Магнитные подшипники – энергоэффективное средство охраны окружающей среды

ОАО «ОДК-ГТ» - новый российский производитель полного комплекта магнитных подшипников, в состав которого входит опытная группа разработчиков и производителей МП. Участвуя в организации направления магнитных подшипников в России с самого начала, группа не меняла своего профессионального направления до сегодняшнего дня, что дало ей возможность приобрести значительный собственный опыт и перенять необходимый западный опыт проектирования, производства и использования специальных материалов и сталей для активных электромагнитных подшипников с аппаратурой управления. Этот продукт непосредственно связан с понятиями инновации, экологии и энергоэффективности. Будем строго придерживаться этих трех позиций в докладе, поэтому сначала о терминологии.

1. По определению, инновация, или по-русски нововведение - это внедрённое новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком. Инновация является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека.

В соответствии с этим определением, магнитные подшипники прямо относятся к инновационной технологии по крайней мере по двум причинам:

• В магнитных подшипниках используется принципиально новый принцип взаимодействия вращающихся и невращающихся частей по сравнению с традиционными подшипниками, который был опробован в 90-х годах. Это были магнитные подшипники, например, для гиродинов для станции МИР, для циркулятора атомных реакторов и т.п. Факт новшества налицо.
• Второй инновационный этап технологии - это внедрение цифрового регулирования с развитым сервисом, адаптированным к удобству службы эксплуатации. Отличие цифрового управления от аналогового дает не только количественные, но и качественные преимущества. Таким образом, и качественный рост эффективности присутствует. Рынком, как мы сейчас видим, магнитные подшипники также востребованы, хотя надо приложить значительные усилия, чтобы поднять доверие к ним на должную высоту.

2. Охрана окружающей среды, т.е. экология. Что дают магнитные подшипники в этом направлении, скорее всего, очевидно для всех вовлеченных в процесс, но еще раз перечислим эти преимущества:

• Транспортируемый газ остается чистым без загрязнения его следами масла.
• Полностью устраняется возможность загрязнения маслом территории станции за счет протечек, загрязнения при транспортировке и т.п.
• Улучшаются условия труда персонала за счет исключения контактов с маслом и, соответственно, исключения необходимости удаления отходов моющих средств.

3. Энергоэффективность. Эффективность применения магнитных подшипников в плане энергопотребления уже никем не подвергается сомнению. Можно просто еще раз констатировать принципиальные составные части суммарной энергоэффективности применения магнитных подшипников.

• Устраняются прямые механические потери на контактное трение в подшипниках. Обычно такие потери составляют 1-1,5% от мощности машины. Таким образом, для машины 16 МВт эти потери соответству ют примерно 160-240 кВт против 2-3 кВт, потребляемых аппаратурой управления. Кроме этого, менее 1 кВт теряется на электромагнитное трение в магнитных подшипниках. Разница примерно в 40-60 раз.
• Отсутствует необходимость подогрева масла в зимнее время на агрегатах, находящихся в резерве. Это десятки киловатт.
• Нет потерь на работу насосных установок для перекачки масла.
• Нет затрат на работы общестанционных систем маслоподготовки.
• Нет существенных капитальных затрат на трубопроводы и строительство зданий, емкостей для масла и т.п.

Перечисленные аспекты энергоэффективности мы получаем на любых системах магнитного подвеса, как аналоговых, так и цифровых. Они просто связаны с фактом реализации магнитных подшипников. Будем называть это постоянной составляющей энергоэффективности.

Однако, до настоящего времени редко рассматривается переменная составляющая энергоэффективности, т.е. составляющая, зависящая от качества системы магнитного подвеса. Например, если рассматривать аналоговую аппаратуру управления, то она долгое время оставалась неоптимальной, зависимой от внешней среды, сложно настраиваемой и т.п., что приводило, по данным служб эксплуатации, к частым аварийным остановам, а значит, к потерям значительного количества газа.

Неудобство в настройке аналоговых систем управления при коррекции параметров приводило к многочисленным пускам-остановам-перепайкам в машине, что стало уже характерным для этих систем.

