автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.06, диссертация на тему:Разработка подсистем САПР на основе математического моделирования рабочего процесса и их использование для совершенствования проточной части центробежного компрессора

■'■■/ V '

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ У1ШВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 62Г.5Г5.01

НИКИФОРОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМ САПР НА ОСТОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ШДШГСЕЛШ РАБОЧЕГО ПРЭЦЕССА И ИХ ИСГОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ СОБЕРШШСТЮВАНИЯ ПГОТОЧШЙ ЧАСТИ ЦШГОБЙШОП) '.КОШРЕССОРА

Спецтлыюсгь Сб.04.06-- вакуумная, компрессная техника и пневмэостеиы

Диссертация ка опекайте у^ешй етёпок* доктора технических наузс в фзрые научного доклада

Санкг-Пзтербург 1992

работа выполнена в Смоленском филиале московского энергетического института.

Официальные оппоненты:

Пирунов Игорь Богданович, доктор технических наук, профессор

Новотельнов зладииир Николаевич, доктор техничееких наук,

профессор

Сухошшнов Игорь Яковлевич, доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие: "ЛЕНШЩХиииаш", г.Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится " А? 1992 года в /£ часов на заседании специализированного совета д.063.38.05 при санкт-Цетербургскои государственной технической университете в аудитории главного здания.'

Отзыв в двух экзеиплярах, заверенный печать» учреждения, просим направить йо адресу: 195251, Санкт-Петербург, политехническая ул., 29. ученый Совет.

диссертация в1 форме научного доклада разослана

ученый секретарь Специализированного совета доктор технических наук,

профессор ' И.П.Фадеев

ОЩАЯ ХАРШЕРЖЯИКА РАШ'Щ

: Актуальность птяблемы» Повышение объективноста преосрагова-Hiíit энергии в проодзлекных цеитросежных комлрбссорах (ПЦК, является ва>ыюй народнохозяйственной задачей. Поэтому совернейгтвзвалю paco «ого процесса и оптимизации проточной части уделяется при проектировании особое вникание. Слокиэсть физических явлений приводит к неоСходимости вшзлнения длительных и дорога стоя'.цих оксперимеитальных исследований в. процессе поиска оптимальных ращений. И, как следствие, большие объемы существующей технической документации и экспериментальных исследований постоянно дополняются новой ия*оркагией. Т.о. возникла необходимость в систематизации, централизованном накоплении и хранении экспериментальных данных исследования эффективности ПЦК - т.е. необходимость создания автоматизирэванных банков даннцх (АДД/ на машинных носителях ЭВМ. И как логическое продолжение - создание методов обобщения накопленных результатов в веде математических моделей (&М-. Это создает предпосылки для разработки к внедрения в практику систем автоматизировандаго проектирования (САПР/ ПЩ, что позволит сократить продолжительность процесса "исследование-разработка-"производство" путем замены натурного эксперимента численным на ЭШ.

, ■ .'. Разработка методов расчета энергетической эффективности и на их основе проектирование ПЦК даст возшянзсть сократить сроки освоения новьк высокоэффективных конструкций ПЦК, уменьшить затраты . на их создание и сократить объем рутинного труда инженера в процессе поиска новых решений.

... Работа выполнялась в соответствии с заданиями директивных органов ш Координационному таИу НИР АН СССР на ¿9й6~:;1ЛЮ г.г. (проблема I.9.T Теплофизика л теплоэнергетика, задание 1.У. 1.7.2 ; по ifep.Byso асиэ ?, научно-технической программе автоматизации кзучккх исследований. (приказ А&нвуаа СССР от 5.08.66 1% 5ЪЗ, задание '..оЪ ;' го йекзузовской научно-техничеедай программе разработай методе в и средств &когашя электроэнергии на период 1961-19-35 г.г. (приказ Минвуза СССР от г. № 703; и в соответствии с ращения:-»«

1&-УП Всесоюзных научга-технических конйьренцн!'. m компрессосоетрое-ии». ■'.''.

Нс-ль работу - развитие методологических основ расчетт-теор-.:-

тичесхого анализа а^игиетети преобразования энергия в ггроточшй

части ступени ШЖ на основе математического юделиравания физических процессов, как основгой составляющей система,' автошгязирзвакко-го проектирования (САПР .

Этапы ревения поставленной задачи:

- развитие концепций гостроения ¿£4 энергетических характеристик ¡ЦК; ,

- проверка принятых лолэжет:!1 математического мзделировачад при раэраоо'а'ке эйЪекшвносги отдельных элементов и ступени & целом и внраютка конкретных рекомендаций га методологии шделирогакия;

- создание- иерархического наоора Ш энергетической эффекткг-шс-тп отдельных элементов и ступени в целом с различной целевой направ-лешосгьи; ' .

- разрас-о-гка подсистем САПР на базе ЗЮ;

- получек/,е рекомендаций. по проектированию путем проведения численного эксперимента на ЭШ;-

- создание ин^орадационю-логической структуры АБД ПЦК с различ-нь-м целеакм назначением к глуоинор, структуртго гостроения;

- ссор, осраоогка и ведение АВД го энергетическим и конструктивным характеристика« 1ЦК, ступеней 1ЩК, отдельных элементов ступеней и детален;

- разра'-отка системы методов расчета течения в проточной части ступени, соответствуюцей иерархии предлагаемых МЫ;

- разработка методов и алх-орктмэв математической оптимизации для идентификации га вксорке зкспериментальннх данных;

- создание со луге т ву-с-г-его программного обеспечения, представляющего соСой наоор модулей и гозволямдего при сохранении осеней концепции построения ИМ дорабатывать отдельное составляйте при уточнении физических представления о 'моделируемых процессах.

Научная новизна. При решении поставленной научной проолеын получены новые научные результаты, котарьв выносятся на зециту.

Резрасотаны пето дологические осдавы о оо оленин экспериментальны-' данных исследований энергетической эффективности ступеней ПЦК с цель» получения математических ьюделей процессов преобразования эне| гаи б проточной части. .

Ваз пить1 основн построения математических мэделей вкличагацие в ссля езязь газодинамических и термодинамических процессов в проточной части ступени с характеристикам*.! энергетической о фиктивности ступени. - -- -

Получена система !.СА эффективности отдельных элементов ступени (РК,"ЗЛД, ЛД, ОНА,, их сочетаний и промекуточнкх и концевых ступене

в целом, имеющих различную целевую направленность и отличающихся друг от друга глубиной отображения газа- и тер:.я динамических явлений в проточной части. .

Рассмотрена различнке подходы построения Ш с включением в них разнообразных методов расчета течения в проточной части, приедав его численного представления, дифференциации потерь и сделаны рекомендации по их применению.

Разработаны ММ протечек в уплотнения* и потерь трения между рабочим колесом я корпусом компрессора.

На основе ММ выполнен численный эксперимент ¡ю изучению влияния геометрических и гагодинамичесхих параметров на э^ектиэкость ступеней 1Щ в диапазонах изменения Ф =0.ООб+О, .16; Vt =0,4*0,9; Ми =0,3+1; ези =5- :0б+5-Юа.

В результате исследования оолееШОО вариантов ступеней (FK-ЕЛД; и солее 200 вариантов полнокомплектных ступеней получены подробные даншге по соотношению всех видов потерь в накдом элементе. Это позволило выработать рекомендации по оптимальному профилировании проточной части ступени ПЦК.

Разработан метод оптимизации и созданк оригинальные подсистемы САПР проточной части ступени и ее элементов на Сазе использования .'.И.

Разработан ряд методов расчета течения идеального схимае.-.опэ газа в проточиэй части ступени: одномерная методика;оСтекания лопаточных аппаратов в слое переменной толщины на основе метода осос'ен-ностей; квазятрехмерного потока в ступени; пространственного течения в рабочем колесе на основе метода конечных элементов.

Для решения задачи идентификации ММ предложены методы математической оптимизации, исгользусцие детерминированные и стохастические алгоритмы.

Создана информационно-логическая структура хранешя на ЭВМ данных по газодинамическим и конструктивна параметра«.! компрессор в, ступеней и их эле'кнгов, на сазе которой создан автоматизированной банк данных для широкого круга пользователей с использованием ЭВМ различных классов.

Собраны, обработаны и организованы в виде АДЦ данные каталогов ПЦ!С, геометрических и газодина.«.мческих параметров ступеней и их элементов; результатов экспериментальных исследований ступеней ПЦК и их элементов.

СЬздан комплекс программных средств для различных ЭВМ, поз га-ляющия реализовать в виде !>Ы концепцию их гю строения. 1(оь:гя с-к с программ построен в юдульком svfle и поэвол.чет:азтокатизирозать процессы подготовки данных для ялолнекия различи«!* 'эадснпя, осш8Н!ГЛ1 из

которых являются: модификация структуры и содержания АЗД; выполнение различны* запросов из АЕД; реализация расчетов в проточной части ступени ЩЧ; схематизация распределений схороетей; проведения идентификации КМ; анализ составляющих потерь в элементах проточной части ступени и оптимизации ступени; эскизное проектирование проточной части секции; терма газодинамический расчет ступени; обраоотка результатов экспериментальных исследований.

Праутотеская .чначтозсть к внедрение результатов раоотк. Создана единая методологическая основа и pac-paco тан комплекс программ, поЬволякрио ооосщать зксперименгальнке данные то исследованию эй-Лективности IfljJÍ в виде математических! моделей.

Создана ннйормапганная основа в виде автоматизированных сайков, даннкх ИЦК к crytie.ней для рззрасотки систем автоматизированного проектирования как компрессоров, так и компрессорных станций про-, ккшенкого назначения.

Шлуче-н ряд математических моделей, ¡■»з&элясцих анализировать процессу преобразования энгргии в ггрогччгай части ступени ПЦК и оптимизировать их параметры.

На осюве математических моделей развита методика оптимизации проточных частей, с мдользованисм ко то рэп разработаны унидицирз- , ванные модельные ступени нагнетателей.газопереквчиваивдх аппаратов П1А-Ц-14 на давление нагнетания ТОО атм, выпускаемых на Сумском ■ компрессорном оаводо. Подсистема САПР использована ВНЙИкомпрессор-маием (г.Сумы/ при отработке проточное части компрессоров высокого давления для газлчбтнэП до сычи не^ти.

Отдельные результаты работы такие, как автоматизированной банк данник проточных частей ступени ЛЦК, используется лри вкгюл-нгмии Ш!Р и проокгных работ во ВНШкомпрессормаие (г.Суш-' и на каЛедре кокпрессоростроения СПСГГУ; автоматизированный оанк ИЩС- . ка кгйедре ПХС МЗИ; расчет квазигрехмерного .течения газа в.проточной части ступени (на кафс-драх компрессор» с троения и гидромашин СПиП'У, БНИИкомлрессорааше, ВЧНИхолодмашэ и др./; математические модели эффективности ступеней ПЩ (ВНИЙхолодмаш, ВНИИкомпрессор-маи» КХ'ПЬ.

