Кукліна Ольга Юріївна. Геометричне моделювання елементів проточних частин діагональних турбомашин

Краткое описание

Кукліна Ольга Юріївна. Геометричне моделювання елементів проточних частин діагональних турбомашин: дисертація канд. техн. наук: 05.01.01 / Київський національний ун-т будівництва і архітектури. - К., 2003

Кукліна О.Ю. Геометричне моделювання елементів проточних частин діагональних турбомашин.Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 прикладна геометрія, інженерна графіка. Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, Україна, 2003.
Дисертаційна робота присвячена розробці методів, алгоритмів і програм геометричного моделювання елементів проточних частин турбін діагонального конструктивного оформлення, та їх візуалізації на екрані монітора ПЕОМ із застосуванням сучасних досягнень прикладної та обчислювальної геометрії, комп’ютерної графіки в області аналітичного подання кривих і поверхонь складних технічних форм. Запропоновано комплексний підхід до геометричного моделювання рухомих і нерухомих елементів проточних частин турбін діагонального типу. Розглянуто методи геометричного моделювання робочих коліс діагонального типу. Запропонована геометрична модель містить блоки геометричного моделювання меридіональних границь колеса та формування робочих поверхонь лопаток. Розглянуті методи геометричного моделювання робочих коліс діагональних турбін з невисоким ступенем діагональності, а також моделювання профілів лопаток осьових ступенів, які входять до конструкцій турбін діагонального типу. Подані методи геометричного моделювання нерухомих елементів діагональних турбомашин. Розроблені програми геометричного моделювання та візуалізації елементів проточних частин ДТ для ПЕОМ у системі програмування Borland Pascal 7.0 з формуваннямscript-файлів та побудовою в автоматичному режимі зображень у графічному пакеті AutoCAD.

У результаті проведених досліджень досягнута основна мета роботи розроблено ГМ рухомих і нерухомих елементів проточних частин ДТ. При цьому отримані такі результати, що мають наукову і практичну цінність:

Вперше застосовано комплексний підхід до геометричного моделювання рухомих і нерухомих елементів проточних частин турбін діагонального типу, зокрема РК з різними ступенями діагональності, лопаток СА, пристроїв підведення робочої речовини. Це дозволило поліпшити геометричні характеристики обводів і поверхонь, які формують течію робочої речовини і, отже, впливають на ефективні показники ДТ.
Розроблено метод геометричного моделювання меридіональних обводів РК ДТ із застосуваннямВ-сплайнів, удосконалено алгоритм послідовного збільшення вершин ламаних, які апроксимують ці сплайни та подають меридіональні обводи колеса у першому наближенні. Запропонований метод є достатньо гнучким, враховує специфічні особливості ДТ, дозволяє керувати формою обводів та дає достатні можливості для досягнення оптимальної геометричної форми меридіонального перерізу колеса турбіни.
Запропоновано новий підхід до геометричного моделювання серединних, угнутих та опуклих поверхонь лопаток РК діагональних ступенів із застосуванням гвинтових лінійчатих поверхонь змінного кроку, та побудови гвинтової лінії на циліндричній поверхні зовнішнього радіуса колеса, яка визначає скелетну лінію профілю лопатки за заданими кутами входу і виходу потоку.
Досліджено параболу загального вигляду, коефіцієнти якої знаходяться за умови забезпечення необхідних комбінацій кутів потоку та розташування стрілки прогину кривої на заданій відстані від вхідної кромки. Параболу застосовано до геометричного моделювання скелетних ліній профілів коліс ДТ з невисоким ступенем діагональності. Удосконалено метод формування симетричних аеродинамічних профілів, обводи яких описуються поліноміальними кривими окремо для вхідних і вихідних їх ділянок. Профілі розподіляються вздовж параболічних скелетних ліній. Теоретичні дослідження та виконаний аналіз підтвердили можливість застосування цього метода у широкому діапазоні варіювання геометричних параметрів діагональних ступенів.
Розроблено метод геометричного моделювання обводів профілів лопаток осьових ступенів, що входять до складу проточних частин ДТ, із застосуванням степеневих параметричних функцій, запропонованих Р.Л.Бартіні, які забезпечу-

15
ють високий порядок гладкості і неперервності обводів при наявності можливості широкого варіювання їх параметрів, зокрема кутів входу і виходу потоку, кутів загострення і радіусів закруглення вхідних і вихідних кромок тощо.

Запропоновано методи профілювання нерухомих елементів проточних частин ДТ: пристроїв підведення робочої речовини із застосуванням логарифмічної спіралі для подання спірального завитка та овалів Ламе для формування його меридіональних перерізів; соплових лопаток ДТ із застосуванням модифікованого рівняння декартового листа та конформного відображення прямої решітки профілів на колову.
Розроблені програми геометричного моделювання та візуалізації елементів проточних частин ДТ для ПЕОМ у системі програмування Borland Pascal 7.0 з формуваннямscript-файлів та побудовою в автоматичному режимі зображень у графічному пакеті AutoCAD дозволяють генерувати високоефективні пристрої та будувати на екрані монітору ПЕОМ як плоскі проекції, так і просторові зображення лопаток і коліс. Їх застосування дає можливість знизити рівень втрат енергії в ЛА від одного до чотирьох відсотків, а також дозволяє автоматизувати трудомісткий процес створення та доведення цих важливих компонентів енергетичного устаткування.
Впровадження результатів роботи реалізовано виконанням держбюджетної науково-дослідної теми та договорів творчої співпраці з підприємствами галузі. Результати досліджень з геометричного моделювання ЛА турбін, компресорів та вентиляторів, які виконані за цими договорами, передані НВП "Машпроект", ВО "Зоря", ДП НВКГ "Зоря" "Машпроект", ЦНДіПІ "Тайфун", АТВТ "Завод "Екватор" (м. Миколаїв), АТ ВТ "Первомайськдизельмаш" (м. Первомайськ) і використовуються при проектуванні перспективних та удосконаленні існуючих зразків діагональних ТМ різного цільового призначення. Застосування діагональних ступенів у комбінації з осьовими дозволяє підвищити ефективність турбіни на 0,8 відсотки по відношенню до чисто осьового її конструктивного оформлення. Результати досліджень також впроваджені в навчальний процес УДМТУ.