автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование турбинных лопаток с ламинизированными профилями и исследование их характеристик

РГ6 од

/ 3 МАП 1933

ХАРК1ВСЫШИ ПОЛ1ГЕХН1ЧНИИ 1НСТИТУТ

На правах рукопису Кузьменко Олександр Анатольович

АВТ0МАТИ30ВАНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ТУРБ1ННИХ ЛОПАТОК 3 ЛАМ I НАР 1 ЗОВАНИМИ ПРОФ1ЛЯМИ ТА ДОСЛ1ДЖЕННЯ IX ХАРАКТЕРИСТИК .

Сб.04.12 - турбомашини та турбоустановки

Автореферат дасертйцп на здобуття наукового ступеня> . кандидата гехн1чних наук

Харк1в-1993

Робота виконана на кафедр! турбгнобудування Харкзвського пол!техн1чного 1нституту

Науковий кер1вник - доктор техк1чних наук,

професор Сл1тенко А.Ф.

0фиц1йн1 опонвнти : доктор техн1чних наук,

професор Гнес1н В.I; кандидат техн1чних наук, доцент Гончарвнко Л.В. Пров1даа орган!зац!я - ВК£юбничв об'еднання "Харк!вський

т'урб1!51!й~ завод" 1 м. С. М. КI ров а

Захист в 1 дбудаться' ""__" ______ , 1993 р. в _год.

на эас1данн1 спешалТзо'ванб I р'ади Д- 068.039.01 при Харк1вському пол1техы1чн6му Гнститут!

(310002, Харк1в, ГСПу вул'.- Фрунзе, 21).

»■ ■

1з дасертацГсм можна- оЬнзЯсмитйсь у бЮлЮтец! Харк1вськог шштехшчного 1нституту.'

Автореферат роз!сипаний* "" . " . 1993 р.

спешал1гсв:шо! ради

ЗаЯчекко Е.Т.

I/

/ /

ЗАГАЛЬНА ХАКТЕРИСТИКА РОБОТЫ

При проектуванн! турбомашин одн1ею з вакливих . задач е ¡творения лопаточнпх зпарзт!в з високими аеродкнам!чндаи :арактеристиками при забезпеченн! умов прочност! та ■ехнолог1ЧНОСП. Проектування охолоджуемих лопаток газовых ■урбт налагав додатков! вимоги, позв'язан! 1з зменшенням витрат «олоджуючого поытря. В зв'язку з дам важливой та актуальной фоблемой е створення лам!нар1зованих проф1лей турб!нних юпаток, оск!льки подальшекня лам!нарного пограшчного иару фиводить к зниженню проф1львдх -витрат та к зменшекнп середнъо! !нтенснвн1ст1 тешкяпдводу з боку гарячого газу, в результат! юго зменьшуеться розх!д охолодеуючего пов!тря, необх1дний для забезпечення допустимого температурного р!вня лопаток.

Другою вакливою проблемой е розробка аэтокатизованих систем фоект^вання (САПР) лопаток турбомашин, . як1. базуючись на ;икористовуванн! сучасних ЕОМ. да^олида .ргаррша'ги .нов! звсоби шалитичного оплсу проф1льних поверкой турб!;нких .лопаток як! ?абезпечуютъ високу точн!сть fx виготовлення на верстатах з шсловим программ управл1нням.

Ц1ль роботи:

-розробка метода анал!тичного профишвання, заОезпечушого 1еперервн!сть та плавнюгь змшення крив!зни вздова сшнпш та трития проф!лю гурОГнно! лопатки;

-розробка метода многокритер!алыю! оптимзат! проф1лей юпаток, забезпечуючого створення високоеконом1чних та/шар t зованих профглей при забезпеченн! умов прочност! та ["?хнолопчност1;

-розробка метода анал1тчного опису eclel проф!лько; юверхн! лопатки в вигляд! зручном для II виготовлення на ¿ерстатах з ЧПУ та внутр1шньо1 поверхн! оболнки охолодяуемой чопэтки;

-створення програмного комплексу для раал!зашГ на ЕОМ эозроблених метод!в;

-автоматизовяне проектування сошгавих та робочях турб!кних юпаток з ламнаризсванима проф7лями. випровадження'

эозрахункових та експер 1 ментальких досз1даеш> IX евродинзшчних

ч-

характеристик.