Система автоматизированного проектирования рабочих колес нагнетателей природного газа газоперекачивающих аппаратов отмечена медалью ЦД-lX СССР.

Материалы диссертационной раьотк позволили поставить два новнх лекционных курса в Смоленском ¿шкале ыЭИ и используются в учеоном процессе на к8($едрач: прощяибкнкх теплоэнергетических сис-

тем МЭИ, компрессора строения СПоГТУ и гидродинамики Красноярс1сого политехнического института. По результатам раСоти в издательстве МЗД выпущено четыре учеонцх пособия и восемь методических раОот.

До с то вертеть на.учнмх полонс-ни"; и практических результатов подтверждается применением при решении поставленных задач современнкх вычислительных методов расчета течения в проточной части ступени и статистической оСработки результатов исследований. Предложенные математические юдели базируются на апрпскрованкцх в многочисленных исследованиях представшая о (физических процессах в ступенях ПЦК. Экспериментальнке данные, использованное для идентификации Кй, получены на современных экспериментальных стендах СПСИУ, ВНИИкокпрес-сормагаа и КХ1И, а также по данкьад испытатш натурных ступеней ПЦК' йирмн Дрессер-Кларк. Адекватность !&5 выборке экспериментальных данных обеспечивается значительным превышением числа экспериментальных исследования над количеством определяемых параметров. Максимальное различие расчетных значений энергетических"характеристик с экспериментальными не. превыяает 2%, что легеит в диапазоне точности экспериментального-определения. Параметрический анализ влияния геометрических и газодинамических параметров на Эффективность ступени и ее элем^цтоз, выполненный путем численного эксперимента на 1.2.1, не заявил противоречий с ранее мзвестнгми представлениями.

А^гообания сасЬТм. Основкке положения и результаты- диссертационной работы докладывались:

- ка'10, 1У, У, УI, УП, yti Всесоюзных научно-технических конференциях по кошрессоростроетет (г.Казань, 197Г г.; г.Сумы, iV74 г.; гДЬсква, 1978 г.; г.Псков, 1982 г,; г.Казань, '9Й6 г.;г.Сумп,I9S9 г.)

- на П Всесоюзной научной конференции "Проблемы энергетики тепло технологии (г.'Ьсква, 1987 г.);

- на Ш Всесоюзной школе-семинаре по гидродинамике больтах скоростей (г.Красноярск, 1987 г./;

- ка Всесоюзной научно-техшческой козгфрэнциа "Парные про ол ому современного энергетического манишстроения и их решение (г. Ленинград, 1987 г. ;

- на международной конференции SYMK0M-37 „ Сычрins?- i

nnd Тчт.£нп f-lo'-v Poth - Theoxv one! bpiiiuTie п t" (¡¡НР,Лгодзи,И'с5 г.

- на Всесоюзной научю-тешической кянЛоретти "Сзверззистдо?а~ ни о технической диагностики энергетического оборудования" (г.Ладц-жин, 1984 г..;

- на ежегоднгх научно-технических конференциях Смоленского филиала Ц?Л (Х975-Ю80 г. г.Смоленск/;

- на Метдукародном симпозиуме INTO (г. fit иск, iS-v г./;

- на Международной научно-технической кон^ергнцж "Дкгу&льицо

- б -

проблем« фундаментальны* наук" (г..Москва, 1991 г.;;

- на республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике" С г.Иваново, 1991 г./.

ПуСликзции. Основное содержание диссертации опуОликоваш в 62 печатных раОотах.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Современная теоретическая база центроСекного компрессоростро-ения создана на основе многочисленных экспериментальных исследований и кх теоретических осоьщений в научных школах ведущих советских учених В.Ф.Риса, К.П.Селезнева, <5.С.Й;кстана, aJ.ß.i алеркина, Г.Н.Де-на, го результатам расот которых созданы методы проектирования,пэ-зюля»чие получать высокоз^еятивже коне, рукцта ПЦК. В процессе проектирования используются регомевдаиии го выбору основных геометрических размеров ступени и анализ ограиичеююго числа газодинамических параметров потока в проточной части. Вместе с тем в раоотах всех научных школ заметна четкая тенденция к оолее широкому использовании и углуолениа анализа газодинамических характеристик сжимаемой среды при создании новых конструкции 1ЩК. НаиСолькее распространение в отечественноП практике компрессорос]роения получили методы расчета установившегося течения идеального газа, основа которых залзяены в работах И.И.Кириллова, МЛ!.Чуковского, Г.В.Викторова, Б.С.Раухмана, В.С.Сальникова. Ib результатам этих ра(.от создан ряд программных реализаций, позволявших в настоящее время сравнительно легко анализировать на ЭВМ газодинамические процессы идеального газа во всех олеменгах проточной части ступени ЩК. С прикладной точки зрения наибольшую перспективу для расчета процессов преоСра-оования энергии а ПЦК икса;' методы расчета течения вязко" сжимаешь среду. Ii? сравнительная математическая слокность и трудоемкость реализации мьаают их практическому использованию, т.к. оптимизация проточкой части на их оснопе чрезвычайно сложна даже при наличии соореиенних средств вычислительной техники.

Широкое внедрение ЭВМ потребовало поиска новых методов проектирования <.£з:фущихся на возмоккости принятия формализованных ре— сени Я, исклэчаксмх интуитивны;! подход, при вкооре конструктивных размеров ПЦК. Зто привело к кеооходимости ^олее широкого оооош,ения с едино £ методической точки зрения многочисленного экспериментального материала по исследованию центробежных компрессоров. Поэтому в конце шестидесятых годов на кафедре коклрессоростроения СПоГ'хУ под руководством К.П..Селезнева и »J.L-.Галеркина начало развиваться новое

научное направление по созданию математических, моделей эффективности работы ГЩК и на их оазе систем автокатизированного проектирования. Единой методической основой создания Ш служат следующие положения: I' поэлементное рассмотрение ступени ПЦК я еукиировалке потерь го ходу движения газа; 2) представление энергетических характеристик элемента ступени в гиде функциональных зависимостей от критериев подооия, параметров распределения скоростей и несолыюго числа геометрических размеров; 3; расчет и анализ течения газа; использование известных представлений о -физических процессах в проточной части ступени; 5; статистическая обработка результатов экспериментальных исследований с целью получения математических зависимостей для расчета характеристик ПЦК. Успешность указанного подхода к описанию процессов в элементах ступени Ш|{ убедительно продешнстрирэ-вана в целом ряде раОот ЙЬГГУ и других организаций, таких как ЮШ, ВНИИхолодааш, ВН/й'ко мпрз с со р;,'аш и др. Это позволило в свою очередь приступить к работам по создания элементов САПР центробежного компрессора СЛс'РГУ, Казалькомпрессорнаа, ВНКИкомпрессормаш).

Единое методическое осмксление экспериментального материала, предложенное К.Л.Селезневым и Й.Б.Галеркинг-м, наличие многочисленных экспериментальных исследования процессов преобразования энергии в ПЦК, быстрое развитие вычислительной техники и необходимсть к переходу на автоматизированное проектирование позволили сформулировать задачу настоящего исследования и определить пути ее решения. Для достижения поставленной цели выделены следуюс^е этапы работьг.

1. Разработка общих' концепций гостроешя КМ, описывающих про- . 'цесск преобразования энерпда в ступенях ПЦК.

2. Создание различных моделей эффективности ступени и ее элементов (КПД, нагора, протечек в уплотнениях и дискового. Тренияи проверка и отработка принятых концептуальных ретаняй.

3. РазраОотка методов расчета течения газа в протэчноП части ступени и приемов численного представления эглр скоростей для математических моделей.

4. Разработка методов статистической обработки экспериментальных данных для получения конкретных функцганальных записи,гостей энергетических характеристик дт газодинамических параметров и геометрических размгроз ступени.

5. Выбор, анализ и обработка экспериментальных данных па исследованию эффективности ступеней ШЦ{ и их элементов.

6. .Создание- иШ^рлатоша-логач^скоП структур-; авго:<з/ияпр}~ ванннх систем хранения информации по результата;! иселеграгичн,":

и на ее основе автаматиэяровазшх Сажав даннйе на ЭВМ.

7. Разработка алгоритмов оптимизация прогачшй части ступеней ПЦК и подсистем САПР, включающих в сеЬя предлояеннке !".!.

2. ШЕШИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОД СТУПЕШ ПЦК

Согласно с приняты.! в теории турсомадмн подходом полные потери энергии в ступени представляется в виде суммы потерь отделы«* элёмешоо ступени ю гезовзму тракту компрессора: в рабочем колесе (И), в Сезлопаточком (ВЛД, и лопаточном дифбузорах (ЛД1, в поворот-юм колене (ПК. , в оСратном направляОДс-м глпграге (ОНА. и на выходном участке. Дчлс-ь осуществляется детализация потерь внутри вь/делек-

мймгктев лиса по участкам поверхностей этих элементов Г; , лисо исходя из физических ососенностей газодинамических процессов. Эти -соображения позволяют записать КПД ступени в оСоОценном виде:

Из о то и структурной записи КПД следует, что для использования вкрачеккя в расчетах кеосходимо определить коэффициенты сил сопротивления с«^ и коэффициенты гатерь , которые предлагается искать я в'иде йункшональных зависимостей от критериев подобия, параметров распределений скоростей и некоторых относительных геометрических размеров.

Откуда вытекает ряд методических проблем, когорт должны Сыть репены: выоор характерных скоростей на рассматриваемом участке поверхности; в/Хор метода расчета течения, как основной составлявшей математическою моделирования; приемк численного описания распределений скоростей - схематизация эпюр скоростей; определение обоСщен-ного математического вида функциональных зависимостей для С« и . Последние в сольашстве случаев предлагается искать в следующем виде:

Сч = ПК-ДКе, М. к,. '

■> ' _

Здесь 'г< - йуккционалЬкые зависимости представляяциб собой гопра-ючнке мкохштеди, \\7 - символические о со значения параметров схеиа-ткзагзгк ?пэр скоростей, Г - характерна безразмерные геометрические параметры ступени.

Тогда структурное осооценше выражение для К-'Ц ступени примет

ГЪслз ясо&срюехывго анализа, исходя из известных данных о згэцессах в проточное; части, ступени, предлагается

о

е

функциональные зависимости Cw и представлять в степенном виде удовлетворяющем двум прэтиаэполэжным требованиям: простоте мате-маигческого описания и значительной варьируемости их вида при изменении значений показателей степени и коэффициентов, величины которых подлежат дальнейшему определению.

