Modelowanie i analiza układu do obsługi modułów instalowanych na dnie morza Modelling and simulation of an subsea module handling system

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 78. Transport. 2011. Marek Szczotka Wydzia Zarzdzania i Informatyki Akademia Techniczno-Humanistyczna. MODELOWANIE I ANALIZA UKADU DO OBSUGI MODUÓW INSTALOWANYCH NA DNIE MORZA Rkopis dostarczono, marzec 2011. Streszczenie: W pracy przedstawiono model ukadu przeznaczonego do instalacji offshore moduów niezbdnych do transportowania ropy i gazu z odwiertów w dnie morskim. System jest montowany na specjalnych jednostkach pywajcych, wyposaonych w ukady dynamicznego pozycjonowania. Jednym z istotniejszych elementów ukadu jest system AHC (Active Heave Compensation), który kompensuje ruchy statku spowodowane falowaniem. Zastosowano uproszczony ukad pneumatycznohydrauliczny, wraz z odpowiednimi algorytmami sterowania prac wcigarek. adunek jest opuszczany na dno za pomoc wcigarki z kompensacj. Zamodelowano równie dodatkowe liny prowadzce adunek. Przedstawiono wyniki przykadowych oblicze numerycznych, dla ukadu pracujcego w zadanych warunkach, przy wczonym oraz wyczonym ukadzie prowadzenia moduu w trakcie instalacji. Sowa kluczowe: urzdzenia offshore, instalacja moduów, modelowanie. 1. SYSTEMY DO TRANSPORTU MODUÓW (MHS) Nieustajcy rozwój gospodarek wielu krajów wiata generuje zwikszone zapotrzebowanie na surowce energetyczne. Dlatego ju od kilku dekad znaczca cz energii pochodzi ze róde znajdujcych si pod dnami mórz i oceanów. Ich wydobycie staje si coraz bardziej kosztowne, poniewa istniejce zasoby w akwenach o maych gbokociach (do kilkuset metrów) s ju eksploatowane od duszego czasu. Nowe zoa ropy i gazu ziemnego, dla których powstaje obecnie wikszo infrastruktury zwizanej z ich eksploatacj, charakteryzuj si wikszymi wymaganiami w stosunku do systemów budowanych w minionych dekadach: du gbokoci (2000m i wicej), wysokim stanem mórz i oceanów, przy których prace wydobywcze musz by prowadzone w sposób cigy, a take silnymi prdami morskimi i niskimi temperaturami (obszary arktyczne). Coraz bardziej ekstremalne warunki wymagaj coraz wikszych nakadów przy jednoczesnym skróceniu czasu eksploatacji pól (s one czsto coraz mniejsze i coraz bardziej rozproszone) oraz obsugujcych ich urzdze. Czynnik ten bdzie w znacznym stopniu. .

(2) 86. Marek Szczotka. wpywa midzy innymi na ceny paliw w nastpnych latach. Z drugiej strony, te trudne warunki pracy wymuszaj szybki rozwój technologii rodków transportu i maszyn, niezbdnych do funkcjonowania brany wydobywczej. Bezawaryjna praca tych urzdze , niejednokrotnie w trudnych warunkach pogodowych (silne falowanie, prdy morskie oraz wiatr), wymaga specjalnego podejcia do zagadnie niezawodnoci i bezpiecze stwa [1-3]. Czstym rozwizaniem przy rónorodnych pracach przeadunkowych jest stosowanie urawi offshore, montowanych na statkach i platformach. Maszyny te nale do najbardziej efektywnych i uniwersalnych, charakteryzuj si licznymi zaletami. Jednak nie zawsze tego typu urzdzenie jest najodpowiedniejsze do wykonania pewnych prac, poza tym ich cena jest bardzo wysoka. Ponadto urawie czsto w tym samym czasie wykonuj inne zadania, wic zachodzi potrzeba uycia drugiego dwigu. W artykule przedstawiono dedykowany system do opuszczania i podnoszenia moduów uywanych przy eksploatacji morskich rurocigów na polach naftowych i gazowych. Moe on stanowi alternatyw dla urawi, dziki dostosowaniu konstrukcji do specyfiki prac instalacyjnych. W szczególnoci moe umoliwia prowadzenie adunku za pomoc ukadów dodatkowych lin i wcigarek, co jest trudne stosujc klasyczny uraw. W pracy krótko omówiono model systemu MHS (Multi-purpose Handling System), który jest wyposaony w ukad wcigarek z systemami AHC, a take zawiera wcigarki pomocnicze, stosowane do prowadzenia adunku. Poniej na Rys. 1 przedstawiono widok urzdzenia. wcigarki. kabinasterowania. moonpool wózektransportowy. Rys. 1. Widok systemu MHS od strony torowiska umoliwiajcego poziomy transport moduów (urzdzenie zaprojektowane i wyprodukowane przez AXTech AS). Struktura nona („wiea”) stanowi rodzaj konstrukcji ramowej, na której zamocowano wcigarki dla lin prowadzcych, gówn wcigark z ukadem AHC, kabin sterownicz oraz wiele innych komponentów dodatkowych (krki, szyny mechanizmu jazdy ramy prowadzcej adunek, cigi komunikacyjne, oprzyrzdowanie sterujce). MHS zosta. .

