Аналіз історії розвитку, стану ринку та тенденції розвитку турбінних лопаток Україна

Історія розвитку та тенденції лопатей турбін

Лопатки турбіни поділяються на дві категорії: напрямні лопатки турбіни та робочі лопатки турбіни.

Основною функцією направляючих лопаток турбіни є регулювання напрямку потоку вихлопних газів із камери згоряння. Робоча температура матеріалу може досягати понад 1,100°C, а напруга, що переноситься напрямними лопатками турбіни, зазвичай становить менше 70 МПа. Цей компонент часто утилізують через деформацію, спричинену великим термічним навантаженням, тріщини від термічної втоми, спричинені різкими змінами температури, та опіки, спричинені місцевими надмірними температурами.

Лопатки турбіни розташовані в турбінному двигуні з найвищою температурою, найскладнішою напругою та найгіршим середовищем. Цей компонент повинен витримувати високі температури та великі відцентрові та термічні навантаження. Температура, яку витримує 50-100℃ нижче відповідних напрямних лопаток турбіни, але при обертанні на високій швидкості, внаслідок дії аеродинамічної сили та відцентрової сили, напруга на тілі лопаті досягає 140 МПа, а на корені досягає 280-560 МПа. Постійне вдосконалення конструкції та матеріалів турбінних лопаток стало одним із ключових факторів підвищення ефективності авіаційних двигунів.

Лопаті турбіни, вал турбіни, диск турбіни та інші компоненти разом утворюють турбіну авіаційного двигуна. Турбіна є джерелом енергії, яке приводить в дію компресор та інші аксесуари. Турбіну можна розділити на дві частини: ротор і статор:

Ротор турбіни: це ціле, що складається з лопатей турбіни, коліс, валів та інших обертових частин, встановлених на валу. Він відповідає за всмоктування потоку повітря високої температури та високого тиску в пальник для підтримки роботи двигуна. Ротор турбіни працює при високій температурі та високій швидкості та передає велику потужність, тому умови його роботи надзвичайно важкі. Під час роботи при високій температурі ротор турбіни має витримувати надзвичайно високу відцентрову силу, а також піддається впливу аеродинамічного крутного моменту тощо. Висока температура середовища зменшить кінцеву міцність матеріалу лопаті турбіни, а також спричинить повзучість і ерозія матеріалу лопатки турбіни.

Статор турбіни: складається з направляючих лопатей турбіни, зовнішнього та внутрішнього кільця. Він закріплений на корпусі, і його основна функція полягає в дифузії та випрямленні повітряного потоку для ротора турбіни наступного ступеня, щоб відповідати трикутнику швидкості робочих лопатей турбіни.

З метою поліпшення таких показників ефективності, як тяговитість, постійно підвищуються вимоги до стійкості лопаток авіаційних двигунів і газотурбін до високої температури і високої швидкості вітру. У стандартних авіаційних турбовентиляторних двигунах турбінний компресор має максимум

Повітря, що надходить у турбінний двигун, обертається з високою швидкістю в тисячі обертів за секунду. У компресорі повітря поступово стискається. Коефіцієнт тиску багатоступінчастого компресора може досягати більше 25. Повітря під тиском потрапляє в камеру згоряння двигуна, змішується з паливом і згорає. Полум'я палива повинно стабільно горіти в потоці повітря під високим тиском, що тече з високою швидкістю понад 100 м/с.

Високотемпературний потік газу під високим тиском із камери згоряння змушує лопаті турбіни обертатися зі швидкістю від тисяч до десятків тисяч обертів на хвилину. Зазвичай температура перед турбіною перевищує температуру плавлення матеріалу лопатки турбіни. Під час роботи лопатки турбін сучасних двигунів зазвичай повинні витримувати температури 1600~1800℃, швидкість вітру близько 300 м/с і викликаний ними величезний атмосферний тиск.

Лопаті турбіни повинні надійно працювати від тисяч до десятків тисяч годин у такому надзвичайно жорсткому робочому середовищі. Лопатки турбіни мають складні профілі та використовують велику кількість передових виробничих технологій, таких як спрямоване затвердіння, порошкова металургія, складне лиття порожнистих лопатей по виплавляним моделям, складне виробництво керамічного сердечника та обробка мікроотворів.

Лопатки турбіни є одним із компонентів «двох машин», які мають найбільше виробничих процесів, найдовший цикл і найнижчу швидкість проходження. Виробництво складних порожнистих турбінних лопаток стало основною технологією в поточному розвитку «двох машин».

Стан ринку та тенденції розвитку

Лопатки в авіаційних двигунах і газових турбінах в основному включають лопатки вентилятора, лопатки турбіни та лопатки компресора, з яких вартість лопатей турбіни становить близько 60% від загальної вартості лопатей. Порівняно з лопатями вентилятора, сировина для лопаток турбіни є ціннішою та складнішою для обробки.

Як важливий гарячий компонент двигуна, лопатки турбіни вимагають використання високотемпературних сплавів. Технологія їх виплавки вимагає високих вимог, а деякі металеві мінеральні ресурси є дефіцитними. З точки зору виробничого процесу, лопатки турбіни зазвичай використовують лиття по моделлю для досягнення тонких стінок і складної структури охолодження. Складність виготовлення значно вища, ніж у інших лез.

Наприклад, авіаційні двигуни CFM56, які широко використовуються в серії Boeing 737 і Airbus 320, мають понад тисячу турбінних лопатей, кожна вартістю понад 10,000 100,000 юанів. Ціна одиниці турбінних лопаток у деяких частинах навіть перевищує XNUMX XNUMX юанів.