Для отработки приемов построения ММ связанных с дифференциацией готеръ, схематизагаей скоростей и поиском конкретного вида Функциональных зависишсгей Cw и га первом этапе решались вопросы моделирования КПД двухзвенных ступеней (Н(->КЛД/ на режимах близних к оптимальным. Было построено дзе Ш КПД, отличающихся ыекду собой приемами схематизации эпюр скоростей, дифференциацией, потерь и рядом других методических решения.

В первой ММ ка передней и задней сторонах лопатки выделялось па два участка, протяженность которых выбиралась из условий максимального приближения аппрэксимадая линейными зависимостями действительного характера изменения скорости. В качестве основного аргумента использован градиент изменения скорости вдоль выделенного участка говерхвэсти. Для определения средних газодинамических параметров потока предложена методика, использующая гонятие центра давлен ния и распределение скоростей по лопатке Ж. В ММ были рассмотрены потери на каедом из двух участков го передней и задней сторонам лопатки, вторичных течений, на ограничивающих поверхностях, "ударного" натекания и смешения. Влияние критериев подобия и пространствен-то сти штока учтено в виде шправочных функций.

Для статистической обработки была подготовлена выборка, состоящая из 200 экспериментальных исследований. Идентификация обобщенной ММ то этой выборке позволила определить 36 неизвестных параметров с точностью около 1,5^. Но неалгоритмизируемость процесса схематизации и сложный вид Ш значительно затруднили возможность ее применен!« для оптимизации геометрических размере íK и ЕЛД. Поэтому во второп !fi! была упрощена схематизация распределения скоростей по лопатке FK, в которой рассматривалось только по одному участку на ita-sipn стороне лопатки, распределение скоростей вдоль которой аппроксимировалось-линейной зависимостью. Такое представление распределения скоростей ш лопатка-м FK позволило описать его с помощью.четырех аргументов, что значительно упростило вид Ш. За исключением ряда непринципиальных изменений дифференциация потерь и структурное выражение !.Г<! были аналогичны предвдущей. Идентификация этой Ь"4 дала высокую точность (около 1,3?/ и определила 23 искомых параметра.

Полученные результаты при построении ИМ Ж и ГОД с использованием одномерных методов расчета течения идеально го газа позволили

- ю -

о

распространить накопленный опыт и на другие элементы ступени такие, как ОНА и выходные устройства.

В 1£1 объективности ОНА потери представлены как суша потерь в поворотном колене, лопаточных аппаратах ОНА и в выходном участке. Первие и последние в структурном виде определялись на основе гидравлического подхода к течению в криволинейных каналах и с учетом воз-мэигносги появления отрыва « наличия вторичных течений. Потери в лопаточных аппаратах УНА представлены как суша потерь на передней и задней сгоронах лопатки, на ограничивающих поверхностях, ог вторич-ньх течений, "ударного" нарекания и потерь смешения-

¡/лте,!.:аткчсская модель эффективности выходных устройств Сила пр: дло;:.о:!а исходя из вчлеуказаннкх подходов. Для расчета течения использован метод разработанный Г.Н.Дешм. В улитках рассмотрены потери, свяэанннс с особенностями течения газа в радиальной и меридиональной плоскости*, наличием вторичных течения, ударным остеканием язьжа и потерн а нагнетательном штруОке. Последние определялись га аналогии с расчетом диффузоров.

О точки зрения Практического использования рассмотренные ИЩ лишь частично могут с,чн"Ь использопань- для проектирования ступеней ПЦК, т.к. Оклн разработаны только на ркзгак Слизкие к оптнмальн;:к. По о тому Датькег.вее внимание ьуло уделено построению «Ы, позволдогдих рассчитывать веч характеристику Н11Д во всем диапазоне расходов, «го гатресоьало применения в качестве осювы математического моделирования ьэлее совершенных методов расчета остекания лопаточных аппаратов, в качестве которого Оип использован метод осооеншстей. Что привело к разработке нэвих приемов схема.-из&иии эпвр скоростей. Распределение скоростей ю остекаешй лопатке Ш с-кло представлено двумя участками. Участок на входе Со коло ;0.<*, от осцей длины лопатки.» характеризовался двумя значениями относительной скорости: максимально и ос-редкеннш; ос;£>зиой участок - максимальным и минимальный. дсковньми газодинамическими аргументами принять: »еетнкми диф$узорности. В !&5 соли рпоао :реяу потери-на передней и задней поверхностях лопатки, на огранпчивахчцнхповерхностях, вторичных течения, "ударнке" потери, патерк в криволинейном канале перед входом на лопатки ИС; потери смета-:!»;. ЕЬзг.охжостъ численного описания характера изменения скорости на З.ЛДНЗИ участке позволяла предложить оригинальную зависимость для ок;,-б4СЛ£кяя "ударнкх" потерь. Влияние сжимаемости учтею в виде бунк-шшгдмоП эаг.исжастп ог м,/, и . Расчет оотекания лопаток

РК щэкэдедеяся на средней го высоте дог.атки осескмметркчной поверх-нзси!, а злнлиис- ярос1'р«кственнь:х явлений определялось с помощью г.осгяикса геометрических параметров, описывающих ососенности ме-

л

- п -

рационального сечения. Идентификация ММ показала удовлетворитель-юе совпадение результатов расчета с экспериментальными данными в диапазоне расходов от минимального до оптимального (менее 2%>. На режимах Оольше оптимального ММ дает менылуя точность (ошиСка в некоторых случаях достигает !($,■.

Стремление к углуОлению анализа процессов ь зникновения потерь привело к использованию в качестве основы для (юделкрования квазитрехмерного расчета течения, который представлял сос>оР совокупность обтекания лопатки в наборе осесимметричных слоев по ее высоте. Схематизация зшоры скоростей в каядом слое на профиле аналогична предыдущей. Выделение слоев течения у зтулочгаЕ и основной поверхнос-:* Ш позволило оценить параметры пограничного слоя и соответственно через них выразить величину коэффициента трения у ограничивасцих поверхностей. Среднеквадратичное отклонение результатов расчета КПД по ИМ по сравнении с экспериментальньз.ги данными составило около 2&.

Вычислительный эксперимент проведенный на этой модели дал лучшее как качественное, тал и количественное описание характеристики • КПД РК и ВИД ю сравнении с двумерными ММ. Вместе с этим трудоем- -кость подготовки данных в связи с исшльзованием квазитрехмерной пятислойной мзд&чи течения резко тазросла и сравнительно слоянкй вид Щ-значительно увеличил затраты времснз! на ЭВМ при рекении задач оптимизации проточной «астк. .

Накопленный опыт при разработке ММ КПД отдельных элементов ступени 1ЩК показал эффективность предложенного подхода и позволил перейти к построений Ш КВД всей ступени в целом. Структура '.Ы для расчета КПД во всем диапазоне устойчивой работы аналогична выиерас-сыотреннкм. В качестве остовы шделировакия принята модель течения ' идеального газа в ступени, при которой расчет оотекания лопаточных аппарата в Ж, ЛД и ОНА осуществляется в трех осеснмметрич.чкх слоях по высоте лопатки.

При схематизации распределений скорости Ьыли приняты следующие соображения: максимально даямжюе отражение характерных о со о е низ с -тей распределений скоростей; сокращение кол:г-1ества параметров схематизации и соответственю аргументов в И;.единые приемы схематизации течения на различных участках. Очевидга.-, что перс-численное тре- • Сования находятся в противоречии кезду соОой.

В качестве характерных значений течения в меридиональной ялос- . кости ступени были приняты скорости по втулочной к периферий)¡ой ограничиваю«^.' поверхностям ка входе и выходе из какого элемента ступени. Эпюра скоростей в кандэм слое течения гю лопатка;.! К<,ЛД и ОНА описывалась наСорэм шести параметров:, двэ средние скорости

- 12 - '

& . ' ■ ; по кгалошиочному каналу на входе и выходе; по передней и задней сторонам на входе и выходе. Осшвнь'м аргументом Сила принята местная даффуворность. В качестве средних скоростей го рассматриваемому участку принят среднеарифметические значения скоростей в начале и конце участка.

Построение окончательного структурного вида И КПД промежуточной ступени проводилось в несколько этагов, при которых отраСати-вались отдельные элементы ступени и функциональные связи в модели. Наибольшее внимание Окло уделено М.М ЛД и ОНА, как наименее проработанном элементам. Предварительная-идентификация ММ этих элементов скла произведена благодаря использование результатов экспериментальных исследований, провед&ннь-м ка серии ступеней кафедрой ■ комярессоростроения СПсГГУ. Полученные Ш эффективности Щ и ОНА. были з дальнейшем использованы лишь в качестве начального приближения для построения всей модели в целом. - _

Политропнкй КПД промежуточной ступени по заторшяанным пара- ' . метрам представлен в виде: ;

• Изменения КЦД:

- на входном участке ступени:'

- в расочеы колесе:

+ РсаХц С*«+-.ха ¿Г«) * РспХ^Оз-« уиуГс*') й^, 4-

«2 ' 24-г

- в безлопаточном даьфузоре: , ...

о-*д,йСЗС^Х„( | Г') £.

- в ло штатам диффузоре:

0 + *t Cas) c«í, * a^ís, z¿Cn'xi+ 24c.VсД„] +

v (2s * 2b C¿') ^ ) + 2lj jr -i 2 +

* f¿ + g y y

- в говэротгаи колене: r'r

- в обратной направляющем аппарате:

)0 ¿ü'kv + +

~"У21 ¿¿'Кн.''.V, Со'Г'сЛ,, F„ +

•+ Уч<.*5 + v4Ccí ) C¿c, Fe»* v5l ib'; i- с/п ) F»n + + V„C»st§4./t)!',1ci,Fx] * +

- в концевом участке ступени: " .

- ■ ^C^f'y^^lh)1') ff

Для идентификации Ш обработаны результаты экспериментальных' исследэваний Солее 300 ступеней отечественных и зарубежных организаций. Подготовка исходных данных состояла в расчете нвазитрехыер-шго течения в ступени, его схематизации,- расчете геометрических и газодинамических аргументов Ш.

Среднеквадратичная точность описания математическое. мэдельи рассмотренной выборки экспериментальных данных составила около Проверка полученного решения выполнена на ряде ступс-пей, экспериментальные исследования которых не бцли вклоченн в пденпйикэдкз. В результате получено хорошее совпадение расчета с экспериментом в областях близких к оптииалыгш режимам (около на ггок-

екмальных расходов расхождение в ряде случаен достигало 3—

3. MTK.iAI*ií4SC3ffiE ГОДОМ IШТОРА СТУПЕ®

: Учитывая, что в 151 КПД го дробно' рассмотрели потери в ярэгэчкэя части, в качестве структурной основы ¡-И напорч рцСрано вгр^ангдг:

Что, в стою очередь, троиуег определения коэффициента теоретического напора ^г , протечек в уплотнениях и дискового трения.

