Passiv hävningskompensation

Passiv hävningskompensation är en teknik som används för att minska vågornas inverkan på lyft- och borroperationer. En enkel passiv hävningskompensator (PHC) är en mjuk fjäder som använder fjäderisolering för att minska överföringsförmågan till mindre än 1. PHC skiljer sig från AHC genom att inte förbruka extern ström.

Princip

Huvudprincipen i PHC är att lagra energin från de externa krafter ( vågor ) som påverkar systemet och skingra dem eller återanvända dem senare. Stötdämpare eller borrsträngskompensatorer är enkla former av PHC, så enkla att de normalt kallas hävkompensatorer , medan " passiv " används om mer sofistikerade hydrauliska eller mekaniska system.

En typisk PHC-anordning består av en hydraulisk cylinder och en gasackumulator. När kolvstången sträcker sig kommer den att minska den totala gasvolymen och därmed komprimera gasen som i sin tur ökar trycket som verkar på kolven. Kompressionsförhållandet är lågt för att säkerställa låg styvhet . En väldesignad PHC-enhet kan uppnå effektiviteter över 80 procent.

Ansökan

PHC används ofta på offshoreutrustning som är vid eller kopplad till havsbotten. PHC kräver inte extern energi, men kan utformas som ett felsäkert system som minskar vågens påverkan på undervattensoperationer. PHC kan användas tillsammans med aktiv hävningskompensation för att bilda ett semiaktivt system.

Beräkning av PHC

Effektivitet för en PHC som används under offshorelyftoperationer

Skiss av systemet

PHC-anordningen är i denna beräkning kopplad till krankroken. Newtons andra lag används för att beskriva nyttolastens acceleration: $(m+m_{A}){\ddot {y }}=-k_{c}(y+H\cos \omega t)$

Där $m$ - är massan av lasten under PHC-enheten $m_{A}$ - är den adderade massan av lasten under PHC-enheten ${\ddot {y }}$ - är accelerationen av lastens massa under PHC-enheten $k_{c}$ - är styvheten hos PHC-enheten $y$ - är den vertikala positionen för massan under PHC-enheten $H$ - är kärlets rörelseamplitud $\omega$ - är vinkelvågsfrekvensen $t$ - är tid Om vi ​​bortser från den transienta lösningen kommer vi att finna att förhållandet mellan amplituden för lasten och vågamplituden är: ${\displaystyle {\frac {A}{H}}={\frac {\frac { k_{c}}{m+m_{A}}}{\omega ^{2}-{\frac {k_{c}}{m+m_{A}}}}}} För att förenkla uttrycket är det$ vanligt att introducera $\omega _{0}$ som systemets naturliga frekvens, definierad som: $\omega _{0}={\sqrt {\frac {k_{c }}{m+m_{A}}}}$ Vi får då följande uttryck för förhållandet: ${\frac {A}{H}}={\ frac {1}{({\frac {\omega }{\omega _{0}}})^{2}-1}}$

Överförbarheten $\displaystyle T_{R}}$$T_{R}=\left|{\frac {1}{({\frac {\omega }{\omega _{0}}})^{2}-1}}\right|$ definieras som Slutligen effektivitet definieras som: $\eta _{PHC}=1-T_{R}$

Beräknar PHC-styvhet

Styvheten hos en PHC-enhet ges av: $k_{c}={\frac {p_{0}A}{S}}(C^{\kappa }-1)$

Där $p_{0}$ - är gastrycket vid jämviktsslag $A$ - är kolvarean $S$ - är slaglängden $C$ - är kompressionen ratio $\kappa$ - är den adiabatiska koefficienten

Produkten $p_{0}A$ motsvarar den nedsänkta vikten av nyttolasten. Som framgår av uttrycket är det tydligt att låga kompressionsförhållanden samt lång slaglängd ger låg styvhet.