Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели
Для сокращения времени проектирования и повышения эффективности систем охлаждения газовых турбин предложено использовать многофакторную оптимизацию, основанную на ЛПt-последовательностях. Разработан алгоритм и компьютерная программа оптимизации. На примере совершенствования системы охлаждения направ...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12799 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели / А.И. Тарасов, А.И. Долгов // Электронное моделирование. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 105-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860252435423952896 |
|---|---|
| author | Тарасов, А.И. Долгов, А.И. |
| author_facet | Тарасов, А.И. Долгов, А.И. |
| citation_txt | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели / А.И. Тарасов, А.И. Долгов // Электронное моделирование. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 105-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Для сокращения времени проектирования и повышения эффективности систем охлаждения газовых турбин предложено использовать многофакторную оптимизацию, основанную на ЛПt-последовательностях. Разработан алгоритм и компьютерная программа оптимизации. На примере совершенствования системы охлаждения направляющей лопатки газовой турбины показана эффективность предложенного подхода.
Для скорочення часу проектування і підвищення ефективності систем охолоджування газових турбін запропоновано використовувати багатофакторну оптимізацію, засновану на ЛПt-послідовностях. Розроблено алгоритм і комп’ютерну програму оптимізації. На прикладі вдосконалення системи охолоджування направляючої лопатки газової турбіни показано ефективність запропонованого підходу.
Basing on LPt-sequences multifactor optimization was implemented for reducing design period and increasing an efficiency of gas turbines cooling systems. The algorithm and computer programs of optimization were developed. The efficiency of optimization was shown on the example of perfection of the gas turbine nozzle vane cooling system.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:45:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
ÓÄÊ 621.438
À. È. Òàðàñîâ, êàíä. òåõí. íàóê, À. È. Äîëãîâ
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò
«Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò»
(Óêðàèíà, 61002, Õàðüêîâ, óë. Ôðóíçå, 21,
òåë. (057)7076311, Å-mail: tars@ic.kharkov.ua, dai@vega.kharkov.ua)
Ñòðàòåãèÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì
îõëàæäåíèÿ ëîïàòîê ãàçîâîé òóðáèíû ìåòîäîì
ËÏ-ïîèñêà ïðèìåíèòåëüíî ê ñåòåâîé ìîäåëè
(Ñòàòüþ ïðåäñòàâèë ÷ë.-êîð. ÍÀÍ Óêðàèíû Â. Â. Âàñèëüåâ)
Äëÿ ñîêðàùåíèÿ âðåìåíè ïðîåêòèðîâàíèÿ è ïîâûøåíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ
ãàçîâûõ òóðáèí ïðåäëîæåíî èñïîëüçîâàòü ìíîãîôàêòîðíóþ îïòèìèçàöèþ, îñíîâàííóþ íà
ËÏt-ïîñëåäîâàòåëüíîñòÿõ. Ðàçðàáîòàí àëãîðèòì è êîìïüþòåðíàÿ ïðîãðàììà îïòèìèçàöèè. Íà
ïðèìåðå ñîâåðøåíñòâîâàíèÿ ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ íàïðàâëÿþùåé ëîïàòêè ãàçîâîé òóðáèíû
ïîêàçàíà ýôôåêòèâíîñòü ïðåäëîæåííîãî ïîäõîäà.
Äëÿ ñêîðî÷åííÿ ÷àñó ïðîåêòóâàííÿ ³ ï³äâèùåííÿ åôåêòèâíîñò³ ñèñòåì îõîëîäæóâàííÿ
ãàçîâèõ òóðá³í çàïðîïîíîâàíî âèêîðèñòîâóâàòè áàãàòîôàêòîðíó îïòèì³çàö³þ, çàñíîâàíó
íà ËÏt-ïîñë³äîâíîñòÿõ. Ðîçðîáëåíî àëãîðèòì ³ êîìï’þòåðíó ïðîãðàìó îïòèì³çàö³¿. Íà
ïðèêëàä³ âäîñêîíàëåííÿ ñèñòåìè îõîëîäæóâàííÿ íàïðàâëÿþ÷î¿ ëîïàòêè ãàçîâî¿ òóðá³íè
ïîêàçàíî åôåêòèâí³ñòü çàïðîïîíîâàíîãî ï³äõîäó.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: îõëàæäåíèå, îïòèìèçàöèÿ, ðàñõîä, âîçäóõ, òåïëîîòäà÷à, ëîïàòêà,
òóðáèíà.
Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü. Îïòèìèçàöèÿ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ãàçîòóðáèí-
íûõ óñòàíîâîê è äâèãàòåëåé (ÃÒÓ è ÃÒÄ) — ñëîæíûé è òðóäîåìêèé
ïðîöåññ, êîòîðûé çàêëþ÷àåòñÿ â ïðîâåäåíèè ìíîãîâàðèàíòíûõ ðàñ÷åòîâ ñ
ó÷åòîì ðÿäà îãðàíè÷åíèé, òàêèõ êàê ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà äåòàëåé
òóðáèíû, ìàêñèìàëüíûå íàïðÿæåíèÿ â äåòàëÿõ, îáóñëîâëåííûå òåïëî-
âûìè ðàñøèðåíèÿìè è äèíàìè÷åñêèìè íàãðóçêàìè, è äð.