Для определения Ч»г в практике проектирования ПЦК наисолылее распространение получили бзрц/лы А.Стодола, К.И.СтрахоЕИча, И.Пфляй-дерера, В.Траупеля, о.Экка, С.П.Лившица и др. В результате анализа о;ого вопроса в иэшгрсфкн Г.Н.Дена отмечено, что ни один из пред-лоис-н!№' ме:одов не гарантирует еезусловное согласование расчетных результатов с опьггншя. Используя оользюе количество о сработанных пксперименталькых дачных (около 300 ступеней* в paro тс Ила ¡атол-нена »цачеяьная проверка перечисленных методик расчета, которая подтвердила утверждение Г.Н.Дгна. Физически ооосновакная методика расчета предлагается в paco rax *).;>, Галеркяна, в которых отклонявдая crjococKocib реиэтки определяется исходя из анализа распределения скорости па профилю лопатки. •

Используя идея последнего подхода построена Ш напора, основанная непосредственно на расчете распределения скоростей со лопа"ка.ч FK. В этом случае ^ идеального потока: * Гг/(2.ягасц).

Реальные свойства среды и сжимаемости потока учтены введением ряда поправочных множителей. Влияние пространствекюсти течения осуществлено рассмотрением пятислойвдй модели течения:

fn I

В каждом слое для нахождения <Vr¿ предварительно определялась низкоэнергетическая ооласть, так называемый, слад и затем Vr¡ определялся как суша иашроз в "следе" и струе. Для определения величин расходов и углов готрка в струе и "следе" была разраоотана инженерная методика расчета параметров пограничного слоя.

Идентификация зтой М4 натра показала удеовлвтюрителькь« результаты описания экспериментальной вьЛорки с точностью около го всей рабочей зоне ступени. Но слажюеть ММ наго pa затрудняет ее использование для проведения оптимизации параметров проточгай части.

В сдкэи с отим сули построены !£! напора, в которых ЧЧ определяло?; через коэффициент циркуляции , аналогично формуле А. Стодола: уT»ju(l-faagpM/Tí).

Основное внимание U/Ло уделено поиску зависимости для коэффициента циркуляция. Дополнительна учтено влияние диффу зоркости штока, неравкоыерюсти распределения скоростей в иерздюналъкам я окружном сечениях sasata, юзшжность появления отрыва. йунхциональнуа вид 1£J в5Доизменился в процессе идентификации. В результате í£¡

tuna предложена в виде:

, -ел

ЧЧ* Jrf+n.*.- - !)■>

■u-t - o^o-Ts sittp^ у. д f^'ci-^AiC-a^vXl

" С i - e.s Vi о - 5,)*' • f

В результате по вкСорка из 310 истгтани!! рабочих колес Оуда шлучена средняя ошибка идентификации около 2!?.

Предложенная ММ напора показала хоровие результат« для ш при Солее вцоаких числах М* били отирчэнц значктелькге рассогласования с зксперимен?ачьнм.т данными при рцсоких значениях ф . В связи с этим введено некоторое критическое значение ка^нк*

с которого зависимость jv = j(<i>) резко изменяет характер. С гомоам° прикладного пакета программ статистической зсрасотки sTAToC/\r дрг„ • иззедена оСраЮтка экспериментальных данных и установлено аналитическое ньграасзние фК5, » f 0г , Ъ, , , Ми ),

В результате ММ кос^я^иента диркулядаи, «яеитофодросакная го все!? выборке данных, получена ь свдо:

Me -^iíiíi-tXf-x^^lí^-^bb

Точность идентификации составила IД-».

4. 1т№ГМЧШ(АЯ МОДЕЛЬ ПОТЕРЬ'ТРШЯ В ЗАЗОРАХ

ж я кошеал и пюгкчнк в иишштлях

В расотах В.5.Риса предложена проехал и удойная для игае-неуных целей методика расчета коэффициентов протечек и дискового т^гкия, но она основана на рассмотрении.чисто циркуляционного течения в зазорах между Fit и корпусом компрессора и предположен./, что ядро потока вращается суглогой скоростью раз'.-юя половине скорости FK. Эти допущения дайт харэаий результат при срс-дних и 1ч:сокмх'расход:^:, но для калэр^сУоднп* ступеней o®t№& достигает значительной величину. За основу подхода к расчету кзгУЛкпиекта диекогога трыгея в рп' отач Г.Н.Дэна и Д. А. Д> романа принят предваригглънкй расчет полк скоростей в зазорах. Это позволяет участь расхйднмй хлргу.тср течения, направленна протечек, вЖяКго аакруткй. tb слокннЧ хах-"¿тер псо.'у:о'".он-янх методов, не позволяй их использовать я рагках данюй paf-j-•».•. Шэтояу возникла необходимость разрасти лостаточю npocujf., ьо знчески обоснованно fj методики расчета потерь диск'"!»го тргпкгг и про-." течек в уплотнениях.

- J.6 -

В качестве исходных: предпосылок принято, что ас-личину, *1а иногда к направления радиального течения-различи». для зазоров у понрн-ьажего и основного дисков. Ь зазоре- у гокрывающе1'3 диска за исключением релимоз максимального* расхода течете всегда направлено к оси, тогда как у основного дйс.ка еосштаэ такое ке Сдлг. концевой ступени., так и проткрополокное (для промежуточная ступени.. направление течения. i too тому необходимо учесть зиергюо, получаемую газом от РК, и аь-осгауа в огзоу, а оатем аочарйшдемую основному потоку. При С .i - u ras стс-аь? от вракмоцейся говорхшети и возникающая елл тренил, пропорциональная хяадрату-относительной скорости, тормозит FÁ. При с« > u raí о<л\он,:е? рабочее колесо и в-этом случае сила туьнк.ч созцаег ьомгн-г, со впадоктяй с направлением вращения ро~ тора. т.е. юшность треизя отрицательна.

'J.irz '.-реиич на элемента плащгди врьщаицййся поверхности диска прччя)а грэгерпкональка квадрату скорости двккссиия i'aaa отшеитель-но oroí*, говс-рч.кооч.и -.ru . ¿огда выражение для коэффициента щелевух потерь ср<?нг«к принимает ЕИД:

г «.счет распре деления скорссл-*? в зазоре вкпол.нен на оствании теоремы оо измонааии момглпа количества движения элемента газа, врацакздегося с canope между FK и корпусом. Результаты расчета з зазоре- для движани« газа от периферии при =0,2+1', о. = ~ ~I-'¿0 и -0,5-0,? к для движения к периферии с. =0; а =0,5-100; Р» «=0,2-0,4'подтвердили сде-лакдае -кредположение о возможности возврата част энаргая рабочему колс-су. Таи при чч =0,2 с г =0,5 с возрастанием Ч'» окружная проекция ассолхотной скорости становится больше Q , т.е. ыеадьтся направление склн трений газа о поверхность.

Для обосцекил дяшж был введен условней коэбйиниент ¡целевых потерь трения br¿= Ф Чг(ь А Г' и получены графические зависимости для Ьт.->п при тьченин от периферии и для течения от оси Вг»-0 . Для удобства пользования эти графики били аппроксимированы.

Аналио результатов показал, что в области средних коэффициентов кагора & <■■,>.. пргвутат бт.-п в два-четыре раза; с уменьшением ко-оффицийнта напора значения становятся слизкими; з области больших наги ров величина Вт?,, монет Сьть отрипательюй.

йо.">Л5шш(г стиаскуельннх ^гле-вих протечек определялся в виге:

fV ф N г Л ' a

Перепад давлений А р = ^ «¿ определен из решений ,

ураэнекил движения Зйдера з диапазоне иэуснекия а

2-20 я «0,2-1 для направлеки<: протечек от периферии к оси и для Б» -0, £-0,5 р а =2-ЮЭ при течении к периферии и приввден.ч о табличной и графической íopt», a затем аппроксимирован-,»- степенкъади по~ ЛИНОЫаКИ.

Сравнительные расчеты ft и га предложен! ,¡ методике и традиционно применяемой в практика показали наличие значительных расхождений з величинах Jtp , превышающее lOCfé при ф < 0,01. Величины козфймаиентсв протечек согласуются лучьэ, хотя к здесь отмечены завитегауэ на 20-303. В результате это заметно влияет на оценку эффективности РК, так при вариантных расчетах ког-йфипиенты потерь Ж различались в 1,5-2 раза в области низких ряетедзз.

5. РАЗРАБОТКА. ШгОЙШДОШШ ШЫ OíClE'i АВГОШИЗИГОЕЙНУЗГО ПГОЕКП1ЮВА1Ш ПЮ'ГОЧгШ ЧАСГЙ СТУПЕНИ 1ЩД

ЗсоСеинэсти проектирования ПДК пр&дполагйот наличке- соаок/аю'с-ти иерархически связанных ме:хду собой подсистем автоу&тизирв-чнного проектирования. Одной из базовых является САШ? траточшй части ступени. Разработка САПР включает в себя создание методического, математического, ик&эрмаииокного, программного и организационного п-Уэспо-чения» Отсюда следуют и основные этапы создания CAÍIP" рапря.бетна !¿'i объекта с годдащкмися алгоритмизгщии критериями оптимальности и .системы хранения и организации необходимой информации в ввдз ?ЗД на носителях ЭВМ.

Разработка АЬЩ предполагает создание информационной базы и комплекса программных средств, обеспечивают.?« его функционирование, и включает в сес-я следующие этапы: раэрас'огка.кнфорклцкэнко-ло.'ичесго'! . структуры базы данных: выбор системы управления блзой дан:1:** конструирование схемы i-азц данных, внешних схе»; к разработка програк.«: обслуживания.

В процессе разработки ЛЗД возникла нэооходпмкс-ть «го и с т гь: знания и в Оолее иирокоч шаке, чей поставлен в данной работе. 1ак решение задач оптадаздип систем воЕдуосо снабжения вроыывяздкик ¡-ред-приятий привело к разработка единой инфолог-ичоской структур« иич. Центробежный компрессор отображаемый в (.пз.%, нредста№:н з гоии уровнях детадировки: компрессор; секция; ступень:-рдоиент ступенч; деталь. Первые четыре уровня характеризуются набором от1с:.кнкй, отрз.м- • ющих консгруктвкнуо компановку, геокетри», олтшыгке парлистрич интегральнее гаээдтаашческае харакуериелюк и результат«! экспериментальных исследованh/i. Отмяк.шя птдап» уровня ."етал^рокги cowp~ '

кат только инфэршдаю га конструктивному выполнению элементов, В&оа да>шы/. ПЦК составлена из 46 отношения, которые включаэт в себя около С50 аспектов. К настоящему времени занесены данные ш результатам исследований Солее 300 ступеней и промышленные каталоги когшрсссо-ров, випускасшх заиодоли страны.

