Концепция нового электродвигателя

Концепция нового электродвигателя

Высокая производительность с максимальным энергосбережением — вот что лежит в основе нового электродвигателя WEG. При разработке W22 главными критериями были высокий КПД и низкие эксплуатационные расходы – замысел, призванный занять передовые позиции среди концепций об эффективности и энергосбережении.

IEC от 225S/M до 355M/L
NEMA от 364T до 587T

W22 – новая концепция электродвигателя:

• Отличное соотношение цена/качество
• Оптимизация энергоресурсов
• Усовершенствованные электрические характеристики
• Пониженный уровень шума
• Пониженный уровень вибрации
• Простота в обслуживании
• Повышенный уровень энергоэффективности

Низкие общие эксплуатационные расходы

Двигатель, который работает большую часть своего эксплуатационного срока, потребляет минимально возможный объем электроэнергии и обеспечивает высокий уровень производительности в непрерывном режиме без незапланированных остановок и с наивысшим КПД – вот, что стоит за новой концепцией W22.

Энергосбережение

Затраты на электроэнергию составляют приблизительно 90% от общих эксплуатационных расходов за весь срок службы электродвигателя.

Поставляемые асинхронные двигатели линейки W22 общепромышленного назначения имеют высокий КПД, превышающий значения, требуемые в соответствии с классом EFF1 гарантируют энергосбережение и более быструю окупаемость.

Универсальность

Новая концепция позволяет смонтировать клеммную коробку сверху, справа или слева с помощью специального адаптера без демонтажа всего двигателя. Это снижает время модификации и позволяет сократить площадь складского хранения.

Создан, чтобы служить долго

Двигатели линии W22 производятся с использованием высококачественного чугуна, выплавляемого в собственных сталелитейных цехах корпорации WEG, что обеспечивает максимальную износоустойчивость и высокую производительность в агрессивных средах. А новая модель кожуха вентилятора обеспечивает повышенную ударостойкость.

Применение с преобразователем частоты (ПЧ)

Эксклюзивная система изоляции WISE, используемая в электродвигателях серии W22, увеличивает диэлектрическое сопротивление обмоток, позволяя использовать двигатель с ПЧ до 575 В без дополнительных модификаций, обеспечивая эксплуатационную гибкость и увеличенный срок службы.

Перспективы расширения номенклатуры на будущее

Концепция асинхронных электродвигателей линейки W22, предлагающая высокий КПД и низкие эксплуатационные расходы, будет служить базой для дальнейших разработок двигателей WEG так же, как, например, новый двигатель с постоянными магнитами и двигатели линии Exd, как компактные Eco двигатели из оптимизированного сырья, которые находятся на стадии разработки и будут иметь необходимую мощность в меньшем габарите. Корпорация WEG уверена в том, что принципы проекта трехфазных электродвигателей W22 заложили фундамент для электродвигателей высочайшего мирового класса, у которых большое будущее.

Купить электродвигатель WEG Вы можете в компании СВ Альтера в головном офисе в Киеве или в нашем филиале.

Большой выбор и наличие на складе — весомые составляющие для того, чтобы купить электродвигатель WEG в компании СВ Альтера.

От самолётов к поездам

Полвека назад прошли испытания вагона на реактивной тяге

Вагон-лаборатория стал частью программы создания скоростных поездов. В середине шестидесятых годов в СССР был проведён ряд научно-исследовательских работ по определению параметров инфраструктуры для высокоскоростного движения. Одним из этапов должно было стать изучение взаимодействия колёс и рельсов на практике. Для чистоты результатов требовалось исключить влияние привода ведущих колёс. В стране не было ни тепловозов, ни электровозов, которые могли бы буксировать вагоны со скоростями 200 км/ч и выше. Самый быстрый поезд в Советском Союзе, соединявший Москву и Ленинград экспресс «Аврора», водил чехословацкий электровоз ЧС2м. Его максимальная конструкционная скорость была 180 км/ч. Было решено сделать вагон-лабораторию самодвижущимся и оснастить его авиационными реактивными двигателями, благо опыт подобных решений для железнодорожного транспорта уже был и в нашей стране, и за рубежом.

