Ви є тут

Оптимізація геометричних параметрів міжлопаткового каналу дворядних лопаткових вінців трансзвукових ступенів осьового компресора

Автор: 
Кірчу Федір Іванович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2007
Артикул:
0407U004185
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
Методика оптимізації геометричних параметрів міжлопаткового каналу дворядних
лопаткових вінців
В розділі розроблена методика оптимізації геометричних параметрів
міжлопаткового каналу дворядних лопаткових вінців та наведена методика
чисельних досліджень характеристик плоских компресорних решіток та ступенів
осьового компресора в цілому. В параграфі 2.1 описана методика та наведений
алгоритм оптимізації геометричних параметрів міжлопаткового каналу дворядних
лопаткових вінців. В параграфі 2.2 описана методика визначення характеристик
плоских перетинів дворядних лопаткових вінців. В параграфі 2.3. описана
методика визначення характеристик ступенів осьового компресора. У висновку до
розділу 2 підсумовані основні результати, отримані в даному розділі.
2.1. Методика оптимізації
В даній роботі розроблена методика оптимізації геометричних параметрів
міжлопаткового каналу дворядних лопаткових вінців ступенів осьового компресора
(рис. 2.1), а саме конструктивних кутів виходу першої та входу другої лопаток
() рис. 2.2. Основною складовою частиною методики є розв’язок прямої задачі
обтікання лопаткових вінців в’язким, стисливим, теплопровідним газом. В основу
розв’язку задачі обтікання, покладено розв’язок системи рівнянь Нав’є-Стокса,
що дозволило в достатній мірі врахувати всі фізичні явища у потоці.
Оптимізаційна задача вирішувалась для визначення оптимальних геометри­чних
параметрів (конструктивних кутів ) міжлопаткового каналу плоских перерізів
дворядних лопаткових вінців за критерієм мінімуму втрат повного тиску в
дворядних лопаткових вінцях з метою підвищення ефективності (ККД) ступенів
осьового компресора. Оптимізація проводилась на розрахунковому режимі роботи
ступеня.
В залежності від мети оптимізації процедура оптимізації може проходити в
декілька етапів. Якщо метою є одночасне підвищення ККД та напірності ступенів
осьового компресора то задача оптимізації вирішується без обмежень по
напір­ності ступеня і, як наслідок, без корегування конструктивних кутів виходу
лопаток . Якщо при оптимізації необхідно підвищити ККД та зберегти існуючу
напірність, ступеня то задача оптимізації вирішується з обмеженнями по
напірності і виникає потреба в зміні конструктивних кутів виходу лопаток.
Рис. 2.1. Проточна частина ступеня компресора
Рис. 2.2. Дворядна компресорна решітка
Таким чином першим етапом є розрахунок характеристик ступеня осьового
компресора та визначення кутів натікання та виходу потоку і трикутників
швидкостей (рис. 2.3) по і – им перетинам по висоті лопаток.
Рис. 2.3. Трикутники швидкостей в плоскому перерізі ступеня компресора
Другим етапом є оптимізація конструктивних кутів плоских перерізів дворядних
лопаткових вінців на кожному і-ому перерізі. Третім – заключним етапом є
перебудова дворядних лопаткових вінців з використанням оптимізованих плоских
перерізів дворядних лопаток та перерахунок характеристик ступеня осьового
компресора . Детально даний алгоритм оптимізації зображений на рис. 2.4.
Умовні позначення, які застосовуються в блок-схемі алгоритму оптимізації:
m – номер розрахункового перерізу проточної частини у міжвінцевому зазорі (m=0,
1, 2, 3) (рис. 2.1);
КФ – конструктивна форма лопаток - геометрична форма лопаток;
АФ – аеродинамічна форма лопаток – форма, обумовлена дією на лопатку газового
потоку;
рст – ступінь підвищення тиску;
Gпов – витрата повітря через ступінь;
щ – частота обертання ротора компресора на розрахунковому режимі;
і – номер перерізу (рис. 2.1);
а, b – межі інтервалу зміни конструктивних кутів лопаток;
– загальні втрати повного тиску газового потоку;
вmi – кути входу та виходу потоку для лопаток робочого колеса m?того
поперечного перерізу проточної частини компресора (m=1, 2) та і?того шару
(стосується аеродинамічної форми);
вкmi – конструктивні кути входу та виходу для лопаток робочого колеса m?того
поперечного перерізу (m=1, 2) та і?того шару (стосується конструктивної
форми);
- критерій досягнення екстремуму цільової функції.
Для вирішення задачі оптимізації, використовувався один з методів неліній­ного
програмування, а саме однопараметричний метод «золотого перерізу» [86-89].
Вибір даного методу був обумовлений тим, що при збереженні сталими всіх інших
геометричних параметрів міжлопаткового каналу дворядних компресорних решіток
крім кутів , геометрична форма міжлопаткового каналу повністю визначається
одним з параметрів , , оскільки при таких умовах данні кути жорстко зв’язані
один з одним, що буде показано нижче .
Рис. 2.4. Блок-схема алгоритму оптимізації
Цільовою функцією оптимізаційної задачі були гідравлічні втрати в компресорних
решітках, які оцінювались втратами повного тиску (2.1). Для решіток робочого
колеса розрахунки проводились за параметрами потоку в відносному русі, а для
решіток напрямного апарату за параметрами в абсолютному русі, те саме
стосується і конструктивних кутів входу та виходу.
(2.1)
де а, b – межі інтервалу зміни .
Пробні точки , в межах інтервалу a-b розраховувались за формулами
, ,
(2.2)
де к – коефіцієнт ділення відрізку [a,b], к=0,618.
Критерієм досягнення екстремуму цільової функції була умова виконання
нерівності (2.3)
або ,
(2.3)
де , - критерії досягнення екстремуму цільової функції.
Значення приймалось рівним 0,5°, така величина обумовлена допуском на
виготовлення профілів лопаток (відхилення конструктивних кутів лопаток в межах
0,5°). Критерій характеризує втрати повного тиску, які обумовлені допуском на
виготовлення лопаток (конструктивних кутів в межах 0,5°).
Рис. 2.5 Схема розбиття відрізку (a, b)
Оптимізація здійснюється в наступній послідовності. Спочатку обирається
інтерва