Наукова новизна робота:

- розроблен метод анал!тичного щюфишзання лопаток турбомашин з плавною зм!ною крив!зни без !злом!в та скачкгв на опукл1й

та вв!гнут!й поверхнях лопатки, дозволяючий шлеспрямовано управляти законом змшення крив!зни;

вирШена багатокритер!альна оптим1зац1йна задача в багатовим!рном простор! параметра з обл!ком параметричних та функцЮнальних обмеженъ при проф!люванн! турб!нних лопаток; -'створен програмний комплекс, реализуючий оптшизащю проф1лей лопаток'на баз1 ф!зичвдх законом1рностей розвитку погран!чного . шару вздовж спинки та коритца лопатки;

- разроблен метод Оудування пера лопатки та 11 внутршнъо! полост! за допомогоГповерхн! Безье;

Практична Щнн!сть роботи. На. баз! розроблэних . метод!в розроблена система автоматизованого проёктування лопаток, яка дозволяе з високою оперативн!стю проектувать лопатки турбомашин, що мають висок1 аеродинам!чн1 характеристики при забезпеченн1 прочносних та технолог1чних обмежень, та в зручн!й аналитичн1й форм1 задавати поверхн! лопаток для 1х обробки на верстатах з ЧПУ. Створен! високоекожшчн!- сопловI та робоч 1 турб1нн! лопатки з лам1наризованими проф!лями.

Реад1зац1я результат!в роботы. Оптимизован! профш соплових та робочих охолоджуючих лопаток першо! ступен! газово! турб!ни використан! для модершзацп ГТЕ-11Ь. Проведен! розрахунков! досл!дженвя по створенню лам!наризованих проф!лей направляото! лопатки, передан! на НПО "Турбоатом" .для модерн1зац11 парою I турб!ни. Розроблений програмний комплекс впроваджен на. ШГО "Турбоатом" та використовуеться при ; проектуванш охолоджуемих лопаточных апарапв газових турбш.

Апробашя роботи- Основн1 раздиш дисертаци докладались: •

• - на Рвсцубликавськ1й науково-техн1чн1й конферэнц11 : *11а»маягаве моделгоання процвсю та конструкц1й энергетичних 1 трааспэртша турб!нннх установок у системах и автоматизованого

проектувания". м. Готвальд, вересень 1988 г.;

- на 6 ВсесоюзШй школ!-семинар! "Сучасн! проблеми газодинам!ки та тепломасообм!ну та шляхи Шдвгацення ефективносп енергетичних. установок". м. Кан1в, травень 1Э8Эр.;

- на 37 Всесоюзна науково-техшчшй сес!! по проблемам газовых турСИн". м. Никола1В, вересень 1990 р.;

на Всесоюзн1й наукова-техн!чн1й конференцп по газотурб!йним та комСШованим установкам, м. Москва, 1991 р.;

на Республ1канськ1й науково-техн1чн!й конференцш. м. 311В 18-20 вересень 1991 р..

на кожнор1чних науково-техн!чних конференц!ях професорского составу, сп!вроб1тник1в та. аспирзнт!в ХП1.

Иубл1кац1I. Основн! результата дисергацШноГ робота опуОлгкован! .у 8 друкованих роботах.

Обсяг та структура робота. ДисертаЩя свладаеться 1з встуцу, п'яти глав, заключения та списку використованкх 1сточник1з ( 64 наймёнувань). ДисертаЩя викладана на ' 87 стор!нках машинописного тексту вм!щуе 37 малшк1в та 5 таблидь.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунтовуеться актуальнЮть теш.

Першая глава вшщув огляд. лИературних 1сточник1в.

Аналгз метод!в проф!лмвання турб!цих лопаток показав, що вони не зобезпечують . можливост1 Щлеспрямованого управл!ння законом змшення нр!в1зни зздовн профиш та отримання бахаемого розпод!лу П локальшх значень так, щоб не було не тпльки скачклв, але й 1злсм*з крив!зни уздовж спинки та коритца лопатки, як! сприйняють раннШ- втрзт! ст!йк1ст1 лам!нарного . погран!ч«ого шару та його перех!ду в. турбулентний, а в шшх', випадках нав!ть могут привести к локальному в1дрнву.

Використан! в д1йсний час метода оптим1заци! проф!лей лопаток турб!н використовують геометричн! критэрЦ . якоси або базуються на приблизному розрахунку коефЩ1ент1в проф!льных та к1нц9вих витрат, що приводить к значним труднощам в отршанн! оптимального р!шення. Окр1м того.: традищйн! метода не

гарантувть знаходкення глобального екстремуму для Сагатоекстремальних щльових фуннцШ, особливо при нал!ку велико! к!лькост! парамвтричних та функцЮнальних обмекень.

На баз! здШсненого анал!зу сформульован! осноен! задач!' досл!даень.

Друга глава посв'ячена розгляду метод!в оптимального проектування лопаток.

' Запропонован. метод анал!тачного проф!лювання, при якому на спинц1- та коритц! проф!лю в!дсутн! точки спряжения I для огису вх!дно! кромки, ' на в!дм!ну в1д трад1ц!йних метсшв не використовуеться дуга' окружност!, котру необх!дно спрягати з спинкою та коритцем.

