Рис. 8.4. Функциональная схема алгоритма автоматизированного проектирования
проточной части турбины: |
|
|
|
|
|
|
|
1 Т$см |
j; Р $ = |
1 - |
диалоговый ввод данных; |
2 - |
/ = |
1; 3 - |
охлаждение; 4 |
7 |
= Ргсм / —i; 5 - |
TQJ = Т21- 1; |
Ро/ = P2 i —1» 6 |
- определение пирометром на выходе из |
Р.К.; 7 - определение диаметральных размеров проточной части Р.К.; 8 - |
определе |
ние параметров Р.К. и осевых размеров; 9 ------------ |
< 0,5; |
К) |
-- 0,5; 11 - |
|
|
|
|
|
|
|
са.д |
|
|
гн.д |
|
коррекция диаметральных размеров проточной части Р.К.; |
12 |
определение пара |
метров на выходе из С.А.; |
13 - |
определение диаметральных |
размеров |
проточной |
части С.А.; 14 - |
определение параметров С.А. и осевых размеров; |
15 - 7 НН < 0 °; 16 - |
коррекция с 1а; |
17 - 7 ВН > |
15°; 18 - |
7вн= 15° коррекция диаметральных размеров; |
19 - |
определение параметров ступени; |
2 0 - |
180° - |
(0, + Р2) < |
са\ 21 - |
коррекция |
Мс |
\ 22 - 7 нар > 30°; 23 - |
7Нар = 30° коррекция Ьх\ 24 |
определение напряжения |
в лопатках; 25 - визуализация результатов на экране дисплея; 26 - решение проек тировщика о необходимости коррекций; 27 - нужна коррекция; 28 ~ I = zCT; 29 - /= i + 1; 30 - формирование набора данных для моделирования проточной части; 31 - контрольная визуализация набора данных и его диалоговое дополнение; 32 - модели-
|
„ |
- рв |
< ft |
|
; 34 - |
2и |
п>г |
рование проточной части; 33 |
^ |
А ------------------------------------------- ; 35 - |
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
1U |
V е |
ft; 36 - нужно решение проектировщика; |
37 - вывод информации на дисплей; |
38 - |
коррекция параметров; |
39 - |
критерии качества/ / достигнуты; 40 - результаты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проектирования мервдианального сечения проточной части; 41 |
- |
формирование |
набора данных для профилирования лопаток; 42 |
- |
профилирование лопаток; |
43 - |
охлаждение; |
44 |
- |
синтез внутреннего устройства |
(В.У.) лопаток; 45 - размещение |
В.У. возможно; |
46 |
- |
ограничения на наружные обводы лопаток; |
47 |
- |
необходимо |
уточнение потерь; |
48 |
— моделирование теплового |
состояния лопаток; |
49 — анализ |
прочности; 50 - |
нормы прочности соблюдены; 51 |
- |
изменить требования к системе |
охлаждения; |
52 |
- |
коррекция Т.З. на охлаждение; |
53 - изменить наружные обводы |
лопаток; 54 |
- |
изменить материал; 55 - |
изменить размеры проточной части; |
56 - |
изменить Т.З. на проектирование турбины; |
57 - результаты проектирования |
3 2 1 |
Далее в работу включаются блоки 6 ... 24, которые обеспечивают вы бор схемы проточной части и определение ее основных размеров в пер вом1 приближении на основе методического обеспечения, изложенного в гл. 3. Результаты проектирования по каждой из ступеней с помощью блока 25 визуализируются на экране дисплея, и проектировщику предо ставляется возможность корректировки процесса проектирования путем выбора соответствующей команды на клавиатуре дисплея, воспринима емой блоком 26. Если имеется указание о необходимости коррекции, то логический оператор 27 передает управление блоку 1, и проектиров щик в режиме диалога вводит необходимую информацию. В противном случае логический оператор 28 осуществляет переход к проектированию следующей ступени путем передачи управления блоку 29, а если спро ектированы все ступени, то результаты синтеза передаются в последую щие блоки для анализа и уточнения.
Для этого в блоке 30 осуществляется формирование набора данных для моделирования проточной части, а в блоке 31 —его визуализация на экране дисплея и необходимое диалоговое дополнение. Требуемый пере чень входных параметров определяется общей математической моделью проточной части, описанной в разд. 8.3.