Ïðîöåññ íàñòîëüêî ñëîæíûé, ÷òî, ïî ìíåíèþ íåêîòîðûõ èññëåäîâàòåëåé,
åãî àâòîìàòèçàöèÿ ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíà â ñâÿçè ñ ìíîæåñòâîì ôàêòîðîâ,
âëèÿþùèõ íà ïîâåäåíèå ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ. Îäíàêî ðàçâèòèå ìåòîäîâ
ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîöåññîâ â ãàçîâûõ òóðáèíàõ è òåõíîëîãèè èõ ïðîèçâîäñòâà
ïîçâîëÿåò èçìåíèòü ïðåæíèé ïîäõîä, à èìåííî ïðîåêòèðîâàíèå — èñïû-
òàíèÿ — ïåðåïðîåêòèðîâàíèå, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ñîêðàùåíèå ñðîêîâ âûïóñêà
íîâîãî ïîêîëåíèÿ ÃÒÓ è ÃÒÄ ðàçëè÷íîãî íàçíà÷åíèÿ.
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2010. Ò. 32. ¹ 1 105
Ïðîáëåìà îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ íàõîäèòñÿ â òåñíîé âçàèìî-
ñâÿçè ñ ïðîáëåìîé îïòèìèçàöèè ÃÒÓ è ÃÒÄ â öåëîì. Ìîæíî óñëîâíî ñ÷èòàòü,
÷òî ñîçäàíèå ýôôåêòèâíûõ ÃÒÓ è ÃÒÄ ïðîèñõîäèò â ðåçóëüòàòå ïîâòîðåíèÿ
öèêëà, ñîñòîÿùåãî èç ñëåäóþùèõ ýòàïîâ:
1. Ðàñ÷åò öèêëà ÃÒÓ, âûáîð òåìïåðàòóðû ãàçà ïåðåä òóðáèíîé, îöåíêà
ðàñõîäà îõëàæäàþùåãî âîçäóõà â äîëÿõ îò ðàñõîäà êîìïðåññîðíîãî âîçäóõà.
2. Âûáîð ìàòåðèàëîâ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ÃÒÓ, ÃÒÄ, âûáîð òåðìîáàðüåð-
íûõ ïîêðûòèé.
3. Òåïëîâîé ðàñ÷åò ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåññîðà è òóðáèíû ñ ó÷åòîì
ñìåøåíèÿ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà ñ ãàçîì, ïðîåêòèðîâàíèå ëîïàòî÷íûõ
àïïàðàòîâ.
4. Ïðîåêòèðîâàíèå è ðàñ÷åò ñèñòåì îõëàæäåíèÿ, ðàñ÷åò òåïëîâîãî
ñîñòîÿíèÿ íàèáîëåå îòâåòñòâåííûõ äåòàëåé òóðáèíû è òóðáèíû â öåëîì.
5. Ðàñ÷åò òåðìîíàïðÿæåííîãî ñîñòîÿíèÿ, ðàñ÷åòû ïîëçó÷åñòè.
6. ×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå òå÷åíèÿ è òåïëîîáìåíà â ïðîòî÷íîé ÷àñ-
òè è â ýëåìåíòàõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ, ðàñ÷åòû âèáðàöèîííûõ íàãðóçîê.
7. Ðàñ÷åòû ìàëîöèêëîâîé óñòàëîñòè, îöåíêà æèçíåííîãî öèêëà ÃÒÓ,
ÃÒÄ.
Íà îïðåäåëåííûõ ýòàïàõ ïðîâîäèòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ äîâîäêà îò-
äåëüíûõ óçëîâ, òðåáóþùàÿ çíà÷èòåëüíûõ çàòðàò âðåìåíè è ðåñóðñîâ. Âñå
ýòàïû öèêëà ìíîãîêðàòíî ïîâòîðÿþòñÿ äëÿ ñîãëàñîâàíèÿ èñõîäíûõ óñëî-
âèé. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî ïåðå÷èñëåííûå ýòàïû âûïîëíÿþòñÿ íå ïîñëå-
äîâàòåëüíî, à ïåðåñåêàþòñÿ âî âðåìåíè.
Çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü âðåìåíè, ðàñõîäóåìîãî íà ñîçäàíèå ÃÒÓ, ÃÒÄ,
çàíèìàåò ðàçðàáîòêà íàäåæíîé è ýôôåêòèâíîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ãàçî-
âîé òóðáèíû. Ðàáîòû ïî îáåñïå÷åíèþ îõëàæäåíèÿ òóðáèíû ïðîâîäÿòñÿ ñ
èñïîëüçîâàíèåì äâóõ óðîâíåé ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Ìàêðîóðîâíåâàÿ
ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü îñíîâàíà íà èñïîëüçîâàíèè ñåòåâûõ ìåòîäîâ ðàñ-
÷åòà ãèäðàâëè÷åñêîé ñåòè, íàõîäÿùåéñÿ â òåïëîâîì âçàèìîäåéñòâèè ñ
îõëàæäàåìûìè äåòàëÿìè. Ìèêðîóðîâíåâàÿ ìîäåëü ïðåäïîëàãàåò ÷èñëåí-
íîå ðåøåíèå ñîïðÿæåííîé çàäà÷è òåïëîîáìåíà, â ðàìêàõ êîòîðîé ìîäåëè-
ðóåòñÿ òå÷åíèå è òåïëîîáìåí âîçäóõà âî âíóòðåííèõ êàíàëàõ è ãàçà ñíàðóæè
îõëàæäàåìûõ ýëåìåíòîâ, à òàêæå òåìïåðàòóðíîå ïîëå äåòàëåé òóðáèíû. Äëÿ
îðãàíèçàöèè îïòèìèçàöèîííîãî ïðîöåññà ïðåäïî÷òèòåëüíà ïåðâàÿ ìîäåëü,
òàê êàê îíà ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòûâàòü îõëàæäåíèå íå òîëüêî îòäåëüíûõ äå-
òàëåé, íî è òóðáèíû â öåëîì ïðè óìåðåííûõ çàòðàòàõ âðåìåíè íà ïîä-
ãîòîâêó èñõîäíûõ äàííûõ è ðàñ÷åò ïðè óìåðåííûõ òðåáîâàíèÿõ ê ðå-
ñóðñàì êîìïüþòåðîâ.
Äëÿ îïòèìàëüíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ìîæåò áûòü
èñïîëüçîâàí ïðîãðàììíûé êîìïëåêñ ÒÍÀ (Thermal & Hydraulic Analysis)
À. È. Òàðàñîâ, À. È. Äîëãîâ
106 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2010. V. 32. ¹ 1
[1], îñíîâàííûé íà ñîâìåñòíîì èñïîëüçîâàíèè ãèäðàâëè÷åñêîé è òåïëîâîé
ìàòåìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Ãèäðàâëè÷åñêàÿ ìîäåëü ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ
îïðåäåëåíèÿ ðàñõîäîâ âîçäóõà, òåìïåðàòóð, êîýôôèöèåíòîâ òåïëîîòäà÷è
è äàâëåíèé â ñëîæíîé ñåòè êàíàëîâ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ãàçîâûõ òóðáèí,
òåïëîâàÿ ìîäåëü — äëÿ îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé äåòàëåé òóð-
áèí è ðåàëèçîâàíà ìåòîäîì êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ. Ðåøåíèå âûïîëíÿåòñÿ â
ñâÿçàííîé ïîñòàíîâêå, ïðåäïîëàãàþùåé íà êàæäîé èòåðàöèè ïðîöåññà
èíôîðìàöèîííûé îáìåí ìåæäó ìîäåëÿìè òåìïåðàòóðàìè ïîâåðõíîñòåé
êàíàëîâ, òåìïåðàòóðàìè îõëàäèòåëÿ è êîýôôèöèåíòàìè òåïëîîòäà÷è. Ïðî-
öåññ äîñòàòî÷íî áûñòðî ñõîäèòñÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ÒÍÀ äëÿ
ðàñ÷åòà ñëîæíûõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ãàçîâûõ òóðáèí [2].
Ìåòîä, êðèòåðèè îïòèìèçàöèè. Ïîä îïòèìèçàöèåé ñèñòåìû îõëàæ-
äåíèÿ ãàçîâîé òóðáèíû ïîäðàçóìåâàåòñÿ ìíîãîêðèòåðèàëüíàÿ îïòèìèçà-
öèÿ, â êîòîðîé öåëåâîé ôóíêöèåé ÿâëÿåòñÿ ðàñõîä, à îãðàíè÷åíèÿìè —
òåìïåðàòóðà äåòàëåé è ãðàäèåíòû òåìïåðàòóðû.
