Історія

ЕТАПИ СТВОРЕННЯ ТА СТАНОВЛЕННЯ ІНСТИТУТУ

 

Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (ІЕМС НАН України) є провідним центром фундаментальних і прикладних наукових досліджень у галузі енергетики та машинобудування.

Інститут веде свій історичний відлік з 1939 р., коли в Харкові за ініціативи академіків АН УРСР В. М. Хрущова та Г. Ф. Проскури був створений Інститут енергетики АН УРСР.

Започаткування такого осередку науково-дослідницької діяльності в галузі енергетики, електротехніки та енергетичного машинобудування саме в Харкові відповідало запитам того часу, адже місто вже тоді стало крупним вітчизняним машинобудівним та науковим центром. Внаслідок низки організаційних та географічних трансформацій, пов’язаних з роботою науковців у воєнний час, в Харків у 1948 р. повернулася група під керівництвом академіка Г. Ф. Проскури, яка склала колектив Лабораторії швидкохідних машин і механізмів АН УРСР. З 1954 р. лабораторію очолив його учень – академік АН УРСР А. П. Філіппов. У 1955 р. назву лабораторії було змінено на Лабораторію гідравлічних машин, в 1964 р. реорганізовано у філіал Інституту механіки АН УРСР, а з 1970 р. – у філіал Інституту технічної теплофізики АН УРСР. Його керівником у 1971 р. став молодий, талановитий доктор технічних наук (згодом академік НАН України) А. М. Підгорний, завдяки ініціативі якого у 1972 р. цей філіал був перетворений в Інститут проблем машинобудування АН УРСР (ІПМаш НАН УРСР). У 1996 р. інституту на честь засновника і першого директора присвоєно ім’я А. М. Підгорного. 01 січня 2022р. до ІПМаш НАН УКраїни приєднано ДУ “Інститут технічних проблем магнетизму НАН України”. 19 липня 2024 р. з метою більш точного відображення напрямів дослідницької діяльності ІПМаш НАН України перейменовано в Інститут енергетичних машин і систем ім. А.М. Підгорного НАН України.

Історія ІЕМС НАН України пов’язана з відомими українськими вченими – академіками Г. Ф. Проскурою, А. П. Філіпповим, А. М. Підгорним, Л. О. Шубенком-Шубіним, В. Л. Рвачо­вим, Ю. М. Мацевитим, діяльність яких ознаменувалася формуванням наукових шкіл, що багато в чому сприяло визначенню наукової направленості інституту.

Академік Г. Ф. Проскура – відомий учений у галузі прикладної гідроаеродинаміки. Він є одним з основоположників розвитку теорії пропелерних турбін і насосів. З його ім’ям пов’язане становлення авіації в Україні. Ядро створеної ним в Харкові школи гідромеханіки та профілювання лопатевих машин складали такі відомі фахівці, як Д. Я. Алексаполь­ський, В. М. Єршов, О. О. Ко­ротков, Ю. С. Лейтес та ін. Наукові дослідження очолюваної Г. Ф. Проскурою Лабораторії швидкохідних машин і механізмів в галузі фізичних процесів, що відбуваються під час роботи гідравлічних і газових турбін, насосів, гідравлічних передач тощо, мали не тільки фундаментальний характер, а й велике прикладне значення – результати перевірялися на практиці і були важливі для країни, адже їх впровадження сприяло відродженню та розвитку економіки, яка була зруйнована війною.

 

Під керівництвом учня Г. Ф. Проскури, академіка А. П. Філіппова – відомого ученого в галузі теоретичної і прикладної механіки – в Харкові вперше в Україні створюється школа механіків-енергомашинобудівників, яка розвиває чисельні методи розрахунку машинобудівних конструкцій з використанням ЕОМ. Продовження та поглиблення цих робіт було викликане необхідністю зменшення металомісткості й збільшення надійності та ресурсу машин. Цей напрям надалі розвивається в роботах його колег й учнів – В. М. Булгакова, В. С. Гонткевича, Б. Я. Кантора, В. М. Мітке­вича та ін.

 

 

Академіком Л. О. Шубенком-Шубіним – одним з наукових лідерів в галузі енергомашинобудування – створена школа з оптимізації процесів і елементів конструкцій турбоустановок для електростанцій на ядерному та органічному паливах методами математичного та фізичного моделювання з переходом на проектування із застосуванням ЕОМ. Роботи в цьому напрямі проводили Ю. М. Дедусенко, А. А. Палагін, Д. А. Переверзєв, В. Ф. По­знахірев, А. О. Тарелін, О. Л. Шу­бенко та ін.

 

 

 

 

З приходом до установи талановитого вченого, доктора фізико-математичних наук (згодом академіка АН УРСР) В. Л. Рвачова створюється школа математичного моделювання фізичних процесів, в якій розвиваються ефективні методи розв’язання крайових задач теорії суцільного середовища для областей будь-якої геометричної складності.

 

 

 

Учень А. П. Філіппова і перший директор ІПМаш АН УРСР – А. М. Підгорний направив свої зусилля, у першу чергу, на розвиток існуючих наукових шкіл і на залучення першокласних фахівців. Саме завдяки його зусиллям філіал Інституту технічної теплофізики був реорганізований у самостійний академічний інститут. До установи прийшли та очолили наукові відділи талановиті науковці – доктори технічних наук О. Є. Божко, А. П. Кудряш, Ю. М. Мацевитий, Г. О. Соколовський, Ю. Г. Стоян, які активно включилися в розвиток наукових напрямів інституту.

 

 

 

Так, під керівництвом Ю. М. Ма­цевитого (згодом академіка НАН України, другого директора ІПМаш) в рамках наукового напряму з математичного та фізичного моделювання було створено наукову школу теплофізиків – фахівців у галузі нелінійних і обернених задач теплопровідності. Її представники почали розробляти оригінальну методологію аналогового та чисельного моделювання, ідентифікації й оптимізації теплофізичних процесів в енергетичному обладнанні та інших технічних об’єктах.

 

 

На той час ІПМаш АН УРСР перетворився в потужний науково-технічний комплекс. Велика увага приділялася підготовці наукових кадрів вищої кваліфікації через аспірантуру та докторантуру. В інституті функціонувало дві спеціалізовані вчені ради із захисту докторських та кандидатських дисертацій і чотири науково-технічні проблемні ради. Щорічно в аспірантурі навчалося близько 50 аспірантів. Неухильно зростала кількість докторів, підготовлених із числа співробітників інституту.

В інституті функціонували відділення:

• енергетичних машин – керівник Л. О. Шубенко-Шубін;
• двигунів і перспективних джерел енергії – керівник А. М. Під­горний;
• міцності та надійності – керівник А. П. Філіппов;
• математичного та фізичного моделювання – керівник В.Л. Рва­чов.

Інститут в усі роки свого існування так само, як і установи – його попередники, завжди перебував на передових рубежах вітчизняної науки. Його співробітники жваво реагували на вимоги часу, на завдання, що виникали у зв’язку з бурхливим розвитком машинобудівного комплексу країни, і завжди вирішували їх на найвищому науковому рівні. Так було і в 50-ті роки ХХ століття, коли розгорнулося будівництво гідроелектростанцій і країні потрібні були нові гідротурбіни, і в 60-ті, коли гостро постали питання вдосконалення парових і газових турбін і методів їх проектування, і в 70-ті, коли людство замислилося над вичерпністю вуглеводнів корисних копалин і виникла проблема пошуку альтернативних енерготехнологій, і в 80-ті, коли були поставлені задачі подовження термінів служби працюючих енергоблоків і дуже важливим стало їхнє діагностування та прогнозування залишкового ресурсу, і в 90-ті роки, і зараз, коли першочерговими були і залишаються питання енергонезалежності та сталого функціонування енергетичної галузі країни.

В інституті проведено значний комплекс робіт з оптимізації робочих процесів і конструкцій турбоустановок для ТЕС і АЕС. Створено математичні моделі, алгоритми та програми для автоматизованого проектування теплових схем , проточних частин і пускових режимів турбін. Спільно з Інститутом кібернетики АН УРСР і НВО «Турбоатом» створена та впроваджена система автоматизованого проектування «Турбоагрегат», що дає змогу розробляти проточні частини турбомашин з оптимальними характеристиками економічності, статичної міцності та вібраційної надійності. За її допомогою спроектовано унікальну робочу лопатку останнього ступеня для цілого ряду потужних турбоагрегатів. Розроблено принципи імітаційного моделювання складних технологічних систем турбоблоків ТЕС і АЕС, метод прогнозування ерозійного зношування лопаткових апаратів та комплекс математичних моделей, алгоритмів і програм для оптимізації ступенів волого-парових турбін; методи та засоби оцінки ресурсу й прогнозування надійності конструктивних елементів при повторно-статичному навантаженні; методи розв’язання задач синтезу раціонального теплового стану елементів турбомашин. Ці роботи проводилися під керівництвом Л. О. Шубенка-Шубіна та за участю науковців – відповідальних виконавців Ю. П. Антіпцева, О. В. Єфімова, А. І. Карцева, О. Е. Ковальського, А. Г. Лебедєва, А. А. Палагіна, Д. А. Перевер­зєва, Ф. А. Стоянова, А. О. Тареліна, О. Л. Шубенка, В. А. Яков­лєва та ін.

Так, у 1961 р. під керівництвом академіка НАН України Л. О. Шубенка-Шубіна розроблено й введено в експлуатацію першу у світі парову турбіну «СКР-100» потужністю 100 МВт із суперкритичними початковими параметрами пари (29,4 МПа та 650°С), що дозволило забезпечити суттєве збільшення ККД енергоблока в цілому. На той час усі існуючі парові турбіни мали початкові параметри пари нижче критичних (22,0 МПа та 373,9 °С). На території колишнього Радянського Союзу досі не існує жодного енергоблока, який працює на суперкритичних параметрах, а у світі подібні характеристики парових турбін були досягнуті тільки наприкінці минулого століття.

