מבוא להבי טורבינה
הרכיב עם תנאי העבודה הגרועים ביותר במנוע הטורבינה הוא גם המרכיב המסתובב החשוב ביותר. ברכיבי הקצה החם של מנועי מטוסים, להבי הטורבינה נתונים לשחיקת גז בטמפרטורה גבוהה ושינויי טמפרטורה במהלך מחזורי ההפעלה והכיבוי של המנוע, ולבי הרוטור נתונים לכוח צנטריפוגלי במהירות גבוהה. החומר נדרש לקבל מספיק חוזק מתיחה בטמפרטורה גבוהה, חוזק סיבולת, חוזק זחילה, כמו גם חוזק עייפות טוב, עמידות בפני חמצון, עמידות בפני קורוזיה בגז ופלסטיות מתאימה. בנוסף, נדרשים גם יציבות ארגונית ארוכת טווח, חוזק השפעה טוב, יכולתיות וצפיפות נמוכה נדרשים.
טמפרטורת כניסת הגז של מנועי מטוסים מתקדמים מגיעה ל 1380 מעלות והדחף מגיע ל 226KN. להבי הטורבינה נתונים לכוחות אווירודינמיים וצנטריפוגלים, כאשר הלהבים נושאים לחץ מתיחה של כ- 140MPA; שורש הלהב נושא לחץ ממוצע של 280 ~ 560MPA, וגוף הלהב המתאים נושא טמפרטורה של 650 ~ 980 מעלות, ושורש הלהב הוא בערך 760 מעלות.
רמת הביצועים של להבי הטורבינה (במיוחד יכולת נשיאת הטמפרטורה) הפכה לאינדיקטור חשוב לרמה המתקדמת של דגם של המנוע. במובן מסוים, תהליך הליהוק של להבי מנוע עתידיים קובע ישירות את ביצועי המנוע והוא גם ענף תעופה לאומי. סימן משמעותי ברמה.
עיצוב צורת להב
מכיוון שיש להבים רבים, אם הם מתוכננים לצורות קבועות ישרות, ניתן להפחית הרבה טכנולוגיית עיבוד, ניתן להוריד את קושי העיצוב וניתן להפחית הרבה עלויות. עם זאת, מרבית הלהבים מעוותים ומעוקלים.
הרשו לי להציג בפניכם תחילה כמה מושגים בסיסיים של עלים.
ראשית, מהו רץ? להלן שתי דיאגרמות רץ טיפוסיות.
תרשים זרימת מדחס
תרשים נתיב זרימת טורבינה
שנית, מהי נוסחת החישוב למהירות ההיקפית? בערוץ הזרימה, המהירות ההיקפית שונה ברדיוסים שונים (ניתן להשיג זאת בהתאם לנוסחת החישוב באיור למטה)
מהירות היקפית, מהי זווית ההתקפה של זרימת האוויר? זווית ההתקפה של זרימת האוויר היא הזווית בין זרימת האוויר לאקורד הלהב יחסית לכיוון מהירות הלהב.
נטילת כנף המטוס כדוגמה, מוצגת זווית ההתקפה של זרימת האוויר. בשלב הבא, מדוע יש להסביר את הלהב? מכיוון שהמהירויות ההיקפיות ברדיוסים שונים בתעלת הזרימה שונים, זווית ההתקפה של זרימת האוויר ברמות פרימיטיביות רדיוס שונות משתנה מאוד; בקצה הלהב, בגלל הרדיוס הגדול ומהירות ההיקפית הגדולה, נגרמת זווית התקפה חיובית גדולה, וכתוצאה מכך הפרדת זרימת אוויר קשה בגב הלהב; בשורש הלהב, בגלל הרדיוס הקטן ומהירות ההיקפית הקטנה, נגרמת זווית התקפה שלילית גדולה, וכתוצאה מכך הפרדת זרימת אוויר קשה באגן הלהב של הלהב.
לפיכך, עבור להבים ישרים, למעט חלק מהקוטר האמצעי הקרוב ביותר שעדיין יכול לעבוד, שאר החלקים יפיקו הפרדת זרימת אוויר רצינית, כלומר היעילות של מדחס או טורבינה העובדים עם להבים ישרים היא גרועה ביותר, ואף עשויה להגיע לנקודה בה היא לא יכולה לפעול בכלל. זו הסיבה שיש לעוות את הלהבים.
היסטוריית פיתוח
ככל שכוח מנועי המטוסים ממשיך לעלות, הוא מושג על ידי הגדלת טמפרטורת כניסת המדחס, הדורשת שימוש בלהבים מתקדמים עם עמידות גבוהה יותר לטמפרטורה. בנוסף לתנאי טמפרטורה גבוהה, סביבת העבודה של להבי הקצה החם נמצאת גם במצב קיצוני של לחץ גבוה, עומס גבוה, רטט גבוה וקורוזיה גבוהה, כך שהלהבים נדרשים להיות בעלי ביצועים מקיפים במיוחד. זה מחייב את הלהבים להיות עשויים מחומרי סגסוגת מיוחדים (סגסוגות בטמפרטורה גבוהה) ותהליכי ייצור מיוחדים (יציקת דיוק בתוספת מיצוק כיווני) כדי ליצור מבני מטריצה מיוחדים (מבני קריסטל בודדים) כדי לענות על הצרכים במידה רבה האפשרית.