(3) Modelowanie i analiza ukadu do obsugi moduów instalowanych na dnie morza. 87. zamontowany na statku uczestniczcym w pracach instalacyjnych i obsudze wydobycia ropy i gazu, przy czym do stosowania omawianego systemu niezbdny jest specjalny kana w kadubie statku (moonpool). Moduy s opuszczane i podnoszone z dna przez ten kana, posiadajcy midzy innymi waciwoci eliminujce efekty dynamiczne pojawiajce si podczas przechodzenia adunku przez lustro wody. Wykonanie podobnej operacji za pomoc klasycznego urawia offshore (a wic w przypadku kiedy adunek jest opuszczany przez lustro wody poza obrysem kaduba), wymaga znacznie wikszego zapasu udwigu urawia, poniewa operacje takie cechuj si znacznie wikszymi siami dynamicznymi. Zatem, przy tych samych warunkach pogodowych, prezentowany MHS wymaga mniejszych nonoci ni wymagaby uraw pokadowy. Moduy s transportowane po pokadzie statku z hangaru (znajdujcego si w innej czci pokadu) do wiey, wykorzystujc specjalne wózki i system szyn.. wcigarkaAHC35t. HPU. Rys. 2. MHS od strony generatora i wcigarki z ukadem automatycznej kompensacji. Przedstawiony w pracy ukad jest przeznaczony do opuszczania moduów o wymiarach 6.5m x 6.5m x 8m, na gboko do 1500m. Maksymalna zdolno kompensacji falowania zostaje osignita przy wysokoci fal 5.0m. Cakowita masa wasna urzdzenia to 120t (wraz z osprztem i linami). Centraln czci systemu jest specjalnie zaprojektowany ukad napdowy dla wcigarek (Rys. 2): gównej z ukadem AHC o udwigu nominalnym 35t, dwóch specjalnych dla utrzymania staego nacigu lin prowadzcych modu w trakcie podnoszenia, obsugujcej ram prowadzc modu przez kadub statku (zabezpieczenie przez uderzeniami o ciany boczne) oraz pomocnicze dla obsugi pomostu zamykajcego moonpool i kurtyn bocznych. Podstawow funkcj napdu wcigarki z systemem AHC jest zapobieganie przed uderzeniem adunku o dno w czasie jego podnoszenia i opuszczania. Wcigarka kompensuje ruchy nurzania i koysania statku spowodowane falowaniem, poprzez odpowiedni dobór dugoci liny. Klasyczny ukad AHC wcigarki z napdem elektrycznym opisano midzy innymi w pracy [4]. W niniejszej pracy przedstawiono model matematyczny umoliwiajcy symulacj jednej z moliwych operacji wykonywanych za pomoc MHS. Skupiono si na operacji podnoszenia i opuszczania adunku przy dodatkowym istnieniu lin prowadzcych.. .

