Спіцин Володимир Євгенійович. Геометричне моделювання компресорних лопаткових апаратів

Краткое описание

Спіцин Володимир Євгенійович. Геометричне моделювання компресорних лопаткових апаратів : дис... канд. техн. наук: 05.01.01 / Таврійська держ. агротехнічна академія. - Мелітополь, 2006

Спіцин В.Є.Геометричне моделювання компресорних лопаткових апаратів.Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 Прикладна геометрія, інженерна графіка. Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, Україна, 2006.
Дисертаційна робота присвячена розробці ГМ, алгоритмів і програм розрахунків та візуалізації на ПЕОМ компресорних лопаткових апаратів, необхідних для визначення раціональних їх форм та подальшої обробки і контролю на сучасному технологічному обладнанні.
У роботі виконано аналіз профілів лопаток осьових компресорів потужних газотурбінних двигунів, що знаходяться у виробництві, визначено похибки в завданні геометрії лопаток, розроблено програмний продукт для усунення цих недоліків і задоволення лопаток умовам виготовлення їх на п’ятикоординатному обробному центрі. Поліпшення геометрії обводів профілів лопаток компресорів здійснюється із застосуванням інтерполяційних і апроксимаційних сплайнів, що будуються на основі алгоритму, розробленому АнселономЛораном. Запропоновано геометричну модель профілів поперечних перерізівS-подібних лопаток, які застосовуються в конструкціях високонавантажених компресорів. Поперечний переріз таких лопаток формується розподілом асиметричного профілю вздовж скелетної лінії, яка описується двома кривими, що моделюються на базі заданих графіків розподілу кривини. Геометричні моделі просторових лопаток подаються сплайнами, які будуються із застосуванням функцій Гріна. Виконані теоретико-експериментальні дослідження компресорів підтвердили можливість поліпшення ефективних показників компресорів та їх окремих ступенів.

У результаті проведених досліджень досягнуто мету роботи розроблено ГМ лопаток осьових компресорів потужних ГТД. При цьому отримані результати, які мають наукову та практичну цінність:
1. Вперше застосовано комплексний підхід до аналізу та удосконаленню геометричних характеристик профілів лопаток осьових компресорів, що знаходяться у виробництві. Це дозволило розробити низку заходів щодо виготовлення компресорних лопаток серійних двигунів на сучасному високошвидкісному п’ятикоординтному обробному центрі NX-154 Starrag, і завдяки чому скоротити час та матеріальні витрати на підготовку виробництва і безпосереднє їх виготовлення.
2. Розроблені метод і алгоритм згладжування обводів профілю лопатки з використанням інтерполяційних і апроксимаційних сплайнів, які будуються на основі алгоритму АнселонаЛорана, а також методика узгодження кіл вхідних і вихідних кромок профілів зі згладженими обводами спинки і коритця дозволяють поліпшувати розподіл диференціальних характеристик обводів профілів, що позитивно впливає на течію робочої речовини і , у підсумку, сприяє підвищенню ефективних показників компресорів.
3. Запропонований новий підхід до геометричного моделювання середніх (скелетних) ліній профілів лопаток осьових компресорів базується на ідеї формування кривих на базі графіків розподілу їх кривини. Теоретичні дослідження та зроблений аналіз показали можливість масштабування та побудови подібних криволінійних обводів, підтвердили доцільність застосування цих кривих до геометричного моделювання профілів лопаток осьових компресорів.
4. Розроблена ГМ асиметричного аеродинамічного профілю базується на побудові його обводів як обвідних сімей кіл, центри яких розміщуються на скелетній лінії профілю. Модель надає широкі можливості формуванняS-подібних профілів лопаток високонапірних компресорів за заданими залежностями розподілу радіусів кіл для спинки і коритця профілю.
5. Запропонована ГМ робочої частини лопатки осьового компресора, яка передбачає побудову поверхонь спинки і коритця, вхідної і вихідної кромок. Спинка і коритце лопатки описуються сплайнами, що будуються із застосуванням функції Гріна на підставі сукупності профілів, розташованих по висоті лопатки. Апробація розробленої ГМ на прикладі лопаток третього ступеня компресора низького тиску двигуна ДГ90 підтвердила працездатність і плідність підходу до аналітичного подання робочих поверхонь лопаток компресорів.
6. Розроблені програми геометричного моделювання та візуалізації ЛА проточних частин осьових компресорів потужних ГТД з формуваннямscript-файлів та побудовою зображень у графічному середовищі AutoCAD дозволяють досліджувати на ПЕОМ просторові та плоскі зображення лопаток. Застосування розробленого програмного продукту також дозволяє автоматизувати трудомісткий процес створення, доведення та поліпшення газодинамічних характеристик цих важливих компонентів проточних частин осьових компресорів. У підсумку це сприяє зниженню рівня втрат енергії робочої речовини в ЛА.
7. Експериментальні дослідження компресорів двигунів ГТД 110, ДУ90, ДН80, ДУ80, ГТД 10000, ГТД 45 (60) підтвердили доцільність застосування сучасних досягнень прикладної геометрії до поліпшення геометричних характеристик ЛА та адаптації просторових лопаток до умов течії робочої речовини. Це дозволило підвищити ККД окремих ступенів до 3%, компресорів різних двигунів від 0,8% до 1,52,5% та довести рівень ККД компресорів до 8687%, а запаси стійкості роботи компресорів збільшити на 1015%.
8. Результати дисертаційної роботи впроваджені у ДП НВКГ "Зоря""Машпроект" (м. Миколаїв), ВАТ ІВП "Енергія" (м. Кривий Ріг), ЗМКБ "Прогрес" ім. О.Г. Івченка (м. Запоріжжя). Вони передані ФДУП ММВП "Салют" (м. Москва), ВАТ "Науково-виробниче об’єднання "Сатурн" (м. Рибінськ Ярославської обл., Російська Федерація), де використовуються при проектуванні нових та удосконаленні існуючих зразків ЛА компресорів ГТД різного цільового призначення.