Что обычно говорят, когда речь идет о какой то новой разработке, устройстве или единицы техники - это все модернизация советских изобретений и активная эксплуатация советских наработок.
Однако, вот двигатель, у которого нет никаких прототипов - это новейшая разработка.
На финишную прямую выходит долгожданная разработка новейшего российского двигателя «Пульсар», которую ведет флагман отечественного дизелестроения — завод «Звезда». О том, что представляет собой новый двигатель вы можете узнать из интервью с председателем совета директоров ПАО «Звезда», генеральным директором Научно-производственного концерна «Звезда» Павлом Плавником.— Чем дальше, тем чаще слово «Пульсар» звучит в СМИ, относящихся к судостроительной сфере. В чем новация этого двигателя и какие у него перспективы? Можете рассказать хотя бы коротко?
— Если очень коротко, то одной из его новаций является всеприменимость. Первоначально при создании двигателя ставилась задача его эффективного использования в различных отраслях — в судостроении, на железнодорожном транспорте и так далее. Модульный принцип конструкции позволяет при необходимости обеспечить должный уровень технических, экономических и экологических требований с серьезной перспективой вперед. При проектировании основных конструктивных элементов мы также предусматривали возможность создания газовых модификаций.
Плюсом этого проекта, с моей точки зрения, является то, что при его реализации было минимум политики, максимум экономики. При этом двигатель создан с применением самых эффективных на сегодня с экономической точки зрения решений. Он рассчитан на массовое применение. В комплектации используются передовые материалы и технологии, которые позволяют получить самый оптимальный вариант «цена-качество».
— А что лежит в его основе, какие прототипы?
— Нет никаких прототипов, двигатель абсолютно новый. То, что в нем реализовано сегодня, реализовано на базе глубочайшего анализа развития конструкций двигателей в мире. При создании двигателя мы применили больше 130 различных технологий расчетного моделирования — моделирование термодинамических процессов, мощностных расчетов, анализ работы отдельных агрегатов. Примененная технология трехмерного моделирования позволила обеспечить точность совпадения фактических показателей с расчетными до 2%, что является весьма хорошим показателем.
— На какого потребителя рассчитан двигатель? Есть ли уже заинтересовавшиеся клиенты?
— Двигатель имеет широкую применимость. Есть опросы, которые провел Минпромторг, есть независимые исследования московских компаний, которые подтверждают потребность в этих двигателях только для российского рынка в объеме 1200 единиц в год. Они могут использоваться для малой энергетики, для железнодорожного и судового транспорта, для карьерной техники.
— В судостроительной отрасли — это военный флот или гражданская техника?
— Это и то, и другое.
2.Двигатель «Пульсар»
— А конкретные заказчики есть уже?
— Заказчики есть. Использование этого двигателя рассматривается для проекта PV300VD, он подходит по параметрам. Министр промышленности и торговли Денис Мантуров был в октябре на нашем заводе и, посмотрев образец этого двигателя и возможность его применения, дал понять, что не потерпит, если на корабле, который строится за государственные деньги, будет поставлен не отечественный двигатель.
Гендиректор ЦМКБ «Алмаз» Александр Шляхтенко, гендиректор Средне-Невского завода Владимир Середохо регулярно говорят: дайте нам двигатели, мы готовы их ставить в проекты скоростных катеров. У ВМФ есть большая потребность в дизель-генераторах. Если вы знаете, сейчас у флота возникли некоторые проблемы с эксплуатацией дизель-генераторов. А наш двигатель как раз может снять надолго вперед любые проблемы с надежностью работы вспомогательных силовых установок.
— Вы сказали о потребности в 1200 двигателей только для российского рынка… Значит, есть планы и на зарубежный выйти?
— Двигатель изначально создавался как универсальный, и по экологическим параметрам он обеспечивает требования, которые еще только будут внедрены в 2021 году. Это достигается не благодаря каким-либо дополнительным способам очистки выхлопных газов, а за счет конструктивных особенностей собственно двигателя — например, системы рециркуляции выхлопных газов.
Поэтому использовать «Пульсар» будет возможно и на Лазурном берегу, и в Северной Америке. Балтику сейчас пытаются закрыть для судов на базе загрязняющих экологию двигателей, и там идет жестокая борьба по срокам введения новых норм. Наш двигатель как раз может решить эту проблему для Балтики.
Вообще надо отметить огромный потенциал этих двигателей – в их создании участвовали специалисты лучших дизайн-бюро. Для успешного освоения зарубежных рынков ключевой задачей является наличие партнера, с помощью которого можно было бы обеспечивать продажу и, самое главное, сервис этих двигателей в других странах. Поэтому в формировании технического задания и обсуждении поворотных технических моментов при создании этого двигателя активно участвовали представители западных компаний — наши потенциальные партнеры с точки зрения дальнейшей реализации на западном рынке. Они участвовали именно для того, чтобы иметь абсолютную уверенность в качестве этого двигателя и возможность поставить его позднее в линейку своих продаж.
— А западные конкуренты вам как, не опасны?
— Конкуренция стимулирует.
— За счет чего вы собираетесь найти нишу?
— За счет того, что продукт этот является самым новым на рынке. Буквально в июне он был представлен на Конгрессе Международного комитета по двигателям внутреннего сгорания (CIMAC), проходящем раз в три года. Впервые за несколько десятилетий там была продемонстрирована продукция из нашей страны! Именно благодаря тому, что мы не замыкались на стопроцентной локализации, на натуральном хозяйстве, а использовали лучшие мировые решения как в технологиях, так и в комплектующих, этот двигатель является абсолютно конкурентоспособным с точки зрения новизны, технико-экономических параметров, экологии.