(4) 88. Marek Szczotka. W analizie uwzgldniono efekty dynamiczne wywoane zarówno ruchem unoszenia statku w wyniku jego ruchu podczas falowania morza, ale take oddziaywania lin. Wymuszenia pochodz take od si hydrodynamicznych spowodowanych prdkociami czsteczek wody (od falowania i prdów morskich).. 2. PODSTAWOWE ZAO ENIA I OPIS MODELU UKADU Model matematyczny, umoliwiajcy symulacj pracy ukadu i ocen wpywu wybranych parametrów na zachowanie si adunku i powstajce w ukadzie siy dynamiczne, zbudowano uwzgldniajc ponisze zaoenia: x ruch statku powstay w wyniku falowania morskiego traktuje si jako znany i opisany dowoln funkcj zalen od czasu i parametrów stanu morza i jednostki pywajcej, x nie uwzgldnia si podatnoci struktury nonej wiey oraz pokadu statku, x napd wcigarek lin prowadzcych zapewnia wzgldnie stay nacig lin, realizowany przez dostarczenie staego cinienia oleju do silników, x wcigarka gówna posiada hybrydowy ukad napdowy (hydro-pneumatyczny), natomiast prdko obrotowa bbna jest wymuszana kinematycznie, x uwzgldnia si podatno lin prowadzcych oraz podatno gównej liny nonej, poprzez jej dyskretyzacj metod sztywnych elementów sko czonych (SES), x adunek traktuje si jako bry sztywn o szeciu stopniach swobody, x prowadnice adunku mog by traktowane jako elementy sprysto-tumice o dowolnie definiowalnych charakterystykach. Ruch statku, na którym zamontowane jest urzdzenie, jest okrelony jeli znane s skadowe wektora q D , bdce wspórzdnymi uogólnionymi statku:. qD. f t ,RAO H s , Tz

(5)

(6). gdzie: H S , Tz - charakterystyczna wysoko i okres fali, qD. >xD. yD. xD. z D \ D T D M D @T - wspórzdne okrelajce ruch statku,. x D t

(7) ,...,M D. M D t

(8) , gdzie x D , y D , z D s przemieszczeniami jednostki. wzdu osi ukadu bezwadnociowego, natomiast kty \ D ,T D ,M D s ktami obrotu Eulera ZYX wzgldem tego ukadu, RAO

(9) - funkcje przejcia statku (Response Amplitude Operators). Schemat ukadu przedstawiono na rysunku 3.. . (1).

(10) Modelowanie i analiza ukadu do obsugi moduów instalowanych na dnie morza. 89. wiea profilfali. kreklinygównej {D}. moonpool & a. linagówna linyprowadzce. & v. ruchczstekwody modu {L}. y. z. {0}. x dno Rys. 3. Schemat ukadu MHS. Poniewa zaoono, e konstrukcja nona („wiea”) jest nieodksztacalna, trajektorie ruchu krków mona wyznaczy stosujc przeksztacenia jednorodne. Zatem ruch elementu liny stycznego do krka zamocowanego na wiey mona okreli za pomoc operacji [5]: rs(,0l ) TD t

(11) rsc,l (2) gdzie: rs(,l0) - wspórzdne punktu zejcia liny z krka w ukadzie globalnym {0} , rsc,l. const. - znane wspórzdne w ukadzie statku {D} ,. TD - macierz transformacji jednorodnej wspórzdnych z ukadu {D} do {0} .. Macierz transformacji jednorodnych jest zdefiniowana zgodnie z konwencj któw ZYX Eulera, w sposób podany w [5]. Liny prowadzce adunek, jak równie gówn lin non, dyskretyzowano za pomoc metody sztywnych elementów sko czonych, która szczegóowo opisana jest w monografii [6]. Pojedynczy sztywny element sko czony sesi(l ) jest opisany przez wspórzdne uogólnione (Rys. 4): ~ (l ) q i. >x. (l ) i. yi(l ). zi(l ) \ i(l ) T i(l ). M i(l ). @. T. gdzie: xi(l ) , yi(l ) , zi(l ) - przemieszczenia elementu i w ukadzie {D} , \ i(l ) , T i(l ) , Mi(l ) - kty obrotu Eulera elementu wzgldem ukadu {D} ,. . (3).

