2013 Bilagsmappe Thomas Svennesen Mols-Linien A/S 16-12-2013
Bilagsliste Bilag 1. 91m Wave Piercing Catamaran General Specification... 3 Bilag 2: Mols-Liniens målinger på brændstofforbrug i forhold til last.... 5 Bilag 3. Forfatterens analyse af brændstofforbruget... 6 Bilag 4: Tegninger af Max Mols, samt FRAME # 47, 48 og 52... 8 Bilag 5: Nødvendigt tryk til løft af Max Mols... 13 Bilag 6: Kraftpåvirkning af sideskrog... 16 Bilag 7: Vindmodstand genereret af forskørte... 17 Bilag 8: Referat af møde med Axel Mølgaard Andersen... 18 Bilag 9: Howden Fans Produkt katalog.... 21 Bilag 10: Nødvendig luftmængde til løft... 23 Bilag 11: Tegning over maskinrumsarrangement... 24 Bilag 12: Produktkatalog over Deutz Marine Engine... 25 Bilag 13: Brainstorm Air Cushion Catamaran... 27 Bilag 14: Brainstorm Air Lubrication System... 28 Bilag 15: Brainstorm Air Supported Vessel... 29 Bilag 16: Fuel Fax fra Max Mols... 30 Side 2 af 41
Bilag 1. 91m Wave Piercing Catamaran General Specification Side 3 af 41
Side 4 af 41
Bilag 2: Mols-Liniens målinger på brændstofforbrug i forhold til last. Side 5 af 41
Bilag 3. Forfatterens analyse af brændstofforbruget Data for brændstofforbrug i forhold til antal lastede køretøjer. Data er udvalgt over perioden Sep. - Nov. 2013. Valget af de enkelte dages forbrug er gjort på dage med svag vind for at mindske indflydelsen af denne. Datasættet har til formål at synliggøre forskellen i brændstofforbrug på en let lastet og enfuldt lastet Max Mols. Alle data er udtaget som gennemsnitlig dagforbrug pr. tur mellem Århus og Sjællands Odde Antal biler og busser er angivet i gennemsnit pr. dag Ca. vægt af last (bil = 1650 kg, bus = 30000 Lettere lastet. kg) Dato Vindstyrke Biler Busser Lastet vægt forbrug pr. tur 09-09-2013 4-6 m/s 97,75 1 191,3 tons 4,6 m3/tur 11-09-2013 3-8 m/s 124,75 0,75 228,3 tons 4,6 m3/tur 18-09-2013 4-6 m/s 120,25 0,5 213,4 tons 4,6 m3/tur 01-10-2013 4-7 m/s 99,25 0,5 178,8 tons 4,4 m3/tur 07-10-2013 6-8 m/s 104 0,5 186,6 tons 4,6 m3/tur 14-10-2013 4-6 m/s 116,75 1 222,6 tons 4,7 m3/tur 21-10-2013 2-6 m/s 119,5 0,75 219,7 tons 4,7 m3/tur 04-11-2013 4-8 m/s 94,25 1 185,5 tons 4,7 m3/tur 11-11-2013 5-7 m/s 90,25 1 178,9 tons 4,6 m3/tur 19-11-2013 4-7 m/s 101,75 0,75 190,4 tons 4,8 m3/tur I alt 10 datasæt gennemsnitlig gennemsnitlig vægt forbrug 199,6 tons 4,63 m3/tur Ca. vægt af last (bil = 1650 kg, bus = 30000 "fuldt" lastet. kg) Dato Vindstyrke Biler Busser Lastet vægt forbrug pr. tur 20-09-2013 2-4 m/s 157,75 2 320,3 tons 5 m3/tur 27-09-2013 2-4 m/s 153,75 1,75 306,2 tons 5,1 m3/tur 11-10-2013 6-10 m/s 163,75 2 330,2 tons 5,2 m3/tur 17-10-2013 4-8 m/s 147,5 1,5 288,4 tons 5,2 m3/tur 18-10-2013 4-6 m/s 136,5 2 285,2 tons 4,9 m3/tur 25-10-2013 6-8 m/s 144,25 2 298,0 tons 5,2 m3/tur 08-11-2013 5-10 m/s 138,5 2 288,5 tons 5,1 m3/tur 15-11-2013 8-10 m/s 148 2 304,2 tons 5,3 m3/tur 17-11-2013 3-6 m/s 129,75 1,5 259,1 tons 5,3 m3/tur 22-11-2013 6-8 m/s 149,75 2,25 314,6 tons 5,2 m3/tur Side 6 af 41
