Teknisk produktsjef for permanentmagnet-thrustere i Rolls-Royce, Agathe Kalvatn, beundrer den nye PM-tunnelthrusteren i produksjonshallen til Rolls-Royce i Ulsteinvik. (Bilde: Foto: Eirik Helland Urke)
PM-tunnelthruster. Ringen rundt er stator mens propellen fungere som el-motorens rotor. Det gir bedre kraftoverføring, færre bevegelige deler, bedre og raskere moment og sparer mye plass. (Bilde: Rolls-Royce)
De to tynne halsene som overfører kraften fra propellene til skroget på Gunnerus er utformet etter CFD-analyser. Skroget måtte også endres for å tilpasses de nye PM-azimuththrusterne. (Bilde: Rolls-Royce)
Olympic Octopus har to tunnelthrustere fra Rolls-Royce i baugen. En av dem er byttet ut med en PM-thruster. Det gir verdifulle sammenligningsdata for ingeniørene. (Bilde: Rolls-Royce/HARALD M. VALDERHAUG)
CFD-analyse av PM-azimuth forteller ingeniørene hvordan strømningene og kreftene virker. (Bilde: Rolls-Royce)
De to tynne halsene som holder azimuthen gir langt mindre motstand i vann enn en tykk og kraftig. Plassering av stagene som holder akslingen er bestemt ut fra CFD-analysene. (Bilde: Rolls-Royce)
Steinar Aasebø er en av flere CFD-eksperter i Rolls-Royce. (Bilde: Foto: Eirik Helland Urke)
Ulsteinvik med Rolls-Royce-anlegget rett ved sentrum. På andre siden av fjorden, Kleven verft. Utenfor bildet, til høyre for Rolls-Royce, ligger Ulstein Group med sitt verft og kontorer. (Bilde: Foto: Eirik Helland Urke)
Rolls-Royce driver utstrakt service, reparasjon og overhaling av alle typer thrustere og propeller. Kapasiteten utvides i Ulsteinvik, som blir det globale servicesenteret som også dekker de største thurusterne til rigger og boreskip (Bilde: Foto: Eirik Helland Urke)

ROLLS-ROYCE MARINE

Rolls-Royce kutter ansatte, bruker i stedet pengene på forskning

Noe tar lang tid å kommersialisere - blant annet permanentmagnetteknologi.

ULSTEINVIK: I 1998 begynte Rolls-Royce i Ulsteinvik å forske på permanentmagnetteknologi for å drive propeller.

Nå er Rolls-Royce klare med kommersialisering av tunnel- og azimuth-thrustere med permanentmagnetmotor. Det er ikke alle produkter som må gjennom så lang forsknings- og utviklingsperiode. Men arbeidet illustrerer at store endringer tar tid.

Agathe Kalvatn er teknisk produktsjef for PM-thrustere (kortversjon av permanentmagnetthruster). Hun har jobbet tett med Steinar Aasebø, hydrodynamiker og ekspert på CFD-analyse (computational fluid dynamics).

Deres arbeid skal være med å sikre og trygge framtida til Rolls-Royce, som så langt i år har annonsert at de skal nedbemanne med 1000 ansatte globalt innen utgangen av 2016.

En stor andel av disse må gå i norske Rolls-Royce Marine og den Rolls-Royce-eide motorfabrikken Bergen Engines.

Færre roterende deler

Rolls-Royce har stor tro på PM-teknologien. Thrusteren får bedre virkningsgrad når elmotoren er integrert i propell og hus.

Man slipper blant annet mekanisk overføring med krafttap og unngår slitasje. I tillegg har en PM-motor generelt høyere virkningsgrad enn en induksjonsmotor brukt i konvensjonelle thrustere.

Rolls-Royce samarbeidet i mange år med Smartmotor i Trondheim, og endte opp med å kjøpe selskapet i 2013.

Nøkkelen ligger i at el-motorens stator, den stillestående delen, står montert i ringen rundt propellen, mens propellen fungerer som rotor. Den skal uansett snurre, så hvorfor ikke bruke den som en del av motoren?

PM tunnelthruster. Ringen rundt er stator mens propellen fungere som el-motorens rotor. Det gir bedre kraftoverføring, færre bevegelige deler, bedre og raskere moment og sparer mye plass.
Nøkkelen ligger i at el-motorens stator, den stillestående delen, står montert i ringen rundt propellen, mens propellen fungerer som rotor. Den skal uansett snurre, så hvorfor ikke bruke den som en del av motoren? PM-tunnelthruster. Ringen rundt er stator mens propellen fungere som el-motorens rotor. Det gir bedre kraftoverføring, færre bevegelige deler, bedre og raskere moment og sparer mye plass. Rolls-Royce

Endret retning

Konkurrenten Brunvoll i Molde har utviklet sin egen versjon av PM-thruster, kalt RIM-thruster. Der er ikke propellen opphengt i en sentral aksel, men snurrer i en spalte i statoren, smurt av et vannsjikt.

Rolls-Royce prøvde også den løsningen. Men med bruksmønsteret til et skip med hurtige retningsendringer av propellen, viste det seg at bruken av vannsjikt som smøring ikke var robust nok og de gikk tilbake til tegnebordet og valgte en opphengt propell.

