Download Report

Naval Architecture
Kandidatexamensarbete
Carl-Anders Carlsson
[email protected]
073 092 91 99
12 juni 2015
Abstract
Sjöfart
This chapter is an essay that describes the role of shipping from a historical point of view as
well as the impact of shipping on society.
Fartygsprojektering
This chapter is a projection of a ship that can transport 120 000 tonnes of crude oil from
Venezuela to Seattle in the United states. The result of this projection is two ship that is 265
meters long and 40 meters wide that transport 80 000 tonnes of oil to Seattle before returning
to Venezuela. This journey will take 40 days with a speed of 13 knots. The ship fulfills all
regulations that it needs to fulfill.
Fördjupning
This chapter focuses on a request for information issued by Stockholm county council concerning
public transport on water. The routes covered in this report are those planned for Mälaren. These
routes are at the time for writing of this report non existing. From this RFI, the authors of this
chapter have developed three different ships, two catamarans and one single hull vessel, that
carry between 70 and 150 persons. The catamarans have the dimensions of 10 × 25 meters with
four or six doors each. The doors are 2,5 meters wide, which allow for fast embarkment and
disembarkment. The single hull vessel is 20 × 6 meters and has only one door. The catamarans
are partially driven by electricity, which is in line with Stockholm county council’s vision of a
vehicle fleet driven by 90 % renewable fuels. To accommodate these ships in port, a pier concept
has also been conceived. This pier is a floating one, with automatic gangplanks which hold the
ship in place, when in port.
1
Innehåll
Abstract
1
Inledning
4
Sjöfart
Introduktion . . . . . . .
Marknader inom sjöfarten
Aktörer . . . . . . . . . .
Miljö . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
5
6
6
8
8
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
10
11
11
11
12
12
12
14
15
18
20
21
21
21
21
23
24
27
27
.
.
.
.
.
.
.
.
28
29
29
30
30
31
33
35
38
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Fartygsprojektering
Introduktion . . . . . . . . . . . . .
Problembeskrivning . . . . . . . . .
Begränsningar . . . . . . . . . .
Lösningsgång . . . . . . . . . . . . .
Rutt, last och tid . . . . . . . .
Fartygets vikt och dimensioner
Stabilitet . . . . . . . . . . . .
Motstånd . . . . . . . . . . . .
Framdrivning . . . . . . . . . .
Miljö . . . . . . . . . . . . . . .
Resultat och diskussion . . . . . . .
Rutt, last och tid . . . . . . . .
Fartygets vikt och dimensioner
Stabilitet . . . . . . . . . . . .
Motstånd . . . . . . . . . . . .
Framdrivning . . . . . . . . . .
Miljö . . . . . . . . . . . . . . .
Slutsats och sammanfattning . . . .
Fördjupning
Introduktion . . . . . .
Bakgrund . . . . . . . .
Rutterna . . . . . . . .
Riddarfjärdslinjen
Solna strand-linjen
Ekerölinjen . . . .
Bryggkoncept . . . . . .
Resultat . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Riddarfjärdslinjen
Solna strand-linjen
Ekerölinjen . . . .
Finansiering . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Appendices
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
38
38
39
39
43
Appendix 1:Propellermodellering
i
Appendix 2: Propellermodelleringsprogrammet, MATLAB-kod
i
Appendix 3: MATLAB-kod för motståndsberäkningar
i
Appendix 4: Generalarrangemang och huvuddata
i
3
Inledning
Detta är ett kandidatexamensarbete utfört vid avdelningen för Marina system på Kungliga
tekniska högskolan, KTH, i Stockholm. Den består av tre kapitel. Det första kapitlet är en essä
som berör sjöfartens historia och påverkan på sammhället.
Det andra kapitlet är en fartygsprojektering för ett fartyg som har till uppgift att flytta
120 000 ton råolja från Venezuela till Seattle i USA. Utifrån detta har ett fartyg tagits fram.
Lösningsgången följer en lösningsgång som beskrivs i T. Milcherts dokument Handledning i
fartygsprojektering [5]
Det tredje och sista kapitlet innehåller en fördjupning som berör Stockholms läns landsting
(SLL) planer att starta upp pendelbåtslinjer i Mälaren. Arbetet har sin utgång i en request for
information (RFI) [12], där SLL begär information om hur pendelbåtarna bör se, både utvändigt
och invändigt. Utifrån detta har fartyg som uppfyller kraven som beskrivs i RFI:n. Författarna
har även tagit fram bryggor som ska fungera för samtliga fartyg samtidigt som bryggorna bidrar
med snabb av- och påstigning.
4
Sjöfart
5
Introduktion
Sjöfarten har historiskt varit viktig för vårt samhälles utveckling och utseende och är fortfarande
enormt viktigt för dagens samhälle. Detta yttrar sig i historiskt viktiga städers placering vid
vatten. Tills inte allt för länge sedan var sjövägen den enda vägen som större mängder gods
kunde transporteras. Mycket av dagens gods förflyttas fortfarande med hjälp av sjöfarten.
Marknader inom sjöfarten
De flesta typer av last transporteras till sjöss, oavsett om det är olja, frukt, iPads eller vad det
än kan vara har det med största sannolikhet transporterats en del av sträckan med ett fartyg av
något slag. De flesta fartyg är konstruerade efter ett specifikt syfte, en speciell lasttyp, med en
speciell rutt i åtanke. Det går således att dela in fartyg efter vilken typ av last de transporterar.
En grov indelning kan göras utifrån om lasten är fast, flytande eller om det är passagerare som
ska transporteras. Fast last kan vara containrar, bilar, bulk eller last i behov av kylning.
Containerfartyg kommer i varierande storlek, från knappt 100 meter upp till 400 meter.
Dess huvudsakliga uppgift är, som namnet skvallrar om, att frakta containrar. Fartygens kapacitet mäts i hur många 20-fots containrar (TEU = twenty feet equivalent units) som kan lastas.
40-fots containrar är dock vanligast, och tar upp utrymme som svarar mot två TEU. Containrarna lastas i lastrum under däck som stängs med luckor, på vilka fler containrar kan staplas.
Containrarna kan snabbt lossas och lastas ombord på lastbilar eller tåg för vidare transport
från hamnarna, vilket gör containrarnas transport mycket flexibel.
Figur 1: Lastrummet på ett containerfartyg. Källa: Wikimedia
De oceangående containerfartygen är mellan 200 och 400 meter och trafikerar ett fåtal,
större hamnar, så kallade bashamnar. Den enda bashamnen i Norden är Göteborgs hamn.
De oceangående fartygen lastar fler än 1000 TEU. Maersks största containerfartyg Maersk
McKinney Möller lastar över 18 000 TEU. De mindre containerfartygen som är upp till 200 meter
långa lastar mindre än 1000 TEU och kallas Feeder-fartyg. Dessa förbinder mindre hamnar med
bashamnarna.
6
RoRo-fartyg, (RoRo = Roll on, roll off), är fartyg där lasten rullar ombord, detta kan vara
bilar, pallar med last, virke eller lastbilar. Lasten körs ombord på ramper, oftast i fartygets
akter och/eller för. Roro-fartygen kan delas in i flera typer. Biltransportfartyg, som endast
transporterar bilar och lastbilar, dessa finns i varierande storlek, där de oceangående fartygen
kan ta upp emot 8000 bilar, medan de mindre som transporterar i närfart har plats för 1000 bilar.
Det svenska rederiet Wallenius Lines är en stor aktör på marknaden. Något som kännetecknar
dessa fartyg att de är mycket höga och stor mängd av lasten befinner sig ovan vattenlinjen vilket
snabbt kan göra dem instabila och olyckor som involverar biltransportfartyg går ofta mycket
snabbt. RoPax-färjor är fartyg som kombinerar rorofartygets mångsidighet och smidighet med
passagerarfärjors komfort. Ett exempel på RoPax-fartyg i Sverige är de fartyg som kör mellan
Sverige och Danmark. Ropax-färjor körs något snabbare än andra RoRo-fartyg, detta kan tänkas
bero på passagerarnas intresse av att ta sig fram så fort som möjligt.
Bulk är last som transporteras oförpackad, det kan röra sig om spannmål, malm, sand
och dylikt, ofta i form av granulat. I och med att lasten är oförpackad uppstår problem med
att lasten kan förflyttas vid stora störningar. Påverkan av sådan förflyttning kan minskas med
hjälp av att golvet närmast skrovets sidor lutar in mot mitten av fartyget, vilket gör att lasten
fördelas bättre. Det finns dessutom flera lastrum i skeppets längsriktning, för att förhindra
lastförflyttning för/akterut. Även bulkfartyg kommer i flera olika storlekar. De oceangående är
upp till 400 meter långa med en lastkapacitet på över 150 000 ton. Mindre bulkfartyg, Coasters,
är upp till 120 meter långa och används längs kuster och inom Europasjöfart.
En annan typ av bulkfartyg är kylfartyg, eller så kallade reefers. Dessa transporterar varor
som behöver kylning för att inte bli dåliga. De har god temperaturreglering med låg temperaturvariation. Fartygen är även snabbare än många andra fraktfartyg, eftersom frakten kan bli
dålig. Användningen beror mycket på olika säsonger och olika frukter kräver olika temperaturer.
Många rutter går från Sydamerika där mycket frukt och nötkött odlas. Kylfartygen medger att
länder på nordligare breddgrader kan ha färsk frukt året runt.
Tankfartyg fraktar flytande last i stora tankar. De kan delas upp i olika storlekar men
främst efter vad de fraktar. Råoljetankers är generellt stora, upp emot 400 meter och transporterar råolja från oljefält och oljehamnar till raffinaderier där oljan processeras för att sedan
transporteras vidare i de något mindre produktfartygen. Dessa är upp till 250 meter långa och
fyller en motsvarande funktion som Feeder-fartygen. Det finns även gasfartyg som transporterar
flytande gas. För att hålla gasen flytande måste den kylas till mycket låga temperaturer, ned
mot minus 250° C. Det som är gemensamt för alla tankfartyg är som sagt att de transporterar
flytande last. Detta bidrar till att stabiliteten minskar, precis som hos bulkfartyg. Genom att
dela upp tankarna, i både längsriktning och tvärs minskas effekten av massförflyttningen.
Färjor och kryssningsfartyg är fartyg vars främsta uppgift är att förflytta människor.
Färjornas främsta uppgift är att flytta människor mellan två punkter medan ett kryssningsfartyg är en helhetsupplevelse som en flytande stad, med restauranger, attraktioner och butiker.
Bekvämligheten finns fortfarande i fokus hos båda fartygen, även om den ofta varierar med
reslängd. En blandning av de två är kryssningsfärjor, sådana som både tar gods och personer.
För att nämna ett exempel är finlandsfärjorna kryssningsfärjor där många passagerare bara
åker med för själva resan. Det finns även färjor som körs mycket snabbt, uppemot 40 knop.
Dessa höghastighetsfärjor trafikerar bland annat Gotland i Sverige och kanarieöarna.
Arbets- och specialfartyg är fartyg som har mycket smala arbetsuppgifter, detta kan vara
isbrytning eller bogsering till exempel. Jag skulle även säga att örlogsfartyg ingår i kategorin.
Eftersom dessa fartyg skiljer så pass mycket är det svårt att säga något generellt om denna
kategori.
