Ombygging av GES 40 til elektrisk fremdrift

Abstract

Fritt fall-livbåter har i den siste tiden blitt et populært livredningsfartøy på skip og offshore-anlegg. Fritt fall konseptet går ut på at båten gjennomfører et kontrollert stup. Stupet gir kinetisk energi som benyttes til å drive livbåten vekk fra fareområdet. En utfordring med nåværende løsninger er nedsoting av dieselmotoren. Sotingen fører til dårligere effekt og i verste fall at motoren ikke starter. For å redusere sikkerhetsrisikoen dette medfører, må det utføres jevnlig testing og vedlikehold. Problemene som er nevnt kan løses ved å benytte elektrisk fremdrift. En elektrisk motor kan yte opp mot maks effekt selv etter mange år med lite bruk, og den elektriske drivlinjen kan testes over internett. Dette fører til økt sikkerhet og betydelig reduksjon av vedlikehold. Elektrifisering av fritt fall-livbåter er et nytt konsept. I 2018 ble den første prototypen fremstilt som et resultat av et samarbeidsprosjekt mellom ZEM Energy og Norsafe. Prototypen er en ombygging av en av Norsafes livbåt-modeller, GES 45, til elektrisk fremdrift (E-GES 45). Prosjektet har vist seg å være vellykket, og det var derfor et ønske om å undersøke mulighet for ombygging av andre typer livbåter. Mastergradsarbeidet ble startet på bakgrunn av dette og omhandler et mulighetsstudie for ombygging av GES 40 (en mindre livbåt-modell) til elektrisk fremdrift. Hovedmålet i prosjektet var å undersøke om ZEMs elektriske drivlinje og Norsafe sine tekniske løsninger, som ble benyttet i E-GES 45, kunne implementeres i ombygging av GES 40. Underveis i prosjektet skulle det også vurderes om prosedyren i mulighetsfasen av ombyggingsprosjektet kan standardiseres, for å lette arbeidet med fremtidige prosjekter. Metodikken benyttet i prosjektet er en kombinasjon av integrert produkt utvikling (IPD), Stuart Pughs ‘’Total design’’, kreativitetsverktøyet SCAMPER og grunnleggende ingeniørfaglige metoder. For å sørge for god kvalitetsstyring ble det tatt utgangpunkt i NS-EN ISO 9001 standardens krav til kvalitetssikring samt bransjestandarder på området. Prosjektet ble utført i henhold til prosjektplan og etter definerte prosesstrinn. Det ble først utført teori- og teknologiutredning, som sammen med kundens ønsker og relevante produktkrav dannet grunnlaget for produktspesifiseringen. På bakgrunn av denne ble det utført rekkeviddeberegninger, valg av komponenter, konseptgenerering for plassering og innfestning av komponenter samt design av ventilasjon-, sprinkler-, kjøling- og styringssystem. Konseptet ble deretter analysert opp mot produktspesifisering og hovedmål ved å utføre styrke- beregninger og vurdere løsningene med tanke på robusthet, miljø og økonomi. I sluttfasen av prosjektet ble prosessen evaluert og det ble satt opp en standardisert prosedyre for hvordan mulighetsfasen i fremtidige ombyggingsprosjekter kan utføres. Konseptløsningen som ble utarbeidet viser valgte komponenter, hvordan de kan plasseres, løsninger til innfestninger samt utforming av ventilasjon-, sprinkler-, kjøling- og styringssystem. Konseptet er basert i stor grad på løsninger benyttet i E-GES 45. Fra beregnings- og analysefasen av prosjektet ble det funnet følgende resultater: Tyngdepunktberegningene viser at ombyggingen vil medføre en økning av den totale vekten på 235 kg og en forskyvning av tyngdepunktet på ±0,18% i forhold til båtens totale lengde (LOA). Styrkeberegningene viser at innfestningsløsningene vil kunne dimensjoneres til å tilfredsstille dimensjoneringskriteriene. Kostnadene ved en ombygging vil være ca 3 millioner NOK, og det estimeres en årlig besparelse på ca 3 millioner NOK i vedlikeholdsutgifter. På bakgrunn av dette vil innvestering være lønnsom etter et års bruk. Ut fra overslagsberegninger av miljøbelastningen vil ombyggingen sannsynligvis ikke kunne gi et positivt miljøregnskap i løpet av livbåtens levetid. Mulighetsstudien gir en oversikt over hvordan en ombygging av GES 40 til elektrisk fremdrift kan utføres. Studien viser at ombyggingen er mulig å gjennomføre på en hensiktsmessig måte, og at livbåten vil kunne oppfylle relevante krav, standarder og definerte produktmål. Studien viser også hvordan prosedyren for mulighetsfasen i et ombyggingsprosjekt kan standardiseres og potensielt effektiviseres. Det videre arbeidet med prosjektet er delt i to retninger: Videre arbeid med mulighetsstudien: Utføre eksakte rekkeviddeberegninger. Grundig kostnads- og miljøanalyse. Videre arbeid med ombyggingsprosjektet: Detaljering av de tekniske løsningene. Bygging av prototyp. Verifisering og testing av livbåt og systemer.

