Įvadas į turbinų ašmenis
Komponentas, turintis blogiausias darbo sąlygas turbinos variklyje, taip pat yra svarbiausias besisukantis komponentas. Orlaivio variklių karšto galo komponentams turbinų ašmenys yra veikiami aukštos temperatūros dujų erozijos ir temperatūros pokyčių variklio paleidimo ir išjungimo ciklų metu, o rotoriaus ašmenys dideliu greičiu veikia išcentrine jėga. Reikalaujama, kad medžiaga turėtų pakankamai aukštos temperatūros tempimo stiprumo, ištvermės stiprumo, šliaužimo stiprumo, taip pat gero nuovargio stiprumo, atsparumo oksidacijai, atsparumo dujų korozijai ir tinkamam plastiškumui. Be to, taip pat reikalingi ilgalaikis organizacinis stabilumas, geras poveikio stiprumas, išmetamumas ir mažas tankis.
Pažangių orlaivių variklių dujų įleidimo temperatūra siekia 1380 laipsnius, o trauka siekia 226NK. Turbinos ašmenys yra veikiami aerodinaminės ir išcentrinės jėgos, o ašmenys sukelia maždaug 140MPa tempimo įtempį; Ašmenų šaknys patiria vidutinį 280 ~ 560MPa įtempį, o atitinkamas ašmenų korpusas yra 650 ~ 980 laipsnių temperatūra, o ašmenų šaknis - apie 760 laipsnių.
Turbinų ašmenų (ypač temperatūros guolio talpos) našumo lygis tapo svarbiu variklio modelio pažengusio lygio rodikliu. Tam tikra prasme būsimų variklio ašmenų liejimo procesas tiesiogiai lemia variklio veikimą, taip pat yra nacionalinė aviacijos pramonė. Reikšmingas lygio ženklas.
Ašmenų formos dizainas
Kadangi yra daug peilių, jei jie yra suprojektuoti į tiesiogines įprastas formas, galima sumažinti daug perdirbimo technologijos, dizaino sunkumus galima sumažinti, o daug išlaidų galima sumažinti. Tačiau dauguma ašmenų yra susukti ir išlenkti.
Pirmiausia leiskite man pristatyti keletą pagrindinių lapų sąvokų.
Pirma, kas yra bėgikas? Žemiau yra dvi tipiškos bėgiko schemos.
Kompresoriaus srauto schema
Turbinos srauto kelio diagrama
Antra, kokia yra apskritimo greičio skaičiavimo formulė? Srauto kanale esančio srauto greitis skiriasi skirtingais spinduliais (tai galima gauti pagal skaičiavimo formulę žemiau esančiame paveikslėlyje).
Apygardos greitis, koks yra oro srauto atakos kampas? Oro srauto atakos kampas yra kampas tarp oro srauto ir ašmenų stygos, palyginti su ašmenų greičio kryptimi.
Paimant lėktuvo sparną kaip pavyzdį, parodytas oro srauto atakos kampas. Toliau paaiškinama, kodėl ašmenys turi būti susukti? Kadangi apskritimo greitis skirtinguose spinduliuose srauto kanale skiriasi, oro srauto atakos kampas skirtingo spindulio primityviomis lygmenimis labai skiriasi; Ašmenų gale dėl didelio spindulio ir didelio apskritimo greičio atsiranda didelis teigiamas atakos kampas, todėl ašmenų gale yra rimtas oro srauto atskyrimas; Dėl ašmenų šaknies dėl mažo spindulio ir mažo apskritimo greičio atsiranda didelis neigiamas atakos kampas, todėl ašmenų ašmenų baseine rimtai atsiskyrė oro srautas.
Todėl tiesiems ašmenims, išskyrus dalį artimiausio vidurio skersmens, kuris vis dar gali veikti, likusios dalys sukels rimtą oro srauto atskyrimą, tai yra, kompresoriaus ar turbinos efektyvumas, dirbantis su tiesiais ašmenimis, yra ypač prasta ir netgi gali pasiekti tašką, kuriame jis iš viso negali veikti. Štai kodėl ašmenys turi būti susukti.
Vystymosi istorija
Didėjant orlaivių variklių galiai, ji pasiekiama padidinus kompresoriaus įleidimo temperatūrą, kuriai reikia naudoti pažangių peiliukų, turinčių didesnį ir aukštesnį atsparumą temperatūrai. Be aukštos temperatūros sąlygų, karštų galutinių peilių darbo aplinka taip pat yra aukšto slėgio, didelės apkrovos, didelės vibracijos ir didelės korozijos, todėl peiliukai turi būti ypač aukštai išsamiai. Tam reikia, kad ašmenys būtų pagaminti iš specialių lydinių medžiagų (aukštos temperatūros lydinių) ir specialių gamybos procesų (tikslaus liejimo ir kryptinio kietėjimo), kad būtų sukurtos specialios matricos struktūros (vienos kristalų struktūros), kad būtų kuo labiau įmanoma patenkinti poreikius.
