Introduktion til turbineblad
Komponenten med de værste arbejdsforhold i turbinemotoren er også den vigtigste roterende komponent. I de varme ende-komponenter i flysmotorer udsættes turbinebladene for høje temperaturgas erosion og temperaturændringer under motorens opstart og nedlukningscyklusser, og rotorbladene udsættes for centrifugalkraft ved høje hastigheder. Materialet er påkrævet for at have tilstrækkelig trækstyrke med høj temperatur, udholdenhedsstyrke, krybstyrke samt god træthedsstyrke, oxidationsmodstand, gaskorrosionsbestandighed og passende plasticitet. Derudover kræves også langvarig organisatorisk stabilitet, god påvirkningsstyrke, støbelighed og lav densitet.
Gasindløbstemperaturen på avancerede flysmotorer når 1380 grader, og drivkraften når 226 kN. Turbinebladene udsættes for aerodynamiske og centrifugalkræfter, med knivene med en trækspænding på ca. 140MPa; Bladroden bærer en gennemsnitlig stress på 280 ~ 560MPa, og den tilsvarende bladkrop bærer en temperatur på 650 ~ 980 grader, og bladroden er omkring 760 grad.
Ydelsesniveauet for turbineblade (især temperaturbærende kapacitet) er blevet en vigtig indikator for det avancerede niveau for en model af motor. På en måde bestemmer castingprocessen for fremtidige motorblader direkte motorens ydelse og er også en national luftfartsindustri. Et betydeligt niveau af niveau.
Blade formdesign
Da der er mange klinger, hvis de er designet til lige regelmæssige former, kan en masse behandlingsteknologi reduceres, designproblemet kan sænkes, og mange omkostninger kan reduceres. De fleste af knivene er imidlertid snoede og buede.
Lad mig først introducere dig nogle grundlæggende begreber om blade.
For det første, hvad er en løber? Nedenfor er to typiske løberdiagrammer.
Kompressor flowdiagram
Turbine flow sti diagram
For det andet, hvad er beregningsformlen for omkredshastigheden? I flowkanalen er omkredshastigheden forskellig ved forskellige radier (dette kan opnås i henhold til beregningsformlen i figuren herunder)
Omkrets speedfinalt, hvad er angrebets angreb på luftstrømmen? Vinklen på angrebet af luftstrømmen er vinklen mellem luftstrømmen og klingeakkorden i forhold til klingens hastighedsretning.
Når man tager flyvingen som et eksempel, vises angrebets angreb af luftstrømmen. Dernæst, hvorfor bladet skal være snoet, forklares? Da de omkredshastigheder ved forskellige radier i strømningskanalen er forskellige, varierer angrebets angreb på luftstrømmen ved forskellige radiusprimitive niveauer meget; På spidsen af bladet på grund af den store radius og den store omkredshastighed er der forårsaget en stor positiv angrebsvinkel, hvilket resulterer i alvorlig luftstrømsseparation på bagsiden af bladet; Ved roden af bladet på grund af den lille radius og den lille omkredshastighed er der forårsaget en stor negativ angrebsvinkel, hvilket resulterer i alvorlig luftstrømsseparation på bladbassinet på bladet.
Derfor, for lige klinger, bortset fra en del af den nærmeste midt-diameter, der stadig kan fungere, vil resten af delene producere alvorlig luftstrømsseparation, det vil sige effektiviteten af en kompressor eller turbin, der arbejder med lige klinger, er ekstremt dårlig og kan endda nå det punkt, hvor det ikke overhovedet ikke kan fungere. Dette er grunden til, at knivene skal være snoede.
Udviklingshistorie
Når kraften hos flysmotorer fortsætter med at stige, opnås den ved at øge kompressorindløbstemperaturen, hvilket kræver anvendelse af avancerede klinger med højere og højere temperaturresistens. Ud over høje temperaturforhold er arbejdsmiljøet i hot end blade også i en ekstrem tilstand af højt tryk, høj belastning, høj vibration og høj korrosion, så knivene kræves for at have ekstremt høj omfattende ydelse. Dette kræver, at knivene er lavet af specielle legeringsmaterialer (høje temperaturlegeringer) og specielle fremstillingsprocesser (præcisionsstøbning plus retningsbetalt størkning) for at fremstille specielle matrixstrukturer (enkelt krystalstrukturer) for at imødekomme behovene i størst mulig omfang.
