МУЛЬТИПЛИКАТОРНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ СТАРТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ КОСМОДРОМОВ

28 марта 1999 года из экваториальных широт Тихого океана был осуществлен успешный пуск ракеты-носителя «Зенит», которая вывела на геостационарную орбиту космический аппарат. Пуск был проведен со стартового комплекса морского базирования, располагающегося на плавучей платформе, способной самостоятельно передвигаться в акватории мирового океана. Таким образом вступил в стадию реализации крупный международный космический проект «Морской старт», работы по которому велись с 1993 года. В ходе выполнения этого проекта уже проведен ряд успешных запусков космических аппаратов.

На сегодняшний день реализован ещё один значительный проект – «Рокот», конечной целью которого является выход на международный рынок космических услуг с предложением вывода на околоземные орбиты коммерческих космических аппаратов с космодрома «Плесецк».

В рамках реализации этих проектов потребовались центробежные компрессоры, обеспечивающие заданные параметры работы систем термостатирования стартовых комплексов космодромов. Компрессоры подают сжатый воздух на турбодетандеры, где в процессе расширения происходит захолаживание воздуха. Холодный воздух подается на борт ракеты-носителя и выводимого в космос объекта для термостатирования отделений и отсеков.

В качестве разработчика компрессорной техники в этих проектах участвует ЗАО «Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров» (ЗАО «НИИтурбокомпрессор»). Оно предложило использовать в системах термостатирования мультипликаторные центробежные компрессоры (МЦК), сочетающие в себе эффективность процесса сжатия, компактность, удобства эксплуатации и обслуживания.

МЦК представляет собой конструктивно объединенные в одно целое повышающую зубчатую передачу (мультипликатор) и рабочие ступени компрессора. Валы роторов компрессора при этом одновременно выполняют функции шестерён зубчатой передачи. Это делает возможной реализацию многовальной газодинамической схемы с разными частотами вращения валов (рис. 1). Выбором диаметров шестерен ведомых валов обеспечиваются оптимальные скорости для рабочих колес ступеней компрессора. Охлаждение газа после каждой ступени в многоступенчатом МЦК увеличивает его изотермический КПД.

По договору с ОАО «Криогенмаш», являющегося разработчиком и изготовителем системы термостатирования стартового комплекса в проекте «Морской старт», ЗАО «НИИтурбокомпрессор» совместно с ОАО «Казанькомпрессормаш» спроектировали, изготовили и поставили четыре компрессора Аэроком 43-120/9 ОМ5 (рис.2) со следующими параметрами:

Этот МЦК смонтирован с электродвигателем на общей раме, выполняющей одновременно роль масляного бака. Собственно компрессор агрегатирован из двух модулей, каждый из которых имеет по 2 рабочие ступени. В каждый модуль встроено по два компактных газоохладителя из медных трубок с внутренним оребрением, омываемых снаружи охлаждаемой водой.

В рамках работ по программе «Рокот» ЗАО «НИИтурбокомпрессор» заключило с поставщиком системы термостатирования стартового ракетного комплекса договор на разработку и поставку МЦК Аэроком АА-250/9Д с дизельным приводом. Применение дизельного двигателя в качестве привода компрессора объясняется, в данном случае, требованиями Заказчика по обеспечению полной автономности функционирования системы термостатирования. Изготовленный в ОАО «Казанькомпрессормаш» МЦК, был поставлен заказчику в 2000 году. Основные технические параметры компрессора Аэроком АА-250/9Д (рис.3):

- объемная производительность при условиях всасывания, м3/мин

- давление всасывания, МПа 0,0996

- давление нагнетания, Мпа 0,89

- температура всасывания, 0С 20

- температура нагнетания, 0С 35

- мощность привода, кВт 1600

Данный МЦК с 4-мя ступенями сжатия вместе с газоохладителями установлен на раме-маслобаке. Привод – дизельный двигатель мощностью 1600 кВт, изготовленный немецкой фирмой «MTU», устанавливается на отдельной раме. Газоохладители вынесены за пределы собственно компрессора и установлены в своих корпусах. Трубные пучки газоохладителей имеют медные трубки, оребренные снаружи. Внутри трубок протекает вода, а охлаждаемый газ проходит между трубок. Такая конструкция газоохладителей упрощает очистку трубок при профилактической работе.

Надежность МЦК прежде всего связана с качеством изготовления зубчатого зацепления. Опыт изготовления высокоскоростных – до 115 м/сек, высокоточных, зубчатых зацеплений на ОАО «Казанькомпрессормаш» составляет более 20 лет. В компрессоре Аэроком 43-120/9 ОМ5 ведущее зубчатое колесо работает в контакте с шестернями, расположенными на «жестких» роторах, работающих до первой критической частоты вращения. В компрессоре Аэроком АА-250/9Д аналогичное зубчатое колесо взаимодействует с шестернями, расположенными на «гибких» роторах. В компрессорах ЗАО «НИИтурбокомпрессор» зубчатые колёса с диаметром свыше 700 мм успешно применялись в условиях работы как с «гибкими» роторами, так и с «жесткими», с передаваемой мощностью в одном зацеплении до 1500 кВт.

Большое значение, наряду с обеспечением высоких эксплуатационных характеристик, имеют преимущества и удобства, получаемые Заказчиком при монтаже и эксплуатации изделия. Компоновка мультипликатора, ступеней сжатия, газоохладителей, а для машин малой и средней производительности и привода в едином блоке дает существенный выигрыш в габаритах и обеспечивает максимальную заводскую готовность при монтаже и пуско-наладочных работах, относительно малые капитальные затраты. Вспомогательные агрегаты, как, например, система маслоснабжения, технологические трубопроводы, арматура и т.д. устанавливаются в пределах опорной рамы-маслобака и вместе с компрессором образуют комплектный узел. Компрессорный агрегат отправляется на место монтажа в качестве готового транспортного блока.

Компрессоры имеют пониженный уровень шума, во многом обусловленный компоновочным решением расположения газоохладителей. Установленные по периметру собственно компрессора они служат своего рода щитом от таких источников звукового давления как мультипликатор и рабочие ступени.

Процесс контроля параметров и работы компрессоров Аэроком 43-120/9 ОМ5 и Аэроком АА-250/9Д полностью автоматизирован. Предусмотрена защита от работы на аварийных режимах.

В конструкциях этих машин применен ряд эффективных технических решений, защищенных патентами РФ.

В настоящий момент ЗАО «НИИтурбокомпрессор» принимает участие в создании нового комплекса «Ангара» на космодроме «Плесецк», который позволит выводить на околоземную орбиту тяжелые космические аппараты, аналогичные запускаемым с космодрома «Байконур». В рамках этого проекта будут использованы центробежные компрессоры производительностью 250 м3/мин и давлением нагнетания до 1,6 МПа.

Разработанные в ЗАО «НИИТурбокомпрессор» параметрические ряды МЦК и производственная база ОАО «Казанькомпрессормаш» позволяют в сжатые сроки обеспечить потребность потенциальных заказчиков в компрессорах с диапазоном производительностей 30 – 800 м3/мин и давлений нагнетания до 5 МПа.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004