Naval Architecture - Kandidatexamensarbete

Naval Architecture - Kandidatexamensarbete

Josefine Severholt

jsev@kth.se

0707 399241

01 June 2016

1. S AMMANFATTNING

Denna rapport behandlar alla delmoment som ingår i kursen Naval Architecture, ett kandidatexamensarbete i marina system. Delmomenten är en essä om sjöfart (Kapiter 3. Sjöfart), en fartygsprojektering av ett kryssningsfartyg (Kapitel 4. Fartygsprojektering) samt en fördjupning i framtagning av en konceplösning av ett pendelbåtssystem i Stockholm (Kapitel 5. Modernt pendeltågstonnage, konceptlösn).

I fartygsprojekteringen har ett kryssningsfartyg tagits fram som går Miami-Bahamas-Bermuda- Madeira-Malaga-Korsika-Rome-Alexandria. Resan ska ta 1400 passagerare och ta 21 dagar.

Resultatet blev ett 220 meter långt fartyg som går med 18 knop. Hänsyn har tagits till internationella regler och miljöpåverkan i form av utsläpp av koldioxid per personkilometer är 164 g. Detta fartyg är framtaget efter vissa krav och är en bra grund för fortsatt fartygsprojektering. Alla värden är inte acceptrabla enligt regulationer och kan behöva räknas om vid eventuell vidareutveckling (exempelvis kursstabiliteten som inte är tillräckligt hög).

Konceptet för pendelbåtssystemet behandlar rutter och restider, fartygskoncept, inredning, framdrivning av fartyg samt utformning av terminaler. Målet är att ta fram ett system som gynnar pendlare i stockholm och förbättrar restiden på tugnt trafikerade pendlingssträckor. Detta resulterade i en förändring av den befintliga djurgårdslinjen, samt utformning av två nya linjer, Riddarfjärdslinjen samt Solna strand-Årstadal. Utformningen av fartyg och linjer har utgått från krav presenterade i en Request For Information (RFI) publicerad av Trafikförvaltningen (TF), där TF efterlyser ett pendelbåtssytem som uppfyller vissa krav. Fartygen som har tagits fram är baserade på samma skrov för de tre linjerna för att underlätta tillverkning, men har olika inredning då de olika linjerna har olika krav på kapacitet av passagerare, cyklar och barnvagnar.

2. I NNEHÅLL

1. Sammanfattning ... - 2 -

2. Innehåll ... - 3 -

3. Sjöfart ... - 4 -

3.1. Marknader ... - 4 -

3.2. Verksamhet till havs ... - 5 -

4. Fartygsprojektering ... - 7 -

4.1. Nomenklatur ... - 7 -

4.2. Introduktion till fartygsprojekteringen... - 9 -

4.3. Lösningsgång ... - 11 -

4.4. Resultat och diskussion ... - 23 -

4.5. Slutsats och sammanfattning ... - 36 -

5. Modernt pendeltågstonnage, konceptlösning ... - 37 -

5.1. Introduktion ... - 37 -

5.2. Placering av terminaler ... - 41 -

5.3. Restid och antal avgångar ... - 43 -

5.4. Fartyg ... - 46 -

5.5. Interiör Fartyg ... - 54 -

5.6. Framdrivning av fartyg ... - 56 -

5.7. Terminaler ... - 58 -

6. Referenser ... - 63 -

7. Bilagor ... - 65 -

7.1. Bilaga: Propellermodellering ... - 65 -

7.2. Bilaga: krav på fartyg för pendeltågslinjerna ... - 67 -

7.3. Bilaga: uträkningar av solcellernas elproduktion ... - 68 -

7.4. Bilaga: Fartygsinteriör ... - 70 -

3. S JÖFART

Sjöfarten är världens mest internationella verksamhet och omsätter enorma summor varje år. Det är en väldigt osäker marknad och stora svängningar i priser och efterfrågan kan uppkomma på bara några få år. Det är dock ett väldigt effektivt och prisvärt sätt att frakta gods vilket gör det till den världsomspännande industrin den är idag.

3.1. M

Det finns många marknader inom sjöfarten. Först och främst kan man dela upp trafiken med fartyg i två kategorier, trampsjöfart och linjesjöfart. Trampfartyg går inte enligt en viss tidtabell utan går där lasten finns. Denna inefattar gods som skeppas i så stora kvantiteter att de tar upp ett helt eller större delen av ett fartyg. Linjefartyg går enligt en tidtabell på en förutbestämd rutt.

Godset kan också delas upp i två kategorier, bulk och styckegods. Bulksjöfart innebär att man skeppar gods som inte har paketerats och tar upp hela eller större delen av ett fartyg, exempel på de största bulklasterna är (förutom olja) järnmalm och kol. För denna typ av gods är tramsjöfart vanligast. Bulksjöfarten finns överallt över världen, både över hav men också i närsjöfart över sjöar.

Styckegods är motsatsen till bulk, förädlade varor som inte tar upp ett helt lastfartyg. Transport av styckegods tar upp en mindre del av det totala transportarbetet och transporteras oftast i linjetrafik i standardiserade kontainrar, så kallade TEU. Majoriteten av linjefartygen är anpassade efter dessa och de gör att måtten på fartyg kan vara standardiserade över hela världen. Det underlättar också för lastägare som vill skeppa enstaka smålaster.

En viktig men liten del av sjöfartsmarknaden är efterfrågan på färsk frukt och annat livsmedel (fisk och skaldjur). Här kommer kylsjöfarten in. Denna står för mindre än en procent av världens flotta (i dödvikt). Efterfrågan varieras mycket under året och huvudgodsflödena varierar efter detta. Under våren transporteras till exempel mycket frukt från södra halvklotet, för att sedan ersättas av stora transporter från Sydafrika och Argentina. Banan är dock den mest efterfrågade varan och står för 40% av varorna som transporteras med kylfartyg. Fartygen är snabba och isolerade för att hålla kyla och för att livsmedlet inte kan hållas färskt hur länge som helst.

Offshore innebär arbetet med utvinning av olja och gas ute till havs. Då i stort sett hela världen är beroende av olja är detta en mycket stor och betydande marknad, varje år utvinns flera miljoner ton olja/kubikmeter gas bara i nordsjön. Dock är offshore-utvinning av olja och naturgas är ingen betydande del av Sveriges sjöfart, det är Norge som är ledande på den marknaden i nordsjön.

Eftersom offshore innebär en hel industri ute till havs behövs många olika typer av fartyg av både tramp- och linjekaraktär. Borriggar och –fartyg behövs naturligtvis, men även tankfartyg för transport av fynden, bostadsfartyg samt olika typer av konstruktionsfartyg.

Olja och andra energiråvaror är en enorm del av den sjörelaterade världshandeln. De allra största olje- och gasreserverna finns i mellanöstern, medan den största konsumtionen i huvudsak är i USA och västeuropa, vilket skapar ett behov av transport från källan till där råvarorna gör nytta. Detta är gynnsamt för sjöfarten eftersom det är det överlägset mest effektiva transportsättet. Den absolut största exportören av olja och gas är mellanöstern vilket gör att de huvudsakliga godsvägarna går från mellanöstern ut till i princip hela världen. I lite närmre regioner är Norge den största exportören, till följd av deras stora offshore-verksamhet. Kol finns däremot ganska jämt fördelat i hela världen i enorma reserver. Gas och olja transporteras med gastankfartyg respektive råoljetanker och produkttankfartyg, som för det mesta har ett eget pumpsystem som gör det möjligt att lossa lasten på ett dygn.

