Данас наш метод и софтвер више светских произвођача сматрају најбољим и примењују га код развоја својих најосетљивијих технологија од којих им зависи конкурентност, положај на тржишту и, у крајњој линији, опстанак. На пример, компаније Honeywell (Phoenix, САД), MAN Turbo (Немачка) своје гасне турбине прорачунавају применом нашег система.
Проф. др Милан Петровић
Пре сто година на Универзитету у Београду почела су предавања o топлотним турбомашинама, у које спадају парне турбине, гасне турбине и турбокомпресори. Парне и гасне турбине служе да унутрашњу топлотну енергију паре или гаса на високој температури и висoком притиску кроз термодинамички процес експанзије трансформишу у механички рад, при чему опадају притисак и температура. У генератору се то може трансформисати у електричну енергију или се искористити за покретње неке друге радне машине. Код компресора се обратно у процесу компресије механички рад трансформише у унутрашњу енергију гасовитих флуида при чему притисак и температура расту. Топлотне турбомашине су заузеле доминантну улогу у енергетици и ваздушном саобраћају.
Парне турбине у данашњем облику су патентиране 1883. године у време индустријске револуције и великих проналазака. Тада су се стекла два битна фактора: постојала је велика потреба за механичким погоном машина у индустрији, а сакупила су се неопходна знања из различитих области науке да се такви проналасци омогуће.
Данас се у свету око 70% електричне енергије произведе у термоелектранама са парним и гасним турбинама. Од велике важности је и примена у комуналној и индустријској енергетици где се парне и гасне турбине примењују за комбиновану производњу електричне и топлотне енергије с веома високим степенима корисности. Авионски мотори, сем код спортских и пољопривредних летелица где се и даље примењују клипни мотори, јесу гасне турбине. Мања али значајна примена је и у водном и друмском саобраћају код погона бродова и турбопуњења аутомобила. Гасне турбине се у одређеним ситуацијама примењују и у железничком саобраћају за погон локомотива. С порастом примене обновљивих извора енергије топлотне турбомашине су нашле примену као кључне машине код коришћења енергије ветра, концентрисане соларне енергије, биомасе, геотермалне енергије. Дакле, у свим областима, осим фотонапонских панела и коришћења механичке енергије река и мора.
Београд је увео електрично јавно осветљење крајем 19. века, међу првим европским градовима. Тада је на Дорћолу изграђена прва термоелектана у Србији која је као погонске машине имала парне машине. Предмет „Парне турбине” уведен је у наставу на Универзитета у Београду 1920. године, одмах после Првог светског рата.
Парне турбине у данашњем облику су патентиране 1883. године у време индустријске револуције и великих проналазака. Тада су се стекла два битна фактора: постојала је велика потреба за механичким погоном машина у индустрији, а сакупила су се неопходна знања из различитих области науке да се такви проналасци омогуће. Исте године су патентиране два принципа рада, акциони (Gustav de Laval, Шведска) и рекациони (Charlеs Parsons, Велика Британија), који се и данас користе. Парне турбине су одмах показале велике предности у односу на парне машине. Већ крајем 19. и почетком 20. парне турбине ушле у широку примену у енергетици, саобраћају и индустрији.
Чарлс Парсонс (Wikipedia)
Први успешни патенти гасних турбина датирају у годинама пред Први светски рат. Значајнију примену су нашле тек пред Други светски рат када је 1937. године у Швајцарској пуштена у погон прва термоелектрана, а 1939. је у Немачкој полетео први авион с гасном турбином. Са експанзијом термоенергетике и ваздухопловства после Другог светског рата дошло је и до великог развоја топлотних турбомашина.
Треба имати у виду да је Београд увео електрично јавно осветљење крајем 19. века, међу првим европским градовима. Тада је на Дорћолу изграђена прва термоелектана у Србији која је као погонске машине имала парне машине. Предмет „Парне турбине” уведен је у наставу на Универзитета у Београду 1920. године, одмах после Првог светског рата. За професора је постављен Григорије Пио Уљски који је као емигрант стигао из Русије.
