I denne artikkelen er det vist noen grove resultater fra en modell av bevegelsene til en sleidelivbåt fra båten utløses, og til den treffer havoverflaten.
Modellen
Referanse 1 er meget detaljert og omfattende, og beskriver blant annet fritt fall. Det anbefales at virkningen av friksjon, vind, bølger og bevegelser av moderinstallasjonen tas med. Det er nok mulig å ta hensyn til vind. Men å velge et tidspunkt for å løse ut båten slik at fallet blir gunstig, må betegnes som nokså umulig. Det er derfor viktig å ha en treffvinkel β på under 90 grader, slik at man har en sikkerhetsmargin.
I modellen som er benyttet i denne artikkelen er verken friksjon, vind, bølger eller bevegelser av moderinstallasjonen tatt med.
Som vist på Figur 1, har fallet tre faser:
- bevegelsen langs sleiden
- økende rotasjonen mens livbåtens tyngdepunkt og båtens sleide passerer ytterkant av installasjonens sleide
- fritt fall med konstant rotasjon til baugen treffer havoverflaten
Båtens hastighet, både horisontalt og vertikalt, bestemmes av:
- sleidens lengde på livbåten, fra tyngdepunktet og akterover, Lf
- fallhøyden
- sleidens vinkel α på installasjonen
- tilløpshøyde fra livbåtens baug til enden av installasjonens sleide
Hastigheten horisontalt beholdes under fallet, mens hastigheten vertikalt øker ytterligere mens båten er i fritt fall. Uavhengig av dette roterer båten under fallet. Dette skyldes at båten påføres en vinkelakselerasjon, bestemt av dreiemomentet M om sleidens endepunkt, og båtens massetreghetsmoment I. Både M og I endrer seg i denne fasen. Vinkelakselerasjonen opphører idet båten forlater installasjonens sleide fordi M blir borte. Rotasjonen fortsetter derfor med konstant hastighet under det frie fallet. Hvor mye båten har rotert før den forlater sleiden, og hva vinkelhastigheten er da, kan ikke beregnes analytisk, og må beregnes ved numerisk integrasjon (oppdeling i korte tidsavsnitt). Dette er den omstendelige delen av fallberegningen.
Hvor stor rotasjonen blir under fritt fall, finnes ved å multiplisere rotasjonshastigheten med den tiden båten er i fritt fall.
Modelleringen av bevegelsene for båten i sjøen er skissert av DNV GL, Referanse 1. Både omfattende beregninger og modell- og fullskalaforsøk kan være aktuelle.
Et problem er at båten kan lande delvis på ryggen dersom den treffer sjøen med en vinkel på over 90 grader. Dette kan gi både et hardt slag, med fare for alvorlig skade på både passasjerer og båt. Videre kan hastigheten bort fra installasjonen bli for lav, eller negativ. Men med en moderat vinkel med havoverflaten vil båten kunne komme opp igjen, og skyte fart bort fra installasjonen. Dette forutsetter en god utforming, som er behandlet i Referanse 2, basert på anbefalingene i Referanse 1.
I dag leveres båter som kan falle fra inntil 50 meter, uten skader på båten. Det er neppe foretatt fall med personer om bord fra denne høyden ennå. Det kan likevel nevnes at personer med vekslende hell har satt utfor Niagara-fallene, der fallhøyden er omtrent 50 meter. I 1901 dro Annie Edson Taylor utfor fossen I en polstret tønne, og kom fra det med bare skrubbsår. Noen få har overlevd uten beskyttelse. Det er utført forsøk med «dummies» i fullskala livbåter, men som i kollisjonsforsøk i bilindustrien, er nok frivillige en mangelvare.
Sjøfartsdirektoraters regler for flytende offshoreinstallasjoner sier at båten skal kunne falle sikkert selv om installasjonen har en slagside på 17 grader, med horisontal klaring til installasjonen på minst 5 meter.
Beregninger
Det er beregnet fall for en typisk borerigg, og for en fast installasjon, Piper A.
En borerigg har tre aktuelle dypgående:
- Operasjonsdypgang
- Survivaldypgang
- Dypgang ved forflytning.
Ved såkalt survival, i dårlig vær, tømmes det ut noe ballast, slik at avstanden til havoverflaten og bølgene øker. Ved lengre forflytninger, kan installasjonen flyte bare på de laveste flyteelementene, pongtongene, og fallhøyden blir relativt stor.
