ВСЕРЕЖИМНА БАГАТОПАРАМЕТРИЧНА БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОТОЧНОЇ ЧАСТИНИ ТУРБІН В ІНТЕГРОВАНОМУ ІНФОРМАЦІЙНОМУ ПРОСТОРІ : Всережимная Многопараметрическая Многокритериальная оптимизация проточной части турбины в интегрированном информационном ПРОСТРАНСТВЕ

Краткое описание

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УСАТИЙ ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ

УДК 621.135.001.26

ВСЕРЕЖИМНА БАГАТОПАРАМЕТРИЧНА БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОТОЧНОЇ ЧАСТИНИ ТУРБІН В ІНТЕГРОВАНОМУ ІНФОРМАЦІЙНОМУ ПРОСТОРІ

Спеціальність 05.05.16 – турбомашини та турбоустановки

дисертація на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Харків–2013

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .............................................................. 8
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 9

РАЗДЕЛ 1
ОБЗОР МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ, СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И
ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВЫХ
ТУРБИН ....................................................................................................................... 19
1.1 Обзор и классификация математических моделей проточной части осевой
турбины и ее элементов ............................................................................................. 20
1.2 Используемые методы поисковой оптимизации в задачах оптимального
проектирования проточной части осевых турбин ................................................... 27
1.3 Решение многокритериальных оптимизационных задач .................................. 34
1.4 Учет изменения режимов эксплуатации при решении задач оптимального
проектирования ПЧ ..................................................................................................... 45
1.5 Программно-инструментальные средства и подсистемы автоматизации
оптимального проектирования турбомашин ............................................................ 49
Выводы по разделу ...................................................................................................... 54
РАЗДЕЛ 2
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ ОПТИМАЛЬНОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ЕДИНОМ ИНТЕГРИРОВАННОМ
ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ............................................................. 57
2.1 Математическая модель одномерного течения рабочего тела в
многоступенчатой проточной части .......................................................................... 57
2.2 Математическая модель коаксиального течения рабочего тела в
многоступенчатой проточной части осевой турбины ............................................. 72
2.3 Математическая модель осесимметричного течения реального рабочего тела
в проточной части многоступенчатой осевой турбины .......................................... 78
3

2.4 Математические модели течения рабочего тела в элементах системы
соплового парораспределения ................................................................................... 90
2.5 Математическая модель течения рабочего тела через систему соплового
парораспределения и многоцилиндровую ПЧ ....................................................... 104
2.6 Подсистема расчета термодинамических циклов газотурбинных установок в
едином интегрированном информационном пространстве .................................. 115
Выводы по разделу .................................................................................................... 122
РАЗДЕЛ 3
ФОРМАЛЬНОЕ МАКРОМОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ЕДИНОМ ИНТЕГРИРОВАННОМ
ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ........................................................... 124
3.1 Теоретические основы, методы и алгоритмы создания формальных
макромоделей ............................................................................................................ 124
3.2 Метод повышения точности формальных макромоделей .............................. 133
3.3 Методика оценки влияния подрезки выходной кромки на эффективность
рабочих решеток ........................................................................................................ 136
Выводы по разделу .................................................................................................... 153
РАЗДЕЛ 4
УНИВЕРСАЛЬНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЕДИНОГО
ИНТЕГРИРОВАННОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА
МНОГОУРОВНЕВОЙ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ И
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ .................................................................................................................... 154
4.1 Теоретические аспекты и методология формирования единого
интегрированного информационного пространства ............................................. 155
4.2 Программно-инструментальные средства инициализации, хранения и
редактирования метаданных структурно-топологического описания единого
интегрированного информационного пространства ............................................. 166
4

4.2.1 Универсальный редактор информационных базовых структур, моделей
и компонент (ресурсов) единого интегрированного информационного
пространства .......................................................................................................... 165
4.2.2 Информационные подструктуры, модели и компоненты базовых
структур единого интегрированного информационного пространства .......... 170
4.3 Информационное пространство проекта. Методы, средства и алгоритмы
формирования, навигации и управления ................................................................ 180
Выводы по разделу .................................................................................................... 187
РАЗДЕЛ 5
КОМПЛЕКС МНОГОУРОВНЕВОЙ, РЕКУРСИВНОЙ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ, МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ,
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ И МНОГОРЕЖИМНОЙ
ОПТИМИЗАЦИИ ...................................................................................................... 189
5.1 Методология рекурсивной объектно-ориентированной многоуровневой
оптимизации............................................................................................................... 192
5.1.1 Решение задачи оптимизации при мультимодальной целевой
функции .................................................................................................................. 200
5.1.2 Особенности решения многокритериальных оптимизационных
задач ........................................................................................................................ 204
5.2 Учет изменения режимов эксплуатации в задачах оптимизации сложных
технических систем ................................................................................................... 209
5.2.1 Теоретическая оценка отличия двух подходов учета влияния
многорежимности в задачах оптимизации сложных технических систем ..... 210
5.2.2 Метод оптимизации, основанный на интегрировании формальных
макромоделей целевых функций ......................................................................... 212
5.3 Методы модификации и управления конструкцией объектов
проектирования в процессе поиска оптимальных решений ................................. 214
5.3.1 Метод управления и оптимизации параметров решеток при заданных
множествах сопловых и рабочих профилей ....................................................... 214
5

5.3.2 Метод автоматического построения меридиональных обводов
многоступенчатой проточной части осевых турбин ......................................... 220
Выводы по разделу .................................................................................................... 223
РАЗДЕЛ 6
ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ
ЦИЛИНДРОВ МОЩНЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН, РАБОТАЮЩИХ НА
НОМИНАЛЬНОМ РЕЖИМЕ .................................................................................. 224
6.1. Оптимизация параметров цилиндра высокого давления
турбины К-330-23,5 ................................................................................................... 224
6.1.1 Предварительный расчетные исследования существующего варианта
ЦВД турбины К-330-23,5 ..................................................................................... 224
6.1.2 Многопараметрическая и многокритериальная оптимизация ПЧ ЦВД
турбины К-330-23,5 ............................................................................................... 231
6.1.3 Результаты решения оптимизационных задач первой группы ............... 240
6.1.4 Сравнительный анализ оптимальных конструкций первой группы
проточной части ЦВД К-330-23,5 ....................................................................... 242
6.1.5 Результаты решения оптимизационных задач второй группы проточной
части ЦВД К-330-23,5 ........................................................................................... 252
6.1.6 Сравнительный анализ оптимальных конструкций второй группы
проточной части ЦВД К-330-23,5 ....................................................................... 255
6.1.7 Оценка влияния технологии изготовления цельнофрезерованных
рабочих лопаток на оптимальные решения для проточной части ЦВД К-330-23,5 (отличия между оптимальными конструкциями первой и второй групп
ПЧ ЦВД К-330-23,5) ............................................................................................. 266
6.2 Оптимизация параметров цилиндра высокого давления турбины
К-220-44-2М для АЭС ............................................................................................... 277
6.2.1 Расчетные исследования существующего варианта конструкции 6-ти
ступенчатой проточной части ЦВД турбины К-220-44-2М ............................. 277
6.2.2 Краткий анализ расчетных исследований суще-ствующего варианта
проточной части ЦВД К-220-44-2М .................................................................... 278
6

6.2.3 Методология решения задачи оптимизации проточной части
ЦВД К-220-44-2М ................................................................................................. 283
6.2.4 Краткий анализ расчетных исследований оптимального варианта
проточной части ЦВД К-220-44-2М .................................................................... 286
6.2.5 Расчетные исследования 7-ми ступенчатой проточной части ЦВД
турбины К-220-44-2м с учетом технологических ограничений на изменение
эффективных углов вдоль радиуса ступени ....................................................... 292
6.2.6 Краткий анализ расчетных исследований оптимального варианта
проточной части ЦВД К-220-44-2М с внесенными технологическими
ограничениями на изменение законов закрутки сопловых и рабочих
венцов ..................................................................................................................... 293
6.2.7 Итоговый сравнительный анализ расчетных исследований
существующего и оптимальных вариантов проточной части ЦВД
турбины К-220-44-2М ........................................................................................... 299
Выводы по разделу .................................................................................................... 306
РАЗДЕЛ 7
ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВЫХ ТУРБИН С УЧЕТОМ МНОЖЕСТВА
РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ .............................................................................. 307
7.1 Оптимизация проточной части утилизационной турбодетандерной
установки мощностью 4 МВт .................................................................................. 307
7.2 Оптимизация проточной части УТДУ с поворотными лопатками сопловых
аппаратов всех ступеней ........................................................................................... 317
7.3 Оптимизация законов позиционирования запорных элементов
регулирующих клапанов системы соплового парораспределения турбины К-310-23,5 с использованием комбинаторного метода ............................................. 325
7.4 Оптимизация параметров проточной части турбины низкого давления
установки ГТ-750-6М................................................................................................ 337
7.4.1 Оптимизация геометрических параметров турбины низкого
давления ................................................................................................................. 339
7

7.4.2 Влияние эффективности ПЧ ГТ на интегральные показатели ГТУ с
разрезным валом .................................................................................................... 344
7.4.3 Формирование вычислительного сценария оптимизационной
задачи ...................................................................................................................... 347
7.4.4 Результаты оптимального проектирования ............................................... 350
Выводы по разделу .................................................................................................... 354
ВЫВОДЫ ................................................................................................................... 356
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................................ 359
ПРИЛОЖЕНИЯ .........................................................................................................