(12) 90. Marek Szczotka. l. - numer liny prowadzcej adunek (w pracy zakadano l 1,2 ). a). zî(l )1. b). {}i(l )1. sesi(l )1. sesi(l )1. '~ ri (l ). yˆ ic (l ) zîc (l ). xîc. (l ). zîc. esti(l ). yˆ ic (l ). xˆ ic (l ). ~ ' i(l ). yˆ i(l ). {}i(l ) zî(l ) esti(l )1. yˆ ic(l1). zîc(l1). xîc(l1). {}i(l ). zî(l ). xî(l ). yˆ i(l ). xi(l ) , yi(l ) , zi(l ). xî(l ). sesi(l )1. yˆ i(l )1. ~ rRc (,il) 1. (l ). ~ rLc,(il ). sesi(l ). xî(l )1. y sesi(l ). z. {0} x. Rys. 4. Dyskretyzacja metod sztywnych elementów sko czonych a) sztywny element sko czony sesi(l ) fragmentu liny l (przed deformacj). ~ b) ukad po deformacji: odksztacenie liniowe '~ri (l ) i ktowe ' i(l ) elementu esti(l ). Deformacja elementu sprysto-tumicego esti(l ) umoliwia, po przyjciu odpowiedniego modelu materiau, wyznaczenie si i momentów si wystpujcych w poczeniu elementów sesi(l )1 i sesi(l ) liny. Uzewntrznienie si i momentów si wynikajcych z odksztace elementów, w odrónieniu od obliczania skadników równa. ruchu pochodzcych od energii potencjalnej odksztace sprystych, pozwala na modelowanie dowolnych, nieliniowych charakterystyk sprystych i sprystoplastycznych materiau [7]. Transformacji wspórzdnych z ukadu lokalnego, zwizanego ze sztywnym elementem sko czonym sesi(l ) , dokonuje si stosujc podobnie przeksztacenie: r0. gdzie:. >x0. r0. >x q~

(13). ) ri(,lloc. ~ Ti(l ). . y0 (l ) i ,loc. (l ) i.

(14). ~ (l ) r (l ) TD q D (t )

(15) Ti(l ) q i i , loc. z0 1@T ) yi(,lloc. -. @. ) zi(,lloc 1. T. -. ) B i(l ) ri(,lloc. (4). wektor wspórzdnych w ukadzie bezwadnociowym, wektor wspórzdnych w ukadzie lokalnym, macierz transformacji z ukadu lokalnego sesi(l ) do ukadu statku {D} ..

(16) Modelowanie i analiza ukadu do obsugi moduów instalowanych na dnie morza. 91. Równania ruchu liny prowadzcej l wyprowadzono z równa Lagrange’a II rodzaju:. H k(l ) gdzie:. d wT wT dt wq k(l ) wqk(l ). H k(l ) E, V. D. Qk(l ) k 0,..., nl ,. wV wqk(l ). . wD wq k(l ). Qk(l ). (5). -. operator Lagrange’a,. -. energia kinetyczna i potencjalna, funkcja dyssypacji energii, niepotencjalna sia uogólniona,. -. nl jest liczb elementów sko czonych.. . Równania ruchu elementu sesk(l ) mona zapisa w postaci: . ~ (l ) A (kl ) q k. gdzie:. A (kl ). ªM (kl ) « ¬« 0. M (kl ). diag mk(l ) , mk(l ) , mk(l ). mk(l ). ^. 0 º » A (kl ) ¼». `. , I x(l, )k , I y(l,)k , I z(l, k). A k(l ). A k(l ) \ k(l ) , T k(l ) , M k(l ).

(17).

(18). (6). -. macierz mas,. -. podmacierz 3x3 o staych elementach,. -. masa i momenty bezwadnoci sesk(l ) , podmacierz 3x3 o zmiennych elementach (zalenych od \ k(l ) , T k(l ) , M k(l ) ), wektor prawych stron zawierajcy skadowe od si uogólnionych, ruchu unoszenia, si cikoci itp.. -. Fk(l ) . . ~ (l ) , q ~ (l ) , q ~ (l ) , q ~ (l ) F t, q k k k 1 k 1 , q D. . . Warunki pracy urzdzenia okrelaj, e element sesn(ll ) jest zamocowany na dnie morza. W modelu realizuje si to poprzez uwzgldnienie równania: . rn(l ,)0 l. B (nl ) rn(l ,)loc { const . l. l. (7). . Równanie (7) reprezentuje poczenie kuliste, czce sesn(ll ) z dnem w punkcie o wspórzdnych lokalnych okrelonych w rn(ll ,)loc . Element ses0(l ) jest obciony si w linie prowadzcej. Ruch bbna wcigarki (l ) , któr wyznacza si z równania: prowadzcej okrelony jest wspórzdn uogólnion MGW (l ) (l ) I GW MGW. gdzie:. . (l ) I GW. -. (l ) (l ) Tconst Fl(l ) rGW. masowy moment bezwadnoci bbna wcigarki,. (8).