Далее блок 32 осуществляет моделирование проточной части. Если в процессе моделирования (по завершении его) хотя бы один параметр V выходит за рамки наложенных на него ограничений 12, то логические операторы 33 или 35 подключают к работе блоки коррекции исходных параметров модели. Для части ограничиваемых параметров V коррекция исходных данных осуществляется, в автоматическом режиме, как это имеет место в цепочке из логического оператора 33 и блока 34. В опера торе 33 проводится сопоставление полученной величины реактивности на внутреннем диаметре дв с минимально допустимым ее значением 12д.
Если |
< 12д, то управление |
передается |
блоку 34, где типовым путем |
изменяется величина закрутки |
потока А, |
которая передается в блок 32, |
и моделирование повторяется. Процесс коррекции величины А продол жается до тех пор, пока не будет выполнено условие дв >12д, после че го управление передается логическому оператору 35, где проверяются ограничения по другим параметрам. Если по какому-либо параметру F, вышедшему за границы назначенных ограничений, имеется шаблонный путь принятия решения о коррекции исходных данных, то по указанию опе ратора 36 управление передается непосредственно блоку 38, где реализуются операции преобразования исходных данных. В противном случае информа ция о выходе параметра при помощи блока 37 выводится на экран дисплея, и коррекцию исходных данных модели осуществляет проектировщик.
После удовлетворения наложенных на параметры V ограничений 12 производится поиск оптимального проектного решения относительно ус тановленных критериев Н для меридианального сечения проточной части. Если логический оператор 39 устанавливает, что критерии качества Н не достигнуты, то управление передается оператору 36. При возможности
использования стандартного метода оптимизации он подключает непо средственно блок 38, где в соответствии с выбранным методом происхо дит целенаправленная коррекция исходных данных модели. Если метод оптимизации относительно какого-либо критерия Н не определен, то опе ратор 36 передает управление блоку 37 и проектировщик в диалоговом режиме изменяет по своему усмотрению исходные данные, выбирая наи более приемлемое проектное решение.
После оптимизации меридианального сечения проточной части турби ны относительно критериев Н логический оператор 39 подключает блок 40, который осуществляет контрольный вывод полученных результатов. Далее начинается этап проектирования на более низком иерархическом уровне.
В работу включается блок 41, формирующий набор данных для про филирования лопаток на основании результатов моделирования проточ ной части, который может дополняться и корректироваться проектиров щиком при помощи клавиатуры дисплея. Блок 42 выполняет профили рование лопаток на основе методического обеспечения, изложенного в гл. 6. По завершении профилирования логический оператор 43 при не обходимости охлаждения лопатки передает управление блоку 44, где осу ществляется синтез ее внутреннего устройства. При синтезе применяется математическая модель теплового состояния охлаждаемых лопаток, соз данная с использованием соотношений, приведенных в гл. 4. Если в ре зультате синтеза будет установлено, что внутреннее устройство, обеспе чивающее необходимое температурное состояние лопатки, не может быть размещено в рамках наружных обводов пера, полученных при профили ровании, то логический оператор 45 подключает блок 46, задающий огра ничения на минимальные размеры этих обводов. После этого процесс профилирования лопаток и синтеза их внутреннего устройства повторя ется. Далее логический оператор 45 (а при отсутствии охлаждения опе ратор 43) передает управление оператору 47. Здесь проектировщику предоставляется возможность сформировать команду на проведение дополнительного газодинамического моделирования проточной части с уточнением коэффициентов у и ф на основе конкретных обводов про фильной части лопаток, для чего осуществляется возврат к блоку 31. Ес ли уточнения потерь не требуется, то выполняется переход к блоку 48, где производится расчет теплового состояния лопаток на основных ре жимах работы двигателя по методике, изложенной в гл. 4. Затем всту пает в работу блок 49, в котором выполняется расчет лопаток на проч ность по методике, изложенной в тп. 7. Если нормы прочности соблюде ны, то логический оператор 50 передает управление блоку 57, обеспечи вающему вывод результатов проектирования на графопостроитель, АЦПУ и помещение необходимой информации в банк данных. Если проч ность лопаток недостаточна, то логический оператор 50 подключает це почку операторов 51, 53 ... 55, формирующих последовательность кор рекции проточной части и ее элементов с целью обеспечения необходи мой прочности.
Оператор 51 обеспечивает переход к блоку 52, который формирует новые требования к системе охлаждения с последующим выполнением синтеза нового варианта внутреннего устройства (блоком 44). Если положительный результат не достигается, то оператор 53 формирует ко манду блоку 41 на изменение наружных обводов лопатки. Если резуль тат отрицательнылй, то оператор 54 формирует запрос проектировщику о возможности изменения материала и, при соответствующем указании, передает управление блокам 48 и 49 для выполнения расчета температу ры и прочности лопаток при измененном материале. Если прочность и в этом случае не обеспечена, то логический оператор 55 по указанию про ектировщика обеспечивает переход к моделированию проточной части блоком 32 с новыми размерами. Если ни одна из перечисленных мер не дает положительного результата, то оператор 55 подключает к работе блок 56, в котором формируются требования на пересмотр технического задания на проектирование проточной части. После его уточнения весь цикл проектирования повторяется.
На рис. 8.5, 8.6 и 8.7 показаны результаты проектирования проточ ной части турбины после их визуализации с помощью чертежно-графи ческого автомата.
При визуализации меридианального сечения проточной части выво дится общая схема в соответствующем масштабе без указания размеров
Л,мм
550 |___________|___________|___________|___________|_________ _j_______
О |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 L.MM |
|
|
|
6 2 |
. 2 2 0 0 |
|
ИЗМ. АИСТ |
ы'дакум. падп. ДАТА |
П Р О Т О Ч Н А Я |
Л и £ МАССА1МАСШТАБ |
Ч А С Т Ь |
|
|
РАЗРАБ. |
КНЯЗЕВ |
|
|
1 : 1 . 0 |
|
Т У Р Б И Н Ы |
|
прав. |
|
|
|
|
|
|
И З Д Е Л И Я |
Л исЗТ1 |
1 ЛИСТОВ 1 |
T.KDHTP. |
|
|
|
р у к . п р . |
КОПЕЛЕВ |
|
|
|
|
H .K D H T P. |
|
|
|
|
|
УТВ . |
ЖУРАВЛЕВ |
|
|
|
|
Рис. 8.5. Общая схема меридианального сечения проточной части турбины, изображен ная с помощью чертежно-графического автомата
и з м . ЛИСТ |
№ Д 0КНМ. Щ г Г ДАТА |
Р А З Р № . |
К Н Я З Е В |
П Р О В . |
|
Т. КО НТР. |
|
Р У К .Г Р . |
КОПЕЛЕВ |
н .к п н тр . |
|
У Т В . |
ЖУРАВЛЕВ |
62.220 0
ЛИТ. IMACCA м вт
2-ая СТУПЕНЬ ТУРБИНЫ Т-1.0
ИЗДЕЛИЯ
лиот 1 1ЛИСТОВ 1
Рис. 8 .6 . Образец вывода на ЧГА схемы проточной части отдельной ступени с указани ем необходимых размеров
(рис. 8.5) и схема проточной части каждой ступени с указанием необхо димых размеров (рис. 8.6). При выводе результатов профилирования лопаток на чертежно-графический автомат изображение профилей лопа ток в расчетных сечениях строится с указанием основных размеров и приводится связка профилей для каждой лопатки (рис. 8.7).
|
|
|
|
a |
ЧИСЛО |
52 |
ОТНОСИТЕЛЬН. |
0,17 |
|
ЛОПАТОК |
ТОЛЩИНА |
|
|
|
|
3 * * . УГОЛ |
25,3 |
ГУС ТО ТА |
1,40 |
|
РЕШ ЕТКИ |
|
|
|
|
|
УГОЛ ВХОДА кон. ВВ,0 |
ПЛОЩ АДЬ |
144,0 |
РУК. ГРУППЫ |
СЕЧЕНИЯ |
УГОЛ ВЫХОДА кон. 2Б,0 |
ТОЛЩИНА ВЫХ.КР. |
1,50 |
КОНСТРУКТОР |
УГОЛ ОТГИБА |
14,0 |
ЗАГРОМОЖДЕНИЕ |
0,0В |
КОНТРОЛЬ |
R1=Z.OO
ПРОФИЛЬ с о п л о в о й ЛОПАТКИ 0 СТУПЕНИ Т У Р Б И Н Ы
И З Д .0
Д - 78Вмм ЧЕРТ.
