ИЗОБРЕТАТЕЛИ
ИЗОБРЕТАТЕЛИ
Сергей уже имел 8-ти летний стаж работы конструктором в СКБ с ОП Института Атомной энергетики и увлекался изобретательством, к этому времени он уже был зав сектором вспомогательных систем АЭС и владел достаточной информацией о состоянии работ по АЭС на оригинальном теплоносителе и поэтому склонялся к мнению, что данная научно-техническая тематика Института атомной энергетики неперспективна. Поэтому, когда его пригласили работать в НПО «Центрифуга», он сразу согласился и перевелся на должность начальника экспериментально-конструкторской группы в научно-исследовательский отдел. Но оказалось, что группа состоит из двух человек самого Сергея и Володи-выпускника ХАИ, молодого конструктора, недавно демобилизованного из ВВС после двух лет срочной службы.
Конструкторской группе было поручено совместно с научными сотрудниками отдела решить проблему стабилизации вращения роторной системы центрифуги на воздушном подвесе и оптимизировать систему наддува воздушной опоры, включая разработку высоконапорных, малошумных вентиляторов. Оказалось, что новая система подвеса ротора центрифуги на воздушной опоре имеет склонность на рабочих оборотах переходить в низкочастотный автоколебательный режим, сопровождающийся ростом амплитуды колебаний, что приводило к пробою воздушного зазора, ударам вращающегося ротора о станину воздушной опоры, быстрому износу воздушной опоры и соответственно центрифуги имели низкую надежность работы.
Напарник Сергея Володя оказался инженером также с творческой жилкой, и они вдвоем стали активно искать решение по обеспечению демпфирования колебаний ротора. Наметилось три пути: механическое, аэродинамическое демпфирование и системы активного подавления колебаний с помощью магнитов управляемых по радиальным отклонениям ротора. Конечно, третий вариант был более перспективный, но сложный конструктивно и дорогой и им занимались инженеры - исследователи отдела.
По источникам научно-технической информации механическое демпфирование осуществлялось либо демпферами сухого трения, либо гидравлическими демпферами, но последние не могли использоваться также, как в обычных роторных системах, имеющих малую амплитуду колебаний. В центрифугах ротор имеет большой дисбаланс, который при осуществлении технологического процесса постоянно меняется. После нескольких попыток применения демпфера сухого трения конструкторы пришли к оптимальному варианту, в котором на валу выполнялся сферический выступ, который входил в цилиндрическую втулку плоского диска, а диск с двух сторон был зажат сухарями, почти также как у современных дисковых тормозов. Испытания демпфера сухого трения дали обнадеживающие результаты, автоколебания ротора исчезли, но при длительной работе наблюдался существенный износ пары сухого трения и её сильный нагрев.
Конструкторы, стали экспериментировать с воздушной опорой, используя технические решения из газостатических подшипников, выполняли карманы на статоре воздушной опоры, но процесс гашения колебаний был нестабильным. Попробовали закручивать воздушный поток на входе в воздушный зазор против вращения ротора и гашение автоколебаний было уже стабильным, однако это решение не тянуло на уровень изобретения, так как было известным из области газостатических подшипников.
Со временем численность экспериментально-конструкторской группы увеличилась до 15 инженеров и конструкторов, но Сергей и Владимир сохранили свой изобретательский тандем. Вдвоем пробовали новые схемы наддува, заимствованные из аппаратов на воздушной подушке. Интересной схемой было подача воздуха в опору по кольцевому соплу, которая значительно снижала энергозатраты в системе наддува опоры, однако, радиальная жесткость воздушного зазора сильно упала, что усилило автоколебания ротора.
Следующей интересной работой была разработка высоконапорных центробежных вентиляторов. ЦАГИ в свое время выпустил книгу с отработанными схемами центробежных вентиляторов, из которой можно было брать схему с высоким коэффициентом напорности, пересчитывай на свои параметры и диаметр центробежного колеса и выпускай чертежи вентиляторов, но инженеры посчитали, что это слишком простой путь. Во-первых, создали аэродинамический стенд для испытаний вентиляторов и стали экспериментировать с разными вариантами вентиляторов. В результате разработали вентилятор с лопатками загнутыми назад, имеющими аэродинамический профиль, между лопатками разместили укороченные лопатки, которые в межлопаточном пространстве в два раза уменьшали диффузорность и, следовательно, устраняли отрывные течения на лопатках вентилятора, что существенно повышало КПД и снижало шумность вентилятора. Хотя такие схем вентиляторов известны, но удалось правильно сформулировать заявку на изобретение, и на данное техническое решение изобретатели получили авторское свидетельство СССР на изобретение.
С момента начала работы в НПО и ознакомления с воздушной опорой центрифуги Сергея удивляло то, что для работы воздушной опоры требовался большой расход сжатого воздуха, вентиляторы создавали большой шум. И эта не удовлетворенность, в конце концов, привела его к идее нового типа подвеса ротора центрифуги.
Известно из динамики роторных систем, что вращающийся неуравновешенный ротор стремится вращаться относительно своей главной оси инерции (ГОИ) и при вращении в жестких опорах типа шарикоподшипников, приводит к сильной вибрации станины и быстрому выходу из строя подшипников. Поэтому подвес центрифуг делают упругим, либо делают гибкий вал ротора, либо опоры делают упругими.
