NO336258B1 - Fremgangsmåte og anordning for løftkompensering. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR LØFTKOMPENSERING

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for løftkompensering. Nærmere bestemt dreier det seg om en fremgangsmåte for løftkompensering av et kolli som er koplet til et fartøy ved hjelp av et tau, hvor tauet er kveilet om en løfteanordning sin tautrommel og hvor løfteanordningen er forsynt med en hivkompensator, idet en regulator i hivkompensatoren styrer pådraget til tautrommelen sin drivanordning på grunnlag av et hivledd og et avviksledd.

Med tau menes enhver form for lastbærende, fleksibel komponent som for eksempel wire, fibertau eller kjetting.

Under heiseoperasjoner fra et fartøy er det, særlig når det er tale om store lastvekter, nødvendig å hivkompensere lasten. Formålet med hivkompensering er å holde et kolli i ro relativt havbunnen, alternativt å forskyve kolliet med konstant hastighet relativt havbunnen, selv om fartøyet utsettes for bevegelser som kan ha sin årsak i fartøyets stamping, rulling eller hiv.

Ifølge kjent teknikk styres ut- og innspolingen av tauet fra/til en tautrommel hiv-kompensert i det minste på grunnlag av målte verdier for hastighet av fartøyets utmatingspunkt, spolehastighet samt kolliets aktuelle posisjon relativt ønsket posisjon. Far-tøyets utmatingspunkt utgjøres typisk av en tauskives lagerparti. De målte signalverdier behandles ofte i en programmerbar logisk styring PLC (programmable logic controller), som på grunnlag av de målte verdier og valgte konstanter, gir et pådrag til tautrommelen sitt drivverk.

Foreksempel kan hastigheten av utmatingspunktet beregnes og sammenlignes med spolehastigheten til tautrommelen. Dersom formålet er å holde kolliet i ro, skal disse hastigheter ideelt være 100% i motfase.

US-patentsøknad 2005/0242332 beskriver et system for hivkompensering hvor kolliets hastighet holdes konstant under forskyvning av kolliet i vannet.

Patentskrift WO 91/00236 omhandler en hysteresedempende anordning hvor lasten ved hjelp av en flottør eller lignende gjøres lettere for at et passivt dempesystem skal kunne fungere. Avlastningskraften er konstant og påkoplet hele tiden.

Patentskrift EP 0090741 omhandler et passivt kompenseringssystem hvor kraften fra kompenseringssystemet er avhengig av utspolt taulengde. Dokumentet nevner også at et aktivt kompenseringssystem kan reguleres av en servoventil som mottar måleverdier fra målere for sløyfestrekk, akselerasjon og avvik.

Kolli som heises fra eller til et fartøy gjennom vannet utsettes for miljøkrefter i form av strøm, og under heising gjennom skvalpesonen også av bølger og vind.

Kolli av begrenset, fysisk omfang er ikke særlig utsatt for krefter av denne art, og de tilleggskrefter som opptrer vil normalt være innenfor den kapasitet som løfteutstyret er dimensjonert til å kunne bære. Det har imidlertid vist seg at noen konstruksjoner, for eksempel sugeankere som er forsynt med relativt store, horisontale flater, kan påføre løfteutstyret uforsvarlig store krefter når de heises gjennom skvalpesonen. Det er derfor ofte nødvendig å vente på tilstrekkelig godt vær før operasjoner av denne art kan settes i gang.

Etter hvert som større kolli skal løftes, forsterkes påvirkningen av krefter fra miljøet. Det er praktisk talt umulig å ha oversikt over hvor store tilleggskrefter som kan for-ventes for eksempel fra bølger som bryter over en relativt stor fagverkskonstruksjon under nedsenking gjennom skvalpesonen.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for løftkompensering av et kolli som er koplet til et fartøy ved hjelp av et tau som er kveilet om en løfteanordning sin tautrommel og hvor løfteanordningen er forsynt med en hivkompensator, idet en regulator i styrer pådraget til tautrommelen sin drivanordning på grunnlag av et hivledd og et avviksledd, hvor fremgangsmåten er kjennetegnet ved at den videre omfatter trinnene: - å kople inn et korreksjonsledd i hivkompenseringen når målt kraft i tauet, grunnet miljøkrefter, faller utenfor en første grense; og - å kople bort korreksjonsleddet når kraften i tauet befinner seg innenfor en andre grense hvor den andre grense er lik eller innenfor den første grense.

Avviksleddet kan koples ut eller tildeles et redusert bidrag i regulatoren når korreksjonsleddet koples inn.

