ניתוח היסטוריית הפיתוח, מצב השוק ומגמת הפיתוח של להבי טורבינה יִשְׂרָאֵל

היסטוריית התפתחות ומגמות של להבי טורבינה

להבי טורבינה מחולקים לשתי קטגוריות: להבי מובילי טורבינה ולהבי עבודה בטורבינה.

הפונקציה העיקרית של שבבי מובילי טורבינה היא להתאים את כיוון הזרימה של גז הפליטה מתא הבעירה. טמפרטורת העבודה של החומר יכולה להגיע עד מעל 1,100°C, והמתח שנושאים על ידי שבבי מובילי טורבינה הוא בדרך כלל פחות מ-70MPa. רכיב זה נפלט לעתים קרובות עקב עיוות הנגרם על ידי מתח תרמי גדול, סדקי עייפות תרמית הנגרמים משינויי טמפרטורה פתאומיים וכוויות הנגרמות על ידי טמפרטורות מופרזות מקומיות.

להבי הטורבינה ממוקמים במנוע הטורבינה עם הטמפרטורה הגבוהה ביותר, הלחץ המורכב ביותר והסביבה הגרועה ביותר. רכיב זה צריך לעמוד בטמפרטורות גבוהות ולחץ צנטריפוגלי גדול ולחץ תרמי. הטמפרטורה שהוא עומד בו היא 50-100℃ נמוך יותר מאשר להבי מובילי הטורבינה המתאימים, אך כאשר מסתובבים במהירות גבוהה, עקב השפעות הכוח האווירודינמי והכוח הצנטריפוגלי, הלחץ על גוף הלהב מגיע ל-140MPa והשורש מגיע ל-280-560MPa. השיפור המתמיד של המבנה והחומרים של להבי טורבינה הפך לאחד הגורמים המרכזיים בשיפור הביצועים של מנועי מטוסים.

להבי הטורבינה, ציר הטורבינה, דיסק הטורבינה ורכיבים אחרים יוצרים יחד את הטורבינה של מנוע מטוס. הטורבינה היא מקור הכוח המניע את המדחס ואביזרים אחרים. ניתן לחלק את הטורבינה לשני מרכיבים: הרוטור והסטטור:

רוטור טורבינה: זהו שלם המורכב מלהבי טורבינה, גלגלים, פירים וחלקים מסתובבים אחרים המורכבים על הפיר. הוא אחראי על יניקה של זרימת אוויר בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה לתוך המבער כדי לשמור על פעולת המנוע. רוטור הטורבינה פועל בטמפרטורה גבוהה ובמהירות גבוהה ומעביר הספק גבוה, ולכן תנאי העבודה שלו קשים ביותר. בעבודה בטמפרטורה גבוהה, רוטור הטורבינה חייב לעמוד בכוח צנטריפוגלי גבוה במיוחד, והוא נתון גם להשפעת מומנט אווירודינמי וכו'. סביבת הטמפרטורה הגבוהה תפחית את החוזק האולטימטיבי של חומר להב הטורבינה, וגם תגרום לזחילה ו שחיקה של חומר להב הטורבינה.

סטטור טורבינה: הוא מורכב מלהבי מובילי טורבינה, טבעת חיצונית וטבעת פנימית. הוא מקובע על המעטפת ותפקידו העיקרי הוא לפזר ולתקן את זרימת האוויר עבור רוטור הטורבינה בשלב הבא כדי לעמוד במשולש המהירות של להבי העבודה של הטורבינה.

על מנת לשפר את מדדי הביצועים כגון יחס דחף למשקל, הדרישות לסובלנות של להבי מנועי מטוסים וטורבינת גז לטמפרטורה גבוהה ולמהירות רוח גבוהה עולות כל הזמן. במנועי טורבומניה של מטוסים מיינסטרים, למדחס המונע על ידי טורבינה יש מקסימום של

האוויר הנכנס למנוע הטורבינה מסתובב במהירות גבוהה של אלפי סיבובים בשנייה. האוויר נלחץ צעד אחר צעד במדחס. יחס הלחץ של המדחס הרב-שלבי יכול להגיע ליותר מ-25. האוויר בלחץ נכנס לתא הבעירה של המנוע, מתערבב עם הדלק ונשרף. להבת הדלק צריכה להישרף ביציבות בזרימת האוויר בלחץ גבוה הזורמת במהירות גבוהה של יותר מ-100 מטר לשנייה.

זרימת הגז בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה מתא הבעירה מניעה את להבי הטורבינה להסתובב במהירות של אלפי עד עשרות אלפי סיבובים בדקה. בדרך כלל, הטמפרטורה לפני הטורבינה עולה על נקודת ההיתוך של חומר להב הטורבינה. במהלך הפעולה, להבי הטורבינה של מנועים מודרניים בדרך כלל צריכים לעמוד בטמפרטורות של 1600 ~ 1800℃, מהירויות רוח של כ-300 מטר לשנייה, ולחץ האוויר העצום הנגרם מהן.

להבי טורבינה צריכים לעבוד בצורה אמינה במשך אלפי עד עשרות אלפי שעות בסביבת עבודה כה קשה. להבי טורבינה יש פרופילים מורכבים ומשתמשים במספר רב של טכנולוגיות ייצור מתקדמות כגון מיצוק כיווני, מתכות אבקה, יציקת להב חלול מורכב, ייצור ליבות קרמיקה מורכבות ועיבוד מיקרו-חורים.

להבי טורבינה הם אחד המרכיבים של "שתי המכונות" שיש להם הכי הרבה תהליכי ייצור, המחזור הארוך ביותר וקצב המעבר הנמוך ביותר. ייצור להבי טורבינה חלולים מורכבים הפך לטכנולוגיית הליבה בפיתוח הנוכחי של "שתי המכונות".

מצב שוק ומגמות התפתחות

הלהבים במנועי מטוסים ובטורבינות גז כוללים בעיקר להבי מאווררים, להבי טורבינה ולהבי מדחס, שערך להבי הטורבינה מהם מהווה כ-60% מסך עלות הלהבים. בהשוואה ללהבי מאווררים, חומרי הגלם של להבי הטורבינה הם בעלי ערך רב יותר וקשים יותר לעיבוד.

כמרכיב חשוב בקצה החם של המנוע, להבי טורבינה דורשים שימוש בחומרי סגסוגת בטמפרטורה גבוהה. טכנולוגיית ההיתוך שלהם דורשת דרישות גבוהות, וכמה משאבי מינרלים ממתכת הם נדירים. מבחינת תהליך הייצור, להבי טורבינה משתמשים בדרך כלל ביציקת השקעה כדי להשיג קירות דקים ומבני קירור מורכבים. קושי הייצור גבוה משמעותית מזה של להבים אחרים.

לדוגמה, למנועי המטוסים CFM56 שנמצאים בשימוש נרחב בסדרת בואינג 737 ואיירבוס 320 יש יותר מאלף להבי טורבינה, כל אחד מהם עולה יותר מ-10,000 יואן. מחיר היחידה של להבי טורבינה בחלקים מסוימים אף עולה על 100,000 יואן.