Морская болезнь: поплавок

Морская болезнь: поплавок

Не боги горшки обжигают, и гаечные ключи в руках держат тоже не они. Любая, даже самая совершенная техника рано или поздно ломается и требует срочного визита деловитых ребят в спецовках. Морские ветрогенераторы не исключение из правил.

Когда-то Британская корона гордо именовалась владычицей морей. Сегодня она претендует на титул владычицы ветров — к 2050 году не менее 40% всего энергопотребления страны будет обеспечиваться за счет морских ветровых энергоферм. Точнее, гигантских энергоплантаций, «засеянных» тысячами турбин нетто-мощностью до 10 МВт. Очередной шаг к этой цели был сделан правительством в 2010 году, когда консорциум крупных европейских компаний, в который вошли датская Dong Energy, немецкая EON, норвежские Statkraft и Statoil, получил пакет лицензий на строительство генерирующих мощностей объемом 33 000 МВт в девяти районах Северного и Ирландского морей.

Особенность этого, третьего по счету этапа освоения энергоресурсов территориальных вод Британии заключается в том, что компаниям придется покинуть обжитые берега. В буквальном смысле слова. К примеру, условная граница продуваемой всеми ветрами отмели Доггер-банка, на дне которой к 2020 году будут покоиться мертвые якоря и силовая разводка полутора тысяч 200-метровых ветряков, расположена в 125 км от большой земли. У моряков эти места имеют дурную славу. Штормовые пятиметровые волны здесь — обычное дело, а трехметровая «рябь» наблюдается 300 дней в году. Без сомнения, возведение огромных конструкций на Доггер-банке и в других районах будет связано с серьезными проблемами.

Но построить энергоферму и уложить на дне шлейфы силовых кабелей — только полдела. Гораздо сложнее будет обеспечить регулярное обслуживание тысяч турбин. Хотя современные ветряки проектируются с огромным запасом прочности и оснащаются системами телемониторинга, не менее четырех раз в год инженерам необходимо производить визуальный осмотр несущей башни, лопастей ротора, менять рабочие жидкости, подшипники, предохранители и т. д. Катера, которые используются сейчас для доставки ремонтных бригад к прибрежным ветрогенераторам, «держат» волну высотой до 1,5 м и для работы в экстремальных условиях совершенно непригодны. Поэтому до 2014 года, на который намечено начало освоения энергетического Эльдорадо, инженерам во что бы то ни стало надо разработать и запустить в серию совершенно новые типы малотоннажных судов, способных противостоять трехметровым валам, а также системы безопасной швартовки и спуско-подъемные устройства для плавучих ремонтных баз. И эта работа уже началась в рамках технологического конкурса Offshore Wind Accelerator, организованного некоммерческим партнерством Carbon Trust, осуществляющим научную и финансовую поддержку альтернативной энергетики.

Поплавок с грузилом

В конкурсе, стартовавшем летом прошлого года, рассматривалось 450 различных концепций и готовых технических решений. В финал же вышли всего 13, но лишь две из них в итоге получат гранты от Carbon Trust и техническую поддержку в процессе коммерциализации. В числе претендентов на победу в Offshore Wind Accelerator имеются вполне традиционные концепции судов. Например, платформа на воздушной подушке норвежской компании Umoe Mandal, судно Fjellstrand Windserver со сложной, гасящей колебания формой корпуса и катер со встроенной системой перехода к турбине от North Sea Logistics. Но наибольший интерес экспертов Carbon Trust вызвали два оригинальных проекта, не имеющих аналогов в истории кораблестроения. Это «морской конек» TranSPAR, придуманный канадским инженером Питером Гиффордом, и 4-Рlay, странная конструкция компании Nauti-Craft из Австралии, напоминающая гигантскую водомерку.

Вертикальное судно Питера Гиффорда, внешне напоминающее морского конька, предназначено для коротких переходов между ремонтной станцией и ветрогенератором.