3. Двигатель «Пульсар» на CIMAC.
Самая большая проблема в конкуренции с западными партнерами — объем производства. Этот параметр является ключевым, потому что стоимость обратно пропорциональна объему производства. За счет широкой сети продаж, устоявшегося имени, бренда, западные компании имеют возможность планировать, развивать и реализовывать масштабные проекты. Это дает в свою очередь возможность непрерывных вложений в развитие своих продуктов и создание новых образцов.
По техническим и экономическим параметрам наш двигатель способен занять свою нишу на мировом рынке. Дальше встает вопрос в организационном обеспечении этой работы.
— На каком оборудовании делаются ваши двигатели? Когда оно обновлялось?
— Наши традиционные двигатели больше чем на 80% делаются на «Звезде». Уровень локализации нового двигателя на территории Российской Федерации будет около 40%. При этом на «Звезде», соответственно, еще меньше. Что это означает? Это означает, что реально мир поменялся. И если раньше немцы или американцы, как и «Звезда» в свое время, производили все от болта до топливной аппаратуры у себя на предприятии, то сегодня никто так не работает. За счет специализации и кооперации на головном предприятии производится только конечный фиксированный объем механообработки, производится сборка, испытания, полностью инжиниринг, предпродажная подготовка и продажа.
В этих условиях для организации производства «Пульсаров» мы планируем на собственном заводе использовать исключительно новое оборудование. Но это новое оборудование будет заточено на ограниченный круг технологических переделов.
— Не опасаетесь ли при таком низком уровне локализации проблем с санкциями? Учитывая, что двигатель планируется и на Военно-морской флот?
— Во-первых, двигатель имеет на 95% гражданскую применяемость. Во-вторых, есть программа локализации, представленная Минпромторгу, по которой мы в состоянии довести уровень локализации до 100% в ограниченный промежуток времени. Здесь ключевым вопросом является цена. По нашим расчетам, локализация до 60% имеет экономическую обоснованность, поскольку многие детали можно и нужно делать в Российской Федерации. Просто нужно осваивать это производство, эти технологии. Больший уровень локализации вызывает либо снижение качества, либо поднятие цены, либо одно и другое одновременно. Но если будет надо, значит будет стопроцентная локализация.
— Какую долю производство этих двигателей займет в общем объеме производства «Звезды»?
— Мы планируем вообще выделить этот вид в отдельную бизнес-единицу. Специально под это создано предприятие под названием «Звезда-Пульсар». Планируется, что оборот этой компании именно по производственной части, без сервиса, без запчастей, должен составить порядка 15 миллиардов рублей в год.
— А оборот «Звезды» для сравнения?
— Несколько меньше.
4. Двигатель «Пульсар»
— Есть ли идеи по кооперации с другими производителями двигателей или покупке лицензий?
— На сегодня поставлена задача консолидации сил дизелестроителей, и такая работа ведется. Активно работают по государственным программам Коломенский завод, Уральский дизель-моторный завод. Мы находимся в постоянном контакте с ними.
Потребность в дизельных двигателях большой мощности есть и у атомной энергетики, и у судостроительной промышленности. Президент ОСК Алексей Львович Рахманов постоянно говорит о потребности в двигателях мощностью 8 МВт. В этом направлении работают коломчане. Так что, если будет поставлена задача привлечения и локализации здесь западных технологий, то тогда да — возможно, что наше предприятие включится в такую работу. Для этого есть вся подготовленная инженерная инфраструктура, есть специалисты, кадры, которые в состоянии были бы освоить эту технологию и использовать лицензию. Но это вопрос отдаленного будущего.
— Сейчас острой потребности нет?
— Массово нет. Четвертого октября, когда Денис Мантуров был на предприятии и проводил совещание о развитии дизелестроения в России, он высказал одну очень четкую мысль. Если нам надо много двигателей, мы займемся их локализацией и организуем у себя производство. Если двигателей надо не очень много, то будем проводить их частичную локализацию и частично участвовать в инжиниринге этих продуктов. Если надо мало двигателей, и у нас их нет, мы будем просто покупать. Подход понятный, экономически абсолютно логичный, взвешенный. Ради амбиций нескольких человек и потребности в нескольких дизелях решать вопрос организации производства — немыслимая роскошь в наших условиях.
— Как вопрос с экологичностью решается в остальной вашей продукции? Планируется ли ужесточать требования к токсичности?
— «Звездообразные» двигатели, которые мы сегодня выпускаем, не имеют критических требований по экологичности. У заказчика таких требований нет — плохо это или хорошо, не знаю. Вы смотрели, как идет наш «Адмирал Кузнецов» через Ла-Манш? Да, дымит, но куда надо, он пришел и, какие надо задачи решать, он решает. То же самое касается и других наших заказчиков. Есть требования к технике в соответствии с ее назначением и поставленной задачей, и степень токсичности в данном случае вторична.
Основной проблемой для традиционной серийной продукции являются не столько экологические вопросы, сколько вопросы, связанные с обеспечением длительности и надежности работы этих машин. Это базовая задача, над решением которой сегодня работают наши специалисты. В рамках этого, в частности, планируем вместе с Минпромторгом в текущем году начать работу по увеличению ресурса «звездообразных» двигателей. И в следующем году работа эта должна быть закончена. Результаты за счет имеющегося задела будут очень хорошими.
5. Металлобработка.
— В нишу СПГ-двигателей вы планируете заходить?