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

НА – Направляющий аппарат
СР – Сопловая решетка (решетка профилей направляющего
аппарата)
СЛ – Сопловая лопатка (лопатка направляющего аппарата)
РК – Рабочее колесо
РР – Рабочая решетка
РЛ – Рабочая лопатка (лопатка рабочего колеса)
СТС – Сложная техническая система
СТОЭ – Сложный технический объект энергетики
ДС – Динамический словарь
БД – База данных
СУБД – Система управления БД
ISO 11179 – Международный стандарт для описания элементов данных
в базах данных и документах (2001г.)
ИБДР – Информационная БД ресурсов
САПР – Система автоматизированного проектирования
ЛПР – Лицо, принимающее решение
САПР «Турбо-агрегат»
– Разрабатываемая на кафедре турбиностроения НТУ «ХПИ»
САПР оптимального проектирования СТОЭ
УИС – Управляющая иерархическая структура
ЕИИП – Единое интегрированное информационное пространство
СТИМ – Интегрированная структурно-топологическая
информационная модель СТС
SQL – Structured Query Language (язык структурированных
запросов) для создания, модификации и управления данными
в реляционных БД
SQLite – Легковесная встраиваемая реляционная БД
ODBC – Open Data Connectivity (программный интерфейс открытого
доступа к базам данных)
QIntDict,
QPtrDict,
QPtrList
– Классы динамических словарей открытой библиотеки
QT-mt331

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день энергетический сектор играет ключевую роль в
экономической стабильности и состоянии окружающей среды. Об особой
значимости энергетики для мирового сообщества свидетельствует принятие
Генеральной Ассамблеей ООН резолюции 65/151, согласно которой 2012 год
провозглашается как «Международный Год Устойчивой Энергетики для Всех».
Принимая во внимание установившуюся тенденцию роста мирового
энергопотребления, очевидно, что в будущем отмеченное влияние
энергетического сектора будет только возрастать. Так, согласно прогнозам
международного энергетического агентства EIA (Energy Information
Administration) [1] мировое потребление энергии в период с 2007 по 2035 год
увеличится на 49%, подобная тенденция увеличения энергопотребления
ожидается и в Украине (с 2005 по 2030 гг. - на 51%) [2].
Наиболее выгодный и безопасный для окружающей среды вариант
покрытия прогнозируемых мировых энергопотребностей – широкое
использование возобновляемых источников энергии. Однако, стоимость их
производства, небольшие единичные мощности и условия эксплуатации будут
сдерживать существенное увеличение их доли в общем производстве энергии.
Поэтому большая часть потребностей мирового сообщества в энергии будет
обеспечена за счѐт традиционных энергоносителей (органическое и ядерное
топливо). Увеличение потребления традиционных топливно-энергетических
ресурсов приведѐт к обострению экономических вопросов, связанных с
увеличением стоимости и ограниченностью их запасов, а также будет иметь
негативное воздействие на экологическую обстановку. Учитывая указанные
тенденции, становится очевидной необходимость ввода мер, направленных на
повышение эффективности добычи, транспорта, переработки и потребления
энергоресурсов. К наиболее эффективным мерам относятся обновление и
модернизация существующего энергетического оборудования. Осевые турбины
являются одним из основных видов энергетического оборудования.
10

Проектирование и ввод в эксплуатацию современных высокоэффективных
паровых и газовых турбин, а также модернизация существующего парка позволят
снизить энергоѐмкость ВВП и, тем самым, принесут значительный
экономический эффект, а также позволят снизить техногенную нагрузку на
окружающую среду.
Актуальность темы. На данный момент накоплен огромный опыт в
области оптимального проектирования турбоагрегатов, созданы образцы
проточных частей (ПЧ) с достаточно высокими технико-экономическими
показателями [3]. Дальнейшие перспективы развития турбиностроительной
отрасли связанны с использованием мощной вычислительной техники наряду с
новыми методами и подходами, реализованными в рамках современных систем
автоматизированного проектирования (САПР).
При этом опыт эксплуатации большинства турбин показывает, что
действительные режимы их работы, по ряду причин, отклоняются от
номинального режима, в результате чего реальные показатели их эффективности
имеют более низкий уровень по сравнению с проектными. Учет режимов
эксплуатации в процессе проектирования позволяет выявить скрытые резервы и
получить конструкции ПЧ с более высокими показателями качества [4, 5, 6].
Существующие методы, методики и алгоритмы оптимизации ПЧ
направлены на решения определенных проблем в области турбиностроения.
Вместе с тем, дальнейшее усовершенствование турбоагрегатов нуждается в учете
режимов эксплуатации и взаимного влияния параметров тепловой схемы (ТС)
установки и проточной части турбины. Недостаточность информационной и
системной согласованности программного обеспечения требует дополнительного
вмешательства проектировщиков в процесс информационного обмена, который
приводит к повышению стоимости проектирования и появлению ошибок.
Существующие блочно-иерархические методы и алгоритмы оптимизации, как
правило, привязаны к конкретному объекту оптимизации и его структурной
иерархии, которая ограничивает область их использования. Перспективными
являются задачи определения оптимального положения управляющих элементов
11

в зависимости от режима эксплуатации, например, сопловых лопаток (для
конструкции ПЧ с поворотными сопловыми лопатками всех ступеней
турбоагрегата) и запорных элементов регулирующих клапанов (ЗЭРК) системы
соплового парораспределения.
Современная методология оптимального проектирования должна
базироваться на объектно-ориентированном подходе и преимуществах единого
интегрированного информационного пространства (ЕИИП), что обеспечит
создание на базе САПР мощного инструмента дальнейшего усовершенствования
проточной части осевых турбомашин. Разработка такой методологии является
особенно актуальной проблемой для энергетического сектора экономики
Украины, что определило направление диссертационного исследования.
Связь работы с научными программами, планами, темами.
Диссертационная работа выполнена на кафедре турбиностроения НТУ «ХПИ».
Результаты, полученные в процессе выполнения диссертации, являются составной
частью комплекса исследований, проведенных в рамках госбюджетных НИР
Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины: «Теоретические
фундаментальные исследования в области гидродинамики и теплообмена в
паровых и газовых турбинах» (ГР №0106U001480, 2006-2008 гг.),
«Аэродинамическое усовершенствование ступеней турбин на основе расчетных и
экспериментальных исследований структуры потока в проточной части» (ГР
№0106U001479, 2006-2008 гг.), «Фундаментальные научные исследования
проблем оптимизации термогазодинамических процессов турбомашин в
интегрированном информационном пространстве» (ГР №0109U002389, 2009-2011 гг.), и хоздоговорных работ с ОАО «Турбоатом» (г.Харьков):
«Многопараметрическая оптимизация конструктивных и термогазодинамических
параметров проточной части ЦВД турбины К-220-44-2М АЭС «Ловииса»
(Финляндия) при выполнении модернизации», «Многопараметрическая
оптимизация конструктивных и термогазодинамических параметров проточной
части турбины (ЦВД) К-330-23,5 производства ОАО «Турбоатом»,
«Многопараметрическая оптимизация конструктивных и термогазодинамических
12

параметров проточной части ЦВД турбины К-540-23,5 при выполнении
модернизации», где соискатель был ответственным исполнителем.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является
разработка универсальной методологии решения многопараметрических и
многокритериальных задач оптимального проектирования ПЧ осевых турбин с
учетом режимов эксплуатации, а также конструктивных, технологических и
функциональных ограничений и создание на ее основе комплекса прикладного
программного обеспечения.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
осуществить анализ основных принципов построения и тенденций развития
современных программно-инструментальных комплексов, а также существующих
методов и алгоритмов решения задач оптимального проектирования сложных
технических систем;
разработать новые и усовершенствовать существующие математические
модели термогазодинамических процессов в проточной части осевых турбин,
тепловых схем ГТУ и их элементов. Интегрировать разработанный комплекс
математических моделей в ЕИИП САПР «Турбоагрегат»;
разработать и программно реализовать методологию универсального
структурно-топологического описания информационных моделей сложных
технических объектов энергетики (СТОЭ) в ЕИИП, а также универсальные
методы взаимодействия алгоритмической части математических моделей
объектов проектирования с соответствующими им информационными моделями в
ЕИИП;
разработать и программно реализовать универсальную объектно-ориентированную и инвариантную, относительно структурной топологии
информационной модели ПЧ, методологию рекурсивного решения
многопараметрических и многокритериальных задач оптимального
проектирования ПЧ осевых турбин с учетом режимов эксплуатации и
конструктивных, технологических и функциональных ограничений;
13

