Аналіз історії розробки, ринкового стану та тенденцій розвитку лопаток турбін

Історія розробки та тенденції розвитку лопаток турбін

Лопатки турбін поділяються на дві категорії: керуючі лопатки турбіни та робочі лопатки турбіни.

Головна функція керуючих лопаток турбіни полягає у регулюванні напрямку потоку вичерпаного газу з камери згоряння. Температура матеріалу може досягати більше 1,100 ° C, а напруження, яке несе керуюча лопатка турбіни, загалом менше 70МПа. Цей компонент часто виходе з ладу через деформацію, спричинену великим тепловим напруженням, тріщини від термального вигнання через різкі зміни температури, і спекання через локально завищені температури.

Робочі лопатки турбіни розташовані у турбінному двигуні з найвищою температурою, найбільш складним напруженням та найгіршими умовами середовища. Цей компонент повинен витримувати високі температури та великі центрифужні та теплові напруження. Температуру, яку він витримує, становить 50-100 ℃ нижче, ніж відповідні лопатки турбіни, але при високоскоростному обертанні через вплив аеродинамічної сили та центруючої сили напруження на тілі лопатки досягає 140МПа, а в корені - 280-560МПа. Неперервне удосконалення конструкції та матеріалів лопаток турбін стало одним із ключових факторів підвищення ефективності aviapodii.

Лопатки турбіни, вал турбіни, диск турбіни та інші компоненти разом утворюють турбіну літака motor. Турбіна є джерелом енергії, що приводить у рух компресор та інші приставки. Турбіну можна поділити на два компонента: rotor та stator:

Турбінний ротор: Це ціле, що складається з турбінних лопаток, дисків, валів та інших обертаючихся деталей, монтуваних на валу. Він відповідає за те, щоб високотемпературний і високотисковий повітряний потік потрапляв у горільник для підтримки роботи двигуна. Турбінний ротор працює при високій температурі і швидкості, передаючи велику потужність, тому його умови роботи дуже суворі. При високій температурі турбінний ротор має витримувати екстремально високу центругальну силу і піддається впливу аеродинамічного моменту тощо. Високотемпературне середовище зменшуватиме граничну міцність матеріалу турбінних лопаток і також може призвести до деформації і ерозії матеріалу лопаток.

Турбінний статор: Складається з турбінних керуючих лопаток, зовнішнього і внутрішнього кола. Він закріплений на корпусі, а його головна функція полягає у розсіюванні і виправленні повітряного потоку для наступного етапу турбінного ротора, щоб задовольняти швидкісний трикутник робочих лопаток турбіни.

Щоб покращити показники продуктивності, такі як відношення тяги до ваги, вимоги до толерантності лопаток авіаційних двигунів і газотурбінних установок до високих температур і швидкості повітряного потоку неперестають зростати. У головних авіаційних турбовентиляторних двигунах, турбіна приводить у рух компресор, максимальна потужність якого становить

Повітря, що входить до турбодвигуна, обертається з швидкістю тисяч обертів на секунду. Повітря стискається поступово у компресорі. Ступенева стискова спроможність багатоступеневого компресора може досягати більше 25. Стиснуте повітря потрапляє до камери згоряння двигуна, де мішаеться з паливом і згорає. Плам'я палива має стабільно згорятися у стисному повітряному потоці, що рухається з швидкістю більше 100 м/с.

Високотемпературний, високотискний потік газу з камери згоряння приводить кріпи турбіни до обертання зі швидкістю від тисяч до десятків тисяч обертів в хвилину. Зазвичай температура перед турбіною перевищує температуру плавлення матеріалу лопатки турбіни. Під час роботи турбінні лопатки сучасних двигунів зазвичай повинні витримувати температуру 1600 ~ 1800 ℃ , швидкість вітру близько 300 м/с, і величезний тиск повітря, викликаний ними.

Метели турбіни повинні працювати надійно від тисяч до десятків тисяч годин у таких надзвичайно жорстких умовах. Облічки турбіни мають складні профілі і використовують велику кількість передових технологій виробництва, таких як напрямне твердження, порошкова металургія, складне ковіння порожнистої лопатки, складне виробництво керамічного ядра та обробка мікро-доріг.

Лопатки турбін є одним із компонентів "двомашинної" системи, яка має найбільше технологічних процесів, найдовший цикл виробництва та найнижчу відсоткову проходження. Виготовлення складних порожнинних лопаток турбін стало ключовою технологією у сучасному розвитку "двомашинної" системи.

Ринкова ситуація та тенденції розвитку

Лопатки у літакопроводних двигунах та газотурбінових установках головним чином включають вентиляторні лопатки, турбінні лопатки та компресорні лопатки, серед яких вартість турбінних лопаток становить приблизно 60% від загальної вартості лопаток. У порівнянні з вентиляторними лопатками, сировина для турбінних лопаток дорожча та складніша у обробці.

Як важливий компонент горячої частини двигуна, турбінні лопатки вимагають використання матеріалів з високотемпературних сплавів. Технологія їх плавлення має високі вимоги, а деякі металеві мінеральні ресурси є рідкими. У контексті технологічного процесу виготовлення, турбінні лопатки загалом виготовляються методом інвестиційного ліяння для досягнення тонких стінок і складних охолоджувальних конструкцій. Складність їх виготовлення значно вища, ніж у випадку інших лопаток.

Наприклад, двигуни CFM56, які широко використовуються у серіях Boeing 737 та Airbus 320, мають більше тисячі турбінних лопаток, кожна з яких коштує більше 10 000 юанів. Вартість окремих турбінних лопаток навіть перевищує 100 000 юанів.