Как показал опыт специалистов ОАО «ОДК-ГТ», существуют еще и возможности уменьшения энергопотребления магнитными подшипниками за счет изменения качества ПНР. То есть, это путь к увеличению переменной составляющей энергоэффективности, которая оказывается в результате сравнимой с ее постоянной составляющей. Перечислим их:

1. Современные правильно разработанные цифровые системы управления магнитными подшипниками с развитым интерфейсом позволяют настроить машину за значительно более короткое время, чем морально устаревшие аналоговые системы, да и не только аналоговые, т.е. экономится электроэнергия, рабочее время персонала (конечно, это относится не ко всем типам машин). Это обеспечивается за счет возможности оперативной коррекции параметров системы без вращения и без выключения аппаратуры управления. Для выполнения таких операций необходимо специальное программное обеспечение, позволяющее простым способом многократно менять параметры системы управления и снимать соответствующие амплитудно-частотные характеристики замкнутой многоканальной системы.
2. К настоящему времени на недавно прошедших ПНР двух разных машин с аппаратурой управления АМП-1 производства ОАО «ОДК-ГТ» на компрессорных станциях ОАО «Газпром трансгаз Югорск» в апреле этого года был опробован новый эксклюзивный метод настройки машины с МП, позволяющий передавать ее в эксплуатацию практически после одного-двух запусков.

Состоит этот метод в подстройке параметров системы управления магнитными подшипниками «на ходу», во время функционирования агрегата, например, «на кольцо» при различных скоростях вращения и степенях сжатия.

Здесь на Рисунке 1 показан процесс непрерывной настройки системы управления агрегата при повышении степени сжатия. На максимально возможной скорости для текущей ситуации персоналом станции постепенно увеличивается степень сжатия. При фиксации увеличения вибрации ротора производится снижение степени сжатия до приемлемой, затем параметры корректируются до нормализации уровней вибрации, и степень сжатия снова увеличивается.

Это итерационный процесс, но он не требует остановов машины.

Рисунок 1 - настройка системы «на ходу»

После настройки агрегат выдерживает степени сжатия, которые устраивают службу эксплуатации - Рисунок 2.

Рисунок 2 - агрегат в магистрали после настройки

Для такой специфической настройки необходимо иметь соответствующие программные средства и, кроме того, хорошее взаимодействие между сервисными службами и службой эксплуатации. Сервисные службы при этом должны быть подготовленными и достаточно квалифицированными, но это другая тема.

Как ни странно, именно такое взаимодействие сейчас обеспечить достаточно сложно. В последнее время доверие к СМП подорвано и перед нами всеми стоит задача его восстановить. Мы на себе почувствовали настороженность и недоверие служб эксплуатации на первом этапе ПНР. И только положительные и быстрые результаты тяжелой работы наших сотрудников позволили наладить рабочие взаимоотношения, которые позволяют внедрять новейшие методы настройки агрегатов. В результате сотрудники станции почувствовали на себе преимущества и процесса настройки агрегата и существенное уменьшение сопроводительных работ в процессе дальнейшей эксплуатации системы.

Выводы.

Таким образом, энергоэффективность систем магнитного подвеса достигается за счет:

1. Отсутствия оборудования, необходимого для традиционных подшипников.
2. Отсутствия значительных потерь при эксплуатации.
3. Экономии газа на остановы.
4. Уменьшения времени настройки - прямая экономия не всегда эффективного расхода энергии.
5. Экономии рабочего времени персонала, что также опосредованно относится к энергоэффективности.
6. Меньшего количества необходимых регламентных работ, т.е. увеличения эффективности использования агрегата в целом.

Все эти слагаемые энергоэффективности позволяют сделать вывод о значительном вкладе магнитных подшипников в улучшение экологии и увеличение энергоэффективности агрегатов при оптимальном подходе к их проектированию, производству и ПНР. Наша задача и состоит в том, чтобы обеспечить оптимальный подход ко всем этапам дальнейшего внедрения в промышленность отечественных магнитных подшипников.