Пассивная компенсация качки

Пассивная компенсация вертикальной качки — это метод, используемый для уменьшения влияния волн на подъемные и буровые операции. Простой пассивный компенсатор вертикальной качки (PHC) представляет собой мягкую пружину, в которой используется пружинная изоляция для снижения коэффициента передачи до менее 1. PHC отличается от AHC тем, что не потребляет внешнюю энергию.

Принцип

Основным принципом PHC является сохранение энергии внешних сил ( волн ), воздействующих на систему, и ее рассеивание или повторное применение позже. Амортизаторы или компенсаторы бурильной колонны представляют собой простые формы PHC, настолько простые, что их обычно называют компенсаторами вертикальной качки , тогда как термин « пассивный » используется в отношении более сложных гидравлических или механических систем.

Типичное устройство ПМСП состоит из гидроцилиндра и газового аккумулятора. Когда шток поршня выдвигается, он уменьшает общий объем газа и, следовательно, сжимает газ, что, в свою очередь, увеличивает давление, действующее на поршень. Степень сжатия низкая, что обеспечивает низкую жесткость. Хорошо спроектированное устройство ПМСП может обеспечить эффективность более 80 процентов.

Приложение

PHC часто используется на морском оборудовании, которое находится на морском дне или связано с ним. Не требуя внешней энергии, PHC может быть спроектирован как отказоустойчивая система, снижающая воздействие волн на подводные операции. PHC может использоваться вместе с активной компенсацией вертикальной качки для формирования полуактивной системы.

Расчет ПМСП

Эффективность PHC, используемого во время морских подъемных операций

Эскиз системы

Устройство ПХК в данном расчете соединено с крюком крана. Второй закон Ньютона используется для описания ускорения полезной нагрузки:

$(m+m_{A}){\ddot {y}}=-k_{c}(y+H\cos \omega t)$

Где

$m$ - масса груза под устройством PHC

$m_{A}$ - добавленная масса груза под устройством PHC

${\ddot {y}}$ - ускорение массы груза под устройством PHC

$k_{c}$ - жесткость устройства PHC

$y$ - вертикальное положение массы под устройством PHC

$H$ - амплитуда движения судна

$\omega$ - частота угловой волны

$t$ - пора

Пренебрегая переходным решением, получим, что отношение амплитуды нагрузки к амплитуде волны равно:

${\frac {A}{H}}={\frac {\frac {k_{c}}{m+m_{A}}}{\omega ^{2}-{\frac {k_{c}}{m+m_{A}}}}}$

Для упрощения выражения принято вводить $\omega _{0}$ как собственная частота системы, определяемая как:

$\omega _{0}={\sqrt {\frac {k_{c}}{m+m_{A}}}}$

Это приводит к следующему выражению для соотношения:

${\frac {A}{H}}={\frac {1}{({\frac {\omega }{\omega _{0}}})^{2}-1}}$

Трансмиссия $T_{R}$ определяется как:

$T_{R}=\left|{\frac {1}{({\frac {\omega }{\omega _{0}}})^{2}-1}}\right|$

Наконец, эффективность определяется как:

$\eta _{PHC}=1-T_{R}$

Расчет жесткости PHC

Жесткость устройства PHC определяется следующим образом:

$k_{c}={\frac {p_{0}A}{S}}(C^{\kappa }-1)$

Где

$p_{0}$ - давление газа при равновесном ходе

$A$ - площадь поршня

$S$ - длина хода

$C$ - это степень сжатия

$\kappa$ - коэффициент адиабаты

Продукт $p_{0}A$ соответствует погруженному весу полезной нагрузки. Как видно из выражения, низкие степени сжатия и большая длина хода дают низкую жесткость.