Енергоблок Трипільської ТЕС з паровою турбіною потужністю 300 МВт

У 70-х роках розроблено серію парових турбін для ТЕС, у тому числі турбіну потужністю 300 МВт з унікальною робочою лопаткою останнього ступеня довжиною 1050 мм. На час створення ця турбіна за показниками енергоефективності була найкращою у світі. Крім того, було закладено базу, а згодом створено серію тихохідних турбін на 1500 об/хв для АЕС потужністю 500, 750 та 1000 МВт.

Напрямний апарат та робоче колесо
оборотної гідротурбіни Дністровської ГАЕС

Гідродинамічний стенд ІЕМС НАН України

Науковцями інституту, зокрема колективом галузевої Лабораторії оборотних гідромашин, яку було створено в 1978 р., під керівництвом Ю. І. Федулова розроблено велику кількість моделей гідротурбін і оборотних радіально-осьових гідромашин, що були використані НВО «Турбоатом» під час створення гідроагрегатів для споруджуваних і проектованих ГЕС і ГАЕС в Україні та за кордоном. Створено і досліджено також моделі поворотно-лопатевих гідротурбін та оборотних гідромашин радіально-осьового, діагонального й осьового типів, розроблено мікрогес на різні напори та потужності. Серед найбільш відомих розробок цієї лабораторії можна виділити проточну частину оборотної гідротурбіни Дністровської ГАЕС. Досі ця насос-турбіна має найбільшу в Європі одиничну потужність і один з найкращих ККД у світі. Вагомий внесок у створення унікальних гідродинамічних стендів, за допомогою яких проводилися модельні дослідження, а також проектування проточних частин гідромашин, зробили Є. С. Агібалов, В. М. Дєдков, П. М. Сухоребрий, Ю. І. Федулов, Л. О. Шелудяков.

Під керівництвом Г. О. Соколовського, а потім В. І. Гнесіна розроблено математичні моделі просторових стаціонарних і нестаціонарних течій рідини та газу через лопаткові апарати турбомашин, зокрема модель нестаціонарної трансзвукової течії газу через турбінний ступінь, що має світовий пріоритет. Вагомий внесок у розвиток методів обчислювальної гідрогазодинаміки зробили А. О. Биков, В. А. Ванін, О. І. Голубєв, С. В. Єршов, А. В. Русанов, В. Г. Солодов та ін.

На базі цих досліджень С. В. Єршовим і А. В. Русановим в середині 90-х років ХХ століття був створений перший на терені колишнього Радянського Союзу повноцінний програмний комплекс FlowER, який став на той час і залишається дотепер для багатьох енергомашинобудівних підприємств основним інструментом під час виконання розрахунків просторових в’язких течій в проточних частинах турбомашин.

Фундаментальні дослідження інституту з прикладної механіки, динаміки та міцності, термопружності та повзучості деталей машин охопили великий комплекс проблем. Розвинуто нелінійну теорію оболонок, теорію оптимізації тонкостінних конструкцій. Побудовано новий метод розв’язання контактних задач теорії оболонок, нові варіаційні методи. Розроблено метод оптимізації шаруватих пластин за імпульсного й ударного навантажень. Розвинуто теорію гіперсингулярних інтегральних рівнянь і теорію тріщин, теорії повзучості складних середовищ і пластичності для великих деформацій. Розроблено методи розв’язання зв’язаних задач електродинаміки, теплопровідності та термомеханіки для тіл складної конфігурації. Створено теорію відтворення стохастичних вібрацій.

Прикладний напрям цих досліджень, перш за все, пов’язаний з надійністю енергомашинобудівних об’єктів. Побудовано чисельно-аналітичний метод розрахунку несучих конструкцій гідротурбін, створено програмний комплекс для розв’язання осесиметричних і плоских контактних задач нестаціонарної термопластичності, моделювання температурного поля та напружено-деформованого стану відповідальних вузлів енергомашинобудівних об’єктів. Розроблено програми для розрахунку на міцність і власні коливання найбільш відповідальних вузлів турбомашин. Побудовано математичні моделі та створено методи розв’язання задач нелінійних коливань конструкцій з дефектами. Побудовано алгоритми та програми для числового аналізу коливань елементів конструкцій і реакцій оболонково-стрижневих конструкцій на віброімпульсний вплив. Створено систему віброконтролю та діагностики турбоагрегатів парових і атомних електростанцій. Запропоновано методи розрахунку коливань лопаткового апарата турбомашин у реальних умовах експлуатації і проведено дослідження лопаткових апаратів із технологічними відхиленнями під час виготовлення лопаток. Розроблено методологію вібраційної діагностики та прискорених вібраційних випробувань.

Поряд із застосуванням методів механіки та міцності у традиційній для інституту енергомашинобудівній тематиці у відділі міцності тонкостінних конструкцій під керівництвом Б. Я. Кантора проводилися дослідження з біомеханіки серцево-судинної системи.

Протягом багатьох років інститут був лідером в СРСР у галузі застосування сучасної обчислювальної техніки для розв’язання задач механіки та інженерних проблем машинобудування. Саме в інституті в 1962 р. створено перший серед академічних установ м. Харкова обчислювальний центр, опубліковано першу в СРСР монографію із застосування ЕОМ для розв’язання задач динаміки та міцності машин.

Під керівництвом А. М. Підгорного проводилися фундаментальні дослідження з розвитку теорії повзучості складних середовищ, що враховує вихідну та деформаційну анізотропії і різноопірності під час розтягання та стиснення. Набула розвитку теорія пластичності для великих деформацій. Здійснювалася побудова нових високоефективних методів розв’язання контактних задач з урахуванням деформацій пластичності та повзучості за наявності зношування та теплообміну.

Розроблено методи, алгоритми та програмне забезпечення для числового визначення нестаціонарних теплових полів, полів напружень і деформацій у двовимірній і тривимірній постановках в умовах термопружності, термопластичності, повзучості й пошкоджуваності матеріалу, контактних взаємодій та великих деформацій.

Розв’язано задачі про спільні взаємозв’язані коливання в турбоблоках та досліджено динамічні характеристики систем «вал – диски – робочі лопатки», «турбоагрегат – фундамент – основа». Розроблено методи дослідження нестаціонарної взаємодії деформованих систем з імпульсними навантаженнями й тензометричною апаратурою для реєстрації параметрів швидкоплинних процесів деформування.

Удосконалено нові прогресивні технології: імпульсної обробки металів тиском (вибухове штампування, зварювання, розділення елементів конструкцій); ліквідації прихвачування обсадних колон і бурового інструмента за допомогою серії вибухів, що є важливим для збільшення видобутку нафти й газу, прискорення ремонтних робіт тощо.

Дослідження в галузі міцності та надійності елементів конструкцій проводилися науковими колективами під керівництвом Б. Я. Кантора, А. М. Підгорного (пізніше – М. Г. Шульженка) і А. П. Філіппова (пізніше – Ю. С. Воробйова). У цих колективах виросла плеяда вчених, докторів і кандидатів наук, що поповнила харківську школу механіків. Серед них В. І. Гнітько, П. П. Гонта­ровський, Б. П. Зайцев, А. В. Колодяжний, С. С. Кохманюк, Ю. І. Матюхін, Т. Ф. Медведовська, О. К. Руденко, В. І. Севрюков, Н. В. Сметанкіна, О. О. Стрельникова, І. Є. Ржевська, С. В. Угрі­мов, С. В. Філіпковський, Г. А. Шелудько, О. М. Шупіков, Є. Г. Янютін та ін.

Роботи з вібраційної надійності машин, методів і засобів вібраційної діагностики, прискорення вібраційних випробувань, відтворення просторових вібрацій дозволили змінити заводські технології випробувань та обкатування двигунів, удвічі скоротити їхню тривалість, знизити матеріальні й енергетичні витрати. Великий внесок у виконання цієї важливої тематики зробили член-корес­пондент НАН України О. Є. Божко, В. Є. Корсун, Є. О. Лічкатий, О. Ф. Поліщук, В. О. Пушня, О. І. Федоров, В. П. Шпачук та ін.

В інституті приділялася велика увага способам неруйнівного контролю деталей машин, зокрема методу акустичної емісії. Було відкрито спеціальну лабораторію, у якій розвивалися відповідні методи і створювалися засоби контролю та діагностики. У різні часи в лабораторії працювали науковці В. Є. Буданов, І. С. Гузь, М. Л. Євич, М. Б. Мілєшкін, Ю. І. Сергієнко, М. М. Суслов та ін. Тут було розроблено метод дифракційної дефектоскопії, що дав змогу визначити дефекти у виробах з полімерних композиційних матеріалів.

Роботи з використання акустичної емісії для дослідження динаміки процесів деформації та руйнування для визначення координат дефектів, що розвиваються, дозволили діагностувати механічні характеристики виробів не тільки на стадії контрольно-технологіч­них випробувань, але й у процесі експлуатації. Для проведення зазначених досліджень було створено комплекс контролю якості мікрозварних з’єднань, який набув застосування на зварювальному устаткуванні, що має до чотирьох зварювальних голівок.

Автомобіль ГАЗ 24 «Волга», конвертований на водневе паливо
(Москва, ВДНГ СРСР, 1984 р.)

А. М. Підгорний – ініціатор створення та становлення нового наукового напряму – воднева енергетика та водневі технології. Він доклав титанічних зусиль для залучення в інститут людських і матеріальних ресурсів. На той час з’являються ентузіасти цього перспективного напряму – професор І. Л. Варшавський, молоді науковці А. В. Бастєєв, П. М. Каніло, В. Ф. Левченко, А. І. Міщенко, В. В. Пашков, Б. О. Трошенькін, Ю. Ф. Шмалько. Вони разом з О. Ю. Калєкіним, А. П. Кудряшом, А. С. Куценком, В. В. Солов’єм, які вже працювали в інституті, склали кістяк колективу й багато зробили для виконання робіт з розвитку водневої енергетики. У рамках цього напряму створено нову наукову концепцію глибокої переробки водню на основі металогідридної технології та енергетичні й технологічні установки на базі металогідридних термосорбційних компресорів, що виключають використання електричної та механічної енергії під час компримування газу, забезпечуючи пряме перетворення теплоти низького температурного потенціалу в енергію стиску водню. Розроблено нові способи спалювання двокомпонентного (вуглеводневого) палива, що забезпечує високі енергетичні показники газотурбінних і поршневих двигунів. Переведено на водень і водневмісні суміші експериментальні зразки мікроавтобусів, легкових автомобілів й автонавантажувачів, що дало змогу знизити викиди токсичних і канцерогенних речовин більш ніж у 10 разів.