— Новый двигатель как раз имеет все необходимое для использования этого топлива. И кроме того, мы рассчитали варианты, связанные с использованием СПГ-топлива не только для судостроения, но и для карьерной техники. Там высокая концентрация машин, поэтому использование СПГ с учетом экологических особенностей разработки больших карьеров — это очень актуальный вопрос. Мы рассчитали, что при использовании на российских разрезах БЕЛАЗов с двигателями, работающими на СПГ, может быть сэкономлено ежегодно порядка 18 миллиардов рублей.
Это интересная задача. Понятно, как ее решать, понятно, сколько времени потребуется на ее решение. Но пока не понятна природа финансирования. Стоимость этой работы оценивается в несколько миллионов евро. Срок на то, чтобы освоить эту продукцию — два-три года. К сожалению, организовать привлечение финансовых ресурсов на такого рода проекты в нашей стране не представляется возможным.
— У меня есть к вам несколько философский вопрос. Достаточно укоренилось мнение о том, что российское двигателестроение сильно уступает западному и в принципе не конкурентоспособно. Как вы считаете, это правда или на сегодняшний день это уже не так?
— Давайте смотреть объективно. По количеству двигателей, выпускаемых на одного немца, или количеству НИОКР в рублях на одного австрийца, мы безусловно отстаем, и закрывать на это глаза никак нельзя. Если посмотреть географию сервиса всех дизельных фирм, просто географию представительств этих компаний, то, наверное, тоже многое станет ясно. В таких условиях говорить, что мы самые великие не стоит. Объективная оценка — она всегда полезна.
Но при этом более важно, какие делаются выводы. И очень здорово, что глава государства Владимир Владимирович Путин уверенно заявляет: есть вещи, которые критически важны для экономической и технологической безопасности и независимости государства. Поэтому хотим мы того или не хотим, мы должны иметь собственную школу, собственную разработку и собственное производство дизельных двигателей с учетом их значимости во всех отраслях.
Задача на самом деле сложная. Даже для того, чтобы остаться хотя бы на уровне развитых стран или на уровне того объема рынка, который мы сегодня имеем, необходимо очень серьезно работать. А эта работа требует не только согласованной позиции всех государственных служб, но и полной профессиональной отдачи со стороны ученых, технологов, инженеров, менеджеров и так далее. Если этого не произойдет, то мы безусловно, будем и дальше терять наши позиции, чего, конечно, не хотелось бы.
6. Обработка корпусов редукторов.
— Но прогресс есть?
— Прогресс есть, безусловно. Если взглянуть на историю последних двадцати лет, то серьезным шагом был 2011 год, когда появилась федеральная целевая программа по развитию двигателестроения, в рамках которой, по большому счету, в России появилось поколение новых инженеров, способное к решению этих задач. Это, может быть, самое главное. Выучиться точить гайки, болты, даже освоить технологию производства поршней, привезти ее из Индии или из Польши, нетрудно. А вот инжиниринг и знания, умения, понимание, осмысление работы отдельных процессов и двигателя в целом — это, конечно, особая ценность, особая заслуга.
Возьмем для примера наш двигатель — он создан в результате работы нашей группы специалистов, интегрированной в западную компанию, что сегодня позволяет им решать вопросы по дальнейшему развитию конструктива этого двигателя. У нас нет производства всех комплектующих в отдельно взятой стране, но мы можем опираться на лучшие достижения всего мира. Умение работать в открытом информационном пространстве, умение адаптировать лучшие мировые решения для развития своего продукта — это и есть та самая ценность инжиниринга, которую создала реализация федеральной целевой программы.
Это шаг вперед. Хотелось бы, чтобы эти шаги были регулярными, последовательными, успешными. Надеюсь, что совещание, которое провел на предприятии министр Денис Мантуров, будет этому способствовать. Во всяком случае, решение о том, что будет сформирована управляющая компания по производству поршневых дизельных двигателей судового применения для Российской Федерации, уже озвучено.
— На том же совещании, насколько я помню, говорилось об открытии у вас Центра редукторостроения. Что это такое?
— Фактически Центр редукторостроения был создан еще в 2003 году, когда было подписано решение Минпромторга и Военно-морского флота о назначении ОАО «Звезда» базовым предприятием для производства редукторов судового назначения. С этого времени мы уже освоили выпуск нескольких видов редукторов. Редукторы для корветов, в частности, производим практически серийно на сегодняшний день. Это уникальный продукт, входящий в состав дизель-дизельного агрегата Коломенского завода, установки, за которую не зря коллеги получили государственную премию.
Далее перед нами была поставлена задача по созданию и освоению производства редукторов уже более высокой передаваемой мощности для другого класса кораблей и судов. В ее решении мы пошли по пути модернизации одного из корпусов нашего предприятия. Юридически это было оформлено путем выделения производства в отдельное предприятие с привлечением государственных средств. В рамках этого отдельного предприятия была сформирована достаточно широкая палитра оборудования, включая, например, специализированное крановое хозяйство, благодаря которому мы сегодня имеем возможность создавать редукторы массой до 50 тонн.
7. Редуктор.
С точки зрения испытания редукторов, создаваемый центр не имеет аналогов. Как пример: у наших партнеров для испытаний разных типов редукторов используется шесть разных стендов. А у нас будет один универсальный и самый современный стенд, который позволит проводить на нем испытания различного рода за счет легкой трансформации и уникального нагрузочного оборудования.
Новое оборудование Центра редукторостроения серьезно расширяет наши возможности. Если проводить аналогию, мы создали что-то вроде экзоскелета, который позволит нашим технологам, конструкторам, производственникам достигать целей большего порядка.
Корпус вводится в эксплуатацию в этом году. Строительные работы практически завершены. Сейчас идет монтаж оборудования, это станки для обработки больших корпусов, для длинных валов, для нарезки зубьев больших колес, их шлифовки и так далее. Соответственно, другие комплектующие мы будем делать в других комплексах. В целом, после запуска нового цеха мы получим возможность самостоятельного производства редукторов мощностью до 40 МВт.
Беседовал Ренарт Фасхутдино
https://cont.ws/@tay/486491
s30659950696.mirtesen.ru
Перевод Илья Духанин, июнь 2016г.
Начало статьи (часть1) читать здесь
Продолжение статьи (часть2) читать здесь
Продолжение статьи (часть3) читать здесь
2.6 Mazda
В патенте JP2008051059A [77] описан двухпоршневой тип СПД с внешним охватывающим линейным генератором с шестеренно-реечным механизмом, как показано на рис. 13.
Хоть это устройство и не является «истинно свободнопоршневой» конфигурацией, так как шестеренно-реечный механизм будет механически управлять движением поршня и передачей усилий нагрузки, в нём все же отсутствует традиционный кривошипно-шатунный механизм, и конфигурация структурно подобна известным двухпоршневым свободнопоршневым двигателям.
Ключевой особенностью этой концепции является то, что горизонтальная сила, создаваемая движением поршней, может быть устранена посредством движения линейного генератора, решая, таким образом, вопрос вибрации, присущий конструкциям двухпоршневых свободнопоршневых двигателей. Это обеспечивается разработкой двигателя с равными движущимися массами поршневого узла и подвижным узлом генератора. Следующее преимущество этого решения состоит в том, что теплота, получаемая от процесса сгорания, вероятно будет меньше воздействовать на постоянные магниты, а также катушки могут быть установлены с достаточной теплоизоляцией на двигателе. Также на рисунке показаны механические ограничители хода A и Б, которые будут предохранять поршень от удара о головку блока цилиндров в случае нестабильного сгорания.
![Рис. 13. Концепция СПД двухпоршневого типа Mazda [77].](/800/600/http/centaurproject.com/wp-content/uploads/Ris.-13.-Kontseptsiya-SPD-dvuhporshnevogo-tipa-Mazda-77.-1024x619.jpg)
Рис. 13. Концепция СПД двухпоршневого типа Mazda [77].
Другие публикации патентов Mazda включают патентную заявку JP2008-51058 [78], в которой описывается концепция с зубчатым штоком, находящимся в зацеплении с шестерней, которая вращает генератор. Каждый поршень смещён по фазе на 180 градусов. Это устройство работает на четырёхтактном цикле с кулачком, приводящим в действие впускные и выпускные клапаны через качающиеся рычаги. Подобный подход, как изложенный выше, решает задачу теплопередачи от двигателя к генератору посредством разделения генератора от двигателя. Двигатель и генератор соединены механическим звеном в виде рейки и шестерни. Основной вращающийся вал не совершает полный оборот, однако изменяет вращение по часовой стрелке в одном такте на вращение против часовой стрелке в другом такте.
В заявке на патент JP 2008-57383 [79] предложена концепция переменной инертной массы для изменения скорости поршня согласно потребляемой электрической нагрузке. В этой конфигурации есть два вращающихся генератора, соединённых механизмом сцепления.
Благодаря природе свободнопоршневого двигателя, в процессе работы степень сжатия не постоянна. Эти изменения в дальнейшем влияют на характеристики сгорания и потребляемую нагрузку. С другой стороны, для заданных условий работы предпочтительнее определённое значение для получения высокого теплового КПД. Заявка на патент JP2008-223628 [80] описывает, как может быть достигнуто управление степенью сжатия путем мониторинга скорости поршня и управлением нагрузкой генератора. Этим методом утверждается, что он может решить задачу управления степенью сжатия во время высокой скорости двигателя, в то время как управление на низкой скорости достигается, используя регулирование электрической нагрузкой. Энергия, полученная от генератора, будет влиять на кинетическую энергию поршневого узла во время хода сжатия и, как следствие, на степень сжатия.
В этой стратегии управления, когда скорость поршня падает ниже скорости отсечения, генерирование электрической мощности останавливается, таким образом уменьшается электрическое торможение. Скорость обрезки — это та скорость поршня, при которой прекращается выдача мощности (нет выдаваемой мощности). При этой скорости напряжение, получаемое от линейного генератора, всё ещё выше, чем напряжение зарядки батареи.
Есть два значительных параметра, выделенных в этом патенте, коэффициент избытка воздуха λ и нагрузка генератора G, где λ показывает бедный или богатый заряд, а G является отношением движущей моторной силы к линейной скорости. На рис. 14, а показано, как при фиксированных λ и G одна скорость отсечения vc может определять конечную степень сжатия. Высокая скорость будет увеличивать степень сжатия, в то время как низкая скорость будет снижать ее. Далее, на рис. 14, б показано, что произойдёт при постоянной vc , λ и G не влияют на конечную степень сжатия.
Рис. 14. Управление степенью сжатия свободнопоршневого двигателя, используя силу электрической нагрузки: а) при фиксированных λ и нагрузке генератора; б) при фиксированной скорости отсечки [80].
Другим интересным аспектом, раскрываемым в этом патенте, является то, что, если обнаруживается пропуск зажигания, скорость отсечки увеличивается, чтобы увеличить степень сжатия для исключения дальнейшего пропуска зажигания, в то время как при обнаружении детонации (обычно при высокой степени сжатия) скорость отсечки снижается, чтобы снизить степень сжатия во избежание дальнейшей детонации в последующем цикле.
В заявке на патент JP2008-223657 [81] предложен генератор с оппозитно-поршневой типом СПД с внешне присоединённым линейным генератором, как показано на рис. 15. Каждый поршень связан с его собственным линейным генератором и находится в фазовой связи друг с другом для устранения вибрации. Преимущества наличия внешнего генератора включают отсутствие вибрации при работе и снижение теплопередачи от двигателя к генератору.