Evakuering kan være aktuell ved alle aktuelle, normale dypganger, for eksempel ved brann eller ved en truende kollisjonsfare. Evakuering etter oppstått slagside kan også være aktuelt. Slagsiden bestemmer både sleidevinkel og fallhøyde. Det er undersøkt om fallvinkelen blir under 90 grader for alle dypgående, både fra høy og lav side.
Definisjonen av «stor slagside» er satt til 17 grader av myndigheten i Norge. Etter Alexander L. Kielland-ulykken (ALK) foreslo Norge en langt større krengevinkler, opptil 35 grader, men dette ble forkastet av IMO. Sleidebåt ble nevnt som en mulighet av ulykkeskommisjonen for ALK. Det er valgt en fast sleidevinkel på 35 grader i beregningene i denne artikkelen, og ALK (høy side) er derfor ikke aktuell.
Fallhøyden H og sleidevinkelen α i normal flytestilling er satt til henholdsvis 13 meter og 35 grader. Livbåtens lengde er satt til 16 meter. Andre data er tatt fra typiske produsentbrosjyrer for offshore livbåter. Lengden fra baugen av båten til enden av installasjonens sleide er 2m. Tyngdepunktet er lagt i plan med sleiden. Massetreghetsmomentet (I) er antatt å utgjøre 70 % av I for en homogen blokk. I Referanse 1 står det at I har liten betydning, men dette stemmer ikke med beregningene. Men med en jevn fordeling av passasjerene, er det i praksis små muligheter for variasjon av I.
Vekten av livbåten har ingen betydning fordi den forkortes bort i både uttrykket for vinkelakselerasjon, og for fallhastighet.
Inngangsdata i modellen er ellers begrenset til variasjoner av sleidelengden på livbåten Lf, og fallhøyden H for de ulike flytestillingene for høy og lav side. Survivaldypgangen er nokså nær operasjonsdypgangen, og er ikke tatt med.
Resultateten fra modellen er vist i tabellen under.
Lengden av sleiden på livbåten, Lf, er en meget viktig parameter. I tabellen er det to lengder av Lf på henholdsvis er 50 % og 20 % av livbåtens lengde aktenfor tyngdepunktet, se Figur 1. Parameteren avgjør hvor lenge rotasjonen akselererer. Som man ser av Tabell 1, er fallhøyde også viktig fordi den bestemmer den tiden som rotasjonen foregår. Men fallhøyden kan man ikke gjøre noe med.
Man ser følgende fra Tabell 1:
- ved operasjon er Lf av liten betydning
- ved forflytning er fallhøyde stor, og valg av Lf er viktig
- ved slagside på 17 grader er valg av Lf kritisk på høy side, ved både operasjon og forflytning. På lav side kommer enten livbåten under vann (merket NR i tabellen), eller fallhøyden er for liten, og Lf spiller liten rolle.
Den faste installasjonen, Piper A, ble rammet av en voldsom brann på engelsk sokkel. Installasjonen er tatt med i tabellen fordi den ikke hadde livbåter. Evakueringen var planlagt med helikopter. Av mannskapet som hadde muligheter til det, var det flere som hoppet fra ca. 50 meter, mens andre hoppet fra helikopterdekket på 90 meter. Hvor mange som overlevde av dem som hoppet, er ikke nevnt i ulykkesrapporten, men antagelig overlevde enkelte fra 90m. Som man ser i tabellen, ville eventuelle livbåter med 50 % Lf fått en helt uakseptabel landing, mens båter med 20 % Lf sleidelengde ville landet med akseptabel β. Men fall fra 90m kan nok gi for store påkjenninger for både struktur og mannskap.
Konklusjon
Konklusjonen i denne artikkelen er at rotasjon under fallet med sleidebåter bare kan bli akseptabel dersom de styrende parameterne i modellen velges med omhu. Lengden av sleiden aktenfor tyngdepunktet på livbåten har avgjørende betydning. Lengden må være relativt kort for å begrense vinkelakselerasjonen. Ved store fallhøyder, og for lang sleidelengde, blir vinkelen med havoverflaten til dels langt over 90 grader, og dermed kritisk.
- Referanser: 1) Standard DNV GL-ST-E06-Edition, January 2016. 2) V. Tregde, T.E. Halvorsen, K.O. Underhaug; Simulation of Free Fall Lifeboats – Impact forces, Slamming and Accelerations. Fast 2011, American Society of Naval Engineers, 2011.