Persontrafiken delas upp i kryssningar och färjetrafik, där nästan all trafik är linjebaserad (eller liknande). Kryssning benämns en resa med passagerare som inte har som syfte att transportera utan att underhålla. Vissa kryssningsfartyg har varken bildäck eller lastutrymmen och tar många passagerare, de största fartygen under uppbyggnad kommer kunna ta upp till 6000 passagerare. På senare tid har kryssningsverksamheten ökat rejält, främst i Asien men även i Europa och kring medelhavet, men verksamheten är dock fortfarande störst i Karibien. Färjetrafik är till skillnad från kryssningar till för att transportera såväl personer som fordon i samma fartyg. Dessa fartyg har både utrymmen för passagerare och däck för fordon, så kallade ropax-färjor. Denna typ av trafik är viktig överallt i hela världen för fullstädning framkomlighet. Sverige har färjelinjer till många närliggande länder.

Sverige är inte en transportjätte i världen. Dels är vi ett litet land, men vi har också väldigt höga standarder (till exempel minimilöner). Ett område där Sverige dock är stora är transport av skogsprodukter. Den är inte en stor del av världens sjötransport, men en betydande del av Sveriges lastade gods. Skogsprodukter är vanligt att transportera via linjetrafik.

3.2. V

Eftersom sjöfarten är den mest internationella marknaden i världen är det svårt att få regler och lagar att gå ihop. På grund av olika standarder i olika länder och regioner är även konkurrens en svår fråga, då till exempel ett land med låga löner kan pressa ner priserna, medan länder som till exempel Sverige får det svårt med konkurrensen på grund av våra höga minimilöner. För att få världsmarknaden att gå ihop finns det en lång rad organisationer som arbetar med lagar, regler och klassificeringar.

För att matcha olika länders krav finns klassificeringssällskap som sätter en slags internationell standard på fartyg. Detta är viktigt inte bara för säkerheten, men också för att försäkringsbolag och lastägare ska kunna lita på att skeppet de försäkrar/fraktar sin dyrbara last med håller standarden.

EU jobbar med att se över hur medlemsländerna kan öka sin konkurrenskraftighet samt med säkerhet på farvattnen och i hamnar. För det senare skapades även IMO, International Maritime Organisation, som är ett fackorgan under FN och gör ett enormt viktigt arbete.Under IMO finns i sin tur cirka 40 konventioner och 800 koder som tar upp allt som rör sjöfart, och arbetet har sen IMO grundades 1949 kretsat mest kring att ta fram och utveckla dessa konventioner. Idag är arbetet mer fokuserat på att kontrollera efterlevnaden av dessa, samt miljöfrågor. Konventionen SOLAS är av stor betydelse eftersom den tar upp alla frågor som rör säkerhet till sjöss och då många länder inte har så höga krav på säkerhet krävs det en global samordnare och ”kontroll”. I dagens läge kan man dock säga att MARPOL är en av de viktigaste konvention eftersom den handlar om miljöfrågor som föroreningar, vilket är en het fråga i dagens samhälle.

Det största miljöproblemet inom sjöfart är utsläpp, både avsiktliga och olyckor, av främst olja och andra kemikalier. Trots att det inte bara är den marina sektorn som släpper ut olja så får den ofta mest uppmärksamhet i media. Som åtgärd har man på vissa håll förbjudit enkelskroviga fartyg samt har olika regler, lagar och konventioner (bland annat MARPOL) utretts som behandlar bland annat avgifter för utsläpp. Oljeanvändningen och därmed risken ökar med utvecklingen i världen, men även regleringen ökar för att möta detta. Ett mindre känt men ändå stort miljöproblem är ballastvatten.

Fartyg fyller ballasttankarna på ett ställe där den biologiska miljön ser ut på ett visst sätt och tömmer på ett annat ställe, vilket ger upphov till stora ekologiska problem. Detta är ett väldigt svårlöst problem.

Dock är Sverige i framkant på den fronten. Wallenius Water och Alfa Laval har tagit fram världens första av IMO godkända system för ”rening” av ballastvatten. Sverige har i många miljörelaterade

områden kommit med innovativa idéer och har därmed inspirerat stora delar av resten av världen.

Ett exempel är att Wallenius Water och Alfa Laval har tagit fram det första av IMO godkända systemet för ”rening” av ballastvatten. Redan 1998 var vi först i världen med att införa miljödifferentierade avgifter för fartyg, det vill säga ”rabatter” på avgifter beroende på hur små utsläpp av vissa ämnen ett fartyg har. Detta är positivt ur miljösynpunkt, men kan också påverka Svensk sjöfarts konkurrenskraft negativt i och med att det blir ännu dyrare att driva svenska rederier.

Olja ställer dock inte bara till det genom att läcka från fartygen. Priset har ökat med flera hundra procent de senaste tio åren. Att använda olja kan således vara på bekostnad av andra avgörande faktorer som till exempel säkerheten, då bränslet kostar så mycket har man inte råd att lägga pengar på att till exempel se till att skeppen uppnår kraven. Detta kan dock vara en sporre till att ta fram nya samtida lösningar och även en fördel för rederier och varv som redan har investerat i detta. Olja är även, som bekant, varken en outtömlig resurs eller speciellt miljövänligt i och med usläpp vid förbränning. Dock är detta en stor fråga, och den växer fortfarande, i dagens samhälle vilket resulterar i att en stor del av världen är medveten. Det är första steget på vägen till innovation inom miljövänliga alternativ.

Framtiden för sjöfart ser, trots problemen, positiv ut. Det är det transportslag som påverkar miljön minst med avseende på transporterat gods, infrastrukturen finns redan (haven) och buller och trängsel är inget problem. Det är det mest effektiva transportmedlet, det går inte att komma ifrån.

Men det är ett svårt pussel att få ihop då det är så globalt och engagerar alla länder i hela världen.

Vilka lagar ska gälla? Sjöfart är en stor möjlighet för framtiden, men för att detta ska gå måste man lösa problemet med klyftorna mellan länder. Sverige kan inte långsiktigt konkurrera med länder där minimilönen är bara en bråkdel av Sveriges, och detsamma gäller över hela världen. Om man kan komma fram till en lösning på dessa problem har sjöfarten oändliga utvecklingsmöjligheter.

4. F ARTYGSPROJEKTERING 4.1. N

Beteckning Beskrivning Enhet

AP Projicerade propellerarean m²

AT Frontarea ovan vattenytan m²

B Bredd, fartyg m

CAA Luftmotståndskoefficient för fartyg ovan vattenytan - Capp Motståndskoefficient för bihangsmotstånd -

CB Blockkoefficient -

CF Visköst friktionsmotstånd -

CR Vågmotståndskoefficient -

CT Motståndskoefficient -

D Diameter, propeller m

DWT Dödvikt Ton

E Parameter för bestämning av stålvikt Ton

e30 Arean under GZ-kurvan upp till 30 grader krängning mrad e40 Arean under GZ-kurvan upp till 40 grader krängning mrad

etamiljö Kvot för miljöpåverkan kg/personkm

Fn Froudes tal -

g Tyngdacceleration m/s²

GM0 Avstånd mellan masscentrum och metacentrum m

GP Geometrisk pitch m

GZ Hävarm vid momentjämvikt vid krängning m

Gzmax Maximala värdet på GZ-kurvan m

h Höjd från propellern till vattenytan m

h1 Höjd av överbyggnad av full bredd m

h2 Höjd av överbyggnad med indragen bredd m

HOA Höjd över allt m

k Formfaktor formmotstånd -

k2 Ekvivalent koefficient för bihangsmotstånd -

KG Avstånd från köl till masscentrum m

KLWT Koefficient för bestämning av stålvikt -

kmotor kg bränsle per kWh för motor. kg/kWh

KT Dimensionslöst framdrivningstal -

KTrequired Erforderligt framdrivningstal -

l1 Längd av överbyggnad av full bredd m

l2 Längd av överbyggnad med indragen bredd m

LCG Avstånd från bakre punkt till masscentrum m

LOA Längd över allt, fartyg m

Lpp Längd mellan perpendiklarna m

LWT Lättvikt Ton

LWTw Total lättvikt beräknad enligt Watson Ton

mbränsle Totala bränsleförbrukningen, en tur kg

mCO2 Totala massan av utsläppt koldioxid, en tur kg MCR Sammanlagda generatoreffekten. Approximerad. W

