Lättviktskonstruktioner i praktiken. Temadag för Lättviktskonstruktioner till sjöss Borås 18 Maj Henrik Nordhammar Stena Teknik

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Lättviktskonstruktioner i praktiken. Temadag för Lättviktskonstruktioner till sjöss Borås 18 Maj 2010. Henrik Nordhammar Stena Teknik"

Inga Eliasson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Lättviktskonstruktioner i praktiken Temadag för Lättviktskonstruktioner till sjöss Borås 18 Maj 2010 Henrik Nordhammar Stena Teknik 1

2 Lättviktskonstruktion i praktiken Erfarenhet av Aluminium Möjligheter med FRP Erfarenheter från HSS katamaranernas utveckling -Filosofi -Konstruktionstänk Jämförande studie mellan Alu och FRP Varför lättvikt t vanliga fartyg? Projektstudier Framtidsutsikter 2

utveckling -Filosofi -Konstruktionstänk Jämförande studie mellan

3 Stenas High Speed katamaraner utvecklade i början av 1990-talet HSS x 40 m Lastkapacitet 1500 ton HSS x 30 m Lastkapacitet 400 ton 3

4 HSS ett gigantiskt utvecklingssteg Från 50 m / 300 ton deplacement, bara passagerare. Skyddade vatten Till 126 m / 4000 ton, passagerare, bilar och lastbilar. Designvåghöjd- g 5.0 m (H1/3)( ) 4

5 Midship section HSS 1500 Water tight bulkheads 5

6 Utmaningar Regelverk saknades klass regler och IMO s High Speed Code utvecklades parallellt Ej så avancerade beräkningsverktyg krävde en konservativ bedömning Viktsmedvetenhet på alla områden Nya viktsbesparande design lösningar krävdes Förändra invanda produktionsmetoder på varven 6

konservativ bedömning Viktsmedvetenhet på alla områden Nya

7 Vad får en viktsbesparing kosta? Viktigt att ha klargjort strategin när designarbetet startar Tumregel för vad viktsbesparing får kosta baserat på antagen bränsleförbrukning och operationsprofil För HSS 1500 gällde SEK/ton med pay back 5 år 7

Tumregel för vad viktsbesparing får kosta baserat på antagen

8 Design filosofi Stena filosofi vs Incat Inget får gå fel vs. Veta var gränserna går Bra men tung t vs Oftast tillräckligt bra och lättare Tillfredställa alla vs Detta är vad du får Olika miljöer och förutsättningar i Europa och Australien 8

tillräckligt bra och lättare Tillfredställa alla vs Detta

9 Exempel på kulturskillnader Strukturdetaljer och svetsning Air-Condition enheter Brandintegritet Fönsterinfästningar Mickey Mouse lösningar Denna attityd är bra och driver utvecklingen men måste balanseras mot regler och rimlighet 9

Fönsterinfästningar Mickey Mouse lösningar Denna attityd

10 Strukturdesign Definiera laster så nöjaktigt som möjligt Finräkna på detaljer map utmattning och buckling, utmattningsprover God detaljutformning för att undvika spänningskoncentrationer Använding av extruderade profiler ger effektivt materialutnyttjande och produktionsvänlighet 10

detaljutformning för att undvika spänningskoncentrationer Använding av

11 Konstruktionslösning Problem Överföring av globallaster i kombination med stora fönster Lösning Fackverk med utanpåliggande fönsterpaneler (Stena Patent) 11

12 Double-skin plank Stor inbyggd överskottstyrka Vikteffektiv vid höga lokallaster Produktionseffektiv för stora arealer 12

13 Hatt -profil Tunnare plåt med kortare spann Styvare inspänning för plåten Mer bucklingstålig 13

14 Double skin som bordläggning Effektiv i skärstyrka Självbärande =långa spann Produktionseffektiv Slät bordläggning ger attraktivt utseende 14

15 Egenutvecklade stolar Från standard ca15 kg till 5 kg 15

16 Brandisolering Befintliga A-60 panelsystem vägde 16 kg/m2 Nästan m2 brandisolering på HSS 1500 Nyutvecklat (1995) system vägde 5 kg/m2 16

