Introduksjon til turbinblader
Komponenten med de verste arbeidsforholdene i turbinmotoren er også den viktigste roterende komponenten. I de varme endekomponentene i flymotorene blir turbinbladene utsatt for høye temperaturerosjon og temperaturendringer under oppstart av motoren og avstengningssyklusene, og rotorbladene blir utsatt for sentrifugalkraft i høye hastigheter. Materialet er nødvendig for å ha tilstrekkelig høye temperaturstrekkstyrke, utholdenhetsstyrke, krypstyrke, samt god utmattelsesstyrke, oksidasjonsmotstand, gasskorrosjonsmotstand og passende plastisitet. I tillegg er det også nødvendig med langsiktig organisatorisk stabilitet, god påvirkningsstyrke, støpbarhet og lav tetthet.
Gassinnløpstemperaturen til avanserte flymotorer når 1380 grader og skyvekraften når 226 kN. Turbinbladene blir utsatt for aerodynamiske og sentrifugale krefter, med bladene som har en strekkspenning på ca. 140MPa; Bladroten har en gjennomsnittlig belastning på 280 ~ 560MPa, og den tilsvarende bladkroppen bærer en temperatur på 650 ~ 980 grader, og bladroten er omtrent 760 grader.
Ytelsesnivået på turbinblader (spesielt temperaturlagerkapasiteten) har blitt en viktig indikator på det avanserte nivået av en modell av motor. På en måte bestemmer casting -prosessen med fremtidige motorblader direkte ytelsen til motoren og er også en nasjonal luftfartsindustri. Et betydelig nivå av nivå.
Bladformdesign
Siden det er mange kniver, hvis de er designet til rette vanlige former, kan mye prosesseringsteknologi reduseres, designvanskeligheten kan senkes, og mange kostnader kan reduseres. Imidlertid er de fleste av bladene vridd og buet.
La meg først introdusere deg noen grunnleggende konsepter av blader.
For det første, hva er en løper? Nedenfor er to typiske løperdiagrammer.
Kompressor flytskjema
Turbinstrømningssti diagram
For det andre, hva er beregningsformelen for omkretshastigheten? I strømningskanalen er omkretshastigheten forskjellig ved forskjellige radier (dette kan oppnås i henhold til beregningsformelen i figuren nedenfor)
Omkretshastighet Finalt, hva er angrepsvinkelen til luftstrømmen? Angrepsvinkelen til luftstrømmen er vinkelen mellom luftstrømmen og bladakkordet i forhold til bladhastighetsretningen.
Ved å ta flyvingen som et eksempel, vises angrepsvinkelen til luftstrømmen. Neste, hvorfor bladet må vrides blir forklart? Siden omkretshastighetene ved forskjellige radier i strømningskanalen er forskjellige, varierer angrepsvinkelen til luftstrømmen ved forskjellige radiusprimitive nivåer veldig; På grunn av den store radius og den store omkretshastigheten, er en stor positiv angrepsvinkel forårsaket, noe som resulterer i alvorlig luftstrømseparasjon på baksiden av bladet; På grunn av bladet, på grunn av den lille radius og den lille omkretshastigheten, er en stor negativ angrepsvinkel forårsaket, noe som resulterer i alvorlig luftstrømseparasjon på bladbassenget på bladet.
Derfor, for rette kniver, bortsett fra en del av den nærmeste midtdiameteren som fremdeles kan fungere, vil resten av delene gi alvorlig luftstrømseparasjon, det vil si effektiviteten til en kompressor eller turbin som arbeider med rette kniver er ekstremt dårlig, og kan til og med nå det punktet der den ikke kan fungere i i det hele tatt. Dette er grunnen til at bladene må vri seg.
Utviklingshistorie
Når kraften til flymotorer fortsetter å øke, oppnås den ved å øke kompressorens innløpstemperatur, noe som krever bruk av avanserte kniver med høyere og høyere temperaturmotstand. I tillegg til høye temperaturforhold, er arbeidsmiljøet til varme endeblader også i en ekstrem tilstand av høyt trykk, høy belastning, høy vibrasjon og høy korrosjon, så bladene er pålagt å ha ekstremt høy omfattende ytelse. Dette krever at bladene er laget av spesielle legeringsmaterialer (høye temperaturlegeringer) og spesielle produksjonsprosesser (presisjonsstøping pluss retningsstoff) for å lage spesielle matriksstrukturer (enkeltkrystallstrukturer) for å imøtekomme behovene i størst mulig grad.