7
Aktörer
Inom sjöfarten agerar många olika aktörer, allt ifrån varv som bygger båtar till diverse myndigheter som genomför översyn av sjöfartens många delar. Alla är en förutsättning för att sjöfarten
i dess nuvarande skepnad ska fungera. Ett rederi är ett företag som äger ett eller flera fartyg och
som också tillhandahåller och säljer tjänster. Majoriteten av alla fartyg som inte ägs av privatpersoner ägs av rederier. Tack vare rederierna kan varv fortsätta bygga fartyg, när rederiernas
flotta behöver uppdateras eller utökas. Tack vare rederierna får även hamnarna kunder och
verksamhet när last levereras till hamnen. Kunderna, oavsett om det är lastägare, speditörer
eller passagerare, får sina behov tillgodosedda av rederierna. Rederierna kan ses som det som
knyter sjöfarten samman. Stora risker tas när nya fartyg köps in; stort mängder likvida medel
låses i form av fartyg. I och med att sjöfartsnäringen är mycket konjunkturkänslig finns ej heller
någon garanti att efterfrågan hålls uppe. Rederierna kan dock minska risken genom att mot betalning låta någon annan ta en del av risken. Detta görs av försäkringsbolag. Försäkringsbolagen
tar, precis som ?vanliga? försäkringsbolag, över risken mot en premie. Även om det låter som
att rederierna är det enda som betyder något får det ej glömmas att alla aktörer är beroende
av varandra, utan kunder kan inte inte rederierna gå runt och utan rederier kan inte varven
heller gå runt, precis som alla andra marknader. Och precis som för andra marknader finns
det reglerande faktorer som spelar in. Dessa faktorer bestäms av nationella och internationella
organisationer. De stora internationella organisationerna som påverkar svensk och mycket av
den internationella sjöfarten är EU och IMO. IMO (International Maritime Organization) är
ett fackligt FN-organ som sätter upp riktlinjer och lagar som måste följas av medlemsländerna
givet att tillräckligt många godkänner förslaget. På samma sätt gäller mycket av lagstiftningen som EU bedriver. Båda dessa organisationer reglerar många olika områden, det gäller hur
arbetsförhållanden ser ut, säkerhetsföreskrifter och rutiner som ska följas ombord, miljöfrågor
och även hur fartyg ska konstrueras. Dessa organisationer påverkar på så sätt varven, rederier,
hamnar och även nationella myndigheter, och i slutändan rederiets kunder. Rör det sig om
kryssningspassagerare innebär det med stor sannolikhet att säkerheten ökas. Inom ett lands
sjöterritorium har dess myndigheter ansvar för att se till att nationella lagar efterföljs, dessa lagar kan vara lagar som bestäms av EU, IMO eller landets lagstiftare. Ett land kan även besluta
om regler som ska gälla för fartyg som är registrerade i landet, landet blir då fartygets flaggstat.
Ansvaret kan även läggas ut på externa aktörer. Detta görs till exempel delvis med kontroll
av fartygs duglighet för sjöfart. Detta kontrolleras av ett klassningssällskap, som tillsammans
med varv och rederier kontrollerar att fartygen håller den standard som förväntas. Staten har
självklart även möjlighet att utföra egna kontroller i hamn. Detta kan liknas med att staten
överlåter kontrollen av svenska bilar till bilbesiktningsfirmor.
Miljö
Att flytta en båt, som väger två ton, i vatten är för de flesta inga större problem, det krävs
ingen större ansträngning. Att göra detsamma med en bil, som väger två ton, på marken är
mycket svårare. Att få något som väger två ton att flytta sig i luften är för de allra flesta helt
ogörbart. Detta visar på att det är mycket mer energieffektivt att flytta något på vatten än på
något annat sätt. Alltså kommer ett fartyg släppa ut mindre växhusgaser per flyttad container
än en lastbil och mycket mindre än ett flygplan. Växhusgaser är fortfarande ett problem, men
det är ett mindre problem för sjöfarten än för många andra transportslag. De flesta stora städer
ligger dessutom vid vatten, detta tack vare att sjöfarten historisk varit mycket viktigt, vilket gör
att mycket av lasten kommer direkt till destinationen, utan längre transporter med de mindre
energieffektiva lastbilarna. Att transporten sker på vatten innebär också att ingreppen i naturen
8
inte är lika stora, som till exempel när vägar byggs, med undantag för när kanaler och hamnar
byggs. Problemet med trängsel är ej heller lika påtagligt som vid biltrafik, båtar står sällan i
kö med motorn i tomgång, vilket är det mest ineffektiva som en motor kan ”användas” till. Ett
sätt att öka effektiviteten hos fartygen är att de inte ska gå tomma på returresan. Däremot kan
stora miljökatastrofer ske när tankfartyg går på grund och läcker olja. När Exxon Valdez gick
på grund utanför Alaska kontaminerades stora kust-sträckor och det fick till följd att många
sjöfåglar dog, samtidigt som vattnet blev otjänligt. Även mindre oljespill, från andra fartyg kan
på samma sätt vara problematiska, även om dess omfattning inte är lika stor.
Ballasttankar är tankar som fylls med sjövatten (ballastvatten) för att öka stabiliteten. När
tankarna fylls följer ofta organismer från det lokala ekosystemet med. Då tankarna töms när
skeppet nått sin destination följer de främmande organismerna med ballastvattnet ut i det nya
ekosystemet. Det som kan hända är att de främmande arterna kan utkonkurrera de existerande
och detta medför stora förändringar i ekosystemet och den biologiska mångfalden kan rubbas.
Om det finns ett egenvärde med att bevara den lokala biologiska mångfalden lämnas till biologer
att ”bestämma”. Dock är det något som bör beaktas. Genom att byta ballastvatten långt från
land kan detta problem minskas. Det finns risker med att byta ballastvattnet, inte minst blir
fartyget instabilt och riskerar då att kapsejsa. Andra sätt som problemet kan kringgås är att
ballastvattnet steriliseras, helst då genom en icke-kemisk procedur, till exempel att bestråla
vattnet med ultraviolett ljus, eftersom kemikalierna annars kan skada ekosystemet.
9
Fartygsprojektering
10
Introduktion
Detta kapitel behandlar projekteringen av ett handelsfartyg som tagits fram för ett speciellt
scenario. Projekteringen utgår från problembeskrivningen, med fokus på lasten som ska transporteras samt den tänkta rutten. Utmed rutten kan fysiska begränsningar, i form hamnars eller
farleders begränsningar i höjd, längd, djup eller bredd förekomma. Utifrån dessa grundläggande
villkor kan sedan ett fartyg konstrueras.
Olja transporteras med skepp över hela världen. Venezuela är ett land med en av världens
största oljereserver och i detta scenario ska en del av den producerade mängden skickas till
Seattle i USA. 120 000 ton ska skickas varje månad den drygt 5000 sjömil långa vägen från
Venezuela till Seattle via Panamakanalen.
Problembeskrivning
Scenariot var formulerat som följer: Venezuelas omstridde ledare Hugo Chavez retade gärna
president George W Bush. 2005 erbjöd han fattiga USA-invånare eldningsolja till extrapris så
att de skulle klara en kall vinter (DN 2005- 11-24). Som ett led i detta projekt vänder man sig
till dig för att få hjälp med projektering av ett eller flera fartyg som kan transportera 120.000
ton råolja per månad från Puerto la Cruz i Venezuela till Seattle i USA.
Utöver problemet som beskrivits ovan skulle även fartyget/fartygen uppfylla bivillkor som
ställer krav på stabilitet, miljö och säkerhet.
Figur 2: Rutten från Puerto La Cruz i Venezuela till Seattle i USA. Drygt 5000 nautiska mil.
Begränsningar
Rutten från Venezuela till Seattle går från Atlanten och det karibiska havet till Stilla havet. Det
innebär två möjliga rutter, den ena går runt kap horn och den andra går genom Panamakanalen.
Att inte välja Panamakanalen måste ses som dumt och oansvarigt då rutten blir mer än dubbelt
så lång. Panamakanalen ställer dock upp vissa fysiska begränsningar, dessa är redovisade i Tabell
1. Nästa år kommer nya Panamakanalen öppna, detta är en ny rutt där nya större slussar byggts.
Eftersom att ta fram ett fartyg är ett förhållandevis långt projekt och den klara produkten tar
11
lång tid innan den är klar har denna projektering tagit hänsyn till nya Panamax och räknat
med att den nya kanalen är öppen när projektet är klart.
Tabell 1: Jämförelse mellan Panamax och nya Panamax
Fartygsstorlek
Bredd Djupgående
Höjd
Längd
Panamax [1]
32,31 m
12,04 m
57,91 m 289,13m
Nya Panamax [2]
49 m
15,2 m
57,91 m
366 m
Utöver själva rutten förekommer även begränsningar i hamnarna. Dessa begränsningar är
redovisade i Tabell 2.
Tabell 2: Jämförelse mellan de olika hamnarna
Hamn
Bredd Djupgående Fribord
Längd
Seattle [3]
274,32 m
Puerto La Cruz [4]
16,76 m
17,68 m 289,56 m
DWT
120 000
Lösningsgång
Rutt, last och tid
Då rutten och lasten är känd går det att bestämma grundläggande egenskaperna hos fartyget.
Det gäller att bestämma vilken hastighet som skeppet ska köra och då avgöra hur lång tid
det kommer att ta att göra en resa. Beroende på vilken typ av last som körs går det att
motivera en viss hastighet. Det är ofta lättare att motivera en hög hastighet när dyra produkter
transporteras. På samma sätt är det mer rimligt att låta billigare produkter transporteras
långsammare. Därför måste en rimligt fart bestämmas. Detta bestäms inte bara av godsets
värde utan även också av produktionstiden och hur mycket som måste transporteras. Antingen
används ett fartyg som tar all last och kör lite snabbare, eller så kan flera mindre fartyg som
lastar lite mindre som då kan köra långsammare. Då långsammare fartyg har mindre motstånd
kan detta vara att föredra.
Fartygets vikt och dimensioner
Ett av de första stegen i projekteringen var att med de fysiska begränsningarna och lasten i
åtanke bestämma fartygets dimensioner. I och med att lastens massa var given och dess densitet
var känd kunde lastens volym bestämmas och då stod det klart vilken volym lastrummen
behövde. Detta görs med hjälp av Ekvation 1. Något ytterligare som behövs beaktas är att
dubbelskrov behövs när olja och andra miljöfarliga produkter transporteras.
mlast
vlast =
(1)
ρlast
Där lastens vikt var 80 000 ton och densiteten 0,8 ton/m3 , detta resulterade i en volym på 100
000 kubikmeter.
Då lastens volym var bestämd och de fysiska begränsningarna kända kunde fartygets dimensioner bestämmas. Detta gjordes även genom att undersöka fartyg av samma typ och liknande
storlek. Det som undersöktes var främst förhållandet mellan längd och bredd samt blockkoefficienten. Blockkoefficienten är ett mått på hur likt skrovet är ett rätblock och beräknas enligt
Ekvation 2
∇
CB =
(2)
BLT
12
Blockkoefficienten blev i detta fall 0,8.
När väl fartygets dimensioner var bestämda kunde vikten uppskattas. Av dödvikten står
lasten för den största delen när det gäller tankfartyg. Dödvikten är den totala vikten av last,
bränsle, förråd och besättning, samt eventuella passagerare. Vikten av lasten dominerar för
tankfartyg. Dödvikten beräknas då enligt Ekvation 3.
DW T = mlast + mbransle + mf orrad + mbestattning + mpassagerare
(3)
Lättvikten, som är vikten av endast fartyget, är däremot svårare att uppskatta. Det går att
göra med formler, men det går även att göra genom att jämföra linkande fartyg. Watsons metod
går ut på att dela upp egenvikten i fyra olika delar; stålvikt, utrustningsvikt, huvudmaskineriets
vikt samt vikten av övrigt maskineri. Vikten av stålet beräknas enligt Ekvation 4. Denna gäller
dock endast med en blockkoefficient på 0,7.
WST = K · E 1.36
(4)
Där K bestäms till 0,032 med hjälp av Figur 5 och E är Lloyd’s registers gamla Equipment
number. E bestäms med Ekvation 5.
E = L(B + T ) + 0.85 · L(D − T ) + 0.85 [l1 h1 + 0.75 · l2 h2 ]
(5)
l1 , h1 och l2 , h2 är längden respektive höjden av överbyggnader av full respektive indragen
bredd. Det finns ingen överbyggnad med full bredd, dessa termer blir således noll. För att
beräkna stålvikten för andra blockkoefficienter multipliceras WST med en korrektionsfaktor
enligt Ekvation .
c = [1 + 0.05(CB − 0.7)]
(6)
c blir i detta fall 1,005.
De övriga vikterna i Watsons metod är omoderna och vikten av maskineriet och utrustningen
ombord bör uppskattas med hjälp av data från tillverkarna.
Figur 3: Värden för K för beräkning av stålvikten. [5]
13
Stabilitet
Stabilitet är ett mått på ett systems förmåga att återgå till ett stabilt läge efter en störning.
Detta är mycket centralt i fartygsprojektering och stränga krav ställs på fartygs förmåga att
hålla sig upprätt. Centrala begrepp inom stabilitet hos fartyg är bland andra GZ som är den
rätande hävarmen som vill räta upp skeppet när det utsätts för en krängning. GM0 är avståndet
mellan tyngdpunkten och metacentrum.
Figur 4: Geometrisk tolkning av GZ och GM
GZ kan beskrivas som funktion av krängningsvinkeln φ. Denna GZ-kurva beskriver hur
fartyget påverkas av krängning. MSY Hydrostatics [6] kan beräkna GZ-kurvan med utifrån ett
speciellt skrov och dess masscentrum, KG.
