ЛОПА́ТОЧНАЯ МАШИ́НА
-
Рубрика: Технологии и техника
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛОПА́ТОЧНАЯ МАШИ́НА (лопастная машина), устройство для преобразования энергии потока жидкости или газа при обтекании им лопаток (лопастей) вращающегося рабочего колеса (вала). В тех случаях, когда поток отдаёт свою энергию вращающемуся валу, Л. м. называют турбинами или ветродвигателями (в случае использования энергии ветра); когда же энергия движущегося потока повышается за счёт энергии, подводимой от привода к рабочему колесу, Л. м. называют либо насосами (при протекании жидкости), либо вентиляторами, газодувками (воздуходувками) или компрессорами (при протекании воздуха или газа). Разновидностью Л. м. являются также лопастные движители – воздушный винт, гребной винт, гребное колесо и др.
По характеру рабочего процесса Л. м. относят к динамич. машинам, поскольку передача мощности потоку или от потока в них совершается за счёт динамич. воздействия лопаток вращающегося вала, без изменения объёма внутр. полостей машины (в отличие от объёмных гидравлич. машин – возвратно-поступательных и роторных). Осн. рабочий орган – лопаточное (лопастное) колесо; оно состоит из лопаток, укреплённых на втулке (ступице), которая присоединяется к валу. Форма и конструкция лопаток определяются назначением, условиями рабочего процесса, требованиями прочности и технологии их изготовления. Лопатки, если они не изготовлены совместно с диском, соединяются с ним при помощи сварки или механически и могут быть поворотными (для регулирования). Длина лопаток изменяется от 8 мм у турбин до 15 м и более у ветродвигателей.
Л. м. классифицируют по роду перемещаемой жидкости или газа (водяные, воздушные, паровые, газовые, дымовые и т. п.); по направлению движения потока относительно оси вращения рабочего колеса (осевые, радиально-осевые, диагональные, центробежные и др.); по развиваемому или расходуемому перепаду давлений (в газодувных Л. м. – по степени повышения давления по отношению к атмосферному). По принципу действия различают активные и реактивные Л. м. (в первых давление потока на входе и выходе из рабочего колеса одинаково и равно атмосферному, во вторых давление потока на входе и выходе различно).
По конструкции Л. м. подразделяют на одноступенчатые (вентиляторы, мельницы, ветродвигатели) и многоступенчатые (компрессоры, газовые и паровые турбины, водяные насосы). Одноступенчатые Л. м. состоят из рабочего колеса, устройств для подвода и отвода рабочего тела; многоступенчатые – из концевых и промежуточных ступеней. Концевые ступени включают подводящее устройство с направляющим аппаратом и рабочее колесо (входная) и отводящее устройство, расположенное за последним рабочим колесом (выходная). Подвод предназначен для создания вращающего момента на входе в рабочее колесо; отвод служит для уменьшения кинетич. энергии потока на выходе из Л. м. Промежуточные ступени одинаковы – рабочее колесо и направляющий аппарат. В многоступенчатых Л. м. изменение параметров потока (напр., повышение давления в насосах или компрессорах) происходит ступенчато от одного рабочего колеса к другому. Напр., пром. насосы могут повышать давление до 35 МПа (350 кгс/см2). Развиваемый напор, расход газа или жидкости и затраты мощности на валу определяются частотой вращения вала и размером проточной части (расчётным диаметром) машины.
Регулирование производительности Л. м. обеспечивается поворотом лопаток направляющего аппарата или рабочего колеса. Производительность одноступенчатых газодувных Л. м. достигает 140 м3/с, а многоступенчатых осевых – до 370 м3/с. Водяные насосы высокого давления обеспечивают подачу воды до 1500 м3/ч, а низконапорные насосы осевого типа гор. водоснабжения – до 100000 м3/ч.
Историческая справка
Первыми Л. м. были простейшие лопаточные движители – весло и парус (лопатка в возд. потоке). Древними прототипами совр. Л. м. стали водяные и ветряные мельницы и водоподъёмные машины. Принцип работы паровых турбин в 1 в. применён Героном Александрийским в устройстве парового шара, т. н. эолипиле. Основы теории Л. м. разработаны Л. Эйлером, впервые описавшим гидромеханич. схему их работы. Совр. теория Л. м. базируется на работах по циркуляции потока в межлопаточном канале и теории вихрей Н. Е. Жуковского.