การวิเคราะห์ประวัติการพัฒนา สถานะตลาด และแนวโน้มการพัฒนาของใบจักรไอน้ำ

ประวัติการพัฒนาและการแนวโน้มของใบจักรไอน้ำ

ใบจักรไอน้ำแบ่งออกเป็นสองประเภท: ใบจักรไอน้ำแบบคู่นำและใบจักรไอน้ำแบบทำงาน

หน้าที่หลักของใบคู่นำคือการปรับทิศทางของก๊าซเสียจากห้องเผาไหม้ อุณหภูมิการทำงานของวัสดุสามารถสูงถึงมากกว่า 1,100 ° องศาเซลเซียส และแรงดึงที่ใบคู่รับได้โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 70MPa ส่วนประกอบนี้มักจะถูกทิ้งเนื่องจากความผิดรูปที่เกิดจากแรงดึงความร้อนสูง รอยแตกรอยล้าจากความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว และการไหม้ที่เกิดจากอุณหภูมิสูงเกินในบางจุด

ใบจักรอยู่ในเครื่องยนต์เทอร์บีนที่มีอุณหภูมิสูงที่สุด แรงดึงซับซ้อนที่สุด และสภาพแวดล้อมเลวร้ายที่สุด ส่วนประกอบนี้จำเป็นต้องทนต่ออุณหภูมิสูงและความเครียดจากแรงเหวี่ยงและความเครียดจากความร้อน อุณหภูมิที่มันทนได้อยู่ที่ 50-100 ℃ ต่ำกว่าใบพัดไอน้ำที่สอดคล้องกัน แต่เมื่อหมุนด้วยความเร็วสูง เนื่องจากแรงอากาศพลศาสตร์และแรงเหวี่ยง ความเครียดบนตัวใบพัดจะถึง 140MPa และบริเวณโคนถึง 280-560MPa การปรับปรุงโครงสร้างและวัสดุของใบพัดไอน้ำอย่างต่อเนื่องได้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เครื่องบิน

ใบพัดไอน้ำ แกนไอน้ำ จานไอน้ำ และชิ้นส่วนอื่นๆ ร่วมกันสร้างเป็นไอน้ำของเครื่องยนต์เครื่องบิน ไอน้ำเป็นแหล่งกำลังที่ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ ไอน้ำสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนประกอบ: โรเตอร์และสเตเตอร์

โรเตอร์กังหัน: เป็นองค์ประกอบทั้งหมดที่มีใบพัดกังหัน ล้อ แกน และชิ้นส่วนหมุนอื่นๆ ที่ติดตั้งบนแกน มีหน้าที่ดูดอากาศที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงเข้าไปในเตาเผาเพื่อรักษาการดำเนินงานของเครื่องยนต์ โรเตอร์กังหันทำงานที่อุณหภูมิสูงและเร็วมาก และถ่ายโอนพลังงานสูง ดังนั้นสภาพการทำงานจึงรุนแรงมาก เมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง โรเตอร์กังหันจะต้องทนต่อแรงเหวี่ยงที่สูงมาก และยังได้รับผลกระทบจากแรงบิดทางอากาศพลศาสตร์ อีกด้วย สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงจะลดความแข็งแรงสุดขีดของวัสดุใบพัดกังหัน และยังทำให้วัสดุเกิดการคลานและการกร่อน

สเตเตอร์กังหัน: ประกอบด้วยใบนำทางกังหัน แหวนนอก และแหวนใน ติดตั้งอยู่บนโครงกระบอก และหน้าที่หลักคือการกระจายและปรับกระแสอากาศสำหรับโรเตอร์กังหันขั้นตอนถัดไป เพื่อให้ตรงตามสามเหลี่ยมความเร็วของใบพัดกังหันที่ทำงาน

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน เช่น อัตราส่วนแรงดันต่อความหนัก ความต้องการในการทนต่ออุณหภูมิสูงและลมความเร็วสูงของใบพัดเครื่องยนต์อากาศยานและกังหันแก๊สจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนของอากาศยานที่เป็นที่นิยม มีค่าสูงสุดของ

อากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์กังหันหมุนรอบได้หลายพันรอบต่อวินาที โดยในคอมเพรสเซอร์จะทำการบีบอัดอากาศทีละขั้นตอน อัตราส่วนความดันของคอมเพรสเซอร์หลายขั้นสามารถไปถึงมากกว่า 25 เท่า อากาศที่ถูกบีบอัดจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ ผสมกับเชื้อเพลิงแล้วเผาไหม้ เปลวไฟจากเชื้อเพลิงจำเป็นต้องเผาไหม้อย่างเสถียรในกระแสอากาศภายใต้ความดันสูงที่ไหลด้วยความเร็วกว่า 100 ม./วินาที

การไหลของก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงจากห้องเผาไหม้ขับเคลื่อนใบจักรให้หมุนด้วยความเร็วหลายพันถึงหลายหมื่นรอบต่อนาที โดยปกติแล้ว อุณหภูมิก่อนถึงจักรจะเกินจุดหลอมเหลวของวัสดุใบจักร ในระหว่างการทำงาน ใบจักรของเครื่องยนต์สมัยใหม่มักต้องทนต่ออุณหภูมิ 1600~1800 ℃ , ความเร็วลมประมาณ 300 ม./วินาที และแรงดันอากาศมหาศาลที่เกิดขึ้นจากมัน

ใบจักรมีความจำเป็นต้องทำงานอย่างเชื่อถือได้เป็นเวลาหลายพันถึงหลายหมื่นชั่วโมงในสภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงมากเช่นนี้ ใบจักรมีรูปทรงซับซ้อนและใช้เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงจำนวนมาก เช่น การแข็งตัวตามทิศทาง การหล่อโลหะผง การหล่อแบบลงทุนสำหรับใบจักรที่เป็นโพรง การผลิตแกนเซรามิกที่ซับซ้อน และการประมวลรูพรุนขนาดเล็ก

ใบพัดเทอร์ไบน์เป็นหนึ่งในชิ้นส่วนของ "เครื่องจักรสองประเภท" ที่มีกระบวนการผลิตมากที่สุด วงจรการผลิตยาวที่สุด และอัตราผ่านการตรวจสอบต่ำที่สุด การผลิตใบพัดเทอร์ไบน์รูปทรงซับซ้อนแบบกลวงได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการพัฒนา "เครื่องจักรสองประเภท" ในปัจจุบัน

สถานะตลาดและการพัฒนาแนวโน้ม

ใบพัดในเครื่องยนต์อากาศยานและเทอร์ไบน์ก๊าซประกอบด้วยใบพัดลม ใบพัดเทอร์ไบน์ และใบพัดคอมเพรสเซอร์ โดยมูลค่าของใบพัดเทอร์ไบน์คิดเป็นประมาณ 60% ของต้นทุนรวมของใบพัด เมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดลม วัสดุของใบพัดเทอร์ไบน์มีค่ามากกว่าและยากต่อการแปรรูป

ในฐานะชิ้นส่วนที่สำคัญของเครื่องยนต์ด้านร้อน ใบพัดเทอร์ไบน์จำเป็นต้องใช้วัสดุโลหะอัลลอยด์ทนความร้อนสูง เทคโนโลยีการหลอมเหล็กของพวกมันต้องการมาตรฐานสูง และแร่ธาตุโลหะบางชนิดมีอยู่อย่างจำกัด ในแง่ของกระบวนการผลิต ใบพัดเทอร์ไบน์มักใช้วิธีการหล่อแบบลงทุนเพื่อให้ได้ผนังบางและโครงสร้างระบายความร้อนที่ซับซ้อน ความยากในการผลิตสูงกว่าใบพัดประเภทอื่นอย่างเห็นได้ชัด

ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ CFM56 ที่ใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องบินโบอิ้ง 737 ซีรีส์และแอร์บัส 320 ซีรีส์ มีใบพัดเทอร์ไบน์มากกว่าพันชิ้น โดยแต่ละชิ้นมีราคาเกินหมื่นหยวน ราคาต่อหน่วยของใบพัดเทอร์ไบน์ในบางส่วนแม้กระทั่งเกินแสนหยวน