Komplekse enkeltkrystallhult turbineblad er blevet kerneteknologien i det nuværende motorer med højt tryk og vægt. Det er forskning og anvendelse af avancerede enkeltkrystalllegeringsmaterialer og fremkomsten af dobbeltvægget ultra-luftkølet enkeltkrystallbladproduktionsteknologi, der har gjort det muligt for en-krystalforberedelsesteknologi at spille en nøglerolle i dagens mest avancerede militære og kommercielle luftfartsmotorer. På nuværende tidspunkt er der ikke kun installeret enkeltkrystallblader på alle avancerede luftfartsmotorer, men bruges også i stigende grad i tunge gasturbiner.
Enkelt krystal superlegeringer er en type avancerede motorbladematerialer udviklet på basis af ligestillede krystaller og retningsbestemte kolonnekrystaller. Siden de tidlige 1980'ere er den første generation af enkeltkrystalsuperleger som PWA1480 og Renen4 blevet vidt brugt i en række flysmotorer. I slutningen af 1980'erne blev den anden generation af enkeltkrystallsuperloy -klinger repræsenteret af PWA1484 og Renen5 også vidt brugt i avancerede flysmotorer såsom CFM56, F100, F110 og PW4000. På nuværende tidspunkt er den anden generation af enkeltkrystallsuperleger i USA modnet og er vidt brugt i militære og civile flysmotorer.
Sammenlignet med den første generation af enkelt krystallegeringer, den anden generation af enkeltkrystallegeringer repræsenteret af PW's PWA1484, har RR's CMSX -4, og GE's Rene'n5 har øget deres driftstemperatur med 30 grad ved at tilføje 3% rhenium og passende øge indholdet af Molybdenum, hvilket opnås en god balance mellem en modstand og modstand mod oxidation.
I den tredje single Crystal Alloy Rene N6 og CMSX -10 er legeringssammensætningen optimeret i et trin, det samlede indhold af uopløselige elementer med stor atomradius øges, især tilsætning af mere end 5WT% rhenium, hvilket væsentligt forbedrer den høje temperaturforstyrrelsesstyrke, 1150 Legen for tilsætningen er over 150 timer, hvilket er meget længere end den levetid af en levetid på en høj temperatur, 1150, hvilket er udholdenhedslivet i tildelingen, er tildelt over 150 Krystallegering på ca. 10 timer, og den har også høj styrke modstand mod termisk træthed, oxidation og termisk korrosion.
De Forenede Stater og Japan har successivt udviklet den fjerde generation af enkelt krystallegeringer. Ved at tilføje ruthenium er stabiliteten af legeringsmikrostrukturen blevet forbedret yderligere, og krybstyrken under langvarig eksponering for høj temperatur er blevet øget. Dens udholdenhedsliv ved 1100 grader er 10 gange højere end for den anden enkelt krystallegering, og driftstemperaturen er nået 1200 grader. Den enkelte krystalsammensætning af den samme generation er vist nedenfor.
Blade basismateriale og fremstillingsteknologi
Deformerede høje temperaturlegeringsblad
Udviklingen af deformerbare høje temperaturlegeringer har en historie på mere end 50 år. De almindeligt anvendte deformerbare højtemperaturlegeringer til husholdningsmotorbladene er vist i tabel 1. Med stigningen i aluminium, titanium, wolfram og molybdænindhold i høje temperaturlegeringer fortsætter de materielle egenskaber med at forbedre sig, men den varme arbejdspræstation falder; Efter tilsætning af det dyre legeringselement-kobolt kan materialets omfattende ydelse forbedres, og stabiliteten af højtemperaturstrukturen kan forbedres.
Blades er de vigtigste dele af flysmotorer, og deres produktionsvolumen tegner sig for ca. 30% af det samlede motorproduktionsvolumen.
Luftfartsmotorblade er tyndvæggede og let deformerede dele. Hvordan man kontrollerer deres deformation og behandler dem effektivt og med høj kvalitet er et af de vigtige forskningsemner inden for Blade Manufacturing Industry.
Med fremkomsten af højtydende CNC-værktøjsværktøjer har fremstillingsprocessen for turbineblade også gennemgået store ændringer. Blade, der er behandlet ved hjælp af præcision CNC-bearbejdningsteknologi, har høj præcision og korte fremstillingscyklusser, generelt 6 til 12 måneder i Kina (semifinishing-bearbejdning); og 3 til 6 måneder i udlandet (bearbejdning uden genstand).
