Istorija razvoja i trendovi turbinskih lopatica
Lopatice turbine se dijele u dvije kategorije: vodeće lopatice turbine i radne lopatice turbine.
Glavna funkcija lopatica za navođenje turbine je podešavanje smjera protoka izduvnih plinova iz komore za sagorijevanje. Radna temperatura materijala može doseći i do preko 1100 stepeni, a naprezanje koje nose lopatice turbine je uglavnom manje od 70 MPa. Ova komponenta se često raspada zbog izobličenja uzrokovanog velikim termičkim naprezanjem, pukotina od termičkog zamora uzrokovanih naglim promjenama temperature i opekotina uzrokovanih lokalnim previsokim temperaturama.
Lopatice turbine se nalaze u turbinskom motoru sa najvišom temperaturom, najsloženijim naprezanjem i najgorim okruženjem. Ova komponenta treba da izdrži visoke temperature i velika centrifugalna i termička naprezanja. Temperatura koju podnosi je 50-100 stepen niža od odgovarajućih lopatica vodilice turbine, ali pri rotaciji velikom brzinom, zbog djelovanja aerodinamičke sile i centrifugalne sile, napon na tijelu lopatice dostiže 140MPa, a korijen dostiže { {2}}MPa. Kontinuirano poboljšanje strukture i materijala turbinskih lopatica postalo je jedan od ključnih faktora u poboljšanju performansi motora aviona.
Lopatice turbine, osovina turbine, turbinski disk i druge komponente zajedno čine turbinu motora aviona. Turbina je izvor energije koji pokreće kompresor i druge dodatke. Turbina se može podijeliti na dvije komponente: rotor i stator:
Rotor turbine: To je cjelina sastavljena od lopatica turbine, kotača, osovina i drugih rotirajućih dijelova montiranih na osovinu. On je odgovoran za usisavanje strujanja zraka visoke temperature i visokog pritiska u gorionik kako bi se održao rad motora. Rotor turbine radi na visokim temperaturama i velikom brzinom i prenosi veliku snagu, tako da su njegovi radni uslovi izuzetno teški. Prilikom rada na visokoj temperaturi, rotor turbine mora izdržati ekstremno veliku centrifugalnu silu, a također je podložan utjecaju aerodinamičkog momenta itd. Visokotemperaturno okruženje će smanjiti krajnju čvrstoću materijala lopatica turbine, a također će uzrokovati puzanje i erozija materijala lopatice turbine.
Stator turbine: Sastoji se od lopatica turbine, vanjskog i unutrašnjeg prstena. Fiksiran je na kućište i njegova glavna funkcija je da difuzira i ispravi protok zraka za rotor turbine sljedeće faze kako bi se zadovoljio trokut brzine radnih lopatica turbine.
U cilju poboljšanja pokazatelja performansi kao što je omjer potiska i težine, zahtjevi za tolerancijom lopatica motora aviona i plinske turbine na visoke temperature i veliku brzinu vjetra se stalno povećavaju. U glavnim avionskim turboventilatorskim motorima, kompresor na turbinski pogon ima maksimalno
Zrak koji ulazi u turbinski motor rotira se velikom brzinom od hiljada okretaja u sekundi. Vazduh se u kompresoru vrši pod pritiskom korak po korak. Odnos pritiska višestepenog kompresora može dostići više od 25. Vazduh pod pritiskom ulazi u komoru za sagorevanje motora, meša se sa gorivom i sagoreva. Plamen goriva treba stabilno da gori u struji vazduha pod visokim pritiskom koji struji velikom brzinom većom od 100 m/s.
Visokotemperaturni tok gasa pod visokim pritiskom iz komore za sagorevanje pokreće lopatice turbine da se rotiraju brzinom od hiljada do desetina hiljada obrtaja u minuti. Obično temperatura prije turbine prelazi tačku topljenja materijala lopatice turbine. Tokom rada, lopatice turbine modernih motora obično moraju da izdrže temperature od 1600~1800 stepeni, brzinu vetra od oko 300m/s i ogroman pritisak vazduha izazvan njima.
Lopatice turbine moraju pouzdano raditi hiljade do desetine hiljada sati u tako izuzetno teškom radnom okruženju. Lopatice turbine imaju složene profile i koriste veliki broj naprednih proizvodnih tehnologija kao što su usmjereno skrućivanje, metalurgija praha, složeno livenje šupljih lopatica, složena proizvodnja keramičkog jezgra i obrada mikro rupa.
Lopatice turbine su jedna od komponenti "dvije mašine" koje imaju najviše proizvodnih procesa, najduži ciklus i najmanju brzinu prolaza. Proizvodnja složenih šupljih turbinskih lopatica postala je osnovna tehnologija u trenutnom razvoju "dvije mašine".
Status tržišta i trendovi razvoja
Lopatice u avionskim motorima i gasnim turbinama uglavnom uključuju lopatice ventilatora, lopatice turbine i lopatice kompresora, od kojih vrijednost lopatica turbina čini oko 60% ukupne cijene lopatica. U poređenju sa lopaticama ventilatora, sirovine lopatica turbina su vrednije i teže se obrađuju.
Kao važna komponenta motora, lopatice turbine zahtijevaju upotrebu materijala od legure visoke temperature. Njihova tehnologija topljenja zahtijeva visoke zahtjeve, a neki metalni mineralni resursi su oskudni. Što se tiče proizvodnog procesa, lopatice turbine uglavnom koriste livenje po ulaganju za postizanje tankih zidova i složenih rashladnih struktura. Poteškoća proizvodnje je znatno veća nego kod drugih oštrica.
Na primjer, motori aviona CFM56 koji se široko koriste u serijama Boeing 737 i Airbus 320 imaju više od hiljadu lopatica turbine, a svaka košta više od 10,000 juana. Jedinična cijena turbinskih lopatica u određenim dijelovima čak prelazi 100,000 juana.
