Resonantievermijding
Stem het systeem af. Verifieer de respons.
Verplaats de systeemrespons weg van de excitatie.
Het wijzigen van de stijfheid verschuift de eigenfrequentie. Het volledige gekoppelde systeem moet nog steeds worden gecontroleerd over de operationele zeetoestanden.
Een langere periode betekent een lagere frequentie.
Frequentie en periode zijn omgekeerd evenredig. Houd de eigenperiode van het systeem gescheiden van de excitatieperiode en vermeld welke as een responsgrafiek gebruikt.
Op een frequentie-as
Een lagere eigenfrequentie plaatst die modus links van de excitatie in deze kwalitatieve grafiek.
Op een periode-as
Een langere eigenperiode plaatst die modus rechts van de kortere excitatieperiodes.
De diagrammen tonen alleen de volgorde; de afstand is geen numerieke marge. Excitatie boven een eigenfrequentie bewijst op zich geen toereikende isolatie. Verifieer de werkelijke overdrachtsrespons en acceptatiecriteria over het operationele spectrum.
Controleer de piek, de operationele band en de overige modi.
Lokaliseer de gekoppelde modi.
Beoordeel massa, de toestand van de gasveer, kabellengte en -stijfheid, en de opstelling van de aanslagmiddelen over de belastings- en dieptegevallen.
Beoordeel de volledige responscurve.
Demping kan een resonantiepiek verlagen. In een eenvoudig lineair model met excitatie via de basis kan het verhogen ervan ook de bewegingsoverdracht in het isolatiegebied vergroten. Beoordeel de geconfigureerde respons.
Volg de operationele volgorde.
Controleer de beweging van de nuttige last, spanning, bruikbare slag en overgangen aan de hand van het projectspectrum en de scheepsrespons. Adaptieve afstemming vereist deze controles nog steeds.
Theoretische achtergrond: MIT OpenCourseWare — mechanische trilling en isolatie. Deze principes van het eenvoudige model leveren geen operationele projectgrens.
Het systeem van kraan, kabel en nuttige last heeft eigenmodi voordat een compensator wordt toegevoegd. Een compensator wijzigt die gekoppelde modi; resonantie wordt beoordeeld voor zowel het referentiesysteem als het geconfigureerde systeem over de vastgestelde operationele gevallen.
Wat is resonantie?
Een eenvoudig veer-massamodel heeft een eigenfrequentie die wordt bepaald door zijn massa en stijfheid. Bij een hijsoperatie dragen de gasveer, kabel, kraan en aanslagmiddelen bij aan de gekoppelde respons. Vermeld het model en de responsgrootheid die wordt beoordeeld.
Door golven aangedreven beweging van de kraantip kan het gekoppelde systeem exciteren. Nabij een resonantiegebied kan de beweging van de nuttige last worden versterkt ten opzichte van de kraantip; de werkelijke respons hangt af van de modus en de geconfigureerde demping.
In de praktijk begrenst demping de piekrespons; hoe hoog de piek bij resonantie oploopt, hangt af van de daadwerkelijk geconfigureerde demping. Dit is de reden waarom het screeningsmodel zijn demping vermeldt in plaats van een universele factor te noemen. Dit is duidelijk onaanvaardbaar voor een apparaat dat is ontworpen om beweging te verminderen.
Waar resonantie optreedt
De eigenperiode van een passieve heave-compensator hangt af van de massa van de last en de stijfheid van de gasveer. Voor de set units van Norwegian Dynamics in de onderstaande grondslag lopen de berekende eigenperiodes van ongeveer 10 tot 30 seconden; elk project berekent zijn eigen gekoppelde periode op basis van de werkelijke massa, gastoestand en lijnstijfheid.
Op de hier gebruikte Noordzee-screeningsgrondslag zijn piekspectrale periodes van 5 tot 15 seconden (Tp) de indicatieve excitatieband; de eigen metocean-grondslag van de projectlocatie is bepalend. Bij goed ontworpen systemen ligt de eigenperiode ruim boven de energierijke golfperiodes, zodat de excitatiefrequentie boven de eigenfrequentie blijft: het isolatiegebied. De marge wordt geverifieerd aan de hand van het projectgolfspectrum in plaats van aangenomen.
Het resonantierisico neemt echter toe wanneer:
- Het gasvolume te klein is (waardoor de veer te stijf wordt en de eigenperiode afneemt).
- De last lichter is dan het ontwerpgeval (waardoor de massa en dus de eigenperiode afnemen).
- Er langperiodieke deining aanwezig is (waardoor de excitatieperiode richting de eigenperiode toeneemt).
| Voorbeeldwaarde | Wat het voorstelt | Gebruik in een beoordeling |
|---|---|---|
| 10–30 s | Berekende eigenperiodes voor de ND-set units die in de grondslag wordt beschreven. | Bereken de gekoppelde modi opnieuw voor de werkelijke massa, gastoestand en lijnstijfheid. |
| 5–15 s | Het op deze pagina gebruikte screeningsbereik voor de piekperiode in de Noordzee. | Gebruik het projectspectrum en de scheepsrespons. De piekperiode alleen beschrijft niet de volledige excitatie. |
| 2–5× | Het voorbeeld van het eenvoudige krachtgeëxciteerde model voor dempingsverhoudingen van 0.10–0.25. | Bepaal de verhouding tussen belasting en respons. Dit is geen universele piek in de beweging van de nuttige last of een aanvullende DAF. |
Deze mechanismen kunnen het systeem richting een resonantiegebied verplaatsen. Controleer de combinaties ervan over het volledige belastings-, diepte- en operationele bereik; het bepalende geval wordt vastgesteld door de gekoppelde analyse.