להבי טורבינה חלולים מורכבים-גבישיים מורכבים הפכו לטכנולוגיית הליבה של מנועי יחס דחף לשקלון גבוה לשקל. זהו המחקר והשימוש בחומרים מתקדמים של סגסוגת גבישים יחידה והופעתה של טכנולוגיית ייצור להב יחיד עם קריסטל יחיד עם קיר אולטרה-אוויר, המאפשרת טכנולוגיית הכנת גבישים חד-פעמיים למלא תפקיד מפתח במנועי התעופה הצבאיים והמסחריים המתקדמים ביותר של ימינו. נכון לעכשיו, להבי גבישים יחיד לא הותקנו רק בכל מנועי התעופה המתקדמים, אלא משמשים יותר ויותר בטורבינות גז כבדות.
סגסוגות סופר -גביש יחיד הן סוג של חומרי להב מנוע מתקדמים שפותחו על בסיס גבישים שווים וקריסטלים עמודים כיווניים. מאז תחילת שנות השמונים, הדור הראשון של סגסוגות סופר -גביש יחיד כמו PWA1480 ו- RENEN4 נמצא בשימוש נרחב במגוון מנועי מטוסים. בסוף שנות השמונים, הדור השני של להבי סגסוגת סופר -גבישים יחידה המיוצגים על ידי PWA1484 ו- RENEN5 נעשה שימוש נרחב גם במנועי מטוסים מתקדמים כמו CFM56, F100, F110 ו- PW4000. נכון לעכשיו, הדור השני של סגסוגות סופר -גביש יחיד בארצות הברית התבגר ונמצא בשימוש נרחב במנועי מטוסים צבאיים ואזרחיים.
בהשוואה לסגסוגות הקריסטל הבודדות מהדור הראשון, סגסוגות הגבישים הבודדות מהדור השני המיוצגות על ידי PWA1484 של PW, CMSX -4 של PW, ו- Rene'n5 של GE הגדילו את טמפרטורת התפעול שלהן על ידי הוספת 3% רניום והגברת תכולת המוליבדן, והשיגו את איזון האוקוזציה טוב.
בסגסוגת הקריסטל היחידה השלישית Rene N6 ו- CMSX -10, הרכב הסגסוגת מותאם בצעד אחד, מוגבר התוכן הכולל של אלמנטים בלתי מסיסים עם רדיוס אטומי גדול, במיוחד תוספת של יותר מ 5WT% רניום, מה שמספר את החוזק של כל הזרם, ש- Thorty Generatory הוא הרבה יותר מהשורה של זמן רב, מה שרוחם של זמן רב יותר מהזמן רב יותר. של בערך 10 שעות, ויש לו גם עמידות בעלת חוזק גבוה לעייפות תרמית, חמצון וקורוזיה תרמית.
ארצות הברית ויפן פיתחו ברציפות את הדור הרביעי של סגסוגות קריסטל יחיד. על ידי הוספת רותניום, שופרה עוד יותר את היציבות של מיקרו-מבנה הסגסוגת, וחוזק החשיפה לטמפרטורה גבוהה לטווח הארוך. חיי הסיבולת שלה ב -1100 מעלות גבוהים פי 10 מזו של סגסוגת הקריסטל היחידה השנייה, וטמפרטורת ההפעלה הגיעה ל 1200 מעלות. הרכב הקריסטל היחיד של אותו דור מוצג להלן.
חומר בסיס להב וטכנולוגיית ייצור
להבי סגסוגת טמפרטורה גבוהה מעוותים
לפיתוח סגסוגות בטמפרטורה גבוהה מעוות יש היסטוריה של יותר מ 50 שנה. סגסוגות הטמפרטורה הגבוהה הנפוצה לעיוות עבור להבי מנועי מטוסים מקומיים מוצגים בטבלה 1. עם עליית האלומיניום, טיטניום, טונגסטן ותכולת מוליבדן בסגסוגות בטמפרטורה גבוהה, תכונות החומר ממשיכות להשתפר, אך ביצועי העבודה החמים יורדים; לאחר הוספת קובלט של אלמנט הסגסוגת היקר, ניתן לשפר את הביצועים המקיפים של החומר וניתן לשפר את היציבות של המבנה בטמפרטורה הגבוהה.
הלהבים הם חלקים מרכזיים במנועי מטוסים, ונפח הייצור שלהם מהווה כ- 30% מכלל נפח ייצור המנוע.
להבי מנועי מטוסים הם חלקים דקים עם קירות דקים ומעוותים בקלות. כיצד לשלוט בעיוות שלהם ולעבד אותם ביעילות ובאיכות גבוהה הוא אחד הנושאים המחקריים החשובים בענף ייצור הלהבים.
עם הופעתם של כלי מכונת CNC בעלי ביצועים גבוהים, תהליך הייצור של להבי הטורבינה עבר גם שינויים גדולים. ללהבים המעובדים בטכנולוגיית עיבוד שבבי CNC מדויקים יש מחזורי דיוק וקצרי ייצור קצרים, בדרך כלל 6 עד 12 חודשים בסין (עיבוד חצי גימור חצי גימור); ו -3 עד 6 חודשים בחו"ל (עיבוד שאינו מבצע שאף).