![Рис. 15. Генератор с оппозитно-поршневой типом СПД с внешне присоединённым линейным генератором [81].](/800/600/http/centaurproject.com/wp-content/uploads/Ris.-15.-Generator-s-oppozitno-porshnevoy-tipom-SPD-s-vneshne-prisoedinyonnyim-lineynyim-generatorom-81.-1024x576.jpg)
Рис. 15. Генератор с оппозитно-поршневой типом СПД с внешне присоединённым линейным генератором [81].
Также Mazda выдвинула некоторые другие интересные патенты, следующие за конфигурацией на рис. 15, для многоцилиндровой версии с рассмотрением ее рабочих и управленческих аспектов [82,83].
3. Выводы
На протяжении последних лет свободнопоршневые двигатели активно изучаются академическими группами, и, как показано в настоящей статье, интерес к этой технологии также есть и среди ключевых автомобильных производителей, о чем свидетельствуют патенты, рассмотренные в статье. Хронологически ранними патентами, представленными здесь, являются патенты Volvo Technology Corporation, ABB, Ford Global Technologies, в то время как более современными патентами являются патенты Mazda, Honda, GM и Toyota.
Прежде, чем свободнопоршневые двигатели выйдут на этап коммерческого продукта, должны быть решены множество проблем. Некоторые из них, такие как проблемы управления движением поршня, находятся в центре внимания как академических групп, так промышленных групп, принимая во внимание некоторые наиболее выдающиеся промышленные отчеты. Примером наиболее поздних из них являются проблемы теплопередачи, на которые обращается внимание в большинстве патентов.
Не кажется, что есть единственное решение в разработке высоко успешного свободнопоршневого двигателя и единственная конфигурация (однопоршневая, двухпоршневая или оппозитно-поршневая) СПД, чтобы можно было сказать, что она превосходит остальные. В дальнейшем двухтактный цикл не кажется существенным для работы СПД, так как демонстрируются четырехтактные решения из некоторых рассмотренных патентов.
Вопрос вибрации в генераторе с двухпоршневым типом СПД не выделялся как главная проблема, также как и продувка цилиндров или смазка. Решения по пуску и хранением энергии для непрерывной работы рассматриваются наряду с управлением положением поршня и охлаждением СПД и генератора. Таким образом, хотя и известны большие потенциальные преимущества генератора с СПД, ключевыми аспектами для коммерциализации видимо лежат в возможности запуска, непрерывной работы и охлаждения.
Действительная жизнеспособность свободнопоршневых двигателей в настоящее время не определена, хотя ясно, что имеется главный потенциал, как говорит об этом интерес со стороны коммерческих участников. Должны быть проведены более глубокие исследования, так как современные исследования основаны в большинстве на моделировании и имеется очень мало известных экспериментальных рабочих отчётов. Хотя множество исследований, основанных на моделировании, показали многообещающий потенциал в смысле КПД и уровня вредных выбросов, только немногие прототипы реализованы, и в настоящее время не имеется ясного пути к коммерциализации.
Список литературы
centaurproject.com
Сергей Журавлёв, руководитель проекта создания газотурбинного двигателя сверхмалого размера / Фото: informpskov.ru
На вопросы «Завтра» отвечает Сергей Журавлёв, руководитель проекта создания газотурбинного двигателя сверхмалого размера.
- Сергей, при взгляде на вашу микротурбину кажется, что это — небольшой реактивный двигатель. Который, наверное, ставят на какие-то сверхмалые самолёты, беспилотные летательные аппараты…
- Внешний вид обманчив, и, несмотря на то, что несколько человек из нашей команды имеют прямое отношение к авиации, мы вообще-то делали совсем иное. Микротурбина — сердце нашего проекта автономного дома. Мы считаем, что дом в России должен быть изначально энергоактивным, то есть производить энергии больше, чем потреблять. И за счёт этого он должен быть автономным, то есть не иметь жёсткого подключения к внешним монопольным сетям.
- Есть западная концепция: ставим на крышу солнечные батареи, а во двор — ветряк. Но у нас, извините, в стране нет ни толкового солнца, ни ветра, поскольку мы — в середине северного континента. В чём состоит ваш подход?
- Автономный дом создать сегодня несложно, технологии это позволяют. Весь вопрос состоит в стоимости, потому что, конечно, можно поставить солнечные батареи и летом накапливать энергии более чем достаточно, а потом использовать её зимой. Но стоимость аккумулирования этой энергии будет близкой к космической — даже если ставить современные аккумуляторы, перекачивать воду по системе разновысотных прудов или же запасать тепловую энергию с помощью тепловых насосов или расплавленной теплоёмкой соли.
Газотурбинный двигатель сверхмалого размера / Фото: sdelanounas.ru
Чтобы таким образом запасти энергии на всю зиму, надо потратить целое состояние на систему аккумулирования. Поэтому мы исходим из концепции комбинирования разных источников энергии, которые позволяют закрывать все потребности. Электроэнергию сегодня бессмысленно накапливать в аккумуляторах, первичную энергию надо накапливать в химической форме, например — в виде горючих газов.
То есть приходим к тому, что надо ускорять процессы «метаболизма здания», производя горючие газы из тех отходов и мусора, что образуются в самом автономном доме. Есть несколько принципиальных способов получения и водорода или метана, но нам важен тот факт, что горючий газ, производимый самим домохозяйством, позволяет легко закрыть им генерацию электроэнергии и тепла на протяжении всей зимы. Отсюда и возникла идея микрогазотурбинной установки. У турбин есть много преимуществ по сравнению с обычными газопоршневыми агрегатами, то есть обычными и привычными для нас двигателями внутреннего сгорания.
