Brunvoll Contra Rotating Propeller on single shaft line for main propulsion

Brunvoll kontraroterende propell (CRP) i aksellinje, for skipsframdrift. Hensikten med prosjektet er å utvikle en serie med kontraroterende propellsystem for aksellinje. Herunder omfatter det å utvikle kompetanse innen de sentrale fagområder, som er: hydrodynamikk, mekanisk/hydraulisk design og elektrodrift/automasjon/fjernstyring. Kontraroterende propellsystem er svært interessante, ettersom de har vesentlig høyere virkningsgrad, sammenlignet med enkeltpropellere, og fører dermed til mindre forbruk av energi og lavere utslipp. Det er så langt definert en produktportefølje for propellsystemet fra 1500kW opptil 5000kW. Den hydrodynamiske forskningen er et samarbeid mellom Brunvoll og de to samarbeidspartnerne i prosjektet, Sintef Ocean og SVA Potsdam. Så langt, i dette arbeidet, er det undersøkt og vurdert hvilke fartøystyper som sannsynligvis er de best egnede for propelltypen. Typisk driftsprofil og belastningsgrad av propellen er her viktige parameter. Flere aktuelle propelldesign er spesifisert med hovedparameter, og noen av disse design er omfattende analysert, både ved hjelp av klassiske beregningsmetoder og CFD. I tillegg er ett propelldesign bygt i modellskala og eksperimentelt testet ut i basseng hos begge samarbeidspartnere. Så langt, viser eksperimentelle tester god korrelasjon med beregnede resultater. Det er under planlegging et neste sett design av modellpropell, med tilhørende beregningsanalyse og testplan. Innenfor det mekaniske design er det, i tillegg til konseptet med hele aksellinja, arbeidet mye med særlig med to emner. Det ene er propellens mekaniske oppbygning. For, i de tilfeller der propellen ikke kan leveres som en enhet, fordi den er for stor til å transporteres på vei sammensatt med propellakselen, så er det utarbeidet flere konsept av sammensatt propell, der ett av disse er utvalgt å bruke. Konseptet omfatter at propellerbladene er separat montert på propellens nav. Herav kan propellaksler med påmonterte propellnav, men uten påmonterte propellerblad, transporteres på vei. Dette er et design som er krevende ved at styrkeforhold skal ivaretas -samtidig som dimensjoner bør begrenses. Det skal være sikkert mot sjøvannsinntrenging i de enkelte deler, samt at produksjonsvennlighet og monteringssikkerhet skal ivaretas. Det andre, svært krevende emnet, er å beregne akselsystemets statiske og dynamiske utbøyning under drift. Det har, så langt, vist seg at det ikke finnes beregningsverktøy for å analysere slik akselutbøyning for et kontraroterende akselsystem. Vi har derfor fått utviklet et beregningsverktøy for dette, basert på et eksisterende verktøy for enkeltpropell. Dette verktøyet er, på grunn av fysikkens kompleksitet, og at det er en spesialtilpasning av et enklere system, krevende å lære å bruke og resultatene er også krevende å tolke. Det er leverandøren av det eksisterende verktøy for enkeltpropell som har videreutviklet dette avanserte verktøyet for kontraroterende propell. For tiden er det avanserte beregningsverktøyet under uttesting hos oss, og vi ser på effekten av å endre en og en parameter har på den statiske og dynamiske utbøyningen. Innenfor fagfeltet elektro er det under utarbeiding spesifikasjon for propulsjonsmotor, frekvensomformer og fjernstyring. Aktuelle leverandører for motor og frekvensomformer er kontaktet og forespurt for muligheten til å levere og pris. Også tiltak for å unngå lagerskade som følge av frekvensomformerdrift er under arbeid med å finne ut av. Det samarbeides med leverandør for å finne fram til system for tilstandsovervåkning av akselsystemet under drift.

Brunvoll has together with SALT Ship Design and Inpower developed and delivered the propulsion line with CRP, driven by permanent magnet (PM) motors, for the platform supply vessel (PSV) Juanita operated by Ugland Offshore. This installation has functioned well for 6 years and the feedback from the shipowner on functionality and fuel consumption is positive. According to Ugland Offshore, the fuel consumption in service speed (14,0-14,5 kn) for Juanita is 19 % lower than for the sister ship PSV Evita which has azipull propulsion. The gross tonnage of Juanita is also 14 % higher than Evita. Brunvoll experience considerable interest from the market regarding CRP for main propulsion. Despite this Brunvoll is not in position to industrialise this propulsion concept. There are two main reason for this. First the mechanical and hydraulic concept for long contrarotating shaft in shaft is very demanding and involves significant risk. Second, CRP is hydrodynamically highly complex and we need considerably more knowledge about hydrodynamical design features to produce optimal propeller design. Brunvoll, by this project, aim to overcome the barrier created by too high investment and maintenance cost compared to fuel savings Through this project Brunvoll expect to establish control on CRP as an industrialised product for long shaftlines for ships. It is crucial to identify the basic propulsion factors as well as the hydrodynamical, mechanical and electrical design of CRP for ships. One or more CRP shaft lines could be installed in one ship.