Рис. 8.7. Пример вывода на ЧГА результатов профилирования рабочих лопаток:
а —профиль сопловой лопатки на среднем диаметре; б - связка профилей на расчет ных диаметрах сопловой лопатки (пунктиром обозначены промежуточные сечения)
( 11ИС0К ЛИШ'Л ТУШ
1.АОиинц И.X. Теории ппиициоммых ппоных гурПим, М,: Машиностроение, 1979.
246 с.
2.Ароном Н.М., Жуконский М.И., Журналом II.А. 11р(м|шш1ршни(ис лопаток инии-
циоппых газовых турбин. М.: Машиностроение, 1975. 192 с,
3.Аэродинамические характеристики ступеней теплимых турбин. /11.11. Афана сьева, В.Н. Ьусурин, И.Г. Гоголев и др.; Под общ. ред. II.А. Черникова. Л.: Машино строение, 1980. 263 с.
4.Джэббари, Гольдштейн. Адиабатическая температура стенки и теплопередача зо
областью вдува через два ряда отверстий. Энергетические машины и установки. I97H.
А100,№ 2.С . 120 - 125.
5.Динамика авиационных газотурбинных двигателей. Под ред. И.А. Биргера и Б.Ф. Шоора. М.: Машиностроение, 1981. 232 с.
6.Зарянкин А.Е., Барановский В.П. О влиянии диффу зорного участка на эффек тивность сопловых аппаратов турбомашин /Тр. ип-та/ Моек. Энергетический ип-т,
1976. Вып. 306. С. 83 - 8 9 .
7. Зильберман А.С., Лопатицкий А.О. и др. Дополнительные потери энергии из-за периодической нестационарности потока в рабочих лопатках турбинных ступеней
/Теплоэнергетика. 1973. № 10. С. 55 - 58.
8.Зысина-Моложен Л.М., Роост Э.Г. Влияние турбулентности нибсгиющего потока на локальную теплоотдачу в турбинных сопловых решетках /Теплоэнергетика. 1979, №4. С. 3 1 - 3 6 .
9.Капинос В.М., Слитенко А.Ф. К определению средних коэффициентов теплоот
дачи турбинных лопаток /Теплоэнергетика. 1981. № 8. С. 28 - 31.
10. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. Под ред. И.А. Биргера и Б.Ф. Балашова. М.: Машиностроение, 1981. 222 с.
.1 1 . Копелев С.З. Проектирование проточной части турбин авиационных двигате лей. М.: Машиностроение, 1984. 224 с.
12.Манушин Э.А. Системы охлаждения турбин высокотемпературных газотур бинных двигателей /Турбостроение/ ВИНИТИ. 1980. Вып. 2. 280 с.
13.Почуев В.П., Щербаков В.Ф. Исследование локального теплообмена на поверх ности решеток турбинных лопаток //Теплоэнергетика. 1978. № 10. С. 37 - 41.
14.Садовничий В.Н., Бусурин В.Н., Попков В.И. О распространении кромочных
следов сопловых лопаток в турбинной ступени //Энергомашиностроение. 1977. № 7.
С.16 - 19.
15.Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин. М.: Машино строение, 1975. 288 с.
16.Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1981. 550 с.
17.Шубенко-Шубин Л.А., Стоянов Ф.А., Шубенко А.Л. Об оценке профильных по терь в турбинной решетке, обтекаемой нестационарным потоком //Энергомашиностро ение. 1972. № 1.С. 7 - 9.
18.Habashi W.G., Kotiuga. Numerical solution of subsonic and transonic cascade flows. International Journal for numerical methods in fluids. 1982. Vol. 2. P. 317 - 330.
19.Hirsch C., Warzee G. A finite element method for the axisymmetric flow compu tation in a turbomachine. International Journal for numerical methods in engineering. 1976. Vol. 10. P. 93 - 1 1 3 .
20.Kohler H., Hennecke D.E., Pfaff K., Eggebrecht R. Hot cascade test results of cooled turbine blades and their application to actual engine conditions. - Paper presented at the 50th AGARDPEP Symposium on ’’High Temperature Problems in Gas Turbine Engines”, An kara, Sept. 1977.
21.Thomas P.D., Middlecoff J.E. Direct control of the grid point distribution in meshes generated by elliptic equations. AIAA Journal, 1980. Vol. 18. N 6. P. 652 - 656.
22.Wilde G.L. The design and performance of high-temperature turbines in turbofan engines. - Aeronautical Journal, 1977. N 600. P. 342 - 352.