Îäíèì èç ðåøåíèé äàííîé çàäà÷è ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîé ïåðåáîð âñåõ
âîçìîæíûõ âàðèàíòîâ âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ â çàäàííîì äèàïàçîíå ñ
íåêîòîðûì øàãîì. Îäíàêî ïåðåáîð âñåõ âîçìîæíûõ âàðèàíòîâ ñâÿçàí ñ
ðàññìîòðåíèåì î÷åíü áîëüøîãî ÷èñëà âîçìîæíûõ ðåøåíèé. Íàïðèìåð,
åñëè â ïðîöåññå îïòèìèçàöèè íåîáõîäèìî âàðüèðîâàòü 15-þ ïàðàìåòðàìè,
êàæäûé èç êîòîðûõ èçìåíÿåòñÿ â äèàïàçîíå îò íóëÿ äî åäèíèöû ñ øàãîì
0,001, òî îáùåå ÷èñëî âàðèàíòîâ ñîñòàâëÿåò 1018. Ðàñ÷åò òàêîãî ÷èñëà âàðèàí-
òîâ çà îáîçðèìûé ïåðèîä âðåìåíè íà äàííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ âû÷èñëèòåëüíîé
òåõíèêè íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðàêòè÷åñêîå ðåøå-
íèå çàäà÷è âîçìîæíî â ñëó÷àå ñîêðàùåíèÿ ÷èñëà ðàññìàòðèâàåìûõ âàðèàíòîâ
ïðè óñëîâèè ïîëíîãî îõâàòà äèàïàçîíà âàðüèðóåìûõ ïàðàìåòðîâ.
Äëÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ãàçîâûõ òóðáèí íàèáîëåå ïîäõî-
äÿùèì ÿâëÿåòñÿ ìåòîä, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè òî÷åê ËÏt-ïîñëå-
äîâàòåëüíîñòè è íàçâàííûé ËÏ-ïîèñêîì [3]. Íàçâàíèå ìåòîäà îáóñëîâ-
ëåíî òåì, ÷òî â êà÷åñòâå ðàñ÷åòíûõ òî÷åê â åäèíè÷íîì ìíîãîìåðíîì êóáå
èñïîëüçóþòñÿ òî÷êè ËÏt-ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, íàèáîëåå ðàâíîìåðíî ðàñ-
ïðåäåëåííûå ñðåäè âñåõ èçâåñòíûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîñëåäîâàòåëü-
íîñòåé. Ìåòîä ïîçâîëÿåò îõâàòèòü âåñü äèàïàçîí âàðüèðóåìûõ çíà÷åíèé ñ
ðàâíîìåðíûì èõ ðàñïðåäåëåíèåì, ñóùåñòâåííî ñîêðàòèâ ÷èñëî ðàññìàò-
ðèâàåìûõ âàðèàíòîâ, íå ñóæàÿ ðàìîê âàðüèðîâàíèÿ äèàïàçîíà çíà÷åíèé.
Êàê áûëî óïîìÿíóòî âûøå, ïðè îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ öå-
ëåâîé ôóíêöèåé ÿâëÿåòñÿ ðàñõîä îõëàæäàþùåãî âîçäóõà. Ýòà âåëè÷èíà â
çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåò ÊÏÄ ãàçîòóðáèííîé óñòàíîâêè èëè äâèãà-
òåëÿ. ×àñòî â ñèñòåìàõ îõëàæäåíèÿ èñïîëüçóåòñÿ íåñêîëüêî ïîòîêîâ âîç-
äóõà, îòáèðàåìûõ çà ðàçëè÷íûìè ñòóïåíÿìè êîìïðåññîðà.  ýòîì ñëó÷àå â
êà÷åñòâå öåëåâîé ôóíêöèè èñïîëüçóåòñÿ ñóììà ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàñ-
Ñòðàòåãèÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ëîïàòîê ãàçîâîé òóðáèíû
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2010. Ò. 32. ¹ 1 107
õîäîâ ñ ó÷åòîì âåñîâûõ êîýôôèöèåíòîâ, îïðåäåëÿþùèõ çàòðàòû ìîùíîñ-
òè íà ñæàòèå âîçäóõà.
 êà÷åñòâå ôóíêöèîíàëüíûõ îãðàíè÷åíèé èñïîëüçóþòñÿ óñëîâèÿ
îáåñïå÷åíèÿ íàäåæíîé ðàáîòû ãàçîòóðáèííîé óñòàíîâêè.  ÷àñòíîñòè íå-
îáõîäèìî, ÷òîáû òåìïåðàòóðà è òåìïåðàòóðíûå íàïðÿæåíèÿ â îõëàæäàå-
ìûõ äåòàëÿõ íå ïðåâûøàëè äîïóñòèìûé óðîâåíü. Òàêèì îáðàçîì, äëÿ îïòè-
ìèçàöèè ñõåìû ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ òðåáóåòñÿ â îáùåì ñëó÷àå âûïîëíåíèå
ðàñ÷åòîâ òåìïåðàòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ ãàçîâîé òóðáèíû èëè åå ýëåìåíòîâ. Â
ñëó÷àå ñëîæíûõ ñõåì, îõâàòûâàþùèõ âñþ òóðáèíó èëè áîëüøóþ åå ÷àñòü,
òàêèå ðàñ÷åòû íå ìîãóò áûòü ïðèçíàíû öåëåñîîáðàçíûìè â ñèëó çíà÷èòåëü-
íûõ çàòðàò âðåìåíè íà âû÷èñëåíèå. Ïîýòîìó âìåñòî îãðàíè÷åíèÿ ïî òåì-
ïåðàòóðå â âûáðàííûõ êàíàëàõ ãðàôà ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ìîæíî óñòàíîâèòü
îãðàíè÷åíèå ïî ìèíèìàëüíîìó ðàñõîäó âîçäóõà, êîýôôèöèåíòó òåïëîîòäà÷è,
êîòîðûå ïðèáëèæåííî îáåñïå÷èâàþò òåìïåðàòóðíûé óðîâåíü ìàòåðèàëà â
îáëàñòÿõ, ïðèëåãàþùèõ ê êàíàëàì. Êðîìå óêàçàííûõ ôóíêöèîíàëüíûõ îãðà-
íè÷åíèé èñïîëüçóþòñÿ òàêæå âåëè÷èíû óòå÷åê âîçäóõà èç ñèñòåìû îõëàæ-
äåíèÿ â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü òóðáèíû è ïîäñîñîâ ãîðÿ÷åãî ãàçà â îõëàæ-
äàþùèé òðàêò.