выполнить оптимизацию существующих конструкций проточной части
осевых турбин с учетом реальных режимов эксплуатации.
Объект исследования термогазодинамические процессы в проточной
части паровых и газовых турбин, тепловых схемах ГТУ и ее элементах.
Предмет исследования – геометрические и термогазодинамические
характеристики проточной части осевых турбин и ГТУ на базе
многопараметрической и многокритериальной оптимизации с учетом режимов
эксплуатации и конструктивных, технологических и функциональных
ограничений.
Методы исследования. Теоретические аспекты диссертации базируются на
фундаментальных положениях теории газодинамики и термодинамики, теории
систем, теории автоматизированного проектирования, а также теории разработки
языков программирования. Декомпозиция общей оптимизационной задачи
осуществляется в соответствии со структурной иерархией турбоустановки в
ЕИИП. Для определения влияния геометрических параметров ПЧ на ее рабочие
характеристики используются методы математического моделирования течения
рабочего тела в ПЧ и ее элементах; численные решения систем алгебраических
уравнений осуществляются методом сопряженных градиентов Флетчера-Ривса.
Для численного интегрирования дифференциальных уравнений применяется
метод Рунге-Кутта третьего порядка. Оптимальная конструкция ПЧ определялась
с использованием методов теории планирования эксперимента, кубической
сплайн-интерполяции, комбинаторных алгоритмов, точек
ЛПτ последовательностей, метода роя частиц, а также методов динамического
программирования. Разработанные методы формирования и управления
информационными и математическими моделями СТОЭ в ЕИИП базируются на
методах теории систем, требованиях международного стандарта ISO 11179 и
применении реляционных СУБД и ODBC.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:
впервые разработана универсальная, объектно-ориентированная
методология рекурсивного решения многоуровневых, многокритериальных и
14

многопараметрических задач оптимального проектирования проточной части
осевых турбин с учетом режимов эксплуатации и конструктивных,
технологических и функциональных ограничений;
впервые поставлено и, на основе объектно-ориентированного подхода,
рекурсивно решена многоуровневая задача определения оптимальных параметров
проточной части осевых турбин. Осуществлен анализ термогазодинамических
процессов, а также причин уменьшения потерь и повышения эффективности
оптимальной проточной части;
впервые разработана математическая модель течения рабочего тела в осевой
турбине, которая включает уравнения соплового парораспределения в обратной
постановке и уравнения многоступенчатой проточной части всех цилиндров
турбины;
получили дальнейшее развитие математические модели одномерного,
коаксиального (квазидвухмерного) и осесимметричного течения рабочего тела в
многоступенчатой проточной части, что позволило, с учетом изменения потерь
энергии в ее элементах, получать устойчивые решения, в том числе, и при
моделировании работы на малорасходных режимах (до 6-8% от номинального);
получили дальнейшее развитие математические модели термодинамических
процессов тепловых схем для газотурбинных установок, работающих с
переменными нагрузками;
впервые с использованием преимуществ единого интегрированного
информационного пространства обеспечена информационная и системная
согласованность комплекса разработанных и усовершенствованных
математических моделей течения рабочего тела в многоступенчатой проточной
части и элементах тепловых схем газотурбинных установок;
впервые, согласно требованиям международного стандарта ISO 11179,
разработан универсальный класс метаданных для описания элементов единого
интегрированного информационного пространства. Созданы информационные
модели объектов проектирования: проточной части осевой турбины, соплового
15

парораспределения, камеры сгорания, осевого компрессора, регенератора,
газотурбинной установки и т.д.;
впервые с применением разработанных и апробированных универсальных
рекурсивных методов решения многоуровневых, многопараметрических и
многокритериальных задач оптимального проектирования ПЧ осевых турбин,
реализованных в едином интегрированном программном комплексе, решены
задачи определения оптимальных значений:
o конструктивных и термогазодинамических параметров
многоступенчатых паровых турбин, газовых турбин газотурбинных
установок, а также утилизационных турбодетандерных установок,
работающих на природном газе;
o положений запорных элементов регулирующих клапанов для
заданного массового расхода пара с учетом оценки влияния их положений
на эффективность проточной части всей турбины и парового цикла;
o эффективных углов выхода потока из сопловых аппаратов в
зависимости от заданных значений массового расхода природного газа для
осевых турбодетандеров с поворотными сопловыми лопатками всех
ступеней.
Практическое значение полученных результатов. Разработанная
объектно-ориентированная методология оптимального проектирования ПЧ
осевых турбин с учетом возможных и реальных режимов эксплуатации,
реализована как готовый программный продукт, использование которого
позволяет существенным образом улучшить показатели эффективности новых
турбоагрегатов, а также провести модернизацию существующих. Благодаря
высокой эффективности, многофункциональности и удобному интерфейсу,
указанный программный комплекс рекомендован для широкого внедрения на
турбинных заводах, в конструкторских бюро и других организациях, которые
занимаются проектированием и модернизацией проточной части осевых турбин.
Результаты диссертационной работы используются ОАО «Турбоатом»
(г. Харьков) при проектировании и модернизации ПЧ цилиндров высокого
16

давления турбин К-330-23,5, К-220-44-2М, К-540-23,5 (акт внедрения от 12 апреля
2012г.), ПАО «Турбогаз» (г. Харьков) в процессе проектирования новых
утилизационных турбодетандерных установок (акт внедрения от 18 апреля
2012г.).
Основные результаты исследований используются в учебном процессе
кафедры турбиностроения НТУ «ХПИ» в курсах лекций «Основы теории
оптимального проектирования турбин» и «Переменные режимы паровых турбин»
для студентов и магистров, которые учатся по направлениям
«Энергомашиностроение» и «Теплофизика» (акт внедрения от 11 апреля 2012г.).
Личный вклад соискателя. Все основные положения диссертации,
которые вынесены на защиту, соискателем разработаны и выполнены лично.
Среди них:
анализ основных принципов построения и тенденций развития современных
программно-инструментальных комплексов автоматизации решения задач
оптимального проектирования проточных частей осевых турбин и других
сложных технических систем, а также методов и алгоритмов оптимизации;
разработана универсальная объектно-ориентированная методология и
создан программный комплекс для рекурсивного решения многоуровневых,
многокритериальных и многопараметрических задач оптимального
проектирования проточной части осевых турбин с учетом режимов эксплуатации
и конструктивных, технологических и функциональных ограничений;
рекурсивно решена многоуровневая задача определения оптимальных
параметров проточной части осевых турбин. Осуществлен анализ
термогазодинамических процессов, а также причин уменьшения потерь и
повышения эффективности оптимальной проточной части;
разработана математическая модель течения рабочего тела в осевой
турбине, которая включает уравнения соплового парораспределения в обратной
постановке и уравнения термогазодинамических процессов в многоступенчатой
проточной части всех цилиндров турбины;
17

усовершенствованы математические модели одномерного, коаксиального
(квазидвухмерного) и осесимметричного течения рабочего тела в
многоступенчатой проточной части, что позволило, с учетом изменения потерь
энергии в ее элементах, получать устойчивые решения, в том числе, и при
моделировании работы на малорасходных режимах (до 6-8% от номинального);
адаптирована и интегрирована в единое интегрированное информационное
пространство подсистема построения и расчета тепловых схем ГТУ с учетом
переменных нагрузок;
согласно требованиям международного стандарта ISO 11179 разработан
универсальный класс метаданных для описания элементов единого
интегрированного информационного пространства (проточной части осевой
турбины, соплового парораспределения, камеры сгорания, осевого компрессора,
регенератора, газотурбинной установки и т.д.);
разработан комбинаторный метод и решена задача определения
оптимальных положений запорных элементов регулирующих клапанов для
заданного массового расхода рабочего тела с учетом оценки влияния их
положений на эффективность проточной части всей турбины и парового цикла;
выполнена оптимизация существующей конструкции турбодетандера с
поворотными сопловыми лопатками и модернизация ГТУ ГТ-750-6М, которая
установленная на Шебелинской компрессорной станции под реальные
эксплуатационные нагрузки на протяжении календарного года.
в рамках работ по модернизации турбин ОАО «Турбоатом» (г. Харьков)
выполнена оптимизация ПЧ цилиндров высокого давления турбин К-330-23,5, К-220-44-2М, К-540-23,5;
Апробация результатов диссертации. Основные положения
диссертационной работы и результаты исследований докладывались и
обсуждались на: XV-XVIII Международных научно-практических конференциях
«Информационные технологии: наука, техника, технология, образование,
здоровье» (Харьков, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); Всеукраинских научно-
18

технических конференциях «Проблемы энергосбережения Украины и пути их
решения» (Харьков, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); Всероссийской
межвузовской научно-технической конференции «Газотурбинные и
комбинированные установки и двигатели» (Москва, 2009); 8th European
Turbomachinery Conference (Австрия, Грац, 2009); Международной научно-технической конференции «Современные технологии в газотурбостроении»
(Алушта, 2010).
Публикации. Основное содержание диссертации отображено в 24 научных
работах, из них: 22 статьи в научных профессиональных изданиях Украины, 2
тезиса докладов.