Разнообразие форм reo/.ютрии и технических реейния, огракахацих реелыще П15С и келательтсть удовлотсорения запросов различных поль-созателяй, осъясияег отрешение к дс?А1ы*>цу опнеажго всех осо'-ен-.'Sjctoü конструкции.' С другой стороны, сокращение времени подготовки данных к сиесввдо п АЛД и (»иска информации в Сазе, уменьвенке объема нсюл^зуемой памяти 31'-! греоуют разумного ограничения количества информации. Найти оптим.-льнос решение- чрезвычайно трудно. В это;! си-•ryarát ояюй из рдавн« о со' енгиетеа рассматриваемого ЛЦД является иаявчие ю-пшгаегч прогодешя нсспо/лноП реорганизации сазы, ее со-Берсзнстаозгнип к развития паосноса ука существующей базы данные.

Реализация А'1Д ЩК проюдилась в два о rana.. На первом была'виб- • рана СУБД PbJiÜAS, адаптераганная для 8ВМ типа ЕС 1036 и обеспечивающая описание и ¡нантеулиуовакиб реляционной модель» данных. Пол::ыИ перечень огноксамй и структурные сплои кевду ¡¡ими представлены на рис. т.

• Для работы А1\Ц создали используют«* fMCajotejai для хранения схом (аз дшш<, исходных текстов оссм, суЗсхем и ош>к отношений; исходных текстов пргркчм -юльоозй-ifeMi приклзднь'К программ; заданий для pr/ovir с гг^грашаыи и пр, tice программа осуществляют диалоговую режиа работы польо-на-дая с ЙюрйАютаннкв программы осуцгстБллюцие поиск, оср&изтву и пМорюипга из саа сорласнэ. запросам пользователя; Щ&Аназначены для ¡фоектирз«;акия .мкогоступон-наткх !.;;i;t,:h из улхщтйя двджд ш ступеням или пробктирэ нация сту-. пепой из дан&к ш отдельным ад>ю№и?аы, Так, ni еле вызова

одной из изиСЬлйс oí •¡¡¡ля го запросам программы, 'оеэгчееявяяотея диалог с пояьйовьтйлсм при удовлетюреимм -V отраттияй Ш диапазону

, sanaca по помпаду и и,я» Про г режа крэизеодк? выбор ступеней или их элементов, которь-е отвеча»? звдааш.

Шэиокиэссь использования персональных компьютера с достаточно я тмкдай память» и ямводос развитое системное обеспеченно rp3s¿>~ лила рассмпить структуру А'ЗД на шеь коппрессор в целом, вкл>э«1з а псе дя-ынуа по ступени как г.оставку» часть. В результате в структур Л4Д SKeoetib' следуйте отношения: кошаювка компрессора; основные габариты компрессора'; характеристики привода; характеристики оклади голой; общ'л ¡зьвргйЪ'ичечясие характеристики компрессора; raso-дмнам;ыееп50 ха^терксгакя компрессора; газодинамические характе-риоу.и.и ¿омтростара и газодкнамидаские характеристики секций. Кн-

Общие параметры комп-ра ссора

Охладители

Входное у строй С1 (Вх Ус

ТВО

Меридионал. сечение Вх Ус_

Радиальное сечение Вх Ус

Газодинамич хар-ки Вх Ус

—Г~

£

компрессор

Компоновка 0С1Чие. энер гетйческие данные Энеогетич. I характерами тики ком-ра

г

• Секция Нокинальн. Онергетич. 1

параметры секции секции |

*

Ступень юшальн. хар-ки ступени -«—* ¿неогетич. хар-ки ступени

Привод

кокпрессо-_

ЛТЕ

Рабочее , колэсо (Ж)

X

Диски РК

!Ьмикальн. параметры

т

Газодинамич хар-ки Ш

Диффузор

Меридионал,

сечение

дито-ра

Газодинами!

параметры

Ш

1.

По ао ротное колею (ПК)_

Меридионал. сечение ПК

Лопатги-

1

{Обратный

1 направляй ций а^.пара"

.Меридионал. сечоние ОНА

Газодинамиу , —"1 хар-ки

(ПК'

ОНА

Зксперимонт жшьгташя

Р

«о

I

выходное устройство (Вих Ус;

Меридионал. сеченка Вмх Ус

Радиальное сечениз Вых Ус

Разодадгаыич хар-ки Вчх Ус

Рис. I. Информационно-логическая структура ^ВД игагробекных комлрессоро в

фирмациокнологическая с.руктура этой части ЛТД предусматривает связь с ранее рчдраоотаннкш ЛДД ступени. АДД 11ЦК реализован на Оазе перся ггальных- ЭВМ типа Iflíí/PC шд управлением СУЩ типа Р8Л5Е , ко горке относятся к системам реляционного типа и широко применяются в мирово практике.

Создание АВД позволило автоматизировать процесс осооцешш зкспе рименталькык данных, базируясь на методологических позициях математического моделирования энергетических характеристик. Программный ко леке разработан для персональных ЭВ1<5 типа IBM/PC и включает в себя ЛВД; подробный поэлементнкй тер:«rasoдинамический расчет ступени; расчет меридионального течения методом квазко рта го налей; расчет .обтекания лопаточных аппаратов методом особенностей; различные методик схематизированного представления omop скоростей; методы идентяфикаци ММ и набор Ш КПД и теоретического напора. Комплекс выполнен в блочном виде, что предусматривает его многоцелевое использование. В данной работе указанный комплекс был использован для проведения численного эксперимента по оптимизации проточной части ступени 1ЩК. АДД 1ЩК использован также как информационная основа САПР компрессорных станций промпредприятий и показал высоку» эффективность при прорсбо: не варианта станции.

б. тот РАСЧЕТА ТЕЧЕНИЯ В СТУПЕВД ПЦК

йетод расчета течения в значительной степени определяет возможности IM к ее целевое назначение, Методы расчета течения, и оеоСс-шк их программные реализации на ЭВМ имеет также самостоятельное значение, т.к. анализ течения позволяет принять более обоснованные решения в процессе проектирования проточной части.

В соответствии с постановкой задачи в pato те бкяи примемте? ря методов, построенных на одномерюй, двумерной, кеазигрехмерной и ttp страиствендай моделях течения.

Для íDÍ КПД на оптимальном режиме (<ья использован простейший ме тод расчета течения, в котором распределение скоростей определялось по теоремам Бернулли для относктелького движения и ос. изменении мамонта количества движения. Методика на режимах- стличнкх от номинал* кого дает недостоверную картину течения- &тя как составная часть Í. для "ííi.icrpoíí" количественной оценки эффективности она имеет право на су1';е-ство5анйй.

Для расчета оьтекекия лопаточных аппаратов ступени на про из то. пик реяиках Сил использован метад "осоОенностей", который.сводятся рзждав уравнения Пуассон* относительно фужсти тока, представлен/;; зависимости от вяхреиезг-ишкев,' распределении* го контурам и школя Tt Сумчар/эс. течение- тэлуигется путем ваток«»

чз. ке&эзкуцениыК шток течения от системы вихре Л в слое переменной гол'дга:. /.сходное интегральное уравнение получается, если функцию гуммаршго точения для точгк г„ на некотором к -ом профиле приравнять к ее выражении как линии тока относительного движения:

З* ) in2{ cW 2£Сн«- cos ^'[M.-u^Wjljs-

i.'\ ¿All - - r ->

- ¿3=. ^ - Ccc tu - Co J i-udijclz + uJ Й K(i) d i\ -

•Wu г { Ь

5 Ki -

- COS Ц Г U „, - Ue;Cfe)]V dt .

i j < Расчет течения сводится к реаымю интегралы«;го уравнения Фред-гольма персого тида, которое в свою.очередь приводится к решения системы алгебраических уравнений путем замоин интеграла с искомой под-интегрально;'. функцией квадратурной ¿«рмулоя Гаусса для 1б углов.

Кзалнтсегкерньш расчет течения в ступени [!Щ представляет со'-ой модель пространственного течения как каоора обтеканий лопаточных аппаратов fii, ДЦ и 0Е4 в ряде слоев между осесимметричиыш поверхностями тока. Этот подход использует сягместное решение двух задач: определение фор'чы осесимметричкых поверхностей тока и оотеканкя лопаточных аппаратов в слое переменной толвршм меяаду этим поверхностями. В алгоритмическом сикеле здесь ооъедкне№ методики кривизны линии тока и "особенностей".

Бее рассмотренные методы программа реглизованы э модульном виде на различных алгоритадче лшх язшах для операционных систем ОС-ЕС.и Mi DOS . Имеется программная связь с АВД и антомаг^ттросанная подготовка данных по запросу из АЦД. Согласно задания шльзоеателя возьюг,-но вьчюлнбние различных сочетания расчетов: меридионального течения; оОтекания лопаточных аппаратов; полная квазитрехмернкЯ расчет потока.

Дня расчета пространственно то течения идеального сживаемого газа разработан комплекс программ исгользугаций метод конечшя элементов (1<КЭ;. Основное исходное уравнение предс:ааляет собой уравнение Дакке ни я идеального газа относительно потенциала скорости f :

_ J- \* ^ +■ f^)4^, * f^^if + ./512. +

1 {~i>iJ ■ ■aii -ex на -од-о^

+ n -SLi.-a1,-ti- + p-U.Td.) -0,

i i n- i /"И \l flit Y" 1 где a - Msc-.ная CKOWOii) звука: 0 =0«+ -5- 1С«Ч<Й. / ve?,/ J*

Область ктнт раабикаг-тся иззпараметрическими трехмерньмп олталжн второго порядка е 20 узловыми точками. Значс-нио по гении-ела с№р}ет внутри ялемента определяется с помощью ашрокскмацдан-ШМ шлиюма через его значения в уздавюс точках элемента: Соглася вариационной дастаноаке уравнении Пуассона можно поставить в соответствие- потенциал, в который естественным образом входят и граничные условия. Замена в функционале алпроксимационньад! полиномах» функции формы элемента приводит к репенлю системы алгебраических уравнений.

В качестве граничных условий заданы: на входе и выходе по потоку в область расчета - распределения скоростей; на поверхностях лопаток и ограничивающих дисков - условия непротекания; на поверхностях следующих за лопатками рабочего колеса условия периодичности

По еле до вагельность расчета пространственного течения следущал разбиение области течения на конечные элементу; формирование-оощзр матрицы жесткости системы СЮ путе^ сложения матриц жесткости кам дого элемента; учет граничных условий при вычислении значений интегралов в функционале и затем решение уравнения:

-

где - столбец потенциалов; - столбец лравкх частей, учи-ткваюций граничные условия.

'Дам»л; метод реализован в виде комплексоо фОРТРАН-программ для персональных ЭВМ и ЭВМ типа , но из-за значит&льннх затрат времени на расчет течения кеиспользован для построения конкретных Ш, а применяется только дал отработки приемов схематизации кваэитретаер-нэго течения.

7. РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ПОИСКА КОНКРЕГШП) ВИДА ШКШ'ЛЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

В процессе построения Ш возникает важная, как с точки зрения получения конкретного результата, так и с методической точки зрения задача конкретизации Ш го выборке экспериментальных данных, которая относится к задачам идентификации объектов управленит и является процедурой 1«эстроения оптимальной в определенном сшпле Ш объек та управления по реализации его входных и выходных пар&уэтров. Боль аое разнообразие судествуицих методов идентификации создает иллюзию полной проработанности данного вопроса и наличия возможности решени практически любого класса задач. Полученный же опыт использования различных алгоритмов в процессе выполнения.данной работы показал не пригодность больаого числа еущзмрущях алгоритмов и вкапал пеобло-

- гз -

димость самостоятельного решения данной задачи.

Наличие погрешностей в измерениях при проведении экспериментальных исследования компрессора и невэзможгасть исчерпывающе годного описания физических процессов в МИ требуют их компенсации.Это достигается использованием числа испытаний превышающих число неизвестных в ОД. Т.е. получается система условных уравнений, своеобразие которой заключается в ее несовместимости. В этих условиях возникает необходимость принятия соглаиения о способе репения. Очевидно, что естестве»» принять такое реиение, при котором сумма квадратов невязок была бы минимальной. Определенная таким образом функция цели из-за сложности аналитического выражения Ш и наличия многочисленных локальных минимумов мзжет быть оптимизирована только при помощи специализированных алгоритмов.

Для идентификации Ш было разработано два основных алгоритма: метод случайного пояска и комплексный метод определения глобального экстремума, включающий в себя детерминированные и стохастические подходы. '

В методе случайного поиска использованы идея наискорейшего спуска при сравнительном анализе градиентов функции цели. Значение масотаба, регулирующего величину шага го каадой координате искового вектора, зависит от эффективности процесса гоиска. "Обучазацие" алгоритмы были получены путем обработки результатов тестовых задач.

Опит эксплуатация алгоритма показал на имеющуюся в случае сложных Ш неоднозначность получаемых ре пеняй, что привело к разработке более сложных методов.

¡&тод нахождения глобального экстремума является сочетанием' метода сопряженных градиентов, метода Хуна-Дкизса к комбинированного метода детерминированного и случайного спуска. Укрупнен« весь алгоритм можно разбить на три составные части. В первой - по "основному алгоритму" определяется оптимальное значение искомого вектора Х0> . На втором этапе осуществляется проверка глобальности найденного экстремума. Если новое значение Ха2 не отличается от предндучего в пределах заданной точности, то делается заключение о глобальности найденшго экстремума. 3 противном случае процесс поиска продолжатся из предположения, что определен локальный ышгсмум. Для выполнения расчета задается начальное значение иско-шго вектора X , вектор левых А и правых В границ области определения и требуемая точность расчета. В "основтом" алгоритме величина шага го каждой координате:

В гтриреденнл координат вектора выделяется детерыиниро ванная и случайная составляющая £ Масяггабше коэффициенты Мли зависят от характера проведения гюиска при выборе направления.

На каждом шаге проверяется удачность выбранного направления; Приснеудачшм шаге происходит изменение соотношения между случайной и детерминированной частями в приращении координат. При многократном совершении неудачных шагов происходит переход к алгоритму "овражный поиск". Если при использовании метода Фибоначчи функция цели уменьшается» то обращение к "овражному поиску" было прездевременнда и происходит обраденке к "основному", алгоритму.

Рассмотренный алгоритм был использован при выполнении идентификации КПД и кагора ступени, гда число компонент искомого вектора X превышало 70. Алгоритмы реализованы в виде ¡ЕОРГРАН-программ для ЭШ типа ЕС и персональных компьютеров типа 1ВМ РС.

8. АНАШ Э$$ЕОТВЮСШ СГУШШ ЩД И ОГПЩЙЗАЩЙ ЮС КОНСТРУКЦИЙ НА ОСЮБЕ ЧйСЛЕНЮГО ЭШЕШМЕНТА С ШШЬЗОВАНШ! Ш .

Разработанная система Ш КЦД и напора позволила построить алпо ритмы для проведения вычислительного эксперимента и реализовать их на базе персональных ЭВМ. Укрупненш было разработано два алгоритм для Ш на номинальном режиме расхода и для Ш всей характеристики.

• Для исследования и оптимизации на базе ММ КВД номинального режима исследуемы® параметры в определенной степени условно разбивались на заданные (Ф»Ч*г«м«»» толщины лопаток, лабиринтное у: лотнекка и показатель адиабаты) и варьируемые Сгеометрические параметры и соотношения скоростей-1. Целевой функцией оптимизации приня' максимальный КЦЦ. .В алгоритм расчета включены уравнения сохранения энергий для кавдото элемента ступени, уравнение изменения количест ДЕятания; уравнение неразрывности; ряд эмпирических соотношений оп ределяЕЗДХ углы выхода потока с лопаточных аппаратов.

Расчеты эффективности ступени я значений-потерь в элементах были проведены для более чем 1000 вариантов ступеней при изменении следущях исходных данных ф «0,0и0,16; ЧЧ =0,4^0,9; Ми »0,5^1; Згг «0,2*0,5; Чей 10б-г5' 1(Г; к

Лкчислктелъный эксперимент позволил произвести оценку мазеима ю возможных КОД при различных сочетаниях варьируемых параметров * Еьра&тать рекомендации ш оптимально»^ соЬтносгжя эпюр скоросте; основах геоузтрячееккх параметров. В результате получены тайличт

— <л> -

щвисимости, которые для ряда диапазонов удалось аппроксимировать, {роме этих прикладных результатов» произведен годробный анализ составляющих потерь в каждом элементе и го ступени в целом.

Останавливаясь на самих общих результатах, можно отметить, что кроме очевидного воиятя Ф на эффективность п оптимальные со-этнопения размеров, существен«) соотюпение , Ии , i\i . Так увеличение Ч'т с 0,5 до 0,8 при постоянном Dir приблизительно в два раза увеличивает гидравлические готери практически во всем диапазоне {расходов. Увеличение Djr с 0,2 до 0,5 при постоянном напоре приаодит я росту потерь КЩ в 40-5СЙ в области расходовФ? 0,1, как в НС так и в БЛД. В области расходов Ф < 0,04 влияьсо незначительно.

Характерная особенность изменения суммарного коэффициента силы соггротивлешя с* состоит в том, что происходит значительно изменение диапазона коэффициентов расхода Ф , соответствующего минимуму с« с изменением коэффициента напора. Так для *Vr «0,5 . а диапазоне расходов Ф «0,04-0,1 значение с* имеет минимум и практически не изменяется при различннх Э1Ти Mj , тогда как при =0,8 минимум Cw соответствует коэффициентам расхода Ф ■ =0,03-0,05.'' . ,

В области малых расходов наиболее заметное влияние оказывал» коэа^иииекты сопротивления ограничивающих поверхшетей и к£(дуктив-ных готерь. Уменьшение напорности ступеней усиливает этот эффект. -Индуктивные потери по своей величине со поставит с потерями ш задней стороне'лопаток во всех исследованных диапазонах расходов. Коэ<$~ фициент сопротивления-ограничивающих поверхностей составляет примерно четвертую часть от коэффициента сопротивления профиля, и только в области сравнительно малых расходов его вняичина приближается к коэффициенту сопротивления профиля. Между коэффициентами сопротивления- по передней Сып и, задней Cw$ сторонам лопатки ¡¿экю заметить определенную стабильность соотношений их величин при постоянстве Би и Чг с изменением расхода. Более того, пря всех изменениях варьируемых параметров их величины лежат в достаточно узких пределах, так Cwj изменяется в диапазоне 0,004-0,005, - в диапазоне 0,0015-0,0025. Такое постоянство значений требует напоминания о том, что рассмзтрены ступени обеспечивающие максимальный КПД на расчетном режиме.

Сякмаемэсть штока в диапазоне Ф »0,04-0,09 не оказывает существенного влияния на соотношения между потерями. Только при ф < 0,04 и 0,1 отмечается перераспределение между их состав-

ляющими. С ростом критерия происходит уменьшение потерь до

ЗОЙ, причем наибольшие изменения имеют место при уменьпении расход-тети. Изменение М и Rew в изучаемых пределах не оказало влияния на параметры оптимизации.

Характер изменения КДЦ в диффузоре показывает, что наибольшие имеют место в области расходов при Ф< 0,01 и высоких коэффициентах напора. В исследуемом диапазоне расходов зависимости

.viC^r) описываются для разных Ват одной кривой. Это означает, что 5вг не влияет для заданных Ч-у и Ф на величину коэффициента гютерь ЕВД. Это позволяет сделать заключение, что при фиксированной расходном« ступени влияние 4>г на величину гидравлических потерь н ЕЛД проявляется золько через изменение выходшй скорости из FK. Влияние критерия Рейнольдса ReCj не существенно. Влияние сккмае-дасти наибольшим образом проявилось в области высоких Vr =0,8 н Ф »=0,12, где отмечен рост ¡¡¿¿^ в 50?°.

Вычислительный эксперимент позволил также сделать обобщения по влиянию на оптимальные параметры схематизации: vr (средней Диф$у-зорноста межлопаточного канала FK;; iWcf (средней нагрузки на лопатки FK) и к« (распределение нагрузи! по лопаткам ИСЗ величин напора, расхода втулочного отношения и числа Ми .

Средняя ди^узоршсть межлопаточнкх каналов FK меняется в основном в пределах от 0,6 до 2,0. Для большинства сочетаний рассматриваемых параметров с ростам расходности отмечается и увеличение ди^узор ности. Но при больгах втулочных отношениях ( D&T t- О,А) и высоких козф фищ;гнтах напора ( 0,8/ характер зависимости меняется. Влияние критерия м u сравнительно невысоко и оказывает влияние при высоки* коэффициентах напора.

Если отметить обилие особенности характера изменения оптимальных значений коэффициента нагрузки к« , то можш указать, что для рабо-цих колес со сравнительно низкими расходами и напорами оптимум КЦД достигается при смещении нагрузки и входу рабочего колеса ( к« ,= а Ai-Ti/iVcp возрастает/. Увеличение расхода Ж при различных сочетаниях и VT требует либо постоянства коэффициента нагрузки, либо его уменьшения. Представляется очевидным изменение коэффициента нагрузки в довольно широких пределах, как параметра схематизации скоростей наиболее заветным образом влиякщим на форму распределения скоростей. Ьдесь тайне модно отметить и значительное влияние сжижаемости потока, при котором с ростом Иц требуется сникенис коэффициентов нагрузки. Оптимальные эначенияс средней нагрузки на лопатки FK изменяются в пределах от 0,2 до 0,5 с ростов коэффициента расхода. Повы-

¡ениэ напора тая втулочного отношения приводит к увеличению опти-.'алькьгх значения д^Ле . Для значений ф , 4>г , Ьът наиболее часто спальзуечих в коыпресеоростроекии, >,ожнэ указать достаточно узкий ;иапазон изменения бХе-с «0,25^0,35.