Sudėtingi vieno kristalo tuščiaviduriai turbinų ašmenys tapo pagrindine dabartinių didelio traukos ir svorio santykio variklių technologija. Tai yra pažangių vieno kristalų lydinio medžiagų tyrimai ir panaudojimas bei dvigubos sienos ypač aušintos vieno kristalų ašmenų gamybos technologija, leidžianti vieno kristalų paruošimo technologijai atlikti pagrindinį vaidmenį labiausiai pažangiausiose karinės ir komercinės aviacijos varikliuose. Šiuo metu ant vieno kristalo ašmenų ne tik buvo sumontuoti visi pažengusiųjų aviacijos varikliai, bet ir vis dažniau naudojami sunkiosiose dujų turbinose.
Vieno kristalų superlydai yra pažangių variklio ašmenų medžiagų rūšis, sukurta remiantis lygiaverčiais kristalais ir kryptiniais stulpeliniais kristalais. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios pirmosios kartos pavienių krištolo superlaidų, tokių kaip PWA1480 ir RENEN4, buvo plačiai naudojami įvairiuose orlaivių varikliuose. Devintojo dešimtmečio pabaigoje antrosios kartos pavienių kristalų superlloy ašmenys, atstovaujami PWA1484 ir RENEN5, taip pat buvo plačiai naudojami pažengusiuose orlaivių varikliuose, tokiuose kaip CFM56, F100, F110 ir PW4000. Šiuo metu antrosios kartos pavienių krištolo superlydų karta JAV subrendo ir yra plačiai naudojami kariniuose ir civiliuose orlaivių varikliuose.
Palyginti su pirmosios kartos pavienių kristalų lydiniais, antros kartos pavienių kristalų lydiniai, vaizduojami PW PWA1484, RR CMSX -4, o GE rene'n5 padidino savo darbo temperatūrą 30 laipsnių, pridedant 3% renium ir tinkamai padidindami molibdenumo kiekį.
Trečiajame vieno kristalo lydinio rene N6 ir CMSX -10 lydinio sudėtis optimizuota vienu žingsniu, bendras netirpių elementų, turinčių didelį atominį spindulį Maždaug 10 valandų, taip pat turi didelį atsparumą šiluminiam nuovargiui, oksidacijai ir šiluminei korozijai.
JAV ir Japonija iš eilės sukūrė ketvirtosios kartos pavienių kristalų lydinius. Pridedant rutenio, lydinio mikrostruktūros stabilumas buvo dar labiau pagerintas, o šliaužimo stipris ilgalaikėje aukštos temperatūros poveikyje padidėjo. Jo ištvermės laikas yra 1100 laipsnių, 10 kartų didesnis nei antrojo kristalo lydinio, o darbinė temperatūra siekė 1200 laipsnių. Tos pačios kartos kristalų kompozicija parodyta žemiau.
Ašmenų bazinė medžiaga ir gamybos technologija
Deformuoti aukštos temperatūros lydinio ašmenys
Deformuojamų aukštos temperatūros lydinių vystymasis yra daugiau nei 50 metų. Paprastai naudojami deformuojami aukštos temperatūros lydiniai naminių orlaivių variklio ašmenims yra parodyti 1 lentelėje. Padidėjus aliuminio, titano, volframeno ir molibdeno kiekiui aukštos temperatūros lydiniuose, medžiagų savybės ir toliau gerėja, tačiau karštas darbo rezultatai mažėja; Pridėjus brangų lydinio elemento kobaltą, galima pagerinti išsamią medžiagos našumą ir pagerinti aukštos temperatūros struktūros stabilumą.
Ašmenys yra pagrindinės orlaivių variklių dalys, o jų gamybos apimtis sudaro apie 30% viso variklio gamybos apimties.
Orlaivio variklio ašmenys yra plonos sienelės ir lengvai deformuotos dalys. Kaip valdyti jų deformaciją ir efektyviai jas apdoroti, o aukštos kokybės esant aukštai, yra viena iš svarbių „Blade“ gamybos pramonės tyrimų temų.
Atsiradus aukštos kokybės CNC staklėms, turbinų peiliukų gamybos procesas taip pat patyrė didelių pokyčių. Ašmenys, apdoroti naudojant tikslią CNC apdirbimo technologiją, turi aukštą tikslumą ir trumpus gamybos ