Análise do histórico de desenvolvimento, status de mercado e tendências de desenvolvimento de pás de turbina

História de Desenvolvimento e Tendências das Pás de Turbina

As pás de turbina são divididas em duas categorias: pás guia de turbina e pás de trabalho de turbina.

A função principal das vãos guias da turbina é ajustar a direção do fluxo dos gases de escape da câmara de combustão. A temperatura de operação do material pode atingir mais de 1.100 ° °C, e o esforço suportado pelas vãos guias da turbina geralmente é inferior a 70MPa. Este componente é frequentemente descartado devido à distorção causada por grande estresse térmico, rachaduras por fadiga térmica causadas por mudanças súbitas de temperatura e queimaduras causadas por temperaturas excessivas locais.

As pás da turbina estão localizadas no motor da turbina com a temperatura mais alta, o estresse mais complexo e o ambiente mais adverso. Este componente precisa suportar altas temperaturas e grandes tensões centrífugas e térmicas. A temperatura que suporta é de 50 a 100 ℃ inferior às pás guias correspondentes da turbina, mas ao girar em alta velocidade, devido aos efeitos da força aerodinâmica e da força centrífuga, o estresse no corpo da pás atinge 140MPa e na raiz chega a 280-560MPa. A melhoria contínua da estrutura e dos materiais das pás da turbina tornou-se um dos fatores-chave para melhorar o desempenho dos motores aeronáuticos.

As pás da turbina, o eixo da turbina, o disco da turbina e outros componentes formam juntos a turbina de um motor aeronáutico. A turbina é a fonte de energia que impulsiona o compressor e outros acessórios. A turbina pode ser dividida em duas partes: o rotor e o estator:

Rotor da turbina: É um todo composto por pás de turbina, rodas, eixos e outras partes rotativas montadas no eixo. Ele é responsável por sugar o fluxo de ar de alta temperatura e alta pressão para o queimador, mantendo assim a operação do motor. O rotor da turbina trabalha em alta temperatura e alta velocidade, transmitindo grande potência, portanto suas condições de trabalho são extremamente severas. Ao trabalhar em alta temperatura, o rotor da turbina deve suportar uma força centrífuga extremamente alta e também está sujeito ao efeito do torque aerodinâmico, entre outros. O ambiente de alta temperatura reduzirá a resistência ultimate do material das pás da turbina e também causará deformação e erosão do material das pás da turbina.

Estator da turbina: É composto por guias de pás da turbina, anel externo e anel interno. Está fixado na carcaça e sua principal função é difundir e retilinear o fluxo de ar para o próximo estágio do rotor da turbina, atendendo ao triângulo de velocidade das pás de trabalho da turbina.

Para melhorar os indicadores de desempenho, como a razão empuxo-peso, as exigências para a tolerância das pás de motores aeronáuticos e turbinas a gás a altas temperaturas e velocidades de vento estão constantemente aumentando. Nos motores a jato turbofan mainstream, o compressor acionado pela turbina tem um máximo de

O ar que entra no motor a turbina gira a uma velocidade de milhares de rotações por segundo. O ar é pressurizado gradualmente no compressor. A razão de compressão do compressor multietapa pode chegar a mais de 25. O ar pressurizado entra na câmara de combustão do motor, mistura-se com o combustível e queima. A chama do combustível precisa queimar de forma estável no fluxo de ar comprimido que se move a uma velocidade superior a 100m/s.

O fluxo de gás de alta temperatura e alta pressão da câmara de combustão impulsiona as pás da turbina a girar a uma velocidade de milhares a dezenas de milhares de rotações por minuto. Normalmente, a temperatura antes da turbina excede o ponto de fusão do material das pás da turbina. Durante o funcionamento, as pás da turbina dos motores modernos geralmente precisam suportar temperaturas de 1600~1800 ℃ , velocidades do vento de aproximadamente 300m/s e a enorme pressão do ar causada por elas.

As pás da turbina precisam funcionar de forma confiável por milhares a dezenas de milhares de horas em um ambiente de trabalho extremamente adverso. As pás da turbina têm perfis complexos e utilizam uma grande quantidade de tecnologias avançadas de fabricação, como solidificação direcional, metalurgia em pó, moldagem por investida de lâminas oca complexas, fabricação de cerâmica complexa para núcleos e processamento de micro-furos.

As pás de turbina são um dos componentes das "duas máquinas" que possuem o maior número de processos de fabricação, o ciclo mais longo e a menor taxa de aprovação. A fabricação de pás de turbina oca complexa tornou-se a tecnologia central no desenvolvimento atual das "duas máquinas".

Status do mercado e tendências de desenvolvimento

As pás nos motores aeronáuticos e turbinas a gás incluem principalmente pás de ventilador, pás de turbina e pás de compressor, sendo que o valor das pás de turbina representa cerca de 60% do custo total das pás. Em comparação com as pás de ventilador, as matérias-primas das pás de turbina são mais valiosas e mais difíceis de processar.

Como um componente importante do motor em sua extremidade quente, as pás da turbina exigem o uso de materiais de liga a alta temperatura. A tecnologia de fundição dessas ligas requer altos padrões, e alguns recursos minerais metálicos são escassos. Em termos de processo de fabricação, as pás da turbina geralmente utilizam a técnica de moldagem por investida para alcançar paredes finas e estruturas de resfriamento complexas. A dificuldade de fabricação é significativamente maior do que a de outras pás.

Por exemplo, os motores CFM56 amplamente utilizados nas séries Boeing 737 e Airbus 320 têm mais de mil pás de turbina, cada uma custando mais de 10.000 yuans. O preço unitário de algumas pás de turbina chega a exceder 100.000 yuans.