IMO har beslutat om rekommendationer som säger hur GZ-kurvan bör se ut. De flesta
klassningssällskap följer dessa rekommendationer. Dessa rekommendationer är redovisade i Tabell 3. e30 och e40 är den dynamiska stabiliteten som svarar mot arean under grafen upp till
krängningsvinkel på 30° respektive 40°. Det är även rekommenderat att GZ-kurvans maximum
bör ligga efter 25° och helst 30°. Hävarmen ska vid 30° även vara större än 0,2 meter samt ska
GM0 vara större än 0,15 meter.
14
Tabell 3: IMOs rekommendation som beskriver GZ-kurvan [7]
e30
>0,055 mrad
e40
>0,090 mrad
e40 -e30
>0,030 mrad
GZ(30°)
>0,2 m
GM0
> 0,15m
Krängningsvinkel vid GZmax
> 30°
En annan stabilitet som bör beaktas är fartygets kursstabilitet. Det gör med hjälp av Clarkes
diagram, Figur 5. Det ska dock tilläggas att det endast är rekommenderat att fartyget är
kursstabilt och att tankerfartyg sällan är kursstabila.
Figur 5: Clarkes diagram för att bestämma om ett fartyg är kursstabilt eller ej. [5]
Något annat som rör stabilitet är förekomsten av vattentäta skott. Information om detta
har dock varit svårfunnen och svårtolkad. Det [8] säger är att fartyg mellan 190 och 225 meter
ska ha nio vattentäta skott om de inte har några längsgående skott i lastrummen. Större än så
är ”specially considered”. Eftersom skeppet delas upp i 10 vattentäta tankar bör detta kravet
vara uppfyllt.
Motstånd
Ett fartygs motstånd är viktigt att ta i beaktande när projekteringen genomförs. Motståndet
är den kraft som fartyget måste övervinna för att ta sig framåt. Motståndet beror till största
15
del skrovets form och våta yta. En synlig effekt av motståndet är virvlar och vågor/svall efter
fartyget.
Hos ett tankerfartyg är det plattfriktionen och formmotståndet som utgör störst del av det
totala motståndet, se Figur 6.
Figur 6: Visar olika fartygstypers motståndskomponenter och dess storlekar. [9]
Utifrån skeppets huvuddata kan en uppskattning av motståndet göras. Ekvation 7 visar
skrovets motstånd.
1
RT = ρV 2 S · CT
(7)
2
Där ρ är vattnets densitet, S är skeppets våta yta och CT är motståndskoefficienten som
beräknas med Ekvation 8. S fås ur MSY Hydrostatics [6].
CT = (1 + k)CF + CR + δCF + CAA
(8)
Där första termen är det viskösa motståndet hos en platta och k är formfaktorn som kompenserar för att skrovet ej är en platta. k fås enligt Ekvation 9. CF beräknas med Ekvation 10,
δCF beräknas med Ekvation 12 och CAA beräknas med Ekvation 13.
k = 0.095 + 25.5
CB
q
L 2
B
B
(9)
T
CF är plattfriktionen,
CF =
0.075
(log10 (ReL ) − 2)2
16
(10)
Där ReL är Reynolds tal och bestäms med Ekvation 11
VL
ν
Där ν är den dynamiska viskositeten hos vattnet och V är fartygets hastighet.
∆ CF är ytråhetstillägget som beror på hur slät skrovets yta är.
!
1/3
ks
∆CF = 105
− 0.64 · 10−3
L
ReL =
(11)
(12)
Där ks = 150 mikrometer är skrovets ytråhet enligt rekommendation av ITTC-78. CAA är
luftmotståndet som verkar på fartyget.
AT
B · 1.5T
= {AT ≈ B · 1.5T } = 0.001
(13)
S
S
CR är en restmotståndskoefficient som bestäms ur Guldhammer & Harvalds diagram [9] där
x-axeln är fartygets Froudes tal. Froudes tal bestäms med Ekvation 14. Vilket diagram som
ska användas beror av slankethetstalet som fås av Ekvation 15. Finns ej slankhetstalet i något
diagram måste det interpoleras fram från de andra diagrammen. Vilken kurva som ska följas
beror av φ som antas vara samma som den prismatiska koefficienten.
CAA = 0.001
V
Fn = √
gL
(14)
L
(15)
∇1/3
CR är dock i diagrammen är baserade på mätningar på modeller och är därför skalberoende
och måste räknas om. CR är definierat enligt följande ekvation:
slankhetstalet =
CR = CT M − Cf M
(16)
För att CR ska bli rättvisande och ej skalberoende räknas det CR som ska användas för
fartyget med Ekvation 17
CR = CT M − (1 + k)Cf M
(17)
Där k är formfaktorn som är samma som beräknades med Ekvation 9. CT M är det totala
motståndet för modellen vid samma Froudes tal som i fullskala. Cf M är friktionsmotståndet
för modellen och beräknas med Ekvation 10. Dock måste Reynolds tal för modellen beräknas.
Detta förs genom att först ta fram den skalenliga hastigheten för modellen. För detta krävs att
modellens längd är känd, den är i detta fall fyra meter.
Skalfaktorn, α är förhållandet mellan modellens och det projekterade fartygets längd.
α=
L
Lmodell
(18)
Hastigheten fås genom:
V
νmodell = √
α
(19)
När denna hastighet är känd kan Reynolds tal för modellen tas fram. Denna beräknas
med Ekvation 11 där modellens hastighet används. CT M kan nu bestämmas genom att lösa ut
17
variabeln ur Ekvation 16 när Cf M och CR är kända. Både CT M och Cf M kända kan CR för
fartyget bestämmas med hjälp av Ekvation 17.
När samtliga termer i Ekvation 8 är bestämda kan den totala skrovmotståndskoefficenten
kan beräknas. Med Ekvation 7 bestäms skrovets motstånd. Till det motståndet tillkommer
motstånd från bihang under vatten, såsom roder. Detta beräknas på liknande sätt som skrovets
motstånd:
Där CD
1
Rroder = ρV 2 Sroder CD
2
beräknas enligt Ekvation 21
CD = (1 + kroder )CF,roder
(20)
(21)
Där kroder är en formfaktor för roderprofilen och CF,roder beräknas med Ekvation 23.
kroder =
2t
c
(22)
Där t är rodrets bredd och c är kordan.
CF,roder =
0.075
(log10 (ReL ) − 2)2
(23)
Motståndet från fartygets skrov och roder summeras och det totala motståndet är nu känt.
Rtot = RT + Rroder
(24)
Som marginal för grov sjö och dylikt bör tio procent läggas på.
Släpeffekten som är effekten som behövs för att bogsera fartyget i den marschfart som
erfodras. Den beräknas enligt Ekvation 25
PE = Rtot · V
(25)
Framdrivning
När motståndet är känt kan valet av motor- och propellerkonfiguration göras. Propellern kan
väljas på flera sätt, två berörs i denna rapport. Antingen med hjälp av en kombination av
momentteori och bladelementteori. Denna metod beskrivs utförligt i Appendix 1. Den andra
metoden är att använda propellerkarakteristikor. Detta görs med hjälp av att välja standardpropellrar ur ett diagram, se Figur 6. För båda metoderna gäller att först bestämma en propellerdiameter. Diametern bestäms schablonmässigt genom att multiplicera djupgåendet med 0,6.
I detta fall blir diametern 7,8 meter.
18
Figur 7: Propellerdiagram för standardpropeller SSPA 4.53. 4:an betyder att propellern har fyra
blad och bladareaförhållande på 0.53.
På x-axeln finns framdriftstalet som definieras
vA
(26)
D·n
Där n är rotationshastigheten i varv per sekund. KT är tryckkraftskoefficienten, KQ är
momentkoefficienten och P/D är stigningsförhållandet. Dessa storheter beskrivs närmare i Appendix 1. Genom att välja stigningsförhållande och plotta den erforderliga kraften som funktion av framdriftstalet i diagrammet går det att läsa ut vilket framdriftstal som är optimalt,
det går då även att läsa ut vilken momentkoefficient som svarar mot framdriftstalet och stigningsförhållandet samt propellerns verkningsgrad. Från dramdriftstalet erhålls varvtalet, från
momentkoefficienten erhålls momentet och ur tryckkraftskoefficienten erhålls kraften som propellern genererar.
När propellern är vald ska den kontrollers mot kavitationsrisken. Detta görs genom att
använda Burills diagram som går att beskåda i Figur 8. På y-axeln ses propellerns kavitationsnummer som beräknas enligt Ekvation 27. På x-axeln finns det lokala kavitationsnumret som
definieras enligt Ekvation 28.
J=
τc =
T
1
2ρ
vA + (π · 0.7 · D · n)2 · AP
Där T är propellerns framdrivningskraft och AP är propellerns projicerade area.
19
(27)
σ0.7R =
(patm + ρgh) − pv
1
2ρ
vA + (π · 0.7 · D · n)2
(28)
Där patm är atmosfärstrycket och pv är vattnets ångtryck. Dessa tal kontrolleras då mot
Burills diagram.
Figur 8: Burills diagram
Miljö
Ett fartygs miljöpåverkan blir mer och mer aktuell och fler ställer krav på bränsleförbrukning.
Bränsleförbrukningen påverkar inte bara miljön utan också ekonomin för rederiet och kunder.
Utifrån motordata från olika tillverkare av motorer kan motorns bränsleförbrukning uppskattas.
Förutom i absoluta tal kan förbrukningen ställas mot hur stor förbrukningen är i förhållande
till last och transporterad sträcka. Ekvation 29 visar sambandet mellan koldioxidutsläpp och
förbrukning ??. Ekvation 30 visar hur effektiv transporten är.
mCO2 = 3.664 · mbransle
(29)
Där faktorn 3,664 kommer från massan hos CO2 och kol.
ηtransport =
mCO2
mlast · s
(30)
Där mlast är lastens massa och s är sträckan.
Utöver koldioxidutsläppet från fartyget tas även risken för oljeutsläpp ut. Genom att ha
dubbelskrov minskar risken för utsläpp.
20
Resultat och diskussion
Rutt, last och tid
Rutten är drygt 5000 nautiska mil och 120 000 ton råolja skulle skeppas varje månad. Eftersom
det var råolja som skulle fraktas var det självklara valet av fartyg ett tankfartyg. Skulle ett
fartyg frakta hela lasten skulle det behöva köra drygt 10 000 nautiska mil på 26 dagar för
att ta höjd för lastning och lossning. Detta resulterar i en hastighet på 16 knop. Detta är en
hög hastighet som skulle innebära stora motståndsförluster. Därför har valet fallit på att två
fartyg ska köra 80 000 ton olja styck. Fartygen flyttar då 133 % av lasten och kan därför köra
långsammare. De kan ta 133 % av en månad på sig att köra fram och tillbaka. Detta blir 40
dagar och räknat med 3 dagar lastning och lossning blir hastigheten 12 knop. Om hastigheten
ökar till 13 knop sparas tid in för när fartygen måste ligga i docka för underhåll.
Fartygets vikt och dimensioner
Råolja har en densitet på 800 kg/m3 , vilket ger att volymen som behövs är 100 000 m3 . Utifrån
detta och jämförelser med liknande fartyg kunde fartygets slutgiltiga dimensioner bestämmas.
Målet var att rymma lasten och samtidigt som förhållandet mellan höjd, bredd och längd
överensstämde med liknande fartyg. Dimensionerna redovisas i Tabell 4. Lättvikten blev Stålvikten
är 16 600 ton. Huvudmaskinens vikt blev 407 ton, baserat på val av motor. De övriga vikterna är
uppskattade. Dessa är något grovt uppskattade till ungefär 3 000 ton. Dödvikten är förutom lasten, ballast, bunker, proviant och passagerare. Lasten är 80 000 ton och övrig vikt är uppskattad
till 10 000 ton.
Bredd
40 m
Tabell 4: Skeppets dimensioner och vikt
Djupgående Längd
LWT
DWT
13 m
265 m 20 000 ton 90 000 ton
Lastvolym
100 000 m3
Stabilitet
Skeppet är mycket stabilt och uppfyller kriterierna med råge. Tyngdpunkten för det lastade
skeppet antas ligga i mitten av tankarna i höjdled och i mitten av fartyget i längsled. GZ-kurvan
har beräknats med hjälp av MSY Hydrostatics [6]. Tyngdpunkten för det olastade fartyget har
flyttats längre bak för att få tillräckligt djupgående för att propellern ska var helt nedsänkt med
20 000 ton ballastvatten. De tvärsgående skotten gör att det går att dela upp ballastvattnet så
önskat trim uppnås.
21
Figur 9: GZ-kurva i lastad kondition
Figur 10: GZ-kurva för fartyget i olastad kondition med 20 000 ton ballast
Tabell 5: Resultat av stabilitetsberäkningar och jämförelse med IMOs kriterier.