Григорије Пио Уљски
Пио Уљски је до Октобарске револуције био професор на Универзитету у Санкт Петерсбургу. Када је стигао у Београд Пио Уљски је био у зрелим годинама, с великим научним радом у области термодинамике и парних турбина и значајним инжењерским искуством у развоју парних турбина за потребе руске ратне морнарице. Ми смо као држава и народ имали срећу да је доласком научника светског гласа за професора једна нова дисциплина уведена одмах на веома високом, светском нивоу. Пио Уљски је био професор до смрти 1935. године оставивши неизбрисив траг у развоју науке и енергетике у Србији. Објавио је књигу о парним турбинама, која се дуго у преводу на руски језик користила као уџбеник и у Русији.
Универзитет у Београду спада међу европске универзитете с најдужом традицијом у овој области. Пре неколикао година је ЕТХ Цирих славио 125 година од увођења предмета из области топлотних турбомашина у наставу, а још дужу традицију има Универзитет у Хановеру. Ради обележавања овог ретког јубилеја за септембар 2020. био је планиран научни скуп на који смо позвали професоре из најначајнијих института и директоре развоја највећих компанија у свету. Нажалост, због пандeмије морали smo да га откажемо, надамо се да ће следеће године ораганизација скупа бити могућа.
Младен Поповић, Драгутин Стојановић, Димитрије Савић
У послератном периоду посебан траг оставили су наши професори Младен Поповић и Драгутин Стојановић који су основали Катедру за термоенергетику на Машинском факултету. Проф. Стојановић је почетком педесетих провео осамнаест месеци на усвршавању на Универзитету Карлсруе у Немачкој и у компанији „Браун Бовери” у Швајцарској. Он је увео нови, модеран приступ у настави и истраживању у области топлотних турбомашина. Посебно место у историји термоенергетике заузима академик проф. Димитрије Савић, члан САНУ. Он је постао професор термоенергетике на Машинском факултету, после успешне привредне каријере (један од оснивача и директора Електропривреде Србије, затим и „Енергопројекта”). При крају прошлог века професори топлотних турбомашина били су Новица Васиљевић и Никола Ћук.
Развој науке о топлотним турбомашинама на МФ је у претходних 100 година био лимитиран недостатком домаћих фирми које се баве развојем топлотних турбомашина и немогућношћу изградње неопходних експерименталних постројења због веома великих инвестиција у инсталације и мерну опрему. Због тога се катедра углавном усмеравала на истраживања теоријског типа и истраживачко развојне пројекте са електропривредним предузећима и фирмама са индустријском и комуналном енергетиком. Велики удар је наша област доживела деведесетих година када су управо ова предузећа доспела у најтежи положај.
Ми смо за пет година прешли пут од идеје до испитане гасне турбине с веома добрим пeрформансама која је ушла у серијску производњу у тада моћној „Првој петолетки” из Трстеника.
Дипломирао сам 1983. као последњи дипломац проф. Стојановића, уз коменторство проф. Ћука. У то време је Машински факултет потписао уговор о развоју малих гасних турбина за турбопуњење мотора за потребе домаће индустрије. Формиран је истраживачки тим под руководством проф. Радивоја Трифуновића са Катедре за моторе. На предлог мојих ментора укључен сам у овај тим као члан задужен за аеродинамички дизајн. Тако сам као веома млад инжењер добио прилику, која се ретко коме у области укаже, да развијам модела за аеродинамичке прорачуне радијалних гасних турбина и радијалних компресора, учествујем у равоју и дизајну лопатица, ротора, спроводних апарата, у избору материјала и освајању произвдње, изради експериметалних постројења, испитивању и оптимисању нове турбомашине из области највише технологије чији је број обртаја око 100.000 у минуту. Ми смо за пет година прешли пут од идеје до испитане гасне турбине с веома добрим пeрформансама која је ушла у серијску производњу у тада моћној „Првој петолетки” из Трстеника.
Валтер Рис
Са значајним истраживачим искуством и великим личним самопoузадњем 1988. године отишао сам у Институт за топлотне турбомашине на Универзитету у Хановеру код проф. Валтера Риса, на сам извор знања у овој области. Тамо сам радио до 1995. године када сам после одбрањене дисертације одлучио да се вратим у Београд.
