タービンブレードの開発の歴史と動向
タービンブレードは、タービンガイドブレードとタービン作動ブレードの 2 つのカテゴリに分類されます。
タービンガイドベーンの主な機能は、燃焼室からの排気ガスの流れの方向を調整することです。材料の動作温度は 1,100 度以上に達することがあり、タービン ガイド ベーンが負担する応力は一般に 70MPa 未満です。この部品は、大きな熱応力による歪み、急激な温度変化による熱疲労亀裂、局所的な過度の温度による焼けによりスクラップになることがよくあります。
タービンブレードは、最も高温、最も複雑な応力、そして最悪の環境のタービンエンジン内に位置しています。このコンポーネントは、高温、大きな遠心力や熱応力に耐える必要があります。対応するタービン案内翼に比べて50-100度低い耐熱温度ですが、高速回転時には空力や遠心力の影響により翼本体にかかる応力は140MPaに達し、根元は50-100度に達します。 {2}}MPa。タービンブレードの構造と材料の継続的な改良は、航空機エンジンの性能を向上させる重要な要素の 1 つとなっています。
タービンブレード、タービンシャフト、タービンディスク、およびその他の部品が一緒になって航空機エンジンのタービンを形成します。タービンは、コンプレッサーやその他の付属品を駆動する動力源です。タービンは、ローターとステーターの 2 つのコンポーネントに分けることができます。
タービンローター：タービンブレード、ホイール、シャフトおよびシャフトに取り付けられたその他の回転部品で構成される全体です。高温高圧の空気流をバーナーに吸い込み、エンジンの動作を維持する役割を果たします。タービンローターは高温・高速で動作し、大出力を伝達するため、その使用条件は非常に過酷です。高温で使用される場合、タービンローターは非常に大きな遠心力に耐える必要があり、空力トルクなどの影響も受けます。高温環境ではタービン翼の材質の限界強度が低下し、クリープやクリープ現象が発生します。タービンブレードの材料の浸食。
タービンステータ：タービンガイドブレード、外輪、内輪で構成されます。これはケーシングに固定されており、その主な機能は、タービン作動ブレードの速度三角を満たすように次段タービンローターへの空気流を拡散および整流することです。
推力重量比などの性能指標を向上させるために、航空機エンジンとガスタービンブレードの高温および高風速に対する耐性の要件は常に高まっています。主流の航空機ターボファン エンジンでは、タービン駆動コンプレッサーの最大出力は次のとおりです。
タービン エンジンに流入する空気は、毎秒数千回転の高速で回転します。空気はコンプレッサーで段階的に加圧されます。多段コンプレッサーの圧力比は 25 以上に達することがあります。加圧された空気はエンジンの燃焼室に入り、燃料と混合して燃焼します。燃料の火炎は、100m/s以上の高速で流れる高圧の空気流の中で安定して燃焼する必要があります。
燃焼室からの高温高圧のガスの流れにより、タービンブレードが毎分数千から数万回転の速度で回転します。通常、タービン前の温度はタービンブレードの材料の融点を超えます。現代のエンジンのタービンブレードは、運転中、通常、1600～1800度の温度、約300m/sの風速、およびそれらによって引き起こされる巨大な空気圧に耐えなければなりません。
タービンブレードは、このような非常に過酷な作業環境において、数千時間から数万時間にわたって確実に動作する必要があります。タービンブレードは複雑な形状をしており、方向性凝固、粉末冶金、複雑な中空ブレードインベストメント鋳造、複雑なセラミックコアの製造、微細穴加工など、多数の高度な製造技術が使用されています。
タービンブレードは、製造工程が最も多く、サイクルが最も長く、合格率が最も低い「2 つの機械」のコンポーネントの 1 つです。複雑な中空タービンブレードの製造は、現在の「2台の機械」の開発の中核技術となっています。
市場の現状と開発動向
航空機エンジンやガスタービンのブレードには主にファンブレード、タービンブレード、コンプレッサーブレードが含まれており、このうちタービンブレードの価値はブレードコスト全体の約60％を占めます。タービンブレードの原材料はファンブレードに比べて高価であり、加工が困難です。
エンジンの重要なホットエンド部品であるタービンブレードには、高温合金材料の使用が必要です。彼らの製錬技術には高度な要件が要求され、一部の金属鉱物資源は希少です。製造プロセスの観点から見ると、タービンブレードは一般にインベストメント鋳造を使用して、薄壁と複雑な冷却構造を実現します。製造難易度は他のブレードに比べて非常に高いです。
たとえば、ボーイング 737 シリーズやエアバス 320 シリーズで広く使用されている CFM56 航空機エンジンには 1,000 枚以上のタービンブレードがあり、それぞれのコストは 10,000 元以上です。一部の部品のタービンブレードの単価は 100,000 元を超えます。