В 1920 году в СССР водитель из Томска Валериан Абаковский построил аэровагон собственной конструкции – на испытаниях летом 1920 года его скорость достигла 140 км/ч. В июле 1921 года аэровагон решили продемонстрировать в действии участникам конгресса Коминтерна – экстравагантный транспорт использовали для поездки делегации в Тулу. На обратном пути возле Серпухова аэровагон сошёл с рельсов на скорости примерно 80 км/ч. На борту было 22 человека, семеро из них погибли. В числе жертв был и сам конструктор. Валериану Абаковскому было всего 25 лет.

В Германии группа из восьми инженеров и 30 рабочих на предприятия Deutsche Reichenbahn в Ганновере построила аэровагон длиной около 25 метров, вмещавший до 40 пассажиров. За обтекаемую форму, напоминающую дирижабль, его назвали «рельсовым цеппелином». Двигатель BMW VI развивал мощность 600 л.с. и разгонял 20-тонный аэровагон до действительно авиационных скоростей – более 200 км/ч! В историю он вошёл благодаря установленному им рекорду скорости: 21 июня 1931 года он прошёл дистанцию в 257 км между Гамбургом и Берлином за 98 минут. Средняя скорость составила 230,2 км/ч – тогда это был мировой рекорд скорости на рельсах.

Интересно, что Круккенберг в дальнейшем попытался усовершенствовать свой вагон и сделал привод на колёса. Но модернизированный вагон уже не смог развить такую скорость, как с приводом от винта.

Впрочем, аэровагоны так и не нашли практического применения. Из-за наличия винта из них было невозможно формировать поезда.

На основе электропоезда

В СССР решение о создании высокоскоростной линии между Москвой и Ленинградом было принято в 1968 году. Специалисты отрасли приступили к созданию подвижного состава. И по заданию Госкомитета по науке и технике было начато проектирование скоростного вагона-лаборатории, который должен был стать главным инструментом для исследований.

Поскольку в вагоне необходимо было разместить немало измерительного оборудования, в качестве базы был выбран вагон электропоезда ЭР22 – он был предназначен для линий с высокой загрузкой и поэтому имел увеличенную по сравнению с обычными электропоездами длину, 24,5 метра, и три пары дверей. Это был последний изготовленный на Рижском вагонном заводе вагон этой серии – выпуск таких электропоездов прекратили в 1968 году и для так и не ставшего последним 67-го поезда успели сделать только два головных вагона. Один из них в 1970 году был доставлен в Калинин.

Поскольку СВЛ была необходима кабина, взяли именно головной вагон, который в обычных ЭР22 – моторный. Но в данном случае в моторных тележках не было необходимости, на Калининском заводе были установлены новые тележки, оснащённые дисковыми тормозами с двойным приводом – электропневматическим и пневматическим. СВЛ был необходим мощный стояночный тормоз, так как при запуске двигатели уже начинали развивать тягу, и надо было удерживать машину на месте. Тележки созданы специалистами Калининского завода и ВНИИВ на основе таковых для прицепного вагона ЭР22 и имели пневматическую подвеску. Изначально планировали использовать первые советские турбореактивные двигатели РД-45 от истребителя МиГ-15, но они весили почти 900 кг каждый, и в итоге конструкторы предпочли более современные двухконтурные АИ-25 от новейшего на тот момент пассажирского Як-40 с тягой по полторы тонны (15 кН) и массой менее 400 кг. Специалисты КБ А.С. Яковлева (тогда оно официально называлось Московский машиностроительный завод «Скорость») приняли участие в создании силовой установки для СВЛ и занимались их монтажом при сборке вагона-лаборатории в цехе опытных изделий КВЗ.

Для снижения аэродинамического сопротивления вагон получил обтекатели передней и задней части, а также панели, закрывающие ходовую часть. Здесь также не обошлось без участия авиационных специалистов – макеты вагона продували в аэродинамической трубе Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ). Для достижения результата, по словам главного испытателя СВЛ С.Н. Чижова, пришлось проверить 15 разных макетов. Результат был отличный – коэффициент аэродинамического сопротивления Сх был доведён до 0,252, это уровень современного спортивного автомобиля, которые как раз рассчитаны на скорости 250 км/ч и более. Обтекатели навесили поверх обычной конструкции, и стёкла кабины получились двойные. На крыше для защиты от горячих газов двигателя установлен специальный экран.

Аэродинамический элементы удлинили вагон до 28 метров. Масса СВЛ достигла 59,4 тонны, из которых шесть тонн составлял запас керосина для двигателей. Этот запас топлива, по словам одного из авторов проекта М.И. Натовича, обеспечивает пробег около 1 тыс. км.

Во втором салоне вагона был установлен дизель-генератор для освещения и отопления, а также питания оборудования, в том числе компрессора пневмопривода тормозов. Кабина машиниста имела обширный комплект приборов.
В первое время вагон был окрашен так же, как и ЭР22, – красный низ и кремовый верх. Затем был перекрашен в сочетание голубого и серого цветов.

Авиапремьера на рельсах

Статья в «Гудке» полвека назад называлась «Авиапремьера» на рельсах». И для вагоностроительного завода это действительно была авиационная премьера, настолько необычен был этот проект.

Вагон был готов 20 октября 1970 года. О его первом запуске вспоминает Александр Резников, участник разработки, создания и испытаний СВЛ: «Прозвучала команда «Запустить двигатели!». Однако предварительно надо было затормозить вагон служебным тормозом, так как в противном случае от нарастающей силы тяги двух двигателей вагон не устоял бы на месте. По команде «Старт!» машинист Михаил Непряев отпустил тормоза, и вагон начал движение, заметно ускоряясь. А впереди уже виднелись заводские ворота, и надо было сбрасывать тягу двигателей и производить торможение». Так что в своих первых поездках СВЛ проходил лишь несколько сотен метров. Но и этого было достаточно, чтобы оценить динамику – за 10–15 секунд вагон набирал скорость в 50 км/ч. Кстати, вторым членом первого экипажа СВЛ был авиамеханик Алексей Лозов. Они же проводили испытания СВЛ и на других дорогах.

После окончания обкатки в ноябре 1970 года создатели СВЛ вывели вагон на подъездные пути, прилегающие к станции Калинин. В 1971 году на перегоне Голутвин – Озёры СВЛ разогнали уже до 187 км/ч – это был предел, поскольку на этой линии было слишком много криволинейных участков. Поэтому он отправился на Приднепровскую железную дорогу для испытаний на максимальных скоростях. На участке между Новомосковском и Днепродзержинском СВЛ в феврале 1972 года достигает расчётной скорости 250 км/ч.

В статье В. Черткова, опубликованной в «Правде» 7 марта, директор ВНИИ вагоностроения Георгий Алексеевич Казанцев рассказывает уже о «Русской тройке» – трёхвагонном скоростном поезде, в котором использовались наработки, полученные при испытаниях СВЛ: «Поезд может сохранять устойчивость даже при скоростях до 360 км/ч».

Скоростной вагон-лаборатория проходил испытания до 1975 года, после чего вернулся на Калининский вагоностроительный завод. Программа была полностью выполнена, и полученные результаты были использованы про создании советских скоростных поездов – ЭР200 и «Русская Тройка».

Отслуживший своё СВЛ года стоял у станции Дорошиха и сильно обветшал. В конце девяностых рассматривалась передача его в музей в Санкт-Петербурге, но это было признано невозможным в силу очень плохого состояния реликвии. Лишь в 2008 году, к 110-летию теперь уже снова Тверского вагоностроительного завода, из вагона сделали памятник – его переднюю часть с мотогондолами отреставрировали и оформили как вагон, выезжающий из тоннеля. Теперь СВЛ можно увидеть в сквере Вагоностроителей в Твери.