Институт је референтно место у развоју врхунске технологије за индустрију, образовање инжењера и стварање истраживачких, развојних и руководећих стручњака за индустрију у области топлотних турбомашина. Шездесетих година руководилац је био проф. Бамерт, несумљиви светски ауторитет у овој обасти. Он је од државе добио задатак и буџет да изгради и опреми установу по свом нахођењу без икаквих ограничења. Институт и данас представаља једну од водећих светских истраживачких институција у области турбомашина. Институт располаже изванредним експерименталним могућностима и рачунарским капацитетима, стручњацима, нагомиланим знањем и традицијом.
У то време нумеричка и компјутерска механика флуида (CFD) била је у великом замаху, а њене примене у области топлотних турбомашина у почетној фази. Радио сам на развоју нових метода за аеродинамички прорачун турбина базиран на CFD. Године 1995. сам одбранио докторску дисертацију и објавио кљигу о аеродинамичким прорачунима топлотних турбомашина код једног од најважнијих светских издавача техничке литературе. Институт је 1994. потписао додатни уговор за учешће у развоју нове гасне турбине за једну водећу светску фирму базиран на том методу. И после повратка у Београд све до 1998. на позив свог ментора проф. Риса, одлазио сам у Институт у току лета и зиме у паузама између семестара да учествујем у пројекту или да будем супервизор млађих сарадника. Заслугом дотичног професора Машински факултет је 2002. добио донацију у рачунарској опреми вредну тадашњих 200.000 марака.
Турбо пуњач у Лабораторији МФ
Лабораторија за топлотне турбомашине бави се примењеном науком. Научни допринос може се постићи само ако се то што смислите примени, на пример нова метода или софтвер. Прва битна чињеница јесте да у земљи, а ни у региону, нема произвођача топлотних турбомашина. Друга, у Србији и региону постоји значајан термоенергетски сектор у електропривредним предузећима и у великима процесним, хемијским, прехрабеним, пројектантским, извођачким и истраживачкеим компанијама, за које, уосталом, школујемо инжењере. Трећа, сматрам да је експериментални рад неопходан. Без мерења и испитивања тешко се разумеју феномени, а без експерименталне потврде не може се оствартити веродостојан разултат који ће неко хтети или смети да примени.
Осмислили смо нови метод за прорачун и оптимизацију топлотних шемa парних и гасних турбопостројења и моделе за симулацију рада свих компонената парног турбопостројења.
Данас на Машинском факултету у Београду имамо мерни систем за аквизицију мерних резултата са више од 200 канала, више од 300 најпрецизнијих инструмената, системе за еталонирање мерила притиска и температуре. Израдили смо софтвере за вођење испитивања и аутоматску обраду података. Испитивања топлотних турбомашина су веома комплексна и захтевају уградњу, зависно од сложености процеса, између 100 и 200 инструмената. Ми смо већ 10 година акредитована лабораторија. Осмислили смо нови метод за прорачун и оптимизацију топлотних шемa парних и гасних турбопостројења и моделе за симулацију рада свих компонената парног турбопостројења. У претходних 20 година смо израдили велики број развојноистраживачких пројеката и техничких решења за Електропривреду Србије у склопу напора за повећање снаге, степена корисности блокова и подизања поузданости рада. С колегама из Лабораторије за котлове израдили смо контролне прорачуне свих главних постројења за нову ТЕ Костолац Б3, а успешну сарађујемо с домаћим компанијама МСК Кикинда, Петрохемија Панчево, раније Азотара, Енергопројектом… У току су значајни истраживачкоразвојни пројекти са електропривредама Црне Горе и Републике Српске.
Учествовали смо у развоју нове гасне турбине SGT8000H (Siemens) и редизајну гасне турбине SGT4000F, уз захтев наручиоца да се прорачуни струјања спроведу методом и софтвером Универзитета у Београду. Када се појавила на тржишту, SGT8000H била је гасна турбина са највећом снагом и најбољим степеном корисности.
Данас наш систем више светских произвођача сматрају најбољим и примењују га код развоја својих најосетљивијих технологија од којих им зависи конкурентност, положај на тржишту и, у крајњој линији, опстанак. На пример, компаније Honeywell (Phoenix, САД), MAN Turbo (Немачка) своје гасне турбине прорачунавају применом нашег система. С компанијом Mitsubishi (Јапан), после трогодишњег тестирања, треба да потпишемо уговор о истраживачкоразвојном пројекту и примени софтвера. За друге водеће светске компаније General Electric (САД), Alstom (Швајцарска) и Siemens (Немачка) изводили смо аеродинамичке дизајне турбина и компресора. Учествовали смо у развоју нове гасне турбине SGT8000H (Siemens) и редизaјну гасне турбине SGT4000F, уз захтев наручиоца да се прорачуни струјања спроведу методом и софтвером Универзитета у Београду. Када се појавила на тржишту, SGT8000H била је гасна турбина са највећом снагом и најбољим степеном корисности.
Од посебног значаја је пројекат FLEXTURBINE на развоју нове генерације термоелектрана базирних на флексибилним турбинама за будуће тржиште електричне енергије, који су у ЕУ покренули свих седам произвођача топлотних турбомашина. Договор је био да се изабере 14 универзитета. Универзитет у Београду је ушао као једини универзитет који није из земље неких од седам произвођача опреме. За то смо осмислили нови метод за симулацију транзијентног понашања топлотних турбомашина који треба да омогући бржи и сигурнији старт и боље радне карактеристике термоелектрана на парцијалним режимима рада.
Енергетика се у минулих тридесетак година развија у условима либерализације тржишта електричне енергије, што је условило оштру конкуренцију међу електропривредним компанијама. Због тога је развој топлотних турбомашина, а поготооу гасних, изузетно интезиван. Већ су осмишљене термолектране с нултом емисијом штетних материја које су, наравно, знатно скупље за градњу и експлатацију. У сваком случају топлотне турбомашине ће још дуго играти главну улогу у овој области, поготово гасне турбине које су компатибилне са обновљивим изворима, пре свега због могућег коришћења водоника као једног од главних енергената будућности. Нове технологије које су довеле до индустријске револуције 4.0 омогућују нам додатне услове за развој. Наша Лабораторија, рецимо, развија дигитлни модел термоелектране (digital twin), а такав систем већ је инсталисан у једној термоелектрани у иностранству.
Zanimljiv tekst, nije mi naslov malo jasan, kako srpske turbine kad u Srbiji ne pravimo turbine za elektrane, mozda neke male za automobile mada ni to nisam siguran.
Ако дозвољавате, Станиславе, наслов је метафоричан: у 21. веку је важније умети пројектовати бољу турбину него је направити у фабрици. Мислим да упућени и ван инжењерске струке знају да Србија одавно није у стању да производи турбине. Станко Стојиљковић
Ako dozvolite, čak i ja koji sam van inženjerske struke znam da su turbine mašine koje su uveliko dostigle svoj vrhunac razvoja u pogledu performansi, konstrukcije i stepena korisnosti, pa se nameće sasvim logično pitanje, šta tu ima da se projektuje, pa neće stepen korisnosti biti preko 100% sigurno. Zanimljivo je da profesor dosta toga radio i proračunavao, ali nije projektovao nijednu parnu turbinu ni u Srbiji, ni van ili se barem ne vidi iz biografije. Mada ima još vremena, nikad nije kasno.
Poštovani Stanislave, kao bivši diplomac profesora Petrovića i inženjer u jednoj domaćoj termoelektrani moram da Vam skrenem pažnju da niste u pravu. Jedno je ono o čemu Vi pričate, odnosno tehnologija proizvodnje same mašine u ogromnim fabrikama kojih nema puno i samo desetak velikih kompanija na svetu je u stanju da uradi tako nešto (Siemens, LMZ, General Electric, Mitsubishi Heavy Industries, itd…), znači u Srbiji nikad. Ali sasvim drugo je razvoj programa za proračun toplotnih turbomašina koji u sebi sadrži opet sasvim druge naučne discipline (mehanike fluida, termodinamike i numeričke matematike). Dovoljno je samo da spomenem da je jedan od deset nerešivih problema za koji Amerikanci daju milion dolara upravo iz oblasti mehanike fluida koji se u punoj meri tiče i strujanja u toplotnim turbomašinama. Samo na osnovu toga svakome treba da bude u potpunosti jasna kompleksnost problematike kojim se Profesor Milan Petrović bavi. Lepo ste rekli da stepen korisnosti neće nikad biti preko 100%. Neće biti ni 100 %. Ali mali dobitak (red veličine 0,1 %) stepena korisnosti donosi ogromne uštede u novcu merene u milionima evra. 21. vek je vek stalnih malih napredaka, što je omogućio upravo razvoj programa. Stoga je daleko vrhunac performansi, konstrukcije i stepena korisnosti kao što ste rekli. Na kraju čak i da zanemarite sve ovo ovde napisano uzevši u obzir moju pristrasnost prema profesoru razmislite samo da li su tako velike kompanije, konglomerati koji imaju vrednost višestruko veću od višegodišnjeg bruto domaćeg proizvoda Srbije toliko glupe da bacaju pare usmerene u napredak ove tehnologije da je ona umrla. Pozdrav.
