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 gдв.
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.