ПропоЕований метод анал!тичного побудування зовн!шних обвод!в турб!нних лопаток зоснован на використовуванн! пол!ном!в Безье-Бэрштейна ■ .. Крива Безье визначаеться пол!гоном, який единим образом задае форму криво!. Пол!номи Безье будуються в Оазис! Бернштейна. Базисна функция.задаеться:

В п.(и) = '["]. и (1-иГ , ( 1 )

Г" 1 = п! . 0^1511

1 1 > I! (П-1)! ..

де

п. - ступ1нь гол!Еоаду, 1 - порядкоЕ'лй номер вершини. В цьому випадку рад!ус-вектор будь-яко! точки криво! задаеться

\ вп.ч<а> • (2 )

' ^ •■.•■■•■ '- i «о -

да R t - рад1ус-вектор вврзшн пол 1 гону; U - безрозм!рни2 параметр що зм1нюеться в!д 0 до 1.

•Таким чином, для того цоб задати пол!ном Безье-Беркштейна, ■ нвобх!дно задати* вершини полигону та, використовуя р!внення (1) (2), офшслити рад!уси-вектори yctx гочок полто«у.

турб1даоХ допатки - використуються два гюл!вомах Бвзьз-Барнз1тейна, як1 спрягвються в точц! зустр!ч:г при . fclBSl звачень фувкщй» шршихтадругих гопдаих. Для розрахунку .ординат- точок ШД1Г0Я1В використуються Taiít дан!,

;.^яки*;.пминва' задовоошняти шбудована рвв1тка щюф!лей : хорда ь.

шаг г, горло а, рад!ус В1Шдно1 кро?лхи гг, рад!ус у точц! спряжения П0ЛШ0М13 на вх!дн!й крощ1 лопатки, 1ч, геометричн! кути входу р1г та виходу Р2Г.з реш!тки, кут заострения вих!дно! кромки иг, кут в!дткбу б, кут установки Ру. За допомогою цих даних розраховуються координата пол!гону:

X = Р «г «(1 —эЗлб );

О о 1 Г1Г

( з )

У = Г + (Ь - Р "Г -г )*СОЗб + (Р "Г -Г )*

О 2 О 1 2 гу О 1 2

«,з1пв - Р «Г "СО30 ,

гу О 1 Г1Г

X = Б - г - [1 - сов('6 - ^ )];

6с 2 ггг ¿.

де Б-шириза реш1тки ; • • ■ '•

Б = Ъ»31пРу + ?о»Г »(1 - 3.1пру - СОБРу) - 81пРу + СОЭр^).

х = х - (У - у ; • ( 4 )

1С О 1С О ог1Г * ,

У = У + Р «Ъ;

1С О 1 »

X = X - (У - У - 0,5ш ) 1

зс &с зс »с ° ггг 'г

( 5 )

У =У + Р «(У - У ) ,

зс ее г в ее

де Ув - координата точки, яка налегать пол1ному спинки ; , У = У + 1.2(У ^ - У )2*з111(<(> - в )/(г «З1п2р ) ;

1С 1С *с о' чте> Г1Г ' 1 1 Г1Г

' <6 >

де ф6 - кут пол!гону спинки с вершиной в точц! 1а .

Для знаходження координат точок Зс и 4с необх!дно вкрШити систему л!н!йних р1вяень:: ■ ■ . ,

о

( 7

Б - г - (а + г )соз(р „ - 0,5ш + б) = Т ХВП (и);

2 2 2~ 2

и=0 г»

I + гг - (а + Г2)б1п(Р2г. - 0,5а)г + б) = ^УВ" (и);

I го

У.с =ув + (х*с"А> 0,5ы + б);

1У1 ВГ <и) 1 = 0.5Ш + е>

I =о ■

И-

1=о . -* '

Координата коритца обчислюются аналог!чно, однак у зв'зку з тим, що на полIгон коритца не накладаються обмеження, зв'язан! з виконанням заданого горла реш!тки, систему под!бну (7) вир!шуват! не треба.

В р!внення, для пол!гон1в спинки та коритца входять бвзрозм!рн! параметры Ро,.-. «Рп, зм!ненням яких можно впливати на форму профилю. Ц! параметри використовуються при оптим1зацп зовн1шн!х обвод!в проф!лю. Окр1м цього, використання кривих Безье дозволяв точно описувати ранил зпроф!льован! профиа турб!нних лопаток щоб задавати IX в анаштичному стан! для обробки на верстатах с ЧПУ.