(19) 92. Marek Szczotka. (l ) Tconst (l ) rGW. -. stay moment napdowy, promie podziaowy,. Fl (l ). -. sia w linie l .. . Zakada si, i adunek jest bry sztywn o szeciu stopniach swobody. Jego ruch jest okrelony w ukadzie bezwadnociowym przez równania ruchu wyprowadzone równie z równa Lagrange’a II rodzaju: . L A Lq gdzie:. a

(20). ( L) k , j k , j 1,..., 6. AL H (L ). qL. FL t , q L , q L

(21). (9). T , ak( L, j) tr ®B (kL ) H ( L )B(jL ) ½¾ ,. ¿. ¯. jest macierz pseudo-masow, >xL yL z L \ L T L M L @T ,. B (kL ). wB ( L ) wq k( L ). , B (L ) - macierz transformacji z {L} do {0} ,. FL - wektor prawych stron równa ruchu.. . adunek opuszczany jest za pomoc liny gównej. Aby ograniczy wpyw prdów morskich, stosuje si prowadzenie adunku z wykorzystaniem dodatkowych lin, Rys. 5. lina nona. prdy morskie, Fl(1) fale. Fl ( 2) prowadnica. modu. yˆ L xˆ L. lina prowadzca. zˆ L. lina prowadzca. {0} przeguby kuliste. Rys. 5. adunek (modu) opuszczany przy wykorzystaniu lin prowadzcych . W celu okrelenia si dziaajcych na adunek oraz lin l , zaoono, e prowadnice posiadaj sztywno i tumienie w kierunkach osi xˆ L oraz zˆ L . Obliczajc wspórzdne pocztku i ko ca sesi(l ) bdcego w kontakcie z prowadnic: . gdzie:. . ri(,la),loc. >. li( l ). ra(l,i). B i(l ) ri(,la),loc. rb(,li). Bi(l )ri(,lb),loc. @,r T. 2. 0 0 1. (l ) i ,b ,loc. >. li( l ). >xa >xb. ya. z a 1@T. (10.1). yb. zb 1@. (10.2). T. @, T. 2. 0 0 1.

(22) Modelowanie i analiza ukadu do obsugi moduów instalowanych na dnie morza. 93. oraz zakadajc wspórzdn y L ,0 okrelon przez: . gdzie:. y L ,0. 1 0 0@ ,. B ( L ) rk( L ). (11). . >0. rk(L ). - wektor wspórzdnych prowadnicy w ukadzie {L} ,. ) k 1,..., n (pL ) , n (L - liczba prowadnic, p. . mona wyznaczy siy wynikajce z odksztace prowadnicy z zalenoci: . gdzie:. Fc(,lz),k. ck(l,)z. (l ) L,0 z c.

(23)

(24). (12.1) (12.2). m z b z a

(25) z a ,. y L ,0 y a. m. ck(l,)z x L,0 xc(l ). m xb x a

(26) x a ,. xc(l ) z c(l ). z. Fc(,lx),k. yb y a. xL ,0 , z L ,0. ck(l,)x , ck(l,)z. ,. - wspórzdne otrzymane z zalenoci (11) zakadajc odpowiedni wersor w operatorze zwajcym , - wspóczynniki sztywnoci.. . W pracy zaoono, i siy hydrodynamiczne mog by opisane zgodnie z równaniem Morisona [8]. Zaoenie to jest suszne zarówno dla lin jak i samego adunku, jeli wymiar charakterystyczny jest co najmniej piciokrotnie mniejszy od dugoci fali [9]. Równania ruchu caego ukadu, wraz z równaniami wizów, zapisano w formie ukadu równa róniczkowych: . gdzie:. DR H t , q, q

(27) Aq G t , q, q

(28) DT q. >q. q. q. (l ). H. R. ^. `. (1) ( 2) diag A (1) , A ( 2) , I GW , I GW , A L , A (l ). A. (1)T. ~ l

(29) T ªq «¬ 0. q ( 2). T. (1) M GW. ( 2) M GW. q TL. @. T. ^. (13). `. ~ ~ diag A (0l ) ,..., A (nl ) , l. - wektor wspórzdnych uogólnionych,. T. ~ l

(30) T º , ... q nl » ¼. - wektor prawych stron równa ruchu, >Rx(1) R y(1) Rz(1) Rx(2) R y(2) Rz(2) @T - wektor nieznanych reakcji wizów,. D, G - macierze wspóczynników równa wizów.. . Równania (13) cakowano metod Rungego-Kutty IV rzdu ze staym krokiem cakowania. Warunki pocztkowe zagadnienia dynamiki wyznaczano metod Newtona rozwizujc ukad równa nieliniowych w zadaniu statyki.. .