Ïàðàìåòðè÷åñêèå îãðàíè÷åíèÿ íàêëàäûâàþò íà ãåîìåòðè÷åñêèå ðàç-
ìåðû è íà ÷èñëî ïàðàëëåëüíûõ êàíàëîâ â ýëåìåíòàõ îõëàæäàþùåãî òðàêòà,
èñõîäÿ èç îñîáåííîñòåé êîíñòðóêöèè ãàçîòóðáèííîé óñòàíîâêè è òåõíî-
ëîãè÷åñêèõ âîçìîæíîñòåé ïðîèçâîäñòâà.
Îïòèìèçàöèÿ ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè äåôëåêòîðíîãî òèïà.
Âîçìîæíîñòè îïòèìèçàöèè ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ïîêàæåì íà ïðèìåðå íà-
ïðàâëÿþùåé ëîïàòêè ãàçîâîé òóðáèíû äåôëåêòîðíîãî òèïà.
À. È. Òàðàñîâ, À. È. Äîëãîâ
108 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2010. V. 32. ¹ 1
B10B9
B1
B1
B2
B3 B4
B4
B5
B6
B7
B13
B8
B8
B5
B3
B2
B0
B0
B11 B12
Ðèñ. 1. Ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè
Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ òåïëîîáìåíà ñ âíåøíåé ñòîðîíû ëîïàòêè, ò.å. îò
ãàçà ê åå ïîâåðõíîñòè, îïðåäåëåíû èíòåãðàëüíûì ìåòîäîì ðàñ÷åòà òåïëî-
âîãî ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ è â ïðîöåññå îïòèìèçàöèè íå èçìåíÿëèñü. Ñèñòåìà
îõëàæäåíèÿ ïðåäñòàâëåíà ãðàôîì (ðèñ. 1), êàæäàÿ âåòêà êîòîðîãî ñîäåð-
æèò èíôîðìàöèþ î òèïå è ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðàõ êàíàëà.
 äàííîé ñèñòåìå îõëàæäåíèÿ êàíàë Â1 ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñòðóéíûé
îáäóâ âõîäíîé êðîìêè ëîïàòêè, Â2—Â6 — ïðÿìîóãîëüíûå êàíàëû, èäó-
ùèå îò âõîäíîé êðîìêè ê âûõîäíîé âäîëü ñïèíêè ëîïàòêè è îáðàçîâàííûå
âíóòðåííåé ñòåíêîé ëîïàòêè è ñòåíêàìè äåôëåêòîðà, Â9—Â13 — ïðÿìî-
óãîëüíûå êàíàëû, èäóùèå îò âõîäíîé êðîìêè ê âûõîäíîé âäîëü æèâîòèêà
ëîïàòêè è îáðàçîâàííûå âíóòðåííåé ñòåíêîé ëîïàòêè è ñòåíêàìè äåôëåê-
òîðà. Êàíàëû Â6 è Â13 ïðåäñòàâëÿþò ñëèÿíèÿ ïîòîêîâ âîçäóõà, êàíàëû Â7
è Â8 — âûõîä âîçäóõà ÷åðåç êðîìêè ëîïàòêè.
Ïðè çàäàííîì äàâëåíèè 1,1 ÌÏà è òåìïåðàòóðå âîçäóõà âî âíåøíèõ
óçëàõ 200 �Ñ, íà âõîäå â ïîëîñòü äåôëåêòîðà ëîïàòêè è 0,85 ÌÏà, 1200 �Ñ
íà ñðåçå ùåëè âûõîäíîé êðîìêè ëîïàòêè áûëè ïîëó÷åíû âñå õàðàêòåðèñ-
òèêè ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ, âêëþ÷àÿ òåìïåðàòóðíîå ïîëå ëîïàòêè (ðèñ. 2).
