Analýza histórie vývoja, stavu trhu a trendu vývoja turbínových lopatiek Slovensko

História vývoja a trendy turbínových lopatiek

Turbínové lopatky sú rozdelené do dvoch kategórií: vodiace lopatky turbíny a pracovné lopatky turbíny.

Hlavnou funkciou rozvádzacích lopatiek turbíny je nastavenie smeru prúdenia výfukových plynov zo spaľovacej komory. Prevádzková teplota materiálu môže dosiahnuť až 1,100°C a napätie znášané vodiacimi lopatkami turbíny je vo všeobecnosti menšie ako 70 MPa. Tento komponent sa často vyraďuje z dôvodu deformácií spôsobených veľkým tepelným namáhaním, prasklín spôsobených tepelnou únavou spôsobených náhlymi teplotnými zmenami a popálenín spôsobených lokálnymi nadmernými teplotami.

Lopatky turbíny sú umiestnené v turbínovom motore s najvyššou teplotou, najkomplexnejším namáhaním a najhorším prostredím. Tento komponent musí odolať vysokým teplotám a veľkému odstredivému a tepelnému namáhaniu. Teplota, ktorú vydrží, je 50-100℃ nižšie ako zodpovedajúce vodiace lopatky turbíny, ale pri otáčaní vysokou rýchlosťou v dôsledku účinkov aerodynamickej sily a odstredivej sily dosahuje namáhanie tela lopatky 140MPa a koreňa dosahuje 280-560MPa. Neustále zlepšovanie konštrukcie a materiálov turbínových lopatiek sa stalo jedným z kľúčových faktorov zlepšovania výkonu leteckých motorov.

Lopatky turbíny, hriadeľ turbíny, kotúč turbíny a ďalšie komponenty spolu tvoria turbínu leteckého motora. Turbína je zdrojom energie, ktorý poháňa kompresor a ďalšie príslušenstvo. Turbína sa dá rozdeliť na dve časti: rotor a stator:

Rotor turbíny: Je to celok zložený z lopatiek turbíny, kolies, hriadeľov a iných rotujúcich častí namontovaných na hriadeli. Je zodpovedný za nasávanie vysokoteplotného a vysokotlakového prúdu vzduchu do horáka, aby sa udržal chod motora. Rotor turbíny pracuje pri vysokej teplote a vysokej rýchlosti a prenáša vysoký výkon, takže jeho pracovné podmienky sú mimoriadne drsné. Pri práci pri vysokej teplote musí rotor turbíny odolávať extrémne vysokej odstredivej sile a je tiež vystavený účinkom aerodynamického krútiaceho momentu atď. Prostredie s vysokou teplotou zníži konečnú pevnosť materiálu lopatky turbíny a tiež spôsobí dotvarovanie a erózia materiálu lopatky turbíny.

Stator turbíny: Skladá sa z vodiacich lopatiek turbíny, vonkajšieho krúžku a vnútorného krúžku. Je upevnený na skrini a jeho hlavnou funkciou je rozptyľovať a usmerňovať prúdenie vzduchu pre rotor turbíny ďalšieho stupňa tak, aby vyhovoval rýchlostnému trojuholníku pracovných lopatiek turbíny.

Aby sa zlepšili ukazovatele výkonu, ako je pomer ťahu a hmotnosti, neustále sa zvyšujú požiadavky na toleranciu lopatiek leteckých motorov a plynových turbín voči vysokej teplote a vysokej rýchlosti vetra. V bežných leteckých turbodúchadlových motoroch má kompresor poháňaný turbínou max

Vzduch vstupujúci do turbínového motora rotuje vysokou rýchlosťou tisícok otáčok za sekundu. Vzduch je v kompresore stlačený krok za krokom. Tlakový pomer viacstupňového kompresora môže dosiahnuť viac ako 25. Stlačený vzduch vstupuje do spaľovacej komory motora, mieša sa s palivom a horí. Plameň paliva musí stabilne horieť vo vysokotlakovom prúde vzduchu prúdiaceho vysokou rýchlosťou viac ako 100 m/s.

Vysokotlakový prúd plynu zo spaľovacej komory poháňa lopatky turbíny, aby sa otáčali rýchlosťou tisíc až desaťtisíc otáčok za minútu. Zvyčajne teplota pred turbínou prekročí bod topenia materiálu lopatky turbíny. Počas prevádzky musia lopatky turbín moderných motorov zvyčajne odolávať teplotám 1600 ~ 1800℃, rýchlosť vetra okolo 300 m/s, a nimi spôsobený obrovský tlak vzduchu.

Turbínové lopatky potrebujú v takomto extrémne drsnom pracovnom prostredí spoľahlivo pracovať tisíce až desaťtisíce hodín. Turbínové lopatky majú zložité profily a využívajú veľké množstvo pokročilých výrobných technológií, ako je smerové tuhnutie, prášková metalurgia, komplexné odlievanie dutých lopatiek, výroba komplexných keramických jadier a spracovanie mikrootvorov.

Turbínové lopatky sú jednou zo súčastí „dvoch strojov“, ktoré majú najviac výrobných procesov, najdlhší cyklus a najnižšiu rýchlosť priechodu. Výroba zložitých dutých turbínových lopatiek sa stala hlavnou technológiou súčasného vývoja „dvoch strojov“.

Stav trhu a vývojové trendy

Lopatky v leteckých motoroch a plynových turbínach zahŕňajú hlavne lopatky ventilátorov, lopatky turbíny a lopatky kompresorov, z ktorých hodnota lopatiek turbín predstavuje asi 60 % celkových nákladov na lopatky. V porovnaní s lopatkami ventilátora sú suroviny lopatiek turbín hodnotnejšie a ťažšie spracovateľné.

Lopatky turbíny, ako dôležitá súčasť motora s horúcim koncom, vyžadujú použitie vysokoteplotných zliatinových materiálov. Technológia ich tavenia si vyžaduje vysoké požiadavky a niektoré zdroje nerastných surovín sú vzácne. Pokiaľ ide o výrobný proces, lopatky turbíny vo všeobecnosti používajú investičné liatie na dosiahnutie tenkých stien a zložitých chladiacich štruktúr. Výrobná náročnosť je podstatne vyššia ako u iných čepelí.

Napríklad letecké motory CFM56 široko používané v Boeing 737 a Airbus 320 majú viac ako tisíc lopatiek turbín, z ktorých každá stojí viac ako 10,000 100,000 juanov. Jednotková cena lopatiek turbín v určitých častiach dokonca presahuje XNUMX XNUMX jüanov.