Термін виконання
2026–2028
Фінансування
3,6 млн грн
Організація-виконавець
СумДУ
Керівник проєкту
Сергій Ванєєв
АНОТАЦІЯ
Робота присвячена вирішенню проблеми енергозбереження, децентралізації енергозабезпечення і підвищення енергобезпеки країни шляхом утилізації вторинних енергоресурсів у частині використання енергії надлишкового тиску газу або пари на енерговузлах промислових і комунальних підприємств, газорозподільних станціях, газорегуляторних пунктах тощо при розширення газу або пари в розширювальній машині, до валу якої підключений електрогенератор. Процес виробництва електроенергії з енергії надлишкового тиску газу або пари є екологічно чистою, енергозберігаючою технологією. Перспективним напрямком для отримання електроенергії з енергії надлишкового тиску газу або пари є використання струминно-реактивної розширювальної машини, але вона недостатньо досліджена. Тому пропонується, створення параметричної моделі струминно-реактивної розширювальної машини, планування експерименту із залученням теорії багатофакторного експерименту і проведення оптимізаційного обчислювального експерименту з метою підвищення параметрів ефективності машини та дослідження течії газу в проточній частині струминнореактивних машин за допомогою програмного комплексу ANSYS CFX з подальшою експериментальною перевіркою результатів досліджень і ескизним проєктуванням автоматизованого турбогенераторного агрегату для виробництва електроенергії з енергії надлишкового тиску газу або пари.
Проєкт сприятиме досягненню Цілей сталого розвитку ООН: SDG 7 «Доступна та чиста енергія», SDG 9 «Індустріалізація, інновації та інфраструктура», SDG 12 «Відповідальне споживання і виробництво» та SDG 13 «Боротьба зі зміною клімату».
Мета та завдання проєкту
Метою проєкту є встановлення оптимальних термогазодинамічних, енергетичних і геометричними параметрів струминно-реактивної розширювальної машини для створення автоматизованого турбогенераторного агрегату.
Основні завдання проекту включають:
- аналіз особливостей використання енергозбірігаючих турбогенераторних агрегатів на вузлах зниження тиску газу або пари промислових підприємств, зокрема на газорозподільних станціях;
- створення нових і уточнення існуючих математичних моделей робочого процесу струминно-реактивної розширювальної машини, що дозволить вивчати особливості робочого процесу і вплив параметрів на ефективність машини;
- визначення значущих факторів і параметрів та діапазонів їх зміни, що впливають на економічність струминно-реактивних розширювальних машин;
- планування оптимізаційного обчислювального експерименту із залученням теорії багатофакторного експерименту;
- створення параметричних моделей струминно-реактивних розширювальних машин і проведення обчислювального оптимізаційного експерименту та дослідження течії газу в проточній частині струминно-реактивних розширювальних машин за допомогою програмного комплексу ANSYS CFX, що дозволить визначити вплив основних геометричних і газодинамічних параметрів на ефективність струминно-реактивних розширювальних машин і значення цих параметрів для зони максимального ККД на рівні 40-45 %;
- створення методики чисельного дослідження та оптимізації струминно-реактивних розширювальних машин в програмному комплексі ANSYS CFX, що дозволяє досліджувати вплив геометричних і газодинамічних параметрів на ефективність і характеристики цих машин;
- отримання розмірних і узагальнених безрозмірних характеристик струминно-реактивних розширювальних машини;
- модернізація існуючого зразка струминно-реактивної розширювальної машини і стенду для її досліджень, що дозволить підвищити ККД машини за результатами теоретичних досліджень;
- експериментальні дослідження модернізованої струминно-реактивної розширювальної машини;
- дослідження системи керування і забезпечення параметрів якості електроенергії, що виробляється струминно-реактивними і вихровими турбогенераторними агрегатами, за допомогою мікропроцесорних засобів автоматизації, що дозволить визначити параметри параметрів якості виробленої електроенергії і значення електричного ККД турбогенераторного агрегату;
- розробка і уточнення методик проектування струминно-реактивних розширювальних машин, а також агрегатів (зокрема турбогенераторів) на їх основі;
- розроблення ескізного проекту автоматизованого турбогенераторного агрегату на базі струминно-реактивної розширювальної машини для утилізації енергії надлишкового тиску газу.
