НАУКОВО-ДОСЛІДНИЦЬКА ДІЯЛЬНІСТЬ КАФЕДРИ
Наукові дослідження на кафедрі проводяться за бюджетною тематикою та за господарськими договорами та ведуться за трьома напрямками:
- економічність та надійність парогазотурбобудування,
- оптимізації проточних частин турбомашин
- дослідження в галузі теплофізичних проблем турбобудування.
За першим напрямом широким фронтом ведуться газодинамічні та теплофізичні дослідження.
Другий науковий напрямок – оптимізація проточних частин турбомашин у поєднанні з експериментальними дослідженнями дозволили спільно з АТ «Українські енергетичні машини» розпочати створення парових турбін нового покоління.
Третій напрямок – дослідження в галузі теплофізичних проблем турбобудування дає можливість вирішувати проблеми маневреності та експлуатаційної надійності турбоагрегатів. Також теплофізичний напрямок, знаходить широке застосування у багатьох галузях техніки. Це космічна техніка, ядерна та кріогенна енергетика, теплоенергетика, котло та реакторобудування, турбінобудування, хімічна та металургійна промисловість та інші галузі народного господарства.
Досягнення попередніх поколінь:
Спроектована, виготовлена та успішно випробувана перша газова турбіна потужністю 1000 л. с. (керівник проф. В.А Маковський);
Створені спільно з турбінним заводом останні ступені потужних турбін з лопатками довжиною 1030 мм (для швидкохідних турбін) і 1450 мм (для тихохідних парових турбін), які за своїми характеристиками значно перевершували аналогічні зарубіжні зразки і в даний час надійно працюють у турбінах всіх теплових та атомних станціях (керівник проф. Я.І. Шнеє);
Створено школу теплофізичних проблем турбінобудування, якою виконано великий обсяг фізико-технічних досліджень на стику теорій турбомашин та тепло-масообміну, пов’язаних з термічною маневреністю та експлуатаційною надійністю турбоагрегатів (керівник проф. В.М. Капінос).
Досягнення сучасників:
Створено новий науковий напрямок у турбінобудуванні – оптимальне проектування проточної частини осьових турбін (керівник проф. А.В. Бойко), результатом розвитку якого спільно з рішеннями конкретних оптимальних завдань є створення нових турбінних профілів, високоефективних ступенів турбін, груп ступенів та проточних частин циліндрів сучасних парових турбін. Успішно ведуться роботи з оптимізації проточних частин з урахуванням їх режимів експлуатації (керівник проф. О. П. Усатий). На основі рішення обернених завдань проводяться роботи з аеродинамічного вдосконалення елементів проточної частини турбін (керівник проф. В.П. Суботович). Розробляються нові підходи до створення систем охолодження високотемпературних газових турбін на основі застосування нестандартних холодоагентів (керівник проф. О.І. Тарасов).
Науково-дослідна лабораторія кафедри турбінобудування
Лабораторія є структурним підрозділом кафедри і покликана вирішувати широкий спектр наукових, конструкторських і технологічних проблем в галузі турбінобудування, включаючи завдання дослідження аеродинаміки проточних частин парових і газових турбін, теплообміну в елементах високотемпературних газотурбінних двигунів і систем їх охолодження, а також теплофізичні дослідження мікроструктури у пристінкових областях проточних частин.
Експериментальна та виробнича бази лабораторії оснащені стендами, широкого спектру дії, більшість з яких розроблені та виготовлені спеціалістами кафедри у її стінах та є унікальними не лише в Україні, а й за її межами. Установки автоматизовані, оснащені системами автоматичного збирання інформації, мають унікальні координатні пристрої, постійно модернізуються та оснащуються сучасною вимірювальною апаратурою. Так, наприклад, лабораторія має унікальний дослідний комплекс для експериментального вивчення аеродинаміки і теплообміну в елементах лопаткових апаратів, що охолоджуються, високотемпературних газових турбін.
