Представьте, что вы значительно сокращаете углеродный след судоходной отрасли, одновременно экономя на расходах на топливо. Как, спросите вы? Добро пожаловать в будущее экологичного судоходства – Роторные паруса.
Это инженерное чудо использует эффект Магнуса для создания двигателя, предлагая экологичную альтернативу в отрасли, где традиционно доминирует ископаемое топливо.
Что такое роторные паруса?
Роторные паруса – это инновационные ветродвигательные устройства, устанавливаемые на судах, использующие эффект Магнуса для повышения их энергоэффективности и значительного снижения расхода топлива, и выбросов вредных веществ.
Это высокие вращающиеся цилиндры, предназначенные для улавливания энергии ветра и преобразования ее в поступательную тягу. Процесс начинается, когда ветер встречает вращающийся роторный парус, который ускоряет поток воздуха с одной стороны и замедляет его с другой, создавая перепад давления. Этот перепад давления затем создает подъемную силу, перпендикулярную направлению ветра, обеспечивая дополнительную поступательную тягу судна.
Роторные паруса отличаются своей способностью обеспечивать большую силу тяги на квадратный метр площади паруса по сравнению с другими технологиями ветроэнергетики, что делает их многообещающим решением в стремлении к экологичному судоходству. Внедряя роторные паруса, суда могут свести к минимуму зависимость от ископаемого топлива, что приведёт к снижению эксплуатационных расходов и уменьшению воздействия на окружающую среду.
Их практичный дизайн включает в себя торцевую пластину для оптимизации аэродинамической эффективности и контрольную панель для ручного управления. Кроме того, многие роторные парусные системы оснащены автоматизированными функциями, которые позволяют контролировать скорость и направление ветра, регулируя направление вращения и обороты в минуту для оптимальной экономии топлива.
Внедрение роторных парусов в морскую отрасль знаменует собой значительный шаг на пути к более экологичным и устойчивым методам судоходства. Поскольку мир сталкивается с насущной необходимостью сокращения выбросов углекислого газа, роторные паруса предлагают реальный путь к экологичному будущему в секторе судоходства.
Что такое Эффект Магнуса?
Вы когда-нибудь задумывались, почему теннисный мяч изгибается во время своего полета? Научной причиной этого является эффект Магнуса.
Эффект Магнуса заключается в том, что когда ветер встречается с вращающимся роторным парусом, воздушный поток ускоряется с одной стороны роторного паруса и замедляется с противоположной стороны, создавая перепад давления.
Тяга создается вращением парусов в потоке воздуха, что приводит к разнице давлений на кормовой и передней поверхностях несущего винта. Эта сила тяги определяется углом и скоростью ветра; наибольшая тяга создается, когда направление ветра исходит непосредственно от балки.
При работе, когда ротор включен и начинает вращаться при наличии ветра, изменение скорости воздушного потока приводит к разнице давлений, которая создает подъемную силу, перпендикулярную направлению потока ветра. Это обеспечивает судну дополнительную поступательную силу, которая снижает расход топлива двигателем.
Как Функционирует Роторный парус?
На роторе установлена торцевая пластина, которая используется для оптимизации его аэродинамической эффективности. Экипаж управляет парусами несущего винта с панели управления на мостике, также некоторые системы могут автоматически отслеживать направление ветра и скорости, чтобы определить оптимальное направление вращения и значения оборотов в минуту, что, таким образом, максимизирует экономию топлива для судна.
Роторные паруса монтируются на специально разработанных для судов фундаментах, в которых также установлен двигатель с регулируемым приводом, который может регулировать скорость и направление вращения ротора.
Роторы паруса представляют собой вертикальные цилиндры, которые вращаются и создают подъемную силу благодаря эффекту Магнуса. Эти подъемные силы поддерживают общие силы тяги, действующие на корпус для приведения в движение, тем самым снижая нагрузку на главные двигатели.
Общее количество, размер и расположение лопастей несущего винта зависят от следующих факторов:
- Доступное пространство на палубе
- Расположение конструктивных элементов на палубе
- Параметры и функции работы судна
В чем преимущества Роторных парусов?
Большинство производителей роторных парусов следят за тем, чтобы роторы были спроектированы и сертифицированы в соответствии с нормами основных классификационных обществ мира, гарантируя соответствие самым высоким требованиям к морскому качеству.
