ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Организация производства дизель-стартер-генераторной установки с высокими массоэнергетическими показателями ДСГУ8-П/28.5-2-М1

Рекомендуемая область пременения

Подразделения МЧС, резервный источник питания медицинских учреждений, источник бесперебойного питания в составе ветроэнергетических установок, изделия спецтехники, бытовое применение.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение – наладка мелкосерийного производства дизель-стартер-генераторной установки с высокими массоэнергетическими показателями.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Автономные источники электрического питания (АИП) на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют длительную историю своего развития.

В настоящее время наметился новый устойчивый подъем в развитии  АИП. Это обусловлено несколькими факторами.

1 АИП составляют основу электропитания автомобилей. Конкуренция на автомобильном рынке резко возросла. Идет жесткая борьба различных технических служб за подкапотное пространство. В этих условиях резко возросли требования  к массоэнергетическим показателям стартера и генератора и к качеству электроэнергии АИП.

2 Проблемы стабильного электроснабжения в России в последнее время обострились. По ряду регионов прокатилась волна веерных отключений. Эта обстановка повысила интерес ряда служб (в частности медицинских, аварийно-спасательных , военных ) к АИП. Решение этого вопроса идет в различных направлениях, в частности в разработке АИП на базе ДВС на ряд мощностей от 10 до 300 кВт.

3 В последнее время военным системам и системам специального назначения дан новый импульс в развитии. На уровне Российского правительства  заявлено о том, что развитие этих систем вновь ставится под государственный контроль. Требования к АИП морского, воздушного и наземного базирования  возросли порой на столько, что их уже невозможно удовлетворить в рамках известных инженерных решений . Требуются новые научные исследования и разработки.

Можно указать еще несколько направлений, в которых проявлен интерес к АИП. Но и приведенные примеры показывают, что развитие АИП на базе ДВС является весьма актуальной задачей, как в научной, так и в инженерной практике. Зарубежные аналоги не имеют существенного преимущества по техническим параметрам перед отечественными.

Так прототип импортного производства GE 10000 SXC-EAS имеет мощность 8 кВт, 344 кг, коммерческую цену 250 тыс. руб (цена указана поставщиком г. С-Петербург, (812) 346-59-85).

Отечественный аналог, отмеченный выше, производства ОАО «Электроагрегат» г. Новосибирск  при мощности 8 кВт имеет массу 230 кг и цену 245 тыс. руб.

Несколькими заказчиками, которые занимаются разработкой изделий  для спецтехники, была поставлена задача снизить массу дизель-электрической установки 8 кВт до 125 кг при снижении стоимости до 160-180 тыс. руб применительно к существующему уровню цен. При этом необходимо повысить качество выходного напряжения, надежность и ресурс установки.

Решить данную задачу путем совершенствования существующих АИП практически невозможно. Нужны новые научные концепции и инженерные подходы.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

В предлагаемом проекте основные функции АИП, такие как стартерный режим и генераторный режим со стабилизацией напряжения, оставлены без изменения. Но реализация этих режимов выполнена на основе уникальной электрической машины, которая , используя свойство обратимости, реализует и стартерный и генераторный режим, в отличии от существующих АИП, которые для этого две отдельных электрических машины.

Представленная выше задача реализуется в рамках данного инновационного проекта. Кроме этого существует реальная перспектива развить предлагаемые концепции на ряд энергетических установок на мощность от 3 до 300 кВт и вытеснить с отечественного и зарубежного рынка импортные аналоги за счет цены и качества.

Реализация поставленной цели невозможна без комплексного решения научных проблем и инженерных задач.

Перечислим предлагаемые научные концепции, за счет которых планируется решить поставленную задачу:

1.   Существующие установки для запуска ДВС и выработки электроэнергии содержат две электрические машины: стартер и генератор. Некоторые установки содержат еще маломощный генератор для зарядки аккумуляторной батареи. Предлагается , используя свойство обратимости электрической машины использовать одно устройство – стартер-генератор оригинальной конструкции, не имеющей аналогов.

2.  В качестве генераторов в существующих установках используются генераторы с электромагнитным возбуждением через контактные кольца. Это снижает надежность и долговечность. Такие генераторы имею повышенный объем и вес. Предлагается использовать бесконтактный генератор комбинированного возбуждения ( с постоянными магнитами и обмоткой возбуждения) со стабилизацией напряжения по цепи возбуждения. На предлагаемую конструкцию генератора имеется патент Российской федерации №2244996.

3.  Существующие стартер-генераторные установки для стартерного режима используют электронный коммутатор. Пусковые токи при напряжении АКБ 12-24 В составляют около 1000 А. Известно, что стоимость силового электронного ключа определяется из расчета :1 А соответствует 1 доллар США. Такой коммутатор с учетом двух кратного запаса по току и из расчета 6 силовых ключей будет иметь стоимость порядка 10-12 тысяч долларов США. Предлагается в стартерном режиме использовать щеточно-коллекторный коммутатор, который в несколько раз меньше по массе и цене, но при этом выполняет все свои функции на пуске.

4.  Для сглаживания пульсаций механического момента дизель имеет значительную инерционную массу на выходном валу, без которой он работать не может. Кроме того он имеет одноступенчатую передачу от стартера в виде зубчатого колеса большого диаметра и бендикса стартера. Предлагается исключить инерционный маховик, одноступенчатую передачу, бендикс и тяговое реле стартера. Стартер-генератор встроить в дизель, закрепив ротор непосредственно на валу. При этом исключаются подшипники и корпус стартер-генератора и используются подшипники и корпус дизеля. Роль маховой массы будет выполнять ротор стартер-генератора.

5.  Координально измененная механическая и электрическая схема установки потребует разработки отличного от существующих аналогов электронного оборудования.

Реализация предложенных технических решений позволит уменьшить габариты и массу до 40 % при сохранении параметров  по мощности качеству выходной электроэнергии, повысить надежность и ресурс, существенным образом снизить цену и сделать устройство конкурентноспособным с отечественными и импортными аналогами.

Наиболее наглядно преимущества разрабатываемого образца по сравнению с серийным аналогом иллюстрируют габаритные чертежи, приведенные на рис.1.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Разрабатываемая дизель-стартер-генераторная установка уже имеет конкретного стабильного покупателя в лице Военного заказчика. Устройство будет поставляться на спецтехнику с программой 50-75 шт. в год. Заказчик только ожидает положительных результатов НИОКР. Гарантию таких поставок дает  предприятие ОАО «Электроагрегат» в лице директора Полянского А.Б. Этот первоначальный стабильный заказ позволит укрепить и расширить производство.

Кроме этого существуют тесные связи с предприятиями ОАО «Электроагрегат» г. Курск и ОАО «Прожектор» г. Москва. Эти предприятия закупают отдельно дизель, генератор, стартер, регулятор напряжения у разных поставщиков, производят сборку и оснащают устройство своим электронным оборудованием для поставок дальнейшему потребителю. Предварительные переговоры подтверждают, что им выгодно покупать готовое законченное изделие у одного потребителя для своих целей.

Номинальное напряжение питания установки в 28 В легко модернизируется в 12 В постоянного тока или 220 и 380 В переменного тока. Есть возможность сделать гибридную установку на постоянный и переменный ток.

Разрабатываемая установка самодостаточна и может выступать в качестве автономного источника питания  для дорожно-транспортной техники, судов, промышленных производств малой и средней мощности, больниц, гостиниц высокого уровня обслуживания.

Особо следует отметить назначение устройства для питания спецсредств МЧС. Малые габариты и вес позволят сделать ее мобильной. Мощность установки позволяет проводить любые работы с ручным инструментом, включая сварочные работы. По предварительным оценкам службы МЧС могут закупать от 50 до 70 энергоустановок в год.

