NO831103L - Kompensering av boelgekrefter - Google Patents

Description

INNLEIING

Dette notatet skisserer korleis flytande konstruksjonar

kan utformast slik at dei får lita hivrørsle i bølgjer.

Bakgrunnen for ideen som ligg til grunn for dette arbeidet ,

er bølgjeenergiforsking. Eit hovudproblem her er nemleg å

skaffa ein fast referanse som konverteringsmekanismen kan arbeida,

i mot. Utan ein slik referanse blir kraftverket svært ineffektivt.

Innan bølgjeenergiforsking har det etablert seg tre metodar til å skaffa eit referansepunkt på. Den mest innlysande er å nytta sjøbotnen. Eks.empel på dette er svingande væskesøyler som står på botnen. Dette er ofte ei dyr løysing avdi konstruksjonen blir svært stor. Denne løysinga er difor avgrensa til relativt grunt vatn dei'bølgjeenergien vanlegvis er ein del redusert p.g.a. botnfriksjon. Ein annan metode er å nytta ein langstrakt, skips-liknande konstruksjon som strekker seg over minst ei gjennomsnitts bølgjelengd. Kreftene langs med konstruksjonen har då varierande forteikn og vil difor delvis kompensera, kvarandre. Resultatet er at skrovet har små hivrørsler og representerer såleis den nødven-dige faste referansen. Bøyemomenta på ein slik konstruksjon blir store. Denne løysinga er difor også dyr. Den tredje metoden er å nytta ein flytande konstruksjon med gyroskop ombord. Skrovet kan utføra rullande, dempa rørsler i forhold til gyroskopaksen og på den måten produsera energi. Dette kan bli ei teknisk kom-plisert og dyr løysing. Vi konstaterer at ein vesentleg del av kostnaden ved konvertering av bølgjeenergi, til nytteenergi ligg i å skaffa den nødvendige faste referansen.

I det følgjande skal vi gjera greie for ideen til ein fjerde metode til å skaffa ein referanse på. Forslaget går ut på å utforma ein passivt flytande konstruksjon på ein spesiell måte slik at han får små vertikale rørsler i bølgjene.' Det er bygd modellar av konstruksjonen og målingar på desse blir presentert. Måle-resultata viser at det er mogleg å. få den flytande konstruksjonen til å hiva vesentleg mindre enn bølgjeutsvinget over eit stort frekvensintervall.

Ideen som blir presentert i dette notatet kan nyttast i bølgjekraftverk. Det kan også tenkjast at han kan ha eit bruksområde innan petroleumsteknologi til havs,

VERKEMÅTE

Figur 1 viser bølgjekrafta på ein bøye (kropp nr. 1) og

ein neddykka lekam (kropp nr. 2), respektivt, som funksjon av bølgjefrekvensen. Ein skal merka seg at dei relative dimensjonane av kroppane og neddykkinga av kropp nr. 2 kan veljast slik at Icreftene på dei to kroppane blir omlag like store over eit visst frekvensintervall. Dessutan: dersom kroppane er små i forhold til bølgjelengda, vil kreftene på dei to kroppane vera 180° ute av fase. Ideen er då denne: Dersom vi forbinder dei to kroppane med stag (fig. 2), slik at dei utgjer ein kropp, vil den netto bølgjekrafta på denne samansette lekamen vera tilnærma null. Kreftene på den flytande lekamen blir kompensert av kreftene på den neddykka lekamen. Ein lekam som ikkje blir utsett for bølgje-krefter, blir heller ikkje sett i rørsle. Ein skulle altså vente at h ivr ør sla til ein slik konstruksjon vil bli .liten i eit visst frekvensintervall. Kva for frekvensintervall dette skjer, er

.eit dimens joneringsspørsmål.

Kraftkompensering kan også etablerast på konstruksjonar sem ikkje er små i forhold til bølgjelengda. Lat oss tenkja oss ein lang, skipsiiknande , flytande kropp. Denne kroppen er forbunden med ein lang neddykka. kropp, slide som illustrert i figur 3. Den neddykka kroppen er så vidt mulig utforma, slik at bølgjekrafta som verkar mellom to vertikale snittplan på kroppen blir kompensert av bølgjekrafta som verkar'på ftytekroppen mellom dei same to snittplåna (sjå figur 3). På denne måten kan ein få ein lokal kraftkompensasjon langs med heile den langstrakte konstruksjonen. Ein må då vente at den samansette lekamen både får lita. hivrørsle og lita stamperørsle. Merk også at sidan kra ftkomuensasjonen er lokal, vil bøyemomentet på den samansette lekamen vera mindre enn på lekamane kvar for seg utan stag mellom dei.