Mmt Motorvikt enligt Watson Ton

Mo Vikt för utrustning enligt Watson Ton

MST Stålvikt enligt Watson Ton

n Varvtal rpm eller rps

pa Atmosfärstrycket Pa

Preq Erforderlig effekt W

pv Ångbildningstryck för vatten Pa

R Motstånd N

Re Reynolds tal -

s Sträcka Nautiska mil

S Area våt yta m²

sigma07R Lokala kavitationstalet

stot Totala sträckan, en tur km

t Tid mellan varje destination h

T Djupgående m

tauc Propellerkavitationstalet

ttot Totala tiden för fartyget i rörelse h

v Hastighet Knop

V Hastighet m/s

ΔCF Ytråhetstillägg -

μ Vattens dynamiska viskositet Pa s

ρ Densitet vatten kg/m³

ρA Lufts densitet kg/m³

Deplacement Ton

4.2. I

Kryssningar i nöjessyfte har ökat stort på senare år. Det är ett lite annorlunda spår inom sjöfarten, då målet inte är att ta en last från ett ställe till ett annat på kortast möjliga tid. Kryssningar finns i ett rekreationellt syfte och värderas i underhållning snarare än transporteffektivitet.

Denna rapport syftar till att ta fram ett kryssningsfartyg för en given rutt (se Problemformulering).

Detta ska göras med hänsyn till internationella regler, stabilitet samt realistiska beräkningar av fartygsdimensioner, framdrivningskraft och propeller. Fartygsprojekteringen som sker i denna rapport är endast en inledande del i verklig fartygsprojektering.

Under framtagandet av en flertal storheter samt skrovet har programmet MSY Hydrostatics⁵ använts.

I detta program kan man utgå från en lämplig skrovform och anpassa dimensionerna så att det passar ändamålet. Ur detta program har man även kunnat läsa av konstanter (exempelvis blockkoefficient för skrovet), vikter, djupgående med mera.

4.2.1. PROBLEMFORMULERING

Uppgiften är att projektera ett fartyg, i detta fall ett modernt kryssningsfartyg. Det ska ta 1400 passagerare och gå sträckan Miami-Bahamas-Bermuda-Madeira-Malaga-Korsika-Rome-Alexandria.

Resan ska, inklusive två övernattningar i Alexandria, ta 21 dagar.

Obligatoriska bivillkor:

 Ekonomi och miljö

 Fysiska begränsningar

 Fribord enligt International Convention on Load Lines

 Intaktstabilitet enligt IMO

 Lättviktsapproximering enligt Watson eller Rapo

 Kursstabilitet enligt Clarke

 Utredning av lastat och olastat fartyg

 Val av propeller med rimligt varvtal

 Vattentäta sektioner enligt SOLAS 4.2.2. HAMNBEGRÄNSNINGAR

För att vara säker på att fartyget går in i de hamnar den ska måste djupet i alla hamnar kontrolleras.

Tabell 1. Djupet i hamnarna som fartyget lägger till i.

Anhalt Hamn Maximalt tillåtet djup

Miami Port of Miami 12.5m⁶

Bahamas Port Prince George Wharf, Nassau 12.2 m⁷

Bermuda Port of Ireland Island 9.1 m⁶

Madeira Port of Funchal 7.6 m⁶

Malaga Port of Malaga 7.6 m⁶

Korsika Port of Ajaccio 7.6 m⁶

Rom Port of Civitavecchia 9.1 m⁶

Alexandria Port of Alexandria 9.7 m⁸

Något djup för Port Prince George Wharf finns inte att hitta med säkerhet. Dock skedde en utbyggnad av hamnen år 2009 då djupet ökades till ca 12.2 meter⁷, samt att fartyg med djupgående på tio meter går in. Utifrån detta antas att djupet är minst tio meter.

4.3. L

Rutten för fartyget består av startpunkt i Miami, sex stopp på vägen och slutligen ankomst i Alexandria för flyg tillbaka. Det ska ingå två övernattningar i Alexandria. För att lösa detta är tanken att varje ankomst till en ny anhalt ska ske på morgonen, för att undvika att man behöver spendera en natt på ett stillastående fartyg i onödan. Att lösa detta tidsmässigt och samtidigt kunna ha samma marschfart mellan varje destination är en iterativ process.

Den totala sträckan som fartyget ska färdas mättes på karta³. Därefter bestämdes marschfarten till en rimlig hastighet för denna typ av fartyg och tiderna som behövs för att färdas mellan varje destination kunde då räknas ut med ekvation (1):

t s

 v (1)

Där s är sträckan i nautiska mil, V hastigheten i knop och t tiden i timmar. När den nödvändiga restiden för varje delsträcka var bestämd kunde en tidtabell göras med total tid i hamn eller på väg mellan destinationer.

Figur 1. Rutt.

4.3.2. FARTYGSDIMENSIONER, VIKT OCH SKROV

Det första steget i arbetsgången för att ta fram själva fartyget är att bestämma dimensioner. Det finns många olika tekniker att göra detta och på ett kryssningsfartyg är det inte helt lätt då man inte har till exempel en bulklast med given massa och densitet. För att ta fram rimliga dimensioner har då jämförelser gjorts med liknande fartyg som tar ungefär lika många passagerare.

Ett fartygs vikt presenteras i form av flera olika storheter. Deplacementet, , är den totala vikten på ett fartyg inklusive skrov, maskineri, inredning, passagerare mm. Dödvikten, DWT, är ett mått på hur mycket fartyget kan lastas och lättvikten, LWT är vikten på skrovet och dessa definieras som:

LWT   DWT (2)

bränsle förråd+ besättning inr

passagerare edning

DWTm m m m m (3)

För ett passagerarfartyg är lättvikten den dominerande vikten eftersom lasten (passagerare) väger så pass lite. Därför har inga beräkningar gjorts för olastat fartyg, eftersom det fallet är nästan likadant som fallet med ett lastat fartyg.

Lättvikten kan överslagsberäknas enligt ekvation (5) nedanError! Reference source not found.

:

W ST mt o

LWT M M M (4)

De tre vikterna behandlar stålvikt, motorvikt samt total vikt för utrustning. Detta är Watsons approximativa metod baserad på statistiska data. Stålvikten fås med:

1.36

ST LWT

M K E (5)

där E är en parameter som är Lloyd’s Registers gamla Equipment number. Denna inkluderar fartygets huvuddimensioner och överbyggnad enligt:

1 1 2 2

( ) 0.85( _OA ) 0.85(( ) 0.75( ))

EL B T  H T  l h  l h . (6) L, B, HOA och T är fartygets längd, bredd, höjd över allt respektive djupgående. KLWT i ekvation (5) fås ur figur

Figur 2. Tabell för bestämmande av KLWT i ekvation (5).¹¹

Denna formel (ekvation (5)) gäller dock endast för fartyg med blockkoefficient CB=0.70 (Blockkoefficienten beskriver hur likt fartygets skrov är ett rätblock), om denna är något annat kan en korrektion göras genom att multiplicera E med faktorn

1 0.05( C_B0.70) (7)

där CB är fartygets blockkoefficient. För passagerarfartyg är det vanligast med dieselelektrisk drift¹⁰. I och med detta räknas maskinvikten ut med:

0.72( )0.78

Wmt  MCR (8)

där MCR är den sammanlagda generatoreffekten. Den sista termen, vikten på utrustningen är endast en grov uppskattning men är baserad på allmängiltiga trender och fås ur figuren nedan.