Рекомендации по выбору оптимальных соотношений параметровЗсхе-:атцзмтя скоростг М обработать: в вида полиномиальных зависимостей.

Выполненное расчетное исследование на математической ;пделя .вухзненной ступени позволило установить количественные соотношэ-ия мехду радон основных газодинамических и геометрических параметров :тупени. Щрокий спектр значений 62 свидетельствует о необходиюс-и тщательного анализа при пыборэ ширины Ж. Регулярный характер из-'енения от и'г , и Сьг позволил астр)котг-иродать результаты )асчето!э. Влияние втулочного отношения на оптимальнее значения углоз ;хода потока на ГК и выхода ^г сравнительно меньше. Изменение Ом с 0,2 до 0,5 приводит к некоторому увеличении ^ по всей Ф грнЗлиэительнэ на одинаковую величину С'около 4°;; с увеличением распада меняется незначительно (около ЗР) и не зависит от нагор-¡ости ступени. На оптимальные значения угла выхода потока наибо-[ее сильное влияние оказшзаат значения 1>ег и Ф (при изменении : 0,01 до 0,16 значения ^ увеличиваптся а 2-2,5 раза). Влияние юз^нцяента нагара незначительно.

При проведении Еь-числительдагз эксперимента определенное внима-те була уделено влиянию исследуемих параметров на число лопаток Ж. 5десъ могао отметить изменение го ведения зависимостей гри различия напорах. Так наряду с очевидным увеличением числа ло-тток с возрастанием напора заметно, что уменьшается тенденция воз-:астания числа лопаток (при О»? и Ц'г-есиУ* , с увеличением расхода :а5оче-го колеса. Для вк:о ко напорных ступеней з области & =0,04-0,12 жачекие расхода практически ке влияет на оптимальное число лопаток. Обличение втулочного относения приводит к росту числа лопаток. Сжи-¿аеюсть о пределах исследованного диапазона Ми на число лопаток кияат незначительно. Отметим наиболее характернее значения оптималь-•й-тх чисел лопаток И: при б5г =0,2 и =0,5 оптимальное число ло-таток получено в диапазоне 9-13; при =0,2 и Ч-Ч =0,8-20-26; при "бг =0,5 и ч-г =0,8 около 30 лопаток.

ЧисленннЯ эксперимент, выполненный на Ш КДД юлнокомплектной зтупзни по всей еирине рабочей зоня характеристики, дал обпирнке дан-■шо для диапазонов изменения: углов |.»„ =24°-5СР; ^¿й-бО3; чисел гопатоя Ш 12-24; относительной ширины канала РК Ьг »0,008-0,08. В ;!ссле-дуешх_ ступенях бгли вкйраш безлопаточнке диффузоры с =

=■1,4^1,6, = =0,0064-0,08, Геог^атричесяие размеры ОКА изменялись

&

в следующих пределах: Í!£=0,£k-0,08, 64 =0,03¿-0,09, углы устаю вю KonawKdAs=8-37° ud,,b=9(P. Число лопаток ОНА г =16-32. Для все ступеней =0,34-0,9. В каздоы варианте ступени рассматривалось, как правило, б значений расхода. Диапазон изменения коя^тициен-та расхода 0,0044-0,1. Б результате вычислительного экспериментального исследования около 200 вариантов проточных частей получены подробные данные, го изменению КПД и коэффициентов потерь Щ, БЛД и ОНА, коэффициентов потерь и коэффициентов сопротивления всех введенных в ИМ видов потерь в хавдом элементе ступени и изменения соотношений в схематизированном описании распределен«;! скоростей при варьировании вышеуказанных геометрических и газодинамических параметров проточной части. Здесь уместно подчеркнуть, что если часть энергетических характеристик ступени может быть получена при проведении сравнительно дорогих исследо. ваний на экспериментальных стеадах, то ряд вакннх показателей представляется возможным оценить только при помощи. эксперимента ■ ка Ш.

Многочисленность полученных данных не позволила провести д указанных ступеней, значительно отличающихся друг от друга газо, намическими процессами, обобщение результатов. Из общих тенденций можно отметить, что изменения КОД в элементах ступеней распределяются следующим образом: около воловины приходится на FK и приблизительно та 235 на неподвижные элементы на режимах близ ких к расчетным. При максимальных расходах отмечается эначитель ' ный рост потерь в НС. Изменение КЦЦ БЛД и ОНА в сравнительно ши рогах ступенях tí> »0,07-0,1; небольшое и ленит в пределах 4— Сужение БЛД приводит к заметному росту потерь в нем, которые достигают Wf? л; становятся сравнимыми с потеря»® КПД в НС.

Аналогично, шжно отметить и разнообразный характер измене коэффициентов потерь. Пример соотношений д^ и приведен на рис.2. Из устойчивых тенденций наблюдается, что с уменьшением Ми С 0,9 до 0,3 происходит значительное изменение соотношеот между коэффициентами потерь IK, БЛД и ОНА, так при высоких Ии ■л коэффициент потерь НС значительно превыз1ает коэффициенты гок БЛД и ОКА, при Ми В0,Э на оптимальных размах значения бл} кV-. Определенный скачек в поведении наблюдается при нзм<

некий сирины Ж и ЕЛД, так при переходе от Ьг =0,04 до 0,03 косффщиэнт потерь меняется незначительно, всегда как дальней! укекьзэиие до »0,02 приводит к значительному росту

> 0,15-

0,(0

o,os

о,огз q,o zs 0,033 о.оза o,ota

Ф

0,053 0,02fi 0,033 0,038 0,0«

P'C.3

Анализируя характер изменения коэффициентов потерь в FK можно отметить только многообразие соотношений--ме:*ду ¡ими (рис.3<. Рассматривая отдельные выборки, удается установить определенные устойчивые тенденции, так для сравнительно широких ступеней значения коэффициентов потерь по задней стороне лопаток ПС значительно превосходит остальные на расчетных режимах. Величина "вклада" задней стороны лопатки Ж з обцуи сумму штерь зависит от относительной сирины FK и про&тя лопатки. Так изменение ^ =0,03^0,008 приводит к более чем пятикратному росту вторичных потерь и потерь на ограничиваю:;:« поверхностях. На минимальных и максимальных расходах значителен вклад "ударнчх" потерь. Зачетным становится в этом Случае и влияние входного учагтка Ht, потери з котором достигают 4-6$.

Ооотноеония между составляацтая потерь в ОНА значительно отличаются от рассмотренных выше для HÍ. Так влияние ударных потерь становится заметно нэныле даке на крайних по расходу режимах. Наиболее существенное влияние на изменение КОД ОНА оказывают потери • по передней стороже лопаток, по ограничивающим дискам и в пою ротном колене. Хотя соотношения ыеяду этими потерял» э значительной степени изкрняэтск при различных сочетаниях ретамннх факторов и геометрии ОНА.

Наличие большого числа данных по результатам расчетного исследования делает притягательной возможность обобщений. Так при анализз коэффициентов потерь ГК, БЛД и ОНА на оптимальных режимах для малорасходных ступеней I Ф < 0,015) наблюдается связь между £ от <£> близкая к аналитической. При увеличении коэффициента расхода вше 0,02 только ориентировочно можно указать область изменений коэф- . фкщентов потерь. Сравнительны/^ анализ составллкхцих потерь "узких" FK оказывает подавляющее влияние составлявших потерь напора на ограничивающих поверхностях и от вторичных течений. Аналогичная зависимость, хотя н менее детерминированная, наблюдается и для коэффициентов потерь БЛД и совершенно не проявляется для ЭКА. ГЬследнее объясняется применением ¡глроких ОНА сравнительно с FK и ЕЛД, в которых потери при обгекачии лопаточных аппаратов в значительной степени вликют на эффективность ступени. Статистическая обработка результатов позволила предложить аналитические эависидасти для определения коэффициентов потерь FH и БЛД при Ф>пг < 0,02:

= С°.<>г +l^íMÍ + (íiO-237Ми}ф]"1;

Малая представительность выборки ыалорасходных ступеней, по которой проводилась идентификация ММ, требует указания на то, что приведенные зависимости имеют демонстрационный характер возможностей вычислительного эксперимента.

Учитывая вздюсть вопросов унификации ступеной был проведен анализ влияния геометрия меридионального сечения на эффективность ступени и ее элементов при изменения ?г =0,019,0,04 с различными сочетания =0,0134-0,04 и числами М* =0,33; 0,6; 0,8. при постоянной ширине ОНА. Полученные численные соотношения изменения КГЩ элементов позволяют принять обоснованные решения по выбору конкретного типа ступени. Анализ полученных результатов представляет собой самостоятельную задачу. Здесь мжнэ отметить только нелинейных характер влияния Ь^ на и на д.ЬЕ/ч • Так пря Ми =0,33 изменение от 0,013 до 0,02 приводит к росту потерь в БДД приблизительно на 0,6$, дальнейшее увеличение Ц до 0,029 дает рост потерь почти в в сравнимом диапазоне расходов. Сравнение' ступеней, а которых производилось, сужение БДД до =0,085, ■

юказало эффективность этого приема да я повышения КПД ступени, С увеличением Ми отмечается более заметный рост КГЗД.

Иллюстрации возможностей вычислительного эксперимента дают исследования серии стушней при негкяенных ыерцдиокальккх сечениях с Ь2 "=0,048 и 64 «0,063 с разкьч?л углами устано б ж лопаток в ГО |>лг =2^, 37°, 57°. В результате то луче щ подробные данкие по каздому элементу ступени и по потерям в каждом из.них. Так при рассмотрении характеристики Ш наглядно видно как количественно, так и го форме меняется характеристика. Если изменения минимальных значений аЬ^ для обеих серий ступеней при разных лежат

в диапазоне то происходит резкое изменение формы характерис-

тик и ширины рабочей зоны. Причем, при .. «0,048 влияние на. оптимальное значение Ф сравнительно невелико Ю,0зэ^0,042)при изменении , тогда как у более широких К оптимальный расход

смещается от 0,045 до 0,058. Если в первом случае форма характеристики и рабочая зона изменяется незначительно, то длк ступеней с Ьг =0,064 угол установки лопатки значительно меняет форму и рабе чу з зону характеристики.