I tillegg til at den neddykka kroppen, som t.d. kan vera ei plate, kompenserer bølgjekrefter, vil han også påverka dei dyna-mi ske forholda ved å auka svingemossen til konstruksjonen. Ei plate vil dessutan gi kver-velavltfysing og dermed auka den effektive dempinga av dei vertikale, rørslene til konstruksjonen. Dette gjeld serskilt"for store bølgjer.

MODELLAR

Vi hav bygd to modellar. Den eine er rotasjonssymmetrisk (bøye) og den andre langstrakt (skip). Som neddykka kroppar er det i modellane nytta plane plater. Målestokkane er tenkt 1:100 og 1:125, respektivt. Figurane 4 og 5 viser skisser av modellane. Ved dimensjoneringa av modellane har ein som ei fyrste tilnærming rekna med at bølgjekrafta, på den samansette konstruksjonen er lik summen av kreftene på kvar- av dei isolerte kroppane. Merk at for å få tii god kraftkompensasjon må arealet av den neddykka plata vera vesentleg større enn vassplanarealet av den flytande kroppen. Vidare må neddykkinga av plata vera av storleiksorden A/2ir , der X er ei gjennomsnitts bølgjelengd.

Z 0 \ L /

MÅLERESULTAT

Figur 6 viser hivrørsla for bøyen som funksjon av bølgje-per.ioden i modellskala. Dersom plata blir tatt bort, vil den lette bøyen få omlag same utsving som bølgja, d.v.s s/n = 1. Ein ser då av figuren at for periodar T < 1.4 s får den samansette konstruksjonen ei vesentleg mindre hivrørsle enn den isolerte bøyen. Figurane 7 og 8 viser hivrørsla og stampevinkelen, respektivt, for skipet. Måleresultat for skipet utan plate er også. vist.

Som ein ser, er verknaden av den neddykka delen av konstruksjonen stor.

VIDARE MÅLINGAR

Førebels er det berre gjort målingar med inni allsretning

til bølgjene i lengderetninga av skipet. Sjølv om skipet kan orienterast slik at baugen peiker mot bølgjene, vil det vera av interesse å måle rørsla til skipet også for andre bølgje-innfallsretningar. Vidare må oppførsla til konstruksjonen i ekstreme bølgjer målast.

ALTERNATIVE KONSTRUKSJONAR

Ein skal merka, seg at kraftkompenseringsmetoden også kan nyttast på flytande plattformkonstruksjonar. Eit eksempel er vist i figur 9. Plattforma er løfta over bølgjenivået ved hjelp av søyler festa til oppdriftskroppar med relativt store vassplanareal. Bølgjekreftene blir kompenserte ved hjelp av ei neddykka plata under kvar av flytekroppane. Avdi oppdrifts-kroppane har store vass planarea1, vil stabiliteten på plattforma bli god.

Claims (1)

1. Utforming av flytande konstruksjon for reduksjon av vertikale rørsler til konstruksjonen i bølgjer, der konstruksjonen består av ein flytende del og ein fullt neddykka del og der drei nemde delane er fast forbundne med kvarandre ved hjelp av stag, fagverk o.l.,karakterisert vedat utforminga av den flytande og den neddykka delen og vertikalavstanden mellom dei to delane er valt slik at dei vertikale bølgjekreftene som verkar på konstruksjonen er lokalt kompenserte, dvs. at dei vertikale bølgjekreftene som verkar på eit lokalt område av den flytande delen, der området i horisontal utstrekning er lite i forhold til ei bølgjelengd, er omlag like store og motsett retta dei vertikale bølgjekreftene som simultant verkar på eit tilsvarende direkte underliggande område av den neddykka delen, slik at summen av bølgjekreftene på kvart par av områder er null eller tilnærma null over eit vesentleg og karakteristisk frekvensintervall for bølgjene.