Постановлением Кабинета Министров Украины № 665 от 27 декабря 2006 научно-исследовательской комплекс экспериментальных установок кафедры турбиностроения внесён в Государственный реестр научных объектов, которые составляют «Национальное достояние Украины«.
Научно-исследовательский комплекс экспериментальных установок кафедры имеет важное научно-практическое значение для энергетики страны, так как. включает в себя уникальное экспериментальное оборудование с большими техническими возможностями и важным научным значением.
Научное значение объекта определяется передовыми в Украине и в мире направлениями экспериментальных и теоретических исследований турбомашин, проводимых на его базе. Ведутся газодинамические исследования, определяющие основные принципы проектирования паровых турбин большой единичной мощности и исследования в области теплофизических проблем турбостроения, дающие возможность решать проблемы термической маневренности и эксплуатационной надежности паровых и газовых турбин.
По своим техническим возможностям и оснащению научно-исследовательский комплекс не имеет аналогов в Украине.
Объект включает в себя уникальное экспериментальное оборудование:
- компрессорное хозяйство, состоящее из трех центробежных нагнетателей (потребляемая мощность 3500, 800 и 700КВт), пяти воздуходувок, трех поршневых компрессоров, электроэнергетического силового оборудования, систем масло- и водоснабжения, воздухозаборников, холодильников, влагоотделителей, ресиверов, камер глушения, системы подачи сжатого воздуха протяженностью около 5 км с запорной арматурой, градирни с бассейном и других устройств;
- научно-экспериментальную базу, в состав которой входят три уникальные экспериментальные воздушные турбины, две крупномасштабные экспериментальные установки, тарировочное сопло, установка по изучению режимов работы тягодутьевых машин, два стенда плоских решеток, два стенда по исследованию сверхзвуковых течений, воздушная высокоскоростная аэродинамическая труба, жидкометаллический стенд для исследования теплообмена в лопатках высокотемпературных газовых турбин; экспериментальная установка по исследованию подшипников и другие экспериментальные стенды и установки;
- учебно-экспериментальную лабораторию модульного типа, состоящую из трех стендов по исследованию теплообмена, и пяти стендов по исследованию газодинамики турбомашин.
Основная часть научно-исследовательского комплекса экспериментальных установок размешается в четырехэтажном здании кафедры турбиностроения, занимая площадь около 900м2. Энергетическое оборудование установлено в цокольном помещении компрессорной площадью более 1000м2.
За время существования комплекса кафедрой турбиностроения НТУ «ХПИ» проведен большой объем экспериментальных и теоретических исследований.
Разработаны новые высокоэкономичные ступени турбин с «обратной закруткой». Созданы новые высокоэкономичные направляющие и рабочие профили.
В результате проведения большого объёма теоретических, конструкторских, расчётных и экспериментальных работ, выполненных ОАО»Турбоатом» и кафедрой турбиностроения НТУ «ХПИ», выработаны принципы проектирования последней ступени ЦНД, обеспечивающие её надёжность в широком диапазоне режимов эксплуатации турбины.
Создание последних ступеней ЦНД с длинной рабочей лопатки 1030 мм для турбин с частотой вращения 3000 об/мин (используются в турбинах 220, 500 и 750 МВт) и длиной 1450 мм для турбин с частотой вращения 1500 об/мин (для турбин 500 и 1млн.КВт) совместно с работами по усовершенствованию выхлопных патрубков и оптимизации меридиальных обводов проточной части стало важным этапом в развитии отечественного турбиностроения. Рабочие лопатки последних ступеней отличаются повышенной надёжностью, экономичностью и по ряду показателей превосходят мировые образцы.
В НТУ «ХПИ» создано новое научное направление — оптимальное проектирование проточной части осевых турбин, впервые в стране и в мире получившее свое развитие на кафедре турбиностроения. Разработаны основы теории оптимального проектирования проточной части, созданы методы определения оптимального количества ступеней в цилиндрах, выбора оптимального распределения параметров пара в проточной части, оптимальных законов закрутки направляющих и рабочих лопаток, создания новых высокоэкономичных оптимальных профилей. Комплекс исследований кафедры турбиностроения в этом направлении лёг в основу системы автоматизированного проектирования турбин ОАО «Турбоатом».
С целью повышение КПД. и надежности цилиндров низкого давления проведены масштабные исследования по проблеме создания широкорежимных выхлопных патрубков.
Обширные расчетно-теоретические и экспериментальные исследования проведены в области теплофизических проблем турбостроения с целью повышения маневренности и эксплутационной надежности турбоустановок. Проведены исследования в области теории теплопроводности, электротепловой аналогии, контактного и конвективного теплообмена на поверхностях турбинных лопаток, полотнах дисков, в лабиринтовых уплотнениях, в подшипниках скольжения, при течении двухфазного потока. Создан новый тип прибора для измерения относительного удлинения роторов турбин.
Результаты исследований в области охлаждения элементов высокотемпературных газовых турбин широко внедрены в промышленности.
Научные исследования на кафедре ведут 3 доктора технических наук, 16 кандидатов технических наук, 16 научных сотрудников 5 аспирантов. Исследования проводятся по бюджетной тематике и по хозяйственным договорам и ведутся по двум направлениям: экономичность и надежность парогазотурбостроения и теплофизика.
Возможность высокоточных измерений параметров потока и мощности при проведении исследований на экспериментальных воздушных турбинах позволяет аттестовать современные методы расчета пространственных, нестационарных и вязких течений. Экспериментальные исследования моделей ступеней совместно с расчетами натурных ступеней с применением современных методов, позволят создать высокоэкономичные ступени для вновь проектируемых турбин и для модернизации турбин, находящихся в эксплуатации на электростанциях Украины. Важной задачей остаются отработка профилей сопловых и рабочих лопаток в широком диапазоне углов натекания потока, исследования течений в пограничных слоях и разработка способов управления этими течениями с целью минимизации потерь в решетках. Проведение исследования моделей последних ступеней совместно с выхлопными патрубками в широком диапазоне режимов работы даст возможность повысить экономичность паровых турбин. Важной задачей является испытание кольцевых решеток, диффузоров, сопел, переходных и выхлопных патрубков паровых и газовых турбин с целью определения путей повышения их экономичности. Представляют практический интерес проведение исследований элементов турбомашин в крупномасштабной аэродинамической трубе при до- и сверхзвуковых скоростях потока и больших расходах рабочего тела. Продолжатся работы по моделированию сложных процессов в выходных устройствах турбин, исследованию модельных сопел и тарировке зондов при сверхзвуковых течениях. Планируется также создание экономичных ламинаризованых лопаточных аппаратов паровых и охлаждаемых высокотемпературных газовых турбин. В связи с организацией в Украине собственного производства тягодутьевых машин, широко применяемых в металлургии и энергетике, требуется проведение работ по повышению их экономичности, надежности и конкурентоспособности, что определяет необходимость проведения экспериментальных исследований с целью получения режимных характеристик этих агрегатов.
Устойчивое поступательное экономическое развитие Украины требует увеличения производства электрической энергии. В этих условиях НТУ «ХПИ», который имеет в своей структуре научно-исследовательский комплекс экспериментальных установок по изучению газодинамических и теплофизических процессов в турбомашинах, способен сыграть важную роль в научном обеспечении комплексной модернизации турбинного оборудования энергетической отрасли страны.
Кафедра приглашает к сотрудничеству все заинтересованные организации для проведения совместных разработок на хоздоговорной основе.