Анотація до роботи:

Спіцин В.Є. Геометричне моделювання компресорних лопаткових апаратів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 – Прикладна геометрія, інженерна графіка. – Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, Україна, 2006.

Дисертаційна робота присвячена розробці ГМ, алгоритмів і програм розрахунків та візуалізації на ПЕОМ компресорних лопаткових апаратів, необхідних для визначення раціональних їх форм та подальшої обробки і контролю на сучасному технологічному обладнанні.

У роботі виконано аналіз профілів лопаток осьових компресорів потужних газотурбінних двигунів, що знаходяться у виробництві, визначено похибки в завданні геометрії лопаток, розроблено програмний продукт для усунення цих недоліків і задоволення лопаток умовам виготовлення їх на п’ятикоординатному обробному центрі. Поліпшення геометрії обводів профілів лопаток компресорів здійснюється із застосуванням інтерполяційних і апроксимаційних сплайнів, що будуються на основі алгоритму, розробленому Анселоном–Лораном. Запропоновано геометричну модель профілів поперечних перерізів S-подібних лопаток, які застосовуються в конструкціях високонавантажених компресорів. Поперечний переріз таких лопаток формується розподілом асиметричного профілю вздовж скелетної лінії, яка описується двома кривими, що моделюються на базі заданих графіків розподілу кривини. Геометричні моделі просторових лопаток подаються сплайнами, які будуються із застосуванням функцій Гріна. Виконані теоретико-експериментальні дослідження компресорів підтвердили можливість поліпшення ефективних показників компресорів та їх окремих ступенів.

У результаті проведених досліджень досягнуто мету роботи – розроблено ГМ лопаток осьових компресорів потужних ГТД. При цьому отримані результати, які мають наукову та практичну цінність:

1. Вперше застосовано комплексний підхід до аналізу та удосконаленню геометричних характеристик профілів лопаток осьових компресорів, що знаходяться у виробництві. Це дозволило розробити низку заходів щодо виготовлення компресорних лопаток серійних двигунів на сучасному високошвидкісному п’ятикоординтному обробному центрі NX-154 Starrag, і завдяки чому скоротити час та матеріальні витрати на підготовку виробництва і безпосереднє їх виготовлення.

2. Розроблені метод і алгоритм згладжування обводів профілю лопатки з використанням інтерполяційних і апроксимаційних сплайнів, які будуються на основі алгоритму Анселона–Лорана, а також методика узгодження кіл вхідних і вихідних кромок профілів зі згладженими обводами спинки і коритця дозволяють поліпшувати розподіл диференціальних характеристик обводів профілів, що позитивно впливає на течію робочої речовини і , у підсумку, сприяє підвищенню ефективних показників компресорів.

3. Запропонований новий підхід до геометричного моделювання середніх (скелетних) ліній профілів лопаток осьових компресорів базується на ідеї формування кривих на базі графіків розподілу їх кривини. Теоретичні дослідження та зроблений аналіз показали можливість масштабування та побудови подібних криволінійних обводів, підтвердили доцільність застосування цих кривих до геометричного моделювання профілів лопаток осьових компресорів.

4. Розроблена ГМ асиметричного аеродинамічного профілю базується на побудові його обводів як обвідних сімей кіл, центри яких розміщуються на скелетній лінії профілю. Модель надає широкі можливості формування S-подібних профілів лопаток високонапірних компресорів за заданими залежностями розподілу радіусів кіл для спинки і коритця профілю.

5. Запропонована ГМ робочої частини лопатки осьового компресора, яка передбачає побудову поверхонь спинки і коритця, вхідної і вихідної кромок. Спинка і коритце лопатки описуються сплайнами, що будуються із застосуванням функції Гріна на підставі сукупності профілів, розташованих по висоті лопатки. Апробація розробленої ГМ на прикладі лопаток третього ступеня компресора низького тиску двигуна ДГ90 підтвердила працездатність і плідність підходу до аналітичного подання робочих поверхонь лопаток компресорів.