Kriterium
Resultat lastad Okej? Resultat ballast
e30
> 0.055 mrad
0.975 mrad
Ja
2.0696 mrad
e40
> 0.090 mrad
1.980 mrad
Ja
3.8629 mrad
e30 − e40
> 0.030 mrad
1.005 mrad
Ja
1.7933 mrad
GZ(30°)
> 0.2 m
3.927 m
Ja
6.656 m
GM0
> 0.15 m
7.18 m
Ja
17.87 m
Krängningsvinkel vid GZmax
> 30°
40°
Ja
40°
Som synes uppfylls kriterierna med råge. I Figur 11 visas kursstabiliteten.
22
Okej?
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Figur 11: Figuren visar fartygets kursstabilitet enligt Clarke. Förhållandet mellan längd och
bredd är 6.63 och förhållandet mellan bredd och djupgående är 3.08. Blockkoefficienten är 0.8.
Fartyget är ej kursstabilt enligt Clarke. Detta var dock ej en nödvändighet enligt bivillkoren.
De flesta andra tankerfartyg är ej kursstabila.
Vad gäller krav på vattentäta skott, bör fartyget uppfylla eventuella krav. Fartyget har ett
längsgående skott i tankarna och tio stycken tvärsgående över hela fartyget. Detta bör vara
tillräckligt för att uppnå krav som finns.
Motstånd
Tabell 6 visar resultatet av beräkningar enligt lösningsgången.
Tabell 6: Resultat av stabilitetsberäkningar och jämförelse med IMOs kriterier.
Konstanter
Motståndskomponenter
3
Densitet ρ
1025 kg/m
Plattfrikionskoef. CF
1.5·10−3 [−]
Hastighet, V
13 kn = 6.69 m/s
Restmotståndskoef. CR
0.27·10−3 [−]
Våt yta, S
10824 m2
Ytråhetstillägg, ∆CF
0.23·10−3 [−]
−6
2
Kinematisk viskositet, v 1.2·10 m /s (cSt)
Luftmotstånd, CAA
0.72·10−6 [−]
Reynolds tal, ReL
1.48·109 [−]
Total motståndskoef., CT
2.3·10−3 [−]
Froudes tal, Fn
0.13 [−]
Skrovmotstånd, RT
565.8 kN
Slankhetstal
5.21 [−]
Formfaktor roder, kroder
0.3 [−]
Formfaktor, k
0.17 [−]
Plattfriktion, roder, CFroder
1.5·10−3 [−]
Skalfaktor, α
66.25 [−]
Totala motståndet +10%, Rtot
0.79 NM
Hastighet modell, vmodell 1.59 kn = 0.82 m/s
Släpeffekten
5.27 MW
23
Motståndsberäkningarna är gjorda med hastigheten 13 knop som är servicefarten. Motståndet
som funktion av farten redovisas i Figur 12. Vid låga hastigheter som 13 knop är det formmotståndet som dominerar och mycket liten del av motståndet utgörs av vågbildningsmotståndet.
Figur 12: Motståndet som funktion av hastigheten. Den blå linjen svarar mot beräkningarna
enligt rapporten, och den gröna linjen svarar mot motståndet beräknat enligt Holltrop och
Mennen. Som synes stämmer de väl överens vid hastigheten 13 knop.
Framdrivning
Utifrån resultatet av motståndsberäkningarna kunde propeller väljas enligt Appendix 1. Resultatet redovisas i Tabell 7
Tabell 7: Resultat av propellerberäkning med hjälp av Bladelementsteori kombinerat med momentteori.
Diameter, D
7.8 m
Antal blad, n
5 st
Geometrisk pitch, P
7.0 m
Stigningsförhållande, P/D
0.9[−]
Varvtal, n
70 rpm
Framdriftstal, J
0.48 [−]
Bladareaförhållande, BAR 0.57 [−]
24
Tillhörande propellerdiagram visas i Figur 13.
Figur 13: Propellerdiagram för vald propeller.
Denna propeller har en verkningsgrad på 0,55 och genererar en effekt på 4,3 MW. Detta
innebär att motorn måste generera en effekt på 7,6 MW. Utifrån detta och varvtalet har valet
av motor fallit på en Wärtsilä X72 R4 som genererar 8,4 MW vid 66 varv per minut [11]. Det
som skiljer valet med propellerkaraktäristikorna är att det är en annan propellergeometri, denna
propeller är formad som en riktig propeller medan den från Appendix 1 har blad som liknar
plankor. Samma stigningsförhållande genererar ett framdriftstal på 0,6, vilket resulterar i en
verkningsgrad på strax under 0,6 och ett varvtal på 56 varv per minut. Propellerdiagrammet
visar en fembladig propeller med bladareaförhållande 0,60.
25
Figur 14: Propellerdiagram för standardpropeller SSPA 5.60. Den erforderliga kraften för olika
framdriftstal är markerad i blått.
Propellern från Appendix 1 ger ett varvtal som fungerar med de motorer som undersökts,
därför används datan från denna propeller.
Kavitationskontrollen börjar med att beräkna storheterna τc och σ0.7R . Dessa blir 0,17 respektive 0,9. Dessa är inritade i Burills diagram i Figur 15
26
Figur 15: Burills diagram med σ0.7R och τc för vald propeller inritad.
Miljö
Wärtsiläs lågvarvsmotor X72 R4 som valts till fartyget är enligt Wärtsilä utvecklade med EEDIregler i åtanke. Den har en bränsleförbrukning 160 g/kWh [11]. Detta innebär att fartyget har
en förbrukning av 29,8 ton bränsle per dygn. Uträkningarna av Ekvation 29 och 30 redovisas i
Tabell 8.
Tabell 8: Fartygets förbrukning, koldioxidutsläpp och transporteffektivitet.
Förbrukning
Erforderlig ef- Förbrukning
Utsläpp
av Transportfekt från motor per dygn
koldioxid per effektivitet,
dygn, mCO2
ηtransport
160 g/kWh
7,57 MW
29,8 ton
109 ton
5,34
g/(ton·km)
Denna motor kan dessutom utrustas med ’scrubbers’ som minskar utsläppen av svaveloxid.
Det som redovisats här är bara utsläppen från motorn, till detta tillkommer utsläpp från till
exempel generatorer ombord. Det är dock huvudmaskinens utsläpp som dominerar.
Slutsats och sammanfattning
Fartyget som är beskrivet enligt ovan uppfyller de krav och bivillkor som ställs på det. Två
stycken likadana fartyg måste byggas för att klara produktionen av råolja. Många beräkningar
är approximativa och kan göras mer noggranna även om de är baserade på erkända metoder.
Något som kan förbättras är undersökningen av regler kring vattentäta skott och miljöpåverkan.
27
Fördjupning
28
Introduktion
Detta kapitel har författats tillsammans med Gustav Nordqvist. Ingen större uppdelning har
gjorts, utan båda författarna har bidragit till kapitlets samtliga delar.
I kollektivtrafiken i Stockholms län har tunnelbana, pendeltåg och bussar en given plats.
Trots att Stockholm till stor del omgärdas av vatten har inte pendelbåtar haft något genomslag
i kollektivtrafiken. Om sjövägarna kunde användas skulle det finnas stor potential att minska trängseln på land och därmed även utsläppen av växthusgaser, både genom mer effektiva
transporter på sjön samt minskat stillastående med bilar i köer.
Detta avsnitt syftar till att besvara frågor som ställs i SLLs RFI [12]. Vi har som utgång
att behandla Mälarlinjerna:
-Riddarfjärdslinjen
-Solna-strand-linjen
-Ekerölinjen
Rapporten avser att främst behandla följande koncept där SLL ställer krav på båtarnas
storlek och kapacitet. Koncept är främst framtagna för att uppfylla dessa krav. Om inte, förs
ett resonemang som motiverar varför kraven ej uppfyllts.
- Fartygskoncept Exteriör Interiör Framdrivning -Bryggkoncept -Gränssnittet mellan fartyg
och brygga -Finansiering och ägarform
Målet med rapporten är att ta fram och ge förslag på flexibla och ekonomiska koncept där
fartyg och bryggor kan flyttas när behov ändras och förändringar behöver ske. Därför beskrivs
bryggkoncept som kan användas av flera olika fartyg.
Rapporten redovisar resonemang kring förbindelserna som finns i anslutning till rutterna och
rutternas sammanhang som komplement i resten av kollektivtrafiken. Hur dessa kan inverka på
den övriga kollektivtrafiken och trafiken.
Stor del av rapporten baseras på studier av redan befintliga system och koncept.
Bakgrund
SLL planerar att starta tre stycken pendelbåtslinjer i Mälaren. Dessa tre är mycket olika på
flera sätt, bland annat vad gäller olika begränsningar och sträckning. Dessutom är längden på
linjerna mycket varierande. SLL ställer dock vissa krav för samtliga linjer: SLL ställer stora
krav på miljöpåverkan och tillgänglighet för handikappade. SLL vill se att framdrivningen görs
med minst 90% förnyelsebart bränsle, samtidigt som övrig yttre påverkan, såsom buller, svall
och stranderosion minimeras. All trafik ska även kunna köras året runt, vilket innebär att
fartygen måste kunna köra i vinterförhållanden. Dessutom förutsätts att samtliga linjer kommer
användas mest under rusningstrafik, det vill säga vardagar mellan 6 och 9 och 15 och 19.
Samhället ställer stora krav på fungerande pendling, snabbhet, bekvämlighet och pålitlighet
är några av de centrala delarna av kraven. Dessa är dock inte absoluta och är självfallet relativa
gentemot andra alternativ. Dessutom kan de ha olika stor vikt om effektivitet kan förbättras.
Till exempel är det rimligt att anta att en person hellre åker 50 min än 40 om det innebär
färre byten, högre pålitlighet och möjlighet att jobba på väg till jobbet. När inte fungerande
kollektivtrafik fungerar stannar samhället upp och lönsamheten går ned.
29
Rutterna
Riddarfjärdslinjen
Denna linje för passagerarna från Stadshuskajen till Södermälarstrand vidare till Kungsholmstorg
och sedan tillbaka samma sträcka. Linjen markeras med röd färg i Figur 16. Den totala sträckan
är cirka en nautisk mil. Hastigheten är begränsad till 12 knop för skepp och djupgåendet är
inget problem, då djupet är över 5 meter på den aktuella sträckan. SLL prognostiserar att trafik
bedrivs 4397 timmar per år. SLLs tanke är att fyra stycken fartyg ska upprätthålla trafiken,
varav tre stycken per dag är i trafik.
Figur 16: Riddarfjärdslinjen och Ekerölinjen i centrala Stockholm.
Förbindelser
Vid stadshuskajen finns möjlighet att byta till tunnelbana, pendeltåg och fjärrtåg vid centralstationen samt till bussar vid tegelbacken.
På södermälarstrand finns det enligt författaren inga naturliga förbindelser med övriga kollektivtrafiken, det går dock att promenera till tunnelbanestationen Mariatorget samt till diverse
busslinjer.
Vid Kungsholmstorg kan en trafikant gå till tunnelbanestationen Rådhuset längre upp på
Kungsholmen. I övrigt går ett antal busslinjer inom ett avstånd som är mindre än det till
tunnelbanan.
Resonemang om rutten och dess sammanhang
Förbindelserna ser ut att vara goda vid ruttens olika hållplatser och kan ses som ett gott
komplement till den befintliga kollektivtrafiken och kommer kunna avlasta cykelvägarna vid
30
slussen, speciellt då slussen i framtiden kommer byggas om under längre tid. Dessutom kan
rutten sannolikt avlasta tunnelbanan vid T-centralen och Slussen, vilket innebär mindre trängsel
på de stationer som är högst belastade.
Resonemang kring krav på båt
Då sträckningen är kort och kan tänkas gå fort är det i första hand av- och påstigningen som
tar längst tid. Ett bra flöde av passagerare både av och på är av stor betydelse. Den korta
restiden innebär även att behovet av sittplatser är litet. Samtidigt är det många stockholmare
som cyklar och SLL ställer krav på att många cyklar ska få plats. Med detta i åtanke anser
författarna att öppna ytor med möjlighet att hålla i sig i handtag är att föredra. Utfällbara
stolar längs skotten ger möjlighet för rörelsehindrade och äldre personer att sitta utan att ta
upp onödig plats när sätena ej används. För att ge passagerare med cykel stort utrymme bör
en del av fartyget ge cyklister företräde, men ges samma utseende som resten av fartyget.