Den første grense kan for eksempel utgjøres av minimal eller maksimal tillatt kraft i tauet, mens den andre grense kan utgjøres av minimal eller maksimal brukskraft i tauet.

Noe forenklet kan en si at hivkompensering ifølge kjent teknikk styres av et hivledd som beregnes med grunnlag i utmatingspunktet sin hastighet og tauhastigheten. Hivleddet påvirker regulatoren til å gi drivanordningen et pådrag slik at resulterende hastighet er null, det vil si at de to hastigheter er 100% i motfase. Kolliet holdes derved i ro relativt havbunnen.

Kjent teknikk omfatter også et posisjonsavviksledd, her betegnet avviksledd, som er innrettet til for eksempel å sørge for at kolliet heves eller senkes med en jevn hastighet relativt havbunnen. Avviksleddet beregnes ut fra et posisjonsavvik som utgjør differansen mellom aktuell kolliposisjon og ønsket kolliposisjon. Avviksleddet påvirker regulatoren til å endre drivanordningen sitt pådrag for å redusere posisjonsavviket.

I henhold til oppfinnelsen koples også et korreksjonsledd inn ved behov. Når den aktuelle kraft i tauet faller utenfor den forutbestemte, første grense koples korreksjonsleddet inn, slik at tauet mates kontrollert inn eller ut inntil kraften i tauet befinner seg innenfor den andre grense, hvoretter korreksjonsleddet igjen koples ut.

Korreksjonsleddet innbefatter summen av differansen mellom aktuell kraft i tauet og kraften fra kolliets egenvekt, og en konstant som bestemmes ut fra blant annet ønsket korreksjonsrespons og den aktuelle løfteanordning sin konstruksjon. Korreksjonsled-dets formål er å bidra til at kraften i tauet ikke kommer utenfor den første grense.

I en foretrukket fremgangsmåte koples feilleddet fra posisjonsavviket, avviksleddet, ut når korreksjonsleddet koples inn. Hivkompenseringen vil da styres ikke bare på grunnlag av utmatingspunktet og tauet sine hastigheter, men også på grunnlag av det avvik som forefinnes mellom den kraften fra kolliet sin egenvekt den aktuelle kraft i tauet.

Når for eksempel en bølge slår over et kolli som befinner seg i skvalpesonen, kan kraften i tauet øke betydelig og til en verdi som er høyere enn den første grense. Derved koples korreksjonsleddet inn samtidig som avviksleddet ikke lenger påvirker regulato ren, eller i det minste ikke lenger i samme grad påvirker regulatoren. Korreksjonsleddet vil påvirke utmatingen av tau inntil kraften befinner seg innenfor den bestemte, maksimale verdi selv om det gir et øket posisjonsavvik. Når kraften i tauet kommer innenfor den andre grense koples korreksjonsleddet ut, idet avviksleddet igjen tildeles et normalt bidrag i regulatoren for å kunne innhente det posisjonsavvik som måtte ha oppstått.

Andre forhold, så som i hvilke områder av løftehøyden den nevnte kompensering skal kunne inntre, velges ut fra blant annet ønsket kompensasjon og de rådende forhold. Kompenseringspåvirkningen fra hivleddet, avviksleddet og korreksjonsleddet kan være ulik under ulike forhold og på ulik dybde.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen tilveiebringer en relativt enkel løsning på oppga-ven med å holde et kolli i ønsket posisjon i forhold til havbunnen samtidig som over-belastning av løfteutstyret som kan oppstå under enkelte deler av heiseoperasjonen, unngås.

I henhold til et andre aspekt vedrører oppfinnelsen en anordning for løftkompensering av et kolli som er koplet til et fartøy ved hjelp av et tau som er kveilet om en løftean-ordning sin tautrommel og hvor løfteanordningen er forsynt med en hivkompensator, idet en regulator i hivkompensatoren er innrettet til å kunne styre pådraget til tautrommelen sin drivanordning på grunnlag av et hivledd og et avviksledd, hvor anordningen er kjennetegnet ved at den er innrettet til: - å kunne kople inn et korreksjonsledd i hivkompenseringen når målt kraft i tauet, grunnet miljøkrefter, faller utenfor en første grense; og - å kunne kople bort et korreksjonsledd når kraften i tauet befinner seg innenfor en andre grense hvor den andre grense er lik eller innenfor den første grense.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket fremgangsmåte som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en prinsippskisse av et fartøy som er forsynt med et løfteutstyr og hvor et kolli heises gjennom skvalpesonen; Fig. 2 viser skjematisk komponenter i løfte kom pen se ringssystemet; Fig. 3 viser en graf av aktuell kraft over tid ved anvendelse av en hivkompensator ifølge kjent teknikk; og Fig. 4 viser en graf av aktuell kraft over samme tid som i fig. 3 men med anvendelse av lastkompensering ifølge oppfinnelsen.

