№ 31 Відділ оптимізації процесів і конструкцій турбомашин

Кадровий склад відділу:

Бабенко Ольга Анатоліївна, старший науковий співробітник, канд. техн. наук
Бояршинов Олексій Юрійович, молодший науковий співробітник, канд. техн. наук
Бурдукін Володимир Михайлович, техн. 1 к.
Голощапов Володимир Миколайович, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Горпинко Юрій Іванович, старший науковий співробітник, канд. техн. наук, с.н.с.
Котульська Ольга Валеріївна, провідний інженер
Парамонова Тетяна Миколаївна, провідний інженер
Пащенко Наталя Вікторівна, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук
Сенецька Дарья Олеговна, провідний інженер

Історія створення відділу та найбільш вагомі досягнення

У 2017 р. відділу виповнилося 60 років з дня заснування. Він був організований на підставі постанови Президії АН УРСР від 10 травня 1957 р. Новому академічному відділу робочих процесів теплових двигунів, який спочатку розташовувався на території ХТГЗ (нині ПАТ “Турбоатом”), було доручено виконувати дослідження в галузі турбінобудування.
Першими співробітниками відділу стали інженер Палагін А. А., технік Блехер С. Ф. і головний інженер Олейніков Є. Г., який до 1968 р. був помічником керівника. Після ряду перетворень відділ перейменовано у відділ оптимізації процесів і конструкцій турбомашин Інституту проблем машинобудування (ІПМаш) НАН України, який з дня заснування і по 1991 р. очолював доктор технічних наук, Герой Соціалістичної Праці, лауреат Державної премії СРСР, академік АН УРСР Шубенко-Шубін Л. О. . З 1991 р. по 1996 р. керував відділом доктор технічних наук, професор Палагін А. А., а з 1996 р. – доктор технічних наук, професор Шубенко О. Л., якого у 2009 р. було обрано членом-кореспондентом НАН України.
На першому етапі діяльності відділу було поставлено завдання дослідити основні чинники, що обмежують подальше підвищення одиничної потужності, економічності і надійності турбоагрегатів. Дослідження з вдосконалення теплових схем (ТС), з підвищення економічності і надійності проточної частини (ПЧ) (особливо останнього ступеня), а також розробка і впровадження ефективних систем охолодження турбін здійснювалися з метою підвищення початкових параметрів робочих середовищ з переважним використанням вже освоєних матеріалів. Отримані результати знайшли відображення і в кандидатських дисертаціях, які першими у відділі захистили Переверзєв Д. А. (1963 р.) і Познахірев В. Ф. (1964 р.).
Методами, що були розроблені у відділі до 1973 р., виконано великий обсяг досліджень:
– ТС діючих і перспективних паротурбінних установок (ПТУ);
– останніх ступенів турбін, що значною мірою сприяли створенню робочих лопаток довжиною 740, 780 і 1050 мм, які на той час були найдовшими в практиці світового турбобудування;
– охолоджуваних елементів ПТУ з надвисокою початковою температурою пари (надано рекомендації зі створення та вдосконалення засобів теплового захисту, систем охолодження);
– з організації взаємних теплових переміщень деталей ротора і статора в ПТУ і газотурбінних установках (ГТУ), а також систем контролю цих переміщень.
Результати цих досліджень були впроваджені при створенні турбін ХТЗ ім. С.М. Кірова потужністю 300 і 500 тис. кВт типу К-300-240 і К-500-240, а також турбіни СКР-100 потужністю 100 тис. кВт з рекордними початковими параметрами пари (300 ата, 650 ºС), турбін АЕС потужністю 70 і 220 тис. кВт та ін. Тоді ж уперше була розроблена і широко впроваджена в СРСР система стандартних програм для визначення термогазодинамічних властивостей води і водяної пари, що відкрила можливість широкого використання ЕОМ при проектуванні паротурбінних установок.
