В июне 2019 г. на международной специализированной выставке технологий горных разработок «Уголь России и Майнинг-2019» РУСЭЛПРОМ презентовал модернизированную линейку взрывозащищенных электродвигателей серий ВАМ, ВРАМ, ВАМС и ВРАМК повышенной мощности с классом энергоэффективности IE2 и IE3. Эти электрические машины оснащены активными частями, или, иначе, электромагнитным ядром нового поколения – 8Аu. Концепт этой инновации разработан в научно-исследовательском институте ПАО «НИПТИЭМ», входящем в состав концерна.
О том, каких результатов удалось достичь, мы поговорили с разработчиком, кандидатом технических наук, начальником расчетно-теоретического сектора – ведущим научным сотрудником ПАО «НИПТИЭМ», Андреем Степановичем Кобелевым.
Андрей Степанович, почему возникла необходимость создания нового электромагнитного ядра 8Аu?
Андрей Кобелев: В настоящее время успешно конкурировать на внутрироссийском и мировом рынке электромашиностроительной продукции можно при выполнении следующих условий.
Во-первых, энергично откликаться на новые, все возрастающие технические требования выпускаемой номенклатуры и воплощать их в изделиях. Сейчас основными требованиями мирового и российского рынков общепромышленных двигателей являются: повышение энергоэффективности, увеличение кратности пусковых моментов, а также снижение шума и вибраций.
Во-вторых, откликаться на запросы рынка по новым изделиям. В рамках номенклатуры Владимирской площадки РУСЭЛПРОМ к таким изделиям можно отнести, например, асинхронные двигатели повышенной мощности H-compact;
В-третьих, сокращать сроки разработки и освоения новой техники.
Таким образом, внедрять новое качественно и быстро - это не лозунг, а условие опережения конкурентов в жестких, и порой жестоких условиях рыночных отношений.
Разработка ядра нового поколения для электродвигателей общепромышленных серий, модификаций и специальных исполнений полностью соответствует всем этим условиям и положительно скажется на конкурентоспособности продукции концерна РУСЭЛПРОМ.
На чем основывался принцип проектирования ядра 8Au?
А.К.: Существенной основой проектирования новых активных частей является использование предельно возможного диаметра. Важно заметить, что один из выдающихся отечественных ученых электромехаников Б.И. Кузнецов ратовал более полувека назад за построение серии на максимальных диаметрах (в рамках имеющихся увязок габаритно-присоединительных размеров и мощностей). Серия 4А была, в основном, построена по данному принципу, но при построении серий АИР, 5А, 6А, RA, 7AVE от него отказались.
Однако, наши современные исследования показывают, что максимальную энергоэффективность для увязки по ГОСТу удобнее достигать на максимальных диаметрах. Отсутствие до недавнего времени в базе знаний НИПТИЭМа решений на максимальных диаметрах было неким «белым пятном», которое не позволяло оценить чувствительность ряда ключевых показателей во всем диапазоне размеров. Сейчас это «пятно» исчезло.
Какие задачи стояли перед вами в данном случае и как вы их решали? Иными словами, не могли бы Вы рассказать о сущностных элементах нового ядра?
А.К.: Любая задача улучшения технических характеристик выпускаемой продукции, например, повышение класса энергоэффективности двигателей общепромышленного применения от стандартного IE1 до очень высокого IE3 или сверхвысокого IE4, подразумевает модернизацию существующей номенклатуры.
Можно выделить три уровня глубины модернизации.
Первый – использование, в основном, решений, заложенных в предыдущих сериях (АИР, 5А), т.е. сохранение имеющихся штампов, корпусных узлов и деталей. При этом, изменениям могут подвергнуться лишь: активные длины сердечников, при условии не превышения Lmax для конкретной станины; обмоточные данные; марка электротехнической стали. При создании ранее разработанной нами серии 7AVE этот путь минимальной модернизации был признан неэффективным.