Pa tegningene betegner henvisningstallet 1 et fartøy som er forsynt med en løfte-anordning 2 hvor et tau 4 mates fra en tautrommel 6 og ut over en tauskive 8 ved løfteanordningens 2 ytre bomparti 10. Et kolli 12 befinner seg i en skvalpesone 14 i havoverflaten 16.

Kolliet 12 som er under nedsenkning, utsettes for miljøpåkjenninger i form av krefter fra strømmer og bølger 18 som slår inn over kolliet 12.

En hivkompensator 20 er innrettet til på i og for seg kjent måte å kunne styre tautrommelens 6 hastighet slik at kolliet 12 forblir i en bestemt posisjon relativt havbunnen 22 selv om det ytre bomparti 10 forskyves. Alternativt opprettholder hivkompensatoren 20 en konstant, styrt heisehastighet relativt havbunnen 22.

Hivkompensatoren 20 mottar signal om spolehastighet fra en giver 24 og signal fra et akselerometer 26 som befinner seg ved løfteanordningens 2 innfestning til fartøyet 1, idet signalet fra giveren 24 foruten å indikere spolehastigheten, også danner grunnlag for å beregne utmatet taulengde, og hvor måleverdien fra akselerometeret 26 gir grunnlag for å beregne det ytre bomparti 10 sin hastighet og akselerasjon.

Hivkompensatoren 20 mottar også informasjon fra en lastcelle 28 ved tauskiven 8 for å kunne beregne et korreksjonsledd. Korreksjonsleddet beregnes ved å summere differansen mellom virkelig kraft i tauet 4 og kraften fra kolliets 12 egenvekt, med et konstant bidrag. Bidraget er konstant så lenge korreksjonsleddet er koplet inn og har fortegn avhengig av om det er en øvre eller en nedre første grense som er oppnådd. Bidraget bestemmes under innkjøring av lastkompenseringen.

I dette foretrukne utførelseseksempel er tautrommelen 6 drevet av en hydraulikk-motor 32 som tilføres trykkfluid fra en variabel hydraulikkpumpe 34 i sirkulasjon via et rør 36. En matepumpe 38 forsyner ved behov hydraulikkpumpen 34 med fluid via en enveisventil 40. En motor 42 driver hydraulikkpumpen 34 og matepumpen 38. Hydraulikkmotoren 32, hydraulikkpumpen 34 og motoren 42 utgjør hovedelementer i tautrommelen 6 sin drivanordning.

Hivkompensering ifølge kjent teknikk baserer seg således på at måleverdier fra akselerometeret 26, som ofte betegnes MRU (motion reference unit), overføres til en regulator 30. Regulatoren 30, som kan utgjøres av en programmerbar, logisk styring PLC, regner om signalene fra akselerometeret 26 til å gi det ytre bomparti 10 sin hastighet og akselerasjon. Regulatoren 30 mottar informasjon om tautrommelens 6 spolehastighet fra giveren 24. For å holde kolliet 12 i ro relativt havbunnen 22, gir regulatoren 30 med grunnlag i det ytre bomparti 10 sin hastighet og spolehastigheten, her betegnet hivleddet, et pådrag til hydraulikkpumpen 34 som bevirker at spolehastigheten er til-nærmet i motfase med det ytre bomparti 10 sin hastighet.

Dersom kolliet 12 skal forskyves med jevn hastighet i forhold til havbunnen 22, sammenlignes den aktuelle kolliposisjon med ønsket posisjon. Informasjon om aktuell kolliposisjon beregnes med grunnlag i signalet fra giveren 24. Posisjonsavviket, som danner grunnlag for avviksleddet, påvirker regulatoren 30 til gi et pådraget til hydraulikkpumpen 34 for å oppnå ønsket kolliposisjon. Alle ledd korrigeres ved hjelp av indi-viduelle konstanter som er fremkommet under innregulering av hivkompensatoren 20.