TranSPAR внешне напоминает рыбацкий поплавок. Его водоизмещающая капсула, принимающая на себя весь вес судна, располагается на глубине 20−30 м в спокойном слое воды, подобно подводной лодке. Она имеет обтекаемую форму и оснащена тремя поворотными винтовыми движителями. Тяжелый киль удерживает машину в строго вертикальном положении. Надводная часть TranSPAR парит в 7−10 м над ватерлинией. Она представляет собой гондолу для экипажа, запчастей и инструмента. Трубы, соединяющие гондолу с водоизмещающей частью, имеют обтекаемое эллипсовидное сечение.

«Морской конек» не блещет динамикой (да она ему и не нужна), но зато демонстрирует потрясающую устойчивость при штормовой волне. Пятиметровые волны яростно беснуются промеж несущих труб, не оказывая ни малейшего влияния на положение судна.

Десяток таких аппаратов, базирующихся по периметру материнской плавбазы и оснащенных устройствами стыковки с башней, смогут обеспечить гарантированный доступ к тысячам ветряков в течение 365 дней в году, считает директор Carbon Trust Бенджи Сайкс. Немаловажно, что по стоимости изготовления, надежности и эксплуатационным издержкам TranSPAR выигрывает у своих высокотехнологичных конкурентов «в одни ворота» даже если его делать не из стали, а из композитов.

Подводное крыло в передней части центрального поплавка создает прижимную силу подобно автомобильному спойлеру.

Регата Париж — Дакар

Пожалуй, единственным серьезным соперником Питера Гиффорда в конкурсе Offshore Wind Accelerator может стать… художник из провинциального австралийского местечка Дюнсборо Крис Хайринг. И если ценителям прекрасного имя Хайринга мало о чем говорит, то раллийные пилоты Citroёn и Mitsubishi при упоминании его имени уважительно оттопыривают вверх большой палец.

Вряд ли о Крисе Хайринге кто-либо услышал бы за пределами его родного Дюнсборо, если б не морская болезнь. Неженку Криса укачивало до обмороков не только на борту прогулочной яхты, но даже в кресле внедорожника (другие машины в Западной Австралии не в почете). Прочитав в журнале о сверхкомфортной ситроеновской гидропневмоподвеске и прикупив по случаю старый Citroёn DS, любопытный Хайринг залез в его чрево и не поверил своим глазам. С точки зрения художника, французская система с гидравлическим насосом, питавшимся от двигателя, была неоправданно сложна. Вот почему шикарная плавность хода у Citroёn DS сочеталась с пугающими кренами на поворотах и характерными приседаниями «жидкой» подвески при резких стартах и торможениях из-за моментального провала давления.

Судно на воздушной подушке / UMOE Mandal SES

А ведь это шанс, подумал Крис, и, посовещавшись с женой, заложил в банке всю свою недвижимость, потратив полученную ссуду на оформление патента, регистрацию компании и покупку полноприводного пикапа Toyota Hilux для экспериментов. Изобретенная Хайрингом подвеска Kinetic, которая сегодня стоит на многих крупных внедорожниках, состояла всего-то из четырех гидроцилиндров и двух расширительных бачков.

Если представить, что поршень делит гидроцилиндры на две половины, то нижние половины правых цилиндров Хайринг соединил с верхними половинами левых, и наоборот. В повороте накреняющийся кузов приводит к росту давления под поршнями внешних цилиндров. Гидравлическая жидкость при этом давит сверху на внутренние поршни, прижимая к земле и противоположную часть кузова. В результате вся подвеска становится жестче, управление обостряется, кузов прижимается к дороге, а крена не происходит. На прямых же участках подвеска остается мягкой, и колеса легко отрабатывают неровности. Через три года испытаний Хайринг продал бренд вместе с технологией за $52 млн американской корпорации Tenneco.

Робот Momac из Германии отслеживает перемещения судна с помощью сенсоров и компенсирует их движениями манипулятора. Таким образом платформа, на которой находятся люди, остается абсолютно стабильной. В отличие от многих проектов конкурса, которые пока существуют лишь на бумаге, Momac уже воплощен в металле. Его прототип в настоящее время проходит испытания.

Триумфальное шествие изобретения Хайринга, по иронии судьбы, началось с раллийной команды Citroёn, «съевшей собаку» на гидропневматике. В ходе World Rally Championship 2003 года боевые Citroёn Xzara, экипированные подвеской Kinetic RFS, наголову разбили основных конкурентов из Peugeot и Subaru.


