Ефективна формалізація процесів проектування – як основний фактор у досягненні оптимальних рішень при створенні останніх ступенів парових турбін

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2025.01.042
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 28, № 1, 2025 (березень)
Сторінки 42–54

 

Автори

А. О. Тарелін, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: tarelin@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-7160-5726

І. Є. Аннопольська, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: annopolskaja@gmail.com, ORCID: 0000-0002-3755-5873

 

Анотація

На основі наявного досвіду проєктування й конструювання лопаток останнього ступеня великої (граничної) довжини й аналізу літературних джерел встановлені особливості методології формалізації процесів створення таких лопаток з урахуванням їх специфічних особливостей (великих радіальних розмірів, неоптимальних відносних шагів решітки =0,25–1,0, високих статичних і динамічних навантажень). Представлено параметричну формалізацію основних моделюючих залежностей процесів, на яких базується створення робочих лопаток: термогазодинамічного процесу, конструювання лопатки й технологічного процесу виготовлення. Обґрунтовано необхідність створення систем (підсистем) автоматизованого проєктування лопаток великої довжини з наявністю в системі моделі технологічного процесу виготовлення лопатки. Вона базується на висновках про те, що навіть невеликі відхилення від проєктного варіанта в межах допуску при виготовленні лопатки впливають на термогазодинамічні характеристики ступеня, особливо якщо йдеться про горлові перерізи. Розроблено формалізовану ймовірнісно-статистичну математичну модель, яка дозволяє описати технологічні відхилення поверхонь лопаток з урахуванням режимів обробки, що використовуються при чистовому фрезеруванні із задовільною для практичних розрахунків достовірністю. Це дає змогу вже на етапі проєктування взяти до уваги вплив похибок виготовлення і специфічних особливостей верстатного обладнання на показники міцності лопатки, її газодинамічні характеристики, а також на ефективність роботи ступеня. Запропоновано дворівневий підхід до процесу проєктування, що дозволяє за двомірною моделлю вести спрямований пошук найкращого рішення в автоматизованому режимі, аналізуючи сотні варіантів з урахуванням широкого кола обмежень. У подальшому в результаті конструювання лопатки й розрахунку технологічних відхилень обирається варіант із найкращими термогазодинамічними характеристиками, показниками міцності, вібраційної надійності й з урахуванням похибок виготовлення. На наступному рівні він може буди скоригований з використанням тривимірних розрахункових моделей без втрати показників основних обраних характеристик. Такий підхід підвищує якість проєктування і скорочує час отримання найкращого рішення.

 

Ключові слова: турбінні лопатки граничної довжини, формалізація, параметри формалізації, термогазодинаміка, конструювання, технологія виготовлення.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Бондаренко Г. А., Бага В. М. Основи проєктування турбокомпресорів: навчальний посібник. Суми: Сумський державний університет, 2022. 203 с.
  2. Авдєєва О. П., Усатий О. П., Пальков І. А., Пальков С. А., Іщенко О. І. Застосування комплексної методології для оптимізації проточних частин парових турбін. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетичні  та теплотехнічні процеси й устаткування. 2020. № 1 (3). С. 49–53. https://doi.org/10.20998/2078-774X.2020.01.08.
  3. ANSYS-Fluent: Fluid Simulation Software. ANSYS: official site, 2018. https://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-Fluent.
  4. Шубенко-Шубин Л. А., Тарелин А. А., Антипцев Ю. П. Оптимальное проектирование последней ступени мощных паровых турбин / под ред. Л. А. Шубенко-Шубина. Киев: Наукова думка, 1980. 228 с.
  5. Тарелин А. А., Антипцев Ю. П., Аннопольская И. Е. Основы теории и методы создания оптимальной последней ступени паровых турбин. Харьков: Контраст, 2001. 224 с.
  6. Суботін В. Г., Левченко Є. В., Швецов В. Л., Шубенко О. Л., Тарелін А. О., Суботович В. П. Створення парових турбін нового покоління потужністю 325 МВт. Харків: Фоліо, 2009. 256 с.
  7. Тарелин А. А., Кашубин С. П., Аннопольская И. Е. Система автоматизированного проектирования рабочих лопаток последних ступеней турбины. Проблемы машиностроения. 1988. Вып. 30. С. 57–61.
  8. Rusanov A. V., Shvetsov V. L., Alyokhina S. V., Pashchenko N. V., Rusanov R. A., Ishchenko M. H., Slaston L. O., Sherfedinov R. B. The efficiency increase of the steam turbine low pressure cylinder last stage by the blades spatial profiling. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashinobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 1. P. 6–14. https://doi.org/10.15407/pmach2020.01.006.
  9. Sherfedinov R., Ishchenko M., Slaston L., Alyokhina S. Working blades development for the last stages of steam turbine low pressure cylinder. Academic Journal of Manufacturing Engineering. 2023. Vol. 21. Iss. 1. P. 126–131.
  10. Устенко С. А. Оптимізація геометричних параметрів профілю лопатки із застосуванням генетичного алгоритму. Вісник Національного університету кораблебудування. 2010. № 4.
  11. Русанов А. В. Наукові проблеми створення турбін нового покоління з покращеними техніко-економічними показниками. Вісник НАН України. 2017. № 8. С. 47–52. https://doi.org/10.15407/visn2017.08.047.
  12. Борисенко В. Д., Устенко І. В., Устенко А. С. Моделювання профілів лопаток осьових турбомашин еліпсами Ламе. Вчені записки Таврійського національного університету імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2019. Т. 30 (69). Ч. 1. № 5. С. 56–62. https://doi.org/10.32838/2663-5941/2019.5-1/09.
  13. Eret P., Hoznedl M. Analysis of geometric errors of throat sizes of last stage blades in a mid-size steam turbine. Journal of Machine Engineering. 2022. Vol. 22. No. 3. P. 132–147. https://doi.org/10.36897/jme/151118.
  14. Шашко Ю. А., Кулик О. В., Санін А. Ф. Використання адитивних технологій для отримання заготовок дисків турбін турбонасосних агрегатів. Системне проектування та аналіз аерокосмічної техніки: збірник наукових праць Дніпровського національного університету імені Олеся Гончара. 2019. Т. 27. № 2. С. 169–176. https://doi.org/10.15421/471937.
  15. Масягін В. І., Григоренко А. М., Конох К. М., Хахалкіна О. А. Визначення факторів, які знижують показники надійності дисків ГТД та розробка заходів по їх підвищенню. Системи управління, навігації та зв’язку. 2021. Т. 3. № 65. С. 50–55. https://doi.org/10.26906/SUNZ.2021.3.050.
  16. Іщенко Г. І. Технологічне забезпечення якості виготовлення сложнопрофільних поверхонь турбінних лопаток з титанових сплавів: дис. … канд. техн. наук: 05.02.08. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. 184 с.
  17. Епифанов С. В. Анализ современных подходов к идентификации математических моделей ГТД. Авиационно-космическая техника и технология. 2001. Вып. 23. С. 169–174.
  18. Воробьев Ю. С., Шепель А. И., Романенко Л. Г., Водченко В. Н., Сапелкина З. В. Конечноэлементный анализ собственных колебаний статически напряженных лопаток турбомашин. Проблемы прочности. 1990. № 7. С. 88–94.
  19. Касилова А. Г., Мещерякова Р. К. Справочник технолога машиностроителя. М.: Машиностроение, 1985. 496 с.

 

Надійшла до редакції 16.01.2025

Прийнята 10.02.2025