Учитывая многообразне й горой противоречивость требований к энергетическим характеристикам ступеней, слокность и взакетсБязан-ность физических процессов в проточной части ступени, выработка обобцщеп;:« рекомендаций по проектора ваш® аачаступ ко пре^стагля-етсл возмэнюй. В этом случае неоспортг/в помощь при проектирзвамп

— OJ -

исследованиях ПЦК дает возшуность сравнятелью простого ш-ислительшго эксперимента на ЭВМ с использованием предложенных ^тематических моделей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методология построения математических моделей ффективности преобразования энергии в проточной части ступеней ЦК на основе единого методического осшсленяя экспериментального [атериала. Лострзеиле Ш базируется на: поэлементном рассмотрении тупенч; представлении, энергетических характеристик в виде функця-нальдах зачисиыостей от критериев го до бия; параметров ра'йтределекг? ¡корзсте-а и геометрических размеров; расчете течения газа в стукни; статистической обработке результатов экспериментов.

2. На оснозе обидах концепций построения рассмотрены различные яккретныз вопроси реализации подхода и разработан иерархический ад математических моделей характеристик ВДЦ я нашра ступени, поз--¡олива« ке только аналитически выразить характеристики, но и уг-[убить физические предстаачения о процессах преобразования энергии

i ступени. ^

3. Разработана математические модели протечек в уплотнениях

i потерь дискового трения, roa юлящие учитывать ряд собственных >влзннП, не рассматриваемых в применяемых в настоящее время методк-¡ах. -

4. Усовершенствованы методы расчета течения идеального газа в троточной части ступени, позволяйте определять структуру штока ;а базе двумернь;х и кзазитрехиернух представлений«

5. Создан метод .расчета п^астрансгвенюто течения идеального ¡ашазиого газа в мезиопаточных каналах ступени на основе метода соиочннх элементов. .

6. Разработана информационно-логическая структура автоматизи-х>ванного многоцелевого банка данных центробекных компрессоров, 1редус!.!атрт-заш".м описание конструктивного выполнения и газодина-.frrjseKHX дараигертстик как компрессора в целом, так и ступеней его.

7. Создан автоматизированный банк данных па результата;.! ис-, зледований более 300 ступеней отечественных я аарубеотмх организация я перезедзны в него промышленные каталога компрессоров, вытекаем!« предприятиями страны.

8» Разработан» подсистемы автоматизированного проектирования 5азирую!Щ<еся на использовании !&1 и аэтоматизирванного банка данных.

Выполнен вычислительный эксперимент на ММ двухзвенюй ступени (FK+ЕЛД) для I0OO вариантов г на l-i полнокомплектной ступени (РК+НЛД-iOfiA/ для 200 вариантов проточных частей, позволивший произвести в диапазонах »гзменения Ф =0р354-0,16; уг = •>0,44-0,9; Mj «0,34-1; euj =5' подробный анализ процес-

сов преобразования энергнк, уточнять вл*яние основных геометри-чесхмх размеров v параметров распределения скоростей на эффективность ступени к выработать рекомендация по проектирований ступеней.

10. Для проведения идентифякаци* ММ разработаны оригинальные алгоритмы математической оптттзации.

11. По всем решаемым вопросам созданы соответствующие программные комплексы для ЭВМ типа ЕС * для ПЭВМ типа IBM-PC.

12. На основе АЕД и Ш! характеристик ПЦК разработала-система зскяздаго проектирования компрессорных станций промышленных предприятий.

13. Результаты работы гсшльэуюгся в учебном процессе ряда ВУЗов (1Ш, 05 1Ш, СПбПУ, НрПИ и др.; при проведении различных видов занятий. Поставлено два новых лекционных курса тг выпущено четыре учебных пособия.

14. Методики, программы расчетов к рекомендации го проектировав® используются в работе ШО "ВШ1холодыаш","ВНШкошрессор-маш", ШО км.М.В.Фрунзе, СПбПУ т др.

Основные результаты диссертация* сруйлтеованы в следующих работах:

1. Галеркин Ю.В., Козлов А.Е., Никифоров А.Г., Селезнев К.П. Некоторые результаты математического моделирования КОД двух-звекных ступеней центробежного компрессора//05общенные методы . анализа энергетических систем/Гр.ЬЬск.знерг.ин-т.-М.:М2И,

1975 г. с.57-65.

2. Никифоров А.Г., Казачков Л.Я. Реализация на ЗВМ расчета обтекания решетст профилей ценгиляторзв электрических маг№н// Специальные рекчмы электрических мат*н/Тр.М>ск.энерг.нн-т-М.:М0И,1975 Г.-С.117-Г26.

3. Галеркин Ю.Б..КулагинВ. А. Никифоров А.Г. Опыт расчета плоских потенциальных течений в мнэгосвязанннх' областях//1Уцро-динашгка болыздх скоростей/Межвуз.сб.науч.тр.Красноярск,КрГУ, 1978 г.-с.95-99.

4. Галереты Е.Б., Козлов А.Е., Няктфорэв А.Г., Селезнев К.П. Разработка математической модели для оптимизации проточной

част* ступен* центробежного компрессора/Д*м*ческое * нефтяное м£шл»нэстроенче. 1979, № 5.-еЛ-4.

5. Галеркин Ю.Б. Михайлов В.А., HwKwJopoe А.Г., Тихонов В.В. Исследэвазсте течения в рабочих колесах вентиляторов электрических мага*н//1^уди Моек.энерг.*н-т.Ы. ,1379, вья.439.-с.33-38.

6. Никифоров А.Г,Спец^з^ка.-i.:МЭИ, 1979.-54 стр.

7. Кик»форов А.Г., К>злов А.Е, Экергеггческге установки. Циклы тепловых машян.-М.:НЗК, 1980 г.-50 стр.

8. Галеркин Ю.Б., Никифоров .А.Г., Тихонов В.В. Математическое моделирование рабочего процесса турбомашян.-М. :МЭИ, 1984 р. -80 стр.

9. Галеркин 0.Б., йгеайлов В.А., fVimiopoв А.Г. Математическая модель для расчета энергетических характеристик двухзвенной . ступени центробежного компрессора в квазтгтрехмерной постановке //Хо ло дг л ьные машины г термэтрансформаторы/Межвуз. сб. науч. трудов.-Л. :ЛТШ, 1965 г.-с.37-42.

IÖ. Галеркин D.S., Ераова Л.Н., Никифоров А.Р. Расчет течения ckf-маемого идеального газа в мергдгональдам сечентп» турбомашин методом конечных элементав/ДУдродхнамстка больших скоростей/ Межвуз.сб.-Красноярск:НрПИ, 1986 г.-с. 122-128.

11. Ник»(*оров А.Р., FyxaxTH Г.И. Применет»е метода конечных элементов в теплоэнергетических расчетах.-Sl, :H3l, 1986 г. 60 стр.

12. Галеркян D.E., Костюченко В.М., Hwifope А.Г. Система автоматизированного проектирован*™ центробежного компрессора на. основе математической модели рабочего процесса//Автоматизация

_ проект>рз вадая/Межвуз. сб. -Иваново :ИВГ7, 1988 г.-с.29-33.

13. Селезнев К.П., Галеркин D.5., Н*»ктфоров А.Г. Методологические вопросы моделирования рабочего процесса турбоматн к успех* в оптщггзацп» проточной части на примере центробежных компрессо-ров//Г1»дродстнам*ха большх сиоростеяДЗехвуз, сО.науч.тр.-Красноярск, КрПИ, 1987 29-33. ■

14. Селезнев К.П., Ерюва Л.Н., Никифоров А.Г. К расчету про стран -. ственного течения сжимаемого *деальдаго газа в рабочих колесах

Турбомао»н//П*дрод»адам1»1са больших сюэростей/Межвуз.сб.науч. тр. Красноярск:КрПИ, 1987 г.-с.92-96.

15. Галеркин Р.Б., КЬстиченко В.М., fW»сборов А.Г. Некоторые итог* * перспективы математического моделирования рабочего процесса центробежной компрессорной ступени/ДЬвьжние' зф^ект^вносп? холодильных мавд»н/Сб.науч.гр.-Л. :ЛГ»0!П, 1987 г.-с.82-89.

- 2G -

16. галерган D.B.» Никифоров д.г»» Селезнёв КЛ.-Hô-tke»«a+ic«S Hodeiiiftg ojj 3nt<vna& Piow tW« Cen-tit'iugQt Сстрг<и-ьсг HcxcUe^ iiltKtv^«. eui€ö+in/S4MKOM рСмь'Я--Ш? , ,N o«i8, pp fo5- f<S".

17. Никифоров А.Г. Иденхифжтия кногопарааегрлчеопхх иатвиахичес- . Kiiï поделай методами случайного поисха//дсклады «егдуяар.слма. 1WF0-S9/T0U I. часть I.-îJîihck, 1989 г.-с.527-531.

18. Борисов Б.Г., калднин Н.Э., Михайлов В.А., Никифоров А-Г. CJ-*cre-мы воздухоснабженая промышленных-предприятий,-и. :1';ЭЦ» 1989 г. .

19. Никифоров А.Г. реализация кетодолог/.д построения математических моделей эффективности девтробехных компрессоров вь персональных 3B!.i//f.îex sy зо в .сб. науч .тр. знп.8-3. «ИГЛ, 1991г. -с. 35-W.

20. Никифоров А.Г. Катеиатлческое моделирование как инструмент ;;с- . следования эффективности.центробежных компрессорозУ/позышекие эффективности тягодутьевого обарудованяя/цатер.всесовзн.каучн.-техн.сем.-Красноярск: КРПИ,' 1991г. -с,53-64. ,.

21. Никифоров а.Г. Исследование ступеней центробежных ксмзрзссоров ва основе иагеиаткческого мод,елироаанля//Актуалькиа проблемы

' фундаментальных иаук/Тез.докх.игхдуаар.каучн.-техн.кснФ. . -Ü.: йПУ, 1091 V. -с.64-65. . ' ' i: '

22. Никифоров А.Г. ?acteг потерь в уплотнениях я потерь на трение ■„дисков в радиальных «урбом&шив/згэисй докя.НТК.-М.: КЭЯ, 1991г.

-с.6<»-66.

23. Никифоров А.Г. Развитие математического моделирования характеристик дснтробехшг коипрессоров в Смоленской Цикаде МЭ51//Со-Бременные проблеиы эиергетйКя/фр.Иоск.зверг.ик-т.:-},';,: V3II,

1991г. -с.126-132. ' - V

21». Кабанова H.A., цямфоров А.Г«, Черненкова tj.Bi -ioiatz данных в САП? компрессорных, станций г.ромпрйдпрмтиРУ/саврзь'егш.'е проблема знергет№!/ТР^Иоск.эЕ5рг.'йн-т.^. : ЙЭИ, IS^LV. -С.132-Ш.

<i ■ . - ' а

Подписана * печах* litftt тарах-КО экз»

йаказ K'v Бесплатно .

Отпеадтапо на ротапринте СйбГГ/

iç525i, Cacci-üeicpäyрг, Политехническая ул., 29