6. Розроблені програми геометричного моделювання та візуалізації ЛА проточних частин осьових компресорів потужних ГТД з формуванням script-файлів та побудовою зображень у графічному середовищі AutoCAD дозволяють досліджувати на ПЕОМ просторові та плоскі зображення лопаток. Застосування розробленого програмного продукту також дозволяє автоматизувати трудомісткий процес створення, доведення та поліпшення газодинамічних характеристик цих важливих компонентів проточних частин осьових компресорів. У підсумку це сприяє зниженню рівня втрат енергії робочої речовини в ЛА.

7. Експериментальні дослідження компресорів двигунів ГТД 110, ДУ90, ДН80, ДУ80, ГТД 10000, ГТД 45 (60) підтвердили доцільність застосування сучасних досягнень прикладної геометрії до поліпшення геометричних характеристик ЛА та адаптації просторових лопаток до умов течії робочої речовини. Це дозволило підвищити ККД окремих ступенів до 3%, компресорів різних двигунів – від 0,8% до 1,5…2,5% та довести рівень ККД компресорів до 86–87%, а запаси стійкості роботи компресорів збільшити на 10…15%.

8. Результати дисертаційної роботи впроваджені у ДП НВКГ "Зоря"–"Машпроект" (м. Миколаїв), ВАТ ІВП "Енергія" (м. Кривий Ріг), ЗМКБ "Прогрес" ім. О.Г. Івченка (м. Запоріжжя). Вони передані ФДУП ММВП "Салют" (м. Москва), ВАТ "Науково-виробниче об’єднання "Сатурн" (м. Рибінськ Ярославської обл., Російська Федерація), де використовуються при проектуванні нових та удосконаленні існуючих зразків ЛА компресорів ГТД різного цільового призначення.

Публікації автора:

Основні публікації:

1. Борисенко В.Д., Спіцин В.А. Геометричне моделювання вхідних і вихідних кромок просторової лопатки осьової турбомашини // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА, 2004. – Вип. 4. – Том. 25. – С. 38–42.

2. Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.А. Геометричне моделювання плоского криволінійного обводу за заданою кривиною // Збірник наукових праць "Геометричне та комп’ютерне моделювання". – Харків: ХДУХТ, 2004. – Вип. 5. – С. 30–34.

3. Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.Є. Геометричне моделювання поверхонь спинки і коритця лопатки осьового компресора // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА, 2004. – Вип. 4. – Том 24. – С. 71–76.

4. Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.А. Масштабування плоских криволінійних обводів заданої кривини // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – К.: КНУБА, 2004. – Вип. 74. – С. 60–66.

5. Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.А. Профілювання та візуалізація скелетної лінії плоского перерізу лопатки осьового компресора // Збірник наукових праць "Геометричне та комп’ютерне моделювання". – Харків: ХДУХТ, 2005. – Вип. 12. – С. 59–63.

6. Спіцин В.Є. Геометричне моделювання асиметричного аеродинамічного профілю лопатки компресора // Прикладна геометрія, інженерна графіка. – К.: КНУБА, 2005. – Вип. 75. – С. 194–198.

7. Спіцин В.Є. Геометричне моделювання середньої лінії профілю лопатки осьового компресора із застосуванням лінійного елементу кривини // Збірник наукових праць "Геометричне та комп’ютерне моделювання". – Харків, ХДУХТ. – Вип. 8, 2004. – С. 85–88.

8. Спіцин В.Є. Удосконалення геометричної моделі робочих поверхонь лопаток осьових компресорів // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА, 2005. – Вип. 4. – Том 29. – С. 129–134.

Додаткові публікації:

9. Аэродинамическое усовершенствование проточной части турбины ГТД на основе расчетов трехмерного вязкого течения. Часть 1. Ступени турбины высокого и низкого давления / С.В. Ершов, А.В. Русанов, Б.В. Исаков, В.Е. Спицын, А.А. Усатенко // Вестник двигателестроения. – 2004. – №2. – С. 41–46.

