Аналіз тривалості турбінного диска

Дисковий турбін є одним із основних компонентів авіадвигуна. Це деталь, яка використовується для монтажу та закріплення лопаток турбіни для передачі потужності. Він працює у середовищі високої температури, високого тиску та високої швидкості і має надзвичайно високі вимоги до структурних матеріалів. Авіадвигуни є продуктами високої точності. Щоб збільшити відношення тяги до ваги двигунів та задовольнити постійно зростаючі вимоги до характеристик літаків, їх параметри ефективності неперестають покращуватися. У цих умовах вимоги до матеріалів диска турбіни також постійно зростають.
Турбінний диск є головним серед шести основних компонентів газотурбінного двигуна. Його безпека та довговічність займають особливо важливе місце в газотурбінних двигунах. Турбінний диск циркулює.
Крім обмеження кількістю циклів, існує також обмеження строку служби. До життя турбінного диска приділяють велику увагу, ймовірно, через наступні головні причини:
1. Диск турбіни великий за розмірами, важкий за вагою і має високу швидкість. Середнє значення джерелового напруження диска турбіни сучасних газових турбин при максимальній швидкості становить
758 МПа. Це наближається або перевищує межу пружності багатьох матеріалів для дисків турбін.
2. Якість виготовлення диска турбіни складно контролювати. На сьогоднішній день масово використовувані диски турбін виготовляються методом ковки з однієї заготівлі і проходять складні технологічні процеси. Щоб стабілізувати якість кожного диска, необхідно забезпечити стабільний рівень процесу на кожному етапі. Це складно зробити, особливо для деяких великогабаритних заготівок.
3. Під час експлуатації диск турбіни піддається складним змінам середовища, температури і напружень. Особливо це стосується дисків турбін військових двигунів, де такі зміни мають випадковий характер, що створює великі труднощі для прогнозування та контролю тривалості життя диска турбіни.
4. Після тривалого використання матеріалів турбінних дисків їх структура буде гіршати. У сучасності для турбінних дисків зазвичай використовуються високотемпературні сплави. Ці сплави підвищують свою міцність за рахунок метастабільних других фаз і карбідів. Під час тривалого використання, через високотемпературне старіння під впливом напружень, друга фаза починає агрегуватися та зростати, карбіди змінюють форму, а деякі з них випадають у шкідливі хрупкі фази, що призводить до загального зменшення міцності та пластичності сплаву.
Підсумовуючи, ми бачимо пару гострих протиріч: з одного боку, через те що турбінний диск займає особливо важливе місце у газовій турбіні, необхідно змогти точно передбачати і контролювати його життєвий цикл; з іншого боку, через багато нестабільних, невизначених, складних і змінних факторів у процесі виготовлення і експлуатації турбінного диска, його тривалість складно передбачити і контролювати. Саме ця пара протиріч сприяє постійному і глибинному розвитку досліджень щодо аналізу і прогнозування життєвого циклу турбінного диска, а також стимулює розвиток пов'язаних наук.