Автоматизированное проектирование проточных частей тепловых турбин с оптимальными характеристиками экономичности, статической прочности и вибрационной надежности

• Автор: Стоянов, Феликс Анатольевич
• Шифр специальности: 05.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 522 c. : ил

Перечень условных обозначений и сокращений

1. Постановка задач исследований

1.1. Методы оптимизации термогазодинамических харак-теристик потока в проточной части турбин

1.2. Формирование лопаток и оптимизация их обводов

1.3. Задачи автоматизированного проектирования оптимальных проточных частей тепловых турбин

1.3.1. Постановка задачи оптимизации

1.3.2. Некоторые общие положения теории систем в приложении к задачам проектирования
1.3.3. Элементы конструкции проточной части. Целевые функции и ограничения в системе ее оптимального проектирования

1.3.4. Основные структуры моделей формирования оптимальной проточной части

2. Общая постановка задачи синтеза проточной части оптимальной формы

2.1. Анализ основных элементов математической модели функционирования проточной части
2.2. "Геометрическая" модель проточной части
2.3. Модель течения рабочего тела в проточной части турбины
2.4. Критерии качества и аэродинамические ограничения
2.5. Критерии надежности функционирования рабочих лопаточных венцов
2.6. Критерии надежности функционирования направляющих лопаточных аппаратов

2.7. Пример использования общей математической модели проточной части турбины в задаче оптимизации ее формы
3. Декомпозиция общей математической модели проточной
части
3.1. Разработка структуры моделей путем создания соответствующих управляющих программ для единой математической модели
3.2. Результаты решения задачи оптимизации формы ступени
3.2.1. Подготовка исходной информации и коррекция моделей для решения задачи оптимизации на базе результатов предварительных экспериментальных исследований
3.2.2. Оптимизация формы ступени с использованием структуры моделей, полученной в результате декомпозиции общей модели
4. Структуры математических моделей синтеза проточной
части оптимальной формы с лопаточными аппаратами,
удовлетворяющими требованиям надежности
4.1. Трехуровневая структура математических моделей синтеза ступени оптимальной формы. Общий анализ
4.2. Математическая модель первого уровня. Оптимизация термогазодинамических характеристик потока в межвенцовых зазорах проточной части и размеров хорд по высоте лопаток
4.2.1. Общая постановка задачи
4.2.2. Решение осесимметричной аэродинамической задачи в зазоре между направляющим и рабочим венцами

4.2.3. Решение осесимметричной задачи в зазоре между ступенями
4.2.4. Реализация задачи нелинейного программирования
в модели первого уровня
4.3. Математическая модель второго уровня. Формирование поперечных сечений направляющих и рабочих лопаток
4.3.1. Общая постановка задачи
4.3.2. Построение профиля оптимальной формы
4.4. Математическая модель третьего уровня. Оптимизация расположения в пространстве поперечных сечений направляющих лопаток
4.5. Четырехуровневые структуры моделей
4.6.. Сравнительный анализ структур
4.7. Результаты оптимизации ступеней с использованием
четырехуровневой структуры моделей
4.7.1. Оптимизация отдельной ступени
4.7.2. Исследование влияния величины надбандажного зазора на результаты оптимизации ступени
4.7.3. Оптимизация группы ступеней
5. Результаты исследования ступеней с оптимальными характеристиками, полученными с помощью различных уровневых
моделей
5.1. Исследование оптимальных термогазодинамических характеристик потока в межвенцовых зазорах последней в отсеке ступени
5.2. Исследование влияния потерь энергии в ступени на оптимальные распределения термогазодинамических характеристик потока в ее межвенцовых зазорах
5.2.1. Исследование оптимальных термогазодинамических

2. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ
В главе приводятся методы формирования и расчета проточных частей мощных тепловых турбин и реализующие их алгоритмы и программы. Часть из них используется в традиционной практике проектирования. Однако в предлагаемой постановке они позволяют построить имитационную модель функционирования проточной части, которая дает возможность определить ее геометрические размеры в функции от некоторых параметров формы С , а далее оценить распределение термогазодинамических характеристик потока в ней, КПД, распределение напряжений растяжения и изгиба в лопаточных венцах и собственные частоты колебаний лопаток. Варьируя параметрами формы С- , можно найти их значения (а, следовательно, и форцу проточной части), обеспечивающие достижение максимума КПД при выполнении ограничений, гарантирующих работу конструкции в области допустимых напряжений и частот. Значительное внимание уделено вопросам формирования системы целевых функций, а также прочностных и аэродинамических ограничений. К числу последних отнесены и те ограничения, которые обеспечивают выполнение физических и инженерных требований, неучтенных при разработке системы целевых функций.
2. / Анализ основных элементов математической модели функционирования проточной части
Задача создания проточной части оптимальной формы может быть рассмотрена в общей постановке как задача нелинейного программирования о выборе формы ее обводов, обеспечивающем экстремум целевой функции (КПД) при соблюдении аэродинамических ограничений и ограничений, гарантирующих надежную работу конструкции. Математическая