Lebensdaueranalyse des Turbinenscheibens

Die Turbinenscheibe ist eines der Kernkomponenten des Strahltriebwerks. Es handelt sich um eine Komponente, die zum Installieren und Fixieren von Turbinenschwüngen zur Übertragung von Kraft dient. Sie arbeitet in einer Umgebung mit hohen Temperaturen, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit und stellt äußerst hohe Anforderungen an die Materialstruktur. Strahltriebwerke sind Produkte mit hoher Präzisionstechnologie. Um das Schub-Gewicht-Verhältnis der Motoren zu erhöhen und den ständig wachsenden Leistungsanforderungen von Flugzeugen gerecht zu werden, verbessern sich ihre Leistungsparameter kontinuierlich. Unter diesen Umständen steigen die Anforderungen an die Materialien der Turbinenscheiben weiter.
Die Turbinenscheibe ist die wichtigste der sechs Hauptkomponenten des Gasturbinenmotors. Ihre Sicherheit und Haltbarkeit nehmen im Gasturbinenmotor eine besonders wichtige Stellung ein. Die Turbinenscheibe wird zyklisch betrieben.
Neben der Begrenzung der Zyklen gibt es auch eine Begrenzung der Einsatzzeit. Der Lebensdauer der Turbinenscheibe wird große Bedeutung beigemessen, vermutlich aus folgenden Hauptgründen:
1. Die Turbinenscheibe ist groß in der Größe, schwer im Gewicht und hoch in der Geschwindigkeit. Der durchschnittliche Scherspannung der Turbinenscheibe moderner Gasturbinen bei maximaler Geschwindigkeit beträgt
758MPa. Dies nähert sich oder überschreitet die Fliessgrenze vieler Turbinenscheibenmaterialien.
2. Die Fertigungsqualität der Turbinenscheibe ist schwer zu kontrollieren. Derzeit werden die in großen Mengen verwendeten Turbinenscheiben aus einem Stück gefertigt und unterliegen komplizierten Prozessverfahren. Um die Qualität jeder Scheibe zu stabilisieren, muss ein stabiles Prozessniveau in jedem Schritt gewährleistet sein. Dies ist schwierig umzusetzen, insbesondere für einige große Bestände.
3. Während der Nutzung unterliegt die Turbinenscheibe komplexen Änderungen des Mediums, der Temperatur und der Spannung. Insbesondere bei Turbinenscheiben von Militärmotoren haben diese Änderungen zufällige Charakteristiken, was den Lebensdauervorhersage und -kontrolle der Turbinenscheibe erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
4. Nach langer Nutzung von Turbinenscheibenmaterialien wird die Struktur sich verschlechtern. Die in moderner Zeit ausgewählten Turbinenscheibenmaterialien sind im Allgemeinen Hochtemperaturlegierungen. Diese Legierungen werden durch metastabile Zweiphasen und Karbide verstärkt. Während der langjährigen Nutzung kommt es aufgrund des thermischen Alterungsstress dazu, dass die Zweiphasen agglomerieren und wachsen, die Karbide ihre Form ändern und einige schädliche spröde Phasen ausfallen, was zu einem gesamten Rückgang von Festigkeit und Duktilität der Legierung führt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass wir ein Paar scharfer Widersprüche sehen können: Einerseits hat die Turbinenscheibe aufgrund ihrer besonderen Bedeutung im Gasturbinen-Antrieb die Fähigkeit, ihr Leben genau vorhersagen und kontrollieren zu müssen; andererseits gibt es viele instabile, unsichere, komplexe und veränderliche Faktoren im Produktions- und Nutzungsprozess der Turbinenscheibe, die es schwierig machen, ihre Lebensdauer vorherzusagen und zu kontrollieren. Gerade dieses Paar von Widersprüchen fördert die kontinuierliche und vertiefte Entwicklung der Forschungsarbeit zur Analyse und Vorhersage der Lebensdauer der Turbinenscheibe und treibt auch die Entwicklung verwandter Disziplinen an.