Dessa cykelplatser bör ges till övriga resenärer i mån av plats. I och med att cyklar ska kunna
föras ombord innebär detta även att rullstolar och barnvagnar kan rullas ombord utan större
ansträngning. Hur många resenärer som kan tänkas resa med linjen är svårt att förutsäga då
underlag för en sådan uppskattning saknas. I och med att SLL tänker sig att tre stycken fartyg
ska trafikera rutten så ges hög turtäthet. Fartyget skall även ha plats för 100-150 passagerar,
vilket ger en bild av hur många som kan tänkas utnyttja rutten varje dag. För att bemöta
problemet att av- och påstigningen är det moment som tar längst tid vore det önskvärt att
påstigningen sker på ena sidan och avstigningen sker på andra. För att detta ska gå måste
fartyget vara tillräckligt stabilt för att inte luta för mycket när alla passagerare befinner sig på
ena sidan.
Utifrån detta resonemang har författarna dragit slutsatsen om att en katamaran liknande
ÄLVIS [13] vore att föredra. Älvis är en 25 meter lång och 10 meter bred katamaran som, med
hjälp av en azipod propeller och elmotor, kan framföras åt båda håll vilket minskar tiden det tar
att lägga till och lämna bryggorna i land. Önskvärt vore dock att kunna snabbladda batterierna,
istället för att byta ut batterierna flera gånger per dag. Åtta bussar som trafikerar linje 73 i
Stockholm kan snabbladda sina batterier på 6 minuter, ett liknande koncept borde fungera även
på sjön, men med kortare laddningstid [14]. Rutten över Riddarfjärden liknar mycket den som
går över Göta Älv. Det som skiljer dem åt är att rutten i Stockholm är något kortare och har
ett ytterligare stopp. Detta talar för en lösning med superladdning, eftersom fartyget kommer
befinna sig i land större del av tiden, jämför med vad ÄLVIS gör. Med en hastighet på 6 knop
tar sig ÄLVIS över Riddarfjärden på cirka 5 minuter.
Bryggresonemang
Linjen över Riddarfjärden sträcker sig knappt 1 nautisk mil och restiden är cirka 5 minuter.
En båt som tar många passagerare med cyklar, barnvagnar och någon rullstol kan ta lång tid
att lasta av om båten inte är anpassad för den intensiva avlastningen som behöver ske. Kravet
på bryggorna blir då att många personer, med eller utan cykel, ska kunna ta sig av samtidigt
och lätt kunna ta sig i land utan att det blir kö. Även transporten bort från bryggplatsen med
gångvägar och cykelbanor måste vara tillräckligt för att inte orsaka stopp i flödet.
Solna strand-linjen
Denna linje för passagerarna från Solna strand i norr till Årstadal i söder. På vägen stannar
linjen på fem platser; Minneberg, Hornsbergs strand, Alvik, Lilla Essingen och Hornstull. Linjen
markeras med svart i Figur 17. Sträckan är drygt fem nautiska mil. Hastigheten begränsas till
31
största del till 12 knop för skepp och på vissa, korta, sträckor 5 knop. Djupet varierar men
djupbegränsningen är 2,5 meter. SLLs tanke är även här att fyra stycken fartyg ska upprätthålla
trafiken, varav tre stycken per dag är i trafik. Prognosen säger att linjen trafikeras 14425 timmar
per år.
Figur 17: Solna strand-linjens sträckning.
Förbindelser
Vid Solna strand finns möjlighet att byta till tunnelbana och bussar.
Vid Minneberg finns inga naturliga förbindelser med det övriga trafiknätet.
Vid Hornsberg finns inom gångavstånd tunnelbana.
Vid Alvik finns förutom tunnelbanans gröna linje även möjlighet att åka Tvärbanan som
går mellan Solna och Sickla.
På Lilla Essingen är de enda förbindelserna busslinje.
Vid Hornstull finns möjlighet att byta till flertalet bussar samt tunnelbanans röda linje.
Vid Årstadal finns möjlighet att byta till Tvärbanan och tunnelbanan.
Resonemang om rutten och dess sammanhang
Många av stoppen som görs ligger strategiskt bra till; rutten skapar en tvärförbindelse som
saknas i Stockholm. Detta får författarna att tro att cyklister och även gångtrafikanter kan spara
både möda och tid genom att ta båten ett fåtal stationer för att sedan fortsätta sin resa till
jobbet eller liknande. Till exempel är det tänkbart att passagerare kan uppskatta sträckningen
mellan Minneberg och Hornsberg, som sjövägen är mycket kort, men landvägen är betydligt
längre.
På samma sätt som tidigare är det svårt att uppskatta hur många resenärer som kan tänkas
åka med rutten eftersom ordentligt underlag saknas. En rapport från SLL påtalar att sanno-
32
likheten att passagerare endast kommer åka ett fåtal hållplatser är stor [15]. Det är detta som
placerar rutten i ett hållbart sammanhang, utan dessa tvärförbindelser anser författarna att
linjen skulle vara redundant då restiden mellan ändstationerna skulle vara oförändrad.
Resonemang kring krav på båt
Enligt ovanstående resonemang bör krav och tillgänglighet för cyklister sättas högt när båten
ska tas fram, detta uppfyller även kraven på tillgänglighet som SLL satt upp. På denna rutt
bör även fler sittplatser prioriteras då rutten är längre och det tar längre tid att åka mellan
fler hållplatser. I och med detta borde interiören vara uppdelad på en del där cyklister kan stå
eller sitta med sina cyklar och en del där sittande passagerare håller till. Eftersom hållplatserna
är fler på denna linje är även här av stor betydelse att på- och avstigningen går snabbt, för
att minska restiden. Detta skulle kunna utformas på samma sätt som för Riddarfjärdslinjen.
Författarna tror dock inte att detta är av samma behov, eftersom färre passagerare skulle gå
av på varje hållplats.
Författarna anser att ett fartyg liknande de som rekommenderas för Riddarfjärdslinjen men
med en inredning där en mindre del av fartygets golvyta ger plats till cyklar och stora delar är
sittplatser för gående. Detta fartyg skulle behöva köras med en hybridmotor, som både går på
elektricitet och diesel. Genom att implementera samma snabbladdningssystem som ovan kan
fartyget gå lång väg på elektricitet och ges visst stöd med diesel.
Bryggresonemang
Sträckan Solna strand till Årstadal liknar sträckan över Riddarfjärden med skillnaden att den
sträcker sig mycket längre. Med 7 stopp totalt så kan det hända att vissa resenärer önskar åka
längre sträckor och andra kortare sträckor. Båten kan inte längre förlita sig på att hela sällskapet
tar sig av båten likt en evakuering vid varje hållplats, utan vissa eller många resenärer vill sitta
kvar så cyklar och barnvagnar behöver under dessa omständigheter kunna ta sig av utan att
andra resenärer störs.
Det blir svårare att motivera bryggor på båda sidor av båten när det inte är lika många
som går av och på vid varje hållplats. Mer effektivt blir det att kunna lägga till med sidan mot
och sedan åka iväg rakt fram mot nästa hållplats. Tiden som förloras med enkelsidig påstigning
vinner man tillbaks när det går fort att lägga till och lossa.
Eftersom linjen inte blir lika tättrafikerad som tunnelbanenätet så kommer det behövas
bra och tillförlitlig information vid hållplatserna. Sittplats, skydd för väder och vind samt
pedagogisk realtidsinformation eller text krävs för att göra linjen attraktiv och tillförlitlig så
att den kan komma att användas i vardagen.
Ekerölinjen
Denna linje går mellan Tappström på Ekerö och stadshuskajen via Gamla stan. Linjesträckningen
markeras med gult i Figur 16 och Figur 18. Rutten är cirka 9 nautiska mil lång och hastigheten begränsas till 12 knop för skepp och lokalt till 5 knop. Djupgåendet för ett fartyg skulle
begränsas till 2 meter. Det finns även vissa längd och breddbegränsningar, eftersom ett fartyg
skulle vara tvunget att vända i kanalen vid tappström, som är relativt smal. Det ska dock
påpekas att fartyg med längd på upp till 30 meter har lyckats vända där. Det medför dock att
det måste vara väl manövrerbart SLL tanke här är att ett fartyg kommer upprätthålla trafiken
och detta fartyg kommer vara i trafik 1150 timmar per år.
33
Figur 18: Ekerölinjens sträckning. Detaljerad karta över Riddarjärden finns i Figur 16.
Förbindelser
Vid Tappström finns möjlighet att byta till buss för vidare resa ut på Mälaröarna.
Vid Gamla Stan finns möjlighet att byta till tunnelbanans gröna och röda linje samt flertalet
busslinjer.
Vid Stadshuskajen finns samma förbindelser som för Ridarfjärdslinjen.
Restid från Tappström till Centralen är 40 min med buss och tunnelbana.
Resonemang om rutten och dess sammanhang
En båtlinje mellan Ekerö och Stockholms innerstad skulle avlasta busstrafik, tunnelbana och
förhoppningsvis även den övriga biltrafiken. Att tro att en linje som denna med endast ett eller
två fartyg skulle kunna göra någon större påverkan på trängseln i biltrafiken i Stockholm skulle
kunna ses som naivt. På längre tid, om systemet utvecklas kan det dock göra stor skillnad.
Resonemang kring krav på båt
Denna rutt skiljer sig från de andra linjerna i att den största delen av hela restiden går åt till
att just resa. Detta medför att av- och påstigning inte är lika centralt. Detta tillåter en mer
traditionell av- och påstigning, vilket kan vara bra då utrymmet vid Tappström är begränsat,
på grund av vattenstånd och/eller trafik.
För skepp är hastighetsbegränsningen i Mälaren 12 knop, vilket gör att restiden för denna
resa är cirka 45 minuter i den hastigheten. Eftersom detta är fem minuter längre än övriga
kollektivtrafiken bör detta vara marschfarten, om det inte går att få dispens från länsstyrelsen,
i så fall bör detta vara målet. Ett mål bör vara att söka dispens för högre hastigheter och sikta
på en marschfart på uppåt 20 knop.
Här är sannolikt behovet av cyklar mycket mindre, eftersom många behöver resa längre
sträckor till Tappström för att ta båten. Ett fåtal cyklar bör ändå gå att ta med, och även
barnvagnar. Eftersom sträckan är så pass lång bör endast sittplatser användas. När restiden
sannolikt blir längre kan en möjlighet att locka passagerare vara att tillhandahålla bord och
elektricitet vid varje sittplats, vilket ökar dragningskraften till båtpendling och avlastar då
befintliga busslinjer, alternativt lockar nya resenärer. I och med att restiden är så pass lång
bör beakta möjligheten att köra två stycken mindre fartyg som kan ge en högre turtäthet. Med
bara ett fartyg kan turtätheten bli max en gång varje en och en halv timme. Om en passagerare
förlitar sig på den turen och inte kommer med blir passageraren mycket försenad, detta minskar
dragningskraften till pendelbåten. Med ett extra fartyg minskar den potentiella förseningen och
34
ökar dragningskraften. Svall, stranderosion och buller som följd av den nya linjesträckningen
kan minskas om båtarna görs mindre, allternativt så kan de gå fortare med samma låga åverkan.
Båten bör vara smalare än katamaranerna föreslagna ovan och då av enskrovstyp. Sannolikt
skulle båten även vara tvungen att vara kortare, för att kunna vända runt vid tappström, som
är en förhållandevis trång kanal. Den bör utformas så att utgången är lika bred som utgångarna
på katamaranerna för att kunna dockas på samma sätt som dem. Har den flera utgångar bör
dessa placeras på samma avstånd som katamaranerna. Här har författarna avvikit från SLLs
krav och tagit fram en interör som uppfyller kraven, dock endast om det är två fartyg som
kör. Detta för att öka turtätheten vilket kommer göra linjen mer attraktiv för fler potentiella
resenärer.
För att kunna hantera av- och pålastning vid Tappström så bör insteget ligga runt 1,5m.
Detta kan vara för högt för hela båten om man vill uppfylla stabilitetskraven. Cyklar, barnvagnar
och rörelsehindrade måste fortfarande kunna använda båten även om interiören läggs på olika
höjd.
Bryggresonemang
Tappströmskanalen är smal med begränsat djupgående med en befintlig betong-trä-brygga.
Detta gör det svårt att placera ut ytterligare en brygga som då skulle begränsa framfarten för
övrig trafik. Ett allternativ är att bygga om kajen men författarnas intentioner är att begränsa
åverkan på befintlig infrastruktur. Kravet på hastig på- och avlastning är inte lika stort då turen
är längre än tidigare nämnda rutter och stoppen är färre.
