- •Введение
- •Глоссарий
- •Глава 1 – Базовые понятия теории лопаточных машин. Место лопаточных машин в современной промышленности
- •1.1 Первоначальные сведения о лопаточных машинах
- •1.2 Лопатка - основной элемент лопаточной машины
- •1.3 Понятие о ступени лопаточной машины
- •1.3.1 Ступень компрессора
- •1.3.2 Ступень турбины
- •1.4 Классификация лопаточных машин
- •1.5 Области применения лопаточных машин
- •1.5.1 Назначение и место лопаточных машин в системе газотурбинных двигателей авиационного и наземного назначения
- •1.5.1* Назначение и место лопаточных машин в паротурбинных энергоустановках
- •1.5.2 Назначение и место лопаточных машин в системе наддува двигателя внутреннего сгорания
- •1.5.3 Назначение и место лопаточных машин в системах питания ракетных двигателей
- •1.6 Требования, предъявляемые к лопаточным машинам
- •1.7 Базовая терминология теории лопаточных машин
- •1.7.1 Понятие об элементарной ступени
- •1.7.2 Обозначения направлений и базовых поверхностей в теории лопаточных в теории лопаточных машин
- •1.7.3 Характерные (контрольные) сечения турбомашины и структура построения индексов параметров
- •1.8 Модели рабочего процесса в лопаточных машинах
- •1.8.1 Одномерная модель потока в лопаточной машине
- •1.8.2 Двухмерная модель потока в лопаточной машине
- •1.8.3 Трехмерная модель потока в лопаточной машине
- •1.9 Основные геометрические параметры ступени основных типов турбомашин
- •1.9.1 Основные геометрические параметры ступени осевого компрессора
- •1.9.2 Основные геометрические параметры ступени центробежного компрессора
- •1.9.3 Основные элементы и геометрические параметры профиля лопатки и турбинной решетки профилей
- •1.9.3 Геометрические параметры ступени центростремительной турбины
- •1.9.5 Основные геометрические параметры насоса
- •1.10 Важнейшие формулы главы №1
1.6 Требования, предъявляемые к лопаточным машинам
К лопаточным машинам независимо от области их применения и типа предъявляются следующие основные требования:
минимальные габаритные размеры и масса;
высокий к.п.д.;
благоприятное протекание характеристик;
надежность и живучесть;
технологичность, мобильность создания и возможность модернизации.
Стоит прокомментировать вкратце эти требования. При применении лопаточных машин в составе ГТУ масса компрессора и турбины может достигать 60…70% от полной массы установки в целом. Поэтому снижение массы и габаритов является важнейшей задачей. К лопаточным машинам, входящим в состав турбонасосных агрегатов ЖРД или турбохолодильных установок ЛА предъявляются те же требования. Уменьшение размеров и массы агрегатов наддува и турбоустановок судовых силовых агрегатов и систем также является актуальным, поскольку позволяет экономить место в помещениях машинных отделений и подкопотном пространстве, экономить материал. Таким образом видно, что во всех областях применения лопаточных машин уменьшение их размеров и массы является важнейшим первоочередным требованием. Критерием оптимальности конструкции ЛМ в этом случае становится удельная масса двигателя дв.
Высокий КПД также является очевидным требованием. Оно диктуются соображениями получения высоких показателей эффективности установок, применяющих лопаточных машины. Недобор КПД в одном из узлов в конечном итоге приведет к повышенным энергозатратам во всем изделии. Например, снижение КПД турбины в составе ГТУ приведет к тому, что работа, которую она передает компрессору, будет меньше требуемой. В результате снизится степень сжатия, и установка не обеспечит требуемых показателей. Компенсация недобора параметров потребует увеличения температуры газов перед турбиной и расхода топлива.
Благоприятное протекание характеристик. Многие установки, в состав которых входят лопаточные машины (например, агрегат наддува или авиационный ГТД), работают в широком диапазоне режимов. Очевидно, что для того, чтобы занять значимое место на рынке, они должны показывать высокую экономичность не только в расчетных условиях, но и на всех других эксплуатационных режимах. Это возможно только если все узлы, в том числе и лопаточные машины, будут в нерасчетных условиях сохранять высокие значения КПД.
Надежность и живучесть – во многом являются близкими параметрами, связанными с прочностью и износом элементов ЛМ. Создаваемая конструкция должна обладать прочностью, достаточной для безотказной работы в течение ресурса (полного или межремонтного). Прочностные характеристики любых элементов должны быть стабильными во времени - не должны уменьшаться по мере старения материала или его износа. Кроме того лопаточные машины должны быть способны сохранять работоспособность при воздействии неблагоприятных внешних факторов: воды, пыли, попадании небольших посторонних предметов засасываемых в проточную часть.
Одним из критериев успеха изделия на рынке является минимальная себестоимость. В этой связи к лопаточным машинам, как и другим изделиям, предъявляется требования технологичности, простоты создания и возможности модернизации.
Даже краткий анализ основных требований, предъявляемых к ЛМ, показывает противоречивый характер некоторых из них (например, прочность и масса, высокий к.п.д. и технологичность). Комплексное удовлетворение всех требований - это сложная инженерная и научная задача.