I alt 10 datasæt gennemsnitlig gennemsnitlig vægt forbrug 299,5 tons 5,15 m3/tur Differens "Lettere" lastet vs. "fuldt" lastet 99,9 tons 0,52 m3/tur Øget forbrug/tur pr. tons øget vægt af last: 0,0052 => 5,2 liter/tur pr. tons På bilag 2 fremgår det at Mols-Linien A/S selv har indsamlet data på et tidligere tidspunkt hvor øget forbrug pr. tons er opgivet pr. Nautical Mile. Resultatet af deres beregning viste at 1 tons last giver et øget forbrug på 0,13 liter/nm Ruten mellem Århus og Sjællands Odde er sat til 38,8 nm, og kan derved omregnes til: 0,13 liter * 38.8 nm = 5,0 Liter/tur pr. tons De fundne resultater stemmer godt over ens med hinanden, og giver et indblik i hvad øget vægt har af indflydelse på brændstofforbruget i det pågældende lastområde. Det skal hertil siges at lastområderne for de 2 beregninger ikke er nøjagtig ens, samt atforbruget på Mols-Liniens datasæt er lidt højere. Dette skyldes deles variationen i lastområdet, men kan også skyldes ændrede tider i fartplanen der gør at hastigheden ændres en smule. En anden grund kan være begroning på skrogene, dette menes dog ikke at væretilfældet idet mine data er taget fra september til november og Max Mols står til at skulle i dok til februar, hvorfor begroningen på nuværende tidspunkt er ved at nå sit maximum. Det kan - selvfølgelig skyldes en anden type bundmaling idet Mols-Liniens datasæt er nogle år gammelt. Det bør ligeledes nævnes at medregnet i forbruget er også hjælpemotorernes forbrug, men - idet der udelukkendes ses på differens, samtidig med at belastningen på hjælpemotor er tilnærmelsesvis ens året rundt, vurderes dette ikke at have noget særlig indflydelse. Datakilden anvendt til dette bilag er henholdsvis navigatørernes dagslog der forefindes på - broen, indeholdende tidspunkt, overfartstid, vind og vejr, antal pax, biler, busser motorcykler osv., samt maskinens fuelfax som også kan findes i bilag 16 Side 7 af 41
Bilag 4: Tegninger af Max Mols, samt FRAME # 47, 48 og 52 Side 8 af 41
Side 9 af 41
Side 10 af 41
Side 11 af 41
Side 12 af 41
Bilag 5: Nødvendigt tryk til løft af Max Mols Udregning af tryk til løft af skib Max Mols Incat 91 meter wave piercing catamaran length OA Length waterline Cushion Lenght Beam overall Beam of hulls Cushion Beam Draft (saltwater) Service speed Lightship speed Lightship weight Deadweight 91,3 m 81,33 m 70 m 26 m 4,5 m 17 m 3,73 m 42 kt 48 kt 936 tons 500 tons Displacement max 936+500 1436 tons teoretisk Displacement min 936 936 tons teoretisk Areal (Trykflade mellem skrogene) 70 * 17 meter 1190 m2 1 bar = 100000 Pa = 100000 N/m2 =100 KN/m2 Max Mols, lettere lastet (110 biler á 1650 kg) 181,5 tons => 181500 kg Max Mols, fuld lastet (190 biler á 1650 kg + 1 bus á 30000 kg) 343,5 tons => 343500 kg Differens lettere lastet vs. Fuld lastet 162 tons => 162000 kg Løft på 162 tons 162 tons => 1588,7 KN 1 kilogram = 9.80665002864 N 162000 kg => 1588677,3 N => 1588,6773 KN 1589 KN KN/m2 = 1588,68 KN/1382,61 m2 1,34 KN/m2 => 1335,0 N/m2 Omregnet til tryk 1335,0 Pa => 0,01 bar 162 tons løft svarer til ca. 12 % løft af fuldtlastet skib. Side 13 af 41
Nedenstående beregning er lavet på 40 % løft af fuldtlastet skib. 40 % Løft Areal (Trykflade mellem skrogene) 70 * 17 meter 1190 m2 1 bar = 100000 Pa = 100000 N/m2 =100 KN/m2 fuldlast displacement 1436 tons 40 % af displacement 574,4 tons Løft på 575 tons 574,4 tons => 5632,9 KN 1 kilogram = 9.80665002864 N løft omregnet til kraft i KN 5633 KN KN/m2 4,73 KN/m2 => 4733,6 N/m2 Omregnet til tryk 4733,6 Pa => 0,05 bar Nedenstående beregning er lavet på 60 % løft af fuldtlastet skib. 60 % Løft Areal (Trykflade mellem skrogene) 70 * 17 meter 1190 m2 1 bar = 100000 Pa = 100000 N/m2 =100 KN/m2 fuldlast displacement 1436 tons 60 % af displacement 861,6 tons Løft på 862 tons 861,6 tons => 8449,4 KN 1 kilogram = 9.80665002864 N løft omregnet til kraft i KN 8449 KN KN/m2 7,10 KN/m2 => 7100,3 N/m2 Omregnet til tryk 7100,3 Pa => 0,07 bar Side 14 af 41
