تحليل تاريخ التطور وحالة السوق واتجاه تطور شفرات التوربينات

تاريخ تطور واتجاهات شفرات التوربينات

تنقسم شفرات التوربينات إلى فئتين: شفرات توجيه التوربينات وشفرات العمل التوربينية.

الوظيفة الرئيسية لريش توجيه التوربينات هي ضبط اتجاه تدفق غاز العادم من غرفة الاحتراق. يمكن أن تصل درجة حرارة تشغيل المواد إلى أكثر من 1,100 درجة فهرنهايت°ج، والإجهاد الذي تتحمله ريش توجيه التوربينات أقل عمومًا من 70 ميجا باسكال. غالبًا ما يتم التخلص من هذا المكون بسبب التشوه الناجم عن الإجهاد الحراري الكبير، وشقوق التعب الحراري الناجمة عن التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة، والحروق الناجمة عن درجات الحرارة المفرطة المحلية.

تقع شفرات التوربينات في المحرك التوربيني مع أعلى درجة حرارة وإجهادات معقدة وأسوأ بيئة. يحتاج هذا المكون إلى تحمل درجات حرارة عالية وإجهادات طرد مركزي كبيرة وإجهادات حرارية. درجة الحرارة التي يتحملها هي 50-100℃ أقل من شفرات التوجيه التوربينية المقابلة، ولكن عند الدوران بسرعة عالية، بسبب تأثيرات القوة الديناميكية الهوائية والقوة الطاردة المركزية، يصل الضغط على جسم الشفرة إلى 140 ميجا باسكال ويصل الجذر إلى 280-560 ميجا باسكال. أصبح التحسين المستمر لهيكل ومواد شفرات التوربينات أحد العوامل الرئيسية في تحسين أداء محركات الطائرات.

تشكل شفرات التوربين وعمود التوربين وقرص التوربين والمكونات الأخرى معًا توربين محرك الطائرة. التوربين هو مصدر الطاقة الذي يحرك الضاغط والملحقات الأخرى. يمكن تقسيم التوربين إلى مكونين: الدوار والثابت:

دوار التوربين: هو عبارة عن مجموعة من شفرات التوربين والعجلات والأعمدة والأجزاء الدوارة الأخرى المثبتة على العمود. وهو مسؤول عن امتصاص تدفق الهواء عالي الحرارة والضغط إلى الموقد للحفاظ على تشغيل المحرك. يعمل دوار التوربين في درجات حرارة عالية وسرعة عالية وينقل طاقة عالية، لذا فإن ظروف عمله قاسية للغاية. عند العمل في درجات حرارة عالية، يجب أن يتحمل دوار التوربين قوة طرد مركزي عالية للغاية، كما أنه يخضع لتأثير عزم الدوران الديناميكي الهوائي، إلخ. ستعمل بيئة درجات الحرارة العالية على تقليل القوة القصوى لمادة شفرة التوربين، كما ستتسبب في زحف وتآكل مادة شفرة التوربين.

الجزء الثابت للتوربين: يتكون من شفرات توجيه التوربين والحلقة الخارجية والحلقة الداخلية. يتم تثبيته على الغلاف ووظيفته الرئيسية هي نشر وتصحيح تدفق الهواء لمرحلة دوار التوربين التالية لتلبية مثلث السرعة لشفرات التوربين العاملة.

من أجل تحسين مؤشرات الأداء مثل نسبة الدفع إلى الوزن، تتزايد باستمرار متطلبات تحمل شفرات محرك الطائرة والتوربينات الغازية لدرجات الحرارة العالية وسرعة الرياح العالية. في محركات الطائرات التوربينية السائدة، يكون الضاغط الذي يعمل بالتوربينات بحد أقصى

يدور الهواء الداخل إلى محرك التوربين بسرعة عالية تصل إلى آلاف الدورات في الثانية. يتم ضغط الهواء خطوة بخطوة في الضاغط. يمكن أن تصل نسبة الضغط للضاغط متعدد المراحل إلى أكثر من 25. يدخل الهواء المضغوط إلى غرفة احتراق المحرك ويختلط بالوقود ويحترق. يحتاج شعلة الوقود إلى الاحتراق بشكل مستقر في تدفق الهواء عالي الضغط المتدفق بسرعة عالية تزيد عن 100 متر في الثانية.

يدفع تدفق الغاز عالي الحرارة والضغط من غرفة الاحتراق شفرات التوربين إلى الدوران بسرعة آلاف إلى عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة. عادة، تتجاوز درجة الحرارة أمام التوربين نقطة انصهار مادة شفرة التوربين. أثناء التشغيل، يجب أن تتحمل شفرات التوربينات في المحركات الحديثة عادةً درجات حرارة تتراوح بين 1600 إلى 1800 درجة فهرنهايت.℃، سرعة الرياح التي تصل إلى حوالي 300 متر في الثانية، والضغط الجوي الهائل الناتج عنها.

تحتاج شفرات التوربينات إلى العمل بشكل موثوق به لآلاف إلى عشرات الآلاف من الساعات في بيئة عمل قاسية للغاية. تتميز شفرات التوربينات بملامح معقدة وتستخدم عددًا كبيرًا من تقنيات التصنيع المتقدمة مثل التصلب الاتجاهي، ومسحوق المعادن، وصب الاستثمار المعقد للشفرة المجوفة، وتصنيع قلب السيراميك المعقد، ومعالجة الثقوب الدقيقة.

تعد شفرات التوربينات أحد مكونات "الآلتين" التي تتمتع بأكبر عدد من عمليات التصنيع وأطول دورة وأقل معدل نجاح. أصبح تصنيع شفرات التوربينات المجوفة المعقدة هو التكنولوجيا الأساسية في التطوير الحالي لـ "الآلتين".

حالة السوق واتجاهات التطور

تشتمل شفرات محركات الطائرات والتوربينات الغازية بشكل أساسي على شفرات المروحة وشفرات التوربينات وشفرات الضاغط، حيث تمثل قيمة شفرات التوربينات حوالي 60% من إجمالي تكلفة الشفرات. وبالمقارنة مع شفرات المروحة، فإن المواد الخام لشفرات التوربينات أكثر قيمة وأكثر صعوبة في المعالجة.

باعتبارها مكونًا مهمًا في المحرك، تتطلب شفرات التوربينات استخدام مواد سبائك عالية الحرارة. تتطلب تقنية الصهر الخاصة بها متطلبات عالية، وبعض الموارد المعدنية المعدنية نادرة. من حيث عملية التصنيع، تستخدم شفرات التوربينات عمومًا الصب الاستثماري لتحقيق جدران رقيقة وهياكل تبريد معقدة. صعوبة التصنيع أعلى بكثير من صعوبة الشفرات الأخرى.

على سبيل المثال، تحتوي محركات الطائرات CFM56 المستخدمة على نطاق واسع في سلسلة طائرات بوينج 737 وسلسلة طائرات إيرباص 320 على أكثر من ألف شفرة توربينية، وتكلف كل منها أكثر من 10,000 يوان. ويتجاوز سعر الوحدة من شفرات التوربينات في أجزاء معينة 100,000 يوان.