Analyse der Entwicklungsgeschichte, des Marktstatus und der Entwicklungstendenz von Turbinenschaufeln Deutschland

Entwicklungsgeschichte und Trends von Turbinenschaufeln

Turbinenschaufeln werden in zwei Kategorien unterteilt: Turbinenleitschaufeln und Turbinenarbeitsschaufeln.

Die Hauptfunktion von Turbinenleitschaufeln besteht darin, die Strömungsrichtung des Abgases aus der Brennkammer einzustellen. Die Betriebstemperatur des Materials kann über 1,100 °C erreichen.°C, und die von Turbinenleitschaufeln getragene Spannung beträgt im Allgemeinen weniger als 70 MPa. Diese Komponente wird häufig aufgrund von Verformungen durch große thermische Spannung, thermischen Ermüdungsrissen durch plötzliche Temperaturänderungen und Verbrennungen durch lokale Übertemperaturen verschrottet.

Die Turbinenschaufeln befinden sich im Turbinentriebwerk mit der höchsten Temperatur, der komplexesten Belastung und der schlechtesten Umgebung. Diese Komponente muss hohen Temperaturen und großer Zentrifugalbelastung sowie thermischer Belastung standhalten. Die Temperatur, die sie aushält, beträgt 50-100℃ niedriger als die entsprechenden Turbinenleitschaufeln, aber bei hoher Rotationsgeschwindigkeit erreicht die Spannung am Schaufelkörper aufgrund der Auswirkungen der aerodynamischen Kraft und der Zentrifugalkraft 140 MPa und an der Wurzel 280–560 MPa. Die kontinuierliche Verbesserung der Struktur und der Materialien von Turbinenschaufeln ist zu einem der Schlüsselfaktoren für die Leistungssteigerung von Flugzeugtriebwerken geworden.

Die Turbinenschaufeln, die Turbinenwelle, die Turbinenscheibe und andere Komponenten bilden zusammen die Turbine eines Flugzeugtriebwerks. Die Turbine ist die Energiequelle, die den Kompressor und andere Zubehörteile antreibt. Die Turbine kann in zwei Komponenten unterteilt werden: den Rotor und den Stator:

Turbinenrotor: Er besteht aus Turbinenschaufeln, Rädern, Wellen und anderen rotierenden Teilen, die auf der Welle montiert sind. Er ist dafür verantwortlich, einen Luftstrom mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Brenner zu saugen, um den Betrieb des Motors aufrechtzuerhalten. Der Turbinenrotor arbeitet bei hohen Temperaturen und hohen Geschwindigkeiten und überträgt hohe Leistung, sodass seine Arbeitsbedingungen extrem hart sind. Bei hohen Temperaturen muss der Turbinenrotor extrem hohen Zentrifugalkräften standhalten und ist auch der Wirkung des aerodynamischen Drehmoments usw. ausgesetzt. Die Umgebung mit hohen Temperaturen verringert die Zugfestigkeit des Turbinenschaufelmaterials und verursacht auch Kriechen und Erosion des Turbinenschaufelmaterials.

Turbinenstator: Er besteht aus Turbinenleitschaufeln, Außenring und Innenring. Er ist am Gehäuse befestigt und seine Hauptfunktion besteht darin, den Luftstrom für den Turbinenrotor der nächsten Stufe zu verteilen und zu begradigen, um das Geschwindigkeitsdreieck der Turbinenlaufschaufeln zu erreichen.

Um Leistungsindikatoren wie das Schub-Gewichts-Verhältnis zu verbessern, steigen die Anforderungen an die Toleranz von Flugzeugtriebwerken und Gasturbinenschaufeln gegenüber hohen Temperaturen und hohen Windgeschwindigkeiten ständig. Bei herkömmlichen Flugzeug-Turbofan-Triebwerken hat der turbinengetriebene Kompressor ein Maximum von

Die in das Turbinentriebwerk eintretende Luft rotiert mit einer hohen Geschwindigkeit von Tausenden Umdrehungen pro Sekunde. Die Luft wird im Kompressor schrittweise unter Druck gesetzt. Das Druckverhältnis des mehrstufigen Kompressors kann mehr als 25 erreichen. Die unter Druck stehende Luft tritt in die Verbrennungskammer des Triebwerks ein, vermischt sich mit dem Kraftstoff und verbrennt. Die Kraftstoffflamme muss in dem Hochdruckluftstrom, der mit einer hohen Geschwindigkeit von mehr als 100 m/s strömt, stabil brennen.

Der Hochtemperatur-Hochdruckgasstrom aus der Brennkammer treibt die Turbinenschaufeln an und lässt sie mit einer Geschwindigkeit von Tausenden bis Zehntausenden Umdrehungen pro Minute rotieren. Normalerweise übersteigt die Temperatur vor der Turbine den Schmelzpunkt des Turbinenschaufelmaterials. Während des Betriebs müssen die Turbinenschaufeln moderner Motoren normalerweise Temperaturen von 1600 bis 1800 °C standhalten.℃, Windgeschwindigkeiten von über 300m/s und der dadurch verursachte enorme Luftdruck.

Turbinenschaufeln müssen Tausende bis Zehntausende Stunden lang in solch einer extrem rauen Arbeitsumgebung zuverlässig funktionieren. Turbinenschaufeln haben komplexe Profile und nutzen eine Vielzahl moderner Fertigungstechnologien wie gerichtete Erstarrung, Pulvermetallurgie, komplexes Feingussverfahren für Hohlschaufeln, komplexe Keramikkernherstellung und Mikrolochbearbeitung.

Turbinenschaufeln sind eine der Komponenten der „zwei Maschinen“, die die meisten Herstellungsprozesse, den längsten Zyklus und die niedrigste Durchlaufrate aufweisen. Die Herstellung komplexer hohler Turbinenschaufeln ist zur Kerntechnologie in der aktuellen Entwicklung der „zwei Maschinen“ geworden.

Marktstatus und Entwicklungstrends

Zu den Schaufeln in Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen zählen hauptsächlich Lüfterschaufeln, Turbinenschaufeln und Kompressorschaufeln, wobei der Wert der Turbinenschaufeln etwa 60 % der Gesamtkosten der Schaufeln ausmacht. Im Vergleich zu Lüfterschaufeln sind die Rohstoffe für Turbinenschaufeln wertvoller und schwieriger zu verarbeiten.

Als wichtiges Hot-End-Bauteil des Motors erfordern Turbinenschaufeln die Verwendung von hochtemperaturbeständigen Legierungsmaterialien. Ihre Schmelztechnologie stellt hohe Anforderungen und einige metallische Mineralressourcen sind knapp. Was den Herstellungsprozess betrifft, werden Turbinenschaufeln im Allgemeinen im Feingussverfahren hergestellt, um dünne Wände und komplexe Kühlstrukturen zu erreichen. Der Herstellungsaufwand ist deutlich höher als bei anderen Schaufeln.

Beispielsweise verfügen die CFM56-Flugzeugtriebwerke, die in der Boeing 737-Serie und der Airbus 320-Serie weit verbreitet sind, über mehr als tausend Turbinenschaufeln, von denen jede mehr als 10,000 Yuan kostet. Der Stückpreis bestimmter Turbinenschaufeln übersteigt sogar 100,000 Yuan.