 èñõîäíîì âàðèàíòå ðàñõîä G îõëàæäàþùåãî âîçäóõà äëÿ âñåõ ëîïàòîê
íàïðàâëÿþùåãî àïïàðàòà îêàçàëñÿ ðàâíûì 2,61 êã/ñ. Ñòðåìëåíèå óìåíü-
øèòü çàòðàòû âîçäóõà, óìåíüøàÿ ðàçìåð ùåëè â âûõîäíîé êðîìêå ëîïàòêè,
ïðèâîäèëè ê óâåëè÷åíèþ òåìïåðàòóðû è ê áîëüøåé íåðàâíîìåðíîñòè
Ñòðàòåãèÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ëîïàòîê ãàçîâîé òóðáèíû
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2010. Ò. 32. ¹ 1 109
T, °C
900
800
700
600
� � �0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 /X Ï
1
2
Ðèñ. 2. Ãðàôèêè èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè ëîïàòêè îò âõîäíîé
êðîìêè (X/Ï = 0) äî âûõîäíîé âäîëü âîãíóòîé (ñïðàâà) è âûïóêëîé (ñëåâà) ïîâåðõíîñòåé:
1 — èñõîäíûé âàðèàíò, G = 2,61 êã/ñ; 2 — óìåíüøåííûé ðàñõîä îõëàæäàþùåãî âîçäóõà,
G = 1,43 êã/ñ; Õ — ðàññòîÿíèå îò òî÷êè ðàçäâîåíèÿ ïîòîêà âäîëü ïðîôèëÿ ëîïàòêè, Ï —
ïåðèìåòð ëîïàòêè
òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè ëîïàòêè. Íàïðèìåð, ïðè ðàñõîäå âîçäóõà 1,43 êã/ñ
ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà Òmax ñòåíêè ëîïàòêè óâåëè÷èëàñü äî 991 �Ñ, à
íåðàâíîìåðíîñòü òåìïåðàòóð �T, ò.å. ðàçíîñòü òåìïåðàòóð Òmax è Òmin íà
ïîâåðõíîñòè ëîïàòêè, — äî 297 �Ñ ïî ñðàâíåíèþ ñ 843 �Ñ è 210 �Ñ â
èñõîäíîì âàðèàíòå.
Ñîãëàñíî óñëîâèÿì òåðìîïðî÷íîñòè íåðàâíîìåðíîñòè òåìïåðàòóðû
ïîâåðõíîñòåé â ðàññìîòðåííûõ âàðèàíòàõ ÿâëÿþòñÿ íåïðèåìëåìûìè. Äëÿ
âûðàâíèâàíèÿ òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ îáû÷íî âî âíóòðåííèõ âîçäóøíûõ
êàíàëàõ ðàçìåùàþò òóðáóëèçàòîðû ðàçëè÷íîãî òèïà. Âîçìîæíà òàêæå
äèôôåðåíöèðîâàííàÿ ïîäïèòêà êàíàëîâ îõëàæäåíèÿ ñâåæèì âîçäóõîì èç
äåôëåêòîðà. Ðåàëèçàöèÿ âòîðîãî ïîäõîäà äîñòàòî÷íî ñëîæíà, òàê êàê íå-
áîëüøèå èçìåíåíèÿ â ðàçìåðàõ äîçèðóþùèõ îòâåðñòèé ñóùåñòâåííî ïåðå-
ðàñïðåäåëÿþò ðàñõîä âîçäóõà â ñèñòåìå îõëàæäåíèÿ. Åñëè èñïîëüçîâàòü
ìàêñèìóì äâå ïîäïèòêè, òî ñèñòåìà îõëàæäåíèÿ ìîæåò áûòü ñîçäàíà â
äèàëîãîâîì ðåæèìå òàê, ÷òîáû óäîâëåòâîðÿòü òðåáîâàíèÿì íåðàâíîìåð-
íîñòè òåìïåðàòóðû è ïðèåìëåìûì çàòðàòàì âîçäóõà. Ïðè áîëüøåì ÷èñëå
ïîäïèòîê ïðîöåññ ñîçäàíèÿ îïòèìàëüíîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ëîïàòêè
òóðáèíû â äèàëîãîâîì ðåæèìå ñòàíîâèòñÿ òðóäíî ðåàëèçóåìûì è âîçìîæ-
íà òîëüêî êîìïüþòåðíàÿ îïòèìèçàöèÿ.