Справка «Гудка»
Рекорд скорости для рельсового транспорта в лабораторных условиях установила ещё в 1928 году ракетная дрезина RAK.3, построенная Фридрихом Зандером и Фрицем фон Опелем. В единственном успешном заезде она достигла 254 км/ч (по другим данным, даже 280 или 290 км/ч), но на борту не было человека, и это была, по сути, просто ракета на колёсах. Последующие попытки улучшить достижение были безуспешными – RAK.3 потерпела крушение.
Более эффективным примером использования реактивной тяги стал американский самоходный вагон-лаборатория М-497 Black Beetle в 1996 году. Как и СВЛ, американский реактивный вагон сделали для оценки перспектив скоростного движения. Поэтому и испытывали его на обычной, не подготовленной линии между Батлером (штат Индиана) и Страйкером (штат Огайо) – это практически идеальная прямая длиной 37 км, на которой тогда почти не было движения.
Вагон был сделан из автомотрисы фирмы Budd – сняли дизель и трансмиссию, а на крышу поставили два реактивных двигателя General Electric J47 от бомбардировщика B-36. Тяга двигателей составляла 23 кН, и они смогли разогнать 50-тонный вагон до скорости 295,6 км/ч. Для улучшения аэродинамики носовая часть получила обтекатель, и за его форму журналисты назвали вагон Black Beetle («Чёрный жук»).
Создавшая M-497 компания New-York Central Railroad приняла решение о слиянии с Pennsylvania Railroad, которая развивала проект скоростного электропоезда Metroliner, получивший поддержку Департамента транспорта, так что эксперимент решили прекратить. Реактивные двигатели сняли, обычный привод вернули, и вагон ещё более 10 лет работал на пригородных линиях. Metroliner начал рейсы между Нью-Йорком и Вашингтоном в 1969 году со скоростями до 180–190 км/ч.

Двухцилиндровый оппозитный двигатель объемом 1250 куб.см. с технологией BMW ShiftCam.

Новое поколение двухцилиндрового оппозитного двигателя с новой технологией BMW ShiftCam. Благодаря изменяемым фазам газораспределения новый двигатель более отзывчив тяговит во всем диапазоне – но особенно существенная прибавка пришлась на низкие обороты. Помимо этого, мотор стал работать еще более плавно и экономично – никогда еще наш традиционный оппозитный двигатель не был столь эффективен. А еще вы просто обязаны послушать этот двигатель – звучит он потрясающе.

Сердце.

Сердце.

Впервые на двигателях BMW Motorrad применена технология BMW ShiftCam, которая позволяет изменять фазы газораспределения и высоту подъема впускных клапанов. В сердце этой технологии – распределительный вал с двумя парами кулачков на каждый клапан. Поэтому у двигателя будто бы два распредвала: один используется при частичных нагрузках и еще один – при полной.

Полная вовлеченность в процесс управления.

Полная вовлеченность в процесс управления.

Та часть профиля распределительного вала, которая используется при частичных нагрузках, создана для плавной и экономичной работы двигателя – а вторая, используемая при полной нагрузке, позволяет добиться максимальной отдачи. Благодаря сдвигу вала вдоль своей оси впускные клапаны по-разному открываются в зависимости от оборотов и нагрузки. Переключение осуществляется кулисой с электромеханическим актуатором.

Кулачки распредвала для полной загрузки позволяют максимально открыть впускные клапаны.

Кулачки распредвала для частичной загрузки оптимизируют время и высоту подъема клапанов для максимально эффективного сгорания рабочей смеси.

Эффективное сгорание рабочей смечи.

Эффективное сгорание рабочей смечи.

Благодаря разной геометрии распределительных валов мы получили возможность изменять геометрию впускного канала. Часть распредвала, которая задействована при работе под полной нагрузкой, обеспечивает максимальную высоту подъема клапанов – а другая часть, использующаяся при частичных нагрузках, обеспечивает их меньший подъем высоту. Кроме того, в этом случае левый и правый впускной клапаны открываются на разную высоту и в разные фазы. Благодаря этому топливно-воздушная смесь сильнее завихряется – а это ведет к высокой эффективности сгорания и меньшему расходу топлива.

Оптимальная смазка, оптимальный впрыск топлива.

Оптимальная смазка, оптимальный впрыск топлива.

Если вы увеличиваете мощность и крутящий момент, вы должны позаботиться об оптимальной смазке двигателя. Естественно, мы это сделали: оба поршня охлаждаются снизу распыленной струей масла; кроме того, система смазки двигателя имеет переменную производительность, которая оптимизирована для разных условий и режимов вождения. Цифровой блок управления двигателем BMS-O также новый. Этот компактный и легкий модуль позволяет полностью последовательный впрыск. За приготовление оптимальной рабочей смеси отвечает инжектор с 52-миллиметрвоой дроссельной заслонкой. Новые двухструйные инжекторы обеспечивают еще более плавную работу и низкие выбросы в атмосферу.

