Analýza vývojové historie, tržní situace a vývojového trendu turbinových listů

Vývojová historie a trendy turbinových listů

Turbinové listy se dělí na dvě kategorie: vodící listy turbiny a pracovní listy turbiny.

Hlavní funkcí vodících vanů turbiny je regulace směru toku výfukových plynů z spalovací komory. Teplota materiálu může dosahovat více než 1 100 ° °C a mechanické napětí, které nesou vodící vaně turbiny, je obvykle méně než 70 MPa. Tento komponent často končí jako vyřazený kvůli zkreslení způsobenému velkým tepelným napětím, trhlinám způsobeným tepelnou unaveností při rychlých změnách teploty a spalování způsobenému lokálně příliš vysokými teplotami.

Turbinové listy jsou umístěny v turbo motoru s nejvyšší teplotou, nejsložitějším mechanickým napětím a nejhůře dostupným prostředím. Tento komponent musí snášet vysoké teploty a velké odstředivé a tepelné napětí. Teplota, kterou vydrží, je 50-100 ℃ nižší než odpovídající vodník turbiny, ale při rotaci vysokou rychlostí, kvůli účinkům aerodynamické síly a centrifugální síly, dosahují napětí na těle lopatky 140 MPa a u kořene až 280-560 MPa. Neustálý rozvoj struktury a materiálů turbinových lopatek se stal jedním z klíčových faktorů pro zlepšení výkonu letadlových motorů.

Turbinové lopatky, turbinní hřídel, turbinní kotouč a další součásti společně tvoří turbine letadlového motoru. Turbina je zdrojem energie, která pohání kompresor a další příslušenství. Turbina se dá rozdělit na dvě součásti: rotor a stator:

Turbínový rotor: Je to celkem složený z turbínových listů, kol, šroubů a dalších rotujících dílů montovaných na šroubu. Je odpovědný za vysávání vysokoteplého a vysokotlakého vzduchu do spalovače pro udržení fungování motoru. Turbínový rotor pracuje ve vysoké teplotě a vysoké rychlosti a přenáší vysokou mocnost, takže jsou jeho pracovní podmínky extrémně náročné. Při práci ve vysoké teplotě musí turbínový rotor vydržet extrémně vysokou odstředivou sílu a je také podléhá vlivu aerodynamického kroutícího momentu atd. Vysokoteplé prostředí sníží úlomkovou sílu materiálu turbínového listu a také způsobí plazivost a erozi materiálu turbínového listu.

Turbínový stator: Složen je z turbínových vodicích listů, vnějšího a vnitřního prstence. Je pevně připojen k obalu a jeho hlavní funkcí je rozptylovat a upravit proudění vzduchu pro další stupeň turbínového rotoru tak, aby byl splněn rychlostní trojúhelník pracovních listů turbine.

Pro zlepšení výkonnostních ukazatelů, jako je poměr tahu k hmotnosti, neustále rostou požadavky na tolerance lopatek letadlových motorů a plynových turbín vůči vysoké teplotě a vysoké rychlosti větru. V hlavních letadlových turboventilových motorech má turbínou poháněný kompresor maximálně

Vzduch vstupující do turbínového motoru rotuje rychlostí tisíců otáček za sekundu. Vzduch je postupně stlačován v kompresoru. Stlačovací poměr víceúrovňového kompresoru může dosahovat více než 25. Stlačený vzduch vstupuje do spalovací komory motoru, kde se míchá s palivem a hoří. Plamen paliva musí hořet stabilně ve stlačeném vzduchu tekoucím rychlostí vyšší než 100 m/s.

Proud plynu vysoké teploty a vysokého tlaku z palivové komory pohání vějířové listy, aby se otáčely rychlostí několika tisíců až desítek tisíc otoček za minutu. Obvykle před turbínou přesahuje teplota bod vaření materiálu vějířového lístku. Během provozu musí vějířové lístky moderních motorů obvykle vydržet teploty 1600~1800 ℃ , rychlost větru asi 300 m/s a obrovský vzduchový tlak, který způsobují.

Vějířové lístky musejí spolehlivě pracovat tisíce až desítky tisíc hodin v tak extrémně tvrdém provozním prostředí. Vějířové lístky mají složité profily a používají řadu pokročilých výrobních technologií, jako jsou směrové tuhnutí, prášková metalurgie, investiční lihování složitých dutých lístků, výroba složitých keramických jader a mikropracování děr.

Listy turbíny jsou jedním z komponentů "dvou strojů", které mají nejvíce výrobních procesů, nejdéle trvající cyklus a nejnižší úspěšnost. Výroba složitých dutých lopatek turbíny se stala jádrovou technologií v současné vývojové fázi "dvou strojů".

Tržní stav a vývojové trendy

Lopatky v letadlových motorech a plynových turbínách zahrnují především ventilové lopatky, turbinní lopatky a kompresní lopatky, z nichž cena turbinních lopatek tvoří asi 60 % celkových nákladů na lopatky. Ve srovnání s ventilovými lopatkami jsou suroviny pro turbinní lopatky drahé a obtížněji se zpracovávají.

Jako důležitá součást pohonu vysokotopeného motoru vyžadují turbinové listy použití materiálů z vysokoteplotních slitin. Technologie jejich tavení má vysoké požadavky a některé kovy nebo minerální suroviny jsou vzácné. Z hlediska výrobního procesu se turbinové listy obvykle vyrábějí pomocí investičního lití, aby bylo dosaženo tenkých stěn a složitých chladičových struktur. Náročnost výroby je významně vyšší než u ostatních lopatek.

Například široce používané letadlové motory CFM56 v sériích Boeing 737 a Airbus A320 mají více než tisíc turbinových lopatek, každá stojí více než 10 000 yuanů. Cena jednotlivých turbinových lopatek v určitých částech dokonce přesahuje 100 000 yuanů.