Ontwerpen rondom resonantie
Ingenieurs gebruiken verschillende strategieën om ervoor te zorgen dat heave-compensatoren veilig weg van resonantie werken:
- Afstemming van de gasveer : beoordeel hoe gasvolume en werktoestand de effectieve stijfheid en gekoppelde eigenperiodes veranderen. Verifieer de resulterende respons in plaats van een generieke volumeregel toe te passen.
- Demping : beoordeel de resonantiepiek en de respons in de operationele band gezamenlijk. Meer demping is geen universele verbetering bij elke excitatiefrequentie.
- Belastings- en dieptebereik : controleer de volledige set van massa, gastoestand, kabellengte en bedrijfsomstandigheden. Een lichtere massa verkort de periode in een eenvoudig model met vaste stijfheid; het bepalende gekoppelde geval wordt door analyse vastgesteld.
- Adaptieve afstemming — ANTARES kan zijn werkinstellingen wijzigen. Beoordeel elke configuratie en overgang binnen het gekoppelde model en de apparatuurgrenzen.
Resonantie in het systeemontwerp
Het vermijden van resonantie betreft niet alleen de compensator: het geldt voor het volledige hijssysteem. De kraankabel, schijven en eventuele subsea-aanslagmiddelen hebben elk hun eigen stijfheid en massa, waardoor een gekoppeld systeem met meerdere mogelijke resonantiemodi ontstaat.
Bij grotere waterdiepten wordt de elasticiteit van de kabel significant, en het gekoppelde systeem van kabel en compensator kan resonantiefrequenties hebben die verschillen van elk onderdeel afzonderlijk. Dit is de reden waarom operaties in diep water zorgvuldige gekoppelde dynamische analyse vereisen die het volledige systeem van vaartuig tot zeebodem modelleert.
Voor kritieke operaties verifiëren tijdsdomeinsimulaties met locatiespecifieke golfgegevens en werkelijke scheeps-RAO’s de respons over de vastgestelde operationele gevallen. Norwegian Dynamics biedt technische ondersteuning voor deze analyses als onderdeel van de selectie en dimensionering van de compensator: zie onze selectiegids voor compensatoren voor meer informatie.
Resonantievermijding — veelgestelde vragen
Wat is resonantie in een heave-compensatiesysteem?
Hoe erg kan resonante versterking worden?
Wanneer is het resonantierisico het hoogst?
Hoe ontwerpen ingenieurs rondom resonantie?
Betreft resonantie alleen de compensator zelf?
Bezorgd over resonantie in uw hijssysteem?
Stuur het belastingsbereik, kabellengtes en -stijfheid, de opstelling van de aanslagmiddelen, compensatorinstellingen, scheepsrespons en locatiespectrum. Wij kunnen de gekoppelde beoordeling en afstemmingsgevallen vaststellen.
Bekijk het in actie
Door resonantie heen, onder controle: ANTARES leidt een volgelopen zuigpaal door zijn resonantieband nabij 1,300 m, gesimuleerd in CONSTELLATION.
Gerelateerde artikelen
Grondslag en aannames
Waar de cijfers op deze pagina vandaan komen en hoe ver elk cijfer kan worden doorgetrokken. Screeningswaarden zijn gemodelleerde ramingen; ze vervangen geen projectspecifieke analyse op uw eigen basis.
- Eigenperiode van de compensator 10–30 sOntwerpbereik (modeluitvoer)
- Volgt uit de massa van de last en de stijfheid van de gasveer over de SWL- en slagbereiken die Norwegian Dynamics bouwt. Het is het bereik waarin onze eigen units vallen, geen algemene eigenschap van heave-compensatoren; de eigenperiode van een specifieke unit wordt voor die hijsoperatie berekend.
- 5–15 s: screeningscontext
- Het piekperiodebereik van 5–15 s is de indicatieve Noordzee-screeningscontext die op deze pagina wordt gebruikt. Kies de metocean-grondslag en het spectrum van de projectlocatie en beoordeel de scheepsrespons. Dit bereik is geen universele ontwerpinvoer of vervanging voor het volledige excitatiespectrum.
- 2–5×: vastgesteld voorbeeld van het eenvoudige model
- Voor een lineair model met één vrijheidsgraad en harmonische krachtexcitatie is de verhouding tussen verplaatsing en statische doorbuiging bij een belastingsfrequentie gelijk aan de ongedempte eigenfrequentie gelijk aan 1/(2ζ). Zo geeft ζ = 0.10 de waarde 5 en ζ = 0.25 de waarde 2. Dit resultaat voor krachtexcitatie verschilt van transmissibiliteit bij bewegingsexcitatie via de basis. Het is geen universele responsfactor voor hijsoperaties; het geconfigureerde offshore-systeem wordt beoordeeld met zijn werkelijke excitatie en demping.