Промежуточный вал для компенсации вибраций.

Промежуточный вал для компенсации вибраций.

Как и предыдущий оппозитный двигатель, новый мотор имеет балансирный вал, устраняющий нежелательные вибрации. Он представляет собой полый промежуточный вал, внутри которого вращается ведущий вал двигателя. Это позволяет добиться низкого уровня вибраций во всем диапазоне оборотов. При этом сохранился характер знаменитого оппозитного мотора BMW. Более того – он стал еще мощнее: при рабочем объеме 1254 кубических сантиметра двигатель нового поколения развивает 100 кВт (136 л.с.).

«Эффективное коммерческое изделие»: в чём особенность первой российской ракеты-носителя на метановом топливе

Российский метановый двигатель, который создаётся для нового семейства ракет-носителей среднего класса «Амур-СПГ», можно будет использовать до 50 раз. Об этом говорится в техническом задании по созданию силовых агрегатов следующего поколения госкорпорации «Роскосмос», размещённом на сайте госзакупок.

«Возможность не менее десяти использований серийного образца ЖРД (жидкостного ракетного двигателя. — RT) в составе первой ступени РН (ракеты-носителя. — RT). Рассмотреть мероприятия для увеличения возможности использования серийного образца ЖРД в составе первой ступени РН до 25, 50 раз», — сообщается в документе.

Как полагают в «Роскосмосе», использование сжиженного природного газа (СПГ) в космическом ракетостроении является общемировым трендом. К преимуществам метанового топлива относят его дешевизну, доступность и простоту хранения. В качестве окислителя ракетного топлива планируется использовать кислород.

По словам экспертов, Россия обладает серьёзным научно-технологическим заделом в области метановых двигателей.
Как отметил в беседе с RT руководитель Института космической политики Иван Моисеев, первые проекты в этом сегменте появились в СССР ещё в 1970-е годы, но не получили широкого распространения, в отличие от США.

«Если мы исходим из того, что многоразовые ракеты предпочтительнее, то выбор в пользу метана представляется вполне логичным. По сравнению с кислородно-керосиновыми двигателями у метановых изделий немного выше удельный импульс и они проще в эксплуатации. В таком деле, как многоразовые пуски, имеют значение любые, даже небольшие улучшения», — пояснил Моисеев.

Основатель портала Military Russia Дмитрий Корнев, в свою очередь, считает крайне важным, что «Роскосмос» решил использовать СПГ — топливо, темпы производства которого Россия стремительно наращивает.

«Метан — один из основных компонентов природного газа, которого в РФ очень много и который здесь можно добывать буквально в неограниченных объёмах и очень недорого, тем самым значительно снижая стоимость любого запуска. Метановый двигатель отличается высокой эффективностью и весьма скромной стоимостью», — отметил Корнев в разговоре с RT.

«Безотказная, как автомат Калашникова»

«Амур-СПГ» — первая российская ракета на сжиженном природном газе, основу которого составляет метан. Изделие создаётся для поэтапной замены применяемого сейчас семейства носителей «Союз-2» («Русь»), которые летают на керосине и жидком кислороде.

В материалах «Роскосмоса» говорится, что «Амур-СПГ» получит ряд технических особенностей, «наиболее полно отвечающих мировым тенденциям и требованиям разработчиков».

«В частности, в конструкции ракеты будет проработана возможность применения передовых технических решений и материалов: глубокое дросселирование второй ступени, увеличенный головной обтекатель, топливные баки из композиционных материалов, использование новых сплавов и др.», — сообщается на сайте госкорпорации.

Контракт на разработку «Амур-СПГ» между «Роскосмосом» и Ракетно-космическим центром «Прогресс» (Москва) был подписан в октябре 2020 года. Новая ракета будет иметь возвращаемую первую ступень и многоразовые жидкостные двигатели, которые создаются в Конструкторском бюро химавтоматики (Воронеж).

Взлётная масса «Амур-СПГ» составит около 360 т, высота — 55 м, диаметр — 4,1 м, тяга двигателей — 100—110 т, полезная нагрузка в одноразовом варианте — 12,5 т, в многоразовой модификации — 10,5 т. Первая ступень ракеты будет вмещать пять двигателей РД-0169А, вторая — четыре силовых агрегата РД-0169В.

