Повідомлення про помилку

Warning: ini_set() [function.ini-set]: A session is active. You cannot change the session module's ini settings at this time in drupal_environment_initialize() (line 692 of /home/visnyk-nanu/www/includes/bootstrap.inc).

Вісник НАН України. 2017. № 8. С.48-53
https://doi.org/10.15407/visn2017.08.047

РУСАНОВ Андрій Вікторович —
член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор, директор Інституту проблем машинобудуванняім. А.М. Підгорного НАН України
ORCID: 0000-0003-1345-7010

НАУКОВІ ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ ТУРБОМАШИН НОВОГО ПОКОЛІННЯ З ПОКРАЩЕНИМИ ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИМИ ПОКАЗНИКАМИ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2017 року

У доповіді наведено результати фундаментальних і прикладних досліджень з термо- і газогідродинаміки і теплофізики, на основі яких сформовано концептуальні підходи до вирішення проблеми створення високоефективних проточних частин турбомашин різного призначення. Наведено приклади практичного використання розроблених методів, моделей і програмних комплексів при вирішенні важливих завдань, у тому числі із забезпечення енергонезалежності і збереження енергомашинобудівного потенціалу України.

Шановний Борисе Євгеновичу!

Шановні члени Президії! Шановні запрошені!

Турбомашини відомі вже кілька століть. Одним із перших зразків турбомашини можна вважати гвинт Архімеда. Незважаючи на тривалу історію, й дотепер немає остаточного визначення, що таке турбомашина. Тому я наведу кілька визначень, які, на наш погляд, є найбільш точними і прийнятними.

Турбомашина — це машина з робочими поверхнями (лопатки, лопаті, гвинти тощо), що обертаються.

Призначена турбомашина для перетворення одного виду енергії на інший, тобто енергії робочого тіла на механічну енергію або навпаки. За цією ознакою турбомашини поділяються на два основних типи: турбіни — турбомашини, в яких енергія робочого тіла перетворюється на механічну енергію на роторі, і компресори (насоси, вентилятори) — турбомашини, в яких механічна енергія від ротора перетворюється на енергію робочого тіла.

Існують турбомашини, які здатні працювати і як турбіна, і як компресор (залежно від режиму), наприклад гідроагрегати гідроакумулювальних електростанцій. Крім того, є турбоустановки, що мають як компресор, так і турбіну (газотурбінні двигуни, турбодетандерні агрегати тощо).

Як робоче тіло в турбомашинах використовуються різні гази та/або рідини і їх суміші, а саме: для гідротурбін робочим тілом є вода, для парових турбін — водяна пара, для газових турбін — повітря і продукти згоряння, для вітряків — повітря.

Турбомашини застосовують у найрізноманітніших галузях промисловості, насамперед в енергетиці — парові, газові та гідротурбіни. Так, на сьогодні понад 99% електрогенерувальних потужностей України становлять ТЕС, ТЕЦ, АЕС, ГЕС і ГАЕС, тобто так звана велика енергетика. Також турбомашини використовують на транспорті, у хімічній та видобувній галузях промисловості, на газоперекачувальних станціях, у металургії і навіть у медичному обладнанні.

Одним із основних критеріїв, за яким оцінюють ефективність турбомашин, є показник співвідношення змін енергій робочого тіла у реальному процесі до ідеального, як правило, ізоентропічного процесу. Таке співвідношення називають коефіцієнтом корисної дії (ККД).

За організацію робочого процесу відповідає проточна частина турбомашини. Проточною частиною є тракт, де протікає робоче тіло. Робочі поверхні є складовими проточної частини. Фактично вплив проточної частини на ККД турбомашини є визначальним, тому в доповіді основна увага приділяється науковим проблемам створення проточних частин турбомашин.

Зауважу, що ККД турбомашини не є ККД всієї енергоустановки, оскільки це лише одна, хоча й дуже важлива, її складова. ККД турбомашини, як правило, значно вищий за ККД енергоустановки в цілому і найчастіше перевищує 90%. Наприклад, ККД енергоблока ТЕС залежить від ККД термодинамічного циклу і ККД обладнання — котла, електрогенератора і, звісно, безпосередньо парової турбіни (турбомашини). Сумарний ККД більшості сучасних енергоблоків ТЕС становить 35–38%, енергоблоків, розрахованих на більш високі суперкритичні параметри, — 44–46%, а енергоблоків з бінарними циклами (парогазові установки) може перевищувати 50%. Проте в будь-якому разі ККД турбомашини прямо пропорційно впливає на ККД енергоблока в цілому.

До сказаного слід додати, що в Україні, на жаль, немає жодного діючого парогазового блока або блока, який працював би на суперкритичних початкових параметрах пари (температурою понад 600°С і тиском понад 300 Бар). Хоча, наприклад, у наших сусідів, поляків, таких блоків уже декілька. Україна має достатній потенціал для вирішення завдання зі створення вітчизняного енергоблока для ТЕС на суперкритичних початкових параметрах, тим більше, що першу у світі турбоустановку на суперкритичних параметрах було створено у Харкові під керівництвом академіка Леоніда Олександровича Шубенка-Шубіна ще у 1961 р. Це складне і комплексне завдання, яке потребує об’єднання зусиль науковців різних напрямів — турбіністів, котельників, матеріалознавців та інших фахівців.

Повний текст