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 g_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.