Technische Universiteit Delft
Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen
Transporttechnologie



K.W. Yuen Heavy lift operations.
Literatuuropdracht/scriptie, Rapport 99.3.TT.5143, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.


Onder 'offshore heavy lift operation' wordt het transport van zeer zware modulen op zee verstaan. Met behulp van drijvende kranen worden deze modulen, met een gewicht van 10.000 ton of meer, geïnstalleerd op het booreiland; of als er sprake is van removal, van het booreiland afgehaald. Meestal worden deze modulen op een ponton naar de bestemming vervoerd. Een drijvende kraan heeft de taak deze units van de ponton naar het olieplatform of vice versa te takelen. In het algemeen gebruikt men hiervoor drie soorten kraanschepen: een barge, een conventioneel kraanschip een semisubmersible.

De bruikbaarheid van drijvende offshore kranen voor het installeren / afbreken van offshore constructies hangt, behalve van het gewicht van de module, af van het golfpatroon ter plekke en van het bewegingsgedrag van de kraanschepen. In het rapport worden de drie genoemde typen kraanschepen besproken en met elkaar vergeleken. Van de bewegingen van het kraanschip zijn de roll- en pitchbewegingen van groot belang, met de verticale beweging (heave) van het kraanschip als de meest kritische parameter tijdens de lift1ngsactie. Bovendien hangt het zeer gecompliceerde bewegingsgedrag (vooral bij Semisubmersible Crane Vessels, SSCVs) ook af van de lengte van de hijskabel en de massa van de last. Deze bewegingen zijn uitvoerig onderzocht. Bij de SSCV hebben de gekoppelde resonantiebewegingen heave, pitch, roll en die van de opgehangen last grote invloed. Een afname van horizontale lastbeweging reduceert, in het geval van gekoppelde pitch-, roll- en last-oscillaties, de pitch- en roll-bewegingen van het schip, en, ten gevolge daarvan, de verticale lastbeweging.

In dit verslag is een wiskundig lineair model met acht vrijheidsgraden gepresenteerd. Het model beschrijft het ingewikkelde bewegingsgedrag van kraanschepen met opgehangen last en geeft aan dat de vorm van de kraanschepen hun bewegingsgedrag bepaalt. Mede doordat heavy lifting operaties niet in zwaar weer worden uitgevoerd, is de SSCV superieur aan de andere twee typen kraanschepen. Voor de SSCV zijn de minimale bewegingen in gematigde zeegang karakteristiek, terwijl het zwak gedempte resonantie-schommelingen vertoont in lange golven. Bij barges en kraanschepen zijn de resonantie-effecten minder significant vanwege de grotere demping. Ten gevolge van de doorsnede van de romp met het wateroppervlak, wat een gunstiger verhouding van displacement / oppervlakte geeft. Hun bewegingen in gematigde zeegang zijn echter groter. Dit is meer een kwestie van waterverplaatsing dan van de scheepsvorm. Bij de simulatie vertonen een kraanschip en een SSCV met een vergelijkbare waterverplaatsing ook vergelijkbaar bewegingsgedrag. Grote offshore maatschappijen, zoals Heerema, zijn met onderzoek begonnen naar de mogelijkheden van een kraanschip met twee zware hijskranen aan boord en een waterverplaatsing van meer dan 300.000 ton.

De bewegingen van de kraanschepen hangen sterk af van de zeegang. Het bewegingsgedrag van de verschillende scheepstypen is niet aan elkaar gelijk bij een gelijk golfpatroon. Om goed te weten hoe kraanschepen zich gedragen in open zee, worden vaak modelproeven en simulaties uitgevoerd. Om zo betrouwbaar mogelijk resultaten te krijgen dient men de zeegang goed na te bootsen. Om de zeegang te bestuderen gebruikt men als uitgangspunt de sinuscurve om de regelmatige golven te definiëren. Door de amplitude, golflengte en faseverschuiving te variëren worden diverse regelmatige golven gecreëerd. Door middel van het energiespectrum kan men vaststellen hoeveel energie een golftrein bij een bepaalde frequentie bezit. Wanneer de golflengte ongeveer gelijk is aan de lengte van het schip, dan ontstaan er schommelingenj en gaat het schip meedeinen. Als de golflengte erg lang is (bij rustig weer), zullen de golven weinig bewegingen veroorzaken.
Door deze sinussen met verschillende amplitude, golflengte en faseverschuiving bij elkaar op te tellen, krijgt men een onregelmatig golfpatroon, dat de werkelijke zeegang zeer dicht benadert. Dit onregelmatige golfpatroon kan men als input in de computer invoeren. De uitkomst is dan het bewegingsgedrag van het vaartuig.

In dit verslag zijn verder twee voorbeelden van 'active heave compensation systems', actieve deiningscompensatiesystemen, opgenomen. Het betreft systemen voor een maximaal takelgewicht van niet meer dan 200 ton. Deze apparaten bestaan uit een toren, een kraanarm en een of meerdere hydraulische cilinders met daarbij behorende control units. De taak van active heave compensation system is de hoogte van de haak snel te veranderen (de golven volgen als het ware) om de opgehangen last veilig en zonder schade van de supply boot op te takelen of op de boot neer te zetten.
De reden waarom zulke systemen niet bij de heavy lifting operaties worden toegepast, is de energie die nodig maar niet voorhanden is. Om de module 1 meter te hijsen, dienen de hijstrommels veel meer in te korten, omdat de kabels vele malen zijn ingeschoren (inscheren = het halen en spannen van de hijskabel door twee groepen leidschijven). Om nu een massa van meer dan 10.000 ton constant en snel van hoogte te veranderen, is een energievraag nodig in de orde van grootte van een kleine energiecentrale.


Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
Gewijzigd: 2007.01.06; logistics@3mE.tudelft.nl , TU Delft / 3mE / TT / LT.