Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines
Based on the existing experience in designing and constructing of the last stage blades of large (critical) length and the analysis of literary sources, the features of the methodology for formalizing the processes of creating such blades, taking into account their specific features (large radial di...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/328268 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Institution
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-328268 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-06-25T17:06:05Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. |
| spellingShingle |
Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| author_facet |
Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. |
| author_sort |
Тарелін, А. О. |
| title |
Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| title_short |
Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| title_full |
Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| title_fullStr |
Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| title_full_unstemmed |
Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines |
| title_sort |
effective formalization of design processes as a key factor in achieving optimal solutions when creating the final stages of steam turbines |
| title_alt |
Ефективна формалізація процесів проектування – як основний фактор у досягненні оптимальних рішень при створенні останніх ступенів парових турбін Ефективна формалізація процесів проектування – як основний фактор у досягненні оптимальних рішень при створенні останніх ступенів парових турбін |
| description |
Based on the existing experience in designing and constructing of the last stage blades of large (critical) length and the analysis of literary sources, the features of the methodology for formalizing the processes of creating such blades, taking into account their specific features (large radial dimensions, suboptimal relative grid steps =0.25–1.0, high static and dynamic loads), are established. A parametric formalization of the main modeling dependencies of the processes on which the creation of rotor blades is based is given: the thermo-gas-dynamic process, blade design and the technological process of manufacturing. The need to create systems (subsystems) for automated design of blades of large length with the presence of a model of the technological process of blade manufacturing in the system is substantiated. It is based on the conclusions that even small deviations from the design option within the tolerance limits during blade manufacturing affect the thermo-gas-dynamic characteristics of the stage, especially when it comes to throat areas. A formalized probabilistic-statistical mathematical model that allows to describe the technological deviations of the blade surfaces taking into account the processing modes used in finish milling with a reliability satisfactory for practical calculations has been developed. This makes it possible to take into account the influence of manufacturing errors and specific features of machine equipment on the blade strength indicators, its gas-dynamic characteristics, and also on the efficiency of the stage operation at the design stage. A two-level approach to the design process, which allows using a two-dimensional model to conduct a directed search for the best solution in an automated mode, analyzing hundreds of options taking into account a wide range of constraints, is proposed. Subsequently, as a result of the blade design and calculation of technological deviations, the option with the best thermo-gas-dynamic characteristics, strength indicators, vibration reliability, and the one taking into account manufacturing errors is selected. At the next level, it can be adjusted using three-dimensional calculation models without losing the indicators of the main selected characteristics. This approach improves the design quality and reduces the time to obtain the best solution. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/328268 |
| work_keys_str_mv |
AT tarelínao effectiveformalizationofdesignprocessesasakeyfactorinachievingoptimalsolutionswhencreatingthefinalstagesofsteamturbines AT annopolʹsʹkaíê effectiveformalizationofdesignprocessesasakeyfactorinachievingoptimalsolutionswhencreatingthefinalstagesofsteamturbines AT tarelínao efektivnaformalízacíâprocesívproektuvannââkosnovnijfaktorudosâgnenníoptimalʹnihríšenʹpristvorenníostanníhstupenívparovihturbín AT annopolʹsʹkaíê efektivnaformalízacíâprocesívproektuvannââkosnovnijfaktorudosâgnenníoptimalʹnihríšenʹpristvorenníostanníhstupenívparovihturbín |
| first_indexed |
2025-07-17T11:57:08Z |
| last_indexed |
2025-09-17T09:27:52Z |
| _version_ |
1850411891412697088 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-3282682025-06-25T17:06:05Z Effective Formalization of Design Processes as a Key Factor in Achieving Optimal Solutions When Creating the Final Stages of Steam Turbines Ефективна формалізація процесів проектування – як основний фактор у досягненні оптимальних рішень при створенні останніх ступенів парових турбін Ефективна формалізація процесів проектування – як основний фактор у досягненні оптимальних рішень при створенні останніх ступенів парових турбін Тарелін, А. О. Аннопольська, І. Є. Based on the existing experience in designing and constructing of the last stage blades of large (critical) length and the analysis of literary sources, the features of the methodology for formalizing the processes of creating such blades, taking into account their specific features (large radial dimensions, suboptimal relative grid steps =0.25–1.0, high static and dynamic loads), are established. A parametric formalization of the main modeling dependencies of the processes on which the creation of rotor blades is based is given: the thermo-gas-dynamic process, blade design and the technological process of manufacturing. The need to create systems (subsystems) for automated design of blades of large length with the presence of a model of the technological process of blade manufacturing in the system is substantiated. It is based on the conclusions that even small deviations from the design option within the tolerance limits during blade manufacturing affect the thermo-gas-dynamic characteristics of the stage, especially when it comes to throat areas. A formalized probabilistic-statistical mathematical model that allows to describe the technological deviations of the blade surfaces taking into account the processing modes used in finish milling with a reliability satisfactory for practical calculations has been developed. This makes it possible to take into account the influence of manufacturing errors and specific features of machine equipment on the blade strength indicators, its gas-dynamic characteristics, and also on the efficiency of the stage operation at the design stage. A two-level approach to the design process, which allows using a two-dimensional model to conduct a directed search for the best solution in an automated mode, analyzing hundreds of options taking into account a wide range of constraints, is proposed. Subsequently, as a result of the blade design and calculation of technological deviations, the option with the best thermo-gas-dynamic characteristics, strength indicators, vibration reliability, and the one taking into account manufacturing errors is selected. At the next level, it can be adjusted using three-dimensional calculation models without losing the indicators of the main selected characteristics. This approach improves the design quality and reduces the time to obtain the best solution. 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. 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. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-06-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/328268 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 28 No. 1 (2025); 42-54 Проблемы машиностроения; Том 28 № 1 (2025); 42-54 Проблеми машинобудування; Том 28 № 1 (2025); 42-54 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/328268/317991 https://journals.uran.ua/jme/article/view/328268/317992 Copyright (c) 2025 А. О. Тарелін, І. Є. Аннопольська http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |