Вступ до лопатей турбіни
Компонент з найгіршими умовами праці в турбінному двигуні також є найважливішим компонентом, що обертається. У гарячих компонентах літальних двигунів леза турбіни піддаються високотемпературній ерозії газу та температурних змін під час запуску та відключення двигуна, а лопатки ротора піддаються відцентровій силі на високих швидкостях. Матеріал повинен мати достатню високотемпературну міцність на розрив, міцність на витривалість, міцність на повзучість, а також хорошу міцність на втому, стійкість до окислення, резистентність до газу та відповідну пластичність. Крім того, також потрібні тривала організаційна стабільність, хороша міцність впливу, кастота та низька щільність.
Температура вхідного газу вдосконалених літальних двигунів досягає 1380 градусів, а тяга досягає 226kn. Лопатки турбіни піддаються аеродинамічним та відцентровим силам, при цьому лопатки мають напругу на розрив близько 140 мпА; Корінь леза має середнє напруження 280 ~ 560mpa, а відповідне тіло леза має температуру 650 ~ 980 градусів, а корінь леза становить близько 760 градусів.
Рівень продуктивності лопатей турбін (особливо температурної здатності) став важливим показником вдосконаленого рівня моделі двигуна. У певному сенсі процес кастингу майбутніх лопатей двигуна безпосередньо визначає продуктивність двигуна, а також є національною авіаційною галуззю. Значний знак рівня.
Дизайн форми леза
Оскільки існує багато лез, якщо вони розроблені в прямі регулярні форми, багато технологій обробки можна зменшити, труднощі з проектуванням можна знизити, і багато витрат можна зменшити. Однак більшість лопатей скручені і вигнуті.
Дозвольте спочатку представити вам кілька основних концепцій листя.
По -перше, що таке бігун? Нижче наведено дві типові діаграми бігунів.
Схема потоку компресора
Діаграма шляху потоку турбіни
По -друге, яка формула розрахунку для окружної швидкості? У каналі потоку окружна швидкість відрізняється в різних радіусах (це можна отримати за формулою розрахунку на малюнку нижче)
Окружне швидкісно, який кут атаки повітряного потоку? Кут атаки повітряного потоку - це кут між потоком повітря та акордом леза відносно напрямку швидкості леза.
Входячи з крила літака, як приклад, показаний кут нападу повітряного потоку. Далі пояснюється, чому лезо потрібно скрутити? Оскільки окружні швидкості при різних радіусах у потоковому каналі різні, кут атаки повітряного потоку в різних рівнях радіуса дуже різниться; На кінчику леза, завдяки великому радіусу та великій окружній швидкості, викликається великий позитивний кут атаки, що призводить до серйозного розділення потоку повітря на задній частині леза; У корені леза, завдяки невеликому радіусу та невеликій окружній швидкості, викликається великий негативний кут атаки, що призводить до серйозного розділення потоку повітря на басейні леза леза.
Тому для прямих лопатей, за винятком частини найближчого середнього діаметру, яка все ще може працювати, решта деталей призведе до серйозного розлуки повітряного потоку, тобто ефективність компресора або турбіни, що працює з прямими лопатями, надзвичайно погана, і може навіть досягти того, що він взагалі не може діяти. Ось чому леза повинні бути скручені.
Історія розвитку
По мірі того, як потужність літальних двигунів продовжує збільшуватися, вона досягається за рахунок підвищення температури входу компресора, що вимагає використання вдосконалених лопатей з більш високою та більш високою температурою. На додаток до високих температурних умов, робоче середовище лопатей гарячого кінця також знаходиться в надзвичайному стані високого тиску, високого навантаження, високої вібрації та високої корозії, тому лопатки повинні мати надзвичайно високу ефективність. Це вимагає виготовлення лопатей із спеціальних сплавів (високотемпературних сплавів) та спеціальних виробничих процесів (точне лиття плюс спрямованість), щоб зробити спеціальні матричні структури (монокристалічні структури), щоб задовольнити потреби в найбільшій мірі.
Складні мопредині порожнистої турбіни стали основною технологією поточних двигунів високої тяги до ваги. Це дослідження та використання вдосконалених матеріалів для однокристалічних сплавів та поява подвійної стінки з однокристалічним виробничим виробництвом лез, які дали змогу однокристалічну підготовку, відігравати ключову роль у найсучасніших двигунах військової та комерційної авіації. В даний час монокристалічні леза встановлені не лише на всіх вдосконалених авіаційних двигунах, але й все частіше використовуються в газових турбінах з великими роботами.
Монокристалічні суперпрофільми - це тип вдосконалених матеріалів леза двигуна, розроблені на основі кристалів та спрямованих стовпчиків. Починаючи з початку 1980 -х, перше покоління монокристалічних суперпрофільдів, таких як PWA1480 та RENEN4, широко використовуються в різних літальних двигунах. Наприкінці 1980 -х років друге покоління монокристалічних лопатей Superalloy, представлених PWA1484 та Renen5, також широко використовувались у передових літальних двигунах, таких як CFM56, F100, F110 та PW4000. В даний час друге покоління монокристалічних суперпрофільдів у Сполучених Штатах дозріло і широко використовується у військових та цивільних літальних двигунах.
Порівняно з монокристалічними сплавами першого покоління, монокристалічні сплави другого покоління, представлені PWA1484 PW, RR CMSX -4, і Ge's rene'n5 збільшили їх робочу температуру на 30 градусів, додаючи 3% rhenium і належним чином збільшуючи вміст і вмісту та вмісту, і вмісту в вмісту та вмісту.
У третьому монокристалічному сплаві Rene N6 та CMSX -10 композиція сплаву оптимізована на один крок, загальний вміст нерозчинних елементів з великим атомним радіусом збільшується, особливо додавання більш ніж 5WT% Rhenium Rheniu приблизно 10 годин, а також має високу стійкість до термічної втоми, окислення та теплової корозії.
Сполучені Штати та Японія послідовно розвинули четверте покоління одноразових сплавів. Додавши рутенію, стабільність мікроструктури сплаву ще більше покращилася, а міцність повзучості при тривалому високому впливу температури збільшувалася. Його термін витривалості на 1100 градусів у 10 разів більший, ніж у другого монокристалічного сплаву, а робоча температура досягла 1200 градусів. Моднористалічний склад того ж покоління показаний нижче.
Базовий матеріал та технології виробництва леза
Деформовані лопатки з високою температурою
Розвиток деформованих високотемпературних сплавів має історію понад 50 років. Загально використовувані деформовані високотемпературні сплави для лопатей вітчизняних літальних апаратів показані в таблиці 1. Зі збільшенням вмісту алюмінію, титану, вольфраму та молібдену у високотемпературних сплавах, властивості матеріалу продовжують вдосконалюватися, але гарячі показники роботи зменшуються; Після додавання дорогого кобальту легованого елемента, всебічне виконання матеріалу можна покращити, а стабільність високотемпературної структури може бути покращена.
Лопатки - це ключові частини літальних двигунів, а їх обсяг виробництва становить близько 30% від загального обсягу виробництва двигуна.
Лопатки двигуна літака-це тонкостінні та легко деформовані деталі. Як контролювати свою деформацію та обробити їх ефективно та з високою якістю є однією з важливих дослідницьких тем у галузі виробництва лез.
З появою високоефективних верстатів з ЧПУ, виробничий процес лопатей турбіни також зазнав значних змін. Лопатки, оброблені за допомогою точної технології обробки з ЧПУ, мають високу точність та короткі виробничі цикли, як правило, від 6 до 12 місяців у Китаї (напівфінансування обробки); і 3-6 місяців за кордоном (обробка без резиденції).
