Аморфная лента Ашинского метзавода и будущее энергетики

2W5zFG3DUba

Новая технология открывает дорогу целому ряду новых энергоэффективных решений

Ашинский металлургический завод укрепляет позиции технологического лидера, сочетая собственные научные разработки с кооперацией с ведущими научными центрами. В 2023 году перед специалистами предприятия была поставлена задача: исследовать возможность применения аморфной ленты в серийных электродвигателях. Двухлетняя работа привела к созданию технологии, которая может стать прорывной и изменить всю отрасль.

Актуальность исследований Ашинского метзавода, одного из крупнейших производителей аморфных материалов в постсоветском пространстве, в данном направлении основывается на общемировом тренде на энергосбережение и развитие энергосберегающих технологий. Согласно оценкам экспертов, на электродвигатели приходится до 45% мирового потребления электроэнергии, что подтверждается исследованиями МЭА и профильных организаций. Каждый процент повышения их эффективности способен сэкономить миллиарды киловатт-часов. Именно здесь аморфные материалы, разработанные ашинскими металлургами, открывают новые горизонты.

Во-первых, аморфная структура материала обеспечивает уменьшение электромагнитных потерь по сравнению с традиционной сталью 2421. Для электродвигателей это означает существенное повышение КПД - ценное качество для энергоемких применений. При этом немаловажно, что энергоэффективные двигатели имеют более длительный срок службы из-за относительно низкой рабочей температуры.

Во-вторых, благодаря меньшей плотности аморфных сплавов масса магнитопроводов существенно уменьшается, что открывает новые возможности для авиации и мобильных устройств, где каждый грамм на счету.

И в-третьих, уникальная микроструктура аморфного материала полностью исключает «зубцовый» эффект, характерный для традиционных сталей, обусловленный их кристаллической структурой. Двигатели работают без характерного гула и вибраций — критически важное преимущество для медицинского и высокоточного оборудования.

От идеи до практики

«По сути, аморфная лента, выпускаемая Ашинским метзаводом, - это материал, который превосходит традиционные решения в электродвигателях по всем ключевым параметрам», - отмечает Александр Стрюков, начальник центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ) - руководитель проекта.

В качестве партнера для проведения НИОКР было решено пригласить Передовую инженерную школу «Моторы будущего» Уфимского университета науки и технологий, которая обладает уникальным набором компетенций: здесь собраны ведущие специалисты по электромашиностроению, есть возможности для проведения математического моделирования моторов, собственная площадка сборки опытных электродвигателей и лаборатории, оснащенные всем необходимым для проведения стендовых испытаний электрических машин.

Та самая лента

На первом этапе исследований в моделях ЭД-БАС-4950/400 (для БПЛА) и ВСГ (для газотурбинных установок) двигателей стальные магнитопроводы были заменены на аморфные. Испытания подтвердили: двигатели с аморфными магнитопроводами работают и имеют преимущества перед изделиями из традиционного материала. То есть, двигатель запускается, работает под нагрузкой и не перегревается - все как с обычной сталью. Но при этом энергии теряет меньше (КПД выше), весит легче, работает практически бесшумно. Эти выводы подтвердили целесообразность и перспективность дальнейших разработок.

С целью раскрыть полный потенциал технологии на втором этапе исследований проводились работы по оптимизации конструкции электродвигателя под аморфные материалы. По чертежам ПИШ «Моторы будущего», разработанным под руководством доктора технических наук, профессора Вавилова В.Е., группа специалистов Ашинского метзавода, в которую вошли Аверин Ф.В., Десяткин В.Ю. и Максимов Д.А., создала опытные магнитопроводы из аморфной ленты 1СР. Далее по уникальной технологии, разработанной университетом, была выполнена сборка опытной электрической машины и проведены стендовые испытания. На первых опытных двигателях с магнитопроводом из аморфных материалов получен результат, сопоставимый с характеристиками серийно-выпускаемого электродвигателя Maxon 397799 EC-4pole швейцарского производителя систем электропривода Maxon-motor. При близких массогабаритных параметрах в опытных двигателях достигнута бОльшая скорость вращения вала, за счет чего мощность двигателя увеличилась на 25%. Вследствие меньшей индуктивности и меньшего сопротивления сократились потери на обмотке, в том числе и в режиме холостого хода — это увеличило КПД на 4%. Опытные двигатели проще по конструкции, не имеют датчиков положения ротора, поэтому ожидаемая длительность безотказной работы у них больше. Важно также отметить, что конструкция магнитопровода статора без сложных геометрических элементов, упрощает процесс производства: в сравнении с классической технологией уменьшается количество операций, сокращается время сборки, снижается расход материалов, что в итоге уменьшает себестоимость изделия.

Этот проект - пример успешного сотрудничества науки и производства. Российским специалистам удалось не просто улучшить существующие технологии, а создать принципиально новое решение, способное изменить всю отрасль электротехники.

Будущее промышленности

Проведенные исследования уже вызвали живой интерес у промышленников - результатами заинтересовалось одно из предприятий, входящих в Концерн «Радиоэлектронные технологии». На переговорах на уровне руководителей предприятий обсуждались шаги, которые необходимо предпринять для достижения практически значимых результатов. В дальнейшем трехстороннее сотрудничество «наука - производство - потребитель» сформирует синергетический эффект и позволит быстро внедрить разработку в реальное производство, с учетом требований потребителей, создать полноценную технологическую цепочку в России.

«Данная технология открывает дорогу целому ряду новых энергоэффективных решений для самых разных отраслей промышленности - подчеркивает Константин Бакин, генеральный директор Ашинского метзавода. — И мы всерьез рассчитываем, что это только начало».

Массовое производство магнитопроводов из аморфных материалов для электродвигателей расширит ассортимент продукции Ашинского металлургического завода и приблизит Россию к лидерству на рынке энергоэффективных решений, где сегодня доминируют азиатские и европейские производители. Как показывает история, настоящие технологические прорывы рождаются именно на стыке науки, производства и дальновидного национально-ориентированного бизнеса.