Badania dotyczące rozchlapywania i uderzeń fal

Kistler offers force and pressure sensors for sloshing (LNG movement and cavitation) and slamming (wave impact) tests.

Ruchome ciecze mogą wywierać ogromny nacisk na konstrukcje wewnątrz i na zewnątrz statków oraz na instalacje morskie, takie jak platformy wiertnicze lub turbiny wiatrowe. Niezawodne pomiary zjawisk rozchlapywania (ruchy LNG i kawitacja) i uderzeń fal (slamming) wymagają czujników ciśnienia i dynamometrów dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Rozchlapywanie: rozwiązania w zakresie testowania i oceny dla tankowców LNG

Kistler provides research labs worldwide with application-specific pressure sensors for LNG sloshing testing and assessment.

Gaz ziemny służy jako alternatywne źródło energii i jest transportowany przez specjalne tankowce LNG (skroplony gaz ziemny) na całym świecie. Konstrukcje ich zbiorników muszą wytrzymywać ruchy LNG – tzw. rozchlapywanie (sloshing) – nawet przy silnym falowaniu. Firma Kistler dostarcza laboratoriom badawczym na całym świecie czujniki ciśnienia dostosowane do konkretnych zastosowań – w tym czujniki IEPE i czujniki o bardzo małych gabarytach – do testowania i oceny rozchlapywania.

Gaz ziemny można efektywnie transportować wyłącznie w postaci skroplonej. Schłodzenie gazu do temperatury –162°C (–260°F) powoduje zmniejszenie jego objętości 600-krotnie, dzięki czemu można go transportować tankowcami LNG. Wiatr i fale mogą powodować ruchy LNG w częściowo wypełnionych zbiornikach statków. Ruchy te – znane jako rozchlapywanie (sloshing) – mogą wpływać na stabilność statku i narażać wewnętrzne membrany zbiorników na duże obciążenia.

Wiele laboratoriów badawczych na całym świecie zajmuje się badaniem obciążeń dynamicznych wywołanych przez rozchlapywanie się (sloshing) paliwa na konstrukcje zbiorników tankowców LNG. Procedury testowania i oceny rozchlapywania się paliwa zazwyczaj obejmują prostokątny model 2D zbiornika LNG na heksapodzie; stosuje się również modele 3D w małej skali. Czujniki ciśnienia są zazwyczaj rozmieszczane w konfiguracjach klastrowych na ścianie modelu zbiornika, w różnych miejscach, w których najprawdopodobniej wystąpią silne uderzenia.

Mały rozmiar

Mała średnica czołowa jest jednym z kluczowych wymagań dla czujników w tym zastosowaniu. Dzięki takiej konfiguracji czujniki można zainstalować jak najbliżej siebie, aby zoptymalizować rozdzielczość przestrzenną.

Szybki czas narastania

Ciśnienie uderzenia zależy w dużej mierze od wywołanego ruchu. Może ono wynosić od 50 mbar do 7 bar, przy szybkim czasie narastania wynoszącym od 1 do 10 ms. Warunki te wymagają czujników ciśnienia o szybkim czasie narastania i/lub wysokich częstotliwościach drgań własnych.

IEPE (napięcie)

Aplikacja ta wymaga znacznej liczby czujników, dlatego niezbędne jest ekonomiczne rozwiązanie w postaci łańcucha pomiarowego. Dzięki technologii IEPE czujniki ciśnienia można podłączyć bezpośrednio do systemu DAQ bez konieczności stosowania kosztownych wzmacniaczy ładunku.

Niski szok termiczny

Na zmierzone ciśnienia uderzeniowe może mieć wpływ zachowanie czujnika ciśnienia w przypadku szoku termicznego. Konstrukcja serii 601C firmy Kistler charakteryzuje się bardzo niską wrażliwością na szok termiczny, dzięki czemu czujniki te doskonale nadają się do pomiaru ciśnień uderzeniowych spowodowanych rozlewaniem się cieczy.

Uderzenia morskie: precyzyjne badanie ruchów i obciążeń spowodowanych falami

Kistler offers specialized solutions for slamming tests and investigations of the coupling of aerodynamics and hydrodynamics.

Zbiorniki inżynierii oceanicznej są wykorzystywane jako baseny do badania stateczności i manewrowania, nie tylko w celu weryfikacji wydajności i bezpieczeństwa statków, ale także konstrukcji morskich, takich jak platformy wiertnicze lub turbiny wiatrowe. Dedykowane rozwiązania firmy Kistler do tego zastosowania obejmują różne czujniki ciśnienia oraz dynamometry do badania sprzężenia aerodynamiki i hydrodynamiki.

Zastosowania opisanych tutaj basenów falowych obejmują testowanie obiektów zacumowanych lub stałych (takich jak platformy wiertnicze lub morskie turbiny wiatrowe) w celu określenia ruchów i obciążeń spowodowanych przez fale i wiatr. W przypadku testowania morskich turbin wiatrowych wiatr i fale oddziałujące jednocześnie na turbinę można mierzyć za pomocą zestawu 3-składnikowych dynamometrów umieszczonych u podstawy masztu między kotwicą a testowanym urządzeniem. Te morskie testy uderzeniowe dostarczają wysokiej jakości danych porównawczych do walidacji metod symulacji sprzężenia między zachowaniami aerodynamicznymi i hydrodynamicznymi. Pomiary testowe dla platform naftowych i gazowych (a nawet statków) zazwyczaj wymagają montażu czujników ciśnienia na równi ze ścianą konstrukcji lub kadłubem statku.

Wysoka czułość

Oczekiwane ciśnienie poniżej 1 bara powinno być mierzone z odpowiednią dokładnością; dzięki technologii IEPE czujniki ciśnienia mogą być podłączone bezpośrednio do systemu DAQ bez konieczności stosowania kosztownych wzmacniaczy ładunku.

Niski szok termiczny

Na mierzone ciśnienia uderzeniowe może mieć wpływ zachowanie czujnika ciśnienia w przypadku szoku termicznego. Konstrukcja serii 601C firmy Kistler charakteryzuje się bardzo niską wrażliwością na szok termiczny, dzięki czemu czujniki te doskonale nadają się do pomiaru ciśnień uderzeniowych spowodowanych uderzeniami.

Szybki czas narastania

Typowe ciśnienia uderzeniowe wynoszą poniżej 1 bara, a czas narastania wynosi około 1 ms. Warunki te wymagają czujników ciśnienia o krótkim czasie narastania i/lub wysokich częstotliwościach drgań własnych.

Zakres

Technologia piezoelektryczna pozwala obsługiwać ciężkie konstrukcje, skupiając się jednocześnie na najmniejszych zmianach dynamicznych dzięki odpowiedniemu doborowi ustawień wzmacniacza ładunku.

Wodoodporne czujniki siły

Czujniki siły firmy Kistler są hermetycznie zamknięte i spawane, co zapewnia ich wodoszczelność. Kable są wyposażone w uszczelki specjalnie zaprojektowane do użytku pod wodą. Dodatkową wodoszczelność można uzyskać poprzez przyspawanie kabla 1698A do trójosiowego czujnika siły.