Introduktion till turbinblad
Komponenten med de värsta arbetsförhållandena i turbinmotorn är också den viktigaste roterande komponenten. I de heta slutkomponenterna i flygmotorer utsätts turbinbladen för högtemperaturgaserosion och temperaturförändringar under motorstart- och avstängningscyklerna, och rotorbladen utsätts för centrifugalkraft vid höga hastigheter. Materialet krävs för att ha tillräcklig högtemperatur draghållfasthet, uthållighetsstyrka, krypstyrka samt god trötthetsstyrka, oxidationsmotstånd, gaskorrosionsbeständighet och lämplig plasticitet. Dessutom krävs också långsiktig organisatorisk stabilitet, god påverkan, gjutbarhet och låg densitet.
Gasinloppstemperaturen för avancerade flygmotorer når 1380 grader och drivkraften når 226KN. Turbinbladen utsätts för aerodynamiska och centrifugalkrafter, med bladen med en dragspänning på cirka 140MPa; Bladroten har en genomsnittlig spänning på 280 ~ 560MPa, och motsvarande bladkropp har en temperatur på 650 ~ 980 grader, och bladroten är cirka 760 grader.
Prestandanivån för turbinblad (särskilt temperaturbärande kapacitet) har blivit en viktig indikator på den avancerade nivån för en modell av motor. På ett sätt bestämmer gjutningsprocessen för framtida motorblad direkt motorns prestanda och är också en nationell luftfartsindustri. Ett betydande nivå av nivå.
Bladform design
Eftersom det finns många blad, om de är utformade i raka regelbundna former, kan en hel del bearbetningsteknik minskas, konstruktionssvårigheten kan sänkas och många kostnader kan sänkas. Men de flesta av bladen är vridna och böjda.
Låt mig först presentera några grundläggande begrepp av blad.
Först, vad är en löpare? Nedan finns två typiska löpare diagram.
Kompressor flödesdiagram
Turbinflödesdiagram
För det andra, vad är beräkningsformeln för omkretshastigheten? I flödeskanalen är omkretshastigheten olika vid olika radier (detta kan erhållas enligt beräkningsformeln i figuren nedan)
Omkrets hastighet slutligen, vad är luftflödets vinkel? Attackvinkeln på luftflödet är vinkeln mellan luftflödet och bladakordet relativt bladhastighetsriktningen.
Med flygplanets vinge som ett exempel visas luftflödets vinkel. Nästa, varför bladet måste vridas förklaras? Eftersom omkretshastigheterna vid olika radier i flödeskanalen är olika, varierar luftflödets vinkel vid olika radie -primitiva nivåer mycket; Vid spetsen av bladet, på grund av den stora radien och den stora periferhastigheten, orsakas en stor positiv attackvinkel, vilket resulterar i allvarlig luftflödeseparation på baksidan av bladet; I roten till bladet, på grund av den lilla radien och den lilla omkretshastigheten, orsakas en stor negativ attackvinkel, vilket resulterar i allvarlig luftflödeseparation på bladbassängen i bladet.
Därför, för raka blad, med undantag för en del av den närmaste mitten av diameter som fortfarande kan fungera, kommer resten av delarna att ge allvarlig luftflödesavskiljning, det vill säga effektiviteten för en kompressor eller turbin som arbetar med raka blad är extremt dålig och kan till och med nå den punkt där den inte kan fungera alls. Det är därför bladen måste vridas.
Utvecklingshistoria
När kraften hos flygmotorer fortsätter att öka uppnås den genom att öka kompressorinloppstemperaturen, vilket kräver användning av avancerade blad med högre och högre temperaturbeständighet. Förutom höga temperaturförhållanden är arbetsmiljön för heta ändblad också i ett extremt tillstånd av högt tryck, hög belastning, hög vibration och hög korrosion, så bladen måste ha extremt hög omfattande prestanda. Detta kräver att bladen är gjorda av speciella legeringsmaterial (hög temperaturlegeringar) och speciella tillverkningsprocesser (precision gjutning plus riktningsstelning) för att göra speciella matrisstrukturer (enkelkristallstrukturer) för att tillgodose behoven i största möjliga utsträckning.