У небольших газотурбинных двигателей уже достигнут очень высокий КПД, их, в отличие от газопоршневых двигателей, легко звукоизолировать, они почти не шумят и занимают малый объём. Неоспоримым их преимуществом является и то, что они легко работают на плохом, некачественном газе, который может генерировать домохозяйство из своих бытовых отходов.
- Здесь надо сказать, что мы все привыкли к чистому, почти 100% метану, который нам поставляет по газовой трубе «Газпром», тот самый монополист, от которого вы хотите уйти, — а вы предлагаете получать прямо в доме пусть и менее чистый, но уже «свой», автономный метан?
- Да, сейчас в деталях проработана практика получения конечного газового продукта, смеси горючих газов из большого спектра бытовых отходов — начиная от бумаги или дерева и заканчивая, извините за подробности, помётом птиц или навозом домашних животных.
Именно поэтому микротурбины сейчас — очень актуальное направление разработок. В том числе — и на Западе, где несколько компаний активно над этим работают. Понятно, что там концепция очень похожа на нашу: микротурбина становится «энергетическим сердцем» семьи или предприятия, когда всё производство многих бытовых предметов потребления, в первую очередь — продуктов питания концентрируется в самом домохозяйстве. И это, конечно, тот самый образ совсем иного будущего, когда мы получаем целый пласт «новых производителей», эдаких «крестьян XXI века», которые уже очень мало зависят от внешнего мира, обеспечивая себя всем необходимым и даже создавая излишки продукции.
- Да, дай Бог, чтобы мы смогли возродить наши российские просторы благодаря такой уникальной технологии. А что у вас в ближайших планах?
- Да, автономный дом — это будущее. Сегодня же возможность для применения микротурбин раскрывается в уже упомянутой нами авиации. В прошлом эволюция двигателей в авиации обошла микродвигатели стороной — по той простой причине, что они подходили только для авиамоделизма, имели очень малый ресурс. Микродвигатели в авиации были «бабочками-подёнками», были короткоживущими и рассматривались только как подобия, копии настоящих, «взрослых» авиадвигателей. Но сегодня, наконец, эволюция двигателестроения в размере микротурбины привела нас к тому, что возможности технологии и запросы авиации сошлись в одну точку — и мы можем сейчас сделать хорошую микротурбину для авиации.
- Посмотрим на этот небольшой агрегат. Выглядит как настоящий двигатель, а что эта малютка сегодня выдаёт, если перевести в сухие цифры мощности или тяги?
- На максимальных оборотах эта микротурбина выдаёт 200 ньютонов. Если же говорим о мощности — то это порядка 12 кВт. Достаточно мощный двигатель для своего скромного размера.
- Для сравнения: насколько помню, обычная квартира даже на пике мощности потребляет сегодня 1,5-2 кВт электроэнергии, а в среднем — сотни ватт?
- Да, такой малютки вполне хватит на десяток квартир в многоквартирном доме. Сейчас все параметры посчитаны на скорости микротурбины около 100 тысяч оборотов в минуту. Но при форсированном варианте турбины можно достичь и 150 тысяч оборотов в минуту, хотя это и не рационально.
- Это ведь отнюдь не обороты двигателя внутреннего сгорания! Получается, что в турбине используются высокотехнологичная подвеска, специализированные подшипники, точный вал?
- Да, в турбине стоят качественные, долговечные подшипники. В авиамоделизме для похожих турбин используют подшипники попроще, но они живут недолго, а для бытовой микротурбины самая главная проблема — создать систему смазки и балансировки двигателя, вала, которая бы позволяла ему долго послужить.
Современные флагманы отрасли уже имеют ресурс микротурбин порядка 100 тысяч часов, то есть около десяти лет, и при регулярном обслуживании турбины один раз в год. Мы не ставим такой задачи, хотя уже просчитали компоновку системы охлаждения на пять тысяч часов. А эта машина сможет работать не менее пятисот часов — это первый, но важный рубеж. Мы сейчас только переходим в стадию тестовых испытаний с промышленными образцами. Поэтому какой нам выдаст результат машина, мы пока не загадываем, но говорим: «не менее», — и это уже примерно впятеро больше, чем самый хороший авиамодельный двигатель.
- Скажите, а как дальше интегрировать эту микротурбину? Ведь ей нужна будет система подготовки топлива, если её использовать в энергоснабжении домохозяйств — то и система получения электроэнергии. Кто этим займётся?
- Пока что, на первом этапе, мы начинаем работу именно с авиацией, немного упрощая себе первый шаг на пути к конечной цели. Авиация пока что всё-таки использует качественный керосин, а не бытовой газ, который по своим параметрам даже хуже магистрального. А задача когенерирующей микротурбинной установки, как я уже сказал, — это и наша мечта, и наша стратегическая цель.
- Когенерация — это комбинированное получение тепла и электроэнергии, то, к чему надо всегда стремиться в нашей холодной стране. А были ли какие-то аналоги такого подхода, создания таких миктротурбин в советской, в российской истории? Насколько эта вещь уникальна?
- В России не производятся двигатели такого типоразмера. Делают только двигатели для военных целей, это двигатели обычно более простые — для крылатых ракет, например. Но это подход одноразового использования, вида «выстрелил и забыл». Крылатая ракета при этом должна пролететь свой час до цели — и, соответственно, весь двигатель рассчитан на то, чтобы она этот час летела гарантированно.
Мы же говорим о совсем другом рынке, гражданского применения. Соответственно, всем способным произвести продукт на такой ёмкий рынок я желаю только успеха. Места и работы хватит всем. Поэтому мы, в общем, не опасаемся жёсткой конкуренции на рынке — в малой энергетике всё в России ещё только начинается.