Список литературы

ВЫВОДЫ

В результате выполнения диссертационной работы решена научно-практическая проблема разработки универсальной объектно-ориентированной
методологии многоуровневой, многопараметрической и многокритериальной
оптимизации ПЧ осевых турбин с учетом режимов эксплуатации и
конструктивных, технологических и функциональных ограничений.
Оптимизационные алгоритмы, созданные на основе предложенной
методологии, реализованы в прикладном программном комплексе и пригодны для
оптимального проектирования ПЧ перспективных осевых турбин.
Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:
1. Выполнен анализ основных принципов построения и тенденций развития
современных программно-инструментальных комплексов, а также существующих
методов и алгоритмов автоматизации решения задач оптимального
проектирования проточной части осевых турбин и других сложных технических
систем, усовершенствованы и включены в единое интегрированное
информационное пространство программного комплекса информационно и
системно согласованные математические модели:
o течения рабочего тела в осевой турбине, которая включает уравнения
соплового парораспределения в обратной постановке и уравнения
термогазодинамических процессов в многоступенчатой проточной части
всех цилиндров турбины;
o одномерного, коаксиального (квазидвухмерного) и осесимметричного
течения рабочего тела в многоступенчатой проточной части,
обеспечивающие, с учетом изменения потерь энергии в ее элементах,
устойчивые решения, в том числе, и при моделировании работы на
малорасходных режимах (до 6-8% от номинального);
o построения и расчета тепловых схем газотурбинных установок с учетом
переменных нагрузок.
357

3. Создана и программно реализована универсальная объектно-ориентированная методология структурно-топологического описания
информационных моделей проточной части осевых турбин и других сложных
технических систем в едином интегрированном пространстве.
4. Разработана и программно реализована универсальная объектно-ориентированная и инвариантная, относительно структурной топологии
информационной модели проточной части, методология рекурсивного решения
многоуровневых многопараметрических и многокритериальных задач
оптимального проектирования проточных частей осевых турбин с учетом
режимов эксплуатации и конструктивных, технологических и функциональных
ограничений.
5. Разработаны методы определения оптимальных положений запорных
элементов регулирующих клапанов и поворотных сопловых лопаток для
заданного массового расхода рабочего тела с учетом оценки влияния их
расположений на эффективность проточной части всей турбины и парового
цикла.
6. Применение разработанной универсальной методологии рекурсивной
многоуровневой оптимизации для решения практических задач оптимального
проектирования проточных частей осевых турбин и других объектов энергетики,
которые работают как на номинальном режиме, так и с учетом изменения
эксплуатационных нагрузок, подтвердило ее надежность и высокую
эффективность.
7. Получены оптимальные решения для:
проточной части цилиндра высокого давления турбины К-330-23,5
производства ОАО «Турбоатом» (достигнуто повышение мощности
цилиндра на 4,52 МВт и увеличение КПД на 5,37 %);
проточной части цилиндра высокого давления турбины К-220-44-2М
производства ОАО «Турбоатом» для АЭС «Ловииса» (Финляндия)
(обеспечен прирост мощности на 5,949 МВт и КПД на 3,21%);
358

двух конструкций проточной части утилизационных турбодетандерных
установок, которые работают в широком диапазоне изменения массового
расхода природного газа. Оптимальные проточные части обеспечивают
значительный прирост полезной мощности, на некоторых режимах
эксплуатации он составляет около 5%;
положений запорных элементов регулирующих клапанов (ЗЭРК)
(турбина К-310-24) для заданного расхода рабочего тела, или
необходимой мощности турбоагрегата. Показано, что при частичной
нагрузке с массовым расходом пара в 70 кг/с применение оптимальных
положений ЗЭРК дает выигрыш в абсолютном КПД цикла больше 1%, по
сравнению с традиционным подходом управления положениями ЗЭРК;
тепловой схемы газотурбинной установки, как объекта оптимизации
первого уровня рекурсии при оптимизации ПЧ турбины низкого давления
в газотурбинной установке с разрезным валом позволило предложить
вариант модернизации ГУ ГТ-750-6М, установленной на Шебелинской
компрессорной станции, который обеспечивает повышение ее
экономичности во всем диапазоне рабочих нагрузок (экономия
природного газа за 177 дней эксплуатации составляет 50831 кг).
7. Результаты диссертационной работы внедрены в разработку САПР
«Турбоагрегат», в учебный процесс кафедры турбиностроения НТУ «ХПИ»
(г. Харьков), а результаты оптимизации используются для тендерных
предложений и в процессе проектирования новых ПЧ ЦВД мощных паровых
турбин в ОАО «Турбоатом» (г. Харьков), а также при проектировании
утилизационных турбодетандерных установок в ПАО «Турбогаз» (г. Харьков).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. International Energy Agency [Электронный ресурс]: World energy outlook. – 9
November, 2011:
http://www.iea.org/weo/docs/weo2011/es_russian.pdf.
2. Кабінет Міністрів України [Електронний ресурс]: Енергетична стратегія
України на період до 2030 року із змінами і доповненнями, внесеними
розпорядженнями Міністерства палива та енергетики України від 26 березня
2008 року:
http://www.zakon.rada.gov.ua/signal/kr06145a.doc
3. Carbon Capture & Storage (CCS) – A Technology Overview: UNECE Energy
Week / Dr. Klaus Willnow, Siemens Energy Sector. – Geneva, November 18,
2008.
4. Усатый А.П. Разработка информационной среды и средств динамического
управления информационными моделями данных сложных технических
объектов применительно к САПР «Турбоагрегат» / А.В. Бойко,
Ю.Н. Говорущенко, А.П. Усатый // Вестник Национального технического
университета «ХПИ». – 2006. – №5. – C. 36–42.
5. Усатый А.П. Особенности информационного обмена в рамках единого
информационного пространства САПР «Турбоагрегат» / А.В. Бойко,
Ю.Н. Говорущенко, А.П. Усатый // Вестник Национального технического
университета «ХПИ». – 2007. – №2. – C. 11–15.
6. Усатый А.П. Программная реализация единого информационного
пространства интегрированной системы автоматизированного
проектирования «Турбоагрегат» / А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко,
А.П. Усатый // Электронное моделирование. – Киев, 2009. – Т. 31, №2. –
С. 43-55.
7. Бойко А.В. Оптимальное проектирование проточной части осевых турбин /
Бойко А.В. – Харьков: Выща шк., изд-во при ХГУ, 1982. – 152 с.
360

8. Аэродинамический расчет и оптимальное проектирование проточной части
турбомашин: монография / [А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко и др.]. –
Харьков: Издательский центр НТУ "ХПИ", 2002. – 356 с.
9. Бойко А. В. Основы теории оптимального проектирования проточной части
осевых турбин: учебн. [для студ. высш. учеб. завед.] / А.В. Бойко,
Ю.Н. Говорущенко. – Харьков: Выща школа, 1989. – 217 с.
10. A precise full-dimensional design system for multistage steam turbines part I:
philosophy and architecture of the system / Hongde Jiang, Kepeng1 Xu [at alias] //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2007. – GT2007-27195.
11. Усатый А.П. Оптимизация ЦВД мощных паровых турбин: дисс. кандидата
техн. наук: 05.04.12 / Усатый А.П. – Харьков, 1988. – 187 с.
12. Methods and tools for multidisciplinary optimization of axial turbine stages with
relatively long blades / Moroz Leonid, Govorushchenko Yuri [at alias] //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2004. – GT2004-53000.
13. Xu C. A turbomachinery blade design and optimization procedure / C. Xu, R. S.
Amano // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2002. – GT2002-30541.
14. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых
электростанций: Учебное пособие для вузов / Цанев С.В., Буров В.Д.,
Ремезов А.Н. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 584 с.
15. Alexiou A. Gas turbine engine performance model applications using an object-oriented simulation tool / A. Alexiou, K. Mathioudakis // Proceedings of ASME
Turbo Expo. – 2006. – GT-2006-90339.
16. Jones Scott M. Steady-state modeling of gas turbine engines using the numerical
propulsion system simulation code / Scott M. Jones // Proceedings of ASME Turbo
Expo. – 2010. – GT2010-22350.
17. Visser W.P.J. A generic approach for gas turbine adaptive modeling : NLR report
number NLR-TP-2004-391 / W.P.J. Visser, O. Kogenhop and M. Oostveen. –
National Aerospace Laboratory NLR, 2004.
18. Палагин А.А. Автоматизация проектирования тепловых схем турбоустановок
/ Палагин А.А. – К.: Наукова думка, 1983. – 160 с.
361

