Análise do histórico de desenvolvimento, status de mercado e tendência de desenvolvimento de lâminas de turbina

Histórico de desenvolvimento e tendências de lâminas de turbina

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

A principal função das palhetas guia da turbina é ajustar a direção do fluxo do gás de exaustão da câmara de combustão. A temperatura operacional do material pode atingir até mais de 1,100°C, e o estresse suportado pelas palhetas-guia da turbina é geralmente menor que 70 MPa. Este componente é frequentemente descartado devido à distorção causada por grande estresse térmico, rachaduras por fadiga térmica causadas por mudanças bruscas de temperatura e queimaduras causadas por temperaturas excessivas locais.

As lâminas da turbina estão localizadas no motor da turbina com a temperatura mais alta, o estresse mais complexo e o pior ambiente. Este componente precisa suportar altas temperaturas e grande estresse centrífugo e estresse térmico. A temperatura que ele suporta é de 50-100℃ menor do que as lâminas de guia de turbina correspondentes, mas ao girar em alta velocidade, devido aos efeitos da força aerodinâmica e da força centrífuga, o estresse no corpo da lâmina atinge 140 MPa e a raiz atinge 280-560 MPa. A melhoria contínua da estrutura e dos materiais das lâminas de turbina se tornou um dos principais fatores na melhoria do desempenho dos motores de aeronaves.

As lâminas da turbina, o eixo da turbina, o disco da turbina e outros componentes juntos formam a turbina de um motor de aeronave. A turbina é a fonte de energia que aciona o compressor e outros acessórios. A turbina pode ser dividida em dois componentes: o rotor e o estator:

Rotor da turbina: É um todo composto de lâminas de turbina, rodas, eixos e outras peças rotativas montadas no eixo. É responsável por sugar o fluxo de ar de alta temperatura e alta pressão para o queimador para manter a operação do motor. O rotor da turbina trabalha em alta temperatura e alta velocidade e transmite alta potência, então suas condições de trabalho são extremamente severas. Ao trabalhar em alta temperatura, o rotor da turbina deve suportar força centrífuga extremamente alta, e também está sujeito ao efeito do torque aerodinâmico, etc. O ambiente de alta temperatura reduzirá a resistência final do material da lâmina da turbina, e também causará fluência e erosão do material da lâmina da turbina.

Estator da turbina: É composto de lâminas guia da turbina, anel externo e anel interno. É fixado no invólucro e sua função principal é difundir e retificar o fluxo de ar para o rotor da turbina do próximo estágio para atender ao triângulo de velocidade das lâminas de trabalho da turbina.

Para melhorar os indicadores de desempenho, como a relação empuxo-peso, os requisitos para a tolerância de motores de aeronaves e lâminas de turbinas a gás a altas temperaturas e altas velocidades do vento estão aumentando constantemente. Em motores turbofan de aeronaves convencionais, o compressor acionado por turbina tem um máximo de

O ar que entra no motor da turbina gira a uma alta velocidade de milhares de revoluções por segundo. O ar é pressurizado passo a passo no compressor. A taxa de pressão do compressor multiestágio pode atingir 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 de alta pressão fluindo a uma alta velocidade de mais de 100 m/s.

O fluxo de gás de alta temperatura e alta pressão da câmara de combustão faz com que as lâminas da turbina girem a uma velocidade de milhares a dezenas de milhares de revoluções por minuto. Normalmente, a temperatura antes da turbina excede o ponto de fusão do material da lâmina da turbina. Durante a operação, as lâminas da turbina dos motores modernos geralmente têm que suportar temperaturas de 1600~1800℃, velocidades do vento de cerca de 300 m/s e a enorme pressão de ar causada por elas.

As lâminas de turbina precisam trabalhar de forma confiável por milhares a dezenas de milhares de horas em um ambiente de trabalho extremamente severo. As lâminas de turbina têm perfis complexos e usam um grande número de tecnologias avançadas de fabricação, como solidificação direcional, metalurgia do pó, fundição de investimento de lâmina oca complexa, fabricação de núcleo cerâmico complexo e processamento de microfuros.

As lâminas de turbina são um dos componentes das "duas máquinas" que têm mais processos de fabricação, o ciclo mais longo e a menor taxa de aprovação. A fabricação de lâminas de turbina ocas complexas se tornou a tecnologia central no desenvolvimento atual das "duas máquinas".

Situação do mercado e tendências de desenvolvimento

As lâminas em motores de aeronaves e turbinas a gás incluem principalmente lâminas de ventilador, lâminas de turbina e lâminas de compressor, das quais o valor das lâminas de turbina responde por cerca de 60% do custo total da lâmina. Comparadas com as lâminas de ventilador, as matérias-primas das lâminas de turbina são mais valiosas e mais difíceis de processar.

Como um importante componente de ponta quente do motor, as lâminas de turbina exigem o uso de materiais de liga de alta temperatura. Sua tecnologia de fundição exige altos requisitos, e alguns recursos minerais metálicos são escassos. Em termos de processo de fabricação, as lâminas de turbina geralmente usam fundição de investimento para obter paredes finas e estruturas de resfriamento complexas. A dificuldade de fabricação é significativamente maior do que a de outras lâminas.

Por exemplo, os motores de aeronaves CFM56 amplamente usados ​​nas séries Boeing 737 e Airbus 320 têm mais de mil lâminas de turbina, cada uma custando mais de 10,000 yuans. O preço unitário das lâminas de turbina em certas partes excede até 100,000 yuans.