Nedenstående beregning er lavet på 85 % løft af fuldtlastet skib. 85 % Løft Areal (Trykflade mellem skrogene) 70 * 17 meter 1190 m2 1 bar = 100000 Pa = 100000 N/m2 =100 KN/m2 fuldlast displacement 1436 tons 85 % af displacement 1220,6 tons Løft på 1221 tons 1220,6 tons => 11970,0 KN 1 kilogram = 9.80665002864 N løft omregnet til kraft i KN 11970 KN KN/m2 10,06 KN/m2 => 10058,8 N/m2 Omregnet til tryk 10058,8 Pa => 0,10 bar Side 15 af 41
Bilag 6: Kraftpåvirkning af sideskrog Udregning af skrogpåvirkning Max Mols Incat 91 meter wave piercing catamaran length OA Length waterline Cushion Lenght Beam overall Beam of hulls Cushion Beam Draft (saltwater) Service speed Lightship speed Lightship weight Deadweight 91,3 m 81,33 m 70 m 26 m 4,5 m 17 m 3,73 m 42 kt 48 kt 936 tons 500 tons Displacement max 936+500 1436 tons teoretisk Displacement min 936 936 tons teoretisk Højden fra vandoverfladen til dækken mellem skrogene måles ved et displacement på ca. 1000 t til gennemsnitlig ca. 2,5-3 meter. 3 meter Areal (Trykflade på én skrogside) ca. 70 * 2,5 meter 175 m2 1 bar = 100000 Pa = 100000 N/m2 =100 KN/m2 Ved 0,01 bars overtryk 0,01 bar => 1000 pa kraft i N 1000 N/m2 => 1 KN/m2 175 m2 trykflade 175 KN => 17,8 tons 1 kilogram = 9.80665002864 N Ved 0,1 bars overtryk 0,1 bar => 10000 pa kraft i N 10000 N/m2 => 10 KN/m2 175 m2 trykflade 1750 KN => 178,5 tons Side 16 af 41
Bilag 7: Vindmodstand genereret af forskørte Beregning af luftmodstand: Sammenholdt fra 3 uafhængige kilder vurderes nedenstående formel at være valid til beregning af øget luftmodstand ved indsættelse at forskørte på Max Mols. F = kraft i N C = modstands koefficienten for en flad plade = 1,28 = 1,225 Kg/m 3 ved havoverfladen ved 15 grader. A = overflade areal af vindtunnel/skørter = 17 * 3,5 meter 60m 2 v 2 = hastigheden i 2. potens angivet i m/s = 38 knob * 0,5144 = 19,5 m/s Side 17 af 41
Bilag 8: Referat af møde med Axel Mølgaard Andersen Interviewede: Axel Mølgaard Andersen (Tidligere skibsbygger, skibsingeniør, officer og nu ansat hos Force Technology i Brøndby, hvor de arbejder med prøvetanke og vindtunneler til nybygninger.) Formålet med mødet er at få et professionelt synspunkt på hypotesen der er opstillet. Er der hold i teorien om at løfte skibet og på den måde modregne vægt/last? hvilke overvejelser skal der gøres i forhold til evt. øget modstand ved at montere skørter? Udbytte af første møde den 7. november 2013. Det viser sig at Axel Mølgaard Andersen fra Force Technology tilbage i slut 90 erne har deltaget i et stort EU projekt der omhandlede netop SES katamaraner, hvor der i samarbejde med andre EU lande blev sammensat en større mængde data og oplysninger der beskrev hvilke fordel og ulemper der var ved SES teknologien, og hvordan denne kunne implementeres i den maritime verden. Force lavede dengang forsøg i prøvetanke med modeller af SES katamaraner hvor de blandt andet undersøgte effektiviteten ved forskellige grader af løft, henholdsvis 40, 60 og 85 % af skibes displacement. Her viste det sig at 85 % løft gav klart den største effektivitet, samtidig med at skibet ikke viste tegn