Ãðàô òàêîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 3, ãäå Â38, Â39,
Â23—Â31 — êàíàëû ïîäïèòêè â äåôëåêòîðå. Â ñâÿçè ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ
ñâîáîäû òàêîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ îïòèìàëüíûé âûáîð ïàðàìåòðîâ êà-
íàëîâ (âåëè÷èíà îòâåðñòèé è øàã) â ðó÷íîì ðåæèìå ñâÿçàí ñî çíà÷è-
À. È. Òàðàñîâ, À. È. Äîëãîâ
110 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2010. V. 32. ¹ 1
B0
B1
B23
B24
B25
B4
B2
B9
B10 B11 B12
B13
B31
B6
B28
B27B26
B5
B7 B8
B38
B3
B34
B35
B39
B29
B30
Ðèñ. 3. Ãðàô ìîäåðíèçèðîâàííîé ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ
òåëüíûìè òðóäíîñòÿìè. Èçìåíåíèå îäíîãî èç ïàðàìåòðîâ â ëþáîì êàíàëå
ïðèâîäèò ê èçìåíåíèÿì â ðàáîòå âñåé ñèñòåìû.
Çàäàäèìñÿ öåëüþ íàéòè òàêóþ øèðèíó ùåëè â äåôëåêòîðå, ïðè êîòîðîé
ðàñõîä îõëàæäàþùåãî âîçäóõà áóäåò ìèíèìàëüíûì, �Ò < 210 �Ñ, ò.å. ìåíüøå,
÷åì â èñõîäíîì âàðèàíòå. Òàêîå ðåøåíèå íàéäåíî ïðè G = 1,55 êã/ñ è �Ò =
=140 �Ñ, ìàêñèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà Òmax = 986�Ñ. Óìåíüøèì çíà÷åíèå �Ò,
çàäàâ â êà÷åñòâå îãðàíè÷åíèÿ Òmax = 930 �Ñ.  ðåçóëüòàòå íàéäåí îïòè-
ìàëüíûé âàðèàíò ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ïðè G = 1,98 êã/ñ, Òmax = 929 �Ñ è
�Ò = 89 �Ñ. Äàëüíåéøåå óìåíüøåíèå îãðàíè÷åíèÿ Òmax äî 900 �Ñ ïîçâî-
ëèëî íàéòè âàðèàíò ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ ïðè �Ò = 67 �Ñ è G = 2,17 êã/ñ.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè âäîëü îáâîäà
ïðîôèëÿ ëîïàòêè äëÿ ðàçëè÷íûõ âàðèàíòîâ îïòèìèçèðîâàííîé ñèñòåìû
îõëàæäåíèÿ, à â òàáëèöå ïðèâåäåíà øèðèíà ùåëåé äëÿ êàíàëîâ ïîäïèòêè.
Àíàëèç äàííûõ, ïðèâåäåííûõ â òàáëèöå, ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî
ââåäåíèå â ñèñòåìó áîëüøîãî ÷èñëà ñòåïåíåé ñâîáîäû áûëî îïðàâäàííûì,
Ñòðàòåãèÿ îïòèìèçàöèè ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ëîïàòîê ãàçîâîé òóðáèíû
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2010. Ò. 32. ¹ 1 111
Êàíàë Øèðèíà, ì Êàíàë Øèðèíà, ì
B28 0,0081 B39 0,0773
B27 0,0151 B24 0,0012
B26 0,0089 B29 0,0178
B25 0,0142 B30 0,0084
B23 0,0005 B31 0,0083
B38 0,0234
T, °C
960
920
880
840
800
� � �0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 /X Ï
1
2
3
Ðèñ. 4. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ñòåíêè: 1 — G = 1,55 êã/ñ; �Ò = 140 °Ñ; 2 — G = 1,98 êã/ñ;
�Ò = 89 °Ñ; 3 — G = 2,17 êã/ñ; �Ò = 67 °Ñ
òàê êàê íè îäèí èç êàíàëîâ ïîäïèòêè õîëîäíîãî âîçäóõà íå îêàçàëñÿ
ëèøíèì. Òàêèì îáðàçîì, ìíîãîïàðàìåòðè÷åñêàÿ îïòèìèçàöèÿ ñèñòåìû
îõëàæäåíèÿ ïîçâîëèëà äîñòè÷ü ðàâíîìåðíîãî òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ ïðè
íàèìåíüøèõ çàòðàòàõ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà.
Ïîíÿòíî, ÷òî â äàëüíåéøåì îïòèìàëüíûé âàðèàíò êîíñòðóêöèè ñèñ-
òåìû îõëàæäåíèÿ äîëæåí áûòü èçìåíåí â ñîîòâåòñòâèè ñ òåõíîëîãè÷åñ-
êèìè âîçìîæíîñòÿìè èçãîòîâëåíèÿ ëîïàòêè è òðåáîâàíèÿìè íàäåæíîñòè
ðàáîòû ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ.
Âûïîëíåííûå ðàñ÷åòû ïîçâîëÿþò ñäåëàòü âûâîä î òîì, ÷òî ñîçäàííûé
àëãîðèòì ìíîãîôàêòîðíîé îïòèìèçàöèè è ïðîãðàììíûé êîìïëåêñ ÒÍÀ
ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê èíñòðóìåíò ïðåäâàðèòåëüíîãî îïòèìàëüíîãî
ïîñòðîåíèÿ ýôôåêòèâíûõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ ãàçîâûõ òóðáèí.
