На кафедрі склалися наукові напрямки:

1 Компресорні машини і установки.

1.1 Дослідження рідинно-кільцевих вакуумних компресорів.

Наукові керівники – професор Арсеньєв В.М., доцент Вертепов Ю.М., доцент Левченко Д.А.., ст. викладач Козін В.М.

Теоретичні та експериментальні дослідження робочого процесу рідинно-кільцевих вакуумних компресорів, а також вакуум-насосів з передвключеними прямоструминними і вихровими ежекторними ступенями.

Основні результати досліджень наступні:

• розроблена і впроваджена у виробництво методика розрахунку рідинно-кільцевих машин на основі узагальненої моделі тепломасообмінних процесів у робочій порожнині;
• розробка і впровадження у виробництво методики розрахунку передвключених ежекторних ступенів для вакуумних агрегатів на базі рідинно-кільцевих машин;
• вперше виконано експериментальне порівняння режимних характеристик ежекторних ступенів вихрового і прямоструминного типу і представлені рекомендації для вакуумних агрегатів стосовно їх вибору;
• в рамках виконаної роботи за грантом Президента України "Дослідження і розробка вакуумного агрегату на базі рідинно-кільцевого вакуум-насосу з вихровим ежектором" розроблений модельний ряд вакуумних агрегатів з перед-включеними ежекторами, керівник доцент Мелейчук С.С.;
• розроблення водокільцевого вакуумного насосу для відкачування повітря продуктивністю 450куб.м/хв з тиском всмоктування 0,02 МПа;
• розроблення двоступеневого водокільцевого вакуумного насоса для відкачування суміші повітря та водяної пари з конденсатора парової турбіни.

Виконуються магістерські роботи.

Результати робіт доповідалися на конференціях в Україні.

 1 студентська наукова робіта зайняла призове місце на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

1.2 Розробка та удосконалення методів розрахунку та проектування елементів проточної частини відцентрових компресорів. Експериментальні дослідження відцентрових компресорів.

Науковий керівник – доцент Калінкевич М.В.

Розроблена методика визначення параметрів змінних проточних частин відцентрових компресорів для газової промисловості.

Розроблена система автоматизованого проектування робочих коліс відцентрового компресора.

Проведено чисельне дослідження течії газу в безлопаткових, лопаткових і канальних дифузорах.

Виконано госпдоговір на тему "Розробка методики проведення поелементного випробування модельного ступеня відцентрового компресора і його експериментальне дослідження на аеродинамічному стенді АД-400".

Розроблені методики проектування високоефективних ступенів відцентрових компресорів.

Виконані експериментальні дослідження ступенів з безлопатковими і лопатковими дифузорами.

Розробка методу проектування робочих коліс високовитратних ступенів відцентрових компресорів.

Виконуються магістерські роботи.

За останні 5 років захищено 3 дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.

Результати робіт доповідалися на конференціях в Україні, Англії, Словакії, Чехії, Польщі, Росії.

5 студентських наукових робіт зайняли призові місця на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

1.3 Теоретичні дослідження течії газу в ступенях відцентрових компресорів за допомогою сучасних програмних комплексів.

Наукові керівники – професор Бондаренко Г.А., доцент Ванєєв С.М., ст. викладач Бага В.М.

З використанням сучасних обчислювальних програмних комплексів виконані дослідження:

- регулювання відцентрових компресорів з використанням вхідних апаратів з поворотними лопатками;

- гідродинаміки течії у бокових щілинах робочих коліс з урахуванням конструктивних та режимних факторів;

- лабіринтних ущільнень валів пневмоагрегатів на основі моделювання робочого процесу і удосконалення методів їх розрахунку та проектування;

- течії газу у проточної частині високовитратних відцентрових ступенів з отриманням їх газодинамічних характеристик: циліндричної ХХ3-К-482, взятої з бази характеристик фірми «Дрессер Ренд», модельних з просторовими лопатками, маючими умовні коефіцієнти витрати на номінальному режимі Ф₀=0,09, Ф₀=0,12, Ф₀=0,15 з видачею рекомендацій по їх оптимальному проектуванню.

Розроблена методика дослідження відцентрових компресорних ступенів за допомогою програмного комплексу FLOWVISION.

З використанням цього комплексу досліджено також вплив на характеристики відцентрового компресорного ступеня (на прикладі ступеня D-482) немодельних змін ряду геометричних параметрів ступеня і отримано ступень з оптимальною геометрією.

Виконуються магістерські роботи.

З цієї тематики за останні 5 років захищено 2 дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.

Результати наукових досліджень доповідались на міжнародних наукових і науково-технічних конференціях (м.м. Київ, Харків, Одеса, Суми).

4 студентських наукових робіт зайняли призові місця на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

1.4 Дослідження вихрових компресорів.