Судно с подвижной шарнирной палубой / North Sea Logistic

Британская компания North Sea Logistic, в отличие от многих других конкурсантов, имеет уже десятилетний опыт обслуживания прибрежной ветровой энергофермы Bryth. Предложенный ею концепт на первый взгляд мало чем отличается от обычных водоизмещающих судов. Он вряд ли сможет спасти отважных ремонтников от мосркой болезни на пути к ветрогенератору. Зато судно способно обезопасить людей во время посадки, высадки и пребывания на турбине. Значительная часть палубы представляет собой выдвижную платформу, прикрепленную к корпусу на шарнире и способную жестко пристыковываться к свае генератора. Теперь судно может сколько угодно качаться на волнах, благо большой водоизмещающий ворпус этому способствует.


К сожалению, эпоха доминирования детища Хайринга на спортивных трассах продлилась недолго — в 2006 году организаторы WRC в целях сохранения «здоровой конкуренции» запретили использование любых типов подвески со связанными стабилизаторами реверсивного действия. Но нет худа без добра — запрет в спорте подтолкнул Tenneco к реализации технологии в массовых моделях внедорожников.

Впрочем, все эти перипетии Хайринга уже не касались. У себя в Дюнсборо он со старой командой основал новую компанию, Nauti-Craft, и продолжил работу над очередной версией Kinetic. Теперь уже для морских внедорожников Королевского австралийского военно-морского флота. Почему бы и нет? Ведь для судна, перемещающегося с высокой скоростью, поверхность моря становится чем-то вроде барханов Дакара.

Подвеска Kinetic, изобретенная Крисом Хайрингом, очень мягка на прямых участках, поэтому четыре поплавка аппарат Nauti-Craft 4-Play скрупулезно облизывают все неровности водной поверхности, оберегая комфорт пассажиров. В поворотах же давление в гидроцилиндрах нарастает, подвеска становится жесткой, а кузов прижимается ближе к воде, успешно противодействуя крену и потере управляемости. Происходит это за счет энергии, создаваемой центробежной силой.

Первый же рабочий восьмиметровый аппарат с четырьмя лыжами-поплавками на пассивно-реактивной подвеске под названием 4-Play, собранный Хайрингом, вызвал у военных огромный интерес. И не только у военных — подобные суда могут стать идеальными экскурсионными и пассажирскими катерами для прибрежного сообщения. По словам изобретателя, имеющийся прототип Kinetic «морского исполнения» настолько точно отрабатывает мелкие и средние ухабы, что на палубе можно спокойно потягивать шампанское из бокала даже при сильной волне.

Независимо от участия в конкурсе Offshore Wind Accelerator, Nauti-Craft вскоре спустит на воду катамаран с большой полезной площадью длиной 30 м с четырьмя гидравлическими «лапами». Следом за ним появится 50-метровый тетрамаран в пассажирской и транспортной версиях, а также ряд военных десантных и патрульных катеров. Максимальный ход подвески у них будет превышать 5 м, а значит, они смогут сохранять стабильность даже при штормовой волне.

Джакузи для ремонтников

Ремонтные суда — это лишь одна из трех категорий в конкурсе Offshore Wind Accelerator. Во второй категории соревнуются проекты механизмов перехода с ремонтного судна на сваю ветрогенератора. Некоторые предложения здесь поражают своей бескомпромиссной сложностью. К примеру, прототип MOTS из Германии представляет собой роботизированную руку с четырьмя степенями свободы, на конце которой закреплена гондола для людей и оборудования. В то время как лодку болтает во все стороны на волнах, манипулятор, опираясь на показания датчиков, удерживает гондолу в строго вертикальном положении на заданной высоте. Чтобы оценить скорость и точность работы механизма, представьте себе, что вы удерживаете вертикально стоящую трость на указательном пальце, стоя в качающейся лодке.

Третья категория — это плавучая база. Это большое судно, постоянно дежурящее на ферме и служащее для маленьких ремонтных судов источником топлива, материалов, всевозможного оборудования и, наконец, портом. Самое популярное решение в этой номинации — судно с большим «бассейном» в середине, в котором и обитают ремонтные суда, укрываясь от штормовых волн.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2012).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.