Onderwaterhijswerkzaamheden
Door Peter Wang, COO · December 2025
Onderwaterhijswerkzaamheden behoren tot de meest complexe offshore-operaties en vereisen zorgvuldige planning om rekening te houden met de hydrodynamische krachten die op de last inwerken terwijl deze door het water beweegt. De twee belangrijkste effecten zijn weerstand en toegevoegde massa, die beide het effectieve gewicht en de dynamische belastingen op de kraan en hijsapparatuur verhogen.
Het begrijpen van deze krachten is cruciaal voor het selecteren van de juiste heave-compensator en het waarborgen dat de kraan voldoende capaciteit heeft voor de operatie.
Hoe beïnvloedt weerstand een onderwaterhijsoperatie?
Weerstand bij een onderwaterhijsoperatie is vergelijkbaar met de weerstand van een auto door luchtweerstand en varieert met het kwadraat van de snelheid. Hoe groot de weerstandskracht zal zijn, hangt af van het oppervlak loodrecht op de beweging en de weerstandscoëfficiënt (die we ook kennen van auto’s die streven naar steeds lagere weerstandscoëfficiënten om het bereik te vergroten). Het belangrijkste verschil met een auto is echter dat het medium water is en geen lucht, dat een 1000 keer grotere massadichtheid heeft, wat een extra factor is in de weerstandskracht.
F_D = \rho_w C_D A_\perp \dot z |\dot z|
Waar C_D de weerstandscoëfficiënt is (meer informatie is te vinden in DNV RP-N103, enkele voorbeelden hieronder) en \dot z de verticale snelheid van de last is.
| Shape | C_D | A_{\perp} | Notes |
|---|---|---|---|
| Sphere | C_D = 0.5 | A_{\perp} = \pi r^2 | |
| Horiontal Cylinder | C_D = 1.2 | A_{\perp} = 2 r L | |
| Vertical Cylinder | \frac{L}{2r}=0.5 \Rightarrow C_D=1.1 \frac{L}{2r}=1 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=2 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=4 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=8 \Rightarrow C_D=1.0 | A_{\perp} = \pi r^2 | |
| Cube | C_D = 1.05 | A_{\perp} = a^2 | Face normal to flow. |
| Cone | C_D = 0.50 | A_{\perp} = \pi r^2 | Pointed tip aligned with flow; dependent on cone angle. |
| Rectangular Plate | C_D = 1.1+0.02 (\frac{L}{W}+\frac{W}{L}) | A_{\perp} = L W | Normal to flow. |
Laten we een praktisch voorbeeld doen om een gevoel te krijgen voor de relevantie. Stel dat u een last hijst die de vorm heeft van een rechthoekige plaat met een lengte van 15 m en een breedte van 10 m. De golfperiode is 8 seconden en de golfhoogte is 4 m, uitgaande van sinusvormige golven. Hoe groot zal de kracht zijn?
Eerst vinden we de pieksnelheid; de golfbeweging is gegeven als
z = \zeta \cos(\omega t)Aangezien \omega = \frac{2 \pi}{T_p} hebben we een pieksnelheid van 1,57 m/s.
We kunnen dan de weerstandscoëfficiënt berekenen als:
C_D = 1.1 + 0.02 \left( \frac{15}{10} + \frac{10}{15} \right) = 1.14
Ons weerstandsoppervlak is:
A_\perp = 10 \cdot 15 = 150 \,\mathrm{m^2}Hoe beïnvloedt toegevoegde massa een onderwaterhijsoperatie?
Toegevoegde massa bij een onderwaterhijsoperatie is zeer belangrijk omdat het grote extra traagheid kan veroorzaken, wat op zijn beurt grote dynamische krachten kan veroorzaken. Het komt voort uit het feit dat wanneer een last in water oscilleert door heave-beweging, het ook het omringende water moet versnellen, en wiskundig wordt het uitgedrukt als:
m_A = \rho_w C_A V_R
Waar C_A de coëfficiënt voor toegevoegde massa is (te vinden in DNV RP-N103, enkele voorbeelden hieronder) en V_R het referentievolume is.
| Shape | C_A | V_R | Notes |
|---|---|---|---|
| Sphere | C_A = 0.5 | V_R = \frac{4}{3}\pi r^3 | Constant in all directions. |
| Cylinder | \frac{L}{2r}=1.25 \Rightarrow C_A=0.62 \frac{L}{2r}=2.5 \Rightarrow C_A=0.78 \frac{L}{2r}=5 \Rightarrow C_A=0.90 \frac{L}{2r}=9 \Rightarrow C_A=0.96 \frac{L}{2r}=\infty \Rightarrow C_A=1.00 | V_R = \pi r^2 L |
Vertical motion along cylinder axis in infinite fluid. |
| Rectangular Plate |
\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.58 \frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.76 \frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.87 \frac{L}{W}=8 \Rightarrow C_A=0.93 \frac{L}{W}=\infty \Rightarrow C_A=1.00 | V_R = \frac{\pi}{4}W^2 L | Motion normal to surface. |
| Circular Disc | C_A = \frac{2}{\pi} | V_R = \frac{4\pi}{3} r^3 | Motion normal to surface. |
| Square Prism |
\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.68 \frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.36 \frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.19 \frac{L}{W}=10 \Rightarrow C_A=0.08 | V_R = W^2 L | Prismatic body with square base. |
Laten we nog een praktisch voorbeeld doen. Stel dat u een last hijst die de vorm heeft van een rechthoekige plaat met een lengte van 20 m en een breedte van 10 m. De golfperiode is 8 seconden en de golfhoogte is 4 m, uitgaande van sinusvormige golven. Hoe groot zal de kracht door toegevoegde massa zijn?
We moeten de maximale versnelling vinden (afgeleide van de snelheid zoals getoond in het weerstandsvoorbeeld), die gegeven wordt door:
De maximale versnelling is dus:
Vervolgens is de coëfficiënt voor toegevoegde massa 0,36 en ons referentievolume is 2000 kubieke meter. We kunnen dan de kracht berekenen met:
F=m a=1025 \cdot 0.36 \cdot 2000 \cdot 1.23=98 \mathrm{t}Merk op dat bij onderwaterhijsoperaties dicht bij de zeebodem de toegevoegde massa kan toenemen door insluiting.
