Açık deniz hareket dengeleyici transfer sisteminin (AHC GANGWAY) mekatronik sistem tasarımı
Mechatronic system design of the offshore active heave compensation transfer system (AHC GANGWAY)
Yazar: BURAK ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. SAVAŞ DİLİBAL
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Açık deniz endüstrisi; enerji üretimi, turizm, bilimsel araştırmalar, ulaşım ve
lojistik gibi çeşitli alanlardaki faaliyetleri kapsayan geniş bir sektördür. Bu
endüstrinin gelişimindeki temel güç ise, karasal kaynakların giderek azalması ve
enerji ihtiyacının artmasıdır. Bu sebeple açık deniz endüstrisi son yıllarda büyük
önem kazanmıştır. Deniz dalgalanmaları, açık deniz operasyonları üzerinde önemli
bir etkiye sahiptir. Deniz üzerinde gerçekleştirilen bu operasyonlar, dalga boyu,
belirgin dalga yüksekliği, dalga periyodu ve dalga yönü gibi faktörlerden doğrudan
etkilenir. Bu değişkenler; platformların, gemilerin ve diğer açık deniz yapılarının
stabilitesini ve güvenliğini etkileyebilir, dolayısıyla operasyon verimliliğini ve
çalışma koşullarını doğrudan etkiler.
Yapılan bu çalışma kapsamında, sert deniz koşullarında malzeme ve insan
transferini güvenli, hızlı ve etkin bir şekilde gerçekleştirebilecek bir platformun
geliştirilmesine odaklanılmıştır. Bu amaçla, platformun 1/10 ölçekli bir modeli
üzerinde çalışılarak, ileri ve ters kinematik denklemler kullanılarak dalgaların
yarattığı hareketlere karşıt hareketler üreterek köprü ucunun sabit kalması
hedeflenmiştir. Açık deniz hareket dengeleyici transfer sisteminin ileri ve ters
kinematik denklemleri analitik yöntem ile hesaplanarak uç noktanın kesin denklemi
üretilmiştir. C# ile yapılan simülasyon ve ANSYS ile yapılan simülasyonlarla ile
simülasyon ortamında denklemlerin doğruluğu kanıtlanmıştır. Ayrıca açık deniz
hareket dengeleyici transfer sisteminin test edilmesi amacı ile 3 eksenli bir hareket
platformu üretilerek, açık deniz hareket dengeleyici transfer sisteminin test düzeneği
oluşturulmuştur. Tez kapsamında üretilen deney düzeneği kullanılarak, sistem testleri
gerçekleştirilmiştir. Sistem testleri deniz durumu -1 ve deniz durumu -2'yi temsil
eden roll (yalpa), pitch(baş-kıç vurma) ve heave (dalıp-çıkma) hareketleri
tanımlanarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar çerçevesinde deniz durumu-1
ve deniz durumu-2 için açık deniz hareket dengeleyici transfer sisteminin
kompanzasyon sağladığı tespit edilmiştir. Açık deniz hareket dengeleyici transfer
sisteminin çalışma alanını oluşturan servis gemileri, yük ve insan transferi
gerçekleştirirken pozisyonunu korumaktadır. Bu koşullar altında gemide meydana
gelen düşey ivme, testlerde köprünün uç noktasında ölçülen düşey ivmeye göre daha
düşük mertebelerde olması beklenmektedir. Dolayısıyla deniz durumu-1 testlerinde
köprü uç noktasında ölçülen 4.49 m/s2 ve deniz durumu-2 testlerinde köprü uç
noktasında ölçülen 8.92 m/s2 hareket kaynaklı dinamik ivmeler altında sistemin
kompanzasyon sağlaması; açık deniz hareket dengeleyici transfer sisteminin
operasyonu başarı ile gerçekleştirebileceğini göstermektedir.
Deniz durumu-1 ve deniz durumu-2 testleri 300 s boyunca
gerçekleştirilmiştir. Test süresince ölçülen maksimum genliklerin harmonik olarak
gerçekleştiği gözlemlenmiştir ve test sürelerinin yeterli olduğuna karar verilmiştir.
Test süreleri boyunca deniz durumu-1 koşulları altında meydana gelen sapma
büyüklüklerinin mekanik boşluk kaynaklı sapma bandının %100 oranında, deniz
durumu-2 koşulları altında meydana gelen sapma büyüklüklerinin ise mekanik
boşluk kaynaklı sapma bandının %98,4 oranında altında kaldığı ölçülmüştür. Bu
değerler açık deniz hareket dengeleyici sistemlerin operasyonu başarı ile
gerçekleştirebileceğini göstermektedir. 1/10 ölçekli modelde meydana gelen mekanik
boşluk kaynaklı sapmalar, hareket platformuna deniz hareketlerinin aktarılmasını
sağlayan mafsallar kaynaklı meydana gelmektedir. 1/1 ölçekli açık deniz hareket
dengeleyici transfer sisteminin gemiye yerleştirilmesi durumunda, bu sistem geminin
mukavim açık güvertesine yerleştirilecektir ve deniz hareketleri direkt olarak
sistemin kule yapısına etki edecektir. Böylelikle test düzeneğinde meydana gelen
mekanik sapmaların 1/1 ölçekli sistemde meydana gelmeyeceği öngörülmektedir.
Servis gemilerinde kullanılan açık deniz hareket dengeleyici transfer
sisteminin başarılı olarak operasyonlarını gerçekleştirmesiyle kaza vakalarının
önlenmesi, işçi sağlığının korunması ve servis gemilerine güvenli teknik personel ve
yük transferinin gerçekleştirilmesi sağlanmaktadır.

Abstract:
The offshore industry is a wide sector covering activities in various fields
such as energy production, tourism, scientific research, transportation and logistics.
The main driving force behind the development of this industry is the diminishing
availability of terrestrial resources and the increasing need for energy. For this
reason, the offshore industry has gained great importance in recent years. Sea
fluctuations have a significant impact on offshore operations. These offshore
operations are directly affected by factors such as wave height, significant wave
height, wave period and wave direction. These variables can affect the stability and
safety of platforms, vessels and other offshore structures, thus directly affecting
operational efficiency and working conditions.
This study focuses on the development of a platform that can safely, quickly and
efficiently transfer materials and people in rough sea conditions. For this purpose, a 1/10
scale model of the platform was studied, and by using forward and inverse kinematic
equations, it was aimed to keep the end of the bridge stationary by generating motions
opposite to the motions created by the waves. The forward and inverse kinematic equations
of the offshore motion compensating transfer system were calculated analytically and the
exact equation of the endpoint was generated. The accuracy of the equations in the
simulation environment was proved by simulation with C# and simulation with ANSYS. In
addition, in order to test the offshore motion stabilizer transfer system, a 3-axis motion
platform was produced and a test setup of the offshore motion stabilizer transfer system was
created. System tests were carried out using the experimental setup produced within the
scope of the thesis. System tests were performed by defining roll, pitch and heave motions
representing sea state -1 and sea state -2. Within the framework of the results obtained, it has
been determined that the offshore motion compensator transfer system provides
compensation for sea state-1 and sea state-2. Service vessels, which constitute the working
area of the offshore motion compensator transfer system, maintain their position while
transferring cargo and people. Under these conditions, the vertical acceleration occurring on
the ship is expected to be lower than the vertical acceleration measured at the end point of
the bridge in the tests. Therefore, the fact that the system provides compensation under the
motion-induced dynamic accelerations of 4.49 m/s2 measured at the bridge endpoint in sea
state-1 tests and 8.92 m/s2 measured at the bridge endpoint in sea state-2 tests indicates that
the offshore motion compensator transfer system can successfully perform the operation.
Sea state-1 and sea state-2 tests were performed for 300 s. It was observed that the
maximum amplitudes measured during the tests were realized harmonically and it was
decided that the test durations were sufficient. During the test periods, it was measured that
the deflection magnitudes occurring under sea state-1 conditions were 100% below the
mechanical gap-induced deflection band and the deflection magnitudes occurring under sea
state-2 conditions were 98.4% below the mechanical gap-induced deflection band. These
values show that offshore motion stabilizer systems can successfully perform the operation.
The mechanical backlash-induced deflections occurring in the 1/10 scale model are caused
by the joints that transfer the sea motions to the motion platform. If the 1/1 scale offshore
motion stabilizer transfer system is placed on the ship, this system will be placed on the
resistant open deck of the ship and the sea motions will directly affect the tower structure of
the system. Thus, it is foreseen that the mechanical deviations occurring in the test rig will
not occur in the 1/1 scale system.
The successful operation of the offshore motion compensating transfer system used
in service vessels ensures the prevention of accidents, protection of worker health and safe
transfer of technical personnel and cargo to service vessels.