Анотація до роботи:

Устенко І.В. Геометричне моделювання взаємоспряжених роторів об’ємних компресорів роторного типу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 – прикладна геометрія, інженерна графіка. – Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, Україна, 2004.

Дисертація присвячена розробці на базі сучасних досягнень прикладної геометрії та комп’ютерної графіки геометричних моделей, алгоритмів і програм розрахунків та візуалізації на ПЕОМ взаємоспряжених роторів і вікон нагнітання РК, необхідних для визначення раціональних їх форм, за умови забезпечення функціонування цих компресорів, призначених для дотискування природного газу і подачі його до камер згоряння газових турбін при заданому рівні підвищення температури газу. Розглянуто дві конструктивні схеми компресорів. За першою схемою зуби і западини роторів описуються дугами кіл, за другою схемою вони утворюються взаємним обкатуванням за умови, що крива лінія одного ротора є обвідною миттєвих положень профільної частини другого ротора при обкатуванні його навколо нерухомого першого ротора. Визначено співвідношення між геометричними параметрами взаємоспряжених роторів, які забезпечують їх працездатність за наявності конструктивних зазорів в проточній частині; розроблено алгоритм визначення геометричних характеристик взаємоспряжених роторів при довільному значенні кута повороту роторів, необхідних для газодинамічних розрахунків компресорів; проаналізовано вплив геометрії взаємоспряжених роторів на епюри розподілу газодинамічних параметрів робочої речовини. Результати роботи впроваджено в практику створення і модернізації компресорів роторного типу і повітродувок на підприємствах галузі.

У результаті проведених досліджень досягнуто основну мету роботи – розроблено геометричні моделі взаємоспряжених роторів об’ємних компресорів різного конструктивного оформлення.

При цьому отримані результати, які мають наукову новизну і практичну цінність:

1. Вперше застосовано комплексний підхід до геометричного моделювання взаємоспряжених роторів РК. Розроблено геометричні моделі профілів і поверхонь зубів і западин двох конструктивних схем роторних прямозубих компресорів. За першою схемою зуби і западини роторів описуються дугами кіл, а за другою формуються обвідними лініями і лініями стикання, рівняння яких подаються в параметричному вигляді в системах координат, зв’язаних з роторами. Тильна сторона зуба подається відрізком прямої лінії, дугою кола або параболою третього степеня. Внутрішня сторона зуба описується подовженою епіциклоїдою.

2. Визначені співвідношення між геометричними параметрами взаємоспряжених роторів РК, які забезпечують взаємне обертання роторів без задирок та заклинювання. Співвідношення враховують вплив кількості зубів і западин, їх товщин, радіусів роторів та радіусів кіл, дотичних до зубів ведучого і веденого роторів. Це дозволяє моделювати працездатні компресори у широкому діапазоні варіювання їх геометричних параметрів.

3. Запропоновано методики і алгоритми визначення геометричних характеристик взаємоспряжених роторів розглянутих конструктивних типів компресорів, необхідних для визначення газодинамічних параметрів робочої речовини при довільному значенні кута повороту роторів. Газодинамічні параметри робочої речовини визначаються з урахуваннях внутрішніх перетічок, які мають місце в проточних частинах компресорів роторного типу. Виконано аналіз впливу геометрії роторів компресорів на епюри розподілу газодинамічних параметрів робочої речовини.

4. Розроблено геометричну модель взаємоспряжених роторів з урахуванням конструктивних зазорів між профілями зубів і западин, яка дозволяє користувачеві визначати раціональні їх форми, за умови забезпечення функціонування об’ємних компресорів роторного типу, призначених для дотискування природного газу і подачі його до камер згоряння газових турбін при заданому рівні підвищення температури газу.

5. Запропоновано геометричну модель для визначення форми, розмірів та розташування вікон нагнітання компресорів. Досліджено вплив геометричних і газодинамічних параметрів компресорів на геометричні співвідношення вікон нагнітання, що дозволяє отримувати прийнятний рівень підвищення температури робочої речовини в компресорі.

6. Поширено розроблені геометричні моделі взаємоспряжених роторів компресорів роторного типу з теоретичними і дійсними профілями зубів і западин на повітродувки типу Рутс. Проаналізовано вплив ряду геометричних параметрів на форму роторів з різною кількістю зубів та формою їх головок.

