Доклад Алексея Паркина "Новая компрессорная архитектура" на 83 заседании Русского отделения INCOSE, 13 ноября 2013г.

1. Архитектура новой
компрессорной системы:
Разработка компрессорной архитектуры для производства
серийных решений на базе 100 кВт-ного электродвигателя с
газодинамическими опорами ротора.
Опытное производство и экспериментальная отработка
модели холодильного центробежного компрессора.
(Предварительная презентация проекта)
Руководитель темы: А.Н. Паркин
Дата: 13.11.2013

2. ПРОДУКТОВАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ
•
•
•
•
•
•
Фреоновые холодильные машины на винтовых и турбокомпрессорах;
Аммиачные холодильный машины на винтовых компрессорах с
малой заправкой;
Центральные и автономные кондиционеры;
Системы термостатирования;
Специальный холодильные машины и энергетические установки
(бромисто-литиевые, пароэжекторные);
Транспортные климатические системы.
МАШИНА ХОЛОДИЛЬНАЯ 23МКТ50-2-3С
МАШИНА ХОЛОДИЛЬНАЯ 22МКТ50-2-3-С
УХМ-1 НА БАЗЕ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА ВБ30

3. Видение проектного результата
Требования
«снаружи»
Для осуществления процесса
необходимо
Средство формирования решения
«внутри» по «внешним» требованиям
Решение
«внутри»

4. Видение проектного результата
Диапазон возможных применений решения,
Группы требований,
Сегменты рынка
Требования
конкретного
Заказчика
Требования
другого
Заказчика
Архитектурное
решение
Модель для
конкретного
Заказчика
Модель для
другого
Заказчика
Набор осуществимых в рамках архитектуры конструкций

5. Именование проектного результата
Диапазон возможных применений компрессора,
Группы требований
«Компрессор»
Сегменты рынка
(Техническое задание)
Требования
конкретного
Заказчика
Требования
другого
Заказчика
Шифр: БЦКЛ-100
Компрессорная
архитектура
Модель для
конкретного
Заказчика
Шифр: БЦКЛ-100-1234
(Модель компрессора)
Модель для
другого
Заказчика
Шифр: БЦКЛ-100-5678
Набор осуществимых в рамках компрессорной архитектуры
конструкций – Набор моделей компрессоров

6. Выбор оптимальной архитектуры
Задача оптимального выбора архитектуры
сводится к отысканию такого её варианта, …
Диапазон возможных применений решения, требований и т.п.
… который обеспечивал бы удовлетворение моделями
Архитектурные максимально широкого круга функциональных требований, …
решения
… при минимальном количестве моделей.
Набор осуществимых в рамках архитектуры конструкций –
Моделей компрессоров

7. Артефакты разработки архитектуры
безмасляного центробежного
компрессора с прямым электроприводом
1. Элементы архитектуры:
Высокоскоростной электропривод
Система управления высокоскоростным электроприводом
Безмасляные подшипники
Элементы проточной части центробежного компрессора
Корпусные элементы
Прорабатываются в объёме пространственных
моделей, интерфейсов, основных зависимостей

8. Артефакты разработки архитектуры
безмасляного центробежного
компрессора с прямым электроприводом
2. Компоненты и взаимосвязи:
Принципиальные схемы
Пространственные, компоновочные решения
Газодинамические и тепловые расчёты

9. Артефакты разработки архитектуры
безмасляного центробежного
компрессора с прямым электроприводом
3. Размещение:
Исполнители работ
Изготовители элементов
Рынки сбыта

10. Признак завершения работ
по созданию новой архитектуры
Переход к разработке:
Рабочей документации
Изготовлению элементов
Работам отдельных специалистов

11. Основные стадии достижения
результатов проекта
Диапазон возможных применений решения,
Группы требований,
Сегменты рынка
Архитектурное
решение
Результаты R&D стадии проекта
Результаты инжиниринговой стадии проекта
Набор осуществимых в рамках архитектуры конструкций –
Моделей компрессоров

12. Результаты R&D стадии проекта
- Параметризованная 3D-модель на
изменяемые элементы компрессорной
архитектуры:
Элементы проточной части компрессора: рабочие колёса,
диффузоры, направляющие лопаточные аппараты, обратные
направляющие аппараты, сборные камеры и т.п.
- РКД на унифицированные элементы
компрессорной архитектуры:
Электродвигатель, узлы опор ротора, система управления,
преобразователь частоты

13. Результаты R&D стадии проекта
- Расчётная модель для определения
геометрических параметров изменяемых
элементов компрессорной архитектуры
Элементы проточной части компрессора: рабочие колёса,
диффузоры, направляющие лопаточные аппараты, обратные
направляющие аппараты, сборные камеры и т.п.
- Шаблоны технологии изготовления, сборки,
наладки ответственных элементов и
компрессора в целом
Изготовление газодинамических (лепестковых) подшипников,
рабочих колёс и т.п.

14. Результаты R&D стадии проекта
- Шаблоны документации испытаний и
приёмки
- Принципиальные схемы конструктивных
решений, алгоритмы работы системы
управления
- Отчёт по «экономическим» параметрам разработки
- Оценка времени выпуска экземпляра в
разработаной архитектуре

15. Результаты инжиниринговой
стадии проекта
- Приложение разработанной
компрессорной архитектуры к целевой
модели:
- Выпуск рабочей документации для производства и
испытаний компрессора
- Создание прототипа модели серийного
холодильного компрессора
- Испытания прототипа модели серийного
холодильного компрессора

16. против
TТ350
БЦКЛ-100
Что общего?
Решения имеют схожие формулировки в функциональном описании:
безмасляные, высокоэффективные, центробежные, компрессорные и т.д.

17. Вчера
Сегодня
Унифицированная тяжёлая платформа
«Армата»
Тяжёлая гусеничная платформа для
создания ОБТ, БМП, БТР, САУ, БРЭМ и т.
д.
Танк Т-72 «Урал»
Десятки модификаций,
тысячные тиражи
выпуска, но
функционально танк
остаётся танком.

18. Безмасляный
высокоэффективный
двухступенчаный
центробежный холодильный
(фреоновый) компрессор с
прямым приводом от
встроенного электродвигателя
на активных магнитных
опорах, с регулированием по
частоте и закрутке потока на
входе в первую ступень, для
экономайзерных циклов
Безмаслянная
высокоэффективная
«компрессорная архитектура»,
на базе 100кВт-ного
встроенного электродвигателя
с частотным регулированием,
на «пассивных»
газодинамических опорах, с
возможностью реализации
процессов одно- и
двухступенчатого сжатия, в
том числе с промежуточным
подводом газа, для работы в
экономайзерном цикле
холодильной машины.

19. Безмасляный
Высокоэффективный
Безмасляная
Высокоэффективная
С прямым приводом от ~100 кВт-ного встроенного электродвигателя
С частотным регулированием производительности
Центробежный компрессор
Компрессорная архитектура
(частный случай компрессорной системы)
Фреоновый (R134a, R1234yf)
(частный случай газового)
Двухступенчатого сжатия с
промежуточным подводом пара
На активных магнитных
подшипниках
(«цифровое решение», сложно, дорого,
ненадёжно по причине обилия электроники,
датчиков и т.п.)
Газовая (R134a, R1234yf,
насыщенные углеводороды, их
смеси, неагрессивные газы и т.д.)
Одно- или двухступенчатого сжатия,
в зависимости от задачи, с
подводом пара во вторую ступень
На «пассивных»
газодинамических подшипниках
(«аналоговое решение»,
высокотехнологично, но экономично,
надёжно, при отработке технологии)

20. Напорно – расходная характеристика центробежного компрессора
Существенное расширение рабочего
диапазона без изменения геометрии
проточной части практически невозможно
Оптимальная
точка
Граница запирания
ца
пом
паж
а
Изолинии
частоты
Гра
ни
Напор (перепад давлений - бар)
Изолинии
КПД
Универсального
решения не
существует, возможно
только максимально
унифицированное
Расход (куб.м/ч, кг/с и т.п.)

21. «Холодильный
компрессор»
Граница запирания для
компрессорной архитектуры
Изолинии
КПД
Граница запирания для модели
компрессорной архитектуры
Грани
ц
компр а помпажа
ессор
д
ной а ля модел
и
рхите
ктуры
Границ
а помпа
жа для
компре
с с орн ой
архитек
туры
Напор
«Дожимной
компрессор»
Границы рабочей зоны показаны
условно, для компрессорной
архитектуры. Для каждой модели
границы обычные.
«Газодувка»
Изолинии
частоты
Расход

22. Модели одной
компрессорной
архитектуры:
БЦКЛ-100
БЦКЛ-100-123
«Дожимной
компрессор»
БЦКЛ-100-456
«Холодильный
компрессор»
БЦКЛ-100-789
«Газодувка»

23. Более широкий диапазон рабочих условий даёт возможность осуществить:
- Холодильную машину на отрицательные температуры с водяным
охлаждением конденсатора
- Тепловой насос для средней полосы, для работы при температурах до
минус 5°С
- Дожимной компрессор для установок фракционирования ПГ и ПНГ
- Низкотемпературную холодильную машину, на уровень температур до
минус 150 °С.
Все перечисленные решения осуществляются без потери достоинств
применения центробежных компрессоров:
- Высокая эффективность
- Отсутствие необходимости регулярного обслуживания
- Низкие уровни шума и вибрации
- Компактность оборудования

24. Напор
Оптимальная
точка
DTC TT350
При равной
потребляемой
мощности
Следствие
более
высокого КПД
В частности, для
модели
Оптимальная
точка
холодильного
ТК-0,35VG
компрессора, в
качестве
иллюстрации
примера воплощения
предлагаемой
компрессорной
архитектуры.
Изолинии
Изолинии
КПД
Граница
запирания
Границ
а
помпаж
а
частоты
Возвращаемся к
анализу
состояния по
чеклистам
Расход

25. Спасибо за внимание!
Вопросы приветствуются.
Тема НИОКР:
Архитектура новой
компрессорной системы:
(Предварительная презентация проекта)
Руководитель темы: А.Н. Паркин
Дата: 13.11.2013