Hållplatsen vid Stadshuskajen är delad med riddarfjärdslinjen och det vore optimalt om
samma brygga kan användas för båda linjerna. Vid gamla stan bedöms det som rimligt att
lägga till vid den befintliga kajen.
Bryggkoncept
En tanke med bryggkonceptet är att det ska tillåta flexibilitet samtidigt som det uppfyller de
krav som fartygen ställer på dem. Flexibiliteten har varit i åtanke när fartygen tagits fram och
tanken är att samma brygga ska kunna användas, mer eller mindre, för alla linjer. Det första som
dök upp rörande flexibilitet var flytbryggor. Med flytbryggor behövs inga större ingrepp i den
befintliga kajen. Det är också fördelaktigt att bryggorna kan byggas på en annan plats och sedan
bogseras till kajplatsen. Tanken är också att rörelsen hos bryggan relativt båten blir mindre
med flytbryggor. För att uppnå en flexibilitet som gör att samma brygga kan användas på olika
rutter och för olika båtar, måste gränssnittet mellan brygga och båt se likadant ut. Resultatet
som författarna kommit fram till är att alla fartyg ska använda samma landgångar, och dessa
kommer bli 2,5 meter breda och ansluta till fartygen på samma sätt. Landgångarna hakar i
fartyget och håller dem på plats i horisontalplanet samtidigt som det ger fartyget möjlighet att
röra sig i vertikalled. Se Figur 19 nedan för detaljritning. Bryggan är försedd med fendrar eller
fjädrade rullar så båten lätt kan manövreras in mellan bryggorna eller lägga till så landgångarna
automatiskt kan hakas i.
35
Figur 19: Låsanordning mellan landgång och båt.
Bryggan i sig kommer vara 30 x 5 meter stor och kommer på de hållplatser på Riddarfjärden
ankras i par så att av och påstigning sker på olika sidor och kan då bidra till snabbare stopp vid
land. Landgångarna är 3,5 meter långa och är fästa mitt på bryggan. Landstigning från bryggan
sker med en längre landgång. Längden på landgångarna måste vara tillräcklig så att lutningen
inte blir för brant [16]. Tanken som författarna har är att biljettkontroll sker innan passagerare
kliver ombord på båten för att ytterligare snabba på av- och påstigningen. Hur denna kontroll
ska ske anser författarna vara upp till landstinget eller SL att besluta om.
36
Figur 20: Exempel på hur bryggkonceptet kan placeras. Detta skulle vara placeringen för samtliga stopp på Riddarjärdslinjen.
Regler och lagar kring handikappanpassning samt SLLs krav kring vinterdrift gör att vissa andra krav ställs. Lutningarna får inte vara för stora på ramper så att det blir svårt för
rörelsehindrade eller rullstolsburna att använda båtarna. Det som ligger nära till hands då är
en, eller flera, flytbryggor som justerar sig själva när vattennivån varierar. Vinteranpassningen
av bryggorna görs genom motorer som driver propellrar som i sin tur rör runt vattnet så det
inte fryser. Liknande koncept finns i många hamnar som har båtar liggande året runt.
Då både Riddarfjärdslinjens och Solna strand-linjens fartyg helt, eller delvis, drivs med
elektricitet behövs laddstationer i anslutning till bryggorna. Som tidigare nämnt är tanken att
båtarna ska vara av plug-in-hybridmodell, liknande det koncept som finns på busslinje 73 i
Stockholm REF3. Laddningen där sker genom att bussen kör in under en stolpe där en kontakt
sänks ned och ansluter till bussen. Författarna har tänkt en liknande lösning på pendelfartygen.
Om kontaktstrukturen, som visas i Figur 21, är lätt fjädrande kan den ta upp rörelser som
beror av vågor. Dessa installeras lättast på kajen, då gränssnittet mellan bryggan och kajen kan
förenklas.
37
Figur 21: Laddningslösning för elhybridbussar av samma modell som kör i Stockholm.
Resultat
Riddarfjärdslinjen
För Riddarfjärdslinjen har båtkonceptet slutat upp i en katamaran av liknande typ som Älvis.
Den kommer bli 10 meter bred och 25 meter lång. Tre 2,5 meter breda dörrar är jämt utplacerade
på vardera sida. Detta medger avstigning åt ena sidan och påstigning åt andra. Interiören ger
plats åt 74 sittande passagerare, upp till 40 cyklar och flera stående. Interiören är luftig och tänkt
att bidra till snabb av- och påstigning. Cyklarna är tänkta hållas av cyklisterna själva med hjälp
av räcken som når till midjehöjd. Det finns totalt 14 räcken med en längd av 2 meter. Tanken
är att tre cyklar på led får plats på vardera sida vid 2 stycken räcken. Midskepps fartyget finns
två räcken, ett mittemot varje mittdörr. Vid varje av dessa får det plats 2 stycken cyklar. Dessa
platser kan även användas för ståendes samtidigt som tanken är att det ska finnas ledstänger i
taket över gångarna mellan de främre och bakre dörrparen. Dessa ska hjälpa ståendes att hålla
i sig.
De skillnader som görs mot ÄLVIS är att interiören inriktar sig mer mot cykelpendlare,
snabb av- och påstigning samt batterier som laddas vid stopp på hållplatserna istället för att
byta ut dem helt mot fulladdade batterier. Eftersom linjen är kortare och stoppen relativt körtid
blir längre så är förändringarna nödvändiga för att ge ett så bra koncept som möjligt.
Solna strand-linjen
På linjen mellan Solna Strand och Årstadal så ser det bästa båtkonceptet också ut att vara en
katamaran med god stabilitet som möjligör avstigning på ena sidan. Samma skrovform som på
Riddarfjärdslinjen ska användas.
38
De största skillnaderna är att av- och påstigning sker på samma sida vid varje hållplats men
kan variera från styrbord till babord sida mellan olika hållplatser. Det finns bara två 2,5 meters
dörrar förpå och avstigning då antalet cyklar som kan tas med minskat. Det finns plats för 162
sittande passagerare och 22 cyklar. Båtarna kommer även behöva större motorer som möjliggör
framfart i 12 knop.
Drivmedlet blir en kombination av elektricitet och biodiesel, en hybridlösning, eftersom
effektbehovet ökar med hastigheten, körtid jämt tid vid hållplats ökar och hållplatserna blir
fler vilket skulle resultera i höga installationskostnader för laddstationer om man vill ha det vid
varje hållplats. Istället sker framdriften i första hand med elektricitet och när den inte räcker till
så slår biodieseln till. Laddstationer kommer finnas vid Solna strand, Alvik och Årstadal, där
mest passagerare förväntas gå av och på och stoppen blir som längst. Interiören är framtagen så
att av- och påstigningen kan ske lätt även när många passagerare väljer att inte gå av. Cyklar
på båten ska inte stänga in varandra så att de står i vägen när andra passagerare vill ta sig av.
Ekerölinjen
Konceptet som tagits fram för Ekerölinjen skiljer sig, föga oväntat, från de andra linjerna.
En enkelskrovsbåt med många sittplatser samt möjlighet att ta med cyklar, barnvagnar och
rörelsehindrade i viss utsträckning har tagits fram. Eftersom fartyget smalare och kortare kommer båten ligga lägre i vattnet. För att bibehålla en god stabilitet måste lasten, i detta fall
passagerarna, placeras lägre ned i fartyget. Detta gör att trappor måste leda ned från ingången
till passagerarplatserna. Ramper med acceptabel lutning är inte möjligt att åstadkomma, då
denna ramp skulle ta upp större delen av fartyget. För att lösa problemet med tillgänglighet och
plats för barnvagnar, rullstolar och cyklar, har platser för detta allokerats i samma höjd som
ingången. Denna yta är 1,3 meter djup och 3 meter bred. Författarna anser att detta utrymme
skulle vara tillräckligt för den arbetspendling under resonemanget som förs ovan.
Kravet i RFI:n är 95-150 passagerare medan båtkonceptet som författanra tagit fram endast
har plats för 70 passagerare. Tanken är att två båtar kan utföra uppgiften bättre än en båt.
Fördelarna med två båtar är: Turtätheten ökar från var 90:e minut till var 45:e minut (givet
medelhastigheten 12 knop). Mer kontinuerligt flöde med högre flexibilitet.
Mindre svall, stranderosion och buller med samma hastighet, allternativt högre hastighet
med samma påverkan.
Högre redundans, om något går sönder finns det en till båt.
Lättare att manövrera små båtar kring kajer och bryggor. Extra bra vid Tappström där det
är smalt. Nackdelarna med att ha två båtar är:
Högre inköpskostnader. Billigare med stora båtar. Mer underhåll om man har två båtar, två
motorer, osv. Högre personalkostnader.
Fo?rfattarna anser att två båtar är alternativet att föredra även om kostnaderna ökar.
Funktionaliteten är det primära och vinsten som görs i tid kommer med större sannolikhet att
locka fler passagerare vilket i sin tur väger upp för ökade inköps- och omkostnader. För att mer
konkret ta fram vad vinsten och kostnaden blir så krävs det en fördjupad studie.
Finansiering
RFI:n begär även förslag på finansiering. Finansieringen och skötseln av kollektivtrafiken är en
komplicerad fråga som innefattar komplicerade upphandlingsförfranden som har till uppgift att
minska risken för korruption inom offentlig förvaltning. Därför kommer endast ett lättare resonemang föras kring detta. För Riddarfjärdslinjen och Solna strand-linjen anser författarna att SLL
bör äga eller leasa båtarna och sedan upphandla driften av fartygen från trafikentreprenörer.
39
Detta liknar upplägget med tunnelbanan där tunnelbanan ägs eller leasas av SL, men sköts av
entreprenörer. Genom att upphandla driften kan landstingen budgetera för denna fasta kostnad,
som blir minsta möjliga tack vare upphandlingsförfarandet.
Vad gäller Ekerölinjen anser författarna att hela tjänsten ska upphandlas från trafikentreprenörer. Detta innebär att landstinget beställer en tidtabell som den vinnande entreprenören
följer. Detta medger att på de tider då det ej går någon trafik på linjen kan entreprenören bedriva annan verksamhet med fartygen. Detta liknar mer upphandlingen som sker med busstrafiken
i Stockholm.
40
Litteraturförteckning
[1] Autoridad de Canal de Panama, This is the canal,
https://www.pancanal.com/eng/acp/asi-es-el-canal.html
(hämtad 2015-02-06)
[2] Autoridad de Canal de Panama, Pressmeddelande 2009-01-19, Dimensions for future lock
chambers and ’new panamax’ vessels
http://www.pancanal.com/common/maritime/advisories/2009/
a-02-2009.pdf
(Hämtad 2015-02-06)
[3] Kinder Morgan Harbour island terminal
http://www.kindermorgan.com/pages/business/products_pipelines/
terminals_w_harbor_island.aspx
(Hämtad 2015-02-06)
[4] Agemar Puerto La Cruz
http://www.agemar.net/popup/22.asp
(Hämtad 2015-02-06)
[5] Milchert, T. Handledning i fartygsprojektering, 2000, Stockholm, KTH Marina system
[6] MSY Hydrostatics. Kuttenkeuler, J. KTH Marina system. Hämtat från
https://bilda.kth.se/courseId/12121/courseDocsAndFiles.do
2015-02-06.
[7] International maritime organization. Resolution A.749(18), 1993
http://www.imo.org/blast/blastDataHelper.asp?data_id=22598&
filename=A749(18)E.pdf
(Hämtad 2015-03-20)
[8] Det Norske Veritas, Hull structural design ships with length 100 meters and above, 2007,
Høvik.
https://exchange.dnv.com/publishing/rulesship/2007-01/ts301.pdf
(Hämtad 2015-03-26)
[9] Garme, K. Fartygs motstånd och effektbehov. 2012, Stockholm, KTH Marina System.
41
[10] Internation maritime organization. Interim guidelines for voluntary ship CO2 emission
indexing for use in trails, 2005.
http://www.imo.org/blast/blastDataHelper.asp?data_id=12740&
filename=471.pdf
(Hämtad 2015-03-26).
[11] Wärtsilä X72
http://www.wartsila.com/sv/engines/generation-x-low-speed-merchant-marine-2w-x72
(Hämtad 2015-03-20).
[12] Stockholms läns landsting (2015), Request for information (RFI) av modernt pendelbåtstonnage och strategiskt skärgårdstonnage i Stockholm (SL 2014-2746-1), Stockholm:
Trafikförvaltningen.
[13] Hallberg, et. al., 2008. ÄLVIS - the GoPax, Göteborg, Chalmers universitet.