7. На базі запропонованих геометричних моделей взаємоспряжених роторів РК та підходів до визначення газодинамічних параметрів робочої речовини розроблено програми розрахунків і візуалізації отриманих геометричних та газодинамічних результатів на ПЕОМ. Програми написані об'єктно-орієнтованою мовою Borland Pascal with Objects 7.0. Вони дозволяють розглядати ротори в різних фазах їх обертання в уповільненому та прискореному режимах і, крім того, формують файли вихідних даних для візуалізації згенерованих роторів у системі автоматизованого проектування AutoCAD. Отримані просторові і плоскі зображення роторів підтверджують працездатність запропонованих підходів до геометричного моделювання взаємоспряжених роторів РК.

8. Впровадження результатів роботи реалізовано шляхом виконання госпдоговірної теми та договору творчої співпраці з підприємствами, які займаються проектуванням, дослідженням і виготовленням роторних компресорів і нагнітачів для різних потреб народного господарства. Результати досліджень з геометричного моделювання взаємоспряжених роторів і вікон нагнітання передані ДП НВКГ "Зоря" – "Машпроект" (м. Миколаїв) для проектування дослідного екземпляра компресора призначеного для дотискування природного газу до робочих параметрів камер згоряння турбін, що застосовуються для приводу електрогенераторів газотурбінних електростанцій. Розроблений програмний продукт переданий ВАТ "Мелітопольський компресор" (м. Мелітополь) для проектування нових і модернізації існуючих зразків повітродувок типу Рутс.

Публікації автора:

Основні публікації

1. Борисенко В.Д., Устенко І.В. До визначення геометричних характеристик проточних частин роторних компресорів // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА. – 2003. Вип. 4. – Том 18. – С.32–36.

2. Устенко І.В. Визначення співвідношень між геометричними параметрами спряжених роторів роторних компресорів // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА. – 2003. Вип. 4. – Том 19. – С.114–118.

3. Устенко І.В. Геометричне моделювання реальних профілів спряжених роторів об’ємних компресорів роторного типу // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА. – 2004. Вип. 4. – Том 23. – С.110–114.

4. Устенко И.В. Идентификация рабочих полостей роторных компрессоров // Вестник Херсонского государственного технического университета. – Херсон: ХГТУ. – 2003. №3 (19). – С.432–435.

5. Устенко І.В. Побудова обвідної лінії профілів спряжених роторів роторних компресорів // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – К.: КНУБА. – 2003. – Вип. 73. – С.270–276.

6. Устенко І.В. Метод геометричного моделювання взаємоспряжених роторів компресорів роторного типу // Геометричне та комп’ютерне моделювання. – Харків: ХДАТОХ. – 2004. – Вип. 6. – С. 100–103.

7. Левенберг В.Д., Устенко І.В. До розрахунку процесів стиску та нагнітання робочої речовини в роторних компресорах. – Збірник наукових праць НУК. – Миколаїв: НУК, 2004. – № 2 (395). – С. 95–104.

8. Устенко І.В. До визначення площ порожнин у прямозубих роторних компресорах // Прикладна геометрія та інженерна графіка. – Мелітополь: Праці ТДАТА. – 2004. – Вип. 4. – Том 27. – С. 97–101.

Додаткові публікації

1. Устенко І.В. Візуалізація спряжених роторів роторних компресорів // Сучасні інформаційні технології в освіті та промисловості: Матеріали II міжнародної конференції. – Миколаїв: УДМТУ. – 2003. – С.58–60.

2. Устенко І.В. Геометричне моделювання спряжених роторів засобами AutoCAD // Проблеми наскрізної комп’ютерної підготовки у вищій школі: Матеріали всеукраїнської науково-методичної конференції. – Миколаїв: УДМТУ. – 2003. – С.111–113.

3. Устенко І.В. До визначення геометричних параметрів спряжених роторів роторних компресорів // Сучасні проблеми геометричного моделювання: Праці НУ "Львівська політехніка" (спецвипуск): Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції / Національний університет "Львівська політехніка". – Львів. – 2003. – С.177–181.