На засіданні Президії НАН України директор Інституту член-кореспондент НАН України А. В. Русанов виступив з доповіддю про науково-технічні розробки ІПМаш НАН України

3 липня 2019 року під головуванням Президента Національної академії наук України академіка Бориса Патона відбулося чергове засідання Президії НАН України.

Учасники засідання заслухали й обговорили наукові доповіді.

Про «Науково-технічні розробки Інституту проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України в галузі сучасної енергетики та високотехнологічного машинобудування» розповів директор ІПМаш НАН України член-кореспондент НАН України Андрій Русанов.

Інститут відіграє важливу роль у вирішенні актуальних науково-технічних проблем, насамперед створенні енергетичного обладнання нового покоління.

Одним із пріоритетних напрямів наукових досліджень Інституту проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України є енергетичне машинобудування. В установі розвивається наукова школа з газогідродинаміки проточних частин турбомашин. Її представники розробили теорію математичного моделювання просторових в’язких течій рідини і газу на основі чисельного інтегрування осереднених рівнянь Нав’є-Стокса (Рейнольдса) з урахуванням реальних властивостей робочих тіл. Уперше в світі науковці запропонували узагальнений метод розщеплення для побудови неявних схем на випадок повністю неструктурованих різницевих сіток із довільною формою елементарних об’ємів та інтерполяційно-аналітичний метод врахування реальних властивостей рідин і газів. Ці методи, з одного боку, забезпечують високу точність результатів моделювання, а з іншого – на відміну від наявних, потребують значно менших затрат комп’ютерного часу.

Згадані методи і моделі дозволили здійснювати як фундаментальні дослідження з вивчення закономірностей гідрогазодинамічних процесів, так і виконувати прикладні розробки, зокрема з підвищення ефективності турбомашин різних типів. Створене програмне забезпечення впроваджено на низці провідних підприємств, які спеціалізуються на проектуванні турбомашин. Насамперед слід відзначити роботи Інституту, що виконувалися спільно із Запорізьким машинобудівним конструкторським бюро «Прогрес» імені академіка О.Г. Івченка (м. Запоріжжя), ПрАТ «Турбогаз» (м. Харків) і АТ «Турбоатом» (м. Харків).

В Інституті розроблено нові підходи до проектування й оптимізації проточних частин із використанням математичних моделей різних  рівнів складності – від одномірних до просторових, а також методів аналітичного опису геометрії проточних частин на основі обмеженої кількості параметризованих величин. Накопичений багаж фундаментальних знань про фізичні процеси й закономірності їхнього перебігу, створені методи й методології, наявна експериментальна база дозволяють фахівцям Інституту проектувати турбомашини практично будь-яких типів, технічні характеристики яких відповідають найкращим світовим зразкам. Це – гідротурбіни, гідравлічні насоси-турбіни, парові й газові турбіни, газотурбінні двигуни, турбіни і компресори турбодетандерних агрегатів, турбіни на низькокиплячих робочих тілах тощо.

Стратегічним партнером Інституту проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України у галузі енергетичного турбобудування є АТ «Турбоатом». Після підписання Генеральної угоди між Національною академією наук України та АТ «Турбоатом», на підставі якої було затверджено перспективний план робіт між інститутом і АТ «Турбоатом», їхня співпраця стала більш цілеспрямованою. Останнім часом АТ «Турбоатом» спільно з Інститутом проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України успішно виконали та продовжують виконувати проекти зі створення й модернізації проточних частин турбомашин, зокрема  циліндра високого та середнього тисків нової надпотужної турбіни для АЕС (потужність 1250 МВт), регулюючого відсіку нового типу для парових турбін серії К-300, циліндра низького тиску для модернізації парових турбін АЕС потужністю 1000 МВт, лопатевої системи робочого колеса типу ПЛ-20 гідротурбін для модернізації Кременчуцької ГЕС, нового швидкохідного гідравлічного насосу-турбіни потужністю 200 МВт.

В електрогенеруючому балансі України передбачається значне зростання частки генерації на відновлюваних джерелах енергії, що, у свою чергу, зумовлює необхідність збільшення компенсувальних і маневрових потужностей. В умовах України ці функції покладаються на енергоблоки ТЕС і ТЕЦ. Крім того, у зв’язку з відносно низькою собівартістю зберігатиметься велика частина генерації на АЕС. Виходячи з цих та інших факторів, на сьогодні критично важливі питання з енергетичної безпеки України пов’язані з модернізацією і заміною енергоблоків ТЕС і ТЕЦ, які виробили проектний й подовжений ресурси (таких блоків більшість), розробленням і впровадженням на ТЕС енергоблоків із супернадкритичними початковими параметрами пари (це забезпечить зменшення питомих витрат палива на 20-25%), створенням на базі газових енергоблоків ТЕЦ парогазових установок (це забезпечить зменшення питомих витрат палива на 25-30%), розробленням і впровадженням енергоблоків АЕС із реакторами 4-го покоління (це забезпечить зменшення питомих витрат тепла на 20%). Наукові досягнення Інституту проблем машинобудування імені А.М. Підгорного НАН України, інших установ НАН України й наявний виробничий потенціал АТ «Турбоатом» та інших вітчизняних енергомашинобудівних підприємств свідчать, що в Україні є необхідні науково-технічні складові для вирішення згаданих питань.

В Інституті проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України, крім науково-технічних напрацювань у галузі турбобудування, успішно виконуються та впроваджуються й інші наукові розробки у галузі енергетики і високотехнологічного машинобудування. Найважливішими серед них є створення оригінальних математичних моделей на основі МСЕ (методу скінчених елементів) із урахуванням різного типу пошкоджень матеріалу (розсіяні пошкодження, зародження й розвиток тріщин тощо), що знайшли застосування при дослідженні напружено-деформованого стану, повзучості і прогнозуванні ресурсу конструктивних елементів енергетичного й загального машинобудування, ракетно-космічної та авіаційної техніки тощо.

Спряжені задачі з дослідження міцності тонкостінних оболонок, повністю або частково заповнених рідиною, при нестаціонарних навантаженнях широко застосовуються під час розрахунків і проектування баків, цистерн, резервуарів, у тому числі призначених для зберігання та транспортування небезпечних рідин.

Теоретичні й експериментальні дослідження міцності багатошарових елементів скління авіаційної та військової техніки дають змогу розробляти конструкції з технічними показниками, що відповідають найкращим світовим зразкам. Зокрема, створена, пройшла апробацію й експлуатується на літаках Ан-148, Ан-158 і Ан-178 композиція полегшеного скління ТСК 008 (вага зменшилася на 21%).

Загалом, виконувані в Інституті проблем машинобудування імені А. М. Підгорного НАН України дослідження мають високу наукову цінність, а науково-технічні розробки установи у галузі сучасної енергетики та високотехнологічного машинобудування – практичну значущість.

Більш детальна інформація на сайті НАН України за посиланням
Для ознайомлення з Постановою Президії НАН України N 188 від 03.07.2019 натисніть на посилання