Figur 3. Bestämmande av utrustningsvikten som funktion av ett fartygs bredd och längd.¹¹

Blockkoefficienten är ett tal som beskriver hur likt fartygets skrov är ett rätblock och fås med

CB

LBT

  (9)

där täljaren är deplacementet och nämnaren beskriver ett rätblock med dimensionerna av fartygets undervattensdel. I detta projekt har blockkoefficienten tagits ur MSY Hydrostatics⁵.

4.3.3. HYTTER

Eftersom det i uppgiften ingår hur många passagerare som ska med finns ett minimalt antal hytter.

För att få plats med alla får man, utgående från huvuddimensionerna på fartyget, testa sig fram för att se hur stora hytter man kan ha samt hur många däck dessa tar. Det är en iterativ process där man får väga hur stor en hytt behöver vara för komfort mot hur mycket plats den tar upp. I det här fallet har man utgått från bredden på fartyget, det vill säga hur många hytter får plats på bredden när man tagit hänsyn till korridorer. Därefter bestämma hur bred en hytt måste vara och räkna på hur många som får plats på längden på fartyget. Då har man en ganska bra överblick över hur många hytter som får plats på ett däck och kan på så sätt bestämma hur många däck som behövs för hytter:

, , hytter tot hyttdäck

hytter däck

n n

n (10)

Andra faktorer som påverkar den totala höjden på fartyget är däck med underhållning, personalhytter, administration, tvätt, förråd och motorrum.

4.3.4. REGLER OCH KRAV

För att hålla en hög nivå på den nationella säkerheten på fartyg finns restriktioner och regler att följa vid dimensionering av fartyg. I Transportstyrelsens föreskrifter och allmänna råd om skrovkonstruktion, stabilitet och fribord², sida 134, finns en tabell med krav på minsta fribord, utgående från fartygstypen och dess längd. Fribordet är höjden på den vattentäta delen av fartyget som är ovanför vattenytan, dvs den längd under vilken alla däck ska vara vattentäta för att med säkerhet kunna klara att utföra arbete under alla omständigheter.

Tabell 2. Krav på fribord för ett 200 m långt fartyg.

Längd på fartyg Minsta fribord

200 m 3264 mm

Enligt SOLAS ska fartyg delas in i vattentäta sektioner. Detta innebär tvärsgående uppdelning som ska vara vattentäta så om fartyget skulle råka ut för en olycka och börja läcka, ska det endast tas in vatten i en sektion och inte i hela fartyget. Antalet sektioner bestäms ur tabellen nedan, och generellt ska höjden på sektionerna sträcka sig till fribordsdäcket.

Tabell 3. Antal vattentäta sektioner enligt SOLAS. ⁹

4.3.5. MILJÖ

I dagens samhälle är miljöpåverkan en väldigt stor aspekt i transportfrågor. Ett miljövänligt fartyg har idag hög konkurrenskraftighet på marknaden då allt fler tänker miljöinriktat. Ett sätt att gå åt detta håll är att ha en låg bränsleförbrukning, vilket inte bara påverkar miljövänligheten utan även ekonomin. Ett fartyg som drar lite bränsle kostar även mindre.

Ett sätt att mäta detta är så kallade carbon-footprint. Det är dock omöjligt att göra så här tidigt i projektstadiet, så i denna rapport tas en förenklad metod upp. Miljöpåverkan mäts här i gram koldioxid per personkm. Den totala bränsleförbrukningen beräknas med

bränsle motor tot

m k  P t (11)

där ttot är den totala tiden som fartyget befinner sig i rörelse och kmotor är hur många kg bränsle motorn förbrukar per kilowatt-timme. När man vet hur mycket bränsle som går åt under hela resan kan man beräkna det totala utsläppet av koldioxid¹² med formeln

2 3.112

CO bränsle

m  m . (12)

Slutligen kan man bestämma utsläppet av koldioxid per person och km,

2 CO miljö

passagerare tot

m

n s

 

 ⁽¹³⁾

där stot är den totala sträckan som fartyget färdas.

4.3.6. STABILITET

Stabilitet innebär ett systems förmåga att återgå till ett stabilt tillstånd efter att ha blivit utsatt för en störning. Inom fartygsprojektering är detta en enormt viktigt del eftersom man inte vill att fartyget välter vid minsta våg. Det finns en mängd olika mått och storheter med kriterier och regler som ska uppfyllas.

När man pratar om stabilitet nämner man ofta begreppen GZ och GM0. GZ är den rätande hävarmen då fartyget utsätts för en krängning, det vill säga den kraft med vilken momentet vill kränga tillbaka fartyget till upprätt läge. GM0 är avståndet mellan tyngdpunkten och metacenter. Se Figur 4 nedan.

Figur 4. Fartygsgenomskärning sedd bakifrån med geometrisk förklaring av GZ och GM0.³⁰

Om man beskriver GZ som funktion av krängningsvinkeln 𝜙 och ritar detta (kallas GZ-kurva) kan man se hur mycket fartyget kan kränga utan att tippa över. GZ-kurvan kan man enkelt få direkt ur MSY Hydrostatics⁵.

IMO har utfärdat rekommendationer på detta som tillämpas av de allra flesta, dessa kan ses i

Tabell 4 nedan. e30 respektive e40 är den dynamiska stabiliteten och motsvarar arean under grafen från noll upp till en krängningsvinkel på 30 respektive 40 grader. Det fjärde villkoret betyder att toppen på kurvan inte får ligga vid en krängningsvinkel på mindre än 25°, helst över 30°. De två sista villkoren innebär krav på den rätande hävarmen.

Tabell 4. Krav på stabilitet och GZ-kurva. ³⁰

Variabel Krav

e30 > 0.055 mrad

e40 > 0.090 mrad

e40 - e30 > 0.030 mrad

Krängningsvinkel vid GZmax > 25°, helst > 30°

GZ vid en krängning på 30° > 0.2 m

GM0 > 0.15 m

Utöver intaktstabiliteten ovan måste även fartygets kursstabilitet uppfylla vissa krav. Det görs med hjälp av diagrammet i Figur 5 nedan.

Figur 5. Diagram för grov bedömning av kursstabilitet enligt Clarke.¹¹

Parametrarna på x- och y-axeln ges av:

x L

 B (14)

y B

T (15)

L, B och Y är längd, bredd samt djupgående på fartyget. Om skärningspunkten mellan dessa parametrar hamnar till vänster om respektive under den streckade linjen och den heldragna linjen som motsvarar rätt blockkoefficient, CB, är fartyget tillräckligt kursstabilt.

4.3.7. MOTSTÅND

Motstånd är den kraft som ett fartyg måste övervinna för att kunna drivas framåt och måste beräknas för att man ska kunna veta hur stor kraft som behövs för att driva fartyget framåt och bestämma vilken propeller samt motor som behövs. Det finns olika sätt att göra detta och de två metoder som används i denna rapport är Holtrop & Mennen samt Guldhammer & Harvald. Metoden Holtrop & Mennen har använts via ett program som tillhandahållits, resistance.exe⁴, därför har inte de ekvationerna tagits upp i denna rapport utan hänvisas till programmet. Ekvationerna nedan tillhör Guldhammer & Harvald-metoden¹.

Det totala motståndet för ett fartyg kan beräknas med formel (16) : 1 2

T 2

RC



ρ är vattens densitet, V är hastigheten i m/s och S är fartygets våta yta och fås m.h.a Mumfords approximativa formel:

1.025 _pp( _B 1.7 )

S L C B T (17)

där Lpp är längden mellan perpendiklarna, CB är blockkoefficient, B bredd och T djupgående. CT är en dimensionslös motståndskoefficient som innehåller flera olika komponenter för olika typer av motstånd enligt nedan

(1 )

T F R F AA app

C  k C C  C C C . (18)

Termerna behandlar form- och friktionsmotstånd, vågbildningsmotstånd, ytråhetsmotstånd, luftmotstånd samt motstånd från utstickande bihang.

