Элементы конструкции и типовая классификация

Лопаточных машин

 

       Основным элементом ЛМ является лопатка, позволяющая осуществлять взаимодействие с потоком рабочего тела. Лопатка состоит из пера лопатки и замка (рис. 1.6, а) с помощью которого она крепится в ободе или диске.

       Совокупность лопаток, установленных в ободе или диске, называется лопаточным венцом (рис. 1.6, б).

       Вращающиеся лопаточные венцы называются рабочими колесами (РК). Неподвижные лопаточные венцы в компрессоре называются направляющими аппаратами (НА), в турбине - сопловыми аппаратами (СА). Каждый рабочий элемент К и Т состоит из двух венцов - вращающегося и неподвижного (см. разд. 1.3). Их совокупность называется ступенью. Ступень К состоит из РК и расположенного за ним НА, а ступень Т содержит последовательно расположенные СА и РК.

       ЛМ авиационных ГТД чаще всего классифицируют по двум признакам: по направлению движения рабочего тела в проточной части и по числу ступеней. В авиационных ГТД в основном применяются осевые многоступенчатые ЛМ. В частности, число ступеней осевого компрессора (ОК) в современных ГТД достигает значений 5...17, а осевой турбины (ОТ) - 2...7.

       В многоступенчатых ЛМ различают ещё дополнительные конструктивные элементы (рис. 1.7). Так, совокупность всех РК в проточной части ЛМ называется ротором, а НА (или СА) - статором.

       В современных ГТД ЛМ часто выполняются двух- трёхроторными или, как их называют иначе, многокаскадными. При этом каждый каскад К имеет самостоятельный привод от своей Т. Первый по ходу рабочего тела каскад К называется каскадом низкого давления (КНД), а второй - каскадом высокого давления (КВД). Соответственно первый каскад Т - это турбина высокого давления (ТВД), а второй - турбина низкого давления (ТНД). В трёхкаскадной схеме добавляется ещё промежуточный каскад среднего давления, и каскады К и Т принимают соответствующие названия.

 

Требования, предъявляемые к лопаточным машинам

 

       Основными требованиями к ЛМ авиационных ГТД являются:

- минимальные габаритные размеры и масса;

- высокий к.п.д.;

- благоприятное протекание характеристик;

- надежность и живучесть;

- технологичность, мобильность создания и возможность модернизации.

       Прокомментируем вкратце эти требования. Если учесть, что в современных ГТД масса К и Т составляет 60...70% массы всего двигателя, то создание ЛМ с минимальными массой и габаритами становится важнейшей задачей современного авиадвигателестроения. Критерием оптимальности конструкции ЛМ в этом случае становится удельная масса двигателя g_дв. В частности, в настоящее время ставится задача создания ГТД с удельной массой g_дв = 0,01 кг/Н.

       Высокий к.п.д. ЛМ и благоприятное протекание их характеристик диктуются соображениями получения высоких показателей эффективности ГТД в целом (с _уд и R _уд), а также многорежимным характером его работы. В частности, к.п.д. К должен находиться на уровне 0,85...0,9, а к.п.д. Т - 0,9...0,94.

       Надёжность и живучесть - специфические требования, характерные для авиационной техники, и включают вопросы прочности, а также износа элементов ЛМ.

       Технологичность, мобильность создания и возможность модернизации предполагают использование методов и приемов передовой технологии в процессе изготовления ЛМ. При этом преследуется единая цель - снижение стоимости двигателя в целом.

       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.