Пространственная аэродинамическая оптимизация направляющей решетки осевой турбины

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.16 – турбомашины и турбоустановки. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016. Диссертация посвящена разработке методики пространственной аэродинамической оптимизации направляющих решеток осевых турбин путем поиска оптимальных формы профилей и меридиональных обводов межлопаточных каналов. Использование данной методики позволяет при решении оптимизационной задачи учесть дополнительные резервы повышения эффективности. Поиск оптимального варианта осуществлялся с использованием теории планирования эксперимента и ЛПτ – последовательности. Для описания полимодальных целевых функций исходная формальная макромодель в виде полного квадратичного полинома была уточнена путем замены суперпозиции параболы на суперпозицию кубического интерполяционного сплайна. На основе разработанной методики проведена оптимизация направляющей решетки третьей степени мощной паровой турбины с постоянным по высоте профилем при построении его различными типами кривых. Анализ результатов оптимизации показал, что наибольшее снижение интегральных потерь составило 7% в относительных величинах. Снижение потерь было достигнуто, как в ядре потока, так и в области вторичных течений. Существенно влиять на структуру течения в турбинных решетках, а следовательно получать дополнительных выигрыш при постановке оптимизационной задачи позволяет меридиональное профилирование поверхностей межлопаточного канала. Оптимизация периферийного меридионального обвода с помощью разработанного метода позволила дополнительно снизить интегральные потери 1,4%. в относительных величинах. Построение формы меридионального обвода осуществляется с использованием кривых Безье 4-го порядка для решеток без раскрытия и 3-го порядка – для решеток с раскрытием. Использование лопатки переменного по высоте профиля при постановке оптимизационной задачи также позволяет снизить интегральные потери.Thesis for degree of Candidate of Sciences in Technique for speciality 05.05.16 – turbomachine and turbo-installation. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to development the methods of the three-dimensional aerodynamic optimization of axial turbine nozzle cascades by defining the optimal shape of profiles and nozzle channel meridional shape. The formulation of an optimization problem using this methods allows to consider the additional efficiency reserves.While implementing developed method design of the turbine profiles using different kinds of curves was carried out. For each of the curve types the control parameters that allow to widely vary the profile geometry were determined. The results reliability was confirmed by providing verification of the nozzle and blade cascade simulations with experimental data. Using developed methods the optimization of the third stage nozzle cascade with a constant height profile of the powerful steam turbine using different types of curves was conducted. As a result of optimization the largest reduction of the integral losses by 7% in relative values was shown. Further optimization of the shroud meridional shape using developed optimization method increased this value by 1.4%. Formulation optimization task Using variable nozzle height profile also reduces the integral loses.