Науковий керівник – доцент, к.т.н. Ванєєв С.М.

Експериментальні дослідження та створення вихрових компресорів для наддуву торцевих газодинамічних ущільнень і продувки магнітних підшипників газоперекачувальних агрегатів.

Зроблено доповіді на міжнародних конференціях (м.м. Київ, Одеса, Чернівці, Суми).

Виконуються магістерські роботи.

1 студентська наукова робіта зайняла призове місце на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

 

2 Енергетика та енергозбереження.

2.1 Проблеми малої ресурсозберігаючої теплоенергетики.

Наукові керівники - професор Арсеньєв В.М., доцент Ванєєв С.М., ст. викладач Прокопов М.Г., ст. викладач Шарапов С.О., ст. викладач Мерзляков Ю.С.

Тема «Розробка бінарної паротурбінної установки (міні-ТЕЦ) для ресурсозберігаючого електро- та теплопостачання підприємств України».

Розроблено методику розрахунку характеристик та ефективних показників модуля струминного термокомпресора, основним елементом котрого є рідинно-паровий ежектор; створено стенд для дослідження термокомпресорного модуля і проведені експериментальні дослідження рідинно-парового ежектора; розроблені методики, програми розрахунку на ЕОМ і виконані розрахунки для міні-ТЕЦ парової турбіни, конденсатора системи теплопостачання, водонагрівального блоку. За результатами роботи створені всі необхідні методики, програми розрахунку і умови для ескізного проектування міні-ТЕЦ потужністю 0,5-1 МВт.

За рахунок децентралізації енергозабезпечення підприємств шляхом впровадження бінарної ПТУ, яка ефективно працює при використанні широкого спектру палив і низькотемпературних теплоносіїв, можливе зниження у 2-3 рази витрат на закупівлю енергоносіїв, збільшення конкурентоздатності вітчизняних виробництв і підвищення енергетичної безпеки країни. Результати роботи можна використати в різних галузях економіки та суспільства: у теплоенергетиці та промисловій теплотехніці, у комунальному господарстві тощо.

Виконуються магістерські роботи.

За результатами наукових досліджень підготовлено 2 кандидатські дисертаційні роботи, 1 з яких захищена и 1 подана до спеціалізованої вченої ради.

Результати НДР доповідались на міжнародних наукових і науково-технічних конференціях (Словакія, м.м. Київ, Дніпропетровськ, Суми, Алушта, Одеса, Миколаїв), а також на Всеукраїнських НТК "Сучасні технології в промисловому виробництві" та НТК викладачів, співробітників, аспірантів і студентів факультету технічних систем та енергоефективних технологій СумДУ, м. Суми.

 

2.2 Розробка і дослідження струминно-реактивних та вихрових турбін, турбоприводів та турбогенераторів для утилізації потенційної енергії стиснутих газів і парів.

Науковий керівник – доцент Ванєєв С.М.

Тема  “Розроблення енергозберігаючого турбогенератора для утилізації енергії стиснутих газів”

В процесі виконання роботи:

- розроблено комплект робочої конструкторської документації, призначеної для виготовлення дослідного зразка турбогенератора на базі вихрової розширювальної машини;

- створено дослідний зразок турбогенератора на базі вихрової розширювальної машини та експериментальний стенд для проведення його випробувань;

- розроблені методики и програми розрахунку параметрів и характеристик вихрових розширювальних машин и агрегатів на їх основі; методика проектування агрегатів на основі вихрових розширювальних турбомашин.

Експериментальний стенд для проведення випробувань дослідного зразка турбогенератора складається з

- джерела стиснутого повітря (компресори);

- турбогенератора;

- системи вимірювання витрати робочого тіла, частоти обертання ротора, крутного моменту на валу, тисків и температур на вході и виході розширювальної машини із записом показань приладів на ноутбук;

- системи силового підключення, контролю, регулювання та забезпечення інвертором якості електроенергії, що виробляється;

- трубопровідної обв'язка стенду.

Проведені випробування дослідного зразка енергозберігаючого турбогенератора на основі вихрової розширювальної машини показали відповідність вихрового турбогенератора технічному завданню:

– номінальна потужність на клемах електрогенератора склала 3 кВт;

– тиск газу на вході – 0,6 МПа (абс.);

– тиск газу на виході – 0,2 МПа (абс.);

– температура газу на вході – 288 К;

– номінальна частота обертання ротора турбогенератора – 3000 об/хв;

– витрата газу – 312 нм3/год.;

– ККД – 41 %.

При потужності до 500 кВт ККД вихрової турбіни збільшений з рівня 30% до рівня вище 45% і отримано гарний збіг результатів обчислювального і фізичного експериментів.

Впровадження результатів роботи може бути у вигляді розробок

- енергозберігаючих турбогенераторів для утилізації енергії стиснутих газів на газорозподільних станціях (ГРС), газорозподільних и газорегулюючих пунктах (ГРП), компресорних станціях (КС) або парі на енерговузлах промислових підприємств і в комунальному господарстві;

- автономних джерел живлення для ГРС, ГРП, КС, для катодного захисту газопроводу (наприклад, автономне джерело електроенергії для живлення засобів автоматики и систем захисту, у тому числі електрохімічного захисту газодобувних об'єктів);

- низькообертових турбоприводів турбомашин (компресорів, насосів, вентиляторів тощо).

Потенційними споживачами турбогенераторів є ПАТ «УКРТРАНСГАЗ», підприємства енергетичного комплексу, газової, машинобудівної, хімічної, харчової, та других галузь промисловості, а також комунальні підприємства.

Створена в результаті виконання роботи науково-технічна продукція (конструкторська документація, дослідний зразок турбогенератора на базі вихрової розширювальної машини, сучасний експериментальний стенд для проведення його випробувань, методики і програми розрахунку параметрів і характеристик вихрових розширювальних машин та агрегатів на їх основі тощо) може бути використана в різних галузях економіки і суспільства: найбільш перспективним є використання вихрових розширювальних турбомашин для створення турбогенераторів і трубопроводів з частотою обертання 3000 об/хв потужністю до 500 кВт зі строком окупності 1-2 роки.

Експериментальний стенд може використовуватися для дослідження турбомашин різного конструктивного виконання, а також з метою демонстрації роботи турбогенератора для потенційних замовників розробленої продукції і, в подальшому, впровадження її в серійне виробництво, та може бути основою для створення сертифікаційної лабораторії.

Результати НТР впроваджено в навчальний процес Сумського державного університету: зокрема, в дисциплінах «Пневмоагрегати та вакуумна техніка» (для спеціальності 142 «Енергетичне машинобудування») і «Розширювальні турбомашини радіального типу» (для освітньої програми «Компресори, пневмоагрегати та вакуумна техніка»).

Результати роботи були представлені на Міжнародній науково-технічній конференції «Гідроаеромеханіка в інженерній практиці» (м. Київ, червень 2018 р.) і на Міжнародному форумі “Іnnovation Market” (м. Київ, листопад 2018 р.), Всеукраїнській міжвузівській науково-технічній конференції «Сучасні технології в промисловому виробництві»  (Суми, квітень 2018 р.). За результатами роботи отримано патент України, опубліковано 7 статей, 14 тез доповідей; захищено дисертаціну роботу на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук, готуються 2 дисертаційні роботи.

 

Проведення теоретичних та експериментальних досліджень, розроблення методик розрахунку і створення струминно-реактивних та вихрових турбін, а також пневмоагрегатів (зокрема, турбоприводів та турбогенераторів) на основі цих турбін.

Виконуються магістерські роботи.

Захищено 3 дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук, готуються до захисту кандидатьска і докторська дисертація.

Результати робіт доповідалися на конференціях в м.м. Київ, Дніпропетровськ, Суми, Одеса, Миколаїв, Чернігів тощо.

4 студентські наукові робіти зайняли призові місця на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

 

3 Холодильні машини і теплові насоси.

Дослідження і впровадження у виробництво теплових насосів.

Наукові керівники – професор Арсеньєв В.М., доцент Ванєєв С.М., доцент Мелейчук С.С.

Теми «Розробка струминного понижуючого термотрансформатора для систем ефективного теплопостачання комунальних господарств України», «Створення дослідно-демонстраційного зразка струминного термотрансформатора для систем тепло- і холодопостачання комунальних і промислових господарств України».

На основі проведеного термодинамічного аналізу робочого процесу струминного термокомпресорного модуля і результатів розрахунку енергетичних показників і термодинамічних параметрів циклу термотрансформатора та геометричних параметрів його елементів розроблено новий комбінований цикл понижуючого термотрансформатора, який забезпечує ефективне перетворення підведеної енергії в потік теплоносія системи теплопостачання з необхідним температурним рівнем (50…90^оС).

Питома енергетична вартість теплопостачання як для цілей ГВП, так і опалення при застосуванні понижуючого термотрансформатора сладає 110 грн/Гкал, що в 2 і більше разів нижче, ніж для котельних установок і парокомпресорних теплових насосів.

Розроблена теплова схема дослідно-демонстраційного зразка струминного термотрансформатора; розраховані його характеристики, розроблені і виготовлені елементи термотрансформатора.

