О компании “НОЭМИ”
Еще в 1993 году мы заинтересовались тематикой высокоскоростных турбомашин малой мощности на лепестковых опорах. По нашему заказу был изготовлен опытный образец турбокомпрессора мощностью 2,5 кВт с вентильным электродвигателем на 96 тыс. об/мин, опытный образец турбодетандера для ВРУ с компрессорным тормозным колесом. Однако в силу ряда обстоятельств эти работы прекратились, до организации производства дело не дошло.
Несколько лет назад мы вернулись к этой тематике. Была поставлена задача выполнить конструкторско-технологическую подготовку производства турбомашин (компрессоров и детандеров) на лепестковых газодинамических подшипниках (ЛГП).
Несмотря на то, что ЛГП появились еще в семидесятых годах прошлого столетия, имеется довольно обширная литература по ним, в МГТУ читают их теорию и конструкцию студентам, широкого распространения они не получили по причине высоких требований к точности изготовления деталей и общей строгости технологического процесса изготовления.
Для высокооборотных (более 50тыс. об/мин) роторных машин применяются несколько типов подшипников: масляные, воздушные и магнитные.
На масляных подшипниках работал первый в мире турбодетандер, изобретенный академиком П.Л. Капицей в 1936 году, на них до сегодняшнего дня работает большинство турбодетандеров воздухоразделительных установок (ВРУ). Энергия, отводимая от газа в детандере, поглощается масляным же тормозом.
Воздушные подшипники, в свою очередь, делятся на газостатические и газодинамические. Газостатические проще в изготовлении, но нуждаются в подаче газа от внешнего источника.
Самые умные и самые сложные – магнитные: датчики положения вала в подшипнике отслеживают зазоры и передают их в контроллер, который с помощью непростого программного обеспечения управляет магнитным полем расположенных по окружности подшипника катушек.
У газостатических и магнитных подшипников есть общая проблема: при пропадании электроэнергии или газа от внешнего источника они выходят из строя - сгорают. Во избежание такого эффекта их снабжают всевозможными устройствами, которые должны принять на себя работу «в сухую» при скоростях в несколько сотен метров в секунду, но спасти основной подшипник, что ведет к удорожанию и усложнению конструкции машин.
Газодинамические подшипники не самые простые в изготовлении, но точно самые простые конструктивно. Неподвижный вал охватывается упругими лепестками, при запуске вал трется о лепестки, покрытые специальным антифрикционным покрытием, при достижении определенной скорости лепестки отходят от вала за счет давления, вызванного его вращением и вал вращается, не касаясь лепестков. При пропадании источника питания вал тормозится и «садится» на лепестки.
Задача была поставлена просто: изготовили по чертежам, собрали по инструкции, включили – работает без какой-либо доводки или подгонки. На сегодняшний день изготовлено три десятка машин, с первого раза не запустилась одна. Анализ выявил брак изготовления.
На сегодняшний день разработаны две ходовые части мощностью 15 и 55 кВт. Та, что поменьше освоена в производстве. Синхронный электродвигатель с постоянным магнитом в роторе имеет до 86 т.об/мин (1400Гц) и питается от серийно выпускаемого частотного преобразователя. При установке компрессорной проточной части получается компрессор, при установке детандерной проточной части получается генератор или детандер с электрическим торможением. В качестве генератора наш двигатель выдает около 8000 ВА. Мы уже делали компрессоры в двух-, трех- и четырехступенчатом исполнении. На базе этих машин изготовлено несколько кулеров на температуру 60К. В качестве рабочего тела будет использоваться неон. Есть возможность двигательного запуска детандера с последующим переходом в генераторный режим. Есть неожиданная для нас возможность использовать детандер на режиме, когда потери в подшипниках (порядка 1,5 кВт) больше мощности отдаваемой газом – газ и двигатель крутят детандер совместными усилиями. Этот вариант может быть применен в гелиевых установках.
Возврат в сеть снимаемой с детандера энергии затруднен отсутствием серийных инверторов. Но если детандер работает в паре с компрессором, энергия отводится на шину постоянного тока преобразователя двигателя компрессора и вычитается из потребляемой им мощности.
Большая машина ждет своего заказчика.
Не забываем мы и о детандерах ВРУ, у которых оптимальные обороты, как правило, выходят за пределы возможностей электродвигателей. Наши детандеры устанавливаются в то же гнездо, компрессорное колесо гоняет воздух по кругу через водяной теплообменник. Мы поставили себе задачу убедить потребителей в том, что безмасляные воздушные детандеры с воздушным же тормозом в виде компрессорного колеса на второй консоли вала - отличное решение как для вновь проектируемых, так и для старых ВРУ. В настоящее время, не имея референции, нам удалось убедить в этом только специалистов ОАО «Саянскхимпласт», детандер запущен в работу. Следим за наработкой, ожидаем, что она будет кратно выше, чем у штатных.
Удаление маслостанции из кислородного цеха радует уже само по себе.
