#31 Department of Optimization of Processes and Designs of Turbomachines

Head of Department

Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Ukraine

Oleksandr L. Shubenko

E-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua

Deputy Head of Department

Candidate of Technical Sciences, Principal Scientist

Mykola Yu. Babak

full-time personnel:

Olga A. Babenko – Candidate of Technical Sciences, Senior Scientific Researcher
Oleksii Yu. Boyarshynov – Candidate of Technical Sciences, Junior Research Scientist
Volodymyr M. Burdukin – Technical Expert
Yurii I. Gorpinko – Candidate of Technical Sciences, Senior Scientific Researcher
Mykola L. Yevych – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Scientific Researcher
Kostiantyn V. Kostenko – Principal Engineer
Volodymyr P. Sarapin – Candidate of Technical Sciences, Senior Scientific Researcher
Darya O. Senetska – Leading Engineer
Oleksandr V. Senetskyi  – Candidate of Technical Sciences, Senior Scientific Researcher
Tetiana M. Yakovleva – Engineer

History

In 2017 there was 60 Years Celebration of the Department Foundation. It was organized on the basis of the decision of the Presidium of the Academy of Sciences of the UkrSSR on May 10, 1957. The new academic department of the work processes of thermal engines, originally located on the territory of Kharkiv Turbine Plant (currently PJSC Turboatom), was focused to carry out research in the field of turbine construction. The first employees of the department were the engineer A. A. Palagin, technician S. F. Bleher and Chief Engineer E. G. Oleynikov, who until 1968 was Deputy Head. After series of transformations it was renamed into Department of Optimization of Processes and Designs of Turbomachines at the Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, which since its foundation and in 1991 headed the Doctor of Technical Sciences, Hero of Socialist Labor, the laureate of the State Prize of the USSR, academician of the Academy of Sciences of the UkrSSR L. O. Shubenko-Shubin. 1991-1996 the Department was headed by Doctor of Technical Sciences, Professor A. A. Palagin and since 1996 – Doctor of Technical Sciences, Professor O. L. Shubenko, who in 2009 was elected a Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Ukraine. At the first stage of the Department’s task was to study the main factors limiting the further increase of unit capacity, efficiency and reliability of turbine units. Research on the improvement of thermal circuits (TC), improving the efficiency and reliability of the flow part (FP) (especially on the last stage), as well as the development and implementation of efficient turbine cooling systems were carried out in order to increase the initial parameters of the working media with the predominant use of already mastered materials. The obtained results were also reflected in the master’s theses, which were defended at first in the department by D. A. Pereverzev (1963) and V. F. Poznahiriev (1964).

By the methods developed in the Department up to 1973, amounts of research were made:
– TS of operating and perspective steam-turbine plants (STP);
– the latest stages of turbines, which greatly contributed to the creation of 740, 780 and 1050 mm long blades, which at that time were the longest in the world of turbine construction;
– cooled elements of STP with an extremely high initial steam temperature (recommendations for the creation and improvement of thermal protection, cooling systems were provided);
– on the organization of the mutual thermal movements of parts of the rotor and stator in STP and gas turbine plants (GTP), as well as control systems for these displacements.

The results of these studies were introduced at the creation of turbines S. M. Kirov Kharkiv Tractor Plant with the capacity of 300 and 500 thousand kW of type K-300-240 and K-500-240, as well as the turbine SKR-100 with a capacity of 100 thousand kW with record initial parameters of steam (300 atm, 650 ºС), 70 and 220 thousand kW and so on. At the same time, the system of standard programs for determining the thermogasdynamic properties of water and water vapor, which opened the possibility of widespread use of computers in the design of steam turbine plants, was first developed and widely introduced in the UkrSSR.

Further development of work in the field of turbine-building contributed to the formation in 1973 of one of the main scientific trends of the Institute “Optimization of thermal processes and elements of structures of turbines for power stations on nuclear and organic fuels with mathematical and physical modeling”, which was headed by academician L. O. Shubenko-Shubin. Scientific activity was carried out in two aspects: fundamental development of the basics of machine design of optimal structures of vocational schools; Realization of these developments in the form of human-machine complexes – packages of applied programs and systems of automated design (SAD) for the creation and research of elements and nodes turboinstallations.

Methods, models and algorithms were developed and implemented on the computer BESM-6 and EU:

– for solving tasks related to the design of the principle and deployed TC of turbine installations, the placement and layout of equipment, the tracing of pipelines and the feasibility and economic analysis of solutions options (in conjunction with the Institute of Cybernetics of the Academy of Sciences of the UkrSSR and the S. M. Kirov Laboratory of Design designed sketch a project and a technical task for the creation of the first stage of SAPR of steam turbines, coordinated by the plans of the most important works of the State Planning Committee, and the Soviet Ministry of USSR, and also on targeted programs on new technology. A large amount of research was carried out for thermal power plants and nuclear power capacity of 220, 300, 500, 750 and 1000 MW;

– on optimization of thermogasdynamic parameters and optimal design of stages and compartments with long screw blades. (Appropriate programs were implemented at all the leading turbine plants of the USSR);

– from the complex solution of the problems of controlling the thermal state and analysis of the temperature fields of the turbine units in order to increase their reliability and maneuverability (The results are implemented on the S. M. Kirov Kharkiv Tractor Plant).

Calculation-experimental researches were also carried out on the development of a method for quantitative assessment of the reliability of case elements of the type of compensators in the re-static load, which created the prerequisite for optimal design of these elements, taking into account the real conditions of loading (an automated system was developed and implemented on the S. M. Kirov Kharkiv Tractor Plant measurements and processing of experimental data of strain-gauge tests of constructions with static and re-static loading).

On the basis of these works, the first scientific school in the USSR was created to optimize the processes and structures of turbomachines and automate their design. The coordination of the works was carried out by the Ukrainian branch of the Scientific Council of the USSR Academy of Sciences on complex energy problems and the Scientific Council of the Academy of Sciences of the UkrSSR on the problem of “Power Engineering” headed by Academician of the Academy of Sciences of the USSR L. O. Shubenko-Shubin.

The department made a significant contribution to the development and organization of design and research works in the field of power turbine construction by methods of mathematical modeling. Scientific and technical conferences in the fames of USSR on mathematical modeling of processes and structures of turbomachines were held once every three years since 1976 as recognition of contribution of the Institute. At present, an international scientific and technical conference “Improvement of power systems by methods of mathematical and physical modeling” is held once every two years.

There were 7 Candidates of Sciences in the department of 1970s (A. A. Palagin, V. F. Vakchikov, D. A. Pereverzev, A. I. Kartsev, F. A. Stoyanov, O. L. Shubenko, A. O. Tarelin). Around them formed the main working groups and finally formed the above-mentioned scientific school. 30-35 people worked at the department that time. In 1978-1979 two new Candidates of Sciences defended their works: O. M. Golovchenko and V. O. Kostrikkin.

In 1978, from the staff of the department at “Kharkivenergo”, a laboratory was organized whose main task was to widely use the methods and tools developed by the department to improve the functioning of equipment of power plants.

Training of personnel

Since 2000, the staff of the department trained 12 Candidates of Technical Sciences and three Doctors of Technical Sciences.

Main scientific trends of research

I. Engineering design and development of mathematical models, methods and means of improvement of working processes and designs of turbine installations of high power plants, thermal power stations and nuclear power plants;

a) development of the theory, improvement of calculation methods and development of software complexes for the study of processes in the stages of the steam-turbine based on the creation of mathematical models of the formation, transfer, transformation of moisture and its interaction with the elements of the flowing part;

b) development of methods and means of rational management of operation modes of powerful steam turbines;

c) development of techniques and research on the choice of rational configuration of the turbine flow part and its elements.

II. Development of scientific foundations for the creation of energy saving technologies based on the use of low-power steam turbines, including on alternative working bodies.

III. The use of radio wave methods for research and diagnostics of work processes in steam turbine plants.

Publications

I. a):

  • 1. Совершенствование термогазодинамических характеристик проточных частей мощных паровых турбин / А. Л. Шубенко, В. Л. Швецов, В. Н. Голощапов, В. Г. Солодов, С. В. Алехина; под общ. ред. чл.-корр. НАН Украины А. Л. Шубенко / Институт проблем машиностроения НАН Украины. – Харьков: Цифрова друкарня №1, 2013. – 172 с. – ISBN 978-617-7017-32-4.
  • 2. Шубенко А. Л. Дискретный подход к описанию крупнодисперсной влаги при определении механических потерь в последней ступени ЦНД влажнопаровых турбин / Шубенко А.Л., Стрельников И.С. // Вісн. Нац. техн. ун-ту “ХПІ”: Серія Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування: сб. науч. тр. №13 (1056). – Харків: НТУ “ХПІ”, 2014. – С. 21-29. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_періодика/vestnik/енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування/2014/13/13_14_03.pdf
  • 3. Комбинированная противоэрозионная защита рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин / В. Л. Швецов, А. Э. Ковальский, Г. Н. Картмазов, В. Г. Солодов, И. И. Кожешкурт, В. А. Конев // Вісн. Нац. техн. ун-ту “ХПІ”: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування: сб. науч. тр. – Харків: НТУ “ХПІ”, № 13 (1056). – 2014. – С. 11-20. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_періодика/vestnik/енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування/2014/13/13_14_02.pdf.
  • 4. Влияние крупнодисперсной влаги на рабочие процессы влажнопаровых ступеней турбин / А. Л. Шубенко, В. Н. Голощапов, И. С. Стрельников, И. В. Решитько // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит, – 2014. № 11 (130). – С. 28-39. ISSN 2218-1849.
    Режим доступу: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-krupnodispersnoy-vlagi-na-rabochie-protsessy-vlazhnoparovyh-stupeney-turbin
  • 5. Метод расчета нестационарного образования жидкой фазы в быстрорасширяющихся потоках переохлажденного пара в ступенях влажнопаровых турбин с учетом особенностей их рабочих процессов / А. Л. Шубенко, В. Н. Голощапов, Н. Ю. Бабак, И. В. Решитько // Проблемы машиностроения. – 2015. – Т. 18, вып. 4/2. – С. 3 – 12. – ISSN 0131-2928.
    Режим доступу: http://journals.uran.ua/jme/article/download/57516/53817