- Скажите, а какие следующие этапы вы планируете для микротурбины? Как вы её будете испытывать и совершенствовать?
- К сожалению, у нас не так много средств, чтобы построить качественный испытательный стенд. Сейчас мы занимаемся этой работой, готовимся к тестовым испытаниям опытного образца. Наша текущая задача — произвести промышленный образец, создать производственную кооперацию, отработать технологические процессы и применяемые материалы. Дальше будет стадия доводочных испытаний. Но кое-что мы делаем и заранее, не дожидаясь, когда двигатель обретёт окончательный вид, — например, мы приступили к эскизной разработке гибридной силовой установки, как для целей будущей когенерации, так и для использования в беспилотных летательных аппаратах. Гибридный двигатель — это наиболее современная схема квадрокоптеров и конвертопланов, которые используют электропривод винта, но могут питаться и от микротурбины, а не от аккумуляторов, как сегодня.
- Да, я был в своё время поражён тем, насколько далеко ушёл прогресс за последние десять лет развития беспилотной авиации, но знаю, какая критическая масса проблем возникла с БПЛА именно из-за того, что современные аккумуляторы накладывают ограничения на дальность и скорость беспилотников.
- Беспилотные аппараты — очень сложные агрегаты, мы и не претендуем на их конструирование или производство. Наша задача — сделать качественную силовую установку, применимую в разных типах летательных аппаратов. Микротурбину можно встроить в любой авиадвигатель: турбореактивный, турбовентиляторный, турбовинтовой и уже упомянутый электрический двигатель для БПЛА. Микротурбина для них — компактный и мощный источник энергии. Выдавая реактивную струю и вращая вал, микротурбина создаёт электроэнергию, достаточную для полёта летательного аппарата.
- Скажите, Сергей, а в какой части микротурбина собрана из российских комплектующих? С чем вы столкнулись при разработке своего аппарата, и какие задачи вы решили, а какие остались пока нерешёнными?
- Не буду рассказывать обо всех тонкостях и нюансах наших операционных изысканий. В целом же скажу, что Россия за последние годы накопила очень серьёзный парк передового оборудования в так называемых аддитивных технологиях. Этот двигатель произведён на 70% в рамках аддитивных технологий, то есть запрограммированным «выращиванием» металлических конструкций. Аддитивные технологии — это использование 3D-принтера, который сразу делает готовое изделие прямо из аморфного металла.
- То есть вся ваша микротурбина буквально «напечатана» из металла?
- Да, всё напечатано — кроме болтиков и гаечек. Болтики печатать незачем, на них есть стандарт. На токарном станке тут выточены только вал и корпус вала двигателя. Ну, и немного деталей выполнено фрезеровками на пятикоординатных станках, но это тоже — самое современное оборудование.
Соответственно, утверждать, что мы сегодня «отсталая страна» — это несусветная глупость. Есть лишь ряд технологических потребностей, пока что не решённых в российской промышленности. Например, уже упомянутые «долгоиграющие» керамические подшипники нашей микротурбины. В то же время мы видим, что российская научно-производственная база готова к производству и таких изделий, здесь вопрос лишь в экономике. Чтобы построить производство керамической продукции такого уровня для нашего изделия, это производство должно выпускать несопоставимо больший объём, чтобы сделать приемлемую стоимость. Прежде всего это вопрос конкуренции, грубо говоря — китайскую, японскую или немецкую продукцию купить пока намного дешевле, чем произвести здесь; нельзя поставить суперстанок только ради того, чтобы сделать четыре подшипника на опытную турбину.
- Ну, это проблема всех компаний-инноваторов. На западе изобретателям тоже приходится выкручиваться в такой ситуации.
- Да, надо учитывать «эффект инновации». Например, если наша оборонная промышленность заинтересована в получении профессиональных двигателей в небольшом типоразмере, причём с применением самых современных материалов, этот процесс будет ускоряться вне зависимости от того, хотим мы этого или нет. Это видно просто по тому, как за последние 3-4 года армия вдруг обогатилась современной техникой.
- Скажите, а кто вам помогает и что вам мешает в вашей работе?
- Вы знаете, мешают, скорее, производственные традиции, которые в России всё-таки достаточно косные. С одной стороны, это хорошо, потому что традиции позволяют делать меньше ошибок, но они же часто тормозят инновации.
Простой пример. Мы производим моделирование двигателей в компьютерной 3D-среде, то есть компонуем корпус двигателей со всеми деталями прямо в виртуальной 3D-модели. Эта же модель является исходным кодом для станка с ЧПУ или 3D-принтера, никаких чертежей, современное оборудование сразу «понимает» такой двоичный код. Но часть российских производств почему-то до сих пор требует перевести нашу 3D-модель в десяток ГОСТовских чертежей. А потом эти же чертежи их собственные конструкторы снова переводят уже в свою 3D-модель, чтобы «скормить» тем же станкам с ЧПУ!
Всё это тормозит и усложняет процесс и служит источником ошибок. Как говорят, «два переезда равны одному пожару», так вот — две переделки чертежей создают очень похожий эффект… И мы сегодня таких производителей переучиваем, приучаем к тому, чтобы они действовали, исходя из изменившихся реалий.