За даним напрямом також виконані роботи

 -термоекономічний аналіз бівалентних теплонасосних установок;

- техніко-економічний розрахунок теплонасосної утилізації вторинних енергоресурсів цеху №1 ВАТ "Сумське НВО";

- техніко-економічний розрахунок утилізації продуктів згорання котельної установки підприємства "Крафт-Фудз Украина" з метою холодопостачання підприємства (госпдоговір ОС-1008-2133);

- техніко-економічний розрахунок теплонасосної установки з утилізацією

теплоти шахтного водовідливу;

• розрахункові дослідження кріозріджувачів для азотно-мембранних установок концерну "НІКМАС".

Виконуються магістерські роботи.

За результатами наукових досліджень готуються 2 кандидатські дисертаційні роботи.

Результати НДР доповідались на міжнародних наукових і науково-технічних конференціях (м.м. Київ, Дніпро, Суми, Одеса, Миколаїв).

5 студентських наукових робіт зайняли призові місця на Всеукраїнському конкурсі наукових робіт.

Науково-дослідна робота кафедри технічної теплофізики пов’язана також з тематикою ініціативної держбюджетної теми «Вдосконалення методів розрахунку та дослідження енергетичних машин», що відповідає науково-технічній програмі Міністерства освіти і науки України (Номер держреєстрації 0116U004040), а також з госпрозрахунковими темами.

 

Найбільш суттєві розробки науковців кафедри.

1. Розробка теорії струминної термокомпресії парових потоків і створення експериментально-дослідної установки струминного термокомпресорного модуля.
2. Завершення ескізного проекту ресурсозберігаючої паротурбінної установки (міні-ТЕЦ) на підприємстві ВАТ "НПП "Оснастка", м. Краматорськ.
3. Розробка наукових основ і розрахункових моделей понижуючого термотрансформатора зі струминним термокомпресорним модулем.
4. Розробка методик розрахунку вихрових ежекторних ступенів вакуумних агрегатів на базі водо-кільцевих вакуум-насосів (за завданням у рамках гранту Президента України).
5. Створення методів проектування високоефективних ступенів відцентрових компресорів.
6. Створення моделі розрахунку осьових сил, діючих на робочі колеса відцентрового компресора на базі сучасного програмного комплексу.
7. Започаткування нового напряму робіт у ВНДІкомпресормаш (концерн «НІКМАС») – створення осьових низьконапірних компресорів та ескізне проектування типорозмірного ряду компресорних установок для енергетики.
8. Дослідження і створення вихрових компресорів ВХ2-2/1,2, ВХ2-2,5/1,15 для наддуву торцевих газодинамічних ущільнень і продувки магнітних підшипників відцентрових компресорів газоперекачувальних агрегатів.
9. Розвиток наукових основ теорії і розрахунку вихрових і струминно-реактивних турбін, а також пневмодинамічних агрегатів на їх основі.
10. Розробка методик розрахунку геометричних і термогазодинамічних параметрів і характеристик вихрових і струминно-реактивних турбін та пнемоагрегатів на їх основі.
11. Участь у створенні турбодетандерного електрогенераторного агрегату потужністю 500 кВт на базі струменево-реактивної турбіни.
12. Розробка прямоосного і вихрового ежекторів для дослідження двухфазниих течій.
13. Створення дослідного зразка енергозберігаючого турбогенератора на базі вихрової розширювальної машини для утілізаціїї потенціїної енергіі газів і парів.
14. Створення на кафедрі технічної теплофізики Сумського державного університету стенду для дослідження і демонстрації роботи турбомашин і агрегатів (зокрема, турбогенераторів) на їх основі різного конструктивного виконання потужністю до 15 кВт.

Робота професора кафедри Бондаренко Г. А. у складі колективу авторів «Підвищення ефективності розробки родовищ вуглеводнів на основі використання компресорного устаткування нового покоління», у травні 2017 р. удостоєна Державної преміїї України в галузі науки і техніки.

 

На кафедрі виконувалась науково-технічна розробка в галузі енергоефективності на замовлення МОН України (2017-2018 р.р.): «Розроблення енергозберігаючого турбогенератора для утилізації енергії стиснутих газів» (керівник Ванєєв С.М). Метою роботи було розроблення енергозберігаючого турбогенератора для утилізації енергії надлишкового тиску газів і парів та вироблення електроенергії для власних потреб газорозподільних станцій та/або зовнішніх мереж, а також на енерговузлах промислових підприємств. Був сконструйований дослідний зразок турбогенератора із суттєво збільшеним коефіцієнтом корисної дії вихрової турбіни, а також експериментальний стенд, на якому можна проводити дослідження турбогенераторів різного конструктивного виконання, демонструвати роботу турбогенератора потенційним замовникам розробленої продукції.

Проект презентували під час Міжнародного форуму «Innovation Market», Міжнародної науково-технічної конференції «Гідроаеромеханіка в інженерній практиці» та Всеукраїнської міжвузівської науково-технічної конференції «Сучасні технології в промисловому виробництві».