Основными преимуществами роторных парусов являются эксплуатационные характеристики судна и улучшение состояния окружающей среды, легкий вес и гибкость, долговечность, безопасность и совместимость, а также универсальность.
- Легкие несущие паруса изготавливаются из самых современных композитных конструкций и с использованием самого передового производственного процесса, позволяющего использовать легкие, но прочные материалы для обеспечения исключительных эксплуатационных характеристик при минимальном весе, насколько это возможно. Прочная стальная опора в центре несущего паруса надежно передает все нагрузки на конструкцию судна.
- Долговечность – согласно требованиям класса, несущие винты предназначены для работы в самых суровых погодных условиях, поскольку они расположены очень высоко над главной палубой. Несущие винты могут быть сконструированы для работы в открытом море и выдерживать скорость ветра до 35 м/с (70 узлов). Некоторые автоматизированные несущие винты автоматически отключаются в сложных ситуациях, которые превышают их рабочие пределы.
- Соответствие требованиям регулирующих органов – сокращение вредных выбросов, таких как CO2, SOx и NOx, на 5-30% приносит пользу окружающей среде, а также помогает судам выполнять нормативные требования и задачи. Роторные паруса оказывают благоприятное влияние на оценку коэффициента энергоэффективности конструкции (EEDI) нового судна и могут проложить путь к соответствию стандартам 3-й фазы 2025 года, а также улучшить возможные эксплуатационные показатели для модернизированных установок (например, Индекс энергоэффективности существующих судов (EEXI) и определение ежегодного понижающего коэффициента, необходимого для непрерывного улучшения эксплуатационной углеродоемкости судна в пределах конкретного рейтингового уровня (CII)).
- Преимущества в производительности – потенциал ежегодной экономии средств до 10 000 – 20 000 ЕВРО за несущий парус при среднемировых ветровых условиях. Типичная средняя экономия топлива составляет 5-20% на судно.
- Преимущества для окружающей среды – Самый большой тип роторного паруса обеспечивает среднегодовую экономию примерно в 300-350 кВт. Ежегодная экономия топлива составляет около 300-400 тонн. Ежегодные выбросы CO2 снижаются на 900-1200 тонн.
- Подвижные паруса могут быть перераспределены между судами в зависимости от эксплуатационных потребностей, что дает владельцам уверенность в сроке службы их инвестиций и гарантирует окупаемость.
- Безопасность и совместимость – Роторные паруса подходят для широкого спектра типов судов, включая новые и модернизированные, сухогрузы (моторные и безредукторные), танкеры, перевозчики сжиженного газа, паромы и суда RoRo.
Технические характеристики и материалы
Роторно-парусная система состоит из роторного паруса, фундамента, системы развертывания (при необходимости), датчиков ветра, а также электрической системы и системы управления. На рисунке ниже показано расположение оборудования.
“Ротор” (цилиндрическая вращающаяся секция), башня, верхний и нижний подшипники и электродвигатель – вот четыре основных компонента роторных парусов. “Ротор” изготовлен из легкого композитного материала, в то время как башня сделана из стальных колонн.
Выбор материала основан на том, чтобы гарантировать хорошую работу роторных парусов в любых погодных условиях. благодаря использованию современных композитных материалов, таких как углеродные волокна, несущие парусные системы часто составляют менее 0,1% дедвейта судна.
Органы управления и электроника
На мостике расположена станция управления парусами несущего винта. Это автоматически регулирует скорость и направление вращения лопастей несущего винта, а также контролирует производительность и состояние системы. Система управления парусами несущего винта с автоматической настройкой скорости и направления, мониторингом оборудования и аварийными отключениями разработана таким образом, чтобы обеспечить максимальную производительность при минимальном участии экипажа.
Потребляемая электрическая мощность роторных парусов зависит от частоты вращения ротора, на которую влияет скорость ветра. В рабочем состоянии средняя потребляемая мощность одного ротора составляет примерно 40% от номинальной мощности двигателя. Например, роторный парус с двигателем мощностью 75 кВт потреблял бы в среднем 30 кВт.
Роторные паруса являются эффективными решениями с точки зрения снижения расхода топлива и выбросов вредных веществ и могут сыграть огромную роль в обезуглероживании в морской отрасли. Вскоре мы сможем найти больше судов, которые используют технологию роторных парусов, что делает их более эффективными.