Таким чином, даний метод дозволяв анал!тчно у вигляд! двух пол!ном!в Безье-Бернштейна описати цроф!ль лопатки так, що зобезпечуеться плавне зм!нення кр!В!зни проф!лю без скачк1в та 1злоы1в на вс!в1 поверхн! спинки та коритца. При цьому, шляхом вариирування ряда параметр!в, мокна шлеспрямовано. управлять законом зм!ни крив!зни.

Для побудови оптимальних проф1лей турб!нких лопаток, з високими аероданаы!чниш характеристиками, розроблен метод оптим!зац1!, засвованний на р!шенн! багатокритер!ально! оптиы!зац!йно1 задач! в багатовим!рному простор! параметра на П!дстав1 необх!дних функщоналыпи та параметричних обмекень.

Критвр1яш оптам!заци1 в: • координата початку перех!ду дашварного пограничного шару в турбулентний на спинц! та

коритц! проф!л:з, град!ент тиску в косом зр!з!. 3 ШдзЩвезям значения координата початку перзх!ду. зростаз'протяг зони профита з лачшарни» режимом теч! в пограничному шар!, а 1з змэнаенням град!внта тнску змеяьпуеться зр!ст тов!£:ни втрати 1'шульсу па дглянщ спинки лопатки в гонг косого зр!зу. -Завдяки ним факторам, зг.;еныпуеться коеф!ц!ент проф!.яьних витрат. Метод 1ка знаход:кення координата початку переходу ламшарного шгран!чного шару в турбулентний розроблзна на кафедр! турб!нобудуваиня ХП1. За оитим1зуем{ критер!I, при бананн!, г;о^на взята коеф!ц1енти проф1льнкх та к!нцевих ш?рат.

0птам1зац!йна задача виризуеться при наяв! ряда параметричния та функцюналкЕих обмекень. Параметрнчн! обменення Еизначеш гэометричкимл характер i стихами турб1нно1 реп!тки та технолог 1чкиш моншивостжн виготовлення лопаток, а функц!ональн! - моглизостями прочност!.

При р!шенн! данно! задач! . оптимизуеться

багатопараметрячна система з п-вш.!!рним вектором вх!ду

х = (г )г ( а )

* 2 п

де п - к!дьк!сть вариируевяа параметр1в, та ю-вкм1рним вектором вж!ду: ■ _

Q(x) = (qi(x),qa(x),...,qm(x)) , ( 9 )

де га-число оптим!зуе;>мх критериз.

Для генерацИ пробяих точок в багатовим 1рно.м простор! параметр!в застосовуеться ЛПт посл!довн!сть.

Для коккоi розрахункозоI точки зч обл!ком параметричних обмехзнь Еизначаються значения проекц!й вектора вх!ду» .як! е !сход!Д1ми даними для розрахунку. Кокний вар!ант перев1ряеться по функцюнальним обмегвнням та з !шмми вар!актами по значению опиилзируемих критер!ib. Вар!анты, як! кэ пройшли по обмененням або е пршими по значениям критер! ía - в!дбракуються. В результат' р!сення формуеться паретовська . мнокша ' зфектнвних р!зэнь Ц(х)' в. ш-вим1рному простор! кратер!1в, в!дпоз!дне пнрет!вськ!й мно2аш1 вектор ib X в . л-вим!рному. простор! параметра. ;

Для здобич! глобального критер!я G(x), к м!н1м!зац!! якого зводаться - ршення'. . багатокритер!ально! задач!,' зд!3снюеться звертка вектора вих!ду скстеми:.-

i

i 'i !"

a (x) _ q*

• G<2> = -^ • (10 )

л 1 a - q i=l n i n i -

Дв

; • q*.= œlnq.{2); ' jq** = mar q^x);

, q - значения кратер! ïb з парет1зсько1 мнолини;

. а;-весов! коефЩ!енти, як! враховують ступшъ ваклизост! ' • крктер1я.

IСХОДЕИМЙ данимк ДЛЯ 0112ИМ!заЦН 303Н1ШНИХ обводхв проф!лю е геомэтрпчн! характеристика; турб1нно1 рзштка, параметричш та функц1ональн! обмегзння.

. В ' результат! р1шення оптик!згц1йнсн задач1; отримуем оатимальЕиЗ вар!ант.проф1лт з максжальки1Ч значениям координата, початку лерех!ду' лам!нарного погран!чного шару в турбулентний та . м!н!мальним град!енток таску у ' косому зр!з! рештки,- цо забезпечуе низький коефИПент проф!льних виграт.