19. A gas turbine performance simulation program and its application to an IGCC gas
turbine / Jong Jun Lee, Young Sik Kim [at alias] // Proceedings of ASME Turbo
Expo. – 2010. – GT2010-23198.
20. Kurzke Joachim. GasTurb 11: Design and Off-Design Performance of Gas
Turbines [Електронний ресурс] / Kurzke Joachim. – Germany, 2007. – 241 p.:
http://www.gasturb.de/Free/Manuals/GasTurb11.pdf.
21. Бойко А.В. Аэродинамика проточной части паровых и газовых турбин:
расчѐты, исследования, оптимизация, проектирование / А.В. Бойко,
А.В. Гаркуша. – Харьков: ХГПУ, 1999. – 360 с.
22. Арзуманов А.М. Многорежимная оптимизация проточной части паровой
турбины с учѐтом изменения параметров тепловой схемы / А.М. Арзуманов,
К.Л. Лапшин // Теплоэнергетика. – 2003. – №12. – С. 68-71.
23. Иноземцев А.А. Основы конструирования авиационных двигателей:
учебник / Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. – М.:
Машиностроение, 2008. – Т.2.– 366 с.
24. New optimization strategy for rapid industrial Blade design / A. Keskin,
M. Swoboda [at alias] // Proceedings of the 8th European Turbomachinery
Conference. – Graz, 2009. – Р. 925-935.
25. Moroz Leonid. Axial turbine stages design: 1D/2D/3D aerodynamic computation
results against test data / Leonid Moroz, Yuri Govorushchenko, Petr Pagur //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2005. – GT2005-68614.
26. Бурлака М.В. Аэродинамическая оптимизация направляющих решеток
осевых турбин: дисс. … кандидата техн. наук: 05.05.16 / Бурлака М.В. –
Харьков, 2011. – 167 с.
27. Yershov S.V. Optimisation of turbomachinery blade shape using 3d viscous flow
computations / S.V. Yershov - A.V. Rusanov - V.A. Yakovlev // Proceedings of
the 7th European Turbomachinery Conference. – Athens, 2007.
28. Numerical optimization of turbomachinery bladings / S. Burguburu, C. Toussaint
[at alias] // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2003. – GT2003-38310.
362

29. Demeulenaere Alain. Application of multipoint optimization to the design of
turbomachinery blades / Alain Demeulenaere, Alban Ligout, Charles Hirsch //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2004. – GT2004-53110.
30. Öksüz Özhan. Turbine blade shape aerodynamic design using artificial intelligence
/ Özhan Öksüz, Ibrahim Sinan Akmandor // Proceedings of ASME Turbo Expo. –
2005. – GT2005-68094.
31. Oyama A. Transonic Axial-Flow Blade Shape Optimization Using Evolutionary
Algorithm and Three-Dimensional Navier-Stokes Solver / A. Oyama, M.S. Liou,
S. Obayashi // AIAA Paper 2002-5642. – 2002.
32. Sivashanmugam V.K. Aero-structural optimization of an axial turbine stage in
three-dimensional flow / V.K. Sivashanmugam, M. Arabnia, W. Ghaly //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2010. – GT2010-23406.
33. A CFD approach to fluid dynamic optimum design of steam turbine stages with
stator and rotor blades / Xin Yuan, Tadashi Tanuma[at alias] // Proceedings of
ASME Turbo Expo. – 2010. – GT2010-22477.
34. Усатый А.П. Оптимальное проектирование проточных частей осевых
турбомашин – современное состояние / А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко,
А.П. Усатый // Вестник Национального технического университета «ХПИ». –
2005. – №6. – C. 14–19.
35. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий /
Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. – М.: Наука, 1976. – 279 с.
36. Горбань А. Нейронные сети на персональном компьютере / А. Горбань,
Д. Россиев. – Новосибирск: Наука, 1996.– 276 с.
37. Усатый А.П. Островная модель генетического алгоритма в задачах
оптимизации осевых турбин с учѐтом переменного режима работы /
А.П. Усатый // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2008. – №3. –
C. 56–66.
38. Kirkpatrick S. Optimization by simulated annealing / S. Kirkpatrick, C.D. Gelatt,
M.P. Vecchi // Science. – 1983. – Volume 220, Number 4598. – Р. 671–680.
363

39. Панченко Т.В. Генетические алгоритмы: Учебно-методическое пособие /
Панченко Т.В. – Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2007. –
87 с.
40. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими
критериями / И.М. Соболь, Р.Б. Статников. – М.: Наука, 1981. – 110 с.
41. Rogalsky T. Differential evolution in aerodynamic optimization / T. Rogalsky,
S. Kocabiyik, R. Derksen // Canadian Aeronautics and Space Journal. – 2000. –
46(4). – 183-190 p.
42. Jarrett J.P. An approach to integrated multi-disciplinary turbomachinery design /
J.P. Jarrett, W.N. Dawes, P.J. Clarkson // Proceedings of ASME Turbo Expo. –
2004. – GT2004-53852.
43. Shadaram A. Optimization of variable stator's angle for off design comprresion
systems using streamline curvature method / A. Shadaram, A. Fathi, R. Azizi //
Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2009. – GT2009-59772.
44. Optimum design of axial-flow gas turbine stage using genetic algorithms /
J Srinivas, K Srinivas [at alias] // IE (I) Journal-MC. – 2005. – Vol 85. – 179-187p.
45. Thermodynamic modeling and optimization of cogeneration heat and power
system using evolutionary algorithm (Genetic Algorithm) / P. Ebrahimi,
H. Karrabi [at alias] // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2010. – GT2010-23026.
46. Faure H. Good permutations for extreme discrepancy / H. Faure // Journal of
Number Theory. – 1992. – Volume 42. – Issue 1. – pp. 47-56. (было №43)
47. Halton J. Algorithm 247: Radical-Inverse Quasi-Random Point Sequence /
J. Halton, G.B. Smith // Communication of the ACM. – 1964. – vol. 7. – issue 12.
48. Ершов С.В. Аэродинамическая оптимизация лопаточных аппаратов турбин:
подходы, методы, результаты / С.В. Ершов, В.А. Яковлев //
Совершенствование турбоустановок методами математического и
физического моделирования: XIII междунар. науч.-техн. конф., 3-5 окт. 2009
г.: тезисы докл. – Х., 2009. – С. 20-23.
364

49. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный
подход / Ногин В.Д. – М.: Физматлит, 2004. – 176 с.
50. Подиновский В.В. Введение в теорию важности критериев в
многокритериальных задачах принятия решений / Подиновский В.В. – М.:
Физматлит, 2007. – 64 с.
51. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике /
Брахман Т.Р. – М.: Радио и связь, 1984. – 288 с.
52. Framework for multidisciplinary optimization of turbomachinery / Mark G.
Turner, Kevin Park [at alias] // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2010. –
GT2010-22228.
53. Nowak G. Pareto multicriteria optimization of airfoil cooling system / Grzegorz
Nowak // Proceedings of the 8th European Turbomachinery Conference. – Graz,
2009. – 11 p.
54. Кини Р.Л. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и
замещения / Кини Р.Л., Райфа Х. – М: Радио и связь, 1981. – 560 с.
55. Карпенко А.П., Семенихин А. С., Митина Е. В. Популяционные методы
аппроксимации множества Парето в задаче многокритериальной
оптимизации. Обзор [Электронный ресурс]: научно-техническое издание
77-30569/363023, №4, 2012г. С. 36:
http://technomag.edu.ru.
56. J. Knowles, D. Corne The Pareto achieved evolution strategy: A new baseline
algorithm for Pareto multiobjective optimization. Congress on Evolutionary
Computation (CEC99), Volume 1, Piscataway, NJ, pp. 98–105. IEEE Press
57. C.A. Coello A Comprehensive Survey Of Evolutionary-Based Multiobjective
Optimization Techniques. Knowledge and Information Systems, vol. 1, no. 3, pp.
269–308, 1999
58. H.A. Taboada, Fatema Baheranwala, David W. Coit Practical solutions of
multiobjective system reliability design problems using genetic algorithm. (2006)..
Reliability Engineering & System Safety, 92(3), 314-322
365

