Utvikling av konsept for sikrere håndtering og installasjon av høyspentkabler til offshore brannpumpesystemer

Abstract

Målet med denne masteroppgaven er å utvikle og utrede et konsept som forankres på et eksisterende Eureka Pumps AS (EP) produkt for å gjøre håndtering av høyspentkabler mer sikker, samtidig skal det minske risikoen for kuttskader på kabler og på operatørene. EP er en av de største leverandørene av brannpumpesystemer til norsk sokkel. Systemene deres leveres ofte med neddykkbar elektrisk motor. Strømtilførselen skjer via høyspentkabler. Dette har skapt vansker under installasjon da kablene er tunge, stive og uhåndterlige. Ødeleggelser har vært en følge av dette og har i flere tilfeller kostet mye og ført til økt etterspørsel for en ny og bedre håndteringsløsning. For god flyt i utviklingsprosessen ble integrert produktutvikling (IPD) som metode benyttet. Et av de første trinnene i utviklingsprosessen var en omfattende litteraturstudie. Her ble relevant teoretiske grunnlag og relevante metoder identifisert og kartlagt, samt krav og forskrifter tilknyttet beregninger. Litteraturstudien førte blant annet til interessante funn rundt eksisterende produkter og patenter. De identifiserte konkurrerende løsningene har en gjennomgående faktor: brukervennlighet, men begrensninger til spesifikke kabelstørrelser og tilfeller. Hvorav de fleste konkurrerende løsningene ikke ivaretar maksimal bøyeradius. Dette er ikke godt nok sett i forhold til de identifiserte ønskede produktegenskapene. For å sørge for at det endelige produktet ivaretar ønskede produktegenskaper ble en funksjonsanalyse gjennomført. Resultatene ble tatt med videre inn i en seleksjonsprosess. Seleksjonsprosessen foregikk i samarbeid med EP, hvor Pughs metodikk ble tatt i bruk. Dette resulterte i et endelig produkt designet ved hjelp av SolidWorks Student Edition 2017. FEM-analyser ble gjennomført for å undersøke maksimal belastning før brudd inntrer på det endelige designet. Her ble CosmosWorks benyttet. Dimensjonering av sveis ble gjort i henhold til Eurokode 3. Det endelige produktet skiller seg fra eksisterende marked ved at produktet er justerbart og dermed mulig å tilpasse ulike kabeldimensjoner og leveranser. Fleksibiliteten vil føre til kortere installasjonstid hvor operatørene ute på dekk har bedre kontroll på høyspentkablene. Kostnaden tilknyttet skader på kabler vil da synke. Transport vil ikke være et problem med produktets estimerte totalvekt på 16 kg. Produktet vil også kunne slås sammen til en størrelse på 770x280x95 mm for lagring. Festeanordningen er tilpasset «hang-off-toolet» som leveres ved installasjon av brannpumpesystemene. Målet med masteroppgaven anses som dekket og med nøyere sikkerhets- og utmattingsberegninger kan produksjon av prototype igangsettes. Den estimerte kostnaden tilknyttet nødvendig materialer til prototypen er satt til 2 740 NOK. Veien videre frem mot realisering av produktet, vil innebære testing og analyser av prototypen. En markedsundersøkelse bør også utføres ved å kontakte potensielle kunder.

This master thesis aim is to document and develop a concept that reduces the risk of damages on cables and operators during cable handling. The concept needs to be anchored to an existing Eureka Pumps AS (EP) product. EP is one of the largest suppliers of fire water pumps to the Norwegian Continental Shelf. Their systems are often supplied with submersible electrical motors. High voltage cables are used as power supply. The cables have created problems during installation as they are heavy, rigid and difficult to handle. In many cases the difficulties led to expensive errors and an increased demand for a new and better cable handling solution. Integrated product development (IPD) was the method used to ensure a smooth product development. One of the first steps in the development process was a comprehensive literature study. Relevant theory and methods were identified, as well as requirements and regulations related to calculations. The literature study led to interesting discoveries regarding existing products and patents. All competing solutions found in the literature study have one common factor: easy to use but limited to specific cable sizes and cases. Most solutions neglect to maintain the cables maximum bending radius, which is unacceptable in relation to the identified and desired product characteristics. An analysis of important functions was carried out to make sure that the final product covered the desired product characteristics. The results were incorporated into a selection process. This selection process was conducted in cooperation with EP using Pugh's methodology. From the results the final product design was made using SolidWorks student edition 2017. FEM analyses were used to investigate maximum load before structure fracture. CosmosWorks was used to perform the FEM-analyses. Welding dimensions were done according to Eurocode 3. The final product differs from the existing market by being adjustable. It can therefore adapt to different cable dimensions and installations. This flexibility will lead to shorter installation times where operators on deck have better control of the high voltage cables. The cost of damage to cables are therefore likely to decrease. Transportation will not be a problem as the estimated weight of the product is 16 kg. The product will be foldable to a size of 770x280x95 mm for storage. The fastening device is adapted to the «hang-off-tool» supplied when installing the fire water pumps. This master thesis aim is therefore considered covered. Prototype production can be initiated after more accurate safety and fatigue calculations. The estimated cost of necessary materials for the prototype is set to 2 740 NOK. The way forward towards the realization of the product will involve testing and analysing the prototype. A market research should also be conducted by contacting potential customers.