Подальший розвиток робіт в галузі турбінобудування сприяв сформуванню в 1973 р. одного з основних наукових напрямів ІПМаш НАН України «Оптимізація теплових процесів і елементів конструкцій турбін для електростанцій на ядерному і органічному паливі методами математичного і фізичного моделювання», який очолив академік Шубенко-Шубін Л.О. Наукова діяльність проводилася за двома аспектами: фундаментальні розробки основ машинного проектування оптимальних конструкцій ПТУ; реалізація цих розробок у вигляді людино-машинних комплексів – пакетів прикладних програм і систем автоматизованого проектування (САПР) для створення і дослідження елементів і вузлів турбоустановок.
Були розроблені і реалізовані на ЕОМ БЕСМ-6 і ЄС методи, моделі і алгорітми:
– для вирішення задач, пов’язаних з проектуванням принципових і розгорнутих ТС турбоустановок, з розміщення і компонування обладнання, з трасування трубопроводів і техніко-економічного аналізу варіантів вирішення (Спільно з Інститутом кібернетики АН УРСР і ХТЗ ім. С.М. Кірова розроблені ескізний проект і технічне завдання на створення першої черги САПР парових турбін. Роботи координувалися за планами найважливіших робіт Держплану, ДКНТ і РМ СРСР, а також за цільовими програмами з нової техніки. Було виконано великий обсяг досліджень турбоустановок для ТЕС і АЕС потужністю 220, 300, 500, 750 і 1000 МВт, економічний ефект від впровадження яких на той час становив ~1,5 млн. карб.);
– з оптимізації термогазодинамічних параметрів і оптимального конструювання ступенів і відсіків з довгими гвинтовими лопатками. (Відповідні програми були впроваджені на всіх провідних турбобудівних заводах СРСР з сумарним економічним ефектом ~1,6 млн. карб.);
– з комплексного вирішення задач керування тепловим станом і аналізу температурних полів турбоагрегатів з метою підвищення їх надійності та маневреності (Результати впроваджені на ХТЗ ім. С. М. Кірова з сумарним економічним ефектом ~300 тис. карб.).
Також проведено розрахунково-експериментальні дослідження з розробки методики кількісної оцінки надійності корпусних елементів типу компенсаторів при повторно-статичному навантаженні, що створило передумову для оптимального проектування цих елементів з урахуванням реальних умов навантаження (Розроблена і впроваджена на ХТЗ ім. С.М. Кірова автоматизована система вимірювань і обробки експериментальних даних тензометричних випробувань конструкцій при статичному і повторно-статичному навантаженні мала економічний ефект ~220 тис. карб. на рік).
На основі цих робіт була створена перша в СРСР наукова школа з оптимізації процесів і конструкцій турбомашин та автоматизації їх проектування. Координація робіт проводилася Українським відділенням Наукової Ради АН СРСР з комплексних проблем енергетики та Науковою Радою АН УРСР з проблеми «Енергетичне машинобудування», головою яких був академік АН УРСР Шубенко-Шубін Л. О.
Відділом був зроблений значний внесок в розвиток та організацію проектно-конструкторських і науково-дослідних робіт в галузі енергетичного турбобудування методами математичного моделювання. Визнанням цього внеску стала організація в 1974 р. на базі ІПМаш АН УРСР республіканських, а по суті всесоюзних, науково-технічних конференцій з математичного моделювання процесів і конструкцій турбомашин, які з 1976 р. проводилися один раз на три роки. На теперішній час один раз на два роки проводиться Міжнародна науково-технічна конференція «Удосконалювання енергоустановок методами математичного і фізичного моделювання».