В итоге, из-за такой «притирки» смежников кооперация по производству этого двигателя заняла почти полгода. Кооперация в том смысле, что мы передавали готовое модельное решение со всеми необходимыми параметрами. И наши партнёры, надо отдать им должное и сказать огромное спасибо, брались за эти микропартии, экспериментальные, по сути, изделия, так как всё-таки в России есть удивительно нежное отношение к новому, уникальному, что мы и почувствовали, работая со своими смежниками по созданию нашей турбины. Ведь аддитивные технологии сегодня всё-таки только осваиваются российской промышленностью, и сделать просто «влёт» ту или иную деталь — это довольно сложно. Но наши партнёры активно включались и делали всё, что могли — в самых непростых условиях.
- Есть ли интерес к вашим разработкам со стороны отечественной «оборонки», если не заходить в зону государственных секретов? Наше военное ведомство — насколько оно проявляет интерес к такого рода концепциям, как они воспринимают идею микротурбины для авиации, в том числе и для беспилотной?
- Давайте я отвечу почти философски. Я туда ещё не ходил, а ко мне ещё официально не приходили. «Товарищ майор» нами ещё не интересовался, но я предполагаю, причём с высокой долей уверенности, что поиск решений в этом направлении осуществляется нашим военным ведомством уже давно и очень активно. Я ведь вижу, как довольно крупные институты работают именно над этой задачей, и рано или поздно мы с этой стороной применения нашего изделия, конечно, столкнёмся.
- То есть либо гора придёт к Магомету, либо всё-таки Магомет придёт к горе?
- Вот именно. У нас нет антагонизма по отношению к нашей оборонной промышленности, но и опыта взаимодействия с ней тоже нет. Мы вообще — частная команда. Мы даже юридическое лицо специально под этот проект пока не создавали. В общем, у нас была задача — построить двигатель. И мы её выполнили
- А сколько человеко-часов потребовалось, чтобы сделать эту малютку?
- Скажем так, от «идеи, нарисованной на салфетке» и до воплощения двигателя в опытном образце прошло два года, что вылилось в напряжённый труд двух десятков людей, хотя, конечно, и не на полном рабочем дне.
- То есть это достаточно сжатый срок от идеи до образца.
- Я считаю, что сегодня производственные компетенции можно обретать очень быстро. Для этого достаточно доступа к источникам технологических знаний и мотивированной, слаженной команды. Сама же высокотехнологическая продукция не является сегодня каким-то табуированным знанием, к которому могут прикасаться только суперпрофессионалы, «избранные или специально обученные люди», как иногда в шутку говорят. Всё в инновациях создаётся поиском, мозговыми штурмами, оценками, перебором вариантов. Это очень непростой процесс, и тут на первый план выходит мотивация.
- Есть мнение, что сейчас инновационное производство построить гораздо легче, чем даже 20 лет тому назад. Например, я слышал, что тот завод, который Советский Союз по АФАР-радарам для своих военных самолётов строил целое десятилетие, сегодня можно за полтора года собрать прямо в чистом поле — и это не будет каким-то стахановским подвигом. Насколько это правда?
- Россия и Советский Союз всегда славились прежде всего способностью к мобилизации, к производству невероятного за очень короткие сроки. Поэтому, конечно, даже советские стройки уже были примером высочайших темпов освоения новых технологий и нового знания — и атомный, и космический проект, и менее «громкие» вещи, которые тоже всегда были на мировом уровне. С другой стороны, нынешние технологии в самом деле при желании позволяют производственнику буквально «прыгать через ступеньки», создавая в ещё более сжатые сроки совершенно новые изделия, часто основанные на новых, уникальных подходах. Нынешнее время — настоящая эпоха возможностей для думающих, активных людей. Настоящее «время мечты».
- Касательно вашей мечты хотел задать вопрос. Мы начали наш разговор с «дома будущего». Я тоже истовый фанат будущего, поскольку прекрасно понимаю, что без движения вперёд любое общество медленно сползает назад. Ваше мнение: что общество получит от сегодняшних инноваций, таких, как ваша микротурбина или концепция автономного дома?
- Если говорить о мечте или о нашей философии, то я считаю, что любой проект должен исходить из чётких философских оснований, из ясного видения будущего мира, в котором твой проект является важным, критическим элементом. Иначе будешь всю жизнь думать об «инновационной расчёске для волос». Я условно говорю, подчёркивая, что сегодня часто люди пытаются сделать бесполезные вещи, не обижая ни в коем случае разработчиков новых вариантов расчёсок. Просто мне это не интересно, новые расчёски наш мир не изменят. Например, если уж мы строим автономный энергоизбыточный дом, надо себе сказать, что он ничем не привязан к земле, кроме фундамента.
- То есть захотели в Карелию — полетели в Карелию. Захотели на южный берег Крыма — полетели на южный берег Крыма?
- Да, ровно об этом речь: дом должен в некоем идеальном образе будущего стать и вашим транспортным средством. Ничего нереального в этом нет. Но это, конечно, уже совсем другая история, которую не стоит сразу привязывать к нашей скромной микротурбине. Она может стать не более чем маленьким шажком к такому образу будущего.
- Сергей, большое спасибо за беседу. Я надеюсь, может быть, через два года, может, уже через год увидеть энергетическую установку с вашим «сердцем» — крошечным турбореактивным двигателем, микротурбиной. Пусть даже под грифом «секретно», в виде сообщения, что где-то в России начаты испытания нового БПЛА для нужд Минобороны, с «инновационным турбореактивным двигателем». И, конечно, желаю, чтобы вы не потеряли энтузиазма на длинном пути к вашей мечте.
- Энтузиазма точно не потеряем. Надеюсь, его хватит надолго. Как всегда говорят, были бы деньги — было бы и счастье. Но, тем не менее — и находим, и делаем, и сделаем.
Материал подготовил Алексей Анпилогов.
МОСКВА, материалы сайта издания "Сделано у нас" 12
Оригинал
www.arms-expo.ru
