自适应被动升沉补偿文章主图:Norwegian Dynamics 制作的 Blender 插图
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自适应被动升沉补偿

以被动系统为核心,按不同需求调整设置。

作者: Tord Martinsen 和 Peter Wang · · 审校于 · 阅读约9分钟
自适应功能

随吊装工况变化调整设置。

气弹簧仍是被动系统的核心。自适应功能调整其工作点和阻尼,以适应经过评估的各个吊装阶段。

01 / 刚度

力随行程变化的幅度。

改变接入的气体容积,就会改变弹簧响应。所需设置由吊装模型确定。

02 / 阻尼

运动能量的耗散方式。

改变液压节流程度,就会改变伸出和回缩过程中的响应。

03 / 平衡位置

活塞杆在行程中的位置。

负载、温度和外部压力变化时,通过调节压力管理工作点。

ANTARES:自适应被动升沉补偿器

下述模式说明本页介绍的 ANTARES 方案。可用功能、限值和操作顺序取决于具体设备和吊装方案。

四种吊装工况

根据作业需求选择运行模式。

这些示意图展示前四种模式的适用工况。具体设置和模式切换由吊装方案确定。

甲板作业

锁定

在甲板上方操作负载时,保持活塞杆位置。

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甲板作业时固定活塞杆

锁定活塞杆,使其在提起负载时不会伸出。负载仍位于甲板上方时,这样可降低所需的起吊高度。

穿越水面

浪溅区

针对经过评估的穿越水面工况,调整刚度、阻尼和平衡位置。

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穿越水面时提高刚度和阻尼

提高刚度及双向阻尼,并调整平衡位置,以适应负载入水时增加的浮力。

下放

水下及深水工况

随冷却和水深变化管理工作点。

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下放时补偿冷却和水深变化

海水使设备冷却,气体压力随之下降,因此注入设备自带的高压气体,将压力维持在合适水平。随着水深增加,外部压力将活塞杆向内推入,同时下调气体压力以与之匹配。对于极深水域中的轻负载,还需要采用另一种技术: 请联系我们 ,以讨论这种工况。

就位下放

低刚度

在就位工况需要时采用较低的弹簧刚度。

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低刚度就位并避开共振

将更大的气体容积接入油缸,降低弹簧刚度。这样可减小就位下放时力随行程的变化;但系统是否因此避开共振风险,须在吊装模型中核查,不能预先假定。

这些工况仅作示意,并非规定的操作顺序或设备图纸。有关工作机理及其限值,请阅读模式详情。

另外两项用于特定事件的功能。

快速起吊

受控起离,可重复执行

先将张力保持在低于负载重量的水平,再迅速提高张力,使活塞杆以受控方式回缩。这一过程可以重复执行;当起离必须一次成功时,这一点尤为重要。

冲击缓冲

以非对称阻尼应对冲击和过载

限制伸出方向的阻尼,同时提高回缩方向的阻尼,使设备在事件发生时利用行程顺势让位,并控制回程。峰值载荷能降低多少,需从模型中该事件的力与行程响应读取。

准备、重量修正与记录。

另有三项功能贯穿全部六种模式,本身并非独立模式。充气和准备过程由软件控制,并根据待执行吊装的参数进行核查。负载连接后,设备会测量其重量;若与计划值不符,则实时修正气体压力,无须返回甲板。每次吊装都会记录下来,之后可回查行程使用情况、DAF 和就位速度。

比较指定设备

这次吊装需要哪些调节功能?

