Technische Universiteit Delft
Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen Transporttechnologie
M. Barends Dynamic behaviour of a floating container crane
Doctoraalopdracht, Rapport 2007.TEL.7207, Sectie Transporttechniek en Logistieke Techniek.
De druk op zeehavens zoals 'the port of Rotterdam' neemt met het groter worden van de containerschepen steeds meer toe. De grote zeehavens krijgen steeds grotere aantallen containers te verwerken.
Huidige prognoses doen vermoeden dat conventionele zeehavens in de toekomst niet meer kunnen voldoen aan de groeiende vraag naar services van reders. Om deze reden zijn de Technische Universiteit van Delft in samenwerking met het Havenbedrijf Rotterdam een onderzoeksproject gestart 'The container terminal of the futureö'.
Uit dit onderzoek volgde dat een drijvende containerkraan de mogelijkheid biedt een containerschip ook vanaf de waterzijde te lossen en de containers direct op een binnenvaartschip te plaatsen.
In navolgende onderzoeken volgde een concept van de drijvende containerkraan en een benadering van de statische stabiliteit van de drijvende kraan. Hieruit volgde de vraag naar meer inzicht in het dynamische karakter van de kraan en de invloed hiervan op de productiviteit van de drijvende kraan. Het dynamische gedrag is onderzocht en wordt in dit verslag beschreven.
Het concept bestaat uit een multihull van twee pontons, op deze pontons is een bestaande landkraan geplaatst. Deze landkraan lost de containers van een containerschip en plaatst deze op een buffer op de voorste ponton. De multihull biedt de mogelijkheid voor binnenvaartschepen onder de kraan af te meren tussen de pontons. Met behulp van een tweede kraan, de bargecrane, worden de containers van de buffer op de binnenvaartschepen geladen. De bargecrane verplaatst zich tussen de twee pontons boven de binnenvaartschepen
Voor het onderzoeken van de het dynamische gedrag van de drijvende containerkraan is een model gemaakt met behulp van het multibody pakket ADAMS. Voor het model is de kraan gesimplificeerd en zijn de belangrijkste verstorende en stabiliserende invloeden geïdentificeerd. Onder verstorende invloeden wordt verstaan, katrijden en hijsen, traagheid, winddruk en golven. Met de stabiliserende invloeden worden de invloeden aangeduid die ertoe bijdragen dat de kraan zijn oorspronkelijke positie probeert te handhaven. Dit zijn de waterdruk, volgend uit de pontons, en het toegepaste mooring systeem dat de kraan positioneert ten opzichte van het containerschip.
Met behulp van het ontwikkelde model is de invloed van verschillende parameters onderzocht en is het gedrag van de kraan, waar mogelijk, verbetert. Hieruit kwam naar voren dat de bewegingen van de kraan hoofdzakelijk gekarakteriseerd worden door de rotaties in de roll, pitch en yaw. De verplaatsingen die optreden als gevolg van de heave, surge en sway zijn relatief laag tegenover de verplaatsing die voortkomen uit de rotaties. De meest kritieke bewegingen voor de productiviteit van de kraan zijn de pitch en de yaw. De pitch wordt veroorzaakt door massa verplaatsingen die voortkomen uit de bargecrane en kan daarbij versterkt worden door wind en golf invloeden. De yaw volgt in de meeste situaties uit veranderingen in de pitch als gevolg van de traagheid van de kraan in de yaw. Snelle veranderingen in de pitch moeten ten alle tijden voorkomen worden.
De dynamische responsie van de kraan is verbeterd door o.a. de snelheid waarmee massa's verplaatsen op de drijvende kraan aan te passen aan de traagheid van de kraan in een specifieke richting.
Een grootte verbetering van de kraan bewegingen werd bereikt door het achterste ponton te vergroten, dit geeft onder andere ook de mogelijkheid om meer ballast in te nemen.
Voor de roll werd een grote verbetering gevonden door de bargecrane als contragewicht voor de deepseacrane te gebruiken.
Het plaatsen van een container door de deepseacrane of bargecrane wordt bemoeilijkt door de optredende kraan bewegingen. Voor de deepseacrane komt daar ook het positioneren van een spreader bij ten opzichte van een bay of container bij waarvan de effectiviteit, waarmee dit kan plaatsvinden, eveneens bepaald wordt door de kraanbewegingen.
Voor de bargecrane geldt dat de verplaatsingen die gecompenseerd moeten worden niet extreem groot zijn. De verplaatsingen liggen voor de uitgevoerde simulaties in de grootte van 0,3 tot 0,5 meter. Gezien de periode waarin deze verplaatsingen plaatsvinden, lijkt het mogelijk voor de bargecrane deze verplaatsingen te compenseren.
Voor de deepseacrane is de situatie ongunstiger. Onderinvloed van zijwaartse verplaatsingen van de klap zijn de container en spreader onderhevig aan zijwaartse slingeringen. Deze zijwaartse klapuitslagen worden hoofdzakelijk veroorzaakt door de yaw in de kraan. In een 'rustigeöomgeving zijn de slingeringen van de container en spreader nog redelijk en lijkt het productief inzetten van de drijvende kraan mogelijk, de verplaatsingen van de container en spreader liggen in de orde van 0,1 en 0,3 meter met een periode van 10 tot 12 seconden.
Wanneer er echter verstoringen van wind en golven bijkomen, vergroot de verplaatsing van de container en spreader dermate dat dit het gebruik van de kraan ernstig kan belemmeren of zelfs onmogelijk kan maken. De zijwaartse slingering van de container/spreader varieert tussen 0,1 en 0,85 meter in de uitgevoerde simulaties.
De ruimte die de drijvende kraan gebruikt om in te bewegen in de omgeving is beperkt en wordt voornamelijk bepaald door de klapuitslag. De maximaal optredende verplaatsing van de klap in de x-richting is dermate laag dat het niet aannemelijk lijkt dat deze een naburige landkraan zal raken onder de gesimuleerde omstandigheden.
katrijden met de deepseacrane. De ruimte tussen beide bays is op 2 meter verondersteld en hiermee ook de ruimte tussen de twee kruisende containers. Met de zijwaartse uitslag van de containers zoals hierboven genoemd is de ruimte tussen beide containers hierbij kritiek te noemen.
Rapporten studenten Transporttechniek en Logistieke Techniek
