O lamă ( paletă ) este o parte a mașinilor cu lame concepute pentru a modifica parametrii unui gaz sau lichid din ele .
Nu există o diferență specială în caracteristicile de proiectare și metodele de aplicare între lame și lame, dar în utilizarea acestor concepte, lamele sunt mai des numite lame, în care lățimea nu este mai mică de un sfert din lungimea lor.
Mașinile sau mecanismele echipate cu rotoare cu palete sau pale montate pe acestea, în funcție de tipul sursei de energie pentru deplasarea lor în flux lichid sau gazos, pot fi sub presiune ( compresoare , ventilatoare , suflante , pompe ) sau antrenate ( turbine , turbine eoliene ). , mori , actionari hidraulice si pneumatice).
În suflante, paletele sau paletele mișcă fluxul. În antrenare - fluxul de lichid sau gaz pune lamele sau lamele în mișcare.
În mașinile de antrenare sau mecanisme , principiul de funcționare a palelor este similar cu principiul de funcționare a palelor părții mobile a unei mori de vânt.
Paletele sunt fixate rigid de rotor , care este un arbore rotativ . Rotorul este conectat la un mecanism care efectuează o muncă utilă în timpul rotației. Fluidul de lucru din moara este considerat a fi flux de aer . Fluxul de aer care intră se deplasează în direcția axei de rotație a rotorului. Lamele morii sunt fixate în așa fel încât planul lor să fie rotit față de axa de montare cu un anumit unghi . Acest unghi în aerodinamică se numește unghi de atac.
Lama sta în calea mișcării aerului. Când fluxul se ciocnește de el, acesta încetinește și își schimbă direcția, curgând în jurul lui, așa cum se arată în figură. În acest caz, în apropierea suprafeței frontale a lamei apare o zonă cu presiune crescută a aerului , iar lângă suprafața din spate apare o zonă cu presiune redusă. Mărimea diferenței de presiune dP depinde de mulți parametri, cum ar fi viteza aerului, unghiul de atac, forma suprafeței.
Datorită diferenței de presiune asupra suprafețelor, asupra lamei începe să acționeze o forță P , îndreptată de-a lungul normalei la planul său. Deoarece paleta este fixată rigid pe rotor și nu poate face mișcări axiale, asupra acesteia acționează forța de reacție a suportului N , îndreptată de-a lungul axei rotorului în direcția opusă mișcării curgerii. Forța totală, când se adună aceste două forțe, este forța F , îndreptată perpendicular pe axa rotorului. Deoarece această forță este aplicată lamei, există un cuplu M , care face ca rotorul să se rotească. Mecanismul asociat cu rotorul efectuează o muncă utilă.
În cazul unei mori de vânt, căderea de presiune pe lame este mică și, pentru a crește forța P , aria este crescută, deoarece forța P \u003d dP S , unde dP este căderea medie de presiune, S este aria lama.
Modalitatea de creștere a forței P , și deci a muncii utile a întregii instalații, este creșterea căderii de presiune dP . O creștere a căderii de presiune la intrarea și la ieșirea din aparatul cu lame necesită aranjarea mai multor lame pe arbore, dispuse radial într-un rând circular. Un astfel de rând circular sau disc cu palete ventilate în el se numește o etapă de expansiune sau o etapă de presiune.
În funcție de mărimea căderii de presiune pe arbore, pot exista mai multe trepte de presiune.
Mașinile cu lame, ca element cel mai important, conțin discuri montate pe un arbore, echipate cu lame profilate. Discurile, în funcție de tipul și scopul mașinii, se pot roti la viteze complet diferite , variind de la unități de rotație pe minut pentru turbinele eoliene și mori, până la zeci și sute de mii de rotații pe minut pentru motoarele cu turbine cu gaz și turbocompresoare.
Lamele mașinilor moderne cu lame, în funcție de scop, de sarcina îndeplinită de acest dispozitiv și de mediul în care funcționează, au un design foarte diferit. Evoluția acestor modele poate fi urmărită prin compararea palelor morilor medievale - de apă și de vânt, cu palele unei turbine eoliene și ale unei centrale hidroelectrice .
Designul lamelor este influențat de parametri precum densitatea și vâscozitatea mediului în care funcționează. Un lichid este mult mai dens decât un gaz, mai vâscos și practic incompresibil. Prin urmare, forma și dimensiunile lamelor mașinilor hidraulice și pneumatice sunt foarte diferite. Datorită diferenței de volume la aceeași presiune, suprafața palelor mașinilor pneumatice poate fi de câteva ori mai mare decât lamele celor hidraulice.
Există lame de lucru, de îndreptat și rotative. În plus, compresoarele pot avea palete de ghidare, precum și palete de ghidare de admisie, iar turbinele pot avea duză și palete răcite.