У рамках цього напряму також проводилися дослідження з електрофізичної інтенсифікації хіміко-технологічних процесів, що ґрунтуються на активації хімічних реакцій сильнострумовими імпульсними розрядами.

Обробка електричними розрядами води (разом із застосуванням активного коагулянту гідроксиду металу) лежить в основі електроімпульсної технології очистки води від фізико-хімічних і бактеріологічних забруднень. В інституті розроблено лабораторні й експериментальні установки для електроімпульсної очистки питної води, пересувну автомобільну станцію продуктивністю від 100 до 500 м³ на добу для забезпечення комунальних потреб, стаціонарний дослідно-промисловий комплекс для очистки води продуктивністю 20 м³ на добу.

А. М. Підгорний також ініціював дослідження інших напрямів нетрадиційної енергетики, зокрема, проводилися роботи зі створення й удосконалювання теплонасосних установок. Завдяки спільним зусиллям В. В. Солов’я, М. Б. Чиркіна та інших співробітників в інституті розроблено та створено цілу низку зразків високоефективної теплонасосної техніки різного призначення.

Велику роль у розвитку напряму математичного й фізичного моделювання відіграв академік НАН України В. Л. Рвачов. У 60-х роках минулого століття він побудував теорію R-функцій, що відкрила нові шляхи до розв’язання важливих проблем прикладної математики, аналітичної геометрії, математичної фізики та математичного програмування. За допомогою R‑функцій В. Л. Рвачов, використовуючи геометричні характеристики об’єкта, зумів побудувати рівняння границі цього об’єкта, тобто розв’язав обернену задачу аналітичної геометрії, що чекала свого розв’язання ще за часів Декарта. Ним створено теорію неархімедових обчислень та нові методи моделювання фізичних процесів на її основі. Теорія R-функцій стала основою розробленої в інституті нової технології програмування проблемно-орієнтованою мовою, близькою до природної математичної. Цю технологію реалізовано у вигляді системи «ПОЛЕ», що істотно скоротило трудовитрати під час моделювання фізико-механічних полів в областях складної форми.

Теплонасосні технології виробництва теплоти

В. Л. Рвачов та його учні – Ю. Г. Стоян, Л. В. Курпа, Г. П. Манько, М. С. Синєкоп, А. П. Слесаренко, О. М. Шевченко, Т. І. Шейко та ін. – використовували фундаментальні основи розробленої теорії під час розв’язання задач прикладної механіки, електродинаміки, пружності та пластичності, теплопровідності та магнітної гідродинаміки.

На основі розвитку теорії R-функцій сформувався новий науковий напрям, пов’язаний зі створенням фундаментальних основ і загальної теорії геометричного проектування. Розроблено методи й алгоритми розв’язання оптимізаційних задач розміщення геометричних об’єктів довільної просторової форми та фізичної природи. Створено ряд методів локальної та глобальної оптимізації, а також сучасну технологію програмування для розв’язання цілого ряду прикладних задач, таких, як оптимізація компонування енергетичних об’єктів (машинні зали ТЕС і АЕС, бокси парогенераторів, реакторні відсіки тощо), раціональний розкрій промислових матеріалів, конструювання радіоелектронної апаратури. Технологія дозволяє підвищити якість проектування технологічних систем, надійність приладів, зекономити промислові матеріали. Роботи в цьому напрямі під керівництвом члена-кореспондента НАН України Ю. Г. Стояна здійснювали М. І. Гіль, А. В. Карташов, В. М. Комяк, М. В. Новожилова, О. В. Панкратов, Л. Д. Пономаренко, В. П. Пу­тятін, С. В. Смєляков, Т. Є. Романова, С. В. Яковлєв та ін.

В рамках наукового напряму математичного й фізичного моделювання під керівництвом академіка НАН України Ю. М. Маце­витого проводилися роботи з розвитку нелінійної теорії теплопровідності та теорії обернених (некоректних) задач. Запропоновано оригінальні методи та засоби моделювання теплових процесів і термічних напружень, методи дослідження контактного та радіаційного теплообміну, потокорозподілу в розгалужених гідравлічних мережах.

Розроблено основи теорії моделювання нелінійних фізичних полів на гібридних системах середнього класу, принципи побудови цих систем, методи розв’язання стаціонарних і нестаціонарних нелінійних задач теплопровідності. Створено й впроваджено в НВО «Турбоатом» гібридну обчислювальну систему середнього класу – аналого-цифровий комплекс «Нептун». Розроблено та впроваджено на ряді електростанцій прилади серії «Турбіна» для контролю прогину корпусів турбін і запобігання аварійним ситуаціям, пристрої для розв’язання обернених задач.

У плані розвитку теорії обернених задач теплопровідності запропоновано й розроблено методи та засоби для розв’язання граничних, внутрішніх, геометричних, ретроспективних і комбінованих обернених задач. Пояснено стійкість аналогових схем для розв’язання некоректних задач, розвинуто методи автоматизованого підбору, оптимальної динамічної фільтрації, регіонально-структурний метод і метод спектральних функцій впливу, запропоновано модифікації фільтра (ітераційний, усічений й адаптивний), досліджено питання стійкості та збіжності їхніх алгоритмів, проаналізовано можливості різних методів регуляризації розв’язків некоректних задач теплопровідності.

У розвитку й удосконаленні зазначених методів та їх використанні для прикладних задач активну участь брали С. Ф. Лушпенко, В. А. Маляренко, О. В. Мултановський, М. Рекада, А. П. Слесарен­ко, В. М. Тимченко, О. С. Цаканян, В. П. Шеришев, В. С. Широков та ін.

Ці фундаментальні результати дозволили вирішити прикладні проблеми, пов’язані з моделюванням, ідентифікацією й оптимізацією теплових процесів в елементах турбомашин, двигунів внутрішнього згоряння, агрегатів кольорової металургії. Визначено теплофізичні властивості полікристалічних надтвердих матеріалів, металогідридів, аморфних металів та інших речовин. Досліджено теплові режими та запропоновано методи теплофізичного проектування радіоелектронної апаратури. У цих дослідженнях, крім згаданих вище, брали також участь В. А. Барсуков, В. М. Голощапов, В. О. Іванов, Г. М. Коваль, Н. А. Кошова, А. О. Костіков, О. В. Кравченко, Н. М. Курська, Т. В. Лоцман та ін.

Використання методів моделювання ідентифікації й оптимізації теплових процесів дозволило разом з Науково-дослідним технологічним інститутом приладобудування розробити та впровадити у виробництво технологію з виготовлення виробів з металізованої кераміки – нагрівальних елементів і друкованих плат з мікроканальним охолодженням.

За ініціативою А. М. Підгорного в 1972 р. в інституті створено метрологічний підрозділ, який визнано кращим серед академічних інститутів.

Істотним у створенні та розвитку науково-технічного потенціалу інституту є внесок робітників, конструкторів та інженерів дослідного виробництва й спеціального конструкторсько-технологічного бюро, які здійснювали проектування та виготовлення експериментальних стендів, технологічного устаткування та різних пристроїв для забезпечення фундаментальних і прикладних досліджень, а також виготовлення унікальних зразків.

Бортова сонячна батарея дооснащення
орбітально-космічної станції «Мир»

Одним з яскравих прикладів діяльності конструкторського бюро є розробка конструкції фермопобудувача «Тополь-СБ» (конструктор В. П. Денисов), який створено за контрактом з РКК «Енергія» (Російська Федерація). За його допомогою в 1996 р. в космосі на орбітальній станції «Мир» було розгорнуто найбільшу у світі бортову сонячну батарею дооснащення.

Період становлення інституту характеризувався високим ентузіазмом його співробітників. Саме цим багато в чому визначилися ті істотні результати, що були отримані колективом під керівництвом талановитого, мудрого й самовідданого першого його директора – академіка НАН України А. М. Підгорного, який, на жаль, пішов з життя в 1996 р. У тому ж році інституту було присвоєно його ім’я.

Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України з 1996 р. по 2016 р. очолював академік НАН України Ю. М. Мацевитий, а з 2016 р. очолює член-кореспондент НАН України А. В. Русанов.

У найважчі часи для вітчизняної науки, коли багато наукових установ припинили своє існування або зазнали значних скорочень, інститут зумів зберегти найдорожче – свій науковий потенціал та основні традиційні наукові напрями.

Вручення Державної премії України в галузі науки і техніки колективу співробітників ІПМаш НАН України в 2008 р.

Так, на базі результатів досліджень у галузі термо- та газодинаміки, теплофізики, міцності та надійності конструкцій турбомашин сформовано концептуальні підходи й створено необхідну науково-технічну та матеріальну бази для широкомасштабного впровадження інноваційних технологій модернізації існуючого енергетичного обладнання. Виконано комплекс робіт, спрямований на продовження терміну експлуатації турбоагрегатів за рахунок вибору щадних режимів роботи та на підвищення надійності через впровадження систем вібродіагностики, теплової діагностики та моніторингу навантаження енергоблоків, за який колектив науковців інституту у складі Ю. М. Мацевитого, А. В. Русанова, В. В. Солов’я, М. Г. Шульженка, В. М. Голощапова, П. П. Гонтаровського, А. О. Костікова, В. Й. Цибулька отримав Державну премію України в галузі науки і техніки.

Інші найважливіші розробки ІПМаш НАН України за останні 20 років висвітлено нижче крізь призму нової структури інституту, що сформована у 2023 р. після об’єднання відділів.