17 GRP applikationer GRP användes lokalt för ytterligare viktsbesparing 17

18 18 Bulb

19 19 Personbilsdäck

20 20 Fenor

21 21 Däckshus

22 HSS 900 Mindre fartyg och designvåg ger inget behov att inkludera överbyggnaden i globalstyrkan Överbyggnad frikopplad från globaldeformationer och viktsoptimerad bara med hänsyn till lokallaster GRP diskuterades men det förelåg krav på obrännbart material 22

23 Jämförelse Aluminium vs. GRP/Kolfiber Överbyggnad i lätt aluminium vs GRP/kolfiber gjordes som ett doktorandarbete på Chalmers HSS 900 med en mycket viktsminimerad aluminiumöverbyggnad utgjorde referens Fyra alternativ studerades GRP och Kolfiber med 3 eller 5 pelare 23

24 Resultat Viktsbesparing utan brandisolering GRP - 3 pelare -7% 5 8% CRP - 3 pelare 25% 5 35% Viktsbesparing med brandisolering GRP - 3 pelare -18% 5-3% CRP - 3 pelare 13% 5 22% 24

25 Slutsatser (för detta fall) Bra med många pelare Viktsbesparing med GRP försumbar eller negativ Kolfiber blir lättare men till högre kostnad 25

26 GRP överbyggnad på vanliga RoPax Var finns möjliga förtjänster? Minskat motstånd pga lägre deplacement Ökad lastförmåga pga bättre stabilitet Möjlighet till större däcksarea 26

27 27 Stena Hollandica Pilot fall i LÄSS och Safedor

28 28 FEM modelling of GRP superstructure

29 Resultat - GRP vs. Stål Beräknad viktsbesparing 500 tons (~50%) Beräknad extra kostnad för GRP överbyggnad 10 MEUR Values below from the Safedor report 29

30 Method 1: Minskat motstånd Bunker pris 600 USD/ton 18 hrs operation / dag Besparing: Knots EUR / år Pay back time: Oändlig 30

31 Metod 2: Intäkt av ökad dödvikt Hur mycket ökar intäkten om 500 ton (16 st lastbilar) mer lastkapacitet finns tillgängligt? Antag 3 turer/dag och att i 30% av fallen är det en dödviktsbegränsning 10% internränta Pay back tid 6 år Ropax har sällan dödviktsproblem 31

32 Metod 3: Höjd överbyggnad - mer däcksarea Stålalternativ lt ti ger pga stabilitetsbegränsning t b i 6 st fler lastbilar GRP tillåter 48 st fler Payy back tid GRP: 1 år stål: >10 år 32

33 33 Förlängning från 190 m till 240 m

34 GRP vid ombyggnad på RoPax 100 hytter på översta däcket Låg vikt =bättre stabilitet=mer pay load 34

35 Brandisolerad GRP struktur Utsidan skyddas av drencher (vattenbegjutning) A-60 fönster?? 35

36 Ett omfattande designarbete gjordes av Kockums och DNV Projektet realiserades ej pga För långsam godkännandeprocess 30% högre pris Varvens riskbedömning av att integrera ny teknik 36

37 F-MAX ett avgörande pilotprojekt Ansökan om Approval in Principal hos Brittiska myndigheten MCA 37

38 F-max ansökan hos MCA Ansökan innehåller ett mycket omfattande material bland annat Designrapport Strukturritningar och hållfasthetsberäkningar Brandskyddsarrangemang dd Risk analyser Typgodkännande d av material och utrustning t Simulering av brandscenario 38

39 Status i dagsläget? Ansökan är baserad på det arbete som utförs inom Safedor och LÄSS Förberedelser och diskussioner med MCA pågick under mer än två år Ansökan skickad i September 2009 MCA duckar och har ännu inte börjat utvärderingen 39

40 Med gemensamma ansträngningar av många inblandade så har gränserna tänjts och ett förverkligande av kompositstrukturer på SOLAS fartyg har kommit närmare Foto av pärmen 40

41 Det är inte alltid så tydligt var förtjänsterna finns, men lättviktslösningar är alltid något att sträva efter.. Slut 41

Relevanta dokument

Industriell tillväxt inom lättviktsområdet

1 Industriell tillväxt inom lättviktsområdet 2010-05-18 Johan Edvardsson, M.Sc.Naval Architect Head of Design & Engineering Business Unit Surface Ships Hur uppnås tillväxt 2 Optimalt Initialt Bitter konkurrens