[14] Bussmagasinet, Premiär för Stockholms nya elbusslinje,
http://www.bussmagasinet.se/2015/03/premiar-for-stockholms-nya-elbusslinje/
(Hämtad 2015-06-02)
[15] Stockholms läns landsting (2013), Utredning om Båtpendling i Stockholm (Diarienummer:
TN2-2013-00848), Stockholm: Trafikförvaltningen.
[16] Göteborgs stad, Teknisk handbok (2009), Förklaring av färgnyckelns indelning - funktionshindrade som norm, (Hämtad från: http://www.th.tkgbg.se/Portals/
0/STARTFLIKEN/Program%20och%20policys/F\protect\unhbox\voidb@x\
bgroup\U@D1ex{\setbox\z@\hbox{\char127}\[email protected]\advance\
dimen@\ht\z@}\accent127\fontdimen5\font\U@Da\egrouprgnyckel%
20lutningar-fyra%20delar.pdf 2015-06-06), Göteborg: Trafikkontoret.
42
Appendices
43
Appendix 1:Propellermodellering
Inledning
Propellrar är det vanligaste framdrivningelementet för fartyg. Det finns som väntat många
olika utföranden i vilka en propeller kan komma där flera olika parametrar spelar in. För större
fartyg efterfrågas en stor propeller, som drivs med lågt varvtal, eftersom effektiviteten är stor.
Den mest effektiva propellern har bara ett blad, då alla bladen (ett i detta fall) endast passerar
genom en ostörd fluid. Den enbladiga propellern har dock större nackdelar i form av ökat slitage
på drivaxel och annat maskineri till följd av vibrationer från den obalanserade propellern.
Det går att analysera propellrar med flera olika modeller, två av dessa är bladelementteori
och momentteori. Var för sig ger de två teorierna inte tillräckligt rättvisande resultat, tillsammans dock ger teorierna god analys av propellern.
Propelleranalysen används för att i inledande stadier kontrollera hur väl en propeller i ett
visst utförande lever upp till ställda krav. Dessa krav är till exempel krav på framdrivningshastighet, motstånd som skeppet upplever från vattnet som måste övervinnas samt begränsande
geometrier.
Bladelementsteori (BET)
BET tar hänsyn till propellerns geometri och olika segments mekaniska laster.
Med BET delas propellerbladet upp i flera segment, där ett enskilt, oberoende segment ej
påverkas av övriga segment. Momentet och framdrivningskraften för varje element beräknas
och summeras sedan för att få det totala momentet och den totala kraften som propellern ger
upphov till. I BET tas inte bladets rotation med i beräkningarna. Beräkningen av momentet
och framdrivningskraften beskrivs av Ekvation 1 och 2 respektive.
∆MBET = qcN [CL sin(φ) + CD cos(φ)] r∆r
(1)
∆TBET = qcN [CL cos(φ) − CD sin(φ)] ∆r
(2)
där q är det dynamiska trycket, c är kordan, N är antalet propellerblad, CL är lyftkoefficienten, CD är motståndskoefficienten, r är avståndet till propellerns rotationcentrum (nav) och
∆r är segmentets höjd.
Momentteori (MT)
Medan BET har hänsyn till propellerns geometri, betraktar mometteorin fluidens rörelse och
fundamentala fysiska och strömningsdynamiska fenomen och inte alls propellerns geometri. Det
som ligger i fokus är tryckskillnaden innan och efter propellern. I momentteorin ses propellern
i
som en oändligt tunn skiva som höjer trycket i strömmen momentant samtidigt som fluiden
passerar. För att kunna göra detta måste en del antaganden göras;
- att trycket ökar momentant när fluiden passerar propellern.
- att fluidens acceleration är konstant över skivan och genererar tryck jämnt över skivan.
- att fluiden är friktionsfri och inkompressibel.
- att strömingsfältet är laminärt och stationärt.
- att fluiden initialt inte har någon hastighetskomposant i propellerns plan.
- att fluiden som strömmar genom propellern separeras från den omgivande fluiden.
Dessa antaganden är inte rimliga ur ett enskilt strömningsdynamiskt perspektiv, men kan
ge tillräckligt god ingenjörsmässig noggrannhet.
Precis som i BET delas i momentteorin propellerbladet upp i mindre delar, anullus. Vridmomentet och framdrivningskraften för varje del beräknas enligt Ekvation 3 respektive 4.
∆MM T = 4πr3 ρνA (1 + a)a0 ω∆r
(3)
2
∆TM T = 4πrρνA
(1 + a)aω∆r
(4)
Där ρ är fluidens densitet, νA är fluidens inflödeshastighet, ω är propellerns vinkelhastighet,
∆r är elementets höjd. a och a? är axial inflow factor respektive tangential inflow factor.
Kombination av de båda teorierna
De olika teorierna var för sig är felvisande och genererar stora skillnader i resultat för både
kraft och vridmoment. Om däremot ekvationerna för M och T ställs upp som ekvationssystem
enligt nedan som sedan löses erhålls goda approximationer för kraft och vridmoment. Systemet
av Ekvation 5 och 6 löses med avseende på a och a?.
∆MM T − ∆MBET = 4πr3 ρνA (1 + a)a0 ω∆r − qcN [CL sin(φ) + CD cos(φ)] r∆r = 0
(5)
2
∆TM T − ∆TBET = 4πrρνA
(1 + a)aω∆ − qcN [CL cos(φ) − CD sin(φ)] ∆r = 0
(6)
Ekvationssystemet löses lätt med numeriska metoder och MATLAB-kod finns bifogad över ett
program somgördet. aocha?erhållsochmomentetochframdrivningskraftenfördenaktuellaprollersegmentet
kan beräknas. Verkningsgraden (effektiviteten) kan beräknas enligt Ekvation 7
η=
put
T νA
=
pin
ωM
(7)
Trots att approximationen är god visar empiriska undersökningar att BET och momentteori
tillsammans överskattar kraft och underskattar vridmoment, vilket innebär att effektiviteten
är överskattad med 5-10Eftersom framdrivningskraften och vridmomentet, enligt ovan, endast
har beräknats för en liten del måste dessa delar summeras för att ge hela propellerns bidrag.
MatLabkod finns bifogad i Appendix 2.
ii
Appendix 2:
Propellermodelleringsprogrammet,
MATLAB-kod
%% Propellermodellering
% Carl-Anders Carlsson
clc
clear
close all
global omega rpm vA r gp rho dr c N AR e
%% Inputs
vA = 4.1130;
% vA = 4.35;
rpm = 46;
r = 2.288;
dr = 0.325;
c = 1.40;
gp = 9.750;
N = 5;
AR = 2.7;
e = 0.9;
rho = 1025;
a = 0.1;
a_ = 0.01;
% [m/s] Free steam velocity
% Från egen uppgit
% [varv/minut] rotation
% [m] Radie ut till elementet
% [m] Radiellt inkrement
% [m] Lokal korda
% [m] Gepmetrisk pitch
% [-] Antal propellerblad
% [-] Geometrisk aspekt ratio
% [-] Span efficiency factor
% [kg/m3] Fluidens densitet
% (axial inflow factor)
% (tangential inflow factor)
% input uppgift 4
ri = 0.5;
% [m] navets radie
ry= 3.75;
% [m] propellerns radie
D = 7.5;
% [m] propellerns diameter
%D = 7.8;
%från egen uppgift
GPD = gp/D;
% Geometrical pitch/ diameter
Jj = 0.1:0.01:1.4; % Advance coefficient
n = rpm/60;
% rev per s.
i
nelem = 10;
% number of elements
dr = (ry-ri)/nelem; % size of each propeller element
ddr = (ri+dr/2):dr:(ry-dr/2);
% vector of each propeller elements
AR = ryˆ2/(ry*c);
%
KTj = zeros(1,length(Jj));
KQj = zeros(1,length(Jj));
KTreq = zeros(1,length(Jj));
eta0 = zeros(1,length(Jj));
% for j = 1:length(Jj)
%
J = Jj(j);
J = 0.6;
j = 1;
n = vA/(J*D);
rpm = n*60;
for i=1:10
propellerelementet
% Slinga där J varierar
%slinga för att summera över hela
r = ddr(i);
%% Equations
omega = rpm*2*pi/60;
av a
theta = atan(gp/(2*pi*r));
Cl_alpha = 2*pi;
% Vinkelhastighet, ej beroende
% pitch-angle
%
%% Solver
avec=[a,a_];
avec = fsolve(@(avec) dMT(avec,rpm,vA,r,gp,rho,dr,c,N,AR,e)
,[a a_]);
[res alpha Cl Cd CL CD Pin Put dT dM eta] = dMT(avec,rpm,vA,
r,gp,rho,dr,c,N,AR,e);
T(i) = dT;
M(i) = dM;
Eta(i) = eta;
Avec(i,:) = avec;
Pin(i) = Pin;
Put(i) = Put;
end
dT = T;
dM = M;
T = sum(T);
ii
M = sum(M);
Putot= M*omega;
Pitot= T*vA;
KTj(j) = T/(rho*nˆ2*Dˆ4);
KQj(j) = M/(rho*nˆ2*Dˆ5);
eta0(j) = (KTj(j)/KQj(j))*(J/(2*pi));
Treq = 941000;
%Treq = 7.1589e+05; %Från egen uppgift.
KTreq(j) = Treq*Jˆ2/(rho*Dˆ2*vAˆ2);
BAR = N*c*(ry)/(Dˆ2*pi/4);
% end
%%
% plot(Jj,KTj,'b-',Jj,10*KQj,'c--',Jj,eta0,'r',Jj,KTreq,'g-')
% axis([0.2 1.3 0 0.9])
% legend('KT','10*KQ','Eta0','KTreq')
Funktionsfilen dMT.m, beräknar dM och dT för varje segment
function [res alpha Cl Cd CL CD Pin Put dT dM eta] = dMT(avec,rpm,vA
,r,gp,rho,dr,c,N,AR,e)
%global omega rpm vA r gp rho dr c N AR e
a = avec(1);
a_ = avec(2);
omega = rpm*2*pi/60;
% Vinkelhastighet, ej beroende av a
v0 =vA*(1+a);
% flödeshastighet över propeller, beroende av
a
v2 = omega*r*(1-a_);
% flödeshastighet vilkelrätt mot v0
v = sqrt(v0ˆ2+v2ˆ2);
theta = atan(gp/(2*pi*r)); % pitch-angle
q = 0.5*rho*vˆ2;
% dynamiskt tryck
fi = atan(v0/v2);
% vinkel
alpha = theta-fi;
% vinkel
Cl_alpha = 2*pi;
%
Cl = Cl_alpha*alpha;
% Tryckkoefficient
Cd = 0.008-0.003*Cl+0.01*Clˆ2; % Motståndskoefficient
CL = Cl/(1+(2/(e*AR)));
% lyftkoefficient
CDi = CLˆ2/(pi*e*AR);
CD = Cd + CDi;
iii
dM_1 = 4*pi*rho*rˆ3*vA*(1+a)*a_*omega*dr;
dM_BET = q*c*N*(CL*sin(fi)+CD*cos(fi))*r*dr;
Mres = dM_1-dM_BET;
dT_1 = 4*pi*r*rho*vAˆ2*(1+a)*a*dr;
dT_BET = q*c*N*(CL*cos(fi)-CD*sin(fi))*dr;
Tres= dT_1-dT_BET;
res= [Mres Tres];
Pin = dM_BET*omega;
Put = dT_BET*vA;
eta = Put/Pin;
dM = dM_BET;
dT = dT_BET;
end
iv
Appendix 3: MATLAB-kod för
motståndsberäkningar
%% Motståndsberäkning
% Carl-Anders Carlsson
clc
clear all
close all
%% input
% Vattnets och egenskaper
rho = 1025;
v = 1.2*10ˆ-6;
]
g = 9.82;
%
B
L
T
D
H
Skeppets egenskaper
= 40;
= 265;
= 13;
= 20;
= 40;
% vattnets densitet [kg/mˆ3]
% vattnets kinematiska viskositet [mˆ2/s
% Tyngdaccelerationen [m/sˆ2]
%
%
%
%
%
Bredd [m]
Längd [m]
Djupgående [m]
Fribordshöjd [m]
Höjd från köl till högsta punkt [m]
Lpp = 250;
% [m]
V =
S =
vkn
vms
% Deplacement [mˆ3]
% Våt yta [mˆ2]
% Skeppets fart [knop]
% Skeppets fart [m/s]
110000;
10824;
= 10:15;
= vkn.*1852/3600;
CB = 0.80;
CP = 0.80;
%% Beräkning
% Dimensionslösa tal
Fn = vms./(sqrt(g*L));
ReL = vms.*L/v;
Lambda = Lpp/(Vˆ(1/3));
% Block coefficient [-]
% Prismatisk koefficient[-]
% Froudes tal
% Reynolds tal
% Visköst motstånd
Cf = 0.075./(log10(ReL)-2).ˆ2;
% Plattfriktion
i
k = -0.095+25.5*CB/((L/B)ˆ2*sqrt(B/T)); % Formfaktor
ks = 150*10ˆ-6;
% Ytråhet
dCf = 10ˆ-3*(105*(ks/L)ˆ(1/3)-0.64);
% Ytråhetstillägg
%% Beräkningar
CR = 0.92*10ˆ-3;
% CR enligt diagram.
alfa = 265/4;
% Skalfaktor modell. (Modellen är 4 m)
vmms = vms./(sqrt(alfa));
ReM = vmms*4/v;
% Modellens raynolds tal.