Basing on LPt-sequences multifactor optimization was implemented for reducing design period
and increasing an efficiency of gas turbines cooling systems. The algorithm and computer pro-
grams of optimization were developed. The efficiency of optimization was shown on the example
of perfection of the gas turbine nozzle vane cooling system.
1. Òàðàñîâ À. È., Äîëãîâ À. È. THA (Thermal & Hydraulic Analysis) // Ñâèäåòåëüñòâî îá
îôèöèàëüíîé ðåãèñòðàöèè ïðîãðàìì äëÿ ÝÂÌ ¹2007610141, 10 íîÿáðÿ 2006. —
Ôåäåðàëüíàÿ ñëóæáà ïî èíòåëëåêòóàëüíîé ñîáñòâåííîñòè, ïàòåíòàì è òîâàðíûì çíà-
êàì. Ðîññèÿ.
2. Òàðàñîâ À. È. Çàìåíà âîçäóõà íà ïàð â ñèñòåìàõ îõëàæäåíèÿ äåéñòâóþùèõ ãàçîâûõ
òóðáèí // Òÿæåëîå ìàøèíîñòðîåíèå. — 2006. — ¹ 1. — Ñ. 12—14
3. Ñîáîëü È. Ì., Ñòàòíèêîâ Ð. Á. Âûáîð îïòèìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ â çàäà÷àõ ñî ìíîãèìè
êðèòåðèÿìè. — Ì. : Íàóêà, 1981. — 110 ñ.
Ïîñòóïèëà 01.09.08;
ïîñëå äîðàáîòêè 21.04.09
ÒÀÐÀÑÎÂ Àëåêñàíäð Èâàíîâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, ïðîô. êàô. òóðáèíîñòðîåíèÿ Íàöèîíàëüíîãî
òåõíè÷åñêîãî óí-òà «Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò», êîòîðûé îêîí÷èë â 1972 ã. Îáëàñòü
íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ãàçîäèíàìèêà, òåïëîîáìåí â òóðáîìàøèíàõ, ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ
ãàçîâûõ òóðáèí, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå.
ÄÎËÃÎÂ Àëåêñàíäð Èãîðåâè÷, èíæåíåð ÎÎÎ ÍÊÔ «Âåãà ËÒÄ», ñîèñêàòåëü êàôåäðû òóðáè-
íîñòðîåíèÿ Íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà «Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé
èí-ò», êîòîðûé îêîí÷èë â 1995 ã. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — ñèñòåìû îõëàæäåíèÿ
ãàçîâûõ òóðáèí, ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå.
À. È. Òàðàñîâ, À. È. Äîëãîâ
112 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2010. V. 32. ¹ 1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-12799 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3572 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:45:40Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тарасов, А.И. Долгов, А.И. 2010-10-22T08:45:55Z 2010-10-22T08:45:55Z 2010 Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели / А.И. Тарасов, А.И. Долгов // Электронное моделирование. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 105-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12799 621.438 Для сокращения времени проектирования и повышения эффективности систем охлаждения газовых турбин предложено использовать многофакторную оптимизацию, основанную на ЛПt-последовательностях. Разработан алгоритм и компьютерная программа оптимизации. На примере совершенствования системы охлаждения направляющей лопатки газовой турбины показана эффективность предложенного подхода. Для скорочення часу проектування і підвищення ефективності систем охолоджування газових турбін запропоновано використовувати багатофакторну оптимізацію, засновану на ЛПt-послідовностях. Розроблено алгоритм і комп’ютерну програму оптимізації. На прикладі вдосконалення системи охолоджування направляючої лопатки газової турбіни показано ефективність запропонованого підходу. Basing on LPt-sequences multifactor optimization was implemented for reducing design period and increasing an efficiency of gas turbines cooling systems. The algorithm and computer programs of optimization were developed. The efficiency of optimization was shown on the example of perfection of the gas turbine nozzle vane cooling system. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Применение методов и средств моделирования Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели Article published earlier |
| spellingShingle | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели Тарасов, А.И. Долгов, А.И. Применение методов и средств моделирования |
| title | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели |
| title_full | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели |
| title_fullStr | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели |
| title_full_unstemmed | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели |
| title_short | Стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом ЛП-поиска применительно к сетевой модели |
| title_sort | стратегия оптимизации систем охлаждения лопаток газовой турбины методом лп-поиска применительно к сетевой модели |
| topic | Применение методов и средств моделирования |
| topic_facet | Применение методов и средств моделирования |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12799 |
| work_keys_str_mv | AT tarasovai strategiâoptimizaciisistemohlaždeniâlopatokgazovoiturbinymetodomlppoiskaprimenitelʹnoksetevoimodeli AT dolgovai strategiâoptimizaciisistemohlaždeniâlopatokgazovoiturbinymetodomlppoiskaprimenitelʹnoksetevoimodeli |