Den första termen motsvarar det viskösa form- och friktionsmotståndet. Denna finns med för att vatten är en viskös fluid och det därmed finns ett friktionsmotstånd. Dessa beräkningar är baserade på en platta (plattfriktion) och därför finns k, formfaktorn, med för att kompensera för att motståndet vid ett krökt skrov inte är detsamma som vid en plan platta. Formfaktorn har bestämts med Watanabes approximatima uttryck:

0.095 25.6 C2^B

k

L B

B T

  

  

 

(19)

CF fås därefter:

2 10

0.075 (log Re 2) CF 

 ^{. (20)’}

Re, Reynolds tal, är ett dimensionslöst tal som beskriver hur fluiden strömmar och definieras som:

Re VL

  (21)

μ är den dynamiska viskositeten för vatten som varierar med temperatur. I det här fallet har 10°C använts som medeltemperatur på vattnet.

Den andra termen behandlar vågbildning. Vågor uppkommer på grund av tryckbildning vid skrovet och beror av formen på fartyget och farten. Denna läses från tabeller i kompendiet ⁽¹⁾ som beror av slankhetstalet, blockkoefficienten och Froudes tal:

1/3

Slankhetstal L

 ⁽²²⁾

Fn V

gL

 (23)

Blockkoefficienten kan läsas ur programmet MSY Hydrostatics⁵. Från slankhetstalet fås tabellen nedan. Diagrammet beror av Froudes tal (variabeln på den liggande axeln). Detta är ett dimensionslöst som är viktigt i hänsyn till vågbildningsmotståndet och definieras som:

n

wl

F V

gL

 (24)

där V är hastigheten i m/s, g är tyngdaccelerationen och Lwl är fartygets längd vid vattenlinjen.

Figur 6. Tabell över CR1.

Nästa term är ΔCF. Denna kallas ytråhetstillägg och kompenserar för skillnaden i ytråhet mellan modell och fullskaligt fartyg. Formeln nedan är rekommenderad av ITTC (1978)¹:

1/3

(105 ^s 0.64) 10 3 F

C k

L

  

      ^{. (25)}

Värdet på ks, 150 μm, är även det rekommenderat av ITTC.

CAA är luftmotståndet för för fartygets överbyggnad på grund av farten. En approximation av denna är:

A T

AA D

C C A S



  (26)

Det motstånd som beräknas hittills gäller endast skrovet, men i verkligheten finns det även bihang som till exempel roder. På kryssningsfartyg som ofta är väldigt långsmala är det även vanligt med stabilisatorer (stabilizer fins). För att ta fram motståndet som dessa genererar används en formel av Holtrop & Mennen (samma som används i den andra metoden, resistance.exe):

(1 2)

app F

C  k C , (27)

där parentesen representerar en ekvivalent koefficient för bidrag från olika bihang och fås ur figuren nedan:

Figur 7. Beräkning av 1+k2 för bihangsmotstånd.¹

När alla koefficienter är bestämda kan det totala motståndet beräknas enligt ekvation (16). Detta är dock inte den slutgiltiga erforderliga kraften. Då propellern har en lägre verkningsgrad räknas den verkliga kraften ut enligt

0 tot

R R

 (28)

där η0 är propellerverkningsgraden. Därefter kan den totala släpeffekten beräknas:

req tot

P R V (29)

Släpeffekten är den effekt som krävs för att ”dra” fartyget framåt, utan hänsyn till tryckförändringar vid propellern. Den verkliga erforderliga effekten är dock högre än detta. En säkerhetsmarginal på ca 10 % måste inkluderas för att försäkra att fartyget kan drivas fram under alla omständigheter, exempelvis hårt väder. Det totala effektbehovet, axeleffekten, uppskattas med:

req axel

D

P P

  (30)

där ηD är den totala propulsionsverkningsgraden och består av flera komponenter:

0

D R H

    (31)

η0 är propellerverkningsgraden, ηR är den rotativa verkningsgraden (≈1) och ηH är skrovverkningsgraden:

1

H 1

t

  ^w

 ⁽³²⁾

där t är sugfaktorn (denna uppkommer på grund av tryckskillnader runt propellern) och w är medströmsfaktorn som beskriver hur vattnets hastighet är mindre precis vid propellern än vad strömningshastigheten är på långt avstånd från propellern.

4.3.8. PROPELLER

När den erfordeliga framdrivningskraften är känd är nästa steg att ta fram en propeller som klarar detta. Det finns flera metoder i att räkna på propellrar och i den här rapporten tas två upp. Den ena är beräkningsgången som utgår från bladelement- och momentteori och presenteras i appendix 1, och den andra metoden är att utgå från propellerkarakteristikor.

Figur 8. Propellerkarakteristika för en fem-bladig propeller med bladareaförhållande 60.³¹

Med propellerkarakteristikor kan man, när man bestämt vissa dimensioner på propellern, använda ett propellerdiagram som ovan för att bestämma verkningsgraden på denna. Första steget är att beräkna stigningsförhållandet som avgör vilka kurvor man kan läsa av. Det görs enligt ekvation (33):

Stigningsförhållande GP

 D (33)

Därefter beräknar man KT som en funktion av J (enligt Appendix 1) och lägger in kurvan i diagrammet ovan. Denna kurva representerar den erforderliga framdrivningskraften för fartyget. På x-axeln i diagrammet är framdrivningstalet J och på y-axeln finns verkningsgrad och KT. För att kunna hitta verkningsgrad för den propeller man valt ska man läsa av verkningsgrad-kurvan där den inlagda KT- kurvan skär en KT-kurva för motsvarande stigningsförhållande. Se Resultat-delen för tydligare beskrivning med exempel.

När man bestämt propeller måste man kontrollera att den inte är dålig ur kavitationssynpunkt.

Kavitation är när vätskan vid propellern börjar koka (övergå till gasform) till följd av sänkt tryck.

Denna kontroll är en slags bedömning av om bladareaförhållandet på propeller är okej. Detta görs enklast genom att använda Burrildiagrammet nedan. Diagrammet gäller för SSPA 5.60, dvs för en fembladig propeller med bladareaförhållande 0.6.

Figur 9. Burrildiagram för kavitationskontroll. Gäller för SSPA 5.60.³¹

Storheterna på axlarna räknas ut enligt nedan:

2 2

0.5 ( (0.7 ) )

c

P A

T

A V nD

 ^    ⁽³⁴⁾

0.7 2 2

0.5 ( (0.7 ) )

a v

R

A

p gh p

V nD

 

 

 

  ⁽³⁵⁾

4.4. R

Sträckan mellan varje destination har beräknats till³:

Tabell 5. Avstånd för de olika sträckorna i rutten.

Sträcka Avstånd [sjömil]

Miami – Bahamas 87

Bahamas – Bermuda 976

Bermuda – Madeira 2770

Madeira – Malaga 777

Malaga – Korsika 822

Korsika – Rom 161

Rom - Alexandria 1217

Totalt 6088

Vilket rutt fartyget skulle ta var inte svårt att avgöra eftersom det var givet i uppgiften och det finns inga trånga kanaler på vägen. Det som dock var svårt var att avgöra vilken hastighet som skulle användas för att kryssningen skulle ta 21 dagar och samtidigt ha tid att stanna vid destinationerna.

Detta var en iterativ process där antalet timmar i hamn fick vägas mot vad som var rimligt och vad kryssningsdeltagarna anser bekvämt. Metoden här blev att utgå från att ankomsten till en ny destination varje gång ska ske på morgonen, och avgång på kvällen, och därefter pussla ihop tiderna så att allt blev rimligt. Resultaten visas i Tabell 6.