Науково-дослідний комплекс кафедри турбінобудування
Науково-дослідний комплекс експериментальних установок НТУ «ХПІ» з вивчення газодинамічних та теплофізичних процесів у турбомашинах був створений на основі спільної Постанови Міністерства важкого, енергетичного та транспортного машинобудування СРСР та Мінвузу УРСР № 420 від 20.09.66 про створення при кафедрі турбінобудування лабораторії з наступними науковими напрямами: «Газодинаміка проточної частини», «Теплообмін у парових та газових турбінах», «Оптимізація циклів газотурбінних установок». Надалі відповідно до Постанови Ради Міністрів УРСР № 385 від 07.08.1975 року та Мінвузу УРСР № 463 від 18.08.75 на базі комплексу при кафедрі турбінобудування було створено проблемну науково-дослідну лабораторію з наукових напрямів: «Дослідження газодинаміки та дослідження» «Тепло-масоперенос у парових та газових турбінах».
За своїми технічними можливостями та оснащенням науково-дослідний комплекс не має аналогів в Україні.
Комплекс складається з двох основних частин: компресорного господарства та лабораторно-експериментальної бази.
До складу компресорного господарства входять: відцентровий нагнітач НЗЛ 900-312 продуктивністю 970 м3/хв з приводним електродвигуном потужністю 3500 кВт, збудником, редуктором, системами змащення та охолодження; два відцентрових нагнітачів НЗЛ 360-21-1 продуктивністю 276 м3/хв з приводними електродвигунами потужністю 700 кВт та 800 кВт; три повітродувки ТВ-50-1,2 продуктивністю 50 м3/хв; дві повітродувки типу 80.14.М.01 продуктивністю 96 м3/хв; три поршневі компресори – М160-20/8; ВП-20/8; ВП-50/8; електроенергетичне силове обладнання, що складається з двох підстанцій, трансформаторів та щитів управління; водяні насоси; маслонасоси; маслобаки; холодильники; вологовідділювачі; буферні ємності; повітрозабірники; ресивери; камери глушіння; запірна арматура та ін.
Лабораторно-експериментальна база включає: три експериментальні повітряні турбіни; дві великомасштабні експериментальні установки з дослідження теплообміну та вторинних течій у міжлопаткових каналах турбомашин; установку з вивчення режимів роботи тягодуттьових машин; великомасштабну аеродинамічну трубу для дослідження елементів турбомашин при до- та надзвукових швидкостях течії та великих витратах; два стенди плоских решіток; стенд для дослідження кільцевих решіток; тарувальне сопло; тіньовий прилад ІАБ-451 для візуалізації стрибків ущільнення у надзвукових потоках; два стенди дослідження надзвукових течій, аеродинамічний стенд для випробувань турбінних решіток профілів дифузорного типу; повітряну високошвидкісну аеродинамічну трубу для досліджень аеродинаміки та локального теплообміну в плоских решітках з урахуванням впливу ступеня турбулентності потоку, що набігає; рідкометалевий стенд для дослідження локального теплообміну в лопатках, що охолоджуються, високотемпературних газових турбін; експериментальну установку з дослідження підшипників, стенд для дослідження тепловіддачі та гідродинаміки у порожнинах роторів парових та газових турбін; навчально-лабораторні експериментальні установки: три стенди з дослідження теплообміну, п’ять стендів з дослідження газодинаміки (тарування пневматичних зондів, течія в плоских решітках, структура потоку за решітками, візуалізація потоку, робота лабіринтового ущільнення).
Основна частина науково-дослідного комплексу експериментальних установок розмішується у чотириповерховому будинку кафедри турбінобудування, що займає площу близько 900 м2. Енергетичне обладнання встановлено у цокольному приміщенні компресорною площею понад 1000 м2. Окремо розташовані насосна, градирня з басейном, лабораторія газових турбін, склад та гараж для пересувної дослідницької лабораторії. Загальна протяжність повітроводів із встановленою запірною та регулюючою арматурою в кількості 63 шт. складає близько 5 км.
У складі кафедри турбінобудування НТУ «ХПІ» працюють понад 50 працівників. Наукові дослідження на кафедрі ведуть 5 професорів, 4 доценти, 1 старший викладач. Дослідження проводяться за бюджетною тематикою та за господарськими договорами та ведуться за трьома напрямками: економічність та надійність парогазотурбобудування, оптимізації проточних частин турбомашин, дослідження в галузі теплофізичних проблем турбобудування.
За час існування комплексу кафедрою турбінобудування проведено великий обсяг експериментальних та теоретичних досліджень. Основні наукові розробки проводились у тісній співпраці з науково-виробничим об’єднанням атомного турбінобудування «Харківський турбінний завод». Проведено експерименти з вирівнювання градієнта тиску в міжвінцевому зазорі та створення нових високоекономічних ступенів із «зворотною закруткою» для турбін ПВК-150, ПВК-200, К-300-240, К-500-240 і К-100-130.
Створено високоекономічні, широкорежимні останні ступені для швидкохідних та тихохідних турбін, що відповідають підвищеним вимогам надійності, маневреності та економічності, що стало важливим етапом у розвитку вітчизняного турбінобудування. Останні ступені з робочою лопаткою 1030 мм використовуються в турбінах потужністю 220 МВт (К-220-44-2), потужністю 500 МВт (К-500-240-2 та К-500-65), потужністю 750 МВт (К-750- 65); з робочою лопаткою 1450мм – у турбінах потужністю 500 МВт (К-500-60/1500) та у турбінах потужністю 1 млн. кВт (К-1000-60/1500).
Науково-дослідна робота кафедри охоплювала також широке коло проблем, пов’язаних зі створенням вологопарових турбін для АЕС типу К-220-44, К-500-65 К-500-60/1500, К-750-65, К-1000-60 .
З метою підвищення К.К.Д. та надійності циліндрів низького тиску проведено масштабні дослідження з проблеми створення широкорежимних вихлопних патрубків. За конструкціями патрубків отримано 13 авторських свідоцтв і 10 патентів.
Великі розрахунково-теоретичні та експериментальні дослідження проведені в галузі теплофізичних проблем турбобудування з метою підвищення маневреності та експлуатаційної надійності турбоустановок. Проведено дослідження в галузі теорії теплопровідності, електротеплової аналогії, контактного та конвективного теплообміну на поверхнях турбінних лопаток, полотнах дисків, у лабіринтових ущільненнях, у підшипниках ковзання, при течії двофазного потоку. Створено новий тип приладу для вимірювання відносного подовження роторів турбін, який використовується на 14 ТЕС та АЕС країн СНД, а також у Болгарії.
Результати досліджень у галузі охолодження елементів високотемпературних газових турбін впроваджено в ЦІАМ, ЦКТІ, ОТІ, ІТТФ НАН України, Харківському турбінному заводі, ЛМЗ, НЗЛ, ЗМКБ «Прогрес», СПБ «Машпроект».
Виконано низку наукових розробок для блокових електростанцій України: Ладиженської ГЕС, Слов’янської ТТЕС. Продовжується наукові роботи з оптимального проектування проточних частин та дослідження роботи ступенів на нерозрахункових режимах. Виконуються розробки щодо модернізації турбін ТЕС та АЕС, які відпрацювали повністю або частково свій ресурс.
Розвиваються зарубіжні наукові зв’язки кафедри з Польщею (Варшавський технічний університет) та Південною Кореєю (Компанія Самсунг Аероспейс, Корейський Інститут Машинобудування та Матеріалів).
Стійкий поступальний економічний розвиток України потребує збільшення виробництва електричної енергії, проте існуюче енергетичне обладнання більшості ТЕС вкрай зношене, морально застаріло, має низьку економічність і потребує якнайшвидшої модернізації. У цих умовах НТУ «ХПІ», який має у своїй структурі велику кількість кваліфікованих спеціалістів та науково-дослідний комплекс експериментальних установок з вивчення газодинамічних та теплофізичних процесів у турбомашинах, здатний відіграти важливу роль у науковому забезпеченні комплексної модернізації турбінного обладнання енергетичної галузі країни. Що вкрай актуально в період відновлення країни.
Наголошуючи на унікальності комплексу, відсутності аналогів в Україні та його значення для розвитку наукового потенціалу країни та енергетики України в цілому, Міністерство освіти і науки України ухвалило рішення від 25 травня 2006 року про включення науково-дослідного комплексу експериментальних установок Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» з вивчення газодинамічних та теплофізичних процесів у турбомашинах до Державного Реєстру об’єктів, що становлять національне надбання України.
КАФЕДРА ЗАПРОШУЄ ДО СПІВПРАЦІ УСІ ЗАЦІКАВЛЕНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ СПІЛЬНИХ РОЗРОБОК НА ГОСПДОГОВІРНІЙ ОСНОВІ.