У Сергея возникла идея подвесить верхний подшипник центрифуги на тросах, а чтобы динамическая неуравновешенность не приводила к ударам на тросы, между наружной обоймой подшипника и тросами установить карданный шарнир. В опытном производстве заказал детали экспериментальной модели, карданный шарнир и тросы купил в магазине автозапчасти. Сам собрал установку и после работы испытал её, в начале, на уравновешенном роторе, затем на периферии ротора закрепил груз, служивший дисбалансом. Запустил электродвигатель и постепенно разогнал ротор до 5000 об/мин, в обоих случаях ротор вращался стабильно и видны были колебания подшипника и вибрация тросов. Тросовая подвеска обеспечивала низкую радиальную жесткость подвеса, карданный шарнир позволял ротору поворачиваться и ось вращения совмещалась с ГОИ. Затем Сергей установил на станине датчики вибраций. На больших оборотах сильно неуравновешенного ротора вибрация станины оказалась небольшой. Данную экспериментальную модель показал начальнику отдела, он, конечно, удивился такому тросово-карданному подвесу, но и ничего не сказал о развитии этого типа подвеса.
Сергея все же не до конца удовлетворяла конструкция тросово-карданного подвеса, вибрация тросов могла со временем привести к их обрыву и аварии центрифуги, в результате, пришла идея вместо тросов и шарикоподшипника ротор через карданный шарнир соединить с плоским гидростатическим подшипником. В магазине автомотозапчасти купил маленький масляный насос и в опытном производстве заказал детали плоского гидростатического подшипика и тяжелый ротор с отверстиями для крепления дисбалансных грузов. Собрал экспериментальную установку и опять же после работы проводил эксперименты на уравновешенном и неуравновешенном роторе с большим дисбалансом. Динамика роторной системы заметно улучшилась, исчезла вибрация подвески, только электродвигатель привода ротора создавал небольшую вибрацию, еле слышно жужжал масляный насос и быстровращающийся ротор создавал небольшой аэродинамический шум. Снова показал новый подвес руководству и опять нейтральная реакция.
На оба варианта Сергей подал заявки на изобретения от предприятия и, конечно, они попали на подпись генеральному директору. Вскоре Сергей почувствовал недоброжелательное отношение директора, он перестал здороваться и наедине назвал Сергея своим врагом, затем пару раз заходил в конструкторскую группу Сергея и делал разносы по неудовлетворительному ходу конструкторских работ по одному договору с предприятием Министерства общего машиностроения ( космическая отрасль).
Сергею стало ясно, что в НПО его новые подвесы центрифуги не будут использоваться, а его изобретательская деятельность делает проблематичной работу в НПО. Стал искать пути реализации своих идей, случайно узнал, что подвесами быстровращающихся роторных систем занимался академик АН СССР Александр Юльевич Ишлинский, по телефонному справочнику Академии наук узнал, что он является директором института проблем механики. Позвонил в приемную директора и удивился, что А.Ю. Ишлинский согласился встретиться с простым изобретателем и пригласил к нему приехать. Вскоре, Сергея направили в служебную командировку в Москву и, таким образом, он попал на прием к самому академику. Тот приветливо встретил, внимательно выслушал доклад о результатах экспериментальных работ по карданно-тросовому подвесу и подвесу с гидростатическим подшипником, сообщил, что представленные Сергеем технические идеи представляют научно-технический интерес и, предложил познакомиться с учеными АН УССР, занимающиеся карданными подвесами и дал направление на научно-техническую конференцию, на которой будут эти ученые из Киева. Также, Александр Юльевич направил Сергея к ученому секретарю Всесоюзного совета научно-технических обществ СССР, председателем которого был А.Ю. Ишлинский, чтобы тот содействовал научно-технической экспертизе изобретений Сергея для определения возможности внедрения нового подвеса в народное хозяйство СССР. В заключении он подарил Сергею свою книгу с дарственной надписью «Механика: идеи, задачи, приложения.-М. Наука.1985».
Сергей, воодушевленный такой теплой встречей со светилом академической науки в области механики, отправился к ученому секретарю ВСНТО, тот оформил направление на научно-техническую конференцию и предложил написать пояснительную записку по новым подвесам и затем ему переслать по почте.
На конференции Сергей познакомился с учеными из Киева, обменялись наработками и результатами исследований по карданным подвесам роторных систем. Оказалось, их подвес представляет собой двух-трех шарнирную конструкцию и применяется для тихоходных роторных систем, и они занимаются поведением такой роторной системы на разных режимах, строят математические модели и пишут научные статьи по данной теме, то есть они занимаются чисто научной работой без стремления внедрить результаты своих научных изысканий в народное хозяйство. На том и закончилось знакомство Сергея с учеными АН УССР. На пояснительную записку, отправленную в ВСНТО ответа так и не дождался. А тут из-за нервных перегрузок, связанных с конфликтом с гендиректором НПО «Центрифуга» у Сергея пошатнулось здоровье, пришлось уволиться и вернуться в родное СКБ с ОП, к тому времени разработку атомной станции прикрыли в связи с аварией на Чернобыльской АЭС, и в стране начался экономический кризис и разрушение СССР. Стране уже было не до изобретателей. Доктора наук и инженеры вынуждены были приспосабливаться к новым реалиям, чтобы выжить уходили на рынок, в торговлю, коммерцию, а кто похитрее и изворотливей ушли в бизнес.