CFm = 0.075./(log10(ReM)-2).ˆ2;
%Modellens CFm
CTM = CR+CFm;
CRM = CTM-(1+k).*CFm;
% Vårt CRM
%% Skrovets motståndskoefficient
AT = B*1.5*T;
CAA = 0.001*AT/S;
CT = (1+k)*Cf+dCf+CAA+CRM; %+CRM
RT = 1/2.*rho.*vms.ˆ2*S.*CT;
%% Rodrets motstånd
kr = 0.3;
Sroder = 100;
CFr = 0.075./(log10(ReL)-2).ˆ2;
CDr = (1+kr)*CFr;
Rroder = 1/2*rho*vms.ˆ2.*CDr;
%% Motstånd
HM = [439.67 535.03 651.71 802.48 1006.17 1288.09];
w = CB/2-0.05;
% Medströmsfaktor
t = 0.6*w;
% Sugfaktor
Rtot = RT+Rroder;
% Kraft [N]
Rreq = Rtot/(1-t);
PE = Rreq.*vms;
% Effekt [W]
R10 = 1.1*Rreq;
% + 10% som marginal.
PE = R10.*vms;
plot(vkn,R10/(1e6),'-',vkn,HM/1000,'g');
legend('Motstånd enligt rapport','Holtrop & Mennen')
xlabel('Hastighet [kn]'), ylabel('Motstånd [MN]')
%% Beräkning av konstanter som behövs för propllermodellering
w = CB/2-0.05;
t = 0.6*w;
vA = (1-w)*6.69;
Tr = R10(4)/(1-t);
måste ge.
%
%
%
%
Medströmsfaktor
Sugfaktor
Friströmshastighet vid 13 knop.
Thrust, den behövda kraften som propellern
ii
etah = (1-t)/(1-w);
D = T*0.6;
J = 0.6;
n = vA/(D*J)*60;
N = 5;
%
%
%
%
%
Skrovverkningsgrad
Propellerns diameter
Advanced number
Varvtal
Antal propellerblad
%% Plotta KT för att använda propller chart
jjj = 0.1:0.01:1.3;
KTJ = Rreq(4)*jjj.ˆ2/(rho*vAˆ2*Dˆ2);
plot(jjj,KTJ)
axis([0 1.4 0 0.6])
% Detta ger, för P/D =1.3, J = 0.75, eta = 0.62, 10*KQ = 0.68, n(J
=0.75) =
% 44 rpm
%% Beräkning av J?
[KTj , Jj , KQj ,eta0 , KTreq, M, Putot, Pitot, BAR] = Prop(vA,n,D,N
,Tr);
%% Plot
plot(Jj,KTj,'b-',Jj,10*KQj,'c--',Jj,eta0,'r',Jj,KTreq,'g-')
axis([0.2 0.9 0 0.9])
legend('KT','10*KQ','Eta0','KTreq')
%% Läs av propellerchart och svara på frågorna
J = input('Vilket J ska användas? ');
%0.48
KQ10 = input('Vilket KQ svarar mot samma J? '); % 0.26
KT = input('Vilket KT svarar mot detsamma? ');
% 0.19
%% Beräkning av Pin, Put, M och T
KQ = KQ10/10;
n = vA/(D*J);
% Varvtal (RPS)
M = KQ*(rho*nˆ2*Dˆ5);
% Moment
T = KT*(rho*nˆ2*Dˆ4);
% Thrust
omega = n*2*pi;
% vinkelhastighet
Pin = M*omega;
% In-effekt
Put = T*vA;
% Ut-effekt
rpm = n*60;
% Varvtal (Rpm)
eta = Put/Pin;
% Propellerns verkningsgrad
%% Kavitation
q0 = 1/2*rho*(vAˆ2+(pi*0.7*D*n)ˆ2);
% Dynamiskt tryck
Ap = BAR*(Dˆ2*pi/4);
% Propellerns area
Tauc = T/(q0*Ap);
% Propeller cavitation
number
Patm = 101325;
% Atmosfärstryck [Pa]
Pv = 1700;
% Vapor pressure 15° [Pa]
sigma07 = ((Patm+rho*g*(13-D/2))-Pv)/q0; % Lokalt kavitations nummer
%% Stabilitet
[heel, GZt, trim] = gz();
iii
GZ = zeros(1,25);
angle = zeros(1,25);
trim0 = zeros(1,25);
for j = 1:length(heel)
if heel(j) >= 0 && GZt(j) >= 0
GZ(j) = GZt(j);
angle(j) = heel(j);
trim0(j) = trim(j);
end
end
GZ(GZ==0) = [];
angle(angle==0) = [];
trim0(trim0==0) = [];
GZ(length(GZ)+1) = GZt(GZt==GZ(end));
if angle(end) >= 120*pi/180
GZ(end) = []; angle(end) = []; trim0(end) = [];
end
%% Integration av e30 o e40
e30area = 0;
k = 1;
while angle(k) < (30*pi/180) && k<72
e30area = e30area + (angle(k+1)-angle(k))*(GZ(k)+GZ(k+1))/2;
k = k+1;
end
e40area = 0;
k = 1;
while angle(k) < (40*pi/180) && k<72
e40area = e40area + (angle(k+1)-angle(k))*(GZ(k)+GZ(k+1))/2;
k = k+1;
end
e4030area = e40area-e30area;
GM0 = 7.18;
disp(['Arean mellan 0 och 30 grader är
', num2str(e30area),'
mrad
, större än minsta tillåtna på 0.055 mrad'])
disp(['Arean mellan 0 och 40 grader är
', num2str(e40area),'
mrad
, större än minsta tillåtna på 0.090 mrad'])
disp(['Arean mellan 30 och 40 grader är
', num2str(e4030area),'
mrad
, större än minsta tillåtna på 0.030 mrad'])
disp(['GZ-max är
', num2str(max(GZ)),' m
, större än minsta
iv
tillåtna på 0.2 m'])
disp(['GM0 är
', num2str(GM0),' mrad
tillåtna på 0.15 m3'])
, större än minsta
Koden för funktionsfilen Prop.m
function [KTj , Jj , KQj ,eta0 , KTreq, M, Putot, Pitot] = Prop( vA,
n,D,N,Tr )
%PROP Summary of this function goes here
%
Detailed explanation goes here
%global omega rpm vA r gp rho dr c N AR e
%% Inputs
% vA = 4.6;
% rpm = 46;
% r = 2.288;
% dr = 0.325;
c = 1.40;
gp = 9.750;
% N = 5;
AR = 2.7;
e = 0.9;
rho = 1000;
a = 0.1;
a_ = 0.01;
%
%
%
%
%
%
%
% [m/s] Free steam velocity
% [varv/minut] rotation
% [m] Radie ut till elementet
% [m] Radiellt inkrement
[m] Lokal korda
[m] Gepmetrisk pitch
% [-] Antal propellerblad
[-] Geometrisk aspekt ratio
[-] Span efficiency factor
[kg/m3] Fluidens densitet
(axial inflow factor)
(tangential inflow factor)
% input uppgift 4
ri = 0.5;
% [m] navets radie
ry = D/2;
% [m] propellerns radie
GPD = gp/D;
% Geometrical pitch/ diameter
Jj = 0.1:0.01:1.4; % Advance coefficient
%rpm = vA/(D*Jj)*60; % rpm
nelem = 10;
% number of elements
dr = (ry-ri)/nelem; % size of each propeller element
ddr = (ri+dr/2):dr:(ry-dr/2);
% vector of each propeller elements
AR = ryˆ2/(ry*c);
%
KTj = zeros(1,length(Jj));
KQj = zeros(1,length(Jj));
KTreq = zeros(1,length(Jj));
eta0 = zeros(1,length(Jj));
for j =
J =
n =
rpm
1:length(Jj)
Jj(j);
vA/(J*D);
= n*60;
% Slinga där J varierar
v
T = zeros(1,nelem);
M = zeros(1,nelem);
Eta = zeros(1,nelem);
Avec = zeros(1,nelem);
Pin = zeros(1,nelem);
Put = zeros(1,nelem);
for i=1:10
propellerelementet
%slinga för att summera över hela
r = ddr(i);
%% Equations
omega = rpm*2*pi/60;
theta = atan(gp/(2*pi*r));
Cl_alpha = 2*pi;
% Vinkelhastighet, ej beroende av a
% pitch-angle
%
%% Solver
avec=[a,a_];
avec = fsolve(@(avec) dMT(avec,rpm,vA,r,gp,rho,dr,c,N,AR,e),[a a_]);
clc
[res, alpha, Cl, Cd, CL, CD, Pin, Put, dT, dM, eta] = dMT(avec,rpm,
vA,r,gp,rho,dr,c,N,AR,e);
T(i) = dT;
M(i) = dM;
Eta(i) = eta;
%Avec(i,:) = avec;
Pin(i) = Pin;
Put(i) = Put;
end
dT = T;
dM = M;
T = sum(T);
M = sum(M);
Putot= M*omega;
Pitot= T*vA;
KTj(j) = T/(rho*nˆ2*Dˆ4);
KQj(j) = M/(rho*nˆ2*Dˆ5);
eta0(j) = (KTj(j)/KQj(j))*(J/(2*pi));
KTreq(j) = Tr*Jˆ2/(rho*Dˆ2*vAˆ2);
BAR = N*c*(ry)/(Dˆ2*pi/4);
vi
end
%%
%plot(Jj,KTj,'b-',Jj,10*KQj,'c--',Jj,eta0,'r',Jj,KTreq,'g-')
%axis([0.2 1.3 0 0.9])
%legend('KT','10*KQ','Eta0','KTreq')
end
vii
Appendix 4: Generalarrangemang
och huvuddata
Fartyget som projekterats är en oljetanker som kommer frakta 80 000 ton råloja från Venezuela till Seattle på 40 dagar ungefär. Rutten går genom Panamakanalen. Huvuddatan finns
redovisade i Tabell 1 och generalarrangemanget visas i Figur 2. Figur 1 visar en spantruta.
Fartyget är uppdelat i sektioner A-I. Fartyget har tio stycken lika stora tankar, dessa utgör
sektion. Tankarna är symmetriska längs fartygets centrumlinje. Arrangemanget är inte speciellt
detaljerat, men ger en god uppfattning om hur fartyget ser ut. Sektion A utgör maskinrummet,
B håller bunkertankarna, som håller 1400 kubikmeter. C och I håller ballastvatten. Något som
ej är markerat i arrangemanget är pipelines som går ovanpå däck. Det är genom dessa som
skeppet lastas.
Tabell 1: Fartygets huvuddata
Längd över allt, LOA
Längd mellan perpendiklar, Lpp
Maximal bredd, b
Djupgående, T
Fribord, F
Höjd till väderdäck, D
Höjd över allt, H
Blockkoefficient, CB
Marschfart, V
Maskineffekt, NCR
Deplacement, ∆
Dödvikt, DW T
Lättvikt, LW
Ballastvikt, lastat
Ballastvikt, olastat
Tyngdpunkt, vertikalt
Tyngdpunkt, långskeppsled
Begynnelsemetacentrum, GM0
Propellerdata:
Diameter, D
Antal blad, Z
Varvtal vid marschfart, n
Stigningsförhållande, P/D
Varvtal, n
Bladareaförhållande, BAR
i
265 m
250 m
40 m
13 m
7m
27 m
40 m
0,8 [−]
13 kn
7,58 MW
110 000 m3
90 000 ton
20 000 ton
0 ton
20 000 ton
10 m
135 m
7,18 m
7.8 m
5 st
70 varv per minut
0.9[−]
70 rpm
0.57 [−]
Figur 1: Fartygets spantruta.
ii
Figur 2: Generalarrangemang för tankerfartyg. Besättningsutrymmena ligger i överbyggnaden.
iii