 

Відділ нелінійної механіки та математичного моделювання
(керівник – чл.-кор. НАН України К. В. Аврамов)

Під керівництвом К. В. Аврамова за участю О. Ф. Поліщука та Б. В. Успенського продовжується розвиток методів аналізу коливань в істотно нелінійних системах зі скінченним числом ступенів вільності. Так, методи нелінійних нормальних форм, Раушера та методи багатьох масштабів адаптовані для дослідження систем з гладкими і кусково-лінійними пружними характеристиками. Досліджено нелінійні динамічні процеси, що відбуваються в континуальних механічних системах, до яких належать пластинки, оболонки, стрижневі конструкції. Ці методи дозволяють проводити дослідження в об’єктах з тріщинами, вивчати пластичні деформації матеріалу конструкції. Проаналізовано вільні, вимушені та параметричні коливання таких нелінійних конструкцій. Вивчено біфуркації періодичних коливань, внаслідок чого відгалужувалися нові види сталих коливань, в тому числі майже періодичні та хаотичні. Актуальність цих досліджень визначається тим, що такі коливання мають великі амплітуди і можуть бути причиною утомних руйнувань.

Фундаментальні роботи в цьому напрямі дозволили проводити прикладні дослідження з аналізу автоколивань роторів, що взаємодіють з масляною плівкою підшипників ковзання, аналізу періодичних, майже періодичних і хаотичних автоколивань дизельних двигунів (К. В. Аврамов, М. В. Чорнобривко).

Ю. С. Воробйовим та Н. Ю. Овчаровою уточнено математичні моделі лопаткового апарата турбомашин, систем «ротор–лопатковий апарат», у тому числі і тривимірні моделі охолоджуваних лопаток з монокристалічних сплавів, пакетів лопаток і робочих коліс з розрізним бандажем і пошкодженнями. Встановлено області застосовності різних математичних моделей лопаткового апарата. Запропоновано метод оптимального синтезу параметрів лопаткового апарата турбомашин із заданими вібраційними властивостями за конструктивних і технологічних обмежень. Детально досліджено якісно нові особливості коливань закручених лопаток, пакетів лопаток, робочих коліс і систем «ротор – робочі колеса». На континуальних моделях розглянуто особливості розкиду напружень внаслідок технологічного розладу в лопатковому апараті турбомашин. Вивчено низку проблем коливань для лопаткового апарата турбін і компресорів в потоці газу. Ці дослідження дозволили підвищити надійність та динамічну міцність турбінного обладнання.

Ю. С. Воробйовим, Н. Ю. Овчаровою та М. В. Чорнобривко сформовано тривимірні моделі та розроблено методи розрахунку високошвидкісних процесів деформування елементів конструкцій з урахуванням скінченних пружно-пластичних деформацій і динамічних властивостей матеріалів.

Результати цих досліджень впроваджено на провідних турбобудівних підприємствах України (ДП НВКГ «Зоря-Машпроект», ЗМКБ «Прогрес», ПАТ «Турбоатом»). Вони використовуються також в Польщі та Чехії.

Під керівництвом К. В. Аврамова та О. О. Стрельнікової досліджено динамічні процеси в оболонкових конструкціях під час їхньої взаємодії з рухомою рідиною або газом. Розроблено нові математичні моделі цієї взаємодії, що ґрунтуються на теорії гіперсингулярних рівнянь. Досліджено динамічну нестійкість й автоколивання в таких системах, біфуркації під час автоколивань. Теоретичні роботи впроваджено в практику системного проектування ракетоносіїв у ДП «Конструкторське бюро «Південне». Розроблено методи аналізу: нелінійної динаміки рідини в паливних магістралях; композитних елементів ракетоносіїв; тонкостінних деталей ракетоносіїв, що взаємодіють з газом; тонкостінних конструкцій під впливом акустичних і механічних навантажень.

Під керівництвом Ю. Г. Стояна продовжуються фундаментальні та прикладні дослідження за напрямом геометричного проектування. Розроблено конструктивні засоби математичного та комп’ютерного моделювання (phi-функції, квазі-phi-функції, псевдонормалізовані phi-функції, псевдонормалізовані квазі-phi-функції, гамма-функції) задач розміщення (розкрою, упаковки, компоновки, покриття) з урахуванням технологічних обмежень (допустимі відстані, зміна орієнтації об’єктів, зони заборони, особливості геометричних та механічних характеристик системи), що виникають під час розв’язання важливих наукових та прикладних проблем у пріоритетних областях науки та техніки.

Приклади розкрою металу та тканини

Побудовано математичні моделі задач розміщення геометричних об’єктів у вигляді задач математичного програмування, що дозволило використовувати для їхнього розв’язання методи локальної та глобальної оптимізації із застосуванням сучасних NLP-solvers та паралельних обчислень. Активну участь в цих роботах беруть М. І. Гіль, О. В. Панкратов, В. М. Пацук, Т. Є. Романова, А. М. Чугай, Г. М. Яськов.

Ці фундаментальні дослідження дозволили створити програмні продукти для розв’язання важливих прикладних задач. Серед них можна виділити такі: інтелектуальна система розкрою промислових матеріалів, що дозволяє в автоматичному режимі виконувати пошук оптимального розміщення деталей довільної просторової форми з урахуванням технологічних обмежень (О. В. Панкратов); комплекс програм для оптимізації покриття двовимірних та тривимірних областей, що дає можливість знаходити в автоматичному режимі оптимальне покриття двовимірних областей кругами мінімального радіуса або заданим набором прямокутників, а також оптимальне покриття тривимірних областей кулями мінімального радіуса або заданим набором кубоїдів (В. М. Пацук); комплекс програм для оптимального розміщення кругів та куль, за допомогою якого можна отримати близькі до оптимальних варіанти розміщення кругів (куль) у довільних областях з урахуванням мінімально допустимих відстаней та зон заборони (А. М. Чугай, Г. М. Яськов).

Покриття тривимірних областей кулями

Відділ вібраційних і термоміцнісних досліджень
(керівник – д-р техн. наук, ст. наук. співр. Н. В. Сметанкіна)

Під керівництвом М. Г. Шульженка за участю Ю. Г. Єфрє­мова, П. П. Гонтаровського, Б. П. Зайцева та ін. розвинуто методи діагностування ресурсу високотемпературних елементів енергомашин під час тривалих статичних та багаторежимних циклічних навантажень на основі теорії повзучості течії з урахуванням розрахункової оцінки живучості або накопичення розсіяної пошкодженості із застосуванням лінійного підсумовування пошкоджень. Розроблено метод розрахунку нелінійних коливань ротора за тривимірною моделлю у разі наявності тріщини з контактуючими берегами та впливу неоднорідного температурного поля. Досліджено спектральний склад вібраційних характеристик та ознаки наявності дефекту, особливості вібраційного прояву пошкодженості тріщиною за різних температурних станів під час прогрівання ротора і на робочих режимах. Створено розрахунково-експериментальну методику аналізу жорсткості та тривалої міцності при повзучості діафрагм парових турбін за тривимірними моделями із застосуванням багатосіткового методу скінченних елементів, теорій повзучості старіння й зміцнення при стаціонарних та змінних режимах експлуатації з урахуванням контактних явищ в обпиранні діафрагми у корпусі турбіни. Досліджено вплив характеристик зварних швів при повзучості на накопичення незворотних прогинів, локалізацію напружень напрямною лопаток, залишкові напруження та деформації під час зупинів турбіни. Розроблено методологічне та математичне забезпечення розрахунків на сейсмостійкість системи «турбоагрегат – фундамент – основа» з урахуванням нелінійних зв’язків між елементами системи. На сучасній елементній базі з використанням мікроконтролера створено нові датчики: віброшвидкості – для оцінки вібраційного стану необертових частин обладнання; вібропереміщення – для безконтактного вимірювання параметрів вібрації та оцінки вібраційного стану обертових частин обладнання. Вперше в Україні розроблено розрахунково-експериментальну методику оперативного аналізу нестаціонарних температурних полів, термонапруженого стану та ресурсу високотемпературних роторів, що є основою автоматизованої системи діагностики залишкового ресурсу турбоагрегатів. Система дозволяє оцінити спрацювання ресурсу, визначити оптимальні режими роботи, оцінити можливість появи нештатних ситуацій.

Під керівництвом О. М. Шупікова за участю С. Ю. Місюри розроблено математичну модель та методику розрахунку власних гідропружних коливань лопатей робочих коліс поворотно-лопатевих гідротурбін з урахуванням кавітаційних пошкоджень. Створено математичні моделі щодо напружено-деформованого стану, гідропружних коливань кришок гідротурбін з найбільш повним урахуванням усього спектра експлуатаційних впливів. Розроблено методику раціонального проектування кришок. Створено полегшену конструкцію кришки поворотно-лопатевої гідротурбіни Гайворонської ГЕС з урахуванням експлуатаційних і технологічних обмежень. Нова конструкція має масу на 37 % менше, ніж вихідна, номенклатура прокату елементів конструкції зменшилася на п’ять позицій.

Автоматизована система діагностики ресурсу

Інтелектуальні датчики вібропереміщення
з первинними перетворювачами модифікації V-01.K

Групою науковців у складі Н. В. Сметанкіної, О. М. Шупікова, С. В. Угрімова розроблено нові методи розрахунку шаруватих елементів конструкцій аерокосмічної техніки з композиційних анізотропних, функціонально-градієнтних та монокристалічних матеріалів при нестаціонарних силових і температурних впливах. Створено уточнені математичні моделі багатошарового оскління літальних апаратів, що дозволило запропонувати нові конструктивні рішення під час проектування багатошарового оскління з електропідігрівом для сучасних і перспективних літаків. Розроблено нове полегшене багатошарове скло ТСК008УО, яке має вагу менше на 21% порівняно з існуючими аналогами оскління та задовольняє всі експлуатаційні вимоги. Тепер це скло серійно виробляється для літаків АН-132 і АН-178 на ТОВ «Спецтехскло А».

Набула подальшого розвитку методологія моделювання фізичних процесів, що ґрунтується на використанні теорії R-функцій. За її допомогою С. М. Склепусом вирішено науково-технічну проблему, яка полягає в розробці й обґрунтуванні методу дослідження повзучості й пошкоджуваності тіл складної форми із матеріалів з характеристиками, що залежать від виду навантаження. Побудовано, теоретично й експериментально обґрунтовано нові визначальні співвідношення теорії повзучості для початково ізотропних матеріалів з характеристиками повзучості та пошкоджуваності, що залежать від виду навантаження. Розроблено нову методику розв’язання нелінійних початково-крайових задач повзучості та пошкоджуваності для тіл складної форми на базі методів R-функцій та Рунге–Кутта–Мерсона. Розв’язано ряд нових задач повзучості для тіл складної форми. Досліджено вплив форми й виду навантаження на напружено-деформований стан, повзучість та пошкоджуваність пологих оболонок і пластин в умовах плоского напруженого стану, осесиметрично навантажених тіл обертання.

На основі конструктивних засобів теорії R-функцій, суперпозицій та рекурсивних процедур Т. І. Шейко та К. В. Максименком-Шейком розроблено методику і побудовано нові рівняння ряду об’єктів фрактальної геометрії, серед яких серветка та килим Серпінського, губка Менгера, крива, сніжинка та хрест Коха, фрактал Леві, дерево Піфагора та ін.

Губка Менгера

Хрест Коха

Побудова фрактальних множин

Проведено математичне моделювання електромагнітних полів в регулярних хвилеводах фрактальної природи та теплових режимів радіоелектронних плат з розміщенням джерел за схемою «килим Серпінського». Розв’язано спряжені задачі конвективного теплообміну в паливних касетах твелів та досліджено вплив виду упакування твелів (коридорне, шахове та циклічне) на характер розподілу гідродинамічних і температурних полів.

Розширено область застосування апарата теорії R-функцій для створення математичних моделей машинобудівних об’єктів і будівельних конструкцій з подальшою реалізацією друку на 3D-принтері. Розроблено метод побудови рівнянь шевронних поверхонь, який був використаний для створення математичних моделей шевронного підшипника та оболонки твела з шевронним оребренням. Розроблено методи побудови рівнянь та прототипів будівельних конструкцій.

 

Відділ термогазодинаміки енергетичних машин
(керівник – академік НАН України А. В. Русанов)

Під керівництвом А. В. Русанова продовжує розвиватися пріоритетний напрям прикладних досліджень інституту – наукове супроводження створення та модернізації потужних турбін ТЕС, ТЕЦ, АЕС, ГЕС і ГАЕС, а також розробка енергоустановок малої потужності. В інституті розроблено або модернізовано велику кількість проточних частин турбомашин, зокрема турбін Т‑100, К‑1250, ПЛ20, турбін малої потужності (30–100 кВт) для когенераційних установок, що працюють на низькокиплячих робочих тілах, тощо.

Проводяться фундаментальні дослідження в галузі гідроаеромеханіки, що включають розробку та удосконалення методів математичного моделювання просторових в’язких турбулентних течій рідини та газу, а також проектування проточних частин парових, газових і гідравлічних машин, вивчення фізичних процесів, що відбуваються в них. В цих роботах, окрім А. В. Русанова, активну участь беруть Ю. А. Биков, Д. Ю. Косьянов, Н. В. Пащенко, Р. А. Русанов, М. О. Чугай, О. М. Хорєв та ін.

Надпотужна турбіна для АЕС
з високоефективною проточною частиною

Розроблено новий ч­-исловий метод високого порядку точності для моделювання течій нев’язких стисливих та нестисливих робочих тіл на довільних неструктурованих сітках та його ал­горитмічну схему. Метод відрізня­ється від існую­чих тим, що в ньому вперше для довільних нестру­ктурованих сіток вдалося застосу­вати ефективні безітераційні не­явні схеми роз­щеплення, а та­кож запропонова­но рекурсивний підхід до визна­чення похідних високих порядків без обертання матриць вели­кого розміру. Вперше для врахування реальних властивостей робочих тіл в тривимірних розра­хунках запропоновано інтерполяційно-аналі­тичний метод апрокси­мації модифікованого рівняння стану води та водяної пари формуляції IAPWS-95 та mBWR32.

Течія в паровій і
поворотно-лопатевій гідротурбінах

Ученим інституту належить світовий пріо­ритет у розв’язанні задач аеропружності щодо проточних частин тур­бомашин (В. І. Гнесін, Л. В. Колодяжна, Ю. А. Биков). Ці дослідження не тільки дозволяють отримувати нові фундаментальні знання про надскладні фізичні явища нестаціонарної аеромеханіки, але й знаходять застосування під час доводки турбомашин з довгими лопатками. Проводяться роботи зі створення наукових основ термоаеропружності, оскільки на деяких режимах температура може істотно впливати на фізичні властивості матеріалів лопаток і на умови їхнього контакту з потоком робочого тіла.

Тривимірна модель ЦСТ турбіни Т-125/150-12,8

Розроблено математичну модель та числовий метод аеропружної поведінки лопаткового вінця в транс­звуковому потоці ідеального (в’яз­кого) газу (зв’язана задача нестаціо­нарної аеродинамі­ки та пружних коливань лопаток). На підставі розробленої математичної моделі та чисельного методу визначено аеропружну поведінку лопаткового вінця в трансзвуковому потоці газу, проведено чисельний аналіз аеропружної поведінки турбінного лопаткового вінця з урахуванням рівномірного та нерівномірного в окружному напрямі розподілів тиску за робочим колесом. Здійснено чисельний аналіз аеропружної поведінки вібруючого лопаткового вінця останнього ступеня турбіни у тривимірному потоці газу з урахуванням нерівномірного в окружному напрямі розподілу тиску. Показано, що ця нерівномірність за робочим колесом впливає на нестаціонарні навантаження та режими коливань лопаток.

Робочі колеса компресора, турбіни
та роторна частина турбодетандера

Запропоновані методи розрахунку аеродинамічних й аеропружних характеристик проточних частин дозволяють для заданої геометрії та режимів роботи турбінних (компресорних) ступенів отримати: нестаціонарні поля газодинамічних параметрів, нестаціонарні навантаження, що діють на лопатки, їхній спектральний аналіз; амплітудно-частотні спектри коливань лопаток. Їх використання дозволяє прогнозувати аеродинамічні та аеропружні характеристики лопаткових апаратів, можливі зони самозбудних коливань (флатеру) або автоколивань та підвищити ККД, надійність і продовжити ресурс лопаткових апаратів турбомашини (компресора) за рахунок зменшення нестаціонарних ефектів, нестаціонарних навантажень та амплітуд коливань лопаток. Розроблено математичні моделі, алгоритми та програмні комплекси розрахунку аеротермопружної взаємодії суміжних ступенів у тривимірному потоці в’язкого газу у відсіку осьової турбомашини.

Розроблено метод, на основі якого створено алгоритм проектування високоефективних проточних частин парових, газових і гідравлічних енергетичних установок з використанням моделей різного рівня складності – від одновимірних до просторових, у тому числі моделей розрахунку просторових в’язких турбулентних течій. Важливою складовою цього алгоритму є методи побудови тривимірної геометрії лопаток осьових, радіальних та радіально-осьових турбін, а також осьових та осерадіальних компресорів. Ці методи реалізовані у створеному під керівництвом А. В. Русанова програмному комплексі IPMFlow, що є розвитком програм FlowER та FlowER-U. Це дало змогу проводити прикладні дослідження з підвищення ефективності проточних частин на стадіях проектування та модернізації енергетичних машин різного призначення, в тому числі й нових для інституту – турбодетандерів та турбоус-тановок на специфічних робочих тілах (органічні низькокиплячі робочі тіла, водень, діоксид вуглецю та ін.). Ці розробки було впроваджено та використано під час виконання ряду НТР із: ЗМКБ «Прогрес ім. Івченка» (м. Запоріжжя, Україна), ДП НВКГТБ «Зоря-Машпроект» (м. Миколаїв, Україна), СМНВО ім. Фрунзе (м. Суми, Україна), ВАТ «Мотор-Січ» (м. Запоріжжя, Україна), Alstom Power Elblag (м. Ельблонг, Польща), ВАТ «Турбогаз» (м. Харків, Україна), ВАТ «Турбоатом» (м. Харків, Україна), ТОВ «Харківтурбоінжиніринг» (м. Харків, Україна), ТОВ «Донвентілятор» (м. Харків, Україна).

Робоче колесо та турбодентандерний агрегат

Гідродинамічні стенди лабораторії гідромашин ІПМаш НАН України після проведеної модернізації відповідають усім вимогам міжнародного стандарту МЕК 60193, що дозволяє з урахуванням багаторічного досвіду проводити дослідні та приймально-здавальні випробування вертикальних гідравлічних машин усіх типів. Ці стенди набули статусу національного надбання.

Осьова мінітурбіна

Розроблено методи автоматизованого експериментального дослідження проточних частин моделей гідравлічних турбін. В останні роки на стенді поворотно-лопатевих гідротурбін ЕКС-15 було проведено приймально-здавальні випробування для ГЕС Сен-Жоан (Бразилія) і ГЕС Рукатайо (Чилі). Виконано чисельне дослідження й аналіз особливостей тривимірних течій в елементах проточної частини поворотно-лопатевої гідротурбіни та насос-турбіни, на ос­нові яких розроблено рекомендації зі шляхів підвищення ефективнос­ті проточних частин під час модернізації існую­чих ГЕС Дніпровського каскаду та проектування нових ГЕС та ГАЕС. Проводяться досліджен­ня ряду робочих коліс для насос-турбіни Дніс­тровської ГАЕС зі сплі­терними колесами, тобто такими, що мають лопаті різного розміру. До цих робіт залучені провідні фахівці-гідравліки ін­ституту: Є. С. Агібалов, В. М. Дєдков, П. М. Су­хоребрий, О. М. Хорєв та ін.