Второй – использование оболочек, заготовительных и разделительных диаметров от предыдущих серий. При этом вновь разрабатываются зубцово-пазовая геометрия (штампы), формируется новый ряд длин сердечников, дополняется ряд используемых вентиляторов наружного обдува. Именно этот путь использовался при проектировании серии 7AVE. Серия 7AVE – это серия умеренной модернизации, серия переходного периода, на средних габаритах обеспечившая класс энергоэффективности IE2, и на старших габаритах - IE3. А сейчас нам нужно сделать новый рывок вперед.
И третий уровень – проектирование оптимальной машины, без оглядки на существующую оснастку: на штампы, разделительные и заготовительные диаметры, заливочные стаканы и т.п. При разработке концепции сери 8Au нами был выбран третий, самый глубокий уровень модернизации, поскольку, в соответствии с директивами EC, требованиями рынка, и «трендами» повышения энергоэффективности, младшие высоты серии должны иметь класс IE3, а старшие - IE4. Строго говоря, это даже не модернизация старого, а создание полностью нового изделия.
К какому результату вы в итоге пришли?
А.К.: Главная научная цель разработки нового электромагнитного ядра серии 8Au - получить наилучшие характеристики общепромышленного асинхронного двигателя безотносительно к существующему технологическому укладу.
В результате проведенных исследований мы ответили на вопросы о предельной энергоэффективности общепромышленного асинхронного двигателя и о рациональном соотношении классов энергоэффективности, главных размеров, чисел полюсов, моментных характеристик.
Мы одновременно достигли повышенных пусковых моментов, сниженных пусковых токов и значительного сервис-фактора (1.2) при увеличенном КПД и энергоэффективности класса IE3-IE4. Электродвигатели новой серии будут иметь оси вращения от 160 до 355 мм и предназначаться для эксплуатации в составе общепромышленных приводов, механизмов и машин, во взрывоопасных зонах, нефтехимической промышленности, а также в подземных выработках.
Что это будет означать для потребителей?
А.К.: Высокая энергоэффективность – это меньшая стоимость владения двигателем. Высокий сервис-фактор - это возможность работы со значительной перегрузкой в длительном режиме. Малый пусковой ток – это малая «просадка» напряжения при запуске агрегата, приводимого нашим двигателем. Снижение шумов и вибраций – важнейшие признаки улучшения эргономичности электромотора.
К примеру, стандартный двигатель 315 габарита имеет мощность 200 кВт. А наши двигатели повышенной мощности с новым ядром 8Аu в тех же габаритах при 2р=4 могут выпускаться в мощности до 500 кВт.
Каковы перспективы внедрения серии 8Au?
А.К.: Мелкосерийное производство взрывозащищенных двигателей габаритов 315, 355, а также общепромышленных двигателей габарита 355 с ядром 8Au стоит ожидать в 2020 г. Идеи концепта реализованы в опытно-промышленном образце двигателя верхней буровой 8AuSB250LX4, а также в новых решениях лифтовых двигателей для фирмы OTIS (габарит 180). При энергичной работе над серией потенциально ее можно освоить за 2-3 года.
Важно, что появление нового концепта активных частей 8Au вовсе не означает отказ от предыдущих разработок. Напротив, он дополняет существующую линейку продукции. Сейчас мы вплотную подошли к созданию полного спектра решений: от двигателей эконом-класса до моторов «суперпремиум». И наши двигатели не уступают мировым компаниям-лидерам. Заказчик в соответствии со своими требованиями к рабочему механизму и экономическими представлениями о цене двигателя, стоимости владения, периодичности обслуживания сможет подобрать наилучший вариант.
С подробными характеристиками новых двигателей взрывозащищенного исполнения можно ознакомиться здесь. Двигатели повышенной мощности выполнены с активными частями 8Au, прочие двигатели, - с активными частями 7AVE.
Напомним, НИПТИЭМ – это ведущий научно-технический центр по разработке, исследованию и производству низковольтных асинхронных электродвигателей со своей мощной испытательной базой. В настоящее время институт не только разрабатывает и производит электродвигатели, но и создает, модернизирует электротехнические комплексы (ЭТК), комплексные системы управления (КСУ), а также осуществляет комплексное техническое обслуживание на базе преобразовательной техники.