Tabell 6. Tidtabell med totala tider för sträckor och stillastående samt hastighet på de olika delsträckorna.

Tidpunkt Tid åkandes [h] Tid stilla [h] Hastighet [knt]

Lastning börjar 18.00 3

Avgång Miami 21.00 5 18

Ankomst Bahamas 01.00 30

Avgång Bahamas 07.00 47 18

Ankomst Bermuda 06.00 11

Avgång Bermuda 17.00 134 18

Ankomst Madeira 07.00 11

Avgång Madeira 18.00 37 18

Ankomst Malaga 07.00 9

Avgång Malaga 16.00 40 18

Ankomst Korsika 08.00 16

Avgång Korsika 00.00 8 18

Ankomst Rom 08.00 19

Avgång Rom 03.00 74 16.5

Ankomst Alexandria 05.00 2

Lossning börjar 07.00 3

Lossning klar 10.00 55

Flyget går 17.00

4.4.2. FARTYGETS HUVUDDIMENSIONER OCH GENERALARRANGEMANG

4.4.2.1. D^IMENSIONER

Tabell 7. Huvuddimensioner på fartyget.

Längd över allt, LOA 220 m

Längd mellan perpendiklarna, Lpp 200 m

Bredd, B 30 m

Höjd över allt, H 38 m

Djupgående 7.6 m

Fribord 5 m

KG 13 m

LCG 86 m

Blockkoefficient CB 0.64

Servicefart 18 knop

Froudes tal, Fn , vid servicefarten 0.21

På djupgåendet ser man att fartyget precis går in i alla hamnar i Tabell 1. Minsta djupet i många hamnar är just 7.6 meter, men detta är inte djupet i själva hamnen utan största tillåtna djupgående på fartyg. Fribordet är över ICLLs krav. Alla däck under fribordet är vattentäta och indelade i vattentäta sektioner. På däcken över fribordet kan det finnas till exempel hytter med balkong eller soldäck.

Som man kan se i tabellen ligger masscentrum KG ganska högt upp för ett fartyg som är 38 m högt.

Detta är baserat på att stabiliteten inte håller för masscentrum högre än det. När man bygger fartyget får man utgå från detta och medvetet lägga tyngdpunkten lågt med till exempel överbyggnad byggd i ett väldigt lätt material.

Figur 10. Generalarrangemang visande djupgående, fribord, däck.

4.4.2.2. VATTENTÄTA SEKTIONER

Enligt SOLAS och Tabell 3 delas fartyget upp i nio vattentäta sektioner enligt Figur 10. Dessa går från skrovets botten upp till fribordet, dvs från kölen och 12,3 m upp. Det ska finnas en sektion i fören, samt en framför och bakom motorrummet, resten är fördelade enligt vad som är rimligt för just det fartyget. I det här fallet finns däck under fribordet, alltså däck i de vattentäta sektionerna. För att detta ska gå måste all genomfart (ex dörrar) mellan rum och liknande, på dessa däck, vara vattentät.

4.4.2.3. VIKT

Tabell 8. Vikt.

Lättvikt [ton] 17739

Dödvikt [ton] 4000

Deplacement [ton] 21739

Tabell 9. Komponenter i lättvikten.

Stålvikten 7108

Motorvikt 731

Utrustning 9900

Lättvikten i Tabell 8 ovan är beräknad med Watsons metod. När stabilitetsberäkningarna har gjorts har dock ett deplacement på 27000 ton använts, vilket inte är helt orimligt. Detta beror på ett misstag, att beräkningen av lättvikten skedde efter all stabilitetsberäkning. Lättvikten beräknad med Watson behöver inte heller vara rätt utan är snarare en grov uppskattning. Den baseras bland annat på motorvikten, och eftersom motor inte hade valts vid beräkningen användes värdet på den framräknade släpeffekten och värdet approximativt. Dödvikten är uppskattad från jämförelse med liknande fartyg.

4.4.2.4. H^YTTER

Hytterna placerades enligt den ungefärliga skissen i Figur 11.

Figur 11. Ungefärlig skiss över hyttfördelningen. Bilden är inte skalenlig.

Med denna placering och antal hytter får hytterna dimensioner enligt Tabell 10. Detta är dock inga exakta mått utan endast överslagsberäkningar på ungefär hur stora hytter man kan ha. Hytterna är

stora, men det anses försvarbart då detta är ett lyxigt kryssningsfartyg, då gästerna brukar ha höga krav.

Tabell 10. Hyttdimensioner.

Hyttbredd 4 m

Hyttlängd 6.5 m

Hyttstorlek 26 m²

Korridorsbredd 2 m

Detta ger 200 hytter per däck. Då fartyget ska ta 1400 passagerare anses halva antalet, 700, hytter vara rimligt antal. Här har jämförelser gjorts med många liknande fartyg och att ha ungefär hälften så många hytter som maxkapacitet är vanligt. För att få plats med 700 hytter av den här storleken krävs alltså 3,5 däck med hytter. För att passagerarna ska ha olika alternativ kan vissa av hytterna göras större och allt kan spridas ut på totalt fyra däck.

Tabell 11. Fördelning över däck.

Typ av däck Antal

Hyttdäck 4

Kommersielltdäck 2

Personalhyttdäck 1

Övrigt 3

Totalt 10

Vid jämförelse med andra kryssningsfartyg visas att kvoten mellan fartygets höjd och antal däck är snarlik den som fås för detta fartyg. På de kommersiella däcken finns restauranger, butiker, barer och andra nöjen. Personalen bor på ett däck så de inte behöver lika stora hytter som passagerarna. De övriga däcken inkluderar motorrum, administration, förråd, tvätt m.m.

4.4.3. STABILITET

GZ-kurvan för fartyget fås ur MSY Hydrostatics⁵ och visas i Figur 12 nedan. I programmet laddas en fil av formen britfair in och denna innehåller information om en fartygstyps typiska dimensioner. I denna fil kan man sedan ändra en rad olika parametrar som dimensioner och fyllighet i skrovet för att matcha fartyget i denna projektering. Filen som har använts som utgångspunkt är PuTuoDaoApprox_RoPax.bri som motsvarar ett ropax-fartyg.

Figur 12. GZ-kurva.

Tabell 12. Värden på dynamiska stabiliteten samt krängningsvinkel för maximal GZ.

Storhet Värde OK?

e30 0.77 mrad OK

e40 1.20 mrad OK

e40 - e30 0.44 mrad OK

Krängningsvinkel vid GZmax 36° OK

GZ vid en krängning på 30° 2.5 m OK

GM0 6 m OK

I Tabell 12 kan ses att GZ-kurvan är godkänd enligt IMOs rekommendationer. För att ytterligare förbättra stabiliteten kan man använda så kallade stabilisatorer, se Figur 13. Detta är dock en framtida uppgift och inga beräkningar har skett i denna rapport.

Figur 13. Stabilisatorer ³²

Vid kontroll av kursstabiliteten enligt Clarke upptäcktes att fartyget var så pass långsmalt att det låg i det instabila området (se Figur 14). En lösning på detta kan vara att ha en slingerköl på fartyget (Se Figur 15). Dessa ger högre kursstabilitet men något högre motstånd. Dock ska de placeras i strömlinjeriktning vilket ger ett minimalt bidrag till motståndet. Inga beräkningar hat gjorts på dessa, de är endast ett förslag på ett sätt att lösa kursinstabiliteten.

Figur 14. Diagram över kursstabiliteten med inritat resultat.¹¹

Figur 15. Exempel på slingerköl.³³

4.4.4. PROPELLER

Första metoden som användes var beräkningar enligt Appendix 1. Efter mycket trial and error landade det i en propeller med dimensioner enligt Tabell 13, som gav kurvan i Figur 16.

