Utvikling og design av fjernstyrt mekanisk innretning som forflyttes under vann i fire bevegelsesakser

Abstract

Stingray Marine Solutions AS leverer en ny og unik avlusningsmetode som uskadeliggjør lakselus ved bruk av maskinsyn, bildegjenkjenningsprogramvare og en kraftig laserstråle (1). Denne metoden kan i et økonomisk perspektiv spare oppdretteren for store utgifter knyttet til konvensjonell avlusning da disse ofte innebærer sulteforing og håndtering av fisken, dette kan gi dårligere tilvekst og biomassetap (fiskedød) (2). Stingray sin laserenhet plasseres i oppdrettsmerden og avluser fisken når den svømmer forbi enheten, uten håndtering av fisken. I denne masteroppgaven blir det konstrueres en testenhet som skal benyttes for å teste ut en ny metode for å forflytte og posisjonere laserenheten i oppdrettsmerden. Gir disse testene positive resultater vil denne nye fremdriftsmetoden benyttes i neste generasjons luselaser. Testenheten skal forflyttes under vann ved å benytte egenutviklede thrustere og en klaffmekanisme som gjør at vannstrømmens retning kan endres. Det langsiktige målet er å konstruere en luselaser som er mindre, mer driftssikker og billigere å produsere. Enheten ble tidlig i prosessen delt opp i følgene seks hovedelementer / hovedproblemstillinger; huset til enheten, propellene, ventilstyring, utvendig hylse, vannrefleksjonsflater og kabelgjennomføringer. Det ble utarbeidet en rekke konsepter til hver av de seks problemstillingene, ved bruk av seleksjonsmatriser ble disse vurdert opp mot gitte kriterier. Når selekesjonene var utført ble disse og alle de mindre delene 3D-modellert. Sluttresultatet er en sirkulær testenhet med positiv oppdrift som forflyttes under vann ved å hjelp av to kontraroterende propeller koblet til hver sin el-motor. Momentet blir overført fra motorene til propellene ved å utnytte skjærkreftene mellom åtte magnetpar. Vannstrømmen som de to propellene pumper gjennom enheten kan ved å åpne en av åtte ventiler sendes ut til siden. Dette resulterer i at enheten forflytter seg sidelengs. Åpnes ingen av ventilene vil vannet sendes rett gjennom enheten og enheten vil forfyltte seg dypere i vannet. Kjøres de to motorene med ulikt turtall vil belasningen på de to propellene være ulike og enheten vil rotere. Testenheten har en masse på 4 kilo og veier 1,6 kilo i vann. Enheten er utstyrt med et forslag til flyteelement som har en masse på 0,2 kg og et volum på 2,3 liter. Testenhetens har en største yttre diameter på 155 mm og en total høyde på 495mm inkludert eksempelflyteelement. Gjennom strømningsanalyser er den antatt største kraften nedover når motorene roterer med 1000 runder per minutt funnet til å være 53,3 N. Enhetens akselerasjon nedover bestemmes ved å justere volumet på flyteelement. Åpnes en av ventilene ved dette turtallet virker 8,7 N i det horisontale planet og enheten forflyttes i dette planet.

Stingray Marine Solutions delivers a new and unique method which neutralizes sea lice using machine vision, image recognition software and a powerful laser beam (1). This method can in an economical perspective, save the fish farmer for large expenses associated with conventional sea lice treatment as these often involves starvation and handling of the fish. This can result in diminished growth and loss off bio mass (fish mortality) (2). Stingray's laser unit is placed inside the fish cage and deloused fish when they swim past the laser unit, without any handling of the fish. In this thesis a test device was constructed, this device will be used to test a new method for moving and positioning the laser unit in the fish cage. If these tests proves that the new method works, this new method will be used in the next-generation laser system. The test unit will move under water using proprietary thrusters and a flap mechanism which allows water flow to be manipulated. The long term goal for Stingray is to construct a laser system which is smaller, more reliable and cheaper to produce. The unit was early in the process divided into the following six main elements / main issues; housing of the unit, propellers, valve control, outer tubing, water reflection surfaces and cable entrance to the unit. It was prepared a number of concepts to each of the six issues, using Pughmatrixes these were assessed against specific criteria. When the selection was done, these and all the smaller parts was 3D modeled. The end result is a circular test device with positive buoyancy being moved under the water by the use of two contra-rotating propellers connected to each electric motor. The torque is transmitted from the motors to the propellers by utilizing shear forces between sixteen magnets. The water flow that the two propellers pumps through the device can be re-directed with the use of one of eight valves. This results in the device moving sideways. If none of the valves are opened, the water will be sent straight through the device and the device will move deeper in the water. Running the two motors with different speed, the load the two propellers will be uneven and the device will rotate. The test unit has a mass of 4 kg and weighs 1.6 kg in water. The unit is equipped with a proposal floating device that has a mass of 0.2 kg and a volume of 2.3 liters. The unit has a maximum outer diameter of 155 mm and a total height of 495mm including the floating device. Through flow analysis the presumed greatest force that will make the unit move downwards when the motors rotate at 1000 rounds per minute was found to be 53,3 N. Unit acceleration downwards is determined by adjusting the volume of the floating device. Opening one of the valves at this speed and 8,7 N will work in the horizontal plane and the unit will move in this plane.