تحليل تاريخ تطور شفرات التوربين، والحالة السوقية واتجاهات التطوير

تاريخ تطور واتجاهات شفرات التوربين

تُقسم شفرات التوربين إلى فئتين: شفرات دليل التوربين وشفرات عمل التوربين.

الوظيفة الرئيسية لشفرات دليل التوربين هي ضبط اتجاه تدفق الغاز العادم من غرفة الاحتراق. يمكن أن يصل درجة حرارة التشغيل للمادة إلى أكثر من 1,100 درجة °C، والضغط الذي تحمله شفرات دليل التوربين عادةً أقل من 70 ميجا باسكال. يتم إخراج هذا المكون من الخدمة غالبًا بسبب التشوه الناجم عن الإجهاد الحراري الكبير، الشقوق الناتجة عن التعب الحراري بسبب التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة، والحروق الناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة محليًا.

توجد شفرات التوربين في محرك التوربين الأكثر سخونة، والإجهاد الأكثر تعقيدًا، والبيئة الأسوأ. يجب أن تصمد هذه المكونات أمام درجات حرارة عالية وإجهاد طرد مركزي كبير وإجهاد حراري. درجة الحرارة التي تصمد أمامها تتراوح بين 50-100 ℃ أقل من الشفرات الدليلية المقابلة للتربين، لكن عند الدوران بسرعة عالية، بسبب تأثير القوة الهوائية والقوة الطرد المركزي، يصل الإجهاد على جسم الشفرة إلى 140 ميجاباسكال وعلى الجذر إلى 280-560 ميجاباسكال. أصبح تحسين مستمر لتركيبة ومواد شفرات التربين أحد العوامل الرئيسية لتحسين أداء محركات الطائرات.

تشكل شفرات التربين، عمود التربين، قرص التربين والمكونات الأخرى معًا التربين في محرك طائرة. التربين هو مصدر القوة الذي يدفع المضاغة والملحقات الأخرى. يمكن تقسيم التربين إلى مكونين: الدوار والساكن:

محرك التوربين: إنه كيان مكون من شفرات التوربين، والعجلات، والمحور وأجزاء دوارة أخرى مثبتة على المحور. وهو مسؤول عن شفط تيار الهواء ذي درجة الحرارة العالية والضغط العالي إلى الحرقان لضمان تشغيل المحرك. يعمل محرك التوربين بدرجة حرارة عالية وسرعة عالية وينقل قوة كبيرة، لذلك فإن ظروف عمله صعبة للغاية. عند العمل في درجات حرارة مرتفعة، يجب على محرك التوربين تحمل قوة طرد مركزي عالية للغاية، كما يتعرض لتأثير عزم الدوران الديناميكي للهواء وما إلى ذلك. سيؤدي البيئة ذات درجة الحرارة العالية إلى تقليل القوة النهائية لمادة شفرات التوربين، وكذلك سبب الزحف والتآكل للمادة.

مثبت التوربين: يتألف من شفرات إرشادية للتوربين، والحلقة الخارجية والداخلية. يتم تثبيته على الغلاف الخارجي، ووظيفته الرئيسية هي توسيع وتصحيح تدفق الهواء للتربيين الدوار في المرحلة التالية لتلبية مثلث السرعة لشفرات التوربين العاملة.

من أجل تحسين المؤشرات الأداء مثل نسبة الدفع إلى الوزن، تتزايد المتطلبات بشأن تحمل شفرات محركات الطائرات والتوربينات الغازية لدرجات الحرارة العالية وسرعات الرياح العالية. في محركات التوربينات الدافعة للطائرات ذات التدفق العالي، يمكن أن يكون الحد الأقصى لـ

يدخل الهواء إلى محرك التوربين بسرعة تصل إلى آلاف الدورات في الثانية. يتم ضغط الهواء تدريجياً في المضاغط. يمكن أن يصل نسبة الضغط للمضاغط متعدد المراحل إلى أكثر من 25. يدخل الهواء المضغوط غرفة الاحتراق الخاصة بالمحرك حيث يختلط مع الوقود ويحترق. يحتاج لهب الوقود إلى الاشتعال بشكل مستقر في تيار الهواء تحت الضغط العالي الذي يتدفق بسرعة تزيد عن 100 متر/ثانية.

يُحرِّك تدفق الغاز ذا درجة الحرارة العالية والضغط العالي من غرفة الاحتراق شفرات التوربين لتدور بسرعة تتراوح بين آلاف إلى عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة. عادةً ما يتجاوز درجة الحرارة قبل التوربين نقطة انصهار مادة شفرات التوربين. أثناء التشغيل، يجب على شفرات التوربين في المحركات الحديثة أن تصمد أمام درجات حرارة تتراوح بين 1600 و1800 ℃ ، سرعات رياح تصل إلى حوالي 300 متر/ثانية، والضغط الهوائي الكبير الناتج عنها.

تحتاج شفرات التوربين للعمل بشكل موثوق فيه لآلاف إلى عشرات الآلاف من الساعات في مثل هذا البيئة التشغيلية القاسية للغاية. تحتوي شفرات التوربين على ملفات معقدة وتستخدم العديد من تقنيات التصنيع المتقدمة مثل التبلور定向، الميتالورجيا المسحوقة، صب الشفرات المجوفة المعقدة، تصنيع النواة السيراميكية المعقدة، ومعالجة الثقوب الدقيقة.

تشكل شفرات التوربين واحدة من المكونات الرئيسية لـ "الماكينتين" التي تتطلب المزيد من العمليات الإنتاجية، وأطول دورة تصنيع، وأقل معدل نجاح. أصبحت صناعة الشفرات المجوفة المعقدة جزءاً من التكنولوجيا الأساسية في تطوير "الماكينتين" حاليًا.

حالة السوق واتجاهات التطوير

تشمل شفرات المحركات النفاثة والتوربينات الغازية بشكل أساسي شفرات المروحة، وشفرات التوربين، وشفرات الضاغط، حيث تمثل قيمة شفرات التوربين حوالي 60٪ من إجمالي تكلفة الشفرات. مقارنة بشفرات المروحة، فإن المواد الخام لشفرات التوربين أكثر قيمة وأكثر صعوبة في المعالجة.

كمكون ساخن مهم في المحرك، تتطلب شفرات التوربين استخدام مواد سبائك مقاومة للحرارة العالية. تكنولوجيا الصهر الخاصة بها تتطلب مواصفات عالية، وبعض موارد المعادن المعدنية نادرة. من حيث العملية التصنيعية، فإن شفرات التوربين عادة ما تستخدم صب الاستثمار لتحقيق جدران رقيقة وبنية تبريد معقدة. صعوبة التصنيع أعلى بكثير من شفرات أخرى.

على سبيل المثال، محركات الطائرات CFM56 المستخدمة بشكل واسع في سلسلة بوينغ 737 وسلسلة إيرباص 320 تحتوي على أكثر من ألف شفرة توربين، وكل واحدة منها تكلف أكثر من 10,000 يوان. وحتى يصل سعر بعض الشفرات إلى أكثر من 100,000 يوان.