Tabell 13. Dimensioner på vald propeller.

Yttre diameter 3 m

Geometrisk pitch 6.5 m

Stigningsförhållande, P/D 1.08

Optimalt varvtal 104 rpm

BAR, bladareakvot 0.63

Figur 16. Propellerdiagram över vald propeller.

Där KT och KT,required korsar varandra är där den erforderliga kraften och den tillgängliga propellerkraften stämmer överens. Det är detta varvtal som ska väljas för den hastighet som har använts vid framtagning av diagrammet. Då fås motsvarande verkningsgrad:

Tabell 14. Optimalt varvtal och verkningsgrad för propellern presenterad i Tabell 13.

Varvtal Verkningsgrad

104 rpm 0.61

Andra dimensioner på propellern som testades var bland annat en mindre geometrisk pitch. Detta gav dock en lägre verkningsgrad och ett för lågt varvtal, vilket ledde till ovanstående värden.

Enligt metod två, propellerkarakteristikor, erhölls resultaten i Figur 17 och Tabell 15 nedan. Här valdes SSPA 5.60, det vill säga 5-bladig propeller med bladarea-förhållande 0.60. Detta för att undersöka en propeller så nära den i förra metoden som möjligt (bladareaförhållande 0.63) och i och med det kunna jämföra metoderna. Kurvan som är inritad är den erforderliga framdrivningskraften.

Figur 17. Bestämmande av verkningsgrad ur propellerkarakterisktika.³¹

Tabell 15. Resultat från karakteristika.

Varvtal Verkningsgrad

88 rpm 0.66

Anledningen till att det blir olika med de olika metoderna kan vara att bladareaförhållandet inte är riktigt samma i de två olika metoderna. Eftersom varvtalet är så pass lågt i den senare metoden väljs resultatet från metoden enligt appendix 1.

4.4.4.1. KAVITATIONSKONTROLL

Figur 18. Burrildiagram med kavitationskontroll.³¹

När man beräknar talen enligt ekvation (34) och (35) och ritar in dessa i Burrildiagrammet ser man att den valda propellern ligger inom gränserna. Propellern är alltså bra ur kavitationssynpunkt.

4.4.5. MOTSTÅND OCH SLÄPEFFEKT

Koefficienterna för Guldhammer & Harvald-metoden visas nedan. Samtliga värden är för 18 knop, som är servicefarten.

Tabell 16. Koefficienterna för Guldhammer & Harvald-metoden.

Dimensionslös koefficient Värde Friktionsmotstånd, CF 1.47 *10^-3 Vågbildningsmotstånd, CR 0.62 *10^-3 Ytråhetsmotstånd, ΔCF 0.31 *10^-3 Luftmotstånd, CAA 1.39 *10^-5 Totala motståndet, CT 2.53 *10^-3

I tabellen ovan framgår det att det är friktionsmotstådet och luftmotståndet som är de dominerande komponenterna i det totala motståndet. Att luftmotståndet är så pass högt är rimligt eftersom

fartyget är väldigt högt i sig i jämförelsen med andra fartyg. I Tabell 17 nedan ses det slutliga resultat av motståndsberäkningarna med de två metoderna Holtrop & Mennen samt Guldhammer & Harvald.

Tabell 17. Motstånd och effekt med två olika metoder.

Storhet Holtrop & Mennen Guldhammer & Harvald

Motstånd [kN] 711 703

Effekt [kW] 6500 6500

Nedan ses det erforderliga motståndet med hänsyn till propellerns verkningsgrad ur avsnittet ovan.

Tabell 18. Erforderligt motstånd och effekt med hänsyn till propellerns verkningsgrad.

Storhet Holtrop & Mennen Guldhammer & Harvald

Erforderligt motstånd [kN] 1166 1152

Erforderlig effekt [kW] 10656 10656

Nedan ses en kurva för motståndet och effekten över olika hastigheter. Anledningen till att värdena inte är samma förutom vid 18 knop beror på att CR som används är avläst för hand och endast för hastigheten 18 knop, och denna har sedan använts vid alla hastigheter. Då endast värdet vid 18 knop används läggs inte mycket vikt vid att beräkna CR för alla hastigheter. Plottarna ger ändå en rätt bra översikt.

Figur 19. Motstånd som funktion av hastighet.

Figur 20. Släpeffekt som funktion av hastighet.

4.4.6. MILJÖ

Med den erforderliga effekten och optimala varvtalet som utgångspunkt väljs motorn Wärtsilä RT- flex50¹³. Den har bränsleförbrukningen enligt:

Bränsle per effektförbrukning [kg/kWh] 0.164

Den totala sträckan samt tiden i rörelse fås från Tabell 5 och Tabell 6. Därefter kan ”Carbon footprint” räknas ut och fås till 119 g/personkm. Detta är att jämföra med ett fartyg från kryssningsbolaget Carnival som släpper ut 329 g/personkm¹⁴. Detta är dock inte helt ekvivalent eftersom Carnivals siffror förmodligen täcker allt ombord på skeppet och inte endast bränsleförbrukningen, men eftersom bränsleförbrukningen är den största delen av utsläppen ger det ändå en hyfsad jämförelse. Detta är dock väldigt svårt att bestämma så tidigt i planeringsstadiet.

När det gäller kryssningsfartyg är inte miljöpåverkan en lika stor del som vid andra typer av sjöfart.

Den här branschen går inte ut på att transportera varor så effektivt som möjligt, utan helheten bedöms utifrån upplevelser och njutning istället för utsläpp av växthusgaser per personkilometer.

4.5. S

Fartyget som är framtaget uppfyller alla krav och regler som var utgångspunkten för rapporten. Detta är dock endast första steget i projekteringen och det allra mesta är beräknat med approximationer och överslagsräkningar. En del saker är inte helt korrekta, exempelvis har beräkningarna gjorts med ett annat deplacement än det beräknade, men helheten av rapporten beskriver bra hur man går tillväga i första steget att ta fram ett fartyg och kan utgöra en bra grund.

Tabell 19. Dimensioner på fartyget.

Längd 220 m

Bredd 30 m

Höjd 38 m

Fribord 5 m

Djupgående 7.6 m

Områden som kan utvecklas vidare i framtida projektering är miljöaspekten, hur man kan få fartyget mer attraktivt ur miljösynpunkt eller en mer noggrann analys av hur stabilisatorer och slingkölen som nämndes ovan påverkar intaktstabilitet och kursstabilitet.

5. M ODERNT PENDELTÅGSTONNAGE ,

KONCEPTLÖSNING 5.1. I

5.1.1. SYFTE MED PROJEKTET

Denna rapport syftar till att utreda ett pendelbåtssystem för utvalda problemområden i Stockholms innerskärgård. Fokus i just denna rapport ligger på att systemet ska vara effektivt och smidigt ur en resenärs synpunkt. Detta behandlar till exempel snabb på- och avstigning, antal avgångar samt hur terminalerna är uppbyggda för ett så bra personflöde som möjligt. En utvärdering av pendelresenärernas restid samt smidighet skall genomföras för att konkret visa på fördelar och ev.

nackdelar med att ha färjelinjer mellan olika respunkter.

Rapporten hämtar viss information från Trafikförvaltningens (TF) Request for Information (RFI) som publicerades i samband med att TF fick i uppdrag att utreda ett modernt, miljövänligt pendelbåtstonnage för Stockholms sjötrafik. I denna RFI önskas en utredning om både existerande linjer samt tre nya linjer.

När fokusområden bestämdes användes RFI:n som underlag till vilka områden i stockholm som kan effektiviseras med pendelbåtstrafik. Ytterligare kriterier vid val av områden var att de ska vara korta och/eller ha många stopp, då detta medför att en stor del av restiden spenderas tillagd vid brygga. I och med det spelar tiden tillagd stor roll och denna fas måste förbättras. De områden som valts är:

 Djurgårdslinjen

 Riddarfjärdslinjen

 Solna Strand – Årstaberg

Djurgårdslinjen är den enda av linjerna som finns i dagens läge.