«Амур-СПГ» превзойдёт «Союз-2» по грузоподъёмности и будет значительно проще в сборке — в этом изделии будет как минимум в два раза меньше комплектующих. По оценкам отраслевых институтов, общее количество деталей в новой ракете — порядка 2 тыс. единиц против 4,5 тыс. в предшественнике.

«В результате мы существенно упрощаем конструкцию и уменьшаем число сборочных единиц. Это важно с точки зрения надёжности, а мы бы хотели, чтобы у нас ракета была безотказной, как автомат Калашникова», — заявил в октябре 2020 года в интервью ТАСС исполнительный директор «Роскосмоса» по перспективным программам и науке Александр Блошенко.

Высокую надёжность «Амур-СПГ» планируется обеспечить за счёт интеграции в первую ступень технологии так называемого горячего резервирования. Суть новации заключается в том, что при выходе из строя одного двигателя остальные силовые установки начинают наращивать мощь в автоматическом режиме, обеспечивая нормальное продолжение полёта.

Надёжность «Амур-СПГ» благодаря существенному сокращению количества комплектующих и функции горячего резервирования должна достичь 0,99. При этом на сегодняшний день стандарт безотказности для большинства ракет-носителей не превышает 0,98.

Как написал в январе на своей странице в Facebook глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин, запуски «Амур-СПГ» будут осуществляться со стартового стола, который появится в ходе строительства третьей очереди космодрома Восточный. Новый этап работ на объекте в Амурской области планируется начать в 2022 году.

«Задача ЦЭНКам (центрам эксплуатации наземной и космической инфраструктуры. — RT) поставлена разработать крайне простой и дешёвый в эксплуатации старт для «Амура». Конечно, он станет элементом третьей очереди», — сообщил Рогозин.

Топливо для заправки семейства «Амур-СПГ» будет поставляться газоперерабатывающим комплексом ПАО «Газпром», который сейчас возводится в городе Свободном, примерно в 45 км от Восточного. По состоянию на конец октября завод был построен на 67,1%.

Как ожидают специалисты «Роскосмоса», первая ступень «Амур-СПГ» будет возвращаться на сухопутные посадочные площадки, которые будут установлены после проведения соответствующих расчётов.

В октябрьском интервью ТАСС главный эксперт департамента перспективных программ «Роскосмоса» Игорь Пшеничников рассказал, что, скорее всего, часть площадок будет смонтирована в районах, куда сейчас падают ступени от ракет «Союз-2».

«Уже понятно, что посадочных площадок будет несколько, в том числе на самом Восточном. Несколько площадок будут располагаться на территории Хабаровского края, ближе к побережью Охотского моря», — добавил Пшеничников.

«Под заданную стоимость»

Проект «Амур-СПГ» получил высокую оценку Илона Маска — основателя американской компании SpaceX, которая специализируется на изготовлении многоразовой ракетно-космической продукции. В октябре на своей станице в Twitter он назвал заключение контракта на создание нового носителя «шагом в правильном направлении».

Предполагается, что первый пуск «Амур-СПГ» может состояться в 2025—2026 годах. Предполагается, что к этому времени КБ химавтоматики выполнит контракт на создание метанового двигателя. Коммерческая стоимость запуска одной ракеты-носителя, по словам Александра Блошенко, составит $22 млн.

«Впервые мы проектируем ракету под заданную стоимость, минимальная цена пусковой услуги составит $22 млн. Более того, поскольку цель всей этой работы — создать эффективное коммерческое изделие, то в проект закладывается разработка на этапе эскизного проектирования развёрнутого бизнес-плана», — отметил Блошенко.

Между тем, как заявил в комментарии RT научный сотрудник Института космических исследований РАН профессор Олег Вайсберг, успешная реализация проекта «Амур-СПГ» позволит достаточно быстро окупить затраты на изготовление ракеты-носителя и метановых двигателей.

«Многоразовый принцип с посадкой первой ступени после старта, как я предполагаю, даст возможность экономить примерно 10% средств, если отталкиваться от нынешнего объёма расходов. То есть, условно говоря, за десять пусков ракета полностью окупится. Это будет очень хорошим результатом», — подчеркнул Вайсберг.

Двигатель 2021