- Алло, это Такойто Такойтович?
- Да, это я
- Меня зовут Ангелина. Я представляю компанию "рога и копыта", есть у вас потребность в услугах литья?
- Да, есть. Сплав N льете?
- Зависла. Да, льем что-то похожее...
- Ну узнайте, мне надо коммерческое предложение на литьё 10 тонн сплава N. Детали готов обсудить.
- Хорошо, я передам вашу заявку менеджеру

Прошел уже месяц, а менеджер так и не связался со мной. Хотя потенциально мог получить заказ на литье заготовок от "аналоговнет" климатического стартапа.

15 лет назад

Наверняка почти каждый в свое школьное время участвовал в дискуссии на тему: “Зачем мне все эти синусы и косинусы, если в жизни от них никакой пользы?”. На тот момент я скорее придерживался мейнстрима и  к тригонометрии относился как с самой скучной теме из курса. Однако все равно учил ее (спасибо преподавателю - Бабушкину Ивану Владимировичу), за что и поплатился вовлечением в очередную крутую историю.

И вот спустя 15 лет после школы раздался звонок от начальника, который крайне возбужденным  голосом сообщил, что есть интересная тема для разговора. И сразу после этого скинул контакт человека, описав его лаконичным комментарием: 

“человек, занимающийся кондиционерами”. 

Я был в замешательстве около минуты, но потом собрал  факты воедино:

1. Босс приехал в лучший город земли на очередную техновыставку и звонил оттуда. 

2. Хочет поговорить о чем-то, на его взгляд интересном, и это даже не наша частная ракета.

3. Ранее я слышал историю о том, как в молодости его впечатлила сложность устройства современного кондиционера.

4. Он большой энтузиаст отечественной промышленности.

5. Ну и в довесок -  контакт человека, “занимающегося кондиционерами”.

В гостиной

И когда через час мы расселись в гостиной, я не удержался и спросил с ходу: 

“Ну что, ты все-таки решил сделать свой кондиционер?”. 

Кажется он был удивлен, но лишь слегка, т.к. это действительно оказалось правдой) 

Возможно  звучит такая история надуманно, но это абсолютно реальный случай из жизни, имеющий своих свидетелей.  Внимательно выслушав его доводы про импортозамещение  спирального компрессора, как сердца большинства климатических систем, я снова поддался юношескому максимализму и ввязался в очередное начинание, сложность которого еще даже не мог оценить по достоинству.

В лаборатории

Таким образом, мы оказались в одном подвале отлично оборудованной климатической лаборатории на базе одного из колледжей Екатеринбурга в команде с парой местных замечательных специалистов, тех самых людей, “занимающихся  кондиционерами” и климатехникой.

Совместными усилиями, не без помощи УШМ, мы провели декомпозицию европейского прототипа  и набросали ТЗ на его базе, щедро приправив эксплуатационными требованиями, выстраданными многолетним опытом коллег.

И когда дело дошло до проектирования рабочих органов - спиралей, я стал догадываться, почему подобные изделия никогда серийно не изготавливались ни в СССР, ни тем более в РФ. В рунете были найдены лишь отголоски в виде старых патентов да пара новостей про компанию, которая уже несколько лет осваивает миллиардный кредит фонда промышленности на похожее дело.

Реально же полезные методические материалы отсутствовали,  в отличие от тех же ракетных двигателей. Ушел почти месяц, пока я пытался разобраться как сделать хотя бы математически  работающую геометрию.

Старт изысков начался с приятного во всех отношениях уравнения Архимедовой спирали:

, где ρ - расстояние от начала координат до текущей точки, φ - угол поворота, k - шаг спирали или расстояние между витками.

Но, как водится, был нюанс. Пара таких кривых при орбитальном движении "налезает" друг на друга, что приводит к соударениям и утечкам фреона в реальности. В конечном итоге мне удалось разобраться и вывести с опорой на скудные сетевые источники формулу спирали, которая будет надежно работать. Думаю, что полные выкладки будут не интересны, поэтому привожу только отрывок системы уравнений в декартовых координатах из черновика:

Собственно, из-за наличия тангенса, а также других его тригонометрических братьев, эту систему уравнений мне не удалось решить аналитически. И снова на помощь приходит школа с её линейным программированием. Небольшой код на python с использованием SciPy позволил посчитать нужные данные для построения кривой, и в итоге получились профили двух взаимносопрягаемых спиралей, которые не приводят к коллизиям при перемещении:

Первый пластик

Тесты алгоритма, конечно, стоило проводить на чем-то дешевом. Для этого был выбран один из моторов, используемых в нашем “космическом батуте”, и распечатан карманный микрокомпрессор собственной разработки со спиралями, спрофилированными по опытному алгоритму:

В целом алгоритм был подтвержден, и дело осталось за малым - повторить все то же самое “по-взрослому”, выдержав жесткие допуски. Спирали сделали из “наносплава” железа с углеродом. Для корпусных частей использовали коррозионностойкие вариации:

1. Над опытными образцами будут ставиться самые жуткие эксперименты. И иметь дело с большим количеством продуктов коррозии не хочется.