Komplekse enkeltkrystale hule turbinblader har blitt kjerneteknologien til nåværende motorer med høy skyve-til-vekt. Det er forskning og bruk av avanserte enkeltkrystallegeringsmaterialer og fremveksten av dobbeltvegget ultra-luftkjølt enkeltkrystallbladproduksjonsteknologi som har gjort det mulig for en-krystall forberedelsesteknologi for å spille en nøkkelrolle i dagens mest avanserte militære og kommersielle luftfartsmotorer. For tiden har ikke enkeltkrystallblader ikke bare blitt installert på alle avanserte luftfartsmotorer, men blir også i økende grad brukt i tunge gassturbiner.
Enkeltkrystall -superlegeringer er en type avanserte motorbladmaterialer utviklet på grunnlag av ekviatkrystaller og retningsbestemte kolonnekrystaller. Siden begynnelsen av 1980 -tallet har den første generasjonen av enkeltkrystall -superlegeringer som PWA1480 og Renen4 blitt mye brukt i en rekke flymotorer. På slutten av 1980 -tallet ble den andre generasjonen av enkeltkrystall -superalloy -kniver representert av PWA1484 og Renen5 også mye brukt i avanserte flymotorer som CFM56, F100, F110 og PW4000. For tiden har den andre generasjonen av enkeltkrystall -superlegeringer i USA modnet og er mye brukt i militære og sivile flymotorer.
Sammenlignet med førstegenerasjons enkeltkrystalllegeringer, andre generasjons enkeltkrystalllegeringer representert med PWs PWA1484, har RRs CMSX -4 -balanse, og GEs Rene'n5 økt driftstemperaturen med 30 grader ved å tilsette 3% rhenium og en passende å øke et gropert.
I den tredje enkeltkrystalllegering Rene N6 og CMSX -10 er legeringssammensetningen optimalisert i ett trinn, det totale innholdet av uoppløselige elementer med stor atomradius økes, spesielt tilsetningen av mer enn 5WT% Rhenium, noe som forbedrer den høye temperaturen, som er mye hele tiden, er mye. på omtrent 10 timer, og det har også høy styrke motstand mot termisk tretthet, oksidasjon og termisk korrosjon.
USA og Japan har suksessivt utviklet den fjerde generasjonen av enkeltkrystalllegeringer. Ved å tilsette ruthenium, er stabiliteten til legeringsmikrostrukturen blitt ytterligere forbedret, og krypstyrken under langvarig eksponering for høy temperatur er økt. Utholdenhetslivet ved 1100 grader er 10 ganger høyere enn for den andre enkeltkrystalllegeringen, og driftstemperaturen har nådd 1200 grader. Enkeltkrystallsammensetningen til samme generasjon er vist nedenfor.
Bladbasemateriale og produksjonsteknologi
Deformert høye temperaturlegeringsblader
Utviklingen av deformerbare legeringer med høy temperatur har en historie på mer enn 50 år. De ofte brukte deformerbare høye temperaturlegeringene for hjemme-motorbladene er vist i tabell 1. Med økningen av aluminium, titan, wolfram og molybdeninnhold i høye temperaturlegeringer, fortsetter materialegenskapene å forbedre seg, men den varme arbeidsytelsen avtar; Etter å ha tilsatt det dyre legeringselementet kobolt, kan den omfattende ytelsen til materialet forbedres og stabiliteten til høye temperaturstrukturen kan forbedres.
Bladene er viktige deler av flymotorer, og deres produksjonsvolum utgjør omtrent 30% av det totale motorproduksjonsvolumet.
Flyremotorblader er tynnveggede og deformerte deler. Hvordan kontrollere deformasjonen deres og behandle dem effektivt og med høy kvalitet er et av de viktige forskningsemnene i bladindustrien.
Med fremveksten av CNC-maskinverktøy med høy ytelse har produksjonsprosessen med turbinblader også gjennomgått store endringer. Blader behandlet ved bruk av presisjon CNC-maskineringsteknologi har høy presisjon og korte produksjonssykluser, vanligvis 6 til 12 måneder i Kina (semifinishing bearbeiding); og 3 til 6 måneder i utlandet (ikke-restmaskinering).
