Analisi della storia dello sviluppo, dello stato del mercato e delle tendenze future delle pale delle turbine

Cronologia e tendenze dello sviluppo dei rotori delle turbine

I rotori delle turbine sono divisi in due categorie: pale guida della turbina e pale operanti della turbina.

La funzione principale delle pale guida della turbina è quella di regolare la direzione del flusso dei gas di scarico dalla camera di combustione. La temperatura operativa del materiale può raggiungere oltre 1.100 ° C, e lo stress sopportato dalle pale guida della turbina è generalmente inferiore a 70MPa. Questo componente viene spesso scartato a causa di deformazioni causate da uno stress termico elevato, crepe per fatica termica causate da cambiamenti improvvisi di temperatura e bruciature causate da temperature locali eccessive.

Le pale della turbina sono posizionate nel motore a turbina con la temperatura più alta, lo stress più complesso e l'ambiente peggiore. Questo componente deve resistere a temperature elevate e a forti stress centrifughi e termici. La temperatura che esso resiste è di 50-100 ℃ inferiore rispetto alle corrispondenti pale della guida della turbina, ma quando ruotano a alta velocità, a causa degli effetti della forza aerodinamica e della forza centrifuga, lo stress sul corpo della pala raggiunge 140MPa e alla base arriva a 280-560MPa. Il miglioramento continuo della struttura e dei materiali delle pale della turbina è diventato uno dei fattori chiave per migliorare le prestazioni dei motori aeronautici.

Le pale della turbina, l'asse della turbina, il disco della turbina e altri componenti formano insieme la turbina di un motore aeronautico. La turbina è la fonte di energia che aziona il compressore e altri accessori. La turbina può essere divisa in due componenti: il rotore e lo stator:

Rotor della turbina: è un insieme composto da pale della turbina, ruote, assi ed altre parti rotanti montate sull'asse. È responsabile dell'aspirazione di flussi d'aria ad alta temperatura e alta pressione nel bruciatore per mantenere il funzionamento del motore. Il rotore della turbina opera a temperature elevate e a alta velocità, trasmettendo potenza elevata, quindi le sue condizioni di lavoro sono estremamente severe. Quando lavora a temperature elevate, il rotore della turbina deve resistere a forze centrifughe estreme ed è inoltre soggetto all'effetto della coppia aerodinamica, ecc. L'ambiente ad alta temperatura ridurrà la resistenza ultima del materiale delle pale della turbina e causerà anche crepacuore e erosione del materiale delle pale della turbina.

Statore della turbina: è composto da guide vane della turbina, anello esterno e anello interno. È fissato al involucro e la sua funzione principale è quella di diffondere e rettificare il flusso d'aria per il successivo rotore della turbina, in modo da soddisfare il triangolo di velocità delle pale operanti della turbina.

Al fine di migliorare gli indicatori di prestazione, come il rapporto spinta-peso, i requisiti di tolleranza alle alte temperature e alle alte velocità del vento per le pale dei motori aeronautici e dei turbocompressori aumentano costantemente. Nei motori a turboventola principali, il compressore azionato dal turbine ha un massimo di

L'aria che entra nel motore a turbine ruota a una velocità elevata di migliaia di giri al secondo. L'aria viene compressa gradualmente nel compressore. Il rapporto di compressione del compressore a più stadi può raggiungere più di 25. L'aria compressa entra nella camera di combustione del motore, si mischia con il carburante e brucia. La fiamma del carburante deve bruciare in modo stabile nell'aria compressa che scorre ad alta velocità superiore ai 100m/s.

Il flusso di gas ad alta temperatura e alta pressione proveniente dalla camera di combustione fa ruotare le pale del turbine a una velocità di migliaia a decine di migliaia di giri al minuto. Di solito, la temperatura prima del turbine supera il punto di fusione del materiale delle pale. Durante l'operazione, le pale del turbine dei motori moderni devono generalmente resistere a temperature di 1600~1800 ℃ , velocità del vento di circa 300m/s e alla grande pressione d'aria causata da essi.

Le pale del turbine devono funzionare in modo affidabile per migliaia a decine di migliaia di ore in un ambiente di lavoro estremamente ostile. Le pale del turbine hanno profili complessi e utilizzano un gran numero di tecnologie di produzione avanzate come solidificazione direzionale, metallurgia in polvere, gettatura di lame cavo con investimento, produzione di nuclei ceramici complessi e lavorazione di micro-fori.

Le pale turbine sono uno dei componenti delle "due macchine" che hanno il maggior numero di processi di produzione, il ciclo più lungo e il tasso di accettabilità più basso. La fabbricazione di pale turbine cavo complesse è diventata la tecnologia di base nello sviluppo attuale delle "due macchine".

Stato del mercato e tendenze di sviluppo

Le pale negli motori aerei e nei turbini a gas includono principalmente le pale del ventilatore, le pale turbine e le pale compressore, di cui il valore delle pale turbine rappresenta circa il 60% del costo totale delle pale. In confronto alle pale del ventilatore, i materiali grezzi delle pale turbine sono più preziosi e più difficili da lavorare.

Come componente importante del motore a caldaia, le pale del turbine richiedono l'uso di materiali in leghe ad alta temperatura. La loro tecnologia di fusione richiede elevati standard e alcune risorse minerarie metalliche sono scarse. In termini di processo di produzione, le pale del turbine utilizzano generalmente la colata a perdita per ottenere pareti sottili e strutture di raffreddamento complesse. La difficoltà di fabbricazione è significativamente superiore a quella delle altre pale.

Ad esempio, i motori aerei CFM56 ampiamente utilizzati nella serie Boeing 737 e Airbus 320 hanno più di mille pale del turbine, ciascuna con un costo superiore ai 10.000 yuan. Il prezzo unitario di alcune pale del turbine supera persino i 100.000 yuan.