Poštovani Aleksandre, ako zaista mislite da će velike kompanije kao Siemens i ostale koje ste naveli da prave turbinu u 21. veku na osnovu bilo čijeg softvera/programa, koji je opet baziran na raznim uprošćenjima i teoriji, onda mislim da jako teško Vi i ja imamo zajedničke poglede na realan svet oko nas. Ipak kao inženjer morate biti svesni da sve te kompanije imaju svoje razvojne timove (ja radim u jednom od tih) i da nikad neće prodati mašinu dok ne isprobaju da su zaista povećali tih 0.1%, a onda bilo čiji program može biti testiran i verifikovan na toj mašini i proveren da li radi uspešno ili ne radi. Radite u elektrani pa znate da stepen korisnosti garantuje prozivođač, a ne neko ko je proračunava. Pričate o nerešivim problemima mehanike fluida od milion dolara, što sa ovom temom nema generalno nikakve veze, ali reći ću Vam svoje mišljenje i po tom pitanju, kada bude neki profesor ili neko iz Srbije rešio takav problem od milion dolara, samo tada možemo govoriti sa sigurnošću da takav neko poseduje kvalitet, ovo o čemu se piše u tekstu su samo lični kontakti. Takođe ste naveli da razne firme ulažu milione, to je sasvim normalno jer im prodaja svog prozivoda donosi desetostruko veću dobit u odnosu na uložen novac. A ove priče ja sam radio sa ovim ili onim sa istoka i zapada u cilju postizanja neke lične promocije profesora su poprilično neukusne i lokalnog su karaktera. Nažalost danas inženjeri slepo veruju svojim profesorima nažalost, nemaju izgrađen svoj način razmišljanja, bave se održavanjem ležaja u termoelektrani, a misle i veruju da smo svetska velesila u svemu, ali ne bih da rušim snove nikome, svako ima pravo da sanja i da veruje. Pozdrav
Pri projektovanju se u poslednje vreme iskljucivo pristupa sa gledista ustede, tako da kolege inzenjeri znaju da tu uvek ima posla uzimajuci u obzir nove tehnologije i materijale. O profesoru mogu reci samo dobre reci, diplomirao sam master na katedri termoenerg. I u trajanju od 2 godine radili smo proracune turbinani turbokompresora do tih mera da smo sami mogli da konstruisemo turbinu ili kompr. Da li profesor moze da konstruise i napravi, naravno da moze.. Da li drzava zeli da proizvodi tako nesto, posto pojedinci retko kad imaju priliku sami da finansiraju taj poduhvat. Srdacan pozdrav
Zavrsila sam Mašinski fakultet pre 10ak godina, smer Termoenergetika, predavao mi je profesor Petrović. Mogu da kažem sa sigurnošću da se videlo i tad, a i sad da on ima entuzijazam i strast za tom oblašću. Iako ne prenosi znanje onoliko koliko neki drugi profesori, moram reći da je dugo godina u toj materiji i poznaje izuzetno tu oblast. Međutim, kada sam završila fakultet i zaposlila se u EPSu ostala sam blago rečeno zatečena. Bila sam u tri najbolja studenta na fakultetu. Ništa od materije koju je profesor predavao nije bilo primenjivo na praksu i struku. Fakultetska diploma je postala ulaznica za nešto drugo, a ja sam se pomalo osetila izigrano. Zbog prirode posla često sam u kontaktu sa dosta iskusnih inženjera na elektranama, toplanama i energanama i manje više svi dele moje mišljenje da su ispiti na Mašinskom i na Termoenergetici neprilagođeni profilu inženjera koji je danas potreban, sa slabo prakse i mekih veština. A kada pročitate opise tih predmeta/kurseva piše da se stuču ekspertske kompetencije iz oblasti turbina, što je primamljivo svima, ali i daleko od istine. To je gorka čaša nažalost koja se mora popiti na Mašinskom. Niko posle fakulteta neće projektovati ni turbine ni bilo šta u Srbiji, pa je i većina predmeta koje drži profesor a tiču se proračuna turbomašina praktično beskorisna budućim inženjerima. Dosta studenata hvali profesora u komentarima, a znamo svi da je njegova preporuka otvara ulazna karta za posao u elektranama i firmama, pa to i razumem, ali računam bolje i termoenergetičari da rade tamo nego druge struke u zadnje vreme sve prisutnije. Topli pozdrav i dobro zdravlje
Po profesiji sam vatrogasac i bavim se konstrukciojom parnih turbina, izmedju ostaloga.