ОкрШ оптимального вар!акту визначаеться ще й найб!льш . ефективн!- s Ecieï napeTîBCbKÔï мнотани. Для- конного' з eiîx шзначазться значения .'. вариируемих парачетрш, анал!зируемих функц1й та крнтерПв якосп. Проводиться анализ по кожному крктер1ю яност!• та' устаиовлювться посл'!довн!сть розмшдання ефективних вариант!в по уг!ршенню- ïr 1фитер1!в. Це дозволяв црийнять обосноване рипення по ЕИб!ру вар1анта, який може бути не оптимальним, але б!льш простим в виготовленн! або б!льш над!йним в експлуатац! !..

Бикористання кривих Бааье надае зручний Инструмент для ошсу повврхн! шра лопатки. Рад1ус-вектор будь-яко* точки поверхн! лопатки ошсуеться р!вненняк: " /

( 11 )

Ч . IM «VI

\ ■ i<4> ■

т.«)-!

= ( 1 ] (î - и) * 0 1

й - рад!уси-в9ктори узлозих точок пол!ген!з базових ' с!чень;

V/ - напряыок по висот1 лопатки ; О ^ ^г $ 1; и - напрямок по ширин! лопатки ; 0 $ и < 1; п - к!льк!сть' точок плоского, пол!гону базового с!чення; ш - к1льк!сть базовых с!чень.

Пром!жн! с!че1Йя, отриман! в результат! одксу лопатки поверхнею Безье завгди задс-вольняють. перев1рц! на глада!сть, т.я. вони одержуються ке з результат!, ютерполяц!I по базовим с!ченням, а в результат! ршення р!вкяккя (1Т). Окрш цього, зруиуючи'. с!чення одна вгдаосно одного, козша отркмати р!зну кскф1гурацг;э пера 'лоиаткн пгв!ть саблевпдну. Аналогично мохна оплсати вяутрИинзо яовгрхню оболонкя охлолоднуегс-х лопаток дефлзкторного типу. ' " ■

.Такие чином, • • пол!ео!.з! та . поверхн! Везьз-БернзтеЯна дозволяють достатньо просто ферлувати не т!льки шутр1ЕИ! обводи проф!лей, але й отржузати анал!тичк1 зале^ност!, списую'ш перо турб!ныо! лопатки та внутрешга полость для дефлекторам лопаток.

У трет!й глаз! розглянута система автоматизовзного проектування турб1шмх лопаток.

Для автоматизац!Г процзеу створегшя ноеих профглей лопаток була розреблена система евтомзтнзованого проектування (САПР). САПР еыютить до свбз дек!лька шдснстем:

1 тдсистеиа 2яал!тиФю1 побудозм гроф!леЙ лопаток з шшекоз змшоя кркв1зпи;

2 Шдсистема оптим!зацп проф!леа турошета лопаток;

3 л1дснстема розрахунку потенц!ального обпку профзлей;

4 Шдсистема розрзхугасу координат парах¡ду . лам тарного Еограшчногб сэру в турбулентпий;

5 п!дсзстеиа разрахунху зглшгкого шграшчногояару;

6 шд-цстенз розрахунку ко9ф!д!ент1в проф!лый!х та кпшових шггрзт;

7 ШДСЕСтека розрахукку гвсттрЯтя характеристик проф!лг-й;

. 8 ЗДдсзстода форг/взят пера лопатки.

■9 шдснстема гобудови вцутрхпяьо! голос?! охолодяуекид

10 Шдсистема перев!рки на ггрочн1стьь спроектозаних лопаток.

САПР фуккцюнуе п!д кер!вництвом операшйюн система MS-DOS на персональных ЕОЫ типа АТ/РС та явддяе собою функцюнальну ооолонку, розроблену наыовах високого р!вня, таких як G та ФОРТРАН 5.0.

Шдсистема аналогичного опксу профилей застосовуеться для пооудови проф!лей за допомогою пол!ном!в Безье-Бернетейна, коли ГЮЕН1СТЮ задан увесь комплекс юходних даних для конкретного вартнту. Для • завдання нео(5х1дних даних, характер1зуючих {фофхль, Шдсистема над1лена штерактйвним пристршм формування Iсходних даних та занесения ix в базу даних. Для аналогичного опису" профглей Шдсистема надае три можливост! :

авгоматичне проектування;

полуавтоматичне проектування;-

ручне проектування з використанням■ ;ктерзктивннх засоб!в.

При розробц! нових проф1лей з високими аеродинам!чними -характеристиками необх1дно використовувать шдсистему оптимального проф!лжвання лопаток.

До шдсистеми оптим1зац!1 шдклачються' шдсистема 4-6, за допомогою яких визначаыться критерн якост1, а пот!у шдалючаються Шдсистеми 7-8 для перев1рки по функцюнальним обмеженням.

