Историја развоја и трендови турбинских лопатица
Лопатице турбине су подељене у две категорије: лопатице за вођице турбине и радне лопатице турбине.
Главна функција лопатица турбине је да подесе смер протока издувних гасова из коморе за сагоревање. Радна температура материјала може достићи и до преко 1100 степени, а напрезање које носе лопатице турбине је углавном мање од 70МПа. Ова компонента се често баца у отпад због изобличења изазваног великим термичким напрезањем, пукотина од термичког замора узрокованих наглим променама температуре и опекотина изазваних локалним прекомерним температурама.
Лопатице турбине се налазе у турбинском мотору са највишом температуром, најсложенијим напрезањем и најлошијим окружењем. Ова компонента треба да издржи високе температуре и велики центрифугални и термички стрес. Температура коју подноси је 50-100 степен нижа од одговарајућих лопатица турбине, али када се ротира великом брзином, услед дејства аеродинамичке силе и центрифугалне силе, напон на телу лопатице достиже 140МПа, а корен достиже { {2}}МПа. Континуирано унапређење структуре и материјала турбинских лопатица постало је један од кључних фактора за побољшање перформанси мотора авиона.
Лопатице турбине, осовина турбине, диск турбине и друге компоненте заједно чине турбину авионског мотора. Турбина је извор енергије који покреће компресор и друге додатке. Турбина се може поделити на две компоненте: ротор и статор:
Ротор турбине: То је целина састављена од лопатица турбине, точкова, вратила и других ротирајућих делова монтираних на вратилу. Он је одговоран за усисавање протока ваздуха високе температуре и високог притиска у горионик како би се одржао рад мотора. Ротор турбине ради на високој температури и великој брзини и преноси велику снагу, тако да су његови радни услови изузетно тешки. Када ради на високој температури, ротор турбине мора да издржи изузетно велику центрифугалну силу, а такође је подложан утицају аеродинамичког обртног момента итд. Високотемпературно окружење ће смањити крајњу чврстоћу материјала лопатица турбине, а такође ће изазвати пузање и ерозија материјала лопатица турбине.
Статор турбине: Састоји се од лопатица турбине, спољашњег и унутрашњег прстена. Фиксиран је на кућиште и његова главна функција је да дифузује и исправља проток ваздуха за ротор турбине следећег степена како би се задовољио троугао брзине радних лопатица турбине.
У циљу побољшања показатеља перформанси као што је однос потиска и тежине, захтеви за толеранцијом лопатица мотора авиона и гасних турбина на високу температуру и велику брзину ветра се стално повећавају. У главним авионским турбовентилаторским моторима, компресор на турбински погон има максимум од
Ваздух који улази у турбински мотор ротира се великом брзином од хиљада обртаја у секунди. Ваздух се стисне корак по корак у компресору. Однос притиска вишестепеног компресора може да достигне више од 25. Ваздух под притиском улази у комору за сагоревање мотора, меша се са горивом и сагорева. Пламен горива треба стабилно да гори у струји ваздуха под високим притиском који струји великом брзином већом од 100 м/с.
Високотемпературни ток гаса под високим притиском из коморе за сагоревање покреће лопатице турбине да се ротирају брзином од хиљада до десетина хиљада обртаја у минути. Обично температура пре турбине прелази тачку топљења материјала лопатице турбине. Током рада, лопатице турбина савремених мотора обично морају да издрже температуре од 1600~1800 степени, брзину ветра од око 300м/с и огроман ваздушни притисак изазван њима.
Лопатице турбине морају поуздано да раде хиљаде до десетине хиљада сати у тако изузетно тешком радном окружењу. Лопатице турбине имају сложене профиле и користе велики број напредних производних технологија као што су усмерено очвршћавање, металургија праха, сложено ливење шупљих лопатица, сложена производња керамичког језгра и обрада микро рупа.
Лопатице турбине су једна од компоненти "две машине" које имају највише производних процеса, најдужи циклус и најмању брзину пролаза. Производња сложених шупљих турбинских лопатица постала је основна технологија у тренутном развоју „две машине“.
Стање тржишта и трендови развоја
Лопатице у авионским моторима и гасним турбинама углавном укључују лопатице вентилатора, лопатице турбине и лопатице компресора, од којих вредност лопатица турбина чини око 60% укупне цене лопатица. У поређењу са лопатицама вентилатора, сировине лопатица турбина су вредније и теже се обрађују.
Као важна компонента мотора, лопатице турбине захтевају употребу материјала од легуре високе температуре. Њихова технологија топљења захтева високе захтеве, а неки метални минерални ресурси су оскудни. Што се тиче производног процеса, лопатице турбине углавном користе ливење по инвестицији за постизање танких зидова и сложених расхладних структура. Тешкоћа производње је знатно већа него код других оштрица.
На пример, авионски мотори ЦФМ56 који се широко користе у серијама Боеинг 737 и Аирбус 320 имају више од хиљаду лопатица турбине, од којих свака кошта више од 10,000 јуана. Јединична цена лопатица турбине у одређеним деловима чак премашује 100,000 јуана.