Fiecare lamă are propriul profil aerodinamic . De obicei seamănă cu o aripă de avion . Cea mai semnificativă diferență dintre o lamă și o aripă este că paletele funcționează într-un flux ai cărui parametri variază foarte mult pe lungimea sa.
Conform designului piesei de profil, lamele sunt împărțite în lame cu secțiuni constante și variabile . Lamele de secțiune constantă sunt utilizate pentru trepte în care lungimea lamei nu este mai mare de o zecime din diametrul mediu al treptei. În turbinele de mare putere, acestea sunt, de regulă, paletele primelor trepte de înaltă presiune. Înălțimea acestor lame este mică și se ridică la 20-100 mm.
Lamele cu secțiune variabilă au un profil variabil în etapele ulterioare, iar aria secțiunii transversale scade treptat de la secțiunea rădăcină spre vârf. În lamele ultimelor trepte, acest raport poate ajunge la 6-8. Palele cu secțiune variabilă au întotdeauna o răsucire inițială, adică unghiuri formate dintr-o linie dreaptă care leagă marginile secțiunii ( coardă ) cu axa turbinei, numite unghiurile secțiunilor. Aceste unghiuri, din motive de aerodinamică, sunt setate diferit în înălțime, cu o creștere lină de la rădăcină la vârf.
Pentru lamele relativ scurte, unghiurile de turbionare a profilului (diferența dintre unghiurile de instalare ale secțiunilor periferice și radiculare) sunt 10–30, iar pentru lamele din ultimele etape pot ajunge la 65–70.
Poziția relativă a secțiunilor de-a lungul înălțimii lamei în timpul formării profilului și poziția acestui profil față de disc este instalarea lamei pe disc și trebuie să îndeplinească cerințele de aerodinamică, rezistență și fabricabilitate .
Lamele sunt fabricate în mare parte din semifabricate preformate . De asemenea, sunt utilizate metode de fabricare a lamelor prin turnare de precizie sau ștanțare de precizie . Tendințele moderne de creștere a puterii turbinelor impun o creștere a lungimii palelor ultimelor trepte. Crearea unor astfel de lame depinde de nivelul realizărilor științifice în domeniul aerodinamicii fluxului, rezistenței statice și dinamice și disponibilitatea materialelor cu proprietățile necesare.
Aliajele moderne de titan fac posibilă fabricarea lamelor de până la 1500 mm lungime . Dar, în acest caz, limitarea este rezistența rotorului, al cărui diametru trebuie crescut, dar apoi este necesar să se reducă lungimea lamei pentru a menține raportul din motive de aerodinamică, în caz contrar mărind lungimea lama este ineficientă. Prin urmare, există o limită a lungimii lamei, dincolo de care nu poate funcționa eficient.
Elementele principale ale lameiProiectele conexiunilor de coadă și, în consecință, tijele palelor sunt foarte diverse și sunt utilizate în funcție de condițiile pentru asigurarea rezistenței necesare, ținând cont de dezvoltarea tehnologiilor pentru fabricarea lor la o întreprindere care produce turbine. Tipuri de tulpini: în formă de T, în formă de ciupercă, bifurcate, de brad etc.
Niciun tip de conexiune de coadă nu are un avantaj deosebit față de celălalt - fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje. Diferitele fabrici realizează diferite tipuri de conexiuni de coadă și fiecare dintre ele utilizează propriile tehnici de fabricație .
Principalele tipuri de tije ale lamei: 1. Tijă în T; 2. Tijă de ciupercă; 3. Tija furcata; 4. tulpină de pom de CrăciunPaletele rotorului turbinei sunt conectate în pachete cu legături de diferite modele: bandaje nituite pe pale sau realizate sub formă de rafturi (pansament solid frezat); fire lipite de lame sau introduse liber în orificiile din partea de profil a lamelor și presate împotriva lor prin forțe centrifuge; cu ajutorul unor proeminențe speciale sudate între ele după ce lamele sunt asamblate pe disc.
Elemente ansamblu lame: 1. Pene lame; 2. Raft; 3. Tijă; 4. Tub de bandajScopul palelor de turbine este de a converti energia potențială a aburului comprimat în lucru mecanic . În funcție de condițiile de funcționare din turbină, lungimea palelor rotorului acesteia poate varia de la câteva zeci la o mie și jumătate de milimetri. Pe rotor, paletele sunt dispuse în trepte, cu o creștere treptată a lungimii și o modificare a formei suprafeței. La fiecare etapă, palele de aceeași lungime sunt situate radial față de axa rotorului. Acest lucru se datorează dependenței de parametri precum debitul, volumul și presiunea.
La un debit uniform, presiunea la intrarea turbinei este maximă, iar debitul este minim. Când fluidul de lucru trece prin paletele turbinei, se efectuează lucrări mecanice, presiunea scade, dar volumul crește. În consecință, suprafața lamei de lucru crește și, în consecință, dimensiunea acesteia. De exemplu, lungimea palelor primei trepte a unei turbine cu abur cu o capacitate de 300 MW este de 97 mm, ultima este de 960 mm.