Шдсистема-формування пера лопатки включав до себе модуль акаитичного огшсу поверхн! лопатки з оптпмальних базових с!чень з керевiркой на прочнють. Бона •такох мае мокшв!сть ког-\к?ировки проф.'лей, коли, лопатка не проходить по прочность

1!ри проекту ванн I охолодадемих дефлекторних лопаток Е-нхсрпстсБуеться Шдсистема побудэви внутр!шньо]( полость Для ц;-:1 ш-деастемн з бззи даних обирааться вке спроектован! проф1л! та в !ктерактинному. режимt. за допомогою поверхн! Безье, судув7ъса/знутр1шня полость та перо лопатки з перев!ркой на

ГфОЧН!СТЬ. .

К;K'.;ei-.'.v результатом роботн САПР е повшстго спроектована та ана-'^тично описана поверхня лопатки. При цьому в зручшй форм!

необхшш 1кформац_!я о поверхневом пол i гонг для

с'рсОуи на верстат! з ЧИУ .

У четвертой глав! приведен! дан! практичного застосування розроблених метод1в та результата досл!даень проф!лей piэкого .типу.

За прототип був прийнят проф!ль'Н4У, застосуемий в парових

турбшах ХТЗ.

. Проф!ль Н8 був спроектован за допомогою розробленой САПР.

Розрахунки обт!ку проф!лей Н4У та Н8 виконан1 для умов проведения досл1джень на экспер!ментальному стенд!: температура на bxî;u в реш1тку лопаток Т*= 330 К, тиск на вх!д! в реш!тку лопаток Р* = 0,112 МПа, t=62,5 мм, а =16,6°.

На мал. 1 приведено розрахований ■ розпод!л швидкостей вздовж профиш Н8. На вв!гнут!й поверхн! ашидкють непрерывно нарастае, цо обусловлюе ламинарией рехим теч! на усьому норитц1

лопатки. На спинц! ускорена теча спостер!гаться до S=0,37, а пот 1м шв!дк!сть плавко зменьпуеться. Внесл'док чого, на спинц! ламшарний реким теч! в пограничному шар! затягувться до

Хн ^-0,47, а к!нець перех!ду В!дсутен. В тот час, як на ттаритц!

проф1лю Н4У Хн п-0,085; Хк п= 0,141, а на сгашц! - Хн 0,35;

г = 0,41. Все це создав умови зыеншення проф!льних витрат в P'?uiiTiu з лопатками Н8 по зр1внянню с Н4У. В результат! зроблених розрахунк!в для проф1лей Н8 та Н4У при додерзуванн! р1в№чгрочност1. одержан! .сл!ду»ч! значения коеф1шент1в проф1Льних та к!нцевих витрат: проф1ль Н4У - =2,52 Ç„ = ■¿,¿3%; проф!ль Н8 - Ç = 1,85 % ; С„=1.Э %.

Таким чином, завдяки розрахупкам проф!ль ИЗ мае ОШа висок! аеродинам!чн! характеристики.

3 застосуванням. САПР були такоа спроектован! охолодкусм! сошюва та робоча лопатки 1 ступен1 газово! турб1ни ГТЕ-115 НПО "Турбоатом". За прототип були обран! лопатки, представлен1 у робочому проект! ц!е! турб!ни.

В результат! зроблени рсзрахунк!в Сули отриман! сл!дувч! значения коеф!ц!ент!в проф!льних витрат: для яаправляючо} лоп8ТЦ1 У средн1й сеч!: !сход!шЯ' проф1ль - 2,16 5; оптпЛзований проф!ль - 1,67 % .

В результат! проведено! оптелзоц! I отрсгзн! профш в tpbox свчхх робочо! лопатки: ксрнево!, сародяьо! та napiSsptâHol

та поверхня лопатки з внутртлзьою полости. (мал. 3). У оптишзованому вариант рооочо! 'лопатки (середня сеча) на коритц! швидкЮть непреривно нарастае (мал. 2), що ооусловлюе лачшарний режим теч1, в тот час, як в 1 сходному вариант! у близ

коорд!нати Х=0,135 спостер!гаеться дифузорна теча, яка визиЕае

перех!д лам!нарного погран!чного шару в турбулентний ( Хн п =

=0,135? Хк п= 0,151). На спинц! в оптимизованом вариант1

лам!нарний погран!чний шар затянут до Хн п= 0,47, а в ¡сходному

вариант1 коорд!нати початку та к!нця перех!ду дор1вняються Хн п=

=0Д64; Хк п= 0,195. Таким чином, в результат! оптим1зацИ' в серэдньо! сеч! робочо! лопатки отриман практично повн1стю лаы1нар!зованиг проф!ль, у якого коеф!ц!ент сумарних витрат на 0,923. ниаче. по зр1внянню з 1сходним варГантом.