(31) 94. Marek Szczotka. 3. PRZYADOWE SYMULACJE NUMERYCZNE W oparciu o wyprowadzony model matematyczny ukadu zbudowano odpowiedni program komputerowy wykorzystujc rodowisko programistyczne Microsoft Visual C++. Podstawowe dane zaoone do oblicze przedstawiono w Tabeli 1. Przyjte wymuszenie statku w kierunku pionowym i wzdunym (ruchy nurzania i oscylacji wzdunych) jest opisane prostymi funkcjami harmonicznymi, co odpowiada przypadkowi fali regularnej (Rys. 6 a). Kty obrotu statku przyjto jako równe zeru. Zaoono równie brak wymuszenia ruchu bbna wcigarki gównej (dugo liny odwinitej z bbna nie zmienia si). Na dynamik adunku oddziauj, oprócz wymusze spowodowanych ruchem statku i/lub nawijaniem liny na bben gównej wcigarki, siy hydrodynamiczne. Przyjto, e prdko czstek wody spowodowana pywami wynosi: vc na powierzchni akwenu i maleje liniowo do zera przy powierzchni dna. Dodatkowe zmiany prdkoci wody na danej gbokoci wynikaj z ruchu orbitalnego czsteczek, wywoanego falowaniem. Uwzgldniono take siy hydrodynamiczne dziaajce na liny prowadzce i non. Tablica. 1 Podstawowe parametry modelu przyjte w obliczeniach Parametr masa adunku mL. Warto. gboko d. 400m. prdko prdu morza vc. wysoko fali H s wspóczynnik oporu hydrodynamicznego adunku C D , L. 1.0m. okres fali Tz wspóczynnik oporu hydrodynamicznego liny C D ,l. 1.4. rednica nominalna lin prowadzcych. 24mm. promie bbna wcigarki liny prowadzcej. Parametr ) nacig lin Fl(,lnom , l. 4000kg. 2.2 0.15m. 1,2. b). vL[m/s]. przemieszczenia[m]. a). czas[s]. czas[s]. Rys. 6. a) Przebiegi wymuszenia ruchu jednostki pywajcej, b) prdko adunku wzdu osi y. . Warto 16.2kN 0.0 - 0.5 9s. m s.

(32) Modelowanie i analiza ukadu do obsugi moduów instalowanych na dnie morza. 95. Dla adunku opuszczonego na gboko 300m obliczono przemieszczenia wywoane falowaniem i parciem prdu, a wyniki przedstawiono na Rys. 7. W przypadku braku systemu lin prowadzcych, odchylenie adunku w kierunku prdkoci prdu dochodzi do 4m. Zastosowanie lin prowadzcych, nawet przy stosunkowo niskim nacigu, prowadzi do ograniczenia tego przemieszczenia. W analizowanym przykadzie odchylenie adunku wynosi ok. 0.5m. Przyjty tryb pracy wcigarek lin prowadzcych zapewnia wzgldnie stay nacig lin, dlatego w przypadku pojawienia si znacznych si bocznych (wywoanych na przykad silnym prdem), lina zostanie odwinita z bbna i adunek podlega zwikszonym przemieszczeniom poprzecznym. Po ustaniu si poprzecznych, stay moment napdowy powoduje nawijanie si lin, i adunek jest sprowadzany do pozycji ustalonej przez napicie lin. b). xL[m]. Fliny[kN]. a). czas[s]. czas[s]. Rys. 7. a) Wpyw lin prowadzcych na wspórzdn x adunku, b) siy nacigu liny prowadzcej przy bbnie oraz reakcja w miejscu mocowania liny w dnie. Warto bezwzgldn reakcji pionowej obliczonej dla punktu zamocowania liny prowadzcej w dnie przedstawia rysunek 7 b). Bezwadno ukadu powoduje, e sterowanie prac wcigarki (zastosowano stay moment napdowy bez informacji o stanie ukadu) powinno uwzgldnia równie prdko zmiany pooenia statku. Niska warto si nacigu lin prowadzcych oraz znaczna masa adunku, powoduje due wartoci przemieszcze ktowych (i prdkoci) bbnów wcigarek, dlatego efekty dynamiczne ujawniaj si w postaci waha siy napicia lin.. 4. PODSUMOWANIE W pracy przedstawiono ukad systemu do obsugi moduów stosowanych w instalacjach offshore przy wydobyciu ropy i gazu. Uproszczony model matematyczny umoliwia wstpn analiz si powstajcych w trakcie pracy urzdzenia w warunkach falowania morskiego. Wyniki symulacji mog by przydatne w fazie projektowania urzdzenia, definiowania wymaga i specyfikacji poszczególnych komponentów ukadu, jak równie. .

