タービンブレードの開発歴史、市場状況および開発動向の分析

タービンブレードの開発歴史とトレンド

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ワーキングブレードの2つのカテゴリに分けられます。

タービンガイドバンの主な機能は、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℃以上に達する可能性があり、タービンガイドバンが受ける応力は通常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クラック、および局所的な過剰温度による焼き付きにより廃棄されることがよくあります。 違う ℃、そしてタービンブレードは最も高温で、最も複雑な応力と最も劣悪な環境にあるタービンエンジン内に位置しています。この部品は、高温と大きな遠心応力および熱応力を耐えなければなりません。それは50〜100℃の温度を耐えます。

タービンブレードは、最も高温で、最も複雑な応力と最も劣悪な環境にあるタービンエンジン内に位置しています。この部品は、高温と大きな遠心応力および熱応力を耐えなければなりません。耐える温度は50〜100 °C 対応するタービンガイドブレードよりも低いが、高速で回転すると、空力と遠心力の影響により、ブレード本体の応力は140MPaに達し、根元部では280-560MPaに達する。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ための鍵となる要素の一つとなっている。

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共同で航空機エンジンのタービンを形成する。タービンは、コンプレッサーおよびその他の付属装置を駆動するための動力源である。タービンはロータとスタタの2つの部品に分けられることができる：

タービンロータ：タービンブレード、ホイール、シャフトその他の回転部品で構成された全体であり、シャフトに取り付けられています。高温高圧の気流を燃焼室に吸引し、エンジンの運転を維持する役割を果たします。タービンロータは高温と高速で動作し、高い出力を伝達するため、その作動条件は非常に厳しくなります。高温での作動時には、タービンロータは極めて高い遠心力に耐えなければならず、空力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の引張強度を低下させ、さらにタービンブレード材のクリープや侵食を引き起こします。

タービンスタタ：タービンガイドブレード、外輪、内輪で構成され、ケースに固定されています。その主な機能は、次の段階のタービンロータのために気流を拡散および整流し、タービンワーキングブレードの速度三角形を満たすことです。

推力重量比などのパフォーマンス指標を向上させるために、航空機エンジンやガスタービンの叶片に対する高温と高風速への許容度が常に増加しています。主流の航空機用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で

タービンエンジンに進入する空気は、1秒間に数千回転の高速で回転します。この空気はコンプレッサーによって段階的に圧縮されます。複数段のコンプレッサーの圧縮比は25を超えることがあります。圧縮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、時速100mを超える高圧の気流の中で安定して燃焼する必要があります。

燃焼室から排出される高温高圧のガス流れは、タービンブレードを毎分数千から数万回転させる。通常、タービン入口の温度はタービンブレード材料の融点を超えている。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らず °C 、風速は約300m/s、そしてそれによって引き起こされる巨大な空気圧にさらされる。

タービンブレードは、このような極めて厳しい作業環境で数千時間から数万時間にわたって信頼性を持って動作する必要がある。タービンブレードには複雑な形状が要求され、方向凝固、粉末冶金、複雑な中空ブレードのロストワックス鋳造、複雑なセラミックコア製造、マイクロ穴加工などの多くの先進的な製造技術が使用されている。

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「二大機械」の部品の一つです。複雑な中空タービンブレードの製造は、現在の「二大機械」開発におけるコア技術となっています。

市場状況と開発動向

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、圧縮機ブレードがあり、そのうちタービンブレードの価値は全体のブレードコストの約60%を占めています。ファンブレードと比較すると、タービンブレードの原材料はより高価で、加工が困難です。

エンジンの重要な高温部品であるタービンブレードは、高温合金素材を使用する必要があります。その溶接技術には高い要求があり、一部の金属鉱物資源は希少です。製造プロセスに関しては、タービンブレードは通常、精密鋳造を使用して薄肉部と複雑な冷却構造を実現します。この製造の難易度は他のブレードよりも著しく高いです。

例えば、ボーイング737シリーズやエアバス320シリーズで広く使用されているCFM56航空機エンジンでは、1,000本以上のタービンブレードが使用されており、それぞれのコストは1万元以上です。特定部位のタービンブレードの単価は10万元を超えることもあります。