 

Під керівництвом В. В. Солов’я за участю М. М. Зіпуннікова, А. А. Шевченка та ін. набули подальшого розвитку водневі технології. Зокрема, розроблено нову безмембранну технологію електрохімічного одержання водню й кисню в інтервалі тиску газів 0,1–30,0 МПа з використанням електродів з металів зі змінною валентністю, що дозволило знизити витрати електроенергії на виробництво водню на 20–25%. Принципи роботи та конструкції створеної електролізної техніки захищено патентами України. На базі модифікованої термодинамічної теорії збурень створено математичну модель взаємодії ізотопів водню з гідридотвірними матеріалами. Модифікована теорія вперше дозволяє враховувати пряму міжатомну взаємодію у водневій підсистемі, а також реальні параметри конструкції металогідридних елементів поліфункціональних металогідридних комплексів для енерготехнологічної переробки ізотопів водню. Подальшого розвитку набула теорія металогідридної термохімічної генерації водню в термодинамічно нерівноважних процесах, зокрема, встановлено вплив ізобарного гістерезису, зумовленого зміною характеристик кристалічної решітки гідридотвірного матеріалу та визначено діапазон термосорбційних параметрів, що забезпечують емісію молекулярного водню в газову фазу в енергетично збудженому стані; це підвищує ефективність використання водню в енергетичних і технологічних системах.

Зразки створених електролізерів

На основі теоретичних досліджень термодинаміки гетерогенних систем «водень – інтерметалід» розроблено модель генерації водню в енергетично збудженому стані за умов впливу нестаціонарного теплового потоку на матричну структуру гідридотвірного матеріалу. Експериментально доведено, що активаційна складова процесу десорбції відповідає коливально-збудженому стану молекули водню, який є ініціюючим фактором фізико-хімічних перетворень під час реалізації металогідридних технологій трансформації енергії. Розроблено базові принципи створення поліфункціональних металогідридних комплексів для енерготехнологічної переробки ізотопів водню. Поліфункціональні металогідридні комплекси об’єднують в собі декілька (до шести) функціональних стадій переробки ізотопів водню з використанням єдиного робочого тіла, що дозволяє вибрати оптимальні конструктивні рішення та схеми керування.

Схема вітроенергетичної установки з водневим накопичувачем енергії: 1 – вітроелектрична установка; 2 – система керування; 3 – електролізер високого тиску; 4 – бак опрісненої води; 5 – опріснювальний блок; 6 – бак вихідної води; 7 – насос; 8 – система зберігання газів; 9 – гідридний акумулятор водню; 10 – двигун внутрішнього згоряння

Розроблено концепцію інтеграції водневих накопичувачів енергії для регулювання пікових навантажень в енергосистемі під час використання традиційних та альтернативних енергоносіїв та створено експериментальні зразки новітнього обладнання для реалізації комплексних екологічно чистих енерготехнологій з використанням відновлювальних джерел енергії. Створено зразки електролізної техніки, що мають суттєві переваги порівняно зі світовими аналогами.

Завдяки зусиллям А. М. Авраменка, А. М. Лєвтерова, В. М. Бганцева та ін. набула розвитку концепція забезпечення малотоксичної роботи двигунів внутрішнього згоряння, що ґрунтується на запропонованих способах організації процесу сумішоутворення та згоряння водню й альтернативних палив. Створено нові підходи зі зменшення негативного впливу транспортних засобів на навколишнє середовище. Запропоновано вдосконалені конструкції та способи роботи двигунів внутрішнього згоряння в комбінації з газотурбінними установками під час використання альтернативних палив. На основі набору даних, отриманих розрахунковим та експериментальним шляхами, про термодинамічні та термохімічні властивості у високотемпературній газовій фазі складних метилових та етилових ефірів найвищих жирних кислот, хімічно зв’язаних у різноманітних комбінаціях в біодизельних паливах, розв’язано задачу наближеного зображення термодинамічних функцій. Це дозволяє реалізувати чисельне моделювання робочих процесів дизелів, що працюють на біопаливах або на біонафтових композиціях. Розроблено методологію забезпечення ефективної роботи двигунів Отто та Дизеля на біопаливах та біонафтових композиціях. Створено метод програмної адаптації двигуна Отто до бензоетанолу широкого сумішевого складу та метод і систему підтримки стабільності агрегатного стану бензоетанолу на борту транспортного засобу. Розроблено датчик поточного контролю складу бензоетанолу в паливній системі автомобіля та алгоритм його функціонування. Отримано результати з експериментальної оцінки впливу бензоетанолу на ефективні та екологічні показники ДВЗ. Результати цих робіт є підтвердженням того, що для бензоетанольного двигуна можливо збільшити циліндрову потужність в середньому на 4%, середній експлуатаційний ККД – на 7% і покращити інтегральний показник токсичності відпрацьованих газів на 30%.

 

Відділ магнетизму технічних об’єктів

(керівник – д-р техн. наук, проф. Б. І. Кузнецов)

 

Основу науково-експериментальної бази відділу складає унікальний Магнітодинамічний комплекс, який віднесено до переліку наукових об’єктів, що становлять національне надбання (свідоцтво МОН України від 19.02.2009 р. № АН 72) є науковим об’єктом національного надбання та єдиним в Україні комплексом, що дає змогу виконувати експериментальну частину складних фундаментальних досліджень магнетизму технічних об’єктів.

Комплекс складається з магнітовимірювального стенду площею 450 м², оснащеного унікальною магнітометричною апаратурою світового рівня, споруда якого виконана виключно з немагнітних матеріалів (дерево, латунь, бронза, немагнітна сталь, спеціальна цегла тощо), технологічної земельної ділянки, систем електроживлення потужністю 800 кВА та інших інженерних систем і споруд.

 

Магнітовимірювальний стенд Магнітодинамічного комплексу

 

На базі магнітодинамичного комплексу та унікальних імпортних наукових приладів працює Центр колективного користування науковими приладами НАН України «Комплекс для вимірювання магнітних параметрів технічних об’єктів».

Фахівцями відділу на основі узагальнення особливостей різних класів технічних об’єктів (кораблів, бронетехніки, трубопроводів, космічних апаратів, електроенергетичного обладнання) як джерел магнітного поля, сформовано новий науковий напрямок в електротехніці – «магнетизм технічних об’єктів», що спрямований на вивчення сукупності магнітних властивостей технічних об’єктів, та явищ, пов’язаних із взаємодією технічних об’єктів та навколишнього середовища через магнітне поле.

В рамках цього напрямку отримано принципово нові результати світового рівня, які впроваджено в оборонну і космічну галузі, паливно-енергетичний комплекс та медичну екологію. Вони склали наукову основу промислових технологій із забезпечення магнітних характеристик вітчизняних орбітальних космічних апаратів та удосконалення їх магнітних систем управління рухом, технологій магнітного захисту кораблів та об’єктів бронетехніки, промислової технології розмагнічування труб великого діаметру для підвищення якості їх електрозварювання, методів, засобів та методик із захисту довкілля від негативної дії електромагнітного поля об’єктів електроенергетики, що впроваджені в енергетичну галузь України.

Серед найбільш важливих прикладних результатів світового рівня можна відзначити створення та впровадження на Магнітодинамічному комплексі промислової технології високоточного вимірювання магнітних характеристик космічних апаратів розробки ДП «КБ «Південне». Розроблена технологія стала складовою частиною технології створення вітчизняних космічних апаратів і дозволила забезпечити якісне магнітне управління космічними апаратами типів «Мікросупутник», «EgiptSat-1», «Січ-2», «Мікросат», «Січ-2-1».

Визначення магнітних характеристик льотного зразка космічного апарату «Січ-2» на магнітовимірювальному стенді інституту

Важливим практичним результатом діяльності наукової школи «магнетизм технічних об’єктів» стала також розроблена та впроваджена на магістральних трубопроводах України та інших країн промислова технологія розмагнічування зварювальних стиків труб великого діаметра, що дає змогу істотно підвищити якість електрозварювання при ремонтних роботах за рахунок виключення явища «магнітного дуття» дуги.

 Ремонтні роботи на магістральному газопроводі з використанням розробленої технології розмагнічування зварювальних стиків

Важливе соціальне значення мають розроблені у відділі методи та засоби визначення і нормалізації техногенного гіпомагнітного поля, а також магнітного поля промислової частоти у житлових приміщеннях і на робочих місцях об’єктів електроенергетики. За цим напрямом впроваджено ряд важливих і актуальних розробок, серед яких можна відзначити наступні:

Розроблено методи та методики з визначення шкідливих для людини техногенних спотворень геомагнітного поля, принципи їх нормування та контролю (ДУ «Інститут громадського здоров’я» ім. О.М. Марзєєва НАМН України, ДУ «Інститут медицини праці» НАМН України), що використані при розробці санітарних норм із захисту населення від електромагнітних випромінювань;

Розроблено новий метод моделювання та розрахунку магнітного поля трифазних ЛЕП, який на відміну від відомих, дозволяє використовувати в якості розрахункових величин виключно діючі значення магнітної індукції, що підлягають як нормуванню, так і вимірюванню стандартними приладами. Такий підхід істотно спрощує як експериментальну перевірку (верифікацію) розрахунку рівня магнітного поля, так і його санітарно-гігієнічну оцінку. Результати роботи, склали наукову основу нового нормативного документу Міненерговугілля СОУ-Н ЕЕ 20.179:2008 «Розрахунок електричного і магнітного полів ліній електропередавання» Методика (зі змінами), що введений в дію наказом Міненерговугілля від 01.07.16 № 423.

Польові дослідження магнітного поля повітряних ЛЕП

Запропоновано новий метод зменшення магнітного поля високовольтних ЛЕП – метод векторної компенсації магнітного поля, що не потребує додаткового відчуження земельних ділянок, і дозволяє за рахунок оптимального просторового розподілу розщеплених фазних проводів ЛЕП на порядок зменшувати рівень їх магнітного поля. Рекомендації з реалізації цього методу передані до впровадження в енергетичну галузь України (ДП «НЕК Укренерго»).

