Лопаточная машина

Лопаточная машина, устройство для преобразования энергии движущейся капельной жидкости или газа в энергию вращающегося вала (например, гидротурбина) или наоборот (например, вентилятор). Передача мощности потоку или от потока происходит в результате изменения момента количества движения жидкости или газа при проходе через рабочее колесо Л. м.

Л. м. были известны ещё до н. э. (реактивная паровая турбина Герона Александрийского, древнеримские гидравлические турбины); издавна применялись водяные и ветряные двигатели - мельницы. Газовая турбина и осевой компрессор были созданы в конце 19 века. Основы теории Л. м. разработаны Л. Эйлером, впервые описавшим основную гидромеханическую схему их работы. Теория решёток крыловых профилей, лежащая в основе расчёта лопаток Л. м., создана русскими учёными Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным.

По конструкции Л. м. подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые. Одноступенчатые машины состоят из рабочего колеса, устройств для подвода и отвода жидкости. В многоступенчатых Л. м. различают концевые и промежуточные ступени. Концевые ступени (входная и выходная) разнятся между собой по схеме: первая состоит из подводящего устройства с направляющим аппаратом и рабочего колеса, а вторая включает отводящее устройство, расположенное за последним рабочим колесом. Подвод предназначен для создания момента скорости у жидкости на входе в рабочее колесо. Отвод служит для уменьшения кинетической энергии потока на выходе из Л. м., что повышает её кпд. Промежуточные ступени одинаковы - колесо и направляющий аппарат. Рабочее колесо является основным органом Л. м., на котором происходит преобразование энергии; оно состоит из лопаток, укрепленных на втулке (ступице), которая присоединяется к валу.

Форма и конструкция лопаток определяется назначением, условиями рабочего процесса, требованиями прочности и технологии их изготовления. Относительно длинные лопатки (отношение среднего диаметра, на котором расположены лопатки, к их длине меньше 12) осевых турбомашин винтообразно закручены вдоль радиуса. Такая форма учитывает изменение окружной скорости лопаток и скорости взаимодействующего с ними потока по радиусу. Лопатки, если они не изготовлены совместно с диском, соединяются с ним при помощи сварки или механически и могут быть поворотными (для регулирования). Длина лопаток колеблется от 5-7 мм у малоразмерных турбин до 15 м и более у ветродвигателей. В зависимости от направления скорости потока в рабочем колесе относительно оси вращения различают Л. м.: осевые, радиально-осевые (диагональные) и радиальные. По принципу действия Л. м. подразделяют на активные и реактивные. В первых давление потока на входе и выходе из рабочего колеса одинаково и равно атмосферному, во вторых давление на входе и выходе различно. Регулирование мощности Л. м. за счёт изменения расхода жидкости или газа может производиться несколькими методами. Например, в гидротурбинах расход можно менять поворотом лопаток направляющего аппарата или рабочего колеса. Гидравлическое подобие Л. м. позволяет получать для них не только индивидуальные, но и типовые характеристики. Так, зависимости между мощностью на валу N, напором H, частотой вращения n, расходом Q и характерным размером проточной части D двух геометрически подобных гидротурбин выражаются формулами:
;
;
Л. м. конструируют для работы на капельных жидкостях (воде, маслах), на газе и паре. Соответственно различают гидромашины, газовые турбины, паровые турбины. Технические свойства и конструктивное выполнение Л. м. см. также в статьях Ветродвигатель, Воздушный винт, Ковшовая гидротурбина.? Лит.: Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины, М., 1956; Пфлейдерер К., Лопаточные машины для жидкостей и газов, перевод с немецкого, 4 издание, М., 1960; Степанов Г. Ю., Гидродинамика решеток турбомашин, М., 1962; Ломакин А. А., Центробежные и осевые насосы, 2 издание, М. - Л., 1966; Холщевников К. В., Теория и расчет авиационных лопаточных машин, М., 1970.