10. Аэродинамическое усовершенствование проточной части турбины ГТД на основе расчетов трехмерного вязкого течения. Часть 2. Переходной диффузор и ступень силовой турбины / А.В. Русанов, С.В. Ершов, Б.В. Исаков, В.Е. Спицын, А.А. Усатенко // Авиационная космическая техника и технология. – 2004. – №8 (16). – С. 46–50.

11.Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.Є. Комп’ютерна реалізація геометричного моделювання профілю плоского перерізу лопатки осьового компресора // Збірник наукових праць "Геометричне та комп’ютерне моделювання". – Харків: ХДУХТ, 2004. – Вип. 8. – С. 31–35.

12. Борисенко В.Д., Устенко С.А., Спіцин В.А. Удосконалення геометрії профілів лопаток осьових компресорів // Сборник научных трудов: Межведомственный научно-технический сборник. Спецвыпуск. К.: Випол, 2004. – С. 49–54.

13. Босый А.В., Спицын В.Е., Шаровский М.А. Создание компрессора низкого давления ГТД 10000 // Известия Академии инженерных наук Украины. – 1999. – №1. – С. 172–176.

14. Василенко С.Е., Спицын В.Е., Шаровский М.А. Повышение к.п.д. и запасов устойчивости компрессора низкого давления газотурбинной установки перепрофилированием четырех последних ступеней компрессора // Енергетика: Збірник наукових праць. – Миколаїв: УДМТУ. – 2003. – С. 100–105.

15. Василенко С.Е., Спицын В.Е., Шаровский М.А. Совершенствование КНД ГПА 25 применением специального профилирования последних ступеней компрессора // Судовое и энергетическое газотурбостроение. Научно-технический сборник. – Николаев. НПКГ "Зоря" – "Машпроект", 2004. – Том 1. – С. 107–112.

16. Жирицкий А.О., Спицын В.Е., Шаровский М.А. Создание высокоэффективного компрессора ГТД 45(60) // Судовое и энергетическое газотурбостроение. Научно–технический сборник. – Николаев. НПКГ "Зоря" – "Машпроект", 2004. – Том 1. – С. 26–30.

17. Спицын В.Е., Романов В.В., Шаровский М.А. Разработка и доводка многоступенчатого осевого компрессора двигателя ГТД-110 // Известия Академии инженерных наук Украины. – 1999. – №1. – С. 160–163.

Патенти та авторські свідоцтва на винахід:

18. Пат. 16466 Україна, МКІ F02 C7/06. Пристрій для охолодження підшипника газотурбінного двигуна: Пат. 16466 Україна, МКІ F02 C7/06. П.І. Вдовін, В.М. Лисенко, В.Є. Спіцин, О.О. Жирицький, Р.К. Музикант, Науково-виробниче об’єднання "Машпроект". – №4139099/SU. Заявл. 17.10.86. Опубл. 29.08.89. Бюл. №4. – 2 с.

19. Пат. 12081 Україна, МКІ F04 D19/02. Осьовий багатоступінний компресор і спосіб його розборки: Пат. 12081 Україна, МКІ F04 D19/02. В.М. Лисенко, В.Є. Спіцин, Р.К. Музикант, Науково-виробниче об’єднання "Машпроект". – №4623405/SU. Заявл. 10.10.88. Опубл. 25.12.96. Бюл. №4. – 3 с.

20. Пат. 24211А Україна, МКІ F01 D25/26. Пристрій для ущільнення радіального зазору між статором і ротором турбомашини і спосіб його монтажу: Пат. 24211А Україна, МКІ F01 D25/26. О.О. Жирицький, В.М. Лисенко, В.Є. Спіцин, Науково-виробниче об’єднання "Машпроект". – №97010321. Заявл. 27.01.97. Опубл. 30.10.98. Бюл. №5. – 4 с.

21. Пат. 55534 Україна, МКІ F01 D5/30. Вузол кріплення робочих лопаток турбомашини: Пат. 55534 Україна, МКІ F01 D5/30. В.Є. Спіцин, В.М. Лисенко, Л.С. Бербер, Науково-виробниче об’єднання "Машпроект". – №2000116273. Заявл. 07.11.2000. Опубл. 15.04.2003. Бюл. №4. – 3 с.

