Марина Бердичевская, автор «Эксперт Украина»

Крымский изобретатель обещает совершить революцию в мировой подшипниковой индустрии. Благодаря исключению в уникальной конструкции трения скольжения его подшипники вообще не требуют смазки, а потому необычайно долговечны

Фото: Александр Зубко

«Законов механики и сопротивления материалов никто не отменял. В моих подшипниках нет чуда: там работают эти же законы», — говорит изобретатель со стажем, бывший сотрудник крымского Института эфиромасличных и лекарственных растений (ИЭЛР) Николай Загута. В результате многолетних исследований и опытов ему удалось найти решение задачи, которую пытался разрешить еще Леонардо да Винчи, — избавиться от трения в подшипниках. Инновационный проект «Подшипники нового поколения — принципиально новые сверхдолговечные подшипники» получил первую премию второго по счету Конкурса инноваций, организованного украинским деловым журналом «Эксперт».

Даже хрестоматийное определение подшипника обозначает его как «совокупность точно подогнанных деталей, требующих эффективной смазки», а специалисты уверены, что при отсутствии смазки заедание подшипника неминуемо. Срок службы большинства подшипников весьма невелик: 43% из них преждевременно выходят из строя по причине плохой смазки и 27% — из-за некачественного монтажа. Принципиально новые подшипники Загуты снимают все эти проблемы. В них отсутствует трение скольжения, которое веками пытаются хотя бы немного уменьшить, используя все более усовершенствованные смазки и сепараторы из антифрикционных материалов (пластмассы, бронзы и других). Тем не менее ни то ни другое не решает проблемы полностью, особенно если подшипникам приходится работать в критических условиях: при сверхвысоких или очень низких температурах, в агрессивных средах, при жесткой радиации, мощных электромагнитных полях, в вакууме. Максимальный срок работы обычных подшипников в подобных условиях составляет примерно три недели, а иногда — около двух часов.

Новые подшипники, избавленные от трения и потому более не нуждающиеся в смазке, в десять-пятнадцать раз превышают срок службы традиционных механизмов и могут беспрепятственно работать в любых критических условиях. А потому нет такой ниши на рынке, откуда они, при правильной маркетинговой политике, не вытеснили бы своих предшественников. Эксперты, ознакомившиеся с проектом крымского ученого, убеждены, что рынок сверхдолговечных (СВД) подшипников может быть идентичен рынку автомата Калашникова. Что вполне реально — сегодня мировой оборот подшипников оценивается в 50 млрд долларов в год.

Автор проекта подсчитал: при внедрении его подшипников только в Украине экономический эффект составит около 450 млн долларов в год. «В мире ежегодно выходят из строя сорок миллиардов подшипников, из них пятисот миллионов в Украине и больше миллиарда — в России. И только одна зарубежная подшипниковая компания тратит сорок миллионов долларов в год на исследования, которые позволяют снизить трение на какие-то доли процента. Ведь трение — это огромные потери энергии, материалов, человеческих ресурсов. Используя мои подшипники, этих потерь можно избежать», — уверен Загута. При условии, что сумма инвестиций для организации производства с нуля составит чуть более миллиона долларов, изобретатель обещает производить восемьсот СВД-подшипников ежесуточно.

Герань, розы, трение

Шестидесятилетний Николай Загута по образованию инженер-электромеханик, а по призванию — изобретатель. Он окончил энергетический факультет Института железнодорожного транспорта в Ростове-на-Дону и всю жизнь занимал должность главного инженера на эфиромасличных производствах в разных республиках Советского Союза. Специфика профессии привела его на семинары Генриха Альтшуллера, автора теории решения изобретательских задач. Там его и научили избавляться от догм на пути к открытию. Сегодня в его арсенале более шестидесяти изобретений, конструкций и технологий. Но главное — это СВД-подшипники.

Замысел усовершенствовать работу подшипников появился у Николая Загуты случайно. Работая в Кумсангирском совхозе «Герань» в Таджикистане, он сконструировал специальный комбайн для обновления песка, в котором выращивались черенки герани (до этого песок обновляли вручную при шестидесятиградусной жаре). Но однажды в подшипники комбайна попал песок, из-за чего они заклинили. «Вот тогда у меня и отложилось в подсознании, как хрупки и недолговечны подшипники. А потом, когда в крымском ИЭЛР я разрабатывал экстрактеры для переработки розы, растворитель разъел в подшипниках смазку, и они вышли из строя. Тут я подумал: смазка ведь нужна, чтобы избежать трения скольжения. Но, наверное, можно вообще избавиться от него? И я начал изучать историю и теорию работы подшипников, начиная с трудов Леонардо да Винчи», — рассказывает ученый.

