被动波浪补偿是如何工作的？

被动波浪补偿器本质上是一个气动弹簧。它由液压缸和一组或多组充氮蓄能器组成。载荷的重量将气体压缩至工作压力，活塞在中间行程位置达到平衡。

当船舶上升时，吊机顶端上移但气体膨胀，使活塞伸出并保持载荷静止。当船舶下降时，气体压缩，活塞回缩。载荷因具有较大惯性而几乎不动。

关键的工程挑战是在工作点实现近零刚度。弹簧过硬则传递船舶运动至载荷，过软则系统漂移至行程端点。工程师通过选择气体体积和预充压力，使弹簧刚度恰好匹配载荷重量，创造有效的软弹簧来隔离升沉。详细数学分析请参阅被动波浪补偿基础。

没有阻尼的纯气体弹簧在其固有频率附近会不可控地振荡。被动波浪补偿器配备液压阻尼阀——通常是节流孔型——限制缸体与蓄能器之间的油液流动。

阻尼有两个关键功能：

• 共振控制——当波浪周期接近系统固有周期时，无阻尼系统的响应会急剧放大。液压阻力将此放大限制在安全水平。
• 着底控制——在水下着底阶段，增加阻尼可减缓载荷的下降速度，实现可控的触底。

阻尼水平是一个折中：过低则共振危险；过高则系统变硬，降低典型波浪周期下的补偿效率。

设计良好的PHC系统通常实现70%–90%的补偿效率，即载荷的残余运动仅为吊机顶端运动的10%–30%。效率取决于几个因素：

• 波浪周期——波浪周期相对系统固有周期较短时PHC效果最佳。波浪周期很长时，系统倾向于跟随船舶运动。
• 气体体积——更大的气体体积产生更软的弹簧和更好的效率，但增加系统尺寸和成本。
• 阻尼水平——较高阻尼改善共振安全性但降低非共振区域的效率。
• 载荷匹配——实际载荷匹配设计载荷时性能最佳。条件变化时基本PHC无法适应。

最后一个局限正是自适应被动波浪补偿受到关注的原因——气体弹簧可自动调节以在条件变化时维持最优性能。

被动波浪补偿器广泛应用于各类海上作业：

• 水下吊装与安装
• 浪溅区穿越
• 立管、电缆和脐带缆的张紧
• 风电安装的吊机冲击吸收

Norwegian Dynamics 提供从经济高效的 RIGEL（适用于常规吊装任务）到 ANTARES 自适应系统（适用于需要在变化条件下持续高性能的复杂作业）的PHC解决方案。