b):

  • 1. Рациональное распределение тепловой нагрузки в теплофикационной установке турбины Т-100/120-130 / А. Л. Шубенко, О. А. Бабенко, В. Н. Голощапов, А. Ю. Козлоков // Вісн. Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування: сб. науч. тр. № 12 (1055). – Харків: НТУ “ХПІ”,– 2014. – С. 34-37. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://repository.kpi.kharkov.ua/…/1/vestnik_HPI_2014_12_Shubenko_Ratsionalnoye.pdf
  • 2. Влияние реальных режимов работы теплофикационной турбины Т-100/120-130 на отпуск тепла и электроэнергии / А. Л. Шубенко, О. А. Бабенко, В. Н. Голощапов, А. Ю. Козлоков // Вісн. Нац. техн. ун-ту “ХПІ”. Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. зб. наук. праць. № 17(1126). – Харків: НТУ «ХПІ», 2015. – С. 40-43. – ISSN 2078-774Х.
    Режим доступу: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/17795.
  • 3. Шубенко А. Л. Повышение эффективности работы цилиндров низкого давления теплофикационных турбин [Текст] / А. Л. Шубенко, В. Н. Голощапов, О. А. Бабенко // Вестн. Нац. техн. ун-та «ХПИ». Серия Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование: сб. науч. трудов. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2017. – № 8 (1230). – С. 82-87. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://etpo.khpi.edu.ua/article/download/94479/107450

c):

  • 1. Пат. 77969 Україна, F01D 5/28, (2006.01). Контактний вузол хвостового з’єднання робочої лопатки парової турбіни / О. Ю. Бояршинов, О. Л. Шубенко, В. П. Сухінін, Т. М. Фурсова; заявник і патентовласник Українська інженерно-педагогічна академія. – №u 2013 06732; заявл. 01.06.2012; опубл. 11.03.2013, Бюл. № 5.
  • 2. Диагностіка, Надійність. Ресурс парових турбін. О. Л. Шубенко, В. П. Сухінін, Т. Ф. Фурсова, О. Ю. Бояршинов – Українська інженерно-педагогічна академія. – Харків: Оперативна поліграфія, 2014. – 152 с. – ISBN 978-8354-17-5.
  • 3. Газодинамическое совершенствование проточной части ЦСД паровой турбины серии Т-100 / А. В. Русанов, А. Л. Шубенко, А. Ю. Култышев, В. Н. Билан, М. Ю. Степанов, А. В. Сенецкий, Н. В. Пащенко // Компрессорное и энерг. машиностроение. – 2013. – № 4 (34). С. 7-16 .
    Режим доступу: http://journal.mikem.com.ua/sites/default/files/articles_pdf/34%20%282%29.pdf
  • 4. Улучшение равномерности распределения напряжений в елочных хвостових соединениях робочих лопаток турбин [Текст] / А. Л. Шубенко, В. П. Сухинин, Т. Н. Фурсова, А. Ю. Бояршинов // Вест. Нац. техн. ун-та «ХПИ». Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование: сб. науч. трудов. № 13. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2013. –– С. 120-127. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_періодика/vestnik/енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування/2013/12/12_13_18.pdf.
  • 5. Шубенко А. Л. Деформации кручения длинных лопаток паровых турбин [Текст] / А.Л. Шубенко, В. П. Сухинин, А. Ю. Бояршинов // Восточноевропейский журнал передовых технологий. – 2013. – №3/8(63). – С. 21-24.
    Режим доступу: http://journals.uran.ua/eejet/article/viewFile/14830/12632/

II.:

  • 1. Когенерационные технологии в энергетике на основе применения паровых турбин малой мощности / А. Л. Шубенко, В. А. Маляренко, А. В. Сенецкий, Н. Ю. Бабак / Институт проблем машиностроения НАН Украины. – Харьков: Цифрова друкарня № 1, 2014. – 320 с. – ISBN 978-966-02-7059-6.
  • 2. Пат. 97282 Україна, МПК (2014.01) F25B 11/00, F25J 3/08 Установка низькотемпературної обробки природного газу / Сарапін В.П., Шубенко О.Л.; заявник та патентовласник Ін-т проблем машинобудування.
  • 3. Реализация каскадных тепловых схем с применением турбин на низкокипящих рабочих телах / А. Л. Шубенко, А. В. Русанов, А. В. Сенецкий, Р. А. Русанов // Вест. Нац. техн. ун-та «ХПИ»: Серия: Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование: сб. науч. тр. – Харьков: НТУ «ХПИ», № 12 (1055). – 2013. – С. 24-29. – ISSN 2078-774x.
    Режим доступу: http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_періодика/vestnik/енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування/2013/12/12_13_04.pdf.
  • 4. Шубенко А. Л. Совершенствование схемы низкотемпературной сепарации природного газа для месторождений с разнонапорными скважинами / А. Л. Шубенко, В. П. Сарапин // Проблемы. машиностроения. – 2015. – Т. 18, вып. 4/1. – С. 63-66. – ISSN 0131-2928.
    Режим доступу: journals.uran.ua/jme/article/view/57513.
  • 5. Многоступенчатый осевой утилизационный турбодетандер для работы с потребителями газа разных давлений / А. Л. Шубенко, В. П. Сарапин, А. В. Сенецкий, Н. В. Пащенко // Вісн. Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: Серія: Гідравлічні машини та гідроагрегати: зб. наук. праць. – Харків: НТУ «ХПІ»,– № 42 (948). 2016. – С. 17–22. . – ISSN 2411-3441.
    Режим доступу: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/26361/1/vestnik_KhPI_2016_41_Shubenko_Mnogostupenchatyy.pdf.
  • 6. Энергосбережение на ГРС при совместной работе турбодетандера и воздушной климатической системы / А. Л. Шубенко, В. П. Сарапин, А. В. Сенецкий, М. В. Сарапина // Вісник Нац. техн. ун-ту «ХПІ»: зб. наук. праць. Серія: Гідравлічні машини та гідроагрегати.– Харків: НТУ «ХПІ», 2016. – № 20(1192). – С. 15-19. – ISSN 2411-3441.
    Режим доступу: archive.kpi.kharkov.ua/files/57811/
  • 7. Когенерация в котельных на основе органического цикла Ренкина / С. Ю. Андреев, В. А. Маляренко, А. Л. Шубенко, Н. Ю. Бабак, А. В. Сенецкий, И. А. Темнохуд // Комунальне господарство міст: зб. наук. праць. Серія: Технічні науки та архітектура. – Харків: Харківська Нац. Акад. Міськ. Госп., 2016. – № 130. – С. 55-64. – ISSN 0869-1231.
    Режим доступу: http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/30357/1/ITE_2016_2_Andrieiev_Koheneratsiia.pdf.
  • 8. Разработка каскадной тепловой схемы турбоустановки на низкокипящих рабочих телах для сельской энергетики / А. Л. Шубенко, В. А. Маляренко, Н. Ю. Бабак, А. В. Сенецкий, В. П. Сарапин // Вісн. Нац. техн. ун-ту НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків : НТУ «ХПІ», 2017. – № 10 (1232). – С. 13–24. –ISSN 2078-774X. – doi: 10.20998/2078-774X.2017.10.02.
    Режим доступу: http://www.kpi.kharkiv.edu/turbine/books/books_ts_sbornik/vestnik%202017/10_17/10_2017_02.pdf

III. :

  • 1. Шубенко А. Л. Определение степени эрозионной поврежденности лопаток цилиндра низкого давления турбин ТЭС и АЭС в процессе работы. /А. Л. Шубенко, Н. Н. Суслов, Н. Л. Евич // Науч.-техн. журн. Насосы. Турбины. Системы. Воронеж, Россия. – 2014. № 4 (13) – С. 81-90. – ISSN 2226-177X.
    Режим доступу: https://elibrary.ru/item.asp?id=22956914

IV:

  • 1. Канило П. М. Автотранспорт. Топливно-экологические проблемы и перспективы: монография/ П. М. Канило. – Харьков: Харьковский национальный автодорожный университет, 2013. – 272 с.
  • 2. Канило П. М. Антропогенно-экологические факторы глобального потепления климата / П. М. Канило, В. В. Соловей, М. В. Сарапина // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2013. – № 8. – С. 53-60.
    Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ecee_2013_8_9.
  • 3. Канило П.М. Тепловая энергетика, ДВС и глобальное потепление климата / П. М. Канило, А. П. Марченко, И. В. Парсаданов // Двигатели внутреннего сгорания. – 2015. – № 2.– С 57 – 68.
    Режим доступу: http://repository.kpi.kharkov.ua/…/KhPI…/DVS_2015_2_Kanilo_Teplovaya_energetika.pdf.