Safe Arctic Operations (SafeArc)

SafeArc har som hovudmål å auke kunnskapen om islaster på azimuth thrusterar som opererer i kaldklimaområder. Prosjektet er eit samarbeid mellom Rolls-Royce Marine AS (RR) og Det Norske Veritas (DNV). Ein azimuth thruster blir brukt til framdrift av skip og gir både skyvkraft og styring. Det har blitt forska lite på kva krefter ein thruster blir utsett for ved operasjon i sjøis. Meir kunnskap vil gi utstyrsprodusentane betre grunnlag for å designe spesifikt framdriftsmaskineri og klasseselskapa betre grunnlag for regelutvikling av maskineri som blir utsett for islaster. Ein stor del av prosjektet SafeArc var å gjennomføre, logge og analysere fullskalamålingar av thrusterar som opererer i sjøis, dette for å få ei betre forståing av dei faktiske kreftene som oppstår når is treffer propellen eller thrusterkroppen. SafeArc prosjektet var inndelt i tre hovudkategoriar. I tillegg til krefter frå islaster, har vi vurdert operasjon i islagte farvatn og miljøperspektivet. Innanfor miljødelen valde vi å konsentrere oss om støy, oljelekkasje frå thrustera og miljøvenlege oljar. I mars 2013 gjennomførte vi eit tokt i den Botniske viken med den Svenske Kystvakta sitt skip KBV002 Triton. Vi var 9 personar frå RR og DNV om bord i fem dagar. Vi hadde svært gode forhold for målingar, og logga islaster ved forskjellege istjukkleik og ved forskjellege operasjonar av skipet. KBV002 Triton er eit fleirbruksfartøy designa primært for tauing, kystvaktovervaking og oljevern. Fartøyet har den høgste finsk-svenske isklasse 1A*. Skipet er ikkje bygd som ein isbrytar med isbrytarbau, men med bulb for optimal drift i ope vatn. Framdrift av fartøyet er dieselelektrisk, med to azimuth thrustera. Vi instrumenterte begge thrusterane, både inngåande aksel og styremaskina, med strekklappar. Vi ville måle overlaster når is treffer propellen og kor store kreftene blir på strukturen når isen treffer thrusterkroppen. Den største lasta vi målte på thrusterkroppen var 367 kN. Den inntreffer akkurat i det fartøyet går ut av ein open kanal og inn i tjukk is. Forventa maks islast i løpet av levetida 1400 kN. Om vi samanliknar dette med klassereglane, ligg vi betrakteleg lavare. Frå klassereglane får vi ei last på thrusterkroppen på 2800 kN, noko som er dobbelt så mykje som det vi estimerer frå fullskalamålingane. Drivlinja er vanlegvis utsett for dynamiske eksitasjonar. I ope vatten er det ganske enkelt å lage ein modell som representerer dette, sidan vatnet har definerte eigenskapar. Ved operasjon i is vil propellen bli utsett for isstøt som forplantar seg i drivlinja. Å modellere desse islastene er meir komplisert då dei avhenger av iskvalitet og korleis skipet blir operert. For KBV Triton blei 40 timar med isoperasjon analysert med tanke på moment-respons. Det blei laga ein modell av drivlinja basert på dei nye Polar-reglane. Etter at vi justerer for is-kondisjonen, stemmer momentmålingane frå dette toktet veldig bra med klassereglane. I mai 2014 gjennomførte vi det andre toktet i prosjektet. Vi instrumenterte Pajuttaat, eit av skipa til Royal Arctic Lines som opererer på vestkysten av Grønland. Skipet har konvensjonelt maskineri, med propell og ror. Vi instrumenterte propellakselen med strekklappar. Dette skipet blir drevet veldi g forsiktig og alle is-eksitasjonane vi målte er innanfor designgrensene. Dette til tross for at skipet opererer i Arktis med ei baltisk isklasse Ice 1A. Vi samla 86 timar med data. I ei periode på 3 timar, ser vi to tilfeller der vi har ein overlastfaktor på 1,5. Dette er dei høgste lastene som blir målt. I SafeArc gjennomførte vi også ein test av ein permanentmagnet tunnel thruster i is. Islastene vi målte var små. Vi sjekka propellblada etter testen og ingen merke blei funne. Vi filma også under vatten når isen gjekk gjennom propellen, noko som ga oss betre forståing for korleis isen blir kutta og roterer med ein propell i stor hastigheit. Når det gjelder energieffektivitet og forbruk i 50-60 cm is, ser vi at med bulb vil ein ha eit forbruk rundt 1,5 gangar så stort som utan bulb. Det er veldig energikrevjande å operere i is, og målingar viser at energibehovet blir dobla frå lette is kondisjonar til medium store isflak. For å optimere drifta treng ein kunnskap om isforhold, tilgang til skipsspesifikke data og forståing for selskapet sin sikkerheitsprofil. Etter at vi har jobba med SafeArc i 3 år, ser vi at ei av dei største utfordringane for å designe gode produkt og utvikle isreglane vidare, er å linke designera og operatørar tettare saman. Vi treng eit forum der kunnskap blir overført begge vegar. For å dele resultata frå prosjektet med den maritime næringa, inviterte vi til ope seminar i Fosnavåg den 13.01.2015. Her ga vi ei innføring i dagens is-reglar, Polarkoden og maskineri som blir brukt i is. Deretter presenterte vi tokta og målingane som blei gjennomført i SafeArc. Det var stor interesse for temaet, og over 100 personar frå rederi, skipsverft og skipsdesignera deltok.

Demands for vessels and surface platforms operating in arctic areas are expected to increase in the years to come. This opens new possibilities also for the Norwegian maritime cluster. Current knowledge on operational loads and constraints in arctic wate rs is, however, restricted. Beyond that, increased environmental awareness adds to the knowledge gap that currently exists. In the project covered by this proposal, the project parties have joined forces in a R&D program that investigate operational load s through modelling and full scale validations, enabling the generation of best practice design and operational guidelines for arctic service, in particular associated with offshore gas and oil exploration. In particular azimuthing thrusters for icebrea king and ice milling operations with power up to some 8 MW, reduction gears with transmission capacity up to some 15 MW and maneuvering thrusters up to some 2.5 MW are propulsion systems that will be focused in the program planned. The project work is di vided in three main activities: 1. Loads from Ice - podded propulsion systems 2. Ice management - operational control 3. Environmental aspects - operation in ice Together these activities will form the necessary basis to meet the objectives as outlined fo r the project. Use of validations in ice laboratories are not a part of the project, hence, related uncertainties are avoided. This project constitutes a unique possibility for jointly utilization of the cooperating parties different strengths, for the development of knowledge and technology for safe arctic operations of the future to a level that is not reachable by the parties individually.