59. J. Horn, N. Nafpliotis, D.E. Goldberg A niched Pareto genetic algorithm for
multiobjective optimization. Proceedings of the First IEEE Conference on
Evolutionary Computation, Z. Michalewicz, Ed. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1994,
Р. 82–87.
60. E. Zitzler, L. Thiele Multiobjective Evolutionary Algorithms: A comparative case
study and the strength Pareto approach. IEEE Trans. Evol. Comput., vol. 3, pp.
257–271, Nov. 1999.
61. E. Zitzler, M. Laumanns, L. Thiele SPEA2: Improving the strength Pareto
evolutionary algorithm.Proc. EUROGEN 2001. Evolutionary Methods for Design,
Optimization and Control With Applications to Industrial Problems,
K. Giannakoglou, D. Tsahalis, J. Periaux, P. Papailou, and T. Fogarty, Eds.,
Athens, Greece, Sept. 2001.
62. Corne D.W., J.D. Knowles, and M.J. Oates (2000). The pareto envelope-based
selection algorithm for multiobjective optimisation. In M. S. et al. (Ed.), Parallel
Problem Solving from Nature – PPSN VI, Berlin, Р. 839–848. Springer.
63. D.W. Coit, T. Jin, N. Wattanapongskorn System Optimization With Component
Reliability Estimation Uncertainty: A Multi-Criteria Approach. IEEE Trans.
Reliability 53, Р. 369–380, 2004.
64. Deb K., S. Agrawal, A. Pratap, and T. Meyarivan (2000). A fast elitist
nondominated sorting genetic algorithm for multi-objective optimization: NSGA-II.
In M. S. et al. (Ed.), Parallel Problem Solving from Nature – PPSN VI, Berlin, Р.
849–858. Springer.
65. Luke S. Essentials of Metaheuristics. A Set of Undergraduate Lecture Notes.
Department of Computer Science George Mason University, Online Version 1.3
February, 2012. Available at:
http://cs.gmu.edu/~sean/book/metaheuristics/Essentials.pdf.
66. Dirk Büche. Multi-Objective Evolutionary Optimization of Gas Turbine
Components, PhD thesis, Swiss Federal Institute of Technology. Zürich,
Switzerland, 2003.
366

67. Schaffer J.D. Multiple Objective Optimization with Vector Evaluated Genetic
Algorithms. Proc. of the First International Conference on Genetic Algorithms and
Their Applications, 1985, Lawrence Erlbaum, Р. 93-100.
68. Podinovskii V.V., Nogin V.D. Pareto-optimal'nye resheniia mnogokriterial'nykh
zadach [Pareto-optimal solutions of multicriterion problems]. Moscow, Fizmatlit,
2007. 256 p.
69. Nogin V.D. Priniatie reshenii v mnogokriterial'noi srede: kolichestvennyi podkhod
[Decision-making in multicriterion environment: a quantitative approach].
Moscow, Fizmatlit, 2005. 176 p.
70. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций / Гермейер Ю.Б.
М.: Наука,1971. 220 с.
71. Moor D.A., Mukhlisullina D.T. Analiz effektivnosti razlichnykh svertok kriteriev
optimal'nosti v zadache mnogokriterial'noi optimizatsii [Analysis of the
effectiveness of different scalar convolutions in multiobjective optimization
problem]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana
[Science and Education: scientific periodical of the Bauman
http://technomag.edu.ru/doc/363023.html 35 MSTU], 2010, no. 4. Available at:
http://technomag.edu.ru/doc/141623.html, accessed 4.05.2012.
72. Srinivas N., Deb K. Multiobjective optimization using nondominated sorting in
genetic algorithms. Evolutionary Computation (journal), 1994, vol. 2, p. 221–248.
73. Horn J., Nafpliotis N., Goldberg D.E. A Niched Pareto Genetic Algorithm for
Multiobjective Optimization. Proc. of the First IEEE Conference on Evolutionary
Computation, IEEE World Congress on Computational Intelligence, New Jersey,
Piscataway, June 1994, IEEE Service Center, Vol. 1, pp. 82-87.
74. Deb K., Pratap A., Agarwal S., Meyarivan T. A fast and elitist multiobjective
genetic algorithm: NSGA-II. IEEE Transactions on Evolutionary Computation,
2002, vol. 6, no. 2, pp. 182 – 197.
75. Zitzler E., Laumanns M., Thiele L. SPEA2: Improving the Strength Pareto
Evolutionary Algorithm for Multiobjective Optimization. Evolutionary Methods for
Design, Optimization and Control with Application to Industrial Problems
367

(EUROGEN 2001), International Center for Numerical Methods in Engineering
(CIMNE), 2002, pp. 95-100.
76. Мухлисуллина Д.Т., Моор Д.А. Анализ эффективности различных сверток
критериев оптимальности в задаче многокритериальной оптимизации
[Электронный ресурс]: научно-техническое издание 77-30569/363023, №4,
2010г. С. 21:
http://technomag.edu.ru
77. Лотов А.В., Поспелова И.И. Многокритериальные задачи принятия решений:
учебное пособие / А.В. Лотов, И.И. Поспелова. – М.: МАКС Пресс, 2008. –
197 с.
78. Зеленков Ю.А. Метод многокритериальной оптимизации на основе
приближенных моделей исследуемого объекта [Электронный ресурс]. МГУ
им. М.В. Ломоносова: Вычислительные методы и программирование. 2010.
Т.11. С. 250-260:
http://num-meth.srcc.msu.ru/.
79. Шубенко А.Л. Оптимальное распределение нагрузок между турбинами
промышленного энергоузла в процессе эксплуатации / А.Л. Шубенко,
Н.В. Лыхвар, А.В. Сенецкий // Совершенствование турбоустановок методами
математического и физического моделирования: междунар. науч.-техн.
конф., 3-5 окт. 2009 г.: тезисы докл. – Х., 2009. – С. 1-9.
80. Ozhan Oksuz and Ibrahim Sinan Akmandor. Multi-Objective Aerodynamic
Optimization of Axial Turbine Blades Using a Novel Multilevel Genetic
Algorithm, Journal Of Turbomachinery-Transactions Of The Asme, Vol. 132, No.
4, pp. Article Number: 041009, October, 2010.
81. Valceres V.R. Silva, Wael Khatib and P.J. Fleming. Variable Complexity
Modelling for Evolutionary Gas Turbine Control Design, in UKACC International
Conference on Control, Vol. 2, Р. 1283-1288, 1998.
82. T. Verstraete, Z. Alsalihi, R.A. Van den Braembussche. Multidisciplinary
Optimization of a Radial Compressor for Microgas Turbine Applications , Journal
368

Of Turbomachinery-Transactions Of The Asme, Vol. 132, No. 3, Р. Article
Number: 031004, July, 2010.
83. Самойлович Г.С. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах /
Г.С. Самойлович, Б.М. Трояновский. – М.: Энергоиздат, 1982. – 494 с.
84. Капинос В.М. Переменный режим работы паровых турбин / Капинос В.М.,
Гаркуша А.В. – Харьков: Выща школа, 1989. – 173 с.
85. Design optimisation of the Graz cycle prototype plant / H. Jericha, E. Göttlich [at
alias] // Proceedings of ASME Turbo Expo. – 2003. – GT2003-38120.
86. Котляр И.В. Переменный режим работы газотурбинных установок /
Котляр И.В. – М.: Машгиз, 1961. – 227 с.
87. Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты / Ревзин Б.С. – М.:
Недра, 1986. – 215 с.
88. Аннопольская И.Е. Оптимизация и идентификация параметров создаваемых
энергетических машин различного назначения / Е.И. Аннопольская,
Ю.П. Антипцев, В.В. Паршин // Совершенствование турбоустановок
методами математического и физического моделирования : междунар. науч.-техн. конф., 3-5 окт. 2009 г.: тезисы докл. – Х., 2009. – С. 6.
89. Merchant A. A cad-based blade geometry model for turbomachinery aero design
systems / Ali Merchant, Robert Haimes // Proceedings of ASME Turbo Expo. –
2003. – GT2003-38305.
90. Краснухин А. Методологии проектирования сложных изделий // Открытые
системы [Электронный ресурс]: – 2003. – №6:
http://citforum.univ.kiev.ua/consulting/articles/complex_projects/
91. Кутейников М. А. Описание объекта в информационных системах,
сопровождающих полный жизненный цикл судна / М.А. Кутейников,
А.В. Липис, Машин А.В., Г.В. Быков, В.А. Рыжов, А.В. Петров //
Информационно-аналитический журнал «Rational Enterprise Management». –
2006. – №1. – С. 31-33.
92. Кизим А.В. Программно-информационный комплекс систем поддержки
деятельности главного конструктора машиностроительного предприятия
369