Впливи результатів проєкту
- Науковий вплив.
Результатами проєкту є нові знання, методики розрахунку, що дають розвиток наукового напряму тематичному напрямку 8. Безпечна, чиста енергетика та енергоефективність, піднапрямок Енергоефективна промисловість:
- основні значущі геометричні параметри і термогазодинамічні параметри та їх співвідношення і ступінь їх впливу на ефективність струминно-реактивних розширювальних машин;
- нові та уточнені методики розрахунку струминно-реактивних розширювальних машин та агрегатів на їх основі, зокрема методика чисельного дослідження та оптимізації струминно-реактивних розширювальних машин в програмному комплексі ANSYS CFX, яка може бути використана майбутніми групами дослідників;
- працюючий макет струминно-реактивної розширювальної машини за результатами теоретичних досліджень і модернізований стенду для її досліджень, який може бути використаний для подальших досліджень розширювальних машин.
Таким чином, створюються математичні моделі робочого процесу, методики розрахунку та проектування простих та надійних турбоагрегатів для діапазону параметрів, в якому існуючі на ринку турбогенераторні установки на базі класичних (осьових і доцентрових) турбін використовувати економічно та технічно не ефективно. Ці результати можуть бути використані у подальших дослідженнях та розробках високоефективних турбогенераторів.
- Економічна цінність результатів роботи полягає у тому, що переваги струминно-реактивних та вихрових турбін дозволяють створювати ТДА зі строком окупності 1-2 роки, набагато дешевші, прості конструктивно й технологічно, надійні й зручні в експлуатації у порівнянні з ТДА на основі класичних лопаткових турбін. Наприклад, для ТДА потужністю 100 кВт при питомої вартості 400 $/кВт, річний прибуток від виробленої електроенергії складає (при вартості електроенергії 0,1 $): 0,1 • 100кВт • 8000 = 80000 $. Масо-габаритні показники в порівнянні з аналогічними турбогенераторними агрегатами з лопатковими турбінами набагато кращі: наприклад, маса ТДА УКС2-300 ("Турбогаз", Харків) потужністю 300 кВт складає 16 т, а маса трьох агрегатів ТДА-СРТ-100 (по 100 кВт) складе 1670 • 3 = 5010 кг (5 т), тобто більш ніж в три рази менше (маса одного агрегату ТДА-СРТ-300 кВт буде ще менше).
- У соціальному і безпековому плані підвищується надійність електропостачання та енергетична безпека країни, підвищуються екологічні показники, що відповідає цілям сталого розвитку. Струминно-реактивні і вихрові розширювальні машини можуть застосовуватися також в когенераційних енергоустановках для ресурсозберігаючого електро- та теплопостачання для різних галузей промисловості та комунального господарства, в турбостартерах, системах управління, в турбокомпресорних та насосних установках тощо..
Очікувані результати
- Буде виконано аналіз використання енергозберігаючих турбогенераторних агрегатів на вузлах зниження тиску газу або пари в різних галузях промисловості. Будуть створені математичні моделі робочого процесу струминно-реактивної розширювальної машини та визначені найбільш значущі фактори і параметри, що впливають на економічність струминно-реактивних розширювальних машин. Буде розроблена параметрична модель струминно-реактивнної розширювальної машини для дослідження її у програмному комплексі ANSYS CFX, в результаті оптимізації параметрів якої планується отримати геометричні і термогазодинамічними параметри струминно-реактивної розширювальної машини і їх співвідношення, що забезпечують ККД машини на рівні 40-45%. Будуть отримані розмірні й безрозмірні характеристики струминно-реактивної розширювальної машини. У результаті досліджень буде розроблена методика чисельного дослідження та оптимізації струминно-реактивних розширювальних машин у програмному комплексі ANSYS CFX, що дозволяє досліджувати вплив геометричних і газодинамічних параметрів на ефективність і характеристики цих машин. На дослідному стенді буде досліджений працюючий макет струминно-реактивної розширювальної машини за результатами теоретичних досліджень (рівень TRL4). Буде розроблена і досліджена система керування і забезпечення параметрів якості електроенергії, що виробляється струминно-реактивними турбогенераторними агрегатами, за допомогою мікропроцесорних засобів автоматизації (рівень TRL4). Буде розроблений ескізний проєкт автоматизованого турбогенераторного агрегату на базі струминно-реактивної розширювальної машини для утилізації енергії надлишкового тиску газу.