22. Пат. 66385 Україна, МКІ F01 D5/32. Вузол кріплення робочих лопаток ротора осьової турбомашини та спосіб його складання: Пат. 66385 Україна, МКІ F01 D5/321. В.Є. Спіцин, В.М. Лисенко, І.А. Зубрицька, Науково-виробниче об’єднання "Машпроект". – №2001010061. Заявл. 03.01.2001. Опубл. 17.05.2004. Бюл. №5. – 4 с.

23. Пат. 69432 Україна, МКІ 7 F02 С6/18, F02G3/001. Ротор осьового багатоступінчастого компресора: Пат. 69432 Україна, МКІ 7 F02 С6/18, F02G3/001. А.В. Коваленко, В.Є. Спіцин, В.М. Лисенко, В.М. Бесчастних, ЦНДДКР ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект". – №2001075280. Заявл. 24.07.2001. Опубл. 15.09.04. Бюл. №9. – 3 с.

24. Пат. 71972 Україна, МКІ 7 F02 С6/18, F02G3/00. Ротор осьового багатоступінчастого компресора: Пат. 71972 Україна, МКІ 7 F02 С6/18, F02G3/00. В.В. Романов, В.Є. Спіцин, В.М. Лисенко, В.М. Бесчастних, ЦНДДКР ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект". – №2002010204. Заявл. 08.01.2002. Опубл. 17.01.05. Бюл. №1. – 3 с.

25. Пат. 72278 Україна, МКІ F04 Д19/02. Механізм повертання поворотних лопаток осьового компресора: Пат. 72278 Україна, МКІ F04 Д19/02. А.В. Коваленко, В.Є. Спіцин, О.Б. Михайлов, В.І. Безверхій, В.І. Конєв, ЦНДДКР ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект". – №2002043645. Заявл. 30.04.2002. Опубл. 15.02.05. Бюл. №2. – 3 с.

26. Пат. 73206 Україна, МКІ F02 С3/04. Газотурбінний двигун: Пат. 73206 Україна, МКІ F02 С3/04. В.В. Романов, Б.В. Ісаков, В.Є. Спіцин, О.О. Філоненко, О.С. Кучеренко, І.С. Молчанов, ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект". – №2003043819. Заявл. 24.04.2003. Опубл. 15.06.05. Бюл. №6. – 2 с.

27. Пат. 73366 Україна, МКІ F16 Д57/02. Дискове гідрогальмо: Пат. 73366 Україна, МКІ F16 Д57/02. О.Ф.Головащенко, В.Є. Спіцин, А.Л. Боцула, ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект". – №2003031921. Заявл. 04.03.2003. Опубл. 15.07.05. Бюл. №7. – 4 с.

28. Опора ротора двухкаскадного газотурбинного двигателя: А.с. 1354834 СССР, МКИ F02 С 7/06/ Ш.У. Батырев, В.Н. Лысенко, С.И. Смирнов, В.Е. Спицын, Р.К. Музыкант (СССР). – 3774289; Заявл. 25.07.84; Опубл. 22.07.87, Бюл. №12. – 4 с.

29. Устройство для смазки подшипника газотурбинного двигателя: А.с. 1307932 СССР, МКИ F02 С1/06/ Ш.У. Батырев, В.Н. Лысенко, В.Е. Спицын, Р.К. Музыкант (СССР). – 3854160; Заявл. 12.12.84; Опубл. 03.01.87, Бюл. №1. – 4 с.

30. Устройство для уплотнения радиального зазора между ротором и статором турбомашины: А.с. 1184976 СССР, МКИ F04 D29/08, F04 D11/08/ Ш.У. Батырев, В.Н. Лысенко, В.Е. Спицын, Р.К. Музыкант (СССР). – 3691197; Заявл. 09.01.84; Опубл. 15.10.85, Бюл. №38. – 2 с.