Analýza života disku turbíny

Turbinový disk je jednou z hlavných komponentov leteckého motora. Je to komponent, ktorý sa používa na inštaláciu a pevné pridružovanie turbinových lopatiek pre prenos síly. pracuje v prostredí s vysokou teplotou, vysokým tlakom a vysokou rýchlosťou a má mimoriadne vysoké požiadavky na štrukturálne materiály. Aeroenginy sú produkty so vysokou presnosťou. Aby bolo možné zvýšiť pomer tahu ku hmotnosti motorov a spĺňať stále rastúce požiadavky na výkon lietadla, ich výkonnostné parametre sa neustále zlepšujú. V tejto situácii sa neustále zvyšujú požiadavky na materiály turbinového disku.
Turbinový disk je vrcholom šiestich hlavných komponentov gásového turbíny. Jeho bezpečnosť a dlhoväčnosť zaujímajú v gásovej turbíne osobitne dôležité postavenie. Turbinový disk je cyklicky používaný.
Okrem obmedzenia počtu cyklov existuje aj obmedzenie času služby. Veľkú dôležitosť života turbinového disku pravdepodobne znamenajú nasledujúce hlavné dôvody:
1. Disk turbiny je veľký v rozmeroch, ťažký a dosahuje vysoké rýchlosti. Priemerneťahové napätie disku turbíny moderných plynových turbín pri maximálnej rýchlosti dosahuje
hodnotu 758MPa. Táto hodnota sa blíži alebo dokonca prekračuje prahovú hodnotu pevnosti mnohých materiálov používaných na vyrobenie disku turbíny.
2. Kvalita výroby disku turbíny je ťažká na ovládenie. Momentálne sú disky turbín vyrábajúce sa v väčšom množstve kovance z jedného kusu a prechádzajú komplikovanými technologickými postupmi. Pre stabilizáciu kvality každého disku je potrebné zabezpečiť konzistentnú úroveň procesu v každom jednotlivom kroku. To je ťažké urobiť, obzvlášť pri niektorých veľkých zásobách.
3. Počas používania prechádza disk turbíny komplexnými zmenami prostredia, teploty a stresu. Obzvlášť pri disko turbín vojenských motorov majú tieto zmeny náhodné charakteristiky, čo prináša veľké ťažkosti spojené so predpovedou a kontrolou života disku turbíny.
4.Po dlhodobej používanej materiálov disku turbíny sa štruktúra degraduje. V súčasnosti sa vo všeobecnosti vybírajú materiály disku turbíny, ktoré sú vysoko-teplotné aleje. Tieto aleje sú posilnené metastabilnými druhými fázami a karbidmi. Počas dlhodobej úživy, kvôli starnutiu vysokoteplotného streša, sa druhá fáza agreguje a rastie, karbidity zmenia tvar a niektoré z nich vytvoria škodlivé kruché fázy, čo spôsobí celkové zníženie pevnosti a kovovosti aleje.
Za záverom môžeme vidieť dvojicu ostrých protikladov: napravo, pretože turbínový disk zaujíma výnimočne dôležité postavenie v plynovom turbine, ľudia musia byť schopní presne predpovedať a ovládať jeho životnosť; naľavo, pretože v procese výroby a používania turbínového disku existujú mnohé nestabilné, neurčité, komplexné a menivé faktory, je ťažké jeho životnosť predpovedať a ovládať. Pribudne práve tento pár protikladov, ktoré podporujú neustály a hlbšie rozvoj výskumu analýzy a predpovedi životnosti turbínového disku, čo tiež stimuluje rozvoj súvisiacich disciplín.