Men fortsatt uten mekanisk overføring fra elmotor montert annet sted i skroget. Akslingen står stille, propellen går på et kulelager, smurt med en miljøvennlig biobasert olje.

Prøving og testing

– Vi har jobbet gjennom flere iterasjoner  for å komme fram til teknisk løsning og endelig design. Det er gjort en rekke tester og forsøk før vi nå har gjort fullskalatester på både tunnelthruster og azimuth thruster, forteller Kalvatn.

I 2013 ble en PM-tunnelthruster installert i supplyskipet Olympic Octopus. Den står ved siden av en konvensjonell Rolls-Royce-thruster.

Sammenlignbare data er dermed ikke vanskelig å finne. Nå har PM-thrusteren gått mellom 4.000 og 5.000 timer uten vedlikehold.

– Energieffektiviteten er bedre, støy og vibrasjoner er redusert med mer enn 50 prosent og den tar bare en brøkdel av plassen, sier Aasebø.

Neste skritt

Etter PM-tunnel-thrusteren, tok Rolls-Royce skrittet over til å utvikle teknikken til azimuth. Resultatet krevde mange runder med CFD-analyser. Det sto Steinar Aasebø for.

NTNUs forskningsfartøy Gunnerus ble i vinter bygget om og utstyrt med azimuthpropeller med permanentmagnetmotor. Erfaringene etter noen måneders tester er svært positive, ifølge Rolls-Royce.
Etter PM-tunnel-thrusteren, tok Rolls-Royce skrittet over til å utvikle teknikken til azimuth. Resultatet krevde mange runder med CFD-analyser. Det sto Steinar Aasebø for. NTNUs forskningsfartøy Gunnerus ble i vinter bygget om og utstyrt med azimuthpropeller med permanentmagnetmotor. Erfaringene etter noen måneders tester er svært positive, ifølge Rolls-Royce. Rolls-Royce

Det konvensjonelle azimuth-designet er basert på en kraftig stamme, eller hals, fra el-motor i skroget og ned til dyse og propell.

– Halsen har vært laget slik for å romme den mekaniske overføringen fra motor til propell. Med PM trenger vi ikke den kraftige stammen. CFD-analysen viste at to tynne halser var hydrodynamisk å foretrekke. CFD-analyse ble også brukt for å finne riktig form på dysen, sier Aasebø.

Den nye azimuthen er montert på NTNUs forskningsskip «Gunnerus» og testet siden mars i år. Den har fungert slik Rolls-Royce håpet.

Nå består jobben i å utvikle produktporteføljen,  det vil si flere størrelser og typer. PM-teknologien er på vei over fra mest «F» til mer «U» i FoU.

Tung regnekraft

Rolls-Royce har investert i økt regnekraft for å bruke CFD i større grad. Løsningen med to tynne halser på azimuthen er patentert. CFD-analysene ga også andre utslag.

– Både dyse, stag og propeller ble endret ut fra tunge beregninger i CFD-verktøyet. Slike beregninger krever både høy grad av kompetanse og stor regnekapasitet, sier Aasebø, som har vært med på å utvikle et web-basert CFD-verktøy som er tilgjengelig for alle ingeniørene som jobber med design i Rolls-Royce.

CFD-analyse av PM-azimuth forteller ingeniørene hvordan strømningene og kreftene virker.
– Både dyse, stag og propeller ble endret ut fra tunge beregninger i CFD-verktøyet. Slike beregninger krever både høy grad av kompetanse og stor regnekapasitet, sier Aasebø, som har vært med på å utvikle et web-basert CFD-verktøy som er tilgjengelig for alle ingeniørene som jobber med design i Rolls-Royce.CFD-analyse av PM-azimuth forteller ingeniørene hvordan strømningene og kreftene virker. Rolls-Royce

– Gjennom en webbasert løsning kan våre ingeniører og designere selv testet ut nye løsninger i ferdige maler. De kan endre parameter og se hvilke virkninger det får for strømninger og energieffektivitet. Setter de i gang jobben når de går hjem, er resultatet klart når de kommer på jobb dagen etter, sier Aasebø.

Delegering av en del CFD-analyser frigjør CFD-ekspertenes tid til oppgaver som krever mer av deres ekspertise.

Underinvestering

Rolls-Royce opplyser at FoU-investeringene i Marine-divisjonen skal økes med 50 prosent.

Kommunikasjonsdirektør Anette Bonnevie Wollebæk i Rolls-Royce har ikke eksakte tall for hva økning av innsatsen vil bety.

– Økningen er veldig velkommen og kan vel regnes som en innrømmelse av at det har vært underinvestert i ren FoU i Marine-delen av konsernet vårt i en periode. Det tas det heldigvis tak i nå, sier Wollebæk til Teknisk Ukeblad.

På konsernbasis brukte Rolls-Royce 1,2 milliarder pund på FoU i 2014. Konsernet har blant annet tett samarbeid med 31 universiteter, deriblant NTNU.

– Vi har en innovasjonskultur, det sier seg selv i et teknologiselskap. Det utvikles og innoveres også mye ut over det som dekkes av FoU-budsjettene, sier Wollebæk.

Rolls-Royce i Norge hadde i 2014 en omsetning på 8,4 milliarder kroner. Det var ned fra 2013 da det ble omsatt for 9,9 milliarder. 2015 kommer antakelig til å vise enda lavere omsetningstall.