Окр!м того, були розрахован1 локальн! коеф!ц!бнти тешюв!ддач! вздова проф1лю Iсходного та, оптим!зованого вар!анту. Так як в оптЕМ1зованой лопатц! .лам!нарний режим теч! затянут далыа ше в 1сходн1й, то середнШ р!вень коеф!ц!ент!в тешюв1ддач1 значво нигче. В результат! цього зменьшуеться сумарна к!льк1сть теплота, шдводеш в!д горячого газу до охолодауемой лопатки. Внасл!док цього зменьшуеться розх!д охолдауючого пов!тря, необх!дний для забезпечення заданого температурного р!Еня лопатки, сю приводить до додаткового п!дв:та5ення К.П.Д Ще! ступен! на 0,4%. '

Як показало розрахункове досл!даення, спроектована робоча лопатка е б!льш эконом!чна, по зр!внянню з прототипом, та забезпечуе задан! прочносн! характеристики.

У пя'т!й глаз! викладен! результата экспершентального досд1днекня та з!ставлення IX з результатами • розрахункозих досл!дкень.

Зкспер'^с'н'гольнв досл1дасення проводилось при сл1дуючих параметра: тиск на вход! в реш!тку Р*=0,11 НПа; температура пов'тря нз -лод! в реш1тку Т*=330°К: стушнь турбулентност! наб'.гэкнзго потоку Тио= 1,2%; в!дноска свидкють на виход! з реантуи \,ых=0,4; число Рейнольдса по параметрам виходу йе=6,4 10 * , 'до в!дпов!даз облает! автомодельност!.

Р02!Й31л luSitCxccnsa ùriïs-Sà проф1ла

x

im

Ш

WW 1 ¡ ! i

1 1 ! 1

1 и Y 1 1 i 1 1 /1

. 1 UV, 1 1. J 1 Ш

! 1 \ IV ! 1 J JL-ÉÎ

! 1 1 ! ! IЯ /

1 >41 1 J- Q_

1 • \ \ l : ÍJ.-J

í 1 ! fill I^V M

! _L_L_i!lLL "Г i i

os s ш

brr.qj iî-K-m <¡ m,

PÎ2/Ï. 1

p22nc'j¡ л uiSufeacrsß ргЗгчЛ тагtsu

\ crr^nsii ГТЕ-11Б (ccps&a zt'n)

X

0.77b

QMSk

ÍU53

rn \ •> l 1 ^ 1 i

i Х04Д- T П

1 "ТЧ i f h

! //

í i I ! Q /

! Ill j M / -

! i !Г lût

. II Í 1

1 II T1

i i 1 II

GJ!sS5

■OfiS5'. ОШ ■ fSaa.. S

-QAS5

Ошшжзобана рсйоча лспагпха

Мал. S

Для визначення коеф'Щ1ент1в проф!льних витрат, .шляхом траверсувания потоку, визначались значения тиску перед реш!ткой Р^ на в;дстан1 ЬО мм в1д фронту реиптки та значения тиску за рециткой Р^на В1дстан1 16 мм в!д вих!дних кромок лопаток. Ьнм1ри параметр1в потоку на вход] та. виход! з • досл!джуемой реиIтки проводились пневмометричними насадками. Статичшй тиск за релпткой Р визначався,за допомогою зонда та по В1д0орам на верхшй та нижней пластинах. Шдзнзчення похиОки вим1р!в було випреваджено по рекомендац1ям X. Шенка.

Зр1вняльний анализ розрзхункових та экспер!ментальких досл1джень дозволив визначи'ти . достов1рн!сть результата розрахунку, отриманого за допомогою використованих метод1в. ■

Зр1вняння розразункових та экспер1ментальных даких по розпод!лу шЕидкютей вздовэ: проф!лей Н4У та Н8 показало ( мал. 1), що точн!сть розрахунку е достатньо гарна.

'1'акож випроводжувалось зр1вняння розрахункових та экспершентальних значень коефЩ1ент1в проф!льних витрат. По результатам экспер¡ментальних досл1даень осереднон! значения ксеф)ц1ент1в проф1льних витрат ронялись: проф1ль Н4У - 2,752; проф1ль на - 2,иъ%. Б1льш висок 1 значения коефЩ1ент!в проф!льних витрат, отр1маних у экспершент1 пояснюеться там, до в досл1дах на01гаючий поток перед репиткой мав ступ!нь турбулентност1 1,2%, яка не враховувалась у розрахунках.

Зроблений ?р1ЕИяльний анал!з дозволяе зробити висновок, що використаш метода - розрахунку обт1ку' проф!лой, 1-1дродинам1чного погран1чного иару та коефЩ1ент1в проф!льяих витрат дозволяють отримати достов1рн! результата та 1х мояна використовувать для аналгзу зеродинач1чних характеристик тур01нних реи!так.