Розроблено та експериментально обґрунтовано новий метод синтезу систем активного екранування техногенного магнітного поля промислової частоти, яке створюється високовольтними повітряними ЛЕП в розташованих поблизу житлових будинках. Реалізація запропонованого методу, що виконується у замкненій структурі, складає наукову основу новітньої вітчизняної технології зменшення до безпечного рівня магнітного поля промислової частоти в житлових приміщеннях. Ця технологія має істотні економічні переваги перед відомими закордонними технологіями активного екранування магнітного поля повітряних ЛЕП, що широко застосовуються в світі.

Лабораторний макет системи активного екранування магнітного поля повітряних ЛЕП

Розроблено теоретичні основи побудови нових систем контурного екранування магнітного поля високовольтних кабельних ЛЕП, що в порівнянні з кращими світовими зразками мають на 30% меншу кількість елементів при високій ефективності екранування (до 10 одиниць). Результати досліджень склали наукову основу першої вітчизняної технології проектування екологічно чистих кабельних ЛЕП напругою до 330 кВ, що розроблена на замовлення ДП «НЕК Укренерго» і впроваджена в нормативному документі Міненерговугілля СОУ-Н МЕВ 40.1-37471933-49:2011 «Проектування кабельних ліній напругою до 330 кВ. Настанова» (нова редакція), що введена в дію у 2017 році наказом Міненерговугілля від 26.01.2017 №82.

Вперше досліджено механізм біотропного ослаблення природного статичного геомагнітного поля в приміщеннях сучасних житлових будинків, що спричинене намагніченістю їх сталевих конструктивних елементів. Розроблені рекомендації з проектування «магніточистих» житлових і громадських будівель, що не чинять негативного магнітного впливу на населення, в тому числі шляхом використання при будівництві житлових будинків спеціальної слабомагнітної сталі з відносною магнітною проникністю не більше 70 одиниць замість стандартного будівельного металопрокату з магнітною проникністю біля 300 одиниць.

Виконано соціально значимі дослідження розподілу магнітного поля, що створюється в житлових будинках, розташованих поблизу міських трансформаторних підстанцій потужністю 100¸1400 кВа. Вперше показано, що небезпечне магнітне поле може створюватися на відстані ближче 8 м від трансформаторної підстанції. При скороченні відстані до 2м, що характерно для вбудованих трансформаторних підстанцій, перевищення нормативного рівня магнітної індукції може складати більш 10. Запропоновано конструктивно-технологічні та технічні методи нормалізації магнітного поля.

 

Відділ комплексних енерготехнологій
(керівник – чл.-кор. НАН України О. В. Кравченко)

Під керівництвом О. В. Кравченка розроблено новий підхід до організації хіміко-технологічних процесів, завдяки якому їхня інтенсифікація здійснюється шляхом об’єктно-орієнтованої активації, водночас речовини-активатори та/або додаткова енергія утворюються саме під час протікання лімітуючих стадій цих процесів та безпосередньо в середовищах, в яких вони відбуваються. Це дає змогу організувати здійснення процесів енергоперетворення з максимальним рівнем ефективності. Запропонований підхід реалізовано під час створення нових інноваційних технологій підвищення ефективності видобутку, переробки та споживання вуглеводневих енергоносіїв.

Схема реалізації технологічного процесу
комплексного водневого та термобарохімічного впливів

Розроблено технологію підвищення ефективності видобутку вуглеводнів шляхом комплексного водневого і термобарохімічного впливів на продуктивні горизонти нафтових та газових свердловин, у тому числі – метанових вугільних родовищ (О. В. Кравченко, І. А. Баранов, Д. О. Велігоцький, В. О. Гоман, О. В. Сімбірський, І. Г. Суворова).

Інтенсифікація малодебітної газоконденсатної свердловини
Хрестищенського родовища (Харківська обл.)

В основу цієї технології покладено інтегроване використання аномальних властивостей водню, що, як вперше показано, є активатором процесу дифузії, завдяки чому підвищується газопроникність колекторів продуктивних пластів в 2–4,5 рази. Водень бере участь також у процесі гідрокрекінгу важких вуглеводнів безпосередньо в привибійній зоні продуктивного горизонту. Створено програмно-апаратний комплекс для тривимірного комп’ютер­ного моделювання процесу водневого термобарохімічного впливу на привибійну зону свердловини. Цю технологію апробовано та впроваджено більш ніж на 40 свердловинах України, Китаю, Грузії, Росії, Туреччини, Туркменістану. В Україні за рахунок її впровадження додатково вже видобуто понад 70 млн. м³ природного газу.

На основі застосування методу гідрокавітаційної активації запропоновано концепцію створення композиційних палив, до складу яких можуть входити некондиційні вуглеводні, у тому числі застарілий мазут, танкерні змиви, кубові залишки, вугілля, біомаса, промислові стоки (наприклад, фенольна вода, відпрацьована рідина гідророзриву пластів) та ін. Вагомий внесок у виконання цих робіт внесли І. А. Баранов, Д.О.Велігоцький, В. О. Гоман, О. В. Кравчен­ко, О. В. Сімбірський, І. Г. Суворова та ін. Такий підхід дозволяє більш раціонально використовувати вуглеводневу сировину та вирішувати одразу дві проблеми – отримувати додаткову енергію та утилізувати й знезаражувати відходи.

Експериментальний енерготехнологічний комплекс
виробництва та спалювання композиційних палив

Під час виробництва палива гідрокавітаційна активація реалізується шляхом розроблених в ІПМаш НАН України гідрокавітаційних пристроїв, а на стадії спалювання – за допомогою унікальних гідровихрових форсунок, що забезпечують ультрадисперсне розпилювання палива, збільшуючи водночас площу контакту палива і окислювача в камері згоряння. Для розробки технологій приготування та спалювання композиційних палив створено експериментальний енерготехнологічний комплекс, призначений для відпрацювання технологічних регламентів виробництва та спалювання таких палив з різними компонентними складами.

Під керівництвом А. О. Тареліна за участю В. П. Склярова та В. П. Орловського розроблено теоретичні основи та технологію раціонального використання електрофізичних явищ в теплових машинах з метою підвищення ефективності термодинамічних і тепломасообмінних процесів, надійності та економічності їхньої роботи. Ця технологія пройшла успішну апробацію на діючих турбоустановках України та США.

Розроблено теоретичні основи, методи та практичні рекомендації підвищення ефективності і надійності паротурбінних установок за рахунок оптимізації режимних параметрів функціонування ТЕС і ТЕЦ, що працюють у сучасних умовах енергоринку (А. О. Тарелін, В. П. Скляров, Т. Й. Шведова). Використання цих рекомендацій дозволило підвищити теплову економічність турбоустановок на 1,0% (Зміївська ТЕС, блок № 7) і на 2,0% (Кураховська ТЕС, блок № 5).

В ІПМаш НАН України досліджується інтенсифікація руйнування металів в процесах різання (А. О. Тарелін, М. В. Сурду).

Установка глибокої очистки води для охолодження емальпроводу
(завод «Південкабель», м. Харків)

На підґрунті цих досліджень розроблено прогресивну технологію обробки складних криволінійних поверхонь типу турбінних лопаток, що у кілька разів перевищує продуктивність традиційних технологій, забезпечує високу якість їхнього виготовлення та виключає ручну працю. В інституті проводяться дослідження процесів демінералізації та підготовки води для ТЕС (В. Г. Михайленко, А. О. Тарелін). Розроблено технології безвідходної водопідготовки з одночасним отриманням корисних попутних матеріалів та мінімальним використанням хімічних реагентів. Розроблено та запатентовано технологію комплексної переробки природних та стічних вод, що передбачає отримання очищеної води та видалення домішок у вигляді товарних продуктів і композиційного палива на базі органічних залишків переробки. Впровадження цих робіт дозволяє проводити очищення шахтних та промислових стоків, ґрунтових вод, рідин після гідророзриву під час видобування вуглеводної сировини. До цих робіт залучено О. В. Кравченка та В. О. Гомана.

Розроблено нову методику та засоби реалізації задач багатокритеріальної ідентифікації параметрів і характеристик математичних моделей функціонування газотурбінних двигунів (І. Є. Анно­польська , А. О. Тарелін). Результати розрахунків співпадають з експериментальними даними в діапазоні ±1%, що дозволяє скоротити кількість натурних випробувань, замінивши їх чисельними дослідженнями, а також терміни і вартість проектування та доводки. За допомогою нової методики розроблено математичні моделі авіаційних газотурбінних двигунів АІ-25ТЛШ та Д-436Т1 ДП «Івченко – Прогрес» і проведено попередні дослідження зі створення моделі енергетичного двигуна ГТЕ-60 ДП НВКГ «Зоря-Машпроект».

Розроблено прогресивну технологію антикорозійного захисту робочих поверхонь обладнання всіх ланок системи хімічної водообробки, що контактують з рідкими і газоподібними агресивними середовищами (Т. М. Паршина, М. В. Сурду). Для створення захисних покриттів була розроблена модифікація поліуретанових і епоксидуретанових композицій холодного твердіння.

Зміна  імпульсу тяги двигуна АІ-25ТЛШ залежно від
частоти обертів ротора високого тиску на висоті 6000 м

Понад 10 років ці антикорозійні покриття успішно і надійно захищають внутрішні поверхні ємностей систем хімічної водообробки на Зміївській, Вуглегірській, Трипільській, Криворізькій, Запорізькій ТЕС, Харківській ТЕЦ-5, Кримському содовому заводі, Сєверодонецькому об’єднанні «Азот» та багатьох інших підприємствах. Термін експлуатації такого покриття складає 12–15 років, що в 2–4 рази перевищує термін служби існуючих покриттів.

 

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів в енерготехнологічному обладнанні
(керівник – чл.-кор. НАН України А. О. Костіков)

Під керівництвом Ю. М. Мацевитого продовжуються роботи з розвитку розв’язання нелінійних прямих і обернених некоректних задач теплообміну. Особлива увага приділяється регіональним методам регуляризації та врахуванню апріорної інформації про характеристики, що ідентифікуються, з метою отримання стійких розв’язків обернених некоректних задач, до яких залучено В. В. Ганчина, А. О. Костікова, М. О. Сафонова. На базі цих фундаментальних досліджень створюються нові прикладні напрями моделювання, ідентифікації й оптимізації теплових процесів в енергетичному та іншому обладнанні.

Так, методологія розв’язання спряжених і обернених задач теплообміну адаптована до дослідження теплових процесів під час зберігання відпрацьованого ядерного палива. С. В. Альохіною та А. О. Костіковим створено ітераційну методологію визначення нестаціонарного і квазістаціонарного теплового станів контейнерів з відпрацьованим ядерним паливом, що встановлено на відкритому майданчику. Вона враховує вплив погодних факторів, зокрема вітрового навантаження, добові та сезонні коливання температури атмосферного повітря й інсоляції. Результати цих робіт використовуються під час експлуатації сухого сховища відпрацьованого ядерного палива Запорізької АЕС. Зокрема, обґрунтовано безпеку модернізації сховища на етапах зведення захисної огорожі та введення в експлуатацію другої черги сховища. Розроблено рекомендації щодо модернізації методики моніторингу теплового стану контейнерів зберігання. Доведено можливість відвантаження у сховище паливних збірок з більш високим залишковим тепловиділенням, ніж це передбачено проектною документацією. Розроблену методологію планується використовувати для забезпечення теплових режимів в централізованому сховищі, що буде побудовано в Чорнобильській зоні для зберігання відпрацьованого ядерного палива інших вітчизняних АЕС.

Сухе сховище відпрацьованого
ядерного палива Запорізької АЕС

Д. Х. Харлампіді та В. О. Тарасовою розроблено методику системної діагностики енергетичної ефективності парокомпресійних холодильних і теплонасосних установок, що дозволяє виявляти причини виникнення аномалій в роботі кожного елемента системи і оцінювати їхній вплив на енергію приводу компресора, а також розраховувати монетарну вартість термодинамічних втрат з визначенням їхнього вкладу в загальну вартість холоду або тепла, що виробляється установкою.

Системна діагностика енергетичної
ефективності парокомпресійних
термотрансформаторів

За допомогою зазначеної методики проведено діагностику діючих холодильних машин і теплових насосів та визначено причини аномальної роботи теплообмінного та компресорного устатку­вання. За результа­тами діагностики й оптимізації проведе­но модернізацію ни­зки холодильних машин, що полягає в заміні неефективних теплообмінних апа­ратів, а також в ре­конструкції з’єдну­вальних трубопро­водів ліній обв’язки основного обладнання холодильної машини. Методику впроваджено в науково-виробничих підприємствах «Холод» та «Інсолар-клімат» (м. Харків). Створено науково обґрунтовану методологію термоекономічного аналізу й оптимізації позакритичних циклів холодильних машин і теплових насосів, що, на відміну від існуючих підходів, комплексно враховує енергетичні, економічні, структурно-схемні та екологічні аспекти для забезпечення принципів енергозбереження.

В галузі енергозбереження в комунальному секторі можна навести розробки нових конвекторів для системи водяного опалення (С. В. Кошель, О. С. Цаканян), що порівняно з вітчизняними та зарубіжними аналогами мають у кілька разів більший діапазон зміни теплової потужності, меншу інерційність (час виходу на режим до 30 с) та вищий коефіцієнт теплопередачі (може досягати 35, в той час як у пластинчатих конвекторів цей коефіцієнт дорівнює 8 Вт/(м²×К)) в режимі природної конвекції. Застосування таких конвекторів у поєднанні з переривчастим режимом опалювання дозволяє економити в середньому 30% теплової енергії.

 

Термоекономічна модель холодильної установки типу «повітря – повітря» з холодоагентом R744, що працює в надкритичній області

Під керівництвом О. Л. Шубенка продовжуються роботи, пов’язані з оптимізацією процесів і конструкцій турбомашин для великої та малої енергетики. Ним разом з М. Ю. Бабаком та О. Е. Ковальським створено фундаментальну теорію нестаціонарної конденсації вологи в проточній частині турбіни, розроблено відповідні математичні моделі та програмні засоби з метою подальшого їхнього використання під час розрахунків просторової течії вологої пари. Відносна простота методу дає змогу суттєво прискорити розрахунки порівняно з традиційними. З цими моделями можна розв’язувати задачі синтезу оптимальної проточної частини волого-парової турбіни, що дасть змогу підвищити ККД турбіни та її ресурс. Розроблено та запропоновано ПАТ «Турбоатом» нову конструкцію робочої лопатки довжиною 1030 мм з підвищеною економічністю у разі дотримання вимог надійності (О. Ю. Бояршинов, В. П. Сухінін). За участю М. Ю. Бабака та М. І. Рогового в рамках впровадження енергозберігаючих заходів виконувався науковий супровід встановлення на енергогенеруючих і промислових підприємствах парових турбін малої потужності. Так, на Охтирській ТЕЦ (Сумська обл.) після розроблення техніко-економічного обґрунтування за участю ІПМаш НАН України було встановлено сучасну парову турбіну Р-0,75-0,4/0,03 потужністю 0,75 МВт. Ще один напрям енергозберігаючих заходів – оптимізація роботи теплофікаційної установки шляхом раціонального розподілу навантаження між сітьовими підігрівниками. Теоретичні дослідження та прикладні роботи в цьому напрямі проводять О. А. Бабенко, В. М. Голо­щапов, О. Л. Шубенко та ін. Результати робіт передані для впровадження на ПАТ «Харківська ТЕЦ-5». Очікуваний економічний ефект за опалювальний сезон на одну турбіну Т-100/120-130, що досягається за рахунок економії газу практично без додаткових витрат, складає приблизно 640 тис. доларів США. М. Ю. Бабаком та О. В. Сенецьким розроблено ряд теплових схем перспективних енергозберігаючих енергоустановок, що працюють на низькокиплячих робочих тілах за органічним циклом Ренкіна.

Турбіна Т-250/300-240 на ПАТ «Харківська ТЕЦ-5»

В. П. Сарапіним та О. В. Сенецьким розроблено ефективні технологічні схеми для газової галузі України, а саме: схему низькотемпературної сепарації природного газу з використанням додаткового турбодетандерного агрегату (для видобутку газу з пластових свердловин низького тиску за рахунок надлишкового тиску газу у свердловинах високого тиску) та схему утилізаційного турбодетандерного агрегату в комплексі з повітряною кліматичною системою (для забезпечення необхідного підігріву природного газу в магістралі без витрат додаткової енергії та комфортних умов в приміщенні газорозподільної станції).

Наукова нарада за участю (зліва направо) чл.-кор. НАН України О. Л. Шубенка, чл.-кор. НАН України А. О. Тареліна, чл.-кор. НАН України А. О. Костікова, акад. НАН України А. В. Русанова, акад. НАН України Ю. М. Мацевитого, чл.-кор. НАН України Ю. Г. Стояна, канд. техн. наук Н. М. Курської, д-ра техн. наук К. В. Максименка-Шейка

Сьогодні в ІЕМС НАН України працюють 227 співробітників, в тому числі 109 наукових працівників, серед яких два академіки та вісім членів-кореспондентів НАН України, 28 докторів та 48 кандидатів наук.

Інститут докладає чималих зусиль для посилення зв’язків між науковими установами та вищими навчальними закладами Харкова. Прикладом цього є створений в 2001 р. фізико-енергетичний факультет подвійного підпорядкування (Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна та ІЕМС НАН України). На цей час він реорганізований у навчально-науковий інститут комп’ютерної фізики та енергетики, до складу якого входять три кафедри: кафедра інформаційних технологій в фізико-енергетичних системах; кафедра фізики нетрадиційних енерготехнологій та екології; кафедра комп’ютерної фізики.

Значна кількість наукових працівників інституту працюють за сумісництвом в провідних університетах Харкова (ХНУ імені В. Н. Каразіна; ХНУРЕ; НАКУ «ХАІ»; НТУ «ХПІ»; ДБТУ; ХНАДУ). Деякі з них періодично відвідують провідні закордонні університети як візитуючі професори.

Директор ІЕМС НАН України,
академік НАН України А. В. Русанов
та генеральний директор
АТ «Турбоатом» В. Г. Суботін

У 2018 р. за­початковано но­вий етап страте­гічного партнер­ства ІЕМС НАН України та АТ «Турбоатом». Так з ініціативи інституту підписано Генеральну угоду про науково-технічне співробітництво між Національною академією наук України та АТ «Турбоатом» в галузі енергетичного турбобудування. В рамках цієї угоди складено перспективний план співпраці АТ «Турбоатом» та ІЕМС НАН України, основною метою якої є впровадження у виробництво новітніх наукових розробок для збереження позицій України як одного із світових лідерів у галузі енергетичного машинобудування.

В ІЕМС НАН України працює докторантура й аспірантура. Інститутом отримано ліцензію на провадження освітньої діяльності у сфері вищої освіти на третьому освітньо-науковому рівні (доктор філософії) за спеціальностями 113 – прикладна математика; 142 – енергетичне машинобудування; 144 – теплоенергетика. Функціонують дві спеціалізовані вчені ради з захисту докторських та кандидатських дисертацій з чотирьох спеціальностей, дві науково-технічні проблемні ради, видається міжнародний науково-технічний журнал «Проблемы машиностроения».

Протягом останніх п’яти років ученими інституту опубліковано понад 1300 наукових праць у вітчизняних та зарубіжних виданнях, у тому числі 18 монографій; отримано 37 патентів на новітні технічні рішення.

Розробки інституту щорічно презентуються на багатьох вітчизняних і зарубіжних виставках та форумах. Інститут регулярно проводить міжнародні науково-технічні конференції «Удосконалювання енергоустановок методами математичного і фізичного моделювання», «Динаміка, міцність та моделювання в машинобудуванні» та конференцію молодих учених та спеціалістів «Сучасні проблеми машинобудування».

З 2021 р. інститут проводить міжнародну конференцію International Conference on Advanced Mechanical and Power Engineering (CAMPE), праці якої індексуються у наукометричній базі Scopus.