5.1.2. BAKGRUND

Stockholm är en stad som till stor del omges av vatten. Dagens pendlare behöver ofta ta sig runt dessa potentiella resvägar då båttrafik ej utnyttjas till fullo. Då exempelvis tunnelbanenätet ej går under vatten så ofta, borde restiden bli längre än om man kunde ta genvägar m.h.a. vattenburen trafik. Tanken att implementera pendelbåtlinjer ur ett hållbart perspektiv har funnits ett bra tag och flertalet tidigare studier har redan genomförts inom området. Dessa har främst berört transportmöjligheten i ett brett perspektiv om det ens är genomförbart med dagens befintliga transportnät i Stockholm. Det vi vill undersöka till skillnad från de andra studierna är specifika linjer och skapa ett koncept på fartyg och terminaler för att ta fram ett så tidseffektivt och smidigt transportsätt som möjligt.

Andra städer i världen som utnyttjar vattenvägarna i sin kollektivtrafik är bland annat Sydney och Vancouver. Det som skiljer dessa städers vattenmöjligheter åt mot Stockholm är inte mycket då båda städerna har bebyggelse på två sidor av dess vatten.

I Sydney är det endast runt 0.2% utav den pendlande befolkningen som använder sig utav färjor dagligen. Det problemområde som kan ses här är att även om åktiden är relativt kort så tar på- och avstigning en stor del utav den totala restiden. Kan denna tid reduceras skulle kanske fler resenärer välja detta transportsätt då man lättare kan timea andra delar av kollektivtrafiksnätets förbindelser.

I Vancouver så finns endast en station på vardera sida vattnet. Med så få stationer valdes det att ha terminaler med hög kapacitet som tillåter snabb på- och avstigning till de två ”Sea Buses” som trafikerar sträckan (25). Det som begränsar resenärerna här är just att man endast har två destinationer istället för flera som binder ihop kollektivtrafiken mer komplett.

5.1.3. KRAV OCH BEGRÄNSNINGAR

I Trafikförvaltningens RFI beskrivs uppdraget som:

”Beskriv en trafiklösning med fartyg som kombinerar TF:s önskemål om en fartygsflotta med hög miljöprofil samt möjlighet till snabba resor med låg yttre miljöpåverkan (utsläpp, buller, svallvågor, stranderosion) vilken kan trafikera aktuella linjer under förutsättningen att trafiken ska upprätthållas dagligen oavsett säsong.”

I RFI:n finns en del krav på fartygen för de olika linjerna. En sammanställning av dessa för de tre linjerna finns i Bilaga: krav på fartyg för pendeltågslinjerna. Då önskemålet skulle vara att använda samma fartygstyp till alla linjerna har de krav som skiljer sig åt mellan linjerna markerats i fet text.

Målet är att använda likadana fartyg till alla tre linjer, men att anpassa interiören för att uppfylla kraven på en specifik linje.

Ett av de övergripande kraven är att hela systemet, inklusive fartyg och terminaler, ska ha en hög miljöprofil. I detta ingår bland annat att andelen förnybar energi för alla fartyg inom pendelbåts- och skärgårdstrafiken år 2020 ska vara 90% och år 2030 vara 100%. Med detta som grund måste hänsyn tas till att förslaget ska ha möjlighet till förbättring under de kommande 10 åren.

Då fartygen är i drift året runt är en begränsning att is kan förekomma, vilket måste tas hänsyn till i skrovkonstruktionen, eller i det fall färdiga fartygskoncept används måste detta beaktas i val av fartyg.

Det huvudsakliga kravet för systemet i denna rapport är att tiden i hamn/vid brygga ska vara så låg som möjligt.

5.1.4. AVGRÄNSNINGAR

Uppgiften att ta fram ett pendelbåtssystem för Stockholm kan behandla många olika områden. För att avgränsa denna rapport till en rimlig storlek kommer den ta upp följande områden:

 Placering av terminaler för bra anknytning till övriga förbindelser

 Utformning av terminaler för snabb på- och avstigning

 Storlek på fartyg i termer om antal passagerare enligt krav från Trafikförvaltningen

 Interiör fartyg för snabb på- och avstigning

 Val av framdrivningstyp till fartyget för att inte orsaka stor miljöpåverkan

 Frekvens och hastighet på avgångar för att möta krav på effektivitet samt önskemål från RFI.

 Analys

o Miljöprofil för konceptet o Restid för undersökta linjer

o Smidighet för en resenär med avseende på byten o Kapacitet i SLs kollektivtrafiksnät

5.1.5. METODER

Det som kommer att krävas för att ta fram konceptet med ovanstående begränsningar är en övergripande lösning med undersökningar av andra system.

Placeringen av terminalerna kommer till stor del utgå från den givna RFIn. I sin tur måste sedan varje hållplatsläge undersökas ytterligare med SLs nuvarande hållplatsnät och geografiska svårigheter. Vikt kommer att läggas vid restid och bekvämlighet för resenärerna. Utformningen av dessa terminaler är därför oerhört viktig. Det kommer att bli ett tänk där resenärer inte skall hindras av varandra och skapa ett bra personflöde från entré till påstigning samt avstigning till nästa destination.

Terminalerna skall även dom bidra till en bra miljöprofil för konceptet. Därför kommer det undersökas hur terminalerna kan energieffektivisera hela resan med pendelbåten. Kan exempelvis terminalerna alstra energi till systemet kan detta bidra till en bättre miljöprofil. Undersökningar om solcellers energibidrag och energiförluster i byggnaden kommer därför att beräknas till viss del.

Fartygen som projekteras skall designas så att passagerare lätt skall kunna ta sig av och på.

Komfortfaktorn måste också tas hänsyn till samtidigt som fartyget skall vara energieffektivt. Detta innebär en undersökning av vilka framdrivningssystem som kan lämpa sig för fartygen och de undersökta linjerna. Detta framdrivningssystem kan komma att påverka utformandet av fartyget vilket då kräver en kompromiss mellan passagerarkomfort och tekniska utformningsbehov.

Vad gäller energianalysen till detta fartyg kommer framdrivningsmotståndet att beräknas för att ge en uppfattning om vilken effekt som fartyget kommer till att behöva i sin framdrivning. På så sätt kan storleken på fartygets batterier att bestämmas. Det framtagna resultatet med beräknat framdrivningsmotstånd kan sedan ge oss ett tal på kWh/personkm som är en bra jämförelse att ta med andra trafikslag.

Smidigheten för resenärerna kommer att analyseras i form av restider. Genom att terminalernas placering har tagits fram kan man beräkna restid från en destination till en annan och jämföra detta med andra trafikslag. För att ge en positiv bild av resande med pendelbåtar kommer även miljöaspekten att läggas till i denna jämförelse.

5.1.6. ARBETSFÖRDELNING

Detta projekt kommer att Josefine Severholt och David Akner att skriva tillsammans. För att få en jämn arbetsfördelning så kommer kapitlena att delas upp. Inledning, resultat och vissa, svåra, tekniska delar kommer att genomföras tillsammans.

Kapitelfördelning är som följande:

Tillsammans:

5.1. Introduktion

5.2. Placering av terminaler 5.3. Restid och antal avgångar Josefine:

5.4. Fartyg

5.5. Interiör Fartyg David:

5.6. Framdrivning av fartyg 5.7. Terminaler

Båda två kommer att ge feedback och allmän hjälp till de mer egenskrivna kapitlena. Introduktionen och resultatet anses vara viktigt så att det gemensamt kommer fram ett definitivt resultat där båda parter känner att de bidragit med sina egna delar.