på at have mistet hverken stabilitet eller manøvrerings evne. Yderligere blev der set på hvordan bølger påvirkede skibets virkningsgrad. Her viste det sig at på fladt vand gav SES systemet en betydelig forøget effektivitet. Modsat viste det sig at ved sejlads i bølger var der en betydelig forringelse, og i de værste tilfælde faktisk også en forringelse i forhold til at sejle som ren displacement tilstand. Teorien om at løfte i skibet ved hjælp af luft der presser på en overflade og derved mindske skibets displacement, hvilket giver mindskede krav til fremdrivningseffekt er testet og har vist sig at fungere. Det der skal tages i betragtning i forhold til dette, er at der ved at montere skørter vil fremkomme nye led i skibets totale modstand, samtidig med at der vil ske ændringer i de eksisterende. Her er der tale om følgende: Friktionsmodstand vil opstå mellem skørterne og vandoverfladen, men primært idet de påvirkes kraftigt af bølger, grundet at der normalvis vil være en luftspalte mellem skørte og vandoverflade, afhængigt af luftmængden der blæses ud under. Vindmodstand øges fordi skørtet vil blokere den vindtunnel der normalvis er hen under katamaranen mellem skrogene. Wave making resistance der normalt fremkommer af den mængde vand der skal flyttes for at skubbe skroget gennem vandet vil blive reduceret idet displacementet reduceres. Dog vil der opstå en form for Side 18 af 41
trykflade modstand idet luften der blæses ind i det lukkede rum vil skulle accelereres op til den hastighed skibet bevæger sig. Derudover er det muligt at det agterste skørte som presses ned mod vandoverfladen (uden at røre vandet ved hjælp af luften) vil være med til at skabe en svagt øget form for wave making resistance. Det fremgik i forbindelse med dette også at det agterste skørte kan anvendes til at påvirke skibets trim ved at ændre på trykket i disse luftpuder der ligger i flere lag over på hinanden i det agterste skørte. Det er ikke muligt at lave en præcis beregning på hvor støre de forskellige modstande vil blive uden at have haft en model testet i en prøvetank, dog kan der være en mulighed for at lave en grov estimering af indflydelsen ved at sammenligne med lignende fartøjer der har været testet. Det er aftalt at Axel skal forsøge at finde sagsmappen med dette omfattende projekt i deres arkiv, hvorefter jeg forhåbentlig kan få adgang til det. Udbytte af andet møde den 11. november 2013. Som aftalt har Axel fundet sagsmappen i deres arkiv som er navngivet BRE2-CT92-0253-BRITE-EURAM (Hydro SES). Dog viser det sig at arbejdsmappen i deres arkiv kun indeholder forsøgsoptegnelser fra en lang række manøvreringsforsøg som Force har stået for. Heldigvis kan han alligevel oplyse et par vigtigt detaljer for mit projekt. Modellen de har testet, skulle i fuldskala version have følgende specifikationer: Length: 160 metre Beam: 26 metre Draft: 5 metre Volume Displacement: 4850 m 3 Air Pressure: 11 Kpa => 0,11 Bar Air Flow: 1100 m 3 /s Fartøjet kørte med en lift to weight ratio på 85 %, det vil sige 85 % af skibets displacement bliver løftet af luftpuden. Fartøjet var også testet med 40 og 60 %, men her var effektiviteten væsentlig lavere. En vigtig oplysning var at Air Flowet var skaleret ud fra en ligning der hedder: Air Flow Fuldskala = Air Flow Model * Skalaforhold 2,5 Side 19 af 41