[Электронный ресурс] / А.В. Кизим, А.М. Дворянкин, В.А. Камаев // Сетевой
электронный научный журнал "Системотехника".– 2003. – №1:
http://systech.miem.edu.ru/
93. Галкина О. Электронная информационная модель изделий судостроения на
различных стадиях жизненного цикла [Электронный ресурс] О. Галкина,
А. Рындин, Л. Рябенький, А. Тучков, И. Фертман // Электронный научный
журнал CADmaster. – 2007. – №37.– С. 48-51:
http://www.cadmaster.ru/articles/part_20481.html
94. Иноземцев А.А. Газотурбинные двигатели [Электронный ресурс]: серия учеб.
для студ. спец. "Авиационные двигатели и энергетические установки"
/А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий:
http://www.avid.ru/pr/uchebnik/
95. Брезгин В.И. Исследование концептуальной модели информационной
поддержки жизненного цикла (ЖЦ) элементов турбин и турбинного
оборудования на этапе проектирования / Ю.М. Бродов, Д.В. Брезгин //
Тяжелое машиностроение. 2008. № 3. С.
96. Брезгин В.И. Совершенствование проектирования и эксплуатации
оборудования паротурбинных установок с применением современных
информационных технологий: авторе. дисс. на соискание уч. степени докт.
техн. наук: спец. 05.04.12 «Турбомашины и комбинированные
турбоустановки» / В.И. Брезгин. Екатеринбург, 2011. – 40 с.
97. Horlock J.H. A review of some early design practice using CFD and a current
perspective / J.H. Horlock, J.D. Denton // Proceedings of ASME Turbo Expo. –
2003. – GT2003-38973.
98. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции
турбин: учебн. [для студ. высш. учеб. заведений] / Щегляев А.В. [6-е изд]–
М.: Энергоатомиздат, 1993. – 384 с. (в 2 кн., кн. 1).
99. Дейч М.Е. Гидрогазодинамика: учебн. [для студ. высш. учеб. заведений] /
М.Е. Дейч, А.Е. Зарянкин. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 384 с.
370

100. Усатый А.П. Определение начальных приближений параметров проточной
части осевой турбины в задачах оптимального синтеза и анализа /
А.П. Усатый // Энергосбережение енергетика энергоаудит.– Харьков, 2008.–
№11. – С. 14–20.
101. Craig H.R.M. Performance estimation of axial flow turbines / H.R.M. Craig,
H.J.A. Cox // Proc Instn. Mech. Engrs. – 1971. – Vol. 185, 32/71. – Р. 407–424.
102. Степанов Г.Ю. Гидродинамика решеток турбомашин / Степанов Г.Ю. – М.:
ГИФМЛ, 1962. – 512 с.
103. Копелев С.3. Аэродинамические потери в лопаточных решетках рабочих
колес турбин при нестационарном обтекании / С.З. Копелев, В.В. Зикеев //
Теплоэнергетика. – 1979. – № 8. – С. 40-44.
104. Wei Ning Significance of loss models in aerothermodynamic simulation for axial
turbines: doctoral thesis / Ning Wei. – Stockholm: KTH Royal Institute of
Technology, 2000. – 128 p.
105. Бойко А.В. Оптимальное проектирование, разработка и исследование
проточной части осевых турбин: дисс. … доктора техн. наук: 05.04.12 /
Бойко А.В. – Харьков, 1982. – 400 с.
106. Говорущенко Ю.Н. Оптимизация газодинамических и геометрических
характеристик осевой турбинной установки: дисс. … кандидтат техн. наук:
05.04.12 / Говорущенко Ю.Н. – Харьков, 1981. – 175 с.
107. Усатый А.П. Проектирование и сравнительное расчѐтно-экспериментальное
исследование двухступенчатого отсека воздушной турбины / А.В. Бойко,
Ю.Н. Говорущенко, А.П. Усатый // Вестник Национального технического
университета «ХПИ». – 2005. – №6. – C. 49–53.
108. Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графики /
Д. Роджерс, Дж. Адамс. М.: Мир, 2001. – 604 с.
109. Корнейчук Н.П. Экстремальные свойства полиномов и сплайнов
Корнейчук Н.П., Бабенко, В.Ф., Лигун, А.А. ; отв. ред. А.И. Степанец. К.:
Наукова думка, 1992. — 304 с.
371

110. Сироткин Я.А. Аэродинамический расчет лопаток осевых турбомашин /
Сироткин Я.А. М.: Машиностроение, 1972. – 448 с.
111. Чупирев Д.А. Проектирование и тепловые расчеты стационарных паровых
турбин / Чупирев Д.А. – К.: МАШГИЗ, 1953. – 258с.
112. Субботин В.Г. Электрогидравлические системы регулирования паровых
турбин ОАО «Турбоатом» / В.Г. Субботин, А.С. Бураков, В.Ю. Рохленко,
В.Л. Швецов // Вестник Национального технического университета «ХПИ». –
2009. – №3. – С. 98-104.
113. Усатый А.П. Модель совместного расчета соплового парораспределения и
проточной части осевой турбины в САПР «Турбоагрегат» / А.В. Бойко,
Ю.Н. Говорущенко, А.П. Усатый // Енергетика та електрифікація. – 2009. –
№12. – С. 38-44.
114. Роганов Е.А. Основы информатики и программирования: [учебное пособие]
/ Роганов Е.А. – М.: МГИУ, 2001. – 315 с.
115. Костюк А.Г. Газотурбинные установки: [учеб. пособие для вузов] /
А.Г. Костюк, А.Н. Шерстюк. – М.: Высшая школа, 1979. – 254 с.
116. Кузнецов Л. А. Газотурбинная установка ГТ-700-5 / Кузнецов Л.А.,
Андреев В.И., Богородовский Г.И. – М.-Л.: Машиностроение, 1964. – 207 с.
117. Описание и инструкция по эксплуатации газотурбинной установки ГТ-750-6М / разраб. П. Навратил. – 1977. – 170 с.
118. Усатый А.П. Интегрирование процедуры создания и расчѐта схем ГТУ в
САПР «Турбоагрегат» / А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко, А.П. Усатый,
А.С. Руденко // Вестник Национально технического университета «ХПИ». –
2009. – №3. – C. 111-115.
119. Box E.P. Some new three-level design for the study of quantitative variables/
E.P. Box, D.W. Behnken // Technometrics. – 1960. –№4. – vol. 2. – Р. 455-475.
120. Rechtschaffner R.L. Saturated fractions of 2n and 3n factorial designs /
R.L. Rechtschaffner // Technometrics. – 1967. –№4. – Р. 569-575.
121. Усатый А.П. Создание эмпирической методики определения
коэффициентов потерь энергии в турбинных решетках с помощью теории
372

планирования эксперимента / А.П. Усатый, А.В Бойко., Ю.Н. Говорущенко //
Вестник Харьковского политехнического института. –1986. – №42 . – С. 34–
39.
122. Усатый А.П. Оценка геометрических параметров турбинной решетки при
автоматизированном проектировании проточной части / А.П. Усатый,
С.Н. Кожевников, Е.Э. Скибина, Ю.Н. Говорущенко // Вестник Харьковского
политехнического института. 1990.– №44. – С. 42 – 48.
123. Корячко В.П. Теоретические основы САПР: учеб. [для студ. высш. учеб
заведений] / В.М. Курейчик, И.П. Норенков. М.: Энергоатомиздат, 1987. –
400 с.
124. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования /
Норенков И.П. – М: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2000. 336 с.
125. Стоянов Ф.А. Оптимальное автоматизированное проектирование проточных
частей осевых турбин / Стоянов Ф.А. – К: Наукова думка, 1989. – 176 с.
126. Шубенко-Шубин Л.А. Автоматизированное проектирование лопаточных
аппаратов тепловых турбин / Л.А. Шубенко-Шубин, Ф.А. Стоянов. – Л.:
Машиностроение, 1984. – 236 с.
127. Петров А.В. Проблемы и принципы создания САПР / А.В. Петров,
В.М. Черненький. – М.: Высшая школа, 1990. – 144 с.
128. Extensible Markup Language (XML) 1.0// W3C Recommendations. W3C, 2004:
http://www.w3.org/TR/2004/REC-xml-200440204/.
129. Shanmugasundaram J., Kiernan J., Fan C., Funderburg J. XPERANTO: Quering
XML Vies of relational data. // IBM Almaden Research Center. San Jose. – 2001.
130. Новак Л.Г. Свойства схем данных XML: Труды Института системного
программирования РАН – М: ИСП РАН. / Л.Г. Новак, С.Д. Кузнецов. – 2003.
–187 с.
131. Усатый А.П. Многоуровневая оптимизация параметров проточной части
осевых турбин с учѐтом переменного режима работы / Бойко А.В.,
Говорущенко Ю.Н., Усатый А.П, Руденко А.С. // Вестник Национального
технического университета «ХПИ». 2007. №2. С. 26-30.
373

132. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация / Гилл Ф.,
Мюррей У., Райт М. – М.: Мир, 1985. 509 с.
133. Harvey N.W., Rose M.G., Taylor M.D., Shahpar S. and Gregory-Smith D.G.
2000, "Nonaxisymmetric Turbine Endwall Design, Part I-3D Linear Design
system", Journal of Turbomachinery, 122, number 2. Р. 286-294.
134. Неклюдов И.М. Эволюционные компьютерные технологии:
наукометрическое исследование / И.М. Неклюдов, В.Ф. Клепиков,
В.Ю. Корда, А.Г. Шепелев // Вопросы атомной науки и техники. 2005.
№5. (88). С. 121-127.
135. Akira Oyama, Meng Sing Liou, Shigeru Obayashi Transonic axial-flow blade
shape optimization Using evolutionary algorithm and three-dimensional navier-stokes solver. AIAA 2002-5642
136. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование
технических устройств и систем / Норенков И.П. – М.: Высшая школа, 1980. –
311 с.
137. Математика и кибернетика в экономике: словарь-справочник. Изд. 2-е,
перераб. и доп. – М.: Экономика, 1975. – 700 с.
138. Karaboga D. An idea based on honey bee swarm for numerical optimization.
Technical report - TR06, Erciyes University, Engineering Faculty, Computer
Engineering Department 2005.
139. Pham D.T., Ghanbarzadeh A., Koc E, Otri S, Rahim S., Zaidi M. The Bees
Algorithm. Technical Note, Manufacturing Engineering Centre, Cardiff University,
UK, 2005.
140. Карпенко А.П. Популяционные методы аппроксимации множества Парето в
задаче многокритериальной оптимизации. Обзор [Электронный ресурс]:
электронное научно-техническое издание: Наука и образование, Эл № ФС 77
- 48211./ А.П. Карпенко, А.С. Семенихин, Е.В. Митина // – 2010. – №4:
http://probnik.travelsystem.ru/doc/363023.html.
141. Поляк Б.Т. Введение в оптимизацию / Поляк Б.Т. М.: Наука, 1983. 384 с.
374

142. Паклин Н.Б. Интеллектуальные модели на основе гибридного генетического
алгоритма с градиентным обучением лидера / Н.Б. Паклин, М.А. Сенилов,
В.А. Тененев // Искусственный интеллект. 2004. № 4. С. 159-168.
143. Цой Ю.Р. О поисковых особенностях эволюционных алгоритмов
[Электронный ресурс] / Ю.Р. Цой. 2006:
http://www.qai.narod.ru/
144. Курейчик В.М. Эволюционные алгоритмы: генетическое
программирование. Обзор / В.М. Курейчик, С.И. Родзин // Известия РАН.
2002. №1. С. 127-137.
145. Herrera F., Lozano M., Sanchez A.M. Hybrid Crossover Operators for Real-Coded Genetic Algorithms: An Experimental Study // Soft Comput. 2005. №9(4).
P. 280-298.
146. Дейч М.Е. Атлас профилей решеток осевых турбин / Дейч М.Е.,
Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. – М.: Машиностроение, 1965. – 96 с.
147. Филиппов Г.А. Исследование и расчеты турбин влажного пара /
Филиппов Г.А., Поваров О.А., В.В. Пряхин. – М.: «Энергия», 1973. – 232 с.
148. Сарапин В.П. Особенности работы турбодетандера с регулирующим
сопловым аппаратом / В.П. Сарапин // Совершенствование турбоустановок
методами математического и физического моделирования: XIII междунар.
науч.-техн. конф., 3-5 окт. 2009 г.: тезисы докл. Харьков, 2009. – С. 5
149. Boiko A.V., Govorushchenko Yu.N., Usaty A.P., Rudenko A.S. Optimal design
of turbines taking into consideration the mode of operation, Proceedings /
A.V. Boiko, Yu.N. Govorushchenko, A.P. Usaty, A.S. Rudenko // 8
th
European
Turbomachinery Conference, March 23-27, 2009.– Graz, Austria, 2009.– Р. 559-569.
150. Газотурбинные установки: атлас конструкций и схем / Л.А. Шубенко-Шубин, Н.Л. Лисецкий, В.А. Шварц, П.И. Корж. – М.: Машиностроение,
1967. – 167 с.
375

151. Концепція (проект) державної науково-технічної програми «Створення
промислових газотурбінних двигунів нового покоління для газової
промисловості та енергетики» / Б. Патон, А. Халатов, Д. Костенко, Б. Білека,
О. Письменний, А. Боцула, В. Парафійник, В. Коняхін // Вісник Національної
академії наук. – 2008. – №4. – С. 3-9.
152. Марцинковский В.С. Энергосберегающая модернизация
газоперекачивающих агрегатов газотранспортной системы Украины /
В.С. Марцинковский, В.И. Юрко // Совершенствование турбоустановок
методами математического и физического моделирования: XIII междунар.
науч.-техн. конф., 3-5 окт. 2009 г.: тезисы докл. Харьков, 2009. – С. 7.
153. Сударев А.В. Способы интенсификации теплообмена в трактах
рекуперативных трубчатых воздухоподогревателей модернизируемых ГТУ /
А.В. Сударев, Б.В. Сударев // Газотурбинные технологии. – 2009. – №3. – С.
18-23.
154. Ткачук Д.Н. Модернизация газоперекачивающих агрегатов ГПА-10-01 /
Д.Н. Ткачук // Газотурбинные технологии. – 2009. – №2. – С. 16-21.
155. Орберг А.Н. Восстановление работоспособности агрегатов ГТК-10-4 и ГТ-750-6 / А.Н. Орберг, В.В. Виноградов, А.М. Панкратов, В.Б. Сударев //
Турбины и дизели. – 2006. – №1. – С. 22-23.
156. Коняхин В.И. Результаты исследования по выбору и обоснованию
параметров перспективного промышленного ГТД в диапазоне мощностей
10…12 МВт / В.И. Коняхин, А.А. Рябов, Д.А. Герасименко //
Восточноевропейский журнал передовых технологий. – 2009. – № 4/5. –
С. 9-11.
157. Газоперекачивающие агрегаты и обслуживание компрессорных станций /
[А.П. Мороз, И.И. Мальцуров, К.Г. Арустамов и др.]. – М.: Недра, 1979. –
229 с.
158. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям /
Идельчик И.Е.: под ред. М.О. Штейнберга. – [3-е изд.]. – М.:
Машиностроение, 1992. – 672 с.
376

159. Мигай В.К. Проектирование и расчѐт выходных диффузоров турбомашин /
В.К. Мигай, Э.И. Гудков. – Л.: Машиностроение, 1981. – 272 с.
160. Дейч М.Е. Гидродинамика диффузоров и выхлопных патрубков
турбомашин / М.Е. Дейч, Зарянкин А.Е. – М.: Энергия, 1970. – 384 с.
161. Тарелин А.А. Оценка эффективных путей развития отечественных
приводных двигателей для газотранспортной системы/ А.А. Тарелин,
В.А. Коваль, ЕА. Ковалева // Восточноевропейский журнал передовых
технологий. – 2009. – № 4/4. – С. 4-8.
162. Джадж А. Газотурбинные двигатели малой мощности / Джадж А.: под ред.
Н.П. Стульникова; пер. с англ. Г.Г. Миронова, К.К. Николаева. – М.: изд-во
иностр. лит-ры, 1963. – 420 с.
163. Смоленский А.Н. Паровые и газовые турбины / Смоленский А.Н. – М.:
Машиностроение, 1977. 287 с.
164. Усатый А.П. Усовершенствование обобщенной методики расчета
эффективности регулировочных ступеней для задач анализа и оптимального
проектирования / А.П. Усатый, А.В. Бойко, И.В. Жевноватченко // Інтегровані
технології та енергозбереження. – 2009.– №3. – С. 82 – 89.