Komplexa enkristall ihåliga turbinblad har blivit kärntekniken för nuvarande motorer med högt tryck-till-vikt. Det är forskningen och användningen av avancerade enkristalllegeringsmaterial och uppkomsten av dubbelväggig ultra-luftkyld enkristallbladstillverkningsteknologi som har gjort det möjligt för enkristallberedningsteknik att spela en nyckelroll i dagens mest avancerade militära och kommersiella luftfartsmotorer. För närvarande har enkelkristallblad inte bara installerats på alla avancerade luftfartsmotorer, utan används också alltmer i tunga gasturbiner.
Superlegeringar med en kristall är en typ av avancerade motorbladsmaterial som utvecklats på basis av ekviaxade kristaller och riktade kolumnkristaller. Sedan början av 1980 -talet har den första generationen av enkristallsuperlegeringar som PWA1480 och Renen4 använts i stor utsträckning i en mängd olika flygmotorer. I slutet av 1980 -talet användes också den andra generationen av Superalloy -blad som representerades av PWA1484 och Renen5 i avancerade flygmotorer såsom CFM56, F100, F110 och PW4000. För närvarande har den andra generationen av enkristallsuperlegeringar i USA mognat och används allmänt i militära och civila flygmotorer.
Jämfört med de första generationens enstaka kristalllegeringar har de andra generationens enstaka kristalllegeringar representerade av PW: s PWA1484, RR: s CMSX -4, och GE: s rene'n5 har ökat sin driftstemperatur genom 30 grader genom att lägga till 3% Rhenium och på lämpligt sätt öka innehållet i molyybden, genom att uppnå en god balans och motståndet och motståndet till motståndet och motståndet.
In the third single crystal alloy Rene N6 and CMSX-10, the alloy composition is optimized in one step, the total content of insoluble elements with large atomic radius is increased, especially the addition of more than 5wt% rhenium, which significantly improves the high temperature creep strength, 1150 The endurance life of the alloy is greater than 150 hours, which is much longer than the life of the first-generation single crystal Legering på cirka 10 timmar, och den har också höghållfast motstånd mot termisk trötthet, oxidation och termisk korrosion.
USA och Japan har successivt utvecklat den fjärde generationen av enkelkristalllegeringar. Genom att tillsätta rutenium har stabiliteten i legeringsmikrostrukturen förbättrats ytterligare och kryphållfastheten under långvarig exponering för hög temperatur har ökats. Dess uthållighetsliv vid 1100 grader är 10 gånger högre än för den andra enstaka kristalllegeringen, och driftstemperaturen har nått 1200 grader. Enkelkristallkompositionen för samma generation visas nedan.
Bladbasmaterial och tillverkningsteknik
Deformerade högtemperaturlegeringsblad
Utvecklingen av deformerbara högtemperaturlegeringar har en historia på mer än 50 år. De vanligt använda deformerbara högtemperaturlegeringarna för inhemska flygmotorblad visas i tabell 1. Med ökningen av aluminium-, titan-, volfram- och molybdeninnehållet i hög temperaturlegeringar fortsätter materialegenskaperna att förbättra, men den heta arbetsprestanda minskar; Efter att ha lagt till det dyra legeringselementkoboltet kan materialets omfattande prestanda förbättras och stabiliteten i högtemperaturstrukturen kan förbättras.
Bladen är nyckeldelar av flygmotorer, och deras tillverkningsvolym står för cirka 30% av den totala tillverkningsvolymen i motortillverkning.
Flygplanmotorblad är tunnväggiga och lätt deformerade delar. Hur man kontrollerar deras deformation och bearbetar dem effektivt och med hög kvalitet är ett av de viktiga forskningsämnen inom bladtillverkningsindustrin.
Med uppkomsten av högpresterande CNC-maskinverktyg har tillverkningsprocessen för turbinblad också genomgått stora förändringar. Bladen som bearbetas med hjälp av Precision CNC-bearbetningsteknik har höga precisions- och korta tillverkningscykler, i allmänhet 6 till 12 månader i Kina (halvfinishing bearbetning); och 3 till 6 månader utomlands (No-residue bearbetning).
