Analiza istoricului de dezvoltare, a stării pieței și a tendinței de dezvoltare a palelor de turbine România

Istoricul dezvoltării și tendințele paletelor de turbine

Paletele turbinei sunt împărțite în două categorii: pale de ghidare a turbinei și pale de lucru ale turbinei.

Funcția principală a paletelor de ghidare a turbinei este de a regla direcția de curgere a gazelor de eșapament din camera de ardere. Temperatura de funcționare a materialului poate ajunge până la peste 1,100°C, iar tensiunea suportată de paletele de ghidare a turbinei este în general mai mică de 70 MPa. Această componentă este deseori casată din cauza distorsiunii cauzate de stres termic mare, fisuri de oboseală termică cauzate de schimbări bruște de temperatură și arsuri cauzate de temperaturile excesive locale.

Paletele turbinei sunt amplasate în motorul turbinei cu cea mai ridicată temperatură, cel mai complex stres și cel mai rău mediu. Această componentă trebuie să reziste la temperaturi ridicate și la solicitări centrifuge mari și la stres termic. Temperatura pe care o rezistă este de 50-100℃ mai jos decât paletele de ghidare ale turbinei corespunzătoare, dar când se rotește cu viteză mare, datorită efectelor forței aerodinamice și forței centrifuge, stresul asupra corpului paletei ajunge la 140MPa, iar rădăcina ajunge la 280-560MPa. Îmbunătățirea continuă a structurii și materialelor palelor turbinei a devenit unul dintre factorii cheie în îmbunătățirea performanței motoarelor de aeronave.

Paletele turbinei, arborele turbinei, discul turbinei și alte componente formează împreună turbina unui motor de avion. Turbina este sursa de energie care antrenează compresorul și alte accesorii. Turbina poate fi împărțită în două componente: rotorul și statorul:

Rotorul turbinei: Este un întreg compus din palete de turbină, roți, arbori și alte părți rotative montate pe arbore. Este responsabil pentru aspirarea fluxului de aer la temperatură înaltă și la presiune înaltă în arzător pentru a menține funcționarea motorului. Rotorul turbinei funcționează la temperatură ridicată și viteză mare și transmite putere mare, astfel încât condițiile sale de lucru sunt extrem de dure. Atunci când lucrează la temperatură ridicată, rotorul turbinei trebuie să reziste la forța centrifugă extrem de mare și este, de asemenea, supus efectului cuplului aerodinamic, etc. Mediul de temperatură ridicată va reduce rezistența finală a materialului paletei turbinei și, de asemenea, va provoca fluaj și eroziunea materialului paletei turbinei.

Statorul turbinei: Este compus din palete de ghidare ale turbinei, inel exterior și inel interior. Este fixat pe carcasă și funcția sa principală este de a difuza și de a rectifica fluxul de aer pentru rotorul turbinei din etapa următoare pentru a îndeplini triunghiul de viteză al palelor de lucru ale turbinei.

Pentru a îmbunătăți indicatorii de performanță, cum ar fi raportul tracțiune-greutate, cerințele pentru toleranța motorului de aeronave și a palelor turbinei cu gaz la temperaturi ridicate și viteza mare a vântului cresc constant. La motoarele de tip turboventilator pentru avioane de masă, compresorul acționat de turbină are maximum

Aerul care intră în motorul cu turbină se rotește cu o viteză mare de mii de rotații pe secundă. Aerul este presurizat pas cu pas în compresor. Raportul de presiune al compresorului cu mai multe trepte poate ajunge la mai mult de 25. Aerul sub presiune intră în camera de ardere a motorului, se amestecă cu combustibilul și arde. Flacăra combustibilului trebuie să ardă stabil în fluxul de aer de înaltă presiune care curge la o viteză mare de peste 100 m/s.

Fluxul de gaz de înaltă temperatură și presiune din camera de ardere determină paletele turbinei să se rotească cu o viteză de la mii la zeci de mii de rotații pe minut. De obicei, temperatura dinaintea turbinei depășește punctul de topire al materialului paletei turbinei. În timpul funcționării, paletele turbinei motoarelor moderne trebuie să reziste de obicei la temperaturi de 1600~1800℃, viteze ale vântului de aproximativ 300 m/s, și presiunea uriașă a aerului cauzată de acestea.

Paletele turbinei trebuie să funcționeze în mod fiabil timp de mii până la zeci de mii de ore într-un mediu de lucru atât de dur. Paletele turbinei au profiluri complexe și utilizează un număr mare de tehnologii avansate de fabricație, cum ar fi solidificarea direcțională, metalurgia pulberilor, turnarea complexă cu pale goale, fabricarea complexă a miezului ceramic și procesarea cu micro-găuri.

Paletele turbinei sunt una dintre componentele celor „două mașini” care au cele mai multe procese de fabricație, cel mai lung ciclu și cea mai mică rată de trecere. Fabricarea paletelor complexe de turbine goale a devenit tehnologia de bază în dezvoltarea actuală a „două mașini”.

Starea pieței și tendințele de dezvoltare

Paletele din motoarele de aeronave și turbinele cu gaz includ în principal pale de ventilator, pale de turbină și pale de compresor, dintre care valoarea palelor de turbină reprezintă aproximativ 60% din costul total al palelor. În comparație cu palele ventilatorului, materiile prime ale palelor turbinei sunt mai valoroase și mai dificil de prelucrat.

Ca o componentă importantă a motorului, paletele turbinei necesită utilizarea de materiale aliaje la temperatură înaltă. Tehnologia lor de topire necesită cerințe ridicate, iar unele resurse minerale metalice sunt rare. În ceea ce privește procesul de fabricație, paletele turbinei folosesc în general turnarea cu investiții pentru a realiza pereți subțiri și structuri complexe de răcire. Dificultatea de fabricație este semnificativ mai mare decât cea a altor lame.

De exemplu, motoarele de aeronave CFM56 utilizate pe scară largă în seriile Boeing 737 și Airbus 320 au mai mult de o mie de pale de turbină, fiecare costând mai mult de 10,000 de yuani. Prețul unitar al palelor turbinei în anumite părți chiar depășește 100,000 de yuani.