ЛОПА́ТОЧНАЯ МАШИ́НА

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.