd?
Welke dynamische factor geldt voor offshorehijswerk?
Hoe wordt de toegestane hangende belasting uit het belastingsdiagram berekend?
Hoe kan de capaciteitsreductie van een belastingsdiagram worden beperkt?
Gerelateerde informatiebronnen
Leest u het belastingsdiagram voor een gecompenseerde hijs?
Als de capaciteitsreductie in het belastingsdiagram de hijs beperkt, stuur dan de gegevens van de kraan en belastingssituatie. We kunnen situaties met schokbelasting, overdrachtshijsen en passages door de spatzone onderscheiden en de praktische vervolgstap voorstellen.
Gerelateerde artikelen
Gratis download · 8 pagina’s
Offshorehijsbelastingssituaties — ND-referentiewaarden
Wat bij een hijs daadwerkelijk wordt gemeten, met en zonder passieve compensatie, op basis van de eigen tijdsdomeinsimulaties van Norwegian Dynamics. Er wordt geen norm gereproduceerd; de waarde ligt in de cijfers, die in geen enkele norm worden gepubliceerd.
