Analisi della cronologia dello sviluppo, dello stato del mercato e della tendenza di sviluppo delle pale delle turbine Italia

Storia dello sviluppo e tendenze delle pale delle turbine

Le pale della turbina si dividono in due categorie: pale guida della turbina e pale di lavoro della turbina.

La funzione principale delle pale di guida della turbina è quella di regolare la direzione del flusso dei gas di scarico dalla camera di combustione. La temperatura di esercizio del materiale può raggiungere oltre 1,100°C, e lo stress sopportato dalle pale di guida della turbina è generalmente inferiore a 70 MPa. Questo componente viene spesso scartato a causa della distorsione causata da un forte stress termico, cricche da fatica termica causate da improvvisi cambiamenti di temperatura e bruciature causate da temperature eccessive locali.

Le pale della turbina si trovano nel motore della turbina con la temperatura più alta, lo stress più complesso e l'ambiente peggiore. Questo componente deve resistere a temperature elevate e a grandi stress centrifughi e termici. La temperatura che sopporta è 50-100℃ inferiore alle corrispondenti pale guida della turbina, ma quando ruotano ad alta velocità, a causa degli effetti della forza aerodinamica e della forza centrifuga, lo stress sul corpo della pala raggiunge 140 MPa e la radice raggiunge 280-560 MPa. Il continuo miglioramento 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'albero della turbina, il disco della turbina e altri componenti insieme formano 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 statore:

Rotore della turbina: è un insieme composto da pale della turbina, ruote, alberi e altre parti rotanti montate sull'albero. È responsabile dell'aspirazione di un flusso d'aria ad alta temperatura e alta pressione nel bruciatore per mantenere il funzionamento del motore. Il rotore della turbina funziona ad alta temperatura e alta velocità e trasmette alta potenza, quindi le sue condizioni di lavoro sono estremamente difficili. Quando funziona ad alta temperatura, il rotore della turbina deve resistere a una forza centrifuga estremamente elevata ed è anche soggetto all'effetto della coppia aerodinamica, ecc. L'ambiente ad alta temperatura ridurrà la resistenza finale del materiale della pala della turbina e causerà anche scorrimento ed erosione del materiale della pala della turbina.

Statore turbina: è composto da pale guida turbina, anello esterno e anello interno. È fissato sulla carcassa e la sua funzione principale è quella di diffondere e rettificare il flusso d'aria per il rotore turbina dello stadio successivo per soddisfare il triangolo di velocità delle pale di lavoro della turbina.

Per migliorare gli indicatori di prestazione come il rapporto spinta/peso, i requisiti per la tolleranza delle pale dei motori aeronautici e delle turbine a gas alle alte temperature e alle alte velocità del vento sono in continuo aumento. Nei motori turbofan degli aeromobili tradizionali, il compressore azionato dalla turbina ha un massimo di

L'aria che entra nel motore a turbina ruota ad alta velocità di migliaia di giri al secondo. L'aria viene pressurizzata passo dopo passo nel compressore. Il rapporto di pressione del compressore multistadio può raggiungere più di 25. L'aria pressurizzata entra nella camera di combustione del motore, si mescola con il carburante e brucia. La fiamma del carburante deve bruciare stabilmente nel flusso d'aria ad alta pressione che scorre ad alta velocità di oltre 100 m/s.

Il flusso di gas ad alta temperatura e alta pressione dalla camera di combustione spinge le pale della turbina a ruotare a una velocità da migliaia a decine di migliaia di giri al minuto. Di solito, la temperatura prima della turbina supera il punto di fusione del materiale della pala della turbina. Durante il funzionamento, le pale della turbina dei motori moderni devono solitamente resistere a temperature di 1600~1800℃, velocità del vento di circa 300 m/s e l'enorme pressione dell'aria da essi provocata.

Le pale delle turbine devono funzionare in modo affidabile per migliaia o decine di migliaia di ore in un ambiente di lavoro estremamente duro. Le pale delle turbine hanno profili complessi e utilizzano un gran numero di tecnologie di produzione avanzate come la solidificazione direzionale, la metallurgia delle polveri, la fusione a cera persa di pale cave complesse, la produzione di anime in ceramica complesse e la lavorazione di microfori.

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

Stato del mercato e tendenze di sviluppo

Le pale nei motori aeronautici e nelle turbine a gas includono principalmente pale di ventole, pale di turbine e pale di compressori, di cui il valore delle pale di turbine rappresenta circa il 60% del costo totale delle pale. Rispetto alle pale di ventole, le materie prime delle pale di turbine sono più preziose e più difficili da lavorare.

Come importante componente hot-end del motore, le pale della turbina richiedono l'uso di materiali in lega ad alta temperatura. La loro tecnologia di fusione richiede requisiti elevati e alcune risorse minerali metalliche sono scarse. In termini di processo di fabbricazione, le pale della turbina generalmente utilizzano la fusione a cera persa per ottenere pareti sottili e strutture di raffreddamento complesse. La difficoltà di fabbricazione è significativamente più elevata rispetto a quella di altre pale.

Ad esempio, i motori aeronautici CFM56 ampiamente utilizzati nella serie Boeing 737 e nella serie Airbus 320 hanno più di mille pale di turbina, ciascuna del costo di oltre 10,000 yuan. Il prezzo unitario delle pale di turbina in alcune parti supera persino i 100,000 yuan.