تجزیه و تحلیل تاریخچه توسعه، وضعیت بازار و روند توسعه پره های توربین

تاریخچه توسعه و روند پره های توربین

پره های توربین به دو دسته تقسیم می شوند: پره های راهنمای توربین و پره های توربین کار.

عملکرد اصلی پره های راهنمای توربین تنظیم جهت جریان گاز خروجی از محفظه احتراق است. دمای کار مواد می تواند تا بیش از 1100 درجه برسد و تنش تحمل شده توسط پره های راهنمای توربین معمولاً کمتر از 70MPa است. این جزء اغلب به دلیل اعوجاج ناشی از تنش حرارتی زیاد، ترک‌های خستگی حرارتی ناشی از تغییرات دمایی ناگهانی و سوختگی ناشی از دمای بیش از حد موضعی از بین می‌رود.

پره های توربین در موتور توربین با بالاترین دما، پیچیده ترین تنش و بدترین محیط قرار دارند. این جزء نیاز به مقاومت در برابر دماهای بالا و تنش گریز از مرکز و تنش حرارتی دارد. دمایی که تحمل می کند 50-100 درجه کمتر از پره های راهنمای توربین مربوطه است، اما هنگام چرخش با سرعت بالا، به دلیل تأثیر نیروی آیرودینامیکی و نیروی گریز از مرکز، تنش روی بدنه پره به 140 مگاپاسکال می رسد و ریشه به { می رسد. {2}}مگاپاسکال. بهبود مستمر ساختار و مواد پره های توربین به یکی از عوامل کلیدی در بهبود عملکرد موتورهای هواپیما تبدیل شده است.

پره های توربین، محور توربین، دیسک توربین و سایر اجزا با هم توربین یک موتور هواپیما را تشکیل می دهند. توربین منبع انرژی است که کمپرسور و سایر لوازم جانبی را به حرکت در می آورد. توربین را می توان به دو بخش روتور و استاتور تقسیم کرد:

روتور توربین: مجموعه ای است از پره های توربین، چرخ ها، شفت ها و سایر قسمت های چرخشی که روی شفت نصب شده اند. وظیفه مکش جریان هوای با دمای بالا و فشار بالا به مشعل را بر عهده دارد تا عملکرد موتور را حفظ کند. روتور توربین در دمای بالا و سرعت بالا کار می کند و توان بالایی را منتقل می کند، بنابراین شرایط کار آن به شدت سخت است. هنگام کار در دمای بالا، روتور توربین باید نیروی گریز از مرکز بسیار بالایی را تحمل کند و همچنین تحت تأثیر گشتاور آیرودینامیکی و غیره قرار دارد. محیط دمای بالا باعث کاهش استحکام نهایی مواد پره توربین می شود و همچنین باعث خزش و خزش می شود. فرسایش مواد پره توربین

استاتور توربین: از پره های راهنمای توربین، حلقه بیرونی و حلقه داخلی تشکیل شده است. روی محفظه ثابت است و وظیفه اصلی آن پخش و اصلاح جریان هوا برای روتور توربین مرحله بعدی است تا مثلث سرعت پره های کار توربین را برآورده کند.

به منظور بهبود شاخص‌های عملکردی مانند نسبت رانش به وزن، الزامات تحمل موتور هواپیما و پره‌های توربین گازی به دمای بالا و سرعت باد بالا به طور مداوم در حال افزایش است. در موتورهای اصلی توربوفن هواپیما، کمپرسور توربین محور دارای حداکثر است

هوای ورودی به موتور توربین با سرعت بالای هزاران دور در ثانیه می چرخد. هوا به صورت مرحله به مرحله در کمپرسور تحت فشار قرار می گیرد. نسبت فشار کمپرسور چند مرحله ای می تواند به بیش از 25 برسد. هوای تحت فشار وارد محفظه احتراق موتور می شود، با سوخت مخلوط می شود و می سوزد. شعله سوخت باید در جریان هوای پرفشار که با سرعت بالای بیش از 100 متر بر ثانیه جریان دارد، به طور پایدار بسوزد.

جریان گاز با دمای بالا و فشار بالا از محفظه احتراق، پره های توربین را به چرخش با سرعت هزاران تا ده ها هزار دور در دقیقه سوق می دهد. معمولاً دمای قبل از توربین از نقطه ذوب مواد پره توربین بیشتر می شود. در حین کار، پره های توربین موتورهای مدرن معمولاً باید دمای 1600 تا 1800 درجه، سرعت باد حدود 300 متر بر ثانیه و فشار هوای عظیم ناشی از آنها را تحمل کنند.

پره های توربین باید هزاران تا ده ها هزار ساعت در چنین محیط کاری بسیار سختی کار کنند. پره های توربین پروفیل های پیچیده ای دارند و از تعداد زیادی فناوری ساخت پیشرفته مانند انجماد جهتی، متالورژی پودر، ریخته گری سرمایه گذاری پره های توخالی پیچیده، ساخت هسته سرامیکی پیچیده و پردازش ریز سوراخ استفاده می کنند.

پره های توربین یکی از اجزای "دو ماشین" هستند که بیشترین فرآیند ساخت، طولانی ترین چرخه و کمترین سرعت عبور را دارند. ساخت پره های پیچیده توربین توخالی به فناوری اصلی در توسعه فعلی "دو ماشین" تبدیل شده است.

وضعیت بازار و روند توسعه

پره‌های موتور هواپیما و توربین‌های گازی عمدتاً شامل پره‌های فن، پره‌های توربین و پره‌های کمپرسور می‌شوند که ارزش پره‌های توربین حدود 60 درصد از هزینه کل پره‌ها را تشکیل می‌دهد. در مقایسه با پره های فن، مواد اولیه پره های توربین ارزشمندتر و پردازش آنها دشوارتر است.

پره های توربین به عنوان یکی از اجزای مهم موتور، نیاز به استفاده از مواد آلیاژی با دمای بالا دارند. فن آوری ذوب آنها نیازمند الزامات بالایی است و برخی از منابع معدنی فلزی کمیاب هستند. از نظر فرآیند تولید، پره های توربین به طور کلی از ریخته گری سرمایه گذاری برای دستیابی به دیواره های نازک و ساختارهای خنک کننده پیچیده استفاده می کنند. سختی ساخت به طور قابل توجهی بالاتر از تیغه های دیگر است.

به عنوان مثال، موتورهای هواپیمای CFM56 که به طور گسترده در سری های بوئینگ 737 و سری ایرباس 320 استفاده می شود، بیش از هزار پره توربین دارند که هر کدام بیش از 10،{4}} یوان قیمت دارند. قیمت واحد پره های توربین در قسمت های خاص حتی از 100،{6}} یوان فراتر می رود.