У 70-ті роки у відділі працювало вже 7 кандидатів наук (Палагін А. А., Познахірев В. Ф. , Переверзєв Д. А. , Карцев А. І. , Стоянов Ф. А. , Шубенко О. Л. , Тарелін А. О. ). Навколо них утворилися основні робочі групи і остаточно сформувалася вищезазначена наукова школа. Склад відділу сягав 30-35 чол. У 1978-1979 рр. кандидатські дисертації захистили Головченко О. М. та Кострикін В. О.
З метою розширення сфери застосування робіт були запропоновані нові форми контактів з провідними підприємствами енергетики та енергомашинобудування. Проводилися виїзні сесії і всесоюзні наради Українського відділення Наукової Ради АН СРСР з комплексних проблем енергетики (міста Ленінград і Харків). У 1978 р. з числа співробітників відділу при «Харківенерго» організовано лабораторію подвійного підпорядкування (АН УРСР, Міненерго УРСР), основним завданням якої було широке використання розроблених відділом методів і засобів для вдосконалення функціонуючого обладнання електростанцій.
У 80-ті роки згідно з довгостроковими планами фундаментальних і науково-технічних робіт ІПМаш АН УРСР відділом була виконана розробка наукових основ і принципів людино-машинного проектування оптимальних конструкцій і технологічних схем турбоустановок ТЕС і АЕС; проводилися дослідження й оптимізація ТС і ПЧ турбоагрегатів, у тому числі і тих, які працюють в зоні двофазних течій. Тоді, власне, і були закладені основи і створені машинні комплекси проектування оптимальних конструкцій спочатку ПЧ турбін, а потім турбоагрегату в цілому.
У кінці 1980-х років науковий напрям, заснований академіком АН УРСР Шубенком-Шубіним Л. О., мав узагальнюючу назву «Теорія і практика створення і вдосконалення енергетичних машин і установок методами і засобами математичного моделювання та натурно-обчислювального експерименту» (енергетичні і транспортні ПТУ, ГТУ і ПГУ, гідротурбіни та ін.).
Докторські дисертації були захищені Стояновим Ф. А. , Палагіним А. А. , Переверзєвим Д. А. , а кандидатські – Роговим М. І. , Антіпцевим Ю. П. , Межлумовим М. М. , Єфімовим О. В., Зевіним Л. І. , Лебедєвим А. Г. , Меньшиковою О. Д. , Шнейдманом В. А., Кудренком А. В. , Ільченком Б. С. , Ковальським О. Е. , Бабаком М. Ю.
На той час співробітниками відділу було опубліковано понад 400 наукових робіт, серед яких 6 монографій, та підготовлено 20 кандидатів наук.
Розпад СРСР безумовно наклав певний відбиток на роботу, але і в той складний кризовий час відділ продовжував працювати в науковому напрямі, що був закладений Шубенком-Шубіним Л. О., який пішов з життя 28 липня 1994 року після важкої тривалої хвороби.
З 1991 р. по 1996 р. відділом керував один з його найближчих учнів доктор технічних наук, професор Палагін А. А. У цей час були захищені докторські дисертації Єфімовим О. В. та Шубенком О. Л.
З 1996 р. відділ очолив доктор технічних наук Шубенко О. Л. З того часу активно продовжуються роботи за традиційними для відділу напрямами. Набули подальшого розвитку дослідження зі створення математичних моделей, методів та програмних засобів розрахунку робочих процесів у ступенях вологопарових турбін. Важливі результати отримано при вирішенні задач з визначення оптимальних режимів експлуатації паротурбінних установок ТЕЦ. Разом з тим з ініціативи керівництва інституту у відділі почали розвиватися і нові напрями досліджень.
Один з цих наукових напрямів, очолюваний кандидатом фізико-математичних наук Сусловим М.М. , включає в себе задачі, пов’язані з діагностикою фізико-механічних процесів у машинобудуванні та енергетиці радіофізичними методами. Це дає змогу досить успішно створювати прилади, що засновані на безконтактних радіохвильових методах, для вимірювання механічних коливань і теплових розширень елементів енергообладнання, товщинометрії тонких діелектричних плівок, діагностики ерозійного зносу лопаток апаратів турбін без їх зупинки та ін.