(33) 96. Marek Szczotka. do okrelenia warunków granicznych, przy których moliwa jest jeszcze bezpieczna praca urzdzenia. Ze wzgldu na znaczne koszty poszczególnych moduów instalowanych na dnie morza, operacje zwizane z ich przemieszczaniem musz by wykonane w sposób kontrolowany. Opracowany model i program wzgldnie szybko pozwalaj na ocen ustawie podstawowych parametrów eksploatacyjnych, geometrycznych i tych zwizanych z bezwadnoci, dla danego rodzaju wymuszenia (warunków pogodowych). Innym moliwym zastosowaniem przedstawionego modelu jest sterowanie prac wcigarek AHC oraz pomocniczych, do uzyskiwania danego nacigu lin prowadzcych. Moliwe jest poczenie modelu dynamiki z algorytmami sterowania, oraz czujnikami ruchu jednostki. Ukad taki zostay zbudowany oraz zainstalowany w prezentowanym w pracy urzdzeniu. Jako kompensacji waha adunku, przy masach rzdu 20-30 ton wynosi 95% przy charakterystycznej wysokoci fal 5.0m. Wynik ten cakowicie wystarcza na bezpieczn instalacj infrastruktury w warunkach bardzo intensywnego falowania. Autor dzi kuje firmie AXTech AS (Molde, Norwegia), producentowi systemów MHS, za zgod na opublikowanie zdj i szereg danych do oblicze .. Bibliografia 1. Hann M.: Komputerowa analiza niezawodnoci i bezpiecze stwa maszyn i konstrukcji okrtowych poddanych koysaniom. Okrtownictwo i egluga, 2001. 2. Hann M.: Statics and dynamics of multi-cable systems for semi-submersibles. Marine Structures 1995, Vol. 8, 1, s. 555-583. 3. Szelangiewicz T.: Wpyw kotwicznego systemu utrzymania pozycji na koysania statku w obecnoci wiatru prdu i falowania. Prace Naukowe Politechniki Szczeci skiej, Nr 523, 1995. 4. Szczotka M.: Simulation of an AHC system during offshore installation. Logistyka 2010, 2, s. 2311-2320. 5. Craig J.J.: Wprowadzenie do robotyki. WNT, Warszawa 1995. 6. Wittbrodt E., Adamiec-Wójcik I., Wojciech S.: Dynamics of flexible multibody systems. The rigid finite element method. Springer 2006. 7. Szczotka M.: Pipe laying simulation with an active reel drive. Ocean Eng. 2010, Vol. 37, 2, s. 539-548. 8. Morison J.R., O'Brien M.P., Johnson J.W., Schaaf S.A.: The force exerted by surface waves on piles. Petroleum Transactions, 1950, Vol. 189, s. 149-154. 9. Chakrabarti S.K.: Hydrodynamics of offshore structures. WIT Press 1987.. MODELLING AND SIMULATION OF AN SUBSEA MODULE HANDLING SYSTEM Summary: Dedicated, multi-purpose module handling system (MHS) is presented in the paper. Typically such equipment is assembled on a special offshore vessel, performing various construction works related to subsea field developments. Special modules (for example pumps, compressors, special tanks) are lowered towards the seabed and need to be positioned precisely on defined foundation. This is possible thanks to the application of the guide wires and an AHC (Active Heave Compensation) system. The module handling system is useful tool in the case of strong sea currents. When the module has to be lowered directly into a precise location on the seabed, general, offshore crane cannot be used easily. In this case, the MHS is far better solution. A simplified mathematical model of the system is shortly presented in the article, together with some example simulation results. The influence of the guide wires on the behavior of a load is presented through the results. Keywords: MHPS, simulation of module installation, offshore equipment. Recenzent: Lech Kobyliski. .

(34)