Pasivní kompenzace zdvihu - Passive heave compensation

Pasivní zvracet kompenzace je technika používaná ke snížení vlivu vlny při zvedání a vrtání.^[1] Jednoduchý kompenzátor pasivního zdvihu (PHC) je měkká pružina, která využívá jarní izolace snížit přenositelnost na méně než 1.^[2] PHC se liší od AHC tím, že nespotřebovává externí energii.

Zásada

Hlavním principem v PHC je akumulace energie z vnějších sil (vlny ) ovlivňující systém a rozptýlit je nebo je znovu použít později. Tlumiče nárazů nebo kompenzátory vrtacích strun jsou jednoduché formy PHC, tak jednoduché, že jsou obvykle pojmenovány zvedat kompenzátory, zatímco "pasivní „se používá u složitějších hydraulických nebo mechanických systémů.

Typické zařízení PHC se skládá z hydraulického válce a akumulátoru plynu. Když se pístní tyč vysune, sníží celkový objem plynu, a tím stlačí plyn, což zase zvýší tlak působící na píst. The kompresní poměr je nízká, aby byla zajištěna nízká tuhost. Dobře navržené zařízení PHC může dosáhnout účinnosti nad 80 procent.^[3]

aplikace

PHC se často používá na pobřežních zařízeních, která jsou na mořském dně nebo s ním spojená. PHC nevyžaduje externí energii a může být navržen jako systém zabezpečený proti selhání, který snižuje dopad vln na podmořský provoz.^[4] PHC lze použít společně s aktivní kompenzace zdvihu vytvořit poloaktivní systém.^[5]

Výpočet PHC

Účinnost PHC používaného během operací zvedání na moři

Náčrt systému

Zařízení PHC je v tomto výpočtu připojeno k jeřábovému háku. Newtonův druhý zákon se používá k popisu zrychlení užitečného zatížení:
${ displaystyle (m + m_ {A}) { ddot {y}} = - k_ {c} (y + H cos omega t)}$

Kde
${ displaystyle m}$ - je Hmotnost nákladu pod zařízením PHC
${ displaystyle m_ {A}}$ - je přidaná hmota nákladu pod zařízením PHC
${ displaystyle { ddot {y}}}$ - je akcelerace hmotnosti nákladu pod zařízením PHC
${ displaystyle k_ {c}}$ - je ztuhlost zařízení PHC
${ displaystyle y}$ - je svislá poloha hmoty pod zařízením PHC
${ displaystyle H}$ - je amplituda pohybu cévy
${ displaystyle omega}$ - je frekvence úhlové vlny
${ displaystyle t}$ - je čas

Pokud ignorujeme přechodné řešení, zjistíme, že poměr mezi amplitudou zátěže a amplitudou vln je:
${ displaystyle { frac {A} {H}} = { frac { frac {k_ {c}} {m + m_ {A}}} { omega ^ {2} - { frac {k_ {c }} {m + m_ {A}}}}}}$

Pro zjednodušení výrazu je běžné jej zavádět ${ displaystyle omega _ {0}}$ jako vlastní frekvence systémů, definovaná jako:
${ displaystyle omega _ {0} = { sqrt { frac {k_ {c}} {m + m_ {A}}}}}$

Pak získáme následující výraz pro poměr:
${ displaystyle { frac {A} {H}} = { frac {1} {({ frac { omega} { omega _ {0}}}) ^ {2} -1}}}$

Přenositelnost ${ displaystyle T_ {R}}$ je definován jako:
${ displaystyle T_ {R} = vlevo | { frac {1} {({ frac { omega} { omega _ {0}}}) ^ {2} -1}} vpravo |}$

Nakonec je účinnost definována jako:
${ displaystyle eta _ {PHC} = 1-T_ {R}}$

Výpočet tuhosti PHC

Tuhost zařízení PHC je dána vztahem:^[6]
${ displaystyle k_ {c} = { frac {p_ {0} A} {S}} (C ^ { kappa} -1)}$

Kde
${ displaystyle p_ {0}}$ - je tlak plynu při rovnovážném zdvihu
${ displaystyle A}$ - je oblast pístu
${ displaystyle S}$ - je délka zdvihu
${ displaystyle C}$ - je kompresní poměr
${ displaystyle kappa}$ - je adiabatický koeficient

Produkt ${ displaystyle p_ {0} A}$ odpovídá ponořené hmotnosti užitečného zatížení. Jak je patrné z výrazu, je zřejmé, že nízké kompresní poměry i dlouhá délka zdvihu dávají nízkou tuhost.

Reference