Інший напрям, що очолює доктор технічних наук, професор Каніло П.М., пов’язаний з розробкою нових підходів до спалювання в енергоустановках вугільних палив, у тому числі на основі НВЧ-плазмових технологій, з вирішенням супутніх і глобальних екологічних проблем. Ці напрями успішно розвиваються у відділі і сьогодні.
З кінця минулого століття у відділі активно розвиваються дослідження, пов’язані з використанням турбін малої потужності для енергозбереження на підприємствах енергетики, комунального господарства та ін. галузей. Подальший розвиток отримали науково-виробничі зв’язки відділу з «Укртрансгазом», більше уваги стало приділятися налагодженню контактів з підприємствами та електростанціями Харківського регіону.
Науковці відділу почали надавати консультативні та госпдоговірні послуги з енергозбереження (складання техніко-економічних обґрунтувань) для енергетичної, хімічної, гірничої та ін. галузей. Ці роботи виконуються відділом і зараз.
Такі НДР, як «Розробка техніко-економічної пропозиції по удосконаленню енергозбереження на Ясинівському коксохимічному заводі на основі діючої ТЕЦ» (2002 р., м. Макіївка, Донецька обл.); «Розробка техніко-економічного обґрунтування установки на Охтирській ТЕЦ турбогенератора ТГ-3, потужністю 500-700 кВт, для роботи на парі першого відбору ТГ-2 типу АП-6 з метою підвищеня економічної ефективності роботи ТЕЦ та зменшення питомої витрати палива» (2007 р., м. Охтирка, Сумська обл.) завершилися встановленням на ТЕЦ цих підприємств при активній участі співробітників відділу парових турбін ПТ-12/13-3,4/1,0-1 та Р-0,75-0,4/0,03 відповідно.
Після 2000 р. співробітниками відділу було захищено 7 кандидатських дисертацій (2002 р. – Ганжа А. М. , 2003 р. – Тимчик О. В. , 2012 р. –Сенецький О. В. , 2013 р. – Бабенко О. А. та Євич М. Л. , 2016 р. –Бояршинов О. Ю. та Сарапін В. П. ) і одна докторська 2008 р. – Ковальський О. Е. Крім того, ще було підготовлено 5 кандидатів та два доктори технічних наук із співробітників інших організацій.
Згідно зі світовими тенденціями розвитку енергетики останнє десятиріччя підвищена увага у відділі приділяється науковим дослідженням, пов’язаним з використанням турбомашин на альтернативних робочих тілах (у тому числі і на низькокиплячих) з метою енергозбереження.
Досить інтенсивно продовжуються наукові роботи з підвищення економічності, надійності, маневреності та екологічності паротурбінних, газотурбінних і парогазових установок і енергоблоків для великої, транспортної та малої енергетики методами математичного і фізичного моделювання.

Підготовка кадрів (кількість підготовлених докторів та кандидатів наук)

З 2000 р. співробітниками відділу підготовлено 12 кандидатів технічних наук та три доктори наук.

Основні наукові напрями досліджень

Монографії співробітників відділу оптимізації процесів і конструкцій турбомашин, що вийшли у 2018 р.

1. Когенераційні технології в малій енергетиці: монографія / В. А. Маляренко, О. Л. Шубенко, С. Ю. Андрєєв, М. Ю. Бабак, О. В. Сенецький // Харків. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2018. – 433 с.
2. Паровые турбины: малорасходные режимы ступеней низкого давления / А. Л. Шубенко, В. Н. Голощапов, Л. Н. Быстрицкий, Б. Н. Агафонов, С. В. Алехина, В. И. Касилов // Издательство «Энерготех». – Санкт-Петербург, 2018. – 344 с. – Серия «Вопросы энергетики», вып. 11.

Найважливіші публікації за напрямами досліджень