固定设置的基准方案与此处描述的 ANTARES 功能属于不同配置。在比较功能或成本之前,请核实实际供货范围。

以下为功能对比,并非所有被动或自适应设备的通用功能清单。
功能固定设置的被动基准方案ANTARES 自适应方案
气体容积、刚度和阻尼根据计划作业选择设置和气体容积。请核实指定设备的调节配置。储备气源和运行中调节功能支持不同的工作点;刚度和阻尼可在使用过程中调整。
行程平衡位置;温度、重量和水深评估整个作业过程中平衡位置的漂移及可用行程。在配置限值内,随这些条件变化调节压力,以管理工作点。
快速起吊与活塞杆锁定核实是否包含这些功能;仅凭固定设置的基准方案无法确定其是否可用。上述快速起吊模式和锁定模式支持相应的吊装任务。
电池供电与数据记录监测、记录和供电方式取决于设备配置。设备自带电池和控制系统,无须脐带缆即可支持调节和记录。
性能与选型须证明被动响应在整个规定作业过程中满足控制性准则。须证明改变设置所带来的收益,并评估模式切换、控制限值及故障行为。

按同等条件比较成本。 比较时应采用相同的 SWL、行程、额定水深、仪表配置、运行功能和认证范围。不存在通用的 2–3× 价格倍数。

自适应被动升沉补偿是 被动升沉补偿 的高级形式,可根据海上吊装作业的不同阶段调整性能特性。与设置固定的基本型 PHC 系统相比,自适应升沉补偿器可以在锁定、浪溅区和水下等运行模式之间切换,以优化各吊装阶段的性能。

当不同吊装阶段所需的响应发生变化时,自适应调节可能有用。其收益和运行限值须针对具体项目工况确定。

六种模式使用同一套气弹簧硬件,通过不同设置实现,并可在运行中应用和记录,供事后核查。增加自适应功能后,主要承载路径仍保持被动;这些功能增加了阀门、传感器、控制器和电池,且每项功能都规定了失效时的安全状态。这一运行范围正是 ANTARES 的设计基础。

什么时候应选用自适应 PHC,而非基本型 PHC?

  1. 响应固定设置的被动方案无法在经过评估的全部作业过程中,包括就位阶段,达到所需响应。
  2. 可用行程浮力、温度或水深变化会使平衡位置在可用行程内偏移过大。应比较调节方案与其他设计方案。
  3. 变化的需求不同吊装阶段需要不同设置才能达到目标动力响应。还应评估模式切换以及调节失败时的行为。

自适应被动升沉补偿:常见问题

什么是自适应被动升沉补偿?
一种在保留被动气弹簧架构的同时,可针对各吊装阶段重新调整自身刚度、阻尼和平衡位置的被动升沉补偿器。它可在锁定、浪溅区、水下和低刚度就位等模式之间切换。
自适应 PHC 与基本型 PHC 有什么区别?
应比较指定设备。固定设置的基准方案针对计划作业进行调校。ANTARES 还具备运行中调节能力和此处介绍的运行功能。成本取决于 SWL、行程、额定水深、仪表配置、功能和认证范围;不存在通用的价格倍数。
自适应 PHC 需要外部电源吗?
此处介绍的 ANTARES 配置使用设备自带电池,无须脐带缆,即可支持控制和调节功能。应核实指定设备的供电、续航能力和辅助配置,而不能将其视为所有自适应升沉补偿器的通则。
升沉补偿器在海水中冷却时会发生什么?
这两种变化均会自动得到补偿:设备在海水中冷却时,由设备自带的高压气源补充压力;随着水深增加,作用于活塞杆的外部压力上升,气体压力则相应下调。
何时值得选用自适应 PHC,而不是基本型 PHC?
当基本型 PHC 的性能达不到要求(通常是在就位阶段)、浮力或水深变化导致平衡位置漂移过大,或吊装各阶段需要不同的动力响应时,就值得考虑:穿越浪溅区时采用较高刚度,在海床就位时采用较低刚度。 选型指南 介绍了如何作出选择。

需要一台设备覆盖多种吊装模式?

ANTARES 是我们的自适应被动升沉补偿器:同一套硬件可提供多个工作点。请向我们提供吊装数据,我们将给出选型方案。

观看实际演示

ANTARES 自适应被动升沉补偿:从甲板到海床,在 CONSTELLATION 中仿真

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