- Публікація результатів у міжнародних та українських наукових виданнях;
- Підготовка відкритих наборів даних і матеріалів для поширення результатів серед наукової та інженерної спільноти.
Практичне значення роботи полягає
– в отриманні нових та уточненні існуючих методик розрахунку струминно-реактивних розширювальних машин та агрегатів на їх основі, зокрема методики чисельного дослідження та оптимізації струминно-реактивних розширювальних машин в програмному комплексі ANSYS CFX, яка може бути використана майбутніми групами дослідників;
– у наявності працюючого макету струминно-реактивної розширювальної машини за результатами теоретичних досліджень і модернізованого стенду для її досліджень, який може бути використаний для подальших досліджень розширювальних машин.
Команда проєкту
Сергій Ванєєв
Керівник проєкту
Вадим Бага
Відповідальний виконавець
Георгій Кулінченко
Виконавець
Олександр Гусак
Виконавець
Станіслав Мелейчук
Виконавець
Дмитро Мірошниченко
Виконавець
Логіка дослідження (Research Workflow)
Теоретичний аналіз
Аналіз робочого процесу струминно-реактивних розширювальних машин
→
Математичне моделювання
Уточнення математичної моделі робочого процесу
→
CFD моделювання
Чисельний аналіз структури та параметрів потоку
→
Експериментальні дослідження
Характеристики струминно-реактивних розширювальних машин
→
Нові конструкції струминно-реактивних розширювальних машин
Ескізний проєкт турбогенераторного агрегату потужністю 10 кВт
Етапи виконання проєкту
2026
- Аналіз особливостей використання енергозберігаючих турбогенераторних агрегатів на вузлах зниження тиску газу або пари в різних галузях промисловості
- Створення нових і уточнення існуючих математичних моделей робочого процесу струминно-реактивної розширювальної машини
- Розробка параметричної моделі струминно-реактивної розширювальної машини; планування експерименту з вибором значущих факторів
- Проведення чисельного дослідження за допомогою програмного комплексу ANSYS CFX з метою досягнення максимального ККД за рахунок оптимізації геометричних розмірів проточної частини
- перші наукові публікації
2027
- Проведення експериментальних досліджень
- Отримання узагальнених безрозмірних характеристик струминно-реактивних розширювальних машини
- Отримання практичних рекомендацій з вибору основних газодинамічних і геометричних параметрів та характеристик струминно-реактивних розширювальних машин з максимальними значеннями ККД
- Уточнення методик розрахунку, обчислювальних алгоритмів і програмного забезпечення для дослідження і розрахунку струминно-реактивних розширювальних турбомашин
- наукові публікації
- міжнародні конференції
2028
- Дослідження системи керування і забезпечення параметрів якості електроенергії, що виробляється струминно-реактивними турбогенераторними агрегатами, за допомогою мікропроцесорних засобів автоматизації
- Розробка і уточнення методик проєктування струминно-реактивних і вихрових розширювальних машин, а також агрегатів (зокрема турбогенераторів) на їх основі
- Визначення області раціонального використання струминно-реактивних агрегатів в різних галузях промисловості
- Розроблення ескізного проекту турбогенератор-ного агрегату на базі струминно-реактивної розширювальної машини для утилізації енергії надлишкового тиску газу
- публікації у міжнародних журналах
- міжнародні конференції
- впровадження результатів
Поширення результатів
У межах проєкту передбачено підготовку наукових публікацій у міжнародних та українських фахових виданнях, участь у конференціях, створення відкритих наборів даних, а також представлення результатів на сайті кафедри та в інших науково-комунікаційних каналах.
На цій сторінці буде регулярно оновлюватися інформація про публікації, конференції, відкриті матеріали, новини та інші результати виконання проєкту.
Список публікацій за матеріалами дослідження
Матеріали конференцій
- Мелейчук О. С., Ванєєв С. М. Підвищення ефективності енергозберігаючих турбогенераторних агрегатів на базі струминно-реактивних турбін // Сучасні технології у промисловому виробництві: матеріали та програма XІІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції (м. Суми, 21–24 квітня 2026 р.) / редкол.: О.Г. Гусак, І.В. Павленко. – Суми: Сумський державний університет, 2026. – С. 144-145.
- Ванєєв С. М., Бага Т. С., Мелейчук О. С., Мірошниченко О. І., Ольховик М.-Л. І. Особливості конструкції та використання струминно-реактивних розширювальних машин // Сучасні технології у промисловому виробництві: матеріали та програма XІІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції (м. Суми, 21–24 квітня 2026 р.) / редкол.: О.Г. Гусак, І.В. Павленко. – Суми: Сумський державний університет, 2026. – С. 137-138.
- Ванєєв С. М., Дмитрієв В. О., Мєдвєдєв Р. О., Карцев О. С. Енергозберігаючі турбогенераторні агрегати на базі струминно-реактивних турбін // Сучасні технології у промисловому виробництві: матеріали та програма XІІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції (м. Суми, 21–24 квітня 2026 р.) / редкол.: О.Г. Гусак, І.В. Павленко. – Суми: Сумський державний університет, 2026. – С. 143.
Фахові видання України
Подано статтю в фахове видання України
Ванєєв С.М, Мелейчук О.С., Мірошниченко О.І, Сітало В.С., Чех О.Ю. CFD АНАЛІЗ ТУРБОГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТУ НА БАЗІ СТРУМИННО-РЕАКТИВНОЇ ТУРБІНИ КАНАЛЬНОГО ТИПУ
Заявки на участь у конкурсах проєктів тощо
Подано заявку на участь у конкурсах проєктів: Project title: ColdBridge Norway-Ukraine learning hub: heating, cooling and energy efficiency
Контакти
Керівник проєкту: Сергій Ванєєв
Організація: Сумський державний університет
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Кафедра: кафедра технічної теплофізики / Лабораторія промислової енергетики
The university has introduced a permanent competition "The best teacher through the eyes of students", which aims to identify the best practices of teaching disciplines by scientific and pedagogical workers through an annual survey of education graduates
MERZLIAKOV IURIY, senior lecturer of the Department of Technical Thermal Physics, candidate of technical sciences, became a participant in a new international project of Sumy State University, Japan International Cooperation Agency and ESD Consortium Aichi.
The project is aimed at improving engineering education. Its implementation is designed for long-term joint work and consists of three main stages.
At the opening meeting held on October 16, prof. Hidetoshi MIYAKAWA delivered the lecture "Industrial Technology Education in Japan", emphasizing the most important aspects of training engineers, including in view of the achievement of the Sustainable Development Goals.
The project involved 10 participants representing the Faculty of Technical Systems and Energy-Efficient Technologies, the Faculty of Foreign Philology and Social Communications, the Scientific and Educational Center of Industrial Engineering, the Regional Security Research Center, the Department of Pre-University Education of Sumy State University, the Sumy Machine-Building Cluster of Energy Equipment, the Sumy Specialized School of I-III degrees No. 9 of Sumy".
In February 2022, Sumy State University (Sumy, Ukraine) and the Dalgakiran company (Istanbul, Turkey) on the basis of the Department of Technical Thermophysics concluded an agreement on the provision of scientific and technical consulting services to employees of the Dalgakiran company on the study of the theory and calculations of reciprocating compressors.
