Эффект Магнуса
Существует всего несколько способов сделать мировую судостроительную промышленность более экологически чистой и в то же время прибыльной. Один из них предполагает оптимизацию корпуса и двигателя судов для снижения сопротивления среды и экономии топлива. Другой – использование энергии ветра.
Финская компания Norsepower производит вспомогательные роторные паруса, которые устанавливаются на палубе судна и дают тягу, когда дует ветер. С момента своего основания в 2012 г. нишевая стартап-компания, в которой трудятся всего семь инженеров, сумела найти новый способ использования принципа соотношения силы ветра, сопротивления среды и подъёмной силы, благодаря которому самолёты держатся в воздухе. Это принесло ей награды за инновационные идеи и контракты с крупнейшими судостроительными компаниями мира.
«Современные требования к мировой судостроительной отрасли предполагают увеличение экологической безопасности за счёт уменьшения выбросов углекислого газа», – говорит Туомас Риски, генеральный директор Norsepower Oy в г. Хельсинки, Финляндия. Специалист по менеджменту в сфере информационных технологий, Риски основал компанию вместе с группой экспертов в области судостроения и судоходства, среди которых был Кай Левандер, один из ведущих кораблестроителей в мире. «Мы считаем, что наша гибридная технология вспомогательных двигательных систем может стать одним из способов решения задач, стоящих перед отраслью».
Наша главная задача – продолжить быструю коммерциализацию данной технологии.
Туомас Риски, генеральный директор Norsepower Oy в г. Хельсинки
Компания Maersk Tankers, один из крупнейших мировых операторов судов, недавно объединилась с Shell Shipping & Maritime и Институтом энергетических технологий (Великобритания) и объявила о запланированном испытании двух роторных парусов высотой 30 метров и шириной 5 метров, на танкере водоизмещением 110 000 дедвейт-тонн. Ожидаемая экономия топлива должна составить около 10 %. Данная установка станет самой большой в истории Norsepower и будет проходить испытания до 2019 г. Ранее компания уже выполнила два аналогичных проекта – судно с горизонтальной погрузкой/разгрузкой в Северном море и пассажирский паром Viking в Балтийском море.
Norsepower
- Norsepower Oy Ltd – ведущий поставщик вспомогательных ветряных двигательных систем, которые почти не требуют техобслуживания, имеют программное управление и контроль данных.
- Основана в 2012 г.
- Головной офис – в Хельсинки, Финляндия
- Norsepower удалось привлечь инвестиции в размере более 10 млн долларов США, что позволило провести разработку, испытания и коммерциализацию роторного паруса.
norsepower.com
Решение SKF – на высоте
Роторный парус Norsepower вращается со скоростью примерно 200 об/мин, и таким образом, при подходящих параметрах ветра наружная композитная оболочка вращается с окружной скоростью около 170 км/ч. В верхней части стойки используется подшипниковый узел со сферическими роликоподшипниками SKF. В нижней части стойки находятся направляющие ролики также с подшипниками SKF. Кроме того, во всей установке используются уплотнения и системы смазывания SKF, которые должны выдерживать постоянное движение и воздействие сил природы в неблагоприятных условиях.
«К нам часто обращаются стартапы ещё за несколько лет до того, как у них появится коммерческий проект, и мы с радостью делимся с ними своими инженерно-техническими разработками, – рассказывает Томми Питкаахо, руководитель отдела по работе с ключевыми клиентами SKF Finland, который начал работать с Norsepower в 2013 г. – Скорость разработки и внедрения инноваций у Norsepower просто фантастическая».
«Это большой шаг вперёд для нашей отрасли, – говорит Риски, сам заядлый мореплаватель. – Мы доказали, что способны выполнить большой и сложный проект с Maersk благодаря простой, надёжной и в то же время высокотехнологичной запатентованной технологии».
Роторный парус Norsepower – это большой и лёгкий композитный вращающийся цилиндр, прикреплённый к надпалубным сооружениям судна, таким как мачта. Вместо огромного полотна паруса, который разворачивают, чтобы поймать ветер и двигать судно вперёд, в новой системе предусмотрен большой перпендикулярный цилиндр, вращающийся при помощи электродвигателей. При наличии ветра, который обычен для международных океанских торговых маршрутов, перепады давления воздуха вокруг цилиндра создают тягу, которая затем передаётся судну.
С точки зрения физики система роторных парусов Norsepower является парадоксальной в том смысле, что она совсем не похожа на ветряную мельницу или парус, которые ветер в прямом смысле толкает. Кроме того, ей требуется электричество для вращательного движения, при котором ветер создаёт области высокого и низкого давления, приводящие к возникновению тяги.
По словам Риски, роторный парус Norsepower подходит для большинства судов, кроме контейнеровозов. Роторный парус можно за считанные дни установить на палубе продуктовозов и навалочных судов, где достаточно свободного пространства.
Природное явление, которое использовала Norsepower в своей конструкции, называется «эффектом Магнуса», в честь немецкого физика Генриха Густава Магнуса, который в 1852 г. впервые математически описал поток воздуха вокруг вращающегося объекта, например, теннисного мяча. Подъёмная сила эффекта Магнуса, которая задействована в роторе Флетнера, использовалась в качестве основной двигательной силы на роторном судне Buckau, которое пересекло Атлантику в 1926 г. Финский инженер Сигурд Савониус, который в 1924 г. разработал ротор с цилиндром, открытым для потока воздуха – ротор Савониуса, – также заслуживает упоминания в связи с данной технологией.
Но, как объясняет Риски, рост производства дешёвых дизельных двигателей оттеснил роторные технологии, и только сейчас они снова находят коммерческое применение. «Если бы мы работали в автомобильной отрасли, решение было бы принято за день, – говорит он. – Но чтобы заинтересовать судоходные компании, нам пришлось сделать нашу систему как можно более дешёвой и простой в использовании».
Роторный парус Norsepower можно включить одним нажатием кнопки и сбросить обороты главных двигателей, тем самым экономя топливо и уменьшая выбросы, при этом обеспечивая достаточно мощности для сохранения скорости и соблюдения сроков плавания.
Роторный парус используется исключительно в качестве вспомогательного источника тяги. Ожидаемая долговременная окупаемость инвестиций такой установки на судне, по словам Риски, составляет около шести лет.
Сейчас у Norsepower надёжная репутация, однако она завоёвывала призы в области новых технологий не без посторонней помощи.
«У нас небольшая компания и при этом сеть поставщиков по всему миру, – объясняет Риски. – Наша главная задача – продолжить быструю коммерциализацию данной технологии».