Når kolliet 12 senkes ned gjennom havoverflaten 16, utsettes kolliet 12 for krefter fra bølger 18 som slår inn over kolliet 12. Kraften i tauet 4 er vist i fig. 3 hvor kurve a betegner stekk i tauet 4 over en tidsperiode. I fig. 3 betegner linje b kraften fra kolliets 12 egenvekt, linje c minimal brukskraft i tauet 4, linje d minimal tillatte kraft i tauet 4, linje e maksimum tillatt kraft i tauet 4 og linje f maksimal brukskraft i tauet 4. Kurven a viser kraften i tauet 4 ved anvendelse av hivkompensering ifølge kjent teknikk.

Under senkning av kolliet 12 gjennom havoverflaten 16, se kurve a i fig. 3, styres tautrommelens 6 matehastighet av hivkompenseringen på i og for seg kjent måte. Ved tidspunkt I påvirkes kolliet av bølger 18 som bevirker at kraften i tauet 4 stiger til over den tillatte grense e. Ifølge oppfinnelsen koples da korreksjonsleddet inn i regule-ringen og bevirker at tauet 4 mates raskere for ikke å overstige maksimal, tillatt kraft e, hvoretter korreksjonsleddet helt eller delvis koples ut, noe som betyr at kolliet 12 sin hastighet relativt havbunnen 22 endres. Kraften i tauet 4 ved innkopling av korreksjonsleddet vises i kurve g i fig. 4. Kreftene d og e utgjør således en første grense, mens kreftene c og f utgjør en andre grense.

Ved tidspunkt II har kraften i tauet sunket til ønsket maksimal kraft f, hvorved korreksjonsleddet koples ut og hivkompensering ifølge kjent teknikk gjenopptas.

Tilsvarende ved tidspunkt III hvor kraften i tauet 4 faller til under minimal, tillatt kraft d. Da koples korreksjonsleddet inn og strammer opp tauet 4, se kurve g i fig. 4. Ved tidspunkt IV er kraften økt til minimal brukskraft c, og tradisjonell hivkompensering gjenopptas.

Lastkompensering ifølge oppfinnelsen bevirker således at kraften i tauet 4, se kurve g

i fig. 4, forhindres fra å overstige maksimal, tillatt kraft e eller underskride minimal, tillatt kraft d.

Det kan også forekomme ikke viste strømmer på dypere vann som kan påvirket kolliet 12 tilstrekkelig til at korreksjonsleddet i perioder koples inn.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for løftkompensering av et kolli (12) som er koplet til et fartøy (1) ved hjelp av et tau (4) som er kveilet om en løfteanordning (2) sin tautrommel (6) og hvor løfteanordningen (2) er forsynt med en hivkompensator (20), idet en regulator (30) i hivkompensatoren (20) styrer pådraget til tautrommelen (6) sin drivanordning (32, 34, 42) på grunnlag av et hivledd og et avviksledd,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: - å kople inn et korreksjonsledd i hivkompenseringen når målt kraft i tauet (4), grunnet miljøkrefter, faller utenfor en første grense (d, e); og - å kople bort korreksjonsleddet når kraften i tauet (4) befinner seg innenfor en andre grense (c, f) hvor den andre grense (c, f) er lik eller innenfor den første grense (d, e).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor hivkompensatorens (20) avviksledd koples ut når korreksjonsleddet koples inn.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor hivkompensatorens (20) avviksledd tildeles et redusert bidrag når korreksjonsleddet koples inn.

4. Anordning for løftkompensering av et kolli (12) som er koplet til et fartøy (1) ved hjelp av et tau (4) som er kveilet om en løfteanordning (2) sin tautrommel (6) og hvor løfteanordningen (2) er forsynt med en hivkompensator (20), idet en regulator (30) i hivkompensatoren (20) er innrettet til å kunne styre pådraget til tautrommelen (6) sin drivanordning (32, 34, 42) på grunnlag av et hivledd og et avviksledd,karakterisert vedat anordningen er innrettet til: - å kunne kople inn et korreksjonsledd i hivkompenseringen når målt kraft i tauet (4), grunnet miljøkrefter, faller utenfor en første grense (d, e); og - å kunne kople bort et korreksjonsledd når kraften i tauet (4) befinner seg innenfor en andre grense (c, f) hvor den andre grense (c, f) er lik eller innenfor den første grense (d, e).

5. Anordning i henhold til krav 4, hvor anordningen er innrettet til å kunne kople ut hivkompensatorens avviksledd (20) når korreksjonsleddet koples inn.

6. Anordning i henhold til krav 4, hvor anordningen er innrettet til å kunne tildele et redusert bidrag til hivkompensatorens (20) avviksledd når korreksjonsleddet koples inn.