Авиационных лопаточных машин

Рассмотрим в общих чертах принципы работы ЛМ - компрессора и турбины. По характеру взаимодействия с потоком рабочего тела ЛМ подразделяются на машины-исполнители и машины-двигатели.

Машины-исполнители подводят механическую энергию к потоку рабочего тела. Такими машинами являются компрессоры и вентиляторы.

Машины-двигатели отводят механическую энергию от потока рабочего тела. К ним можно отнести турбину.

Исходя из характера энергообмена рассмотрим процессы сжатия рабочего тела в К и расширения в Т. Для реализации процесса сжатия каждый рабочий элемент узла К (элемент 1, см. рис. 1.2) должен содержать две системы лопастей: систему вращающихся (рабочих) лопаток (СРЛ) и систему неподвижных лопаток (СНЛ). На рис. 1.4 приведена схема рабочего процесса в элементе компрессора.

Лопатки выполнены в виде слабоизогнутых лопастей, направленных под углом к потоку рабочего тела, и принудительно вращаются с окружной скоростью u. Друг относительно друга лопатки установлены так, что между ними образуются диффузорные каналы. При такой установке СРЛ сила R_u отклоняет поток рабочего тела в абсолютном движении в сторону вращения и сообщает ему механическую энергию, в результате чего скорость c₂ > c₁.

Сила R_a проталкивает рабочее тело в диффузорном межлопаточном канале, поэтому в относительном движении происходит его частичное сжатие, т.е. w₂ < w₁, а давление и температура возрастают.

Возросший в СРЛ запас кинетической энергии, определяемый скоростью c₂, преобразуется в потенциальную энергию в СНЛ, расположенной сразу за СРЛ. Лопатки СНЛ сориентированы таким образом, что скорость c₃ на выходе примерно равна скорости c₁ как по величине, так и по направлению, а давление и температура растут, принимая значения, соответствующие подведенной в элементе К работе L_i.

Схема рабочего процесса в элементе турбины (элемент 2, см. рис. 1.2.) приведена на рис. 1.5.

СРЛ элемента Т выпол­нена так, что лопатки своей вогнутой поверхностью воспринимают импульс силы от потока рабочего тела, в результате чего на них действует аэродинамическая сила . Её окружная составляющая P_u вызывает появление крутящего момента на СРЛ, и она начинает вращаться с окружной скоростью u. Поскольку рабочее тело совершает при этом работу, скорость потока c₂ на выходе из СРЛ становится меньше, чем на входе. Относительная скорость w₂ в зависимости от характера процесса расширения может быть как больше, так и меньше скорости w₁, но в большинстве случае w₂ > w₁, что сопровождается снижением давления и температуры.

Очевидно, что нормальное функционирование элемента Т возможно только в том случае, если перед СРЛ расположена СНЛ, в которой осуществляется предварительное преобразование потенциальной энергии сжатого и нагретого рабочего тела в кинетическую энергию. Поэтому лопатки СНЛ выполняются так, чтобы межлопаточные каналы были конфузорными. При этом c₁ > c₀, а начальные значения давления и температуры снижаются.

Опыты показывают, что работа L_i, совершаемая рабочим телом в элементе Т, достаточна для привода 4...7 соответствующих элементов К, если массовый расход через К и Т одинаков.