Posto imam veoma veliko iskustvo, htio sam da kazem par rijeci.
U Njemackoj postoji poslovica, koja kaze „hudert Profesoren, Land verloren“, prevedeno na srpski, ovo znaci, „stotimu profesora, izgubljena zemlja“.
Ja jos nisam cuo da su neki doktori nauka i profesori nesto konstrusali a da to zaista dobro radi. To je posao inzinjera a ne doktora, koji su samo teoreticari i sa praksom blage veze nemaju.
Neko ovdje napisa da je na fakultetu naucio da proracunava turbine i da je zato u stanju da konstruise turbinu.
Ne bi ba rekao da je to tako lako.
Pa evo jedan primjer sa parnom turbinom.
Male parne turbine niko danas ne konstruise vise, osim nekih start ap firmi, sa sve nekim doktorima i profesorima, koji samo znaju da vrse proracune, ali i to polovicno.
Narimjer, stepen iskoricenja jedne jednostepene parne turbine veoma zavisi od obodne brzine.
To su ukapirali neki doktori proesori iz par firmi i onda nategnu turbinu sa obodnom brzinom od 400 metara u sekundi, ili i vise.
I po proracunima, bude stepen skoriscenja mnogo dobar, ali tu pocinju problemi sa materijalom, koji ce da izdrzi ta opterecenja, pa onda sa dihtovajem osovine, pa onda sa lagerom i dihtovanjem lagera. I na kraju, kako cete da podmazujete lager, kada se rotira prevelikom brzinom. Pa kako cete da hladite lager pri tim brzinama i temperaturama. A onda sta cemo sa generatorom, hocete li generator direktno na osovoni da imate. Sta cete onda sa kriticnim brojem okretaja, kako cete ohladiti generator i tako dalje i tako dalje.
Eto, renomirani naucni „fraunhofer institut“ sa mnogo novca i mnogo doktora, napravio je jednu utrbinu te vrste sa 45.000 okretaja u minuti. Turbina, naravno ne radi kako treba, ali se gospoda Dr.Mr. foliraju, jer su dobili pare od investitora.
Takodje, doktori moraju stalno da objavljuju neke naucne radove, pa moraju cesto da tandaraju, jer ne mozes stalno da budes pametan i nesto revolucionarno da izmisljas.
O doktoru Perovicu sam cuo dosta dobrih stvari i znam da su nesto radili sa nekom malom gasnom turbinom.
Bicu slobodan da doktoru preporucim da naprave malu gasnu turbinu, sqa losijim stepenom iskoriscenja, ali sa malim brznama i sa veoma dugim vijekom trajanja. Neka broj koretaja ne bude preko 7000 okretaja u minuti i neka kriticni broj okretaja bude iznad tih 7000 okretaja.
Takva turbine bi bila dobra za male blok elektrane i to bi jako dobro proslo. A velikih utrbina se batalite, jedino ako ocete neki naucni rad da objavite, pa nemate sto pametnije da radite.
Ako ima koji dokoni inzinjer sa bgatom mastom, onda evo im ideja.
Dakle, mala gasna urbina tu negdje do 5 kW sa najvise 7000 okretaja u mionuti, sa stepenom iskoriscanja od najmanje 20 % (sasvim dovoljno), sa menjacem i generatorom. Obavezno menjac, jer ce menjac da hladi osovoni, tako da generator moze da radi.
I ako neko ovo uradi, neka mi posalje mejl na vv.cejovic@gmail.com cisto da me obavijesti dokle je dogurao.
Srdacan pozdrv od vatrogasca iz Podgorice, koji tuli vatru sada po Njemackoj.