Det er muligt denne oplysning kan anvendes til at estimere et luftforbrug på Max Mols, så det kan undersøges hvilke blæsere der skal til og hvor stort effektbehov der er for disse. Det blev også diskuteret hvorledes Max Mols var egnet til SES katamaran, idet man normalvis ikke anvender symmetriske skrog, men principielt faktisk anvender et enkeltskrog med flad bund, splitter dette op og indsætter gardinerne imellem skrogsiderne. Derudover blev der diskuteret hvorledes vindmodstand ville have indflydelse, og hvordan denne kunne estimeres. Udbytte af tredje møde den 27. november 2013. Siden sidste møde har jeg blandt andet arbejdet med om jeg kan estimere et flow passende til Max Mols blot ved et lavere tryk. Hertil er jeg kommet i besiddelse af en formel til netop dette formål der lyder som følger; Q = c * A * ((2* p)/ρ). Jeg har i samarbejde med Axel Mølgaard Andersen drøftet hvorvidt den kan anvendes til at fortælle mig hvilket flow jeg bør satse på. Jeg har blandt andet får bekræftet at c er en konstant der fortæller noget om hvor let luften har ved at undslippe under skørterne, og har derfor noget med skørtets udformning at gøre. Derudover er det blevet bekræftet at A er det areal der findes som luften kan undslippe gennem, altså bredden af skørtet gange højden af det Air-gap der isolerer skørtet fra havoverfladen. Størrelsen på dette Air-gap er der et hav af forskellige meninger om, men ligger typisk mellem 2-4 centimeters højde. For at jeg kan bestemme et nødvendigt flow til Max Mols, er det antaget at skørterne her bliver fremstillet af samme materiale og med samme udformning som på den testede model hos force. Dertil skal der bibeholdes samme Air-gap ved forskellige tryk og flow, som der var på den testede model hos Force. Herved kan jeg ud fra formlen ovenfor beregne det nødvendige flow ved forskellige tryk når disse forholdsregler og antagelser gøres. Axel kan yderligere informere om at modellen der blev testet have en blæser for og en blæser agter, men fuldskala fartøjet skulle have haft 2 for og to agter. Side 20 af 41
Bilag 9: Howden Fans Produkt katalog. Side 21 af 41
Side 22 af 41
Bilag 10: Nødvendig luftmængde til løft Q = C * A * ((2* p) /rho)) kendte oplysninger: for et skib med antagede samme C og A værdier have: Q = 1100 m3/s p = 0,11 bar rho luft = 1,225 kg/m3 Herefter omskrives formlen til; Q = konstant * ((2* p)/rho) solve(1100 = x * (2*0,11)/1,225, x) X = 2596 konstant Q ved ca. 12 % løft 0,01335 bar svarende til 162 tons Q = 2596 * ((2*0,01335)/1,225) = 384 m3/s 400 m3/s Q ved ca. 40 % løft 0,04733 bar svarende til 575 tons Q = 2596 * ((2*0,04733)/1,225) = 722 m3/s 750 m3/s Q ved ca. 60 % løft 0,071 bar svarende til 862 tons Q = 2596 * ((2*0,071)/1,225) = 884 m3/s 900 m3/s Q ved ca. 85 % løft 0,1 bar svarende til 1220 tons Q = 2596 * ((2*0,1)/1,225) = 1048 m3/s 1100 m3/s Side 23 af 41
Bilag 11: Tegning over maskinrumsarrangement Side 24 af 41
Bilag 12: Produktkatalog over Deutz Marine Engine Side 25 af 41
Side 26 af 41
Bilag 13: Brainstorm Air Cushion Catamaran Side 27 af 41
Bilag 14: Brainstorm Air Lubrication System Side 28 af 41
Bilag 15: Brainstorm Air Supported Vessel Side 29 af 41
Bilag 16: Fuel Fax fra Max Mols Side 30 af 41
Side 31 af 41
Side 32 af 41
Side 33 af 41
Side 34 af 41
Side 35 af 41
Side 36 af 41
Side 37 af 41
Side 38 af 41
Side 39 af 41
Side 40 af 41
Side 41 af 41