2. Так как дело экспериментальное, то без напильника не обойтись. Относительно мягкие сплавы для этого очень хорошо подходят.

Неудачи

Сначала мы пытались получить компрессию в оригинальном корпусе прототипа, заменив рабочие спирали нашими деталями. Но, разумеется, ничего с первого раза не вышло. Дул легкий расход воздуха и слегка подергивалась стрелка манометра. Все возможные гипотезы, которые приходили на ум, сводились к некачественной мехобработке или ошибке в чертежах/алгоритме. Спирали отправлялись на дошлифовку 5 раз. Раз 10 пытались притереть их друг к другу при помощи абразивных паст. Пробовали образцы из одного сплава, потом из другого, потом снова из первого. Теряли расход масла, находили и снова теряли. При экспериментах с насосом обнаружили в продаже левое сверло (кто-нибудь знает зачем оно нужно?).

Пока думали, нашли отсутствующую масляную канавку, несколько забытых фасок, выпадающий подшипник и еще пару соринок в своих и  чужих глазах. От отчаяния мы даже провели 3д сканирование наших деталей, облако точек от которого так и осталось пылиться на моем жестком диске.

К проблеме, которую наша банда с Уралмаша никак не могла решить (колледж действительно находится недалеко от одноименного завода) пришлось подключать тяжелую артиллерию в лице генерального и технического директоров компании. Но, к сожалению, и это не помогло.

Ну и в определенный момент кончились все гипотезы какие только можно было проверить. Оставалось только сесть и начать заниматься голой теорией и анализом. 

Где-то на пятой итерации медитативного мозгового штурма, спустя уже год с начала разработки, была замечена небольшая разница в различных системах координат спиралей, которая приводила к взаимному смещению деталей чуть меньше чем на один градус. При чем заметить можно это было только в  CAD системе при очень большом приближении.

Микропобеда

Когда я ворвался в лабораторию с криками “я знаю в чем дело, ща все починим”, от радости я почти не заметил удушающе-скептический взгляд коллег. Но, несмотря на это, при помощи бормашинки, штанегнциркуля и транспортира пустился кромсать чугунину наносплав. Через 40 минут мы собрались вокруг стенда, щелкнули рубильником и - о чудо! Манометр ожил и положил стрелку! Это была микропобеда. 

Дальше пошла рутинная инженерная работа по упаковке двух работающих деталей в цельный механизм. Параллельно мы изготавливали собственный BLDC мотор под одну из конфигураций компрессора и, чтобы не сидеть сложа руки, начали поиски серийного отечественного мотора. Благо, мы нашли подходящий завод с приемлемыми ценникам и уже успели туда съездить, познакомиться с производством и предварительно договориться о поставках партий нужной нам комплектации.

Сам мотор мы уже поставили в свой корпус и получили вполне себе рабочие характеристики. Давления хватает с запасом, чтобы сжать любой фреон с рынка, а объемный расход совпадает с оригиналом на 99%. 

На видео выше показан компрессор в составе опытного климатического стенда. В таком виде он выставлялся на Иннопроме 2025. Ниже приводим карты контрольных замеров оригинала и нашего прототипа на  134 фреоне.

Процентная ставка

Разумеется, что первый экземпляр вышел нам примерно в три раза дороже рыночной цены аналогов. Но уже сейчас часть деталей переработана и изготавливается под серийную технологию, а на другую часть есть подтвержденные коммерческие предложения с приемлемыми прайсами. И все это при почти 100% локализации (прямо сейчас в прототипе только один импортный компонент - пусковой конденсатор для АС версии мотора).

В сумме получается такой ценник, что даже грозная текущая процентная ставка не в силах предъявлять свои требования.

Вместе с тем, в соответствии с любой бизнес-библией, мы понимаем, что торговать большими пустыми объемами наиболее выгодно. Поэтому прямо сейчас ведутся работы над двумя флагманами на 20 и 30 кВт электрической мощности.

Пускай эти модели не запустятся с первого, второго и даже третьего раза, но думаю, что климатическому рынку стоит подготовиться к нашему приходу. Ведь, спотыкаясь десятки раз и отряхиваясь от пыли отфрезерованных заготовок, мы дойдем до финиша с конкурентным и высокотехнологичным продуктом, за который не будет стыдно никому (кроме отдела рекламаций).

При чем тут ракета

Поскольку вся работа началась с "ракеты", то, безусловно, проект компрессора имеет прямую связь с ней, т.к. у них общая ресурсная база. А учитывая, что производство такого рода техники имеет более короткий инвестиционный цикл, то и получаемые с него финансовые, технологические и кадровые резервы смогут напитать и наш частный космос.

И кстати, сейчас готовится большое видео про ракету, поэтому не переключайтесь и периодически заглядывайте в хаб космонавтика)

По всем вопросам/предложениям - saetov@turkov.ru