.ВИСНОВКИ

1. Розраблен метод анал!тичного профхлювання з плавней

ЗМ1Н0Ю КРНВ13НИ БЗД0В8 Пр0ф1ЛЮ.

2." Розроблэн гготод оптимального проектування проф1ле2 турб!нних лопаток, як з точки зору вероданагичнях, так 1 прочяоснта 2арактер1стга.

3. Розроблен метод аналшганрго формування пера лопатки за допоыогою поверхн! ;Безье у широкому д!апазон! зм!нення форми лопатки хоч до -саблевидной, дозволяющШ також описувати внутр1шню полость охолодкуемой дефлекторной лопатки.

4. Створена САПР та комплекс програм на баз! IBM PC/AT, як! дозволяють, з.високою оперативн1стю розроблнвати високоекономIчн1,турбIннi лопатки.

5. На баз! розроблених метод1в спроектована сер!я ефективних турб!нних лопаток з лам1нар1зованими проф1лями, обладаниях високими аародинам 1чними характер!стиками.

6. Зд1ЕсЕено .эксяер!ментальне досл!.дження ' аеродинаг-лчшх • характеристик спроектованих проф!лей," шдтверджуюче над!йнють

розроблених метод!в.

7. Отримано позитиЕне р1шення на винах!д направляючо1 лопатки з плавною змшою кривiзни вздовж спинки та коритца без скачк!в та 1злом1в крив!зни. .

• ПубликацП по робот!

1. Слитенко А.Ф., Кузьменко A.A. Расчетное исследование к анализ влияния ■ различных факторов на переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный // Вища школа / Энергетическое машиностроение. -1988.-вып.46.

2. Слитенко А.Ф., Кузьменко A.A. Влияние изменения формы полигонов при автоматизированном построении профилей туроинных лопаток на их характеристики // Математическое моделирование процессов и конструкций энергетических и транспортных турбинных установок в системах автоматизированного проектирования : Тезисы доклада на .республиканской конференций ( Готвальд, 7-9. сентября 1988.)- Харьков, 1988.

3. Слитенко А.Ф.,. Кузьменко A.A. Построение решеток турбинных профилей с помощьп полиномов Безье-Бернштейна // Известия вузов / Машиностроение.-1988.-N 9.-С. 77-81.

4. Слитенко А.©., Кузьменко A.A. Метод автоматизированного. профилирования турбинных лопаток // Современные проблемы газодинамика и тепломассообмена и пути повышения эффективности энергетических установок: Тезисы доклада на 7 Всесоюзной

школы-семинара (Канев, 9-19 мая 1989). -Киёв' Í9S9.

Ь. Слитенко А.Ф., Кузьменко A.A., .Челак В.И.., Зарубин Л.А., Ьумарсков А.О., Мороз.Л.И. Исследование эффективности тепло- вой защити ротора и корпуса газовой турбины высокотемпера- турной установки ГТЭ-115 // Совершенствование теории и техники тепловой защиты энергетических устройств: Тезисы докладов II республиканской конференции ( Житомир, сентябрь 1990) с.31-32.'

6. Слитенко А.Ф., Кузьменко A.A.' Создание высокоэкономичных охлаждаемых лопаток ; с ламинаризованными профилями // Совершенствование схем, параметров и элементов конструкций газотурбинных и комбинированных установок: Тезисы доклада на 37 Всесоюзной научно-технической сессии по проблемам газовых турбин.-Николаев, 1990.

7. Слитенко А.Ф., ..Кузьменко A.A. Автоматизированное проектирование и исследование совершенства турбинных лопаток с ламинаризованными профилями -' Тезисы, доклада на Всесоюзной научно-технической конференции по газотурбинным н комбинированным установкам.-Москва, 1991.

8. Слитенко А.Ф., Кузьменко A.A. Позышэнне экономичности проточных частей турбин за счет применения лопаток с ламинаризованными профилями // -Математическое моделирование и вычислительный эксперимент для совершенствования энергетических и транспортных турбоустановок в процесса исследования, проектирования, диагностирования и безопасного функционирования: Тезисы . доклада , на республиканской научно-технической конференции (18-20 сентября 1S91, г. Зиеез). -Харьков, 1S91. .

В1дпов1дний за зипуск д. т'. д.,..проф. Гаркуда A.B. ■ Шдписано к друку 19S3 р. Формат 60x34 1/16.

Ilafli'p тип. Обсяг Г п.л. Тиран 100 пр!м. »

Ротаприн ПРС'ИРАКСПРСЕКТ г.Харьков, ул. Тобольска, 42

/