Free-fall-lifeboats have in recent times become a popular lifesaving vessel on ships and offshore facilities. The free-fall-concept is based on that the boat carries out a controlled dive. The dive provides kinetic energy that is used to drive the lifeboat away from the danger area. One challenge with the current solutions is accumulation of soot in the diesel engine. The soot will lead to reduced power-output, and in the worst case the engine fails to start. To reduce the safety risk this entails, regular testing and maintenance must be performed. The problems mentioned can be solved by using electric propulsion. An electric-motor can reach maximum power even after many years of limited usage, and the electric drive line can be tested over the internet. This leads to increased safety and a considerable reduction in maintenance. Electrification of free fall lifeboats is a new concept. In 2018, the first prototype was produced as a result of a collaborative project between ZEM Energy and Norsafe. The prototype is a retrofit design of one of Norsafe's lifeboat models, GES 45, to electric operation (E-GES 45). The project has proved to be successful, which led to the incentive to investigate the possibility of rebuilding other types of lifeboats. This master's thesis was started on this basis and consists of a feasibility study for retrofitting GES 40 (a smaller lifeboat model) to electric propulsion system. The main objective of this project was to investigate whether ZEM's electric drive train and Norsafe's technical solutions, which were used in E-GES 45, could be implemented in the retrofitting of GES 40. During the project, it should also be considered whether the procedure in the feasibility phase of the retrofitting project can be standardized, to facilitate work on future projects. The methodology used in the project is a combination of integrated product development (IPD), Stuart Pugh's "Total design", the creativity tool SCAMPER and basic engineering methods. To ensure good quality management, the ISO 9001 standard's requirements for quality assurance and industry standards were taken as a reference point. The project was carried out according to the project plan and defined process steps. Theory and technology investigation was first carried out, which together with customer needs and relevant product requirements, formed the basis for the product specification. Based on the specification it was then carried out range calculations, selection of components, concept generation for placement and attachment of components and design of ventilation, sprinkler and cooling systems. The concept was then analysed against the product specification and the main objective, by performing strength calculations and evaluating the solutions in relation to robustness, environment and economy. In the final phase of the project, the process was evaluated and a standardized procedure was set up for how the feasibility phase in future rebuilding projects can be carried out. The generated concept design shows selected components, how they can be placed and attached and ventilation, sprinkler, cooling and control system. The concept is largely based on solutions used in E-GES 45. From the calculation and analysis phase of the project, the following results were found: Calculations of the center of gravity show that the retrofitting of GES 40 will result in an increase of the total weight of 235 kg and a displacement of the center of gravity of ± 0.18% relative to length overall(LOA). The strength calculations show that the component attachments can be dimensioned to satisfy the dimensioning criteria. The cost of the retrofitting will be approximately 3 million NOK, and an estimated annual saving of approximately 3 million NOK in maintenance expenses. Based on this, the investment will be profitable after a year's use. Based on estimates of the environmental impact, the retrofitting will probably not be able to provide a positive environmental impact during the lifeboat's lifespan. The feasibility study provides an overview of how a retrofitting of GES 40 with an electrical propulsion system can be carried out. The study shows that the conversion is possible to carry out in an appropriate manner, and it is assumed that the lifeboat can be built to fulfil relevant requirements, standards and defined product targets. The study also shows how the procedure for the feasibility phase of a retrofitting project can be standardized and potentially improved. Further work on the project is divided into two directions: Further work on the feasibility study: Perform exact range calculations. Thorough cost and environmental analysis. Further work on the conversion project: Detailed technical solutions. Prototype construction. Verification and testing of lifeboat and systems.