Scopul paletelor compresorului este de a modifica parametrii inițiali ai gazului și de a converti energia cinetică a rotorului rotativ în energia potențială a gazului comprimat. Forma, dimensiunile și metodele de fixare a palelor compresorului pe rotor nu diferă mult de paletele turbinei. În compresor, la același debit, gazul este comprimat, volumul acestuia scade, iar presiunea crește, prin urmare, la prima treaptă a compresorului, lungimea palelor este mai mare decât la ultima.
Un motor cu turbină cu gaz are atât compresor, cât și palete de turbină. Principiul de funcționare a unui astfel de motor este comprimarea aerului necesar arderii cu ajutorul palelor turbocompresorului, direcționarea acestui aer în camera de ardere și, atunci când este aprins cu combustibil , lucrul mecanic al produselor de ardere pe paletele turbinei situate pe același arbore ca și compresorul. Acest lucru distinge motorul cu turbină cu gaz de orice altă mașină, unde există fie pale de suflare a compresorului, ca în supraalimentatoarele și suflantele de toate felurile, fie palete de turbină, ca în centralele cu turbine cu abur sau în centralele hidroelectrice.
În comparație cu paletele turbinelor cu abur și gaz, paletele turbinelor hidraulice funcționează într-un mediu cu viteze mici, dar presiuni mari. Aici, lungimea lamei este mică în raport cu lățimea sa, iar uneori lățimea este mai mare decât lungimea, în funcție de densitatea și volumul specific al lichidului. Adesea paletele turbinelor hidraulice sunt sudate pe disc sau pot fi fabricate în întregime cu acesta.
Palele turbinelor eoliene funcționează într-un curent cu presiune scăzută, dar cu un debit de aer destul de mare și cu viteză mare. Prin urmare, raportul dintre lungimea lamei și diametrul rotorului este destul de mare. La mașinile cu pale de injecție (elice pentru avioane și elicoptere ) , nu există nicio diferență specială în designul palelor.
Aparent, primul articol care seamănă cu o spatulă în aspect și în metoda de aplicare ar putea fi o vâslă . Potrivit unor istorici, vâslele au început să fie folosite înainte de domesticirea cailor. Vela , care a fost, de asemenea, folosită pentru a se deplasa prin apă, a fost, de asemenea, prototipul paletei pentru scopul său. Mai mult, vâsla este un exemplu viu de lamă de injecție (compresor), iar o pânză este o lamă de turbină (de antrenare).
Palele roților de vânt sau de apă ale primelor mori fixate pe osii pot fi considerate primele mașini cu pale. Sunt prototipurile dispozitivelor moderne cu lame.
Mențiuni despre dispozitive antrenate în rotație de un curent care curge pe ele se găsesc în documente din timpul Romei Antice . Erou al Alexandriei , care a trăit în secolul I d.Hr. e. a făcut așa-numitul aeolipil , un mecanism asemănător cu o turbină cu abur în designul său. Dar nu a primit prea multă distribuție și a fost folosit în principal la construcția diferitelor jucării mecanice. De-a lungul timpului, eolipilul a fost uitat cu totul.
Una dintre primele mașini cu palete a fost testată în acțiune de cel mai mare dintre inventatorii antichității - Arhimede din Siracuza . Snecul său de ridicare , numit mai târziu „ șurubul arhimedian ”, a fost folosit pentru al treilea mileniu în dispozitive în diverse scopuri.
De asemenea, civilizațiile europene, arabe, chineze și multe alte au folosit diverse tipuri de mașini de ridicare a apei ( norias ), apă și mori de vânt.
În secolul al XIX-lea, oamenii de știință au început să generalizeze experiența utilizării discurilor cu lame și lame, să o analizeze și să încerce să o clasifice. Academicianul rus Leonard Euler , bazându-se pe lucrările lui Leonardo da Vinci , Bernoulli , Newton , Leibniz și mulți alții, a pus bazele teoriei mașinilor cu lame, a evidențiat o disciplină independentă care a descris principalele scheme hidropneumatic-mecanice pentru funcționarea aparat cu lame.
În ciuda faptului că au fost scrise un număr mare de lucrări despre teoria și designul mașinilor cu lame utilizate atât în medii gazoase, cât și în medii lichide, cercetările în acest domeniu de tehnologie sunt încă în desfășurare.
În viitor, este posibil să se utilizeze presiunea luminii în pânzele solare în spațiu . Cel mai probabil, aceste pânze vor fi și lame modificate situate radial pe rotor.
| Turbine și mecanisme cu turbine în compoziție | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tipuri |
| ||||||||||
| Vehicule | |||||||||||
| Elemente structurale |
| ||||||||||