В настоящее время активно начинают развиваться альтернативные источники питания, в частности ветроустановки. В качестве бесперебойного источника питания, они, как правило, комплектуются автономными электростанциями на базе ДВС. Это еще один развивающийся рынок сбыта.

В настоящее время рынок предлагаемых устройств не заполнен. В Советском Союзе производство подобных устройств было сосредоточено в Прибалтике (г. Рига), на Украине (г. Харьков) и в Дагестане. После распада союзного государства Россия потеряла поставщиков. Рынок пытаются наполнить Немецкие, итальянские и японские рынки. Но, как было отмечено в научно-технической части проекта, они уступают по массоэнергетическим параметрам предлагаемому устройству. Кроме того, в силу распоряжений военных ведомств существует запрет на комплектацию отечественной военной техники зарубежными устройствами. В этой части России придется развивать свое производство.

В настоящее время отечественный рынок заполнен в основном импортными образцами , цена которых составляет порядка 250 тыс. рублей. Ориентировочная потребность Российского рынка в изделиях на данную мощность составляет около 10 тысяч в год.

Цена дизеля на настоящий момент составляет 33 тыс. рублей. По предварительной оценке себестоимость электромашинной части и электронного блока при серийном производстве должна составить порядка 75 тыс. рублей к сегодняшнему уровню цен. Таким образом при удачном развитии проекта себестоимость изделия может составить порядка 110 тыс. рублей, а цена порядка 150 тыс. рублей.

Таким образом, при существенном уменьшении габаритов и массы, повышении надежности и качества, цена образца может быть на 100 тыс. рублей меньше импортного аналога. Существует реальная возможность замещения на рынке импортного образца отечественным аналогом. Годовая потребность в 10 тысяч в год создает хорошую перспективу наращивания производства.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Технические характеристики устройства сведены в табл.1.

Новые потребительские свойства продукции

По сравнению с отечественными и зарубежными разработками предлагаемое устройство имеет следующие основные преимущества:
- габариты и масса уменьшены до 40 %
- низкий уровень пульсаций напряжения
- повышенный ресурс и срок службы до 15 лет
- более низкая цена при сохранении параметров качества энергии

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.
Обеспечение материалами сырьем и комплектующими планируется осуществить по кооперации с предприятиями поставщиками

Стадия и уровень разработки

Предлагаемые инвестиции

7,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Свою заинтересованность в изделии высказали следующие предприятия, занимающиеся производством бесперебойных источников питания на базе дизель-генераторных установок:
1. ОАО «Электроагрегат» г. Новосибирск, генеральный директор Полянский А.Б.
2. ООО НПО «Уральские теплоэнергетические экосистемы» г. Челябинск, директор Пелесков В.А.
3. ОАО «Московский прожекторный завод» Москва, технический директор Бобылев Ю.А.
4. ОАО «Электроагрегат» г. Курск, заместитель департамента закупок Кривцов Н.А.
5. ОАО «Сарапульский электроагрегатный завод» г. Сарапул, технический директор Суров В.В.
6. ФГУП ВНИИ «Сигнал» г. Ковров, первый заместитель главного конструктора Гаврилов А.И.
7. ООО «ЧТЗ-Уралтрак», г. Челябинск, первый заместиель главного директора Х.Х. Мингазов
8. ЗАО «Уралэлектромаш», г. Каменск-Уральский Свердловской области, генеральный директор Недзельский В.В.
9. ООО НПФ «Эрга», г. Калуга, генеральный директор Котунов В.В.
В настоящее время с этими предприятиями ведутся переговоры. Эти предприятия могут составить перспективу бизнеса с выходом на зарубежный рынок.

Возможность и эффективность импортозамещения

Зарубежные аналоги не имеют существенного преимущества по техническим параметрам перед отечественными.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

30.11.2007