Nylon ropes for mooring of floating wind turbines

NYMOOR vil bidra til å realisere sikre, bærekraftige og kostnadseffektive flytende offshore vindturbiner. Flytende vindturbiner holdes på plass av forankringssystemer, og målet til NYMOOR er å muliggjøre bruk av nylontau i forankring. Nylontau er både fleksible og elastiske, og disse egenskapene vil redusere strekklaster fra vind og bølger i ankerlinene og dermed redusere materialbehovet i linene. Stålkjetting er en standard-komponent i ankerliner, og begrenset tilgang til kjetting er identifisert som en flaskehals for planlagt utvikling av offshore vindenergi. Bruk av nylontau kan løse dette problemet ved å redusere behovet for tunge kjettinger. Det er imidlertid ingen erfaring med bruk av nylon i permanent forankring, og det er bekymring rundt tåleevnen og egenskapene til nylontau ved langvarig bruk i sjøen. NYMOOR vil bidra med kunnskap om langsiktige egenskaper og mulige bruddmekanismer for nylonforankring, inkludert hvordan egenskapene påvirkes av tid, last, fuktighet, og temperatur. Mekaniske egenskaper til nylontau vil bli studert ved bruk av nytt utstyr og nye prosedyrer for laboratorietesting, og matematiske modeller. Resultatene vil videre brukes for å simulere effekten av å bruke nylontau, samt å forstå hvilke nye designmuligheter dette medfører. I løpet av de første 9 månedene av prosjektet har det blitt lagt ned en betydelig innsats i anskaffelse og oppsett av laboratorieutstyr og prosedyrer for testing av PA6 nylongarn, som er byggesteinen i nylontau. Prøvene er levert av vår prosjektpartner Bridon International. To typer tester har blitt startet opp, nemlig krypetester ved SINTEF Industri og styrke- og stivhetstester ved SINTEF Ocean. Målet med krypetestene er å vurdere hvordan deformasjonen utvikler seg over tid når det bløte materialet utsettes for konstant belastning. Ulike omgivelsestemperaturer og forskjellige belastninger blir undersøkt for å vurdere tid-, temperatur- og belastningsavhengigheten av responsen. Strekkprøver utføres for å vurdere materialets styrke, mens stivhetstester har som mål å identifisere kvasi-statisk stivhet og dynamisk stivhet. Det nye laboratorieutstyret inkluderer pneumatiske grep for å holde prøvene, en lastcelle for måling av strekknivået, en aktuator for å påføre belastningen og presis måling av aktuatorens posisjon. Prøvene utføres helt nedsenket i vann. En sirkulasjonsmaskin kontrollerer vanntemperaturen. Innledende testing har blitt utført med suksess, og systemet og prosedyrene er klare for systematisk testing. En nøyaktig karakterisering av nylonets egenskaper beskrevet ovenfor er essensiell for optimal og sikker utforming av fortøyningssystemet basert på nylontau. En annen aktivitet har vært postprosessering av laboratoriedata for nylon-deltau fra Bridon International. De prosesserte resultatene inkluderer krypeatferd, bruddlast, statisk stivhet og dynamisk stivhet. Deltauets utmattelsesevne har også blitt gjort tilgjengelige for prosjektet, som punkter på T-N-kurven. Man bør merke seg at prosjektmetodikken består av å utføre omfattende laboratorietesting med små prøver (garnnivå), noe som er svært effektivt med hensyn til tid og kostnad, og å relatere de identifiserte mekaniske egenskapene på garnnivå med de samme egenskapene på deltau- og tau-nivå. Deltau-dataene nevnt i forrige avsnitt vil bli brukt til å etablere relasjonene mellom garn og deltau. Parallelt med aktivitetene beskrevet ovenfor, har prosjektet etablert et referanseforankringsdesign for den forankrede flytende vindturbinen som skal brukes som casestudie i prosjektet. Denne består av INO WINDMOOR-plattformen lokalisert i Gulf of Maine, hvor er rapport er under utarbeidelse. Et referansedesign blir også forberedt for Buchan Deep, som er preget av mer krevende miljøbelaster. Strekkarakteristikkene og tidsseriene generert under fortøyningsanalysene vil bli brukt som input for laboratorietesting av nylonmaterialer. Fortøyningsdesignene i seg selv vil være grunnlag for videre studier i den andre delen av prosjektet.

The goal of NYMOOR is to enable design and use of nylon mooring systems for floating wind turbines (FTWs) with high durability in ocean environments. Availability of steel chain for mooring lines has been identified as a constrain to the required development of offshore wind energy. Application of flexible nylon mooring ropes has the potential to solve this problem, but there is no experience with their use in permanent moorings. Of particular concern is the long-term endurance and behaviour of nylon, while design analysis methods require new models for the mechanical properties of nylon ropes. NYMOOR will provide knowledge on possible long-term degradation and failure mechanisms of nylon moorings. Time, load, humidity, and temperature dependent mechanical properties of nylon ropes will be found using new tensile testing equipment and procedures, and mathematical models developed in the project. This is based on the hypothesis that mechanical properties of ropes can be established based on limited sub-rope testing, extensive yarn testing and mathematical/numerical methods. These results will be used to establish numerical models for load history dependent stiffness and elongation of nylon ropes, which will be applied in design analysis tools. Results will be applied to study the effect of using nylon ropes in novel mooring solutions and the design opportunities this brings. Finally, methods for determining the long-term reliability and behaviour of nylon ropes, including variations in mechanical properties and statistical models of mooring line loads, will be developed and applied in case studies. An interdisciplinary approach combines experimental research, material science, numerical structural analysis and structural reliability. The first two disciplines are used to investigate, model and identify the nylon rope complex properties, which are combined with last two disciplines to determine structural loadings and probabilities of failure.