According to the contract, employees of the Department of Technical Thermal Physics (Ph.D., Assoc. Serhii SHARAPOV and Ph.D., Assoc. Stanislav MELEYCHUK) and Applied Hydroaeromechanics (Ph.D., Assoc. Vitalii PANCHENKO) teach the material in English language in the total volume of 200 hours. Classes are held in the form of seminars, practical and individual classes. All teachers have appropriate certificates of foreign language proficiency.
Introductory lectures on the theory of gases and gas mixtures were conducted by Ph.D., prof. Volodymyr TURYK from the National Technical University of Ukraine "Ihor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute".
On July 21, 2022, students of higher education major 142 "Energy engineering" studying under the educational program "Compressors, pneumatic units and vacuum equipment" during their industrial practice went on an excursion to the "SENSI" company. The company is one of the leaders in the region, engaged in the development and production of a wide range of piston compressors for various fields of application.
The tour was conducted by the first deputy general director Dmytro GALINSKY, who introduced the future specialists to the main directions of the company's work, the range of products produced, the capacities of its own production and the work of the design department, where the calculation and design of compressor equipment takes place. But the main purpose of the visit was the opportunity to observe the tests of the argon piston compressor, which will be sent to the customer very soon.
We would like to thank the company "SENSI" for the opportunity to familiarize future compressor specialists with the practical component of their future profession in such a difficult time for the country
Today, June 21, 2022, the next defense of bachelor's theses in specialty 142 "Energy engineering" took place (educational programs "Refrigerating machines and installations" and "Compressors, pneumatic units and vacuum equipment"). By a joint decision of the examination commission, eight graduates were awarded the qualification "Bachelor of Power Engineering", including two with honors. Congratulations to the graduates!
The defense took place in a friendly atmosphere using modern online technologies, and all accompanying documents, including the work itself, were issued and approved using digital signatures. Now the Department of Technical Thermophysics (TTP) offers the possibility of not only distance learning, but also the defense of qualification work. Learning becomes more convenient, but no less informative. Higher education can now be obtained without spending time and money on long moves, renting housing, etc., which is very convenient. You can get higher education at the Department of Technical Education of Sumy State University even without leaving your home and from any corner of the world. However, the usual face-to-face form of teaching has been preserved, which allows fruitful work with real physical laboratory stands.
The Department of Technical Thermophysics of Sumy State University invites you to study for bachelor's and master's degrees, regardless of where you are, and offers to get a modern, promising and sought-after engineering education. If you are interested in the following areas: refrigeration equipment, heat pumps, air conditioning, heating, ventilation, compressors, as well as energy saving in these areas, then we invite you to study with us. The department offers a unique in Ukraine and known all over the world educational program at the bachelor's level of higher education, and to enter the master's degree this year we have unique conditions - there is no EVI in a foreign language. Do not miss the opportunity to become an energy engineer, because all over the world an engineer sounds proud!
Оnline graduating of the qualification papers of bachelors in the specialty 142 "Energy Engineering"
On June 15, 2022, the Department of Technical Thermophysics of Sumy State University held an online defense of the qualification papers of bachelors in the specialty 142 "Energy Engineering", educational program "Refrigerating Machines and Installations". The graduates studied remotely and taking into account the previously obtained junior bachelor's diploma at the Drohobytsk Professional College of Oil and Gas (Lviv region) for 1 year and 10 months, successfully completed their studies and will soon receive bachelor's degrees in power engineering.This was the second graduation of students through distance education and now they plan to continue their studies and obtain master's degrees.
We invite everyone to enroll in a bachelor's or master's degree in the specialty 142 "Energy Engineering". Studying is possible in both full-time, distance and correspondence forms. Especially promising is the new, unique in Ukraine, educational program "Heating, ventilation, air conditioning and artificial cooling", which is better known abroad by the abbreviation HVAC&R. Get a high-quality, modern and promising education!