Действительно, с изобретений Леонардо начинают отсчет истории современных подшипников. Он оставил описания разнообразных конструкций — прообразов нынешних, а также подтвердил преимущество качения перед скольжением. Как известно, трение скольжения в подшипниках в 100 тыс. раз превышает трение качения. Леонардо первым установил необходимость обеспечить расстояние между телами качения, т. е. роликами или шариками, чтобы снизить трение скольжения.

Изучив отечественные и зарубежные разработки в этой области, он понял, что идея расположения тел качения на расстоянии витала в воздухе много лет. Ученые пробовали помещать между основными телами качения еще одну «порцию» шариков или роликов, которая, по идее, и должна была уменьшать соприкосновение между ними. Она его и уменьшала, но только если подшипники предназначались для работы в обычных условиях.

Задача была ясна: полностью избавиться от необходимости применять смазку в подшипниках и, соответственно, найти способ раcположить тела качения на расстоянии друг от друга. Испробовав множество конструкций, Загута нашел оптимальное решение: «Я ввел в свои подшипники явление чистого качения колеса по рельсу — там ведь не нужна смазка. Более того, если даже насыпать на рельсы песок (а это часто делают на подъемах), колеса все равно будут катиться. А в обычных подшипниках два колеса, катясь рядом, трутся друг об друга, и в точке их соприкосновения трение удваивается. Чтобы этого избежать, и придуманы сепараторы. Потому я решил, что в новых подшипниках сами тела качения должны выполнять роль сепаратора».

Уникальность конструкции, придуманной ученым, — в пространственном расположении тел качения. К примеру, в четырехроликовом экземпляре внутри одних тел качения размещены другие, раздвигающие первые и прижимающие их к внутренней поверхности колеса. Таким образом, наружные кольца новых подшипников сжимают внутренние тела качения, а те, в свою очередь, разжимают внешние. Но что самое интересное, все четыре ролика вращаются вокруг виртуальной оси. Благодаря такой геометрии, ролики не скользят, а катятся друг вокруг друга без соприкосновения. Так образуется чистое качение.

Первые испытания своей конструкции ученый провел в конце 2006 года в родном ИЭЛР. Специалисты института заинтересовались этим изобретением, поскольку смазка подшипников в экстракционных установках каждый день разъедалась растворителями. В ИЭЛР изготовили испытательный стенд и сначала наблюдали за работой обычного подшипника без смазки. Он проработал в течение часа и заклинил. «Затем установили модель моего подшипника, изготовленную из низкосортной стали, и она работала десять часов при частоте вращения три тысячи оборотов в минуту. Мы поняли, что так этот подшипник может проработать еще сколько угодно, и начали увеличивать частоту вращения. Он работал и при восьми тысячах оборотов в минуту», — рассказывает Николай Загута.

Николай Загута обещает, что ежегодно его изобретение будет приносить Украине 450 млн долларов

Ученый утверждает, что отыскал принцип создания сверхдолговечных экземпляров для всех востребованных сфер использования подшипников качения. Сейчас он разработал серию из 30 конструкций подшипников качения для различных условий эксплуатации, на пять из них была проведена квалификационная экспертиза, которая определила мировую новизну изобретения.

Докатиться до небес

Традиционный подшипник — довольно хрупкий механизм, предназначенный для работы только в благоприятных условиях. К примеру, в обжиговых печах цементных заводов, где температура достигает 900–1000 градусов Цельсия, обычные подшипники, нормально функционирующие при температуре не выше 80 градусов, через две-три недели полностью сгорают. Чтобы увеличить срок их службы, применяют сложные системы охлаждения с использованием насосных станций. В космических аппаратах смазка теряет свойства, и потому шарики традиционных подшипников покрывают золотом, а сепараторы серебрят, что приводит к их удорожанию в тысячу раз. В устройствах с мощными магнитными полями подшипники функционируют не более трех часов, а в механизмах, работающих в условиях жесткой радиации, их подвергают специальной обработке серебром в вакууме. Следовательно, у СВД-подшипников огромная потенциальная область применения — от космических аппаратов и аппаратов криогенных технологий до атомных электростанций, от подводных лодок до механизмов фармацевтических заводов, от робототехники до транспортеров ликеро-водочных и пищевых производств.

Полное отсутствие трения скольжения в СВД-подшипниках позволяет также значительно облегчить монтаж этих механизмов. Поскольку тела качения в них не соприкасаются, Николай Загута уверен: доводка стальных подшипников до одиннадцатого класса чистоты (степени полировки) при токарной обработке совершенно необязательна. Ученый утверждает, что для обычных условий работы СВД-подшипникам достаточно третьего класса чистоты: «На них останутся гребни, которые со временем сгладятся от больших нагрузок. Более того, абсолютно не имеет значения материал, из какого будет изготовлен подшипник. У меня есть экземпляр, сконструированный из штампованных деталей — прутков и трубок без дополнительной токарной обработки, и он работает».

Это качество СВД-подшипников удешевляет их и расширяет возможности новой модели, ведь наиболее распространенным для изготовления подшипников материалом сегодня все еще является сталь, свойства которой (неоднородность, большая плотность, склонность к коррозии, высокий коэффициент трения) часто подводят подшипники. Чтобы продлить срок их службы, для изготовления обычно используется сталь высокого качества (дегазированная и разлитая в вакууме). Немало внимания уделяется и монтажу подшипников — необходимо избегать ударов и применения усилий непосредственно к элементам качения. Изобретение Загуты обещает избавить производителей от этой головной боли: его СВД-подшипники не столь прихотливы (их производство можно наладить даже в условиях механических мастерских, а тела качения могут быть просто покупными) и вместе с тем намного надежнее.

Кроме того, СВД-подшипники имеют еще три уникальные характеристики. Первая — при запуске механизмов они почти не дают пускового сопротивления качения, что очень важно для точных измерительных приборов. Кроме того, для опор с малыми нагрузками (в бытовых вентиляторах, компьютерных процессорах, пылесосах) подшипники дают возможность использовать шарики и ролики из резины. Это позволяет им выполнять роль амортизаторов и делает работу механизмов бесшумной. И третья — среди разработанных Николаем Загутой есть такая конструкция, которая позволяет СВД-подшипникам гасить вибрации.

Премьера уже скоро

Все перечисленные преимущества новых подшипников позволяют автору проекта утверждать, что для форсированного выхода поначалу на внутренний, а затем и на внешние рынки необходима государственная поддержка. Ведь СВД-подшипники позволят решить множество проблем национального характера: в десятки раз увеличить долговечность машин и механизмов, сделать многие производственные процессы более экологичными (поскольку они исключают применение небезвредных смазок), повысить надежность военной техники и атомных электростанций.

Со своей разработкой Загута обращался в Министерство промышленной политики. В департаменте научно-технического и инновационного обеспечения Минпромполитики нам сообщили следующее: еще в 2004 году в ответ на обращение Загуты ему предоставили адреса отечественных подшипниковых заводов, а также посоветовали разместить информацию об изобретении на интернет-бирже промышленной собственности. Кроме того, чиновники разослали информацию об СВД-подшипниках на украинские подшипниковые заводы: согласно законодательству, министерство не имеет права вмешиваться в хозяйственную деятельность предприятий, а может только порекомендовать обратить внимание на ту или иную новацию. Что касается финансовой поддержки, в бюджете Минпромполитики помощь инноваторам не предусматривается, а забирать средства из уже действующих программ они не имеют права.

Таким образом, надеяться на прямое государственное финансирование проекта не стоит. Как раз в этом случае изобретение демонстрирует ярко выраженный коммерческий эффект, а значит, вполне реально получить деньги от частных инвесторов. Сегодня Николай Загута сам ведет переговоры с представителями отечественных предприятий (пяти процентов от дохода компании, которая займется производством подшипников, ему вполне достаточно), ведь выполнять весь объем заказов ему уже не под силу. Существует договоренность с Харьковским подшипниковым заводом (ХАРП) о скорейшем проведении государственных испытаний СВД-подшипников. С этой целью днепропетровская промышленно-торговая компания «Углепром» сейчас готовит первую промышленную серию продукта. Технический директор компании Александр Патрикеев считает, что хвалить разработку пока рано: «По нашим предположениям, эти подшипники действительно должны работать дольше обычных. Но сначала испытаем их на ХАРП, обкатаем, а потом будем делать выводы».

Несколько дней назад Николай Загута сообщил «Эксперту», что болгарская компания «Домби-Сейл ЕТ» предложила ему создать на территории Болгарии общество с ограниченной ответственностью по внедрению СВД-подшипников и участвовать в конкурсе одного из еврофондов страны под названием «Помощь в создании и развитии стартующих инновативных предприятий». Процент безвозмездного финансирования в этом фонде достигает 90% от требуемых средств при условии, что оставшиеся десять процентов предоставит сам разработчик. Максимальная сумма, которую готов выделить фонд, составляет 200 тыс. евро. При этом проект необходимо осуществить на территории Болгарии в течение двух лет. Опасения крымского изобретателя грозят осуществиться: Украина уже сейчас может упустить инициативу в выведении революционного продукта на рынок более активным странам. И все кончится тем, что подшипники Загуты в недалеком будущем нам придется импортировать.