タービンブレードの開発の歴史、市場状況、開発動向の分析 日本

タービンブレードの開発の歴史と動向

タービンブレードは、タービンガイドブレードとタービン作動ブレードの 2 つのカテゴリに分けられます。

タービンガイドベーンの主な機能は、燃焼室からの排気ガスの流れ方向を調整することです。材料の動作温度は1,100℃以上に達することがあります。°C、タービンガイドベーンが受ける応力は一般的に70MPa未満です。この部品は、大きな熱応力による歪み、急激な温度変化による熱疲労亀裂、局所的な過度の温度による焼損などにより、廃棄されることがよくあります。

タービンブレードは、タービンエンジン内で最も高温、最も複雑なストレス、最も過酷な環境にあります。この部品は、高温、大きな遠心応力、熱応力に耐える必要があります。耐えられる温度は50～100℃です。℃ 対応するタービンガイドブレードよりも低いですが、高速回転時には、空気力と遠心力の影響により、ブレード本体にかかる応力は140MPaに達し、根元では280〜560MPaに達します。タービンブレードの構造と材料の継続的な改善は、航空機エンジンの性能を向上させる重要な要素のXNUMXつになっています。

タービンブレード、タービンシャフト、タービンディスクなどの部品が組み合わさって、航空機エンジンのタービンを形成します。タービンは、コンプレッサーやその他の付属品を駆動する動力源です。タービンは、ローターとステーターの 2 つの部品に分けられます。

タービンローター：タービンブレード、ホイール、シャフト、およびシャフトに取り付けられたその他の回転部品で構成される全体です。高温高圧の空気流をバーナーに吸い込み、エンジンの動作を維持する役割を果たします。タービンローターは高温、高速で動作し、高出力を伝達するため、その動作条件は極めて過酷です。高温で動作する場合、タービンローターは非常に高い遠心力に耐える必要があり、空気トルクなどの影響も受けます。高温環境は、タービンブレード材料の極限強度を低下させ、タービンブレード材料のクリープや浸食も引き起こします。

タービンステーター：タービンガイドブレード、外輪、内輪で構成され、ケーシングに固定されており、主な機能は、次の段のタービンローターの空気の流れを拡散および整流し、タービン作動ブレードの速度三角形を満たすことです。

推力重量比などの性能指標を向上させるために、航空機エンジンとガスタービンブレードの高温と高風速に対する耐性に対する要件は絶えず高まっています。主流の航空機ターボファンエンジンでは、タービン駆動のコンプレッサーは最大

タービンエンジンに入る空気は、25秒間に数千回転という高速で回転しています。空気はコンプレッサーで段階的に加圧されます。多段コンプレッサーの圧力比は100以上に達することがあります。加圧された空気はエンジンの燃焼室に入り、燃料と混合して燃焼します。燃料の炎は、XNUMXm/s以上の高速で流れる高圧の空気流の中で安定して燃焼する必要があります。

燃焼室からの高温高圧ガス流はタービンブレードを毎分数千から数万回転の速度で回転させます。通常、タービン前の温度はタービンブレード材料の融点を超えます。運転中、現代のエンジンのタービンブレードは通常1600〜1800の温度に耐えなければなりません。℃約300m/sの風速と、それによって生じる巨大な空気圧です。

タービンブレードは、このような極めて過酷な作業環境において、数千時間から数万時間にわたって確実に動作する必要があります。タービンブレードは複雑な形状をしており、方向性凝固、粉末冶金、複雑な中空ブレードの精密鋳造、複雑なセラミックコア製造、微細穴加工など、多数の高度な製造技術が使用されています。

タービンブレードは、製造工程が最も多く、サイクルが最も長く、合格率が最も低い「2つの機械」の部品の1つです。複雑な中空タービンブレードの製造は、現在の「2つの機械」の発展における中核技術となっています。

市場の現状と発展の傾向

航空機エンジンやガスタービンのブレードには、主にファンブレード、タービンブレード、コンプレッサーブレードがあり、そのうちタービンブレードの価値はブレードの総コストの約60％を占めています。ファンブレードと比較して、タービンブレードの原材料はより貴重で、加工がより困難です。

タービンブレードはエンジンの重要な高温部品であるため、高温合金材料を使用する必要があります。その製錬技術には高い要件が求められ、一部の金属鉱物資源は不足しています。製造プロセスの観点から、タービンブレードは一般にインベストメント鋳造法を使用して薄い壁と複雑な冷却構造を実現しており、製造の難易度は他のブレードよりも大幅に高くなっています。

例えば、ボーイング56シリーズやエアバス737シリーズに広く使用されているCFM320航空機エンジンには、10,000枚以上のタービンブレードがあり、100,000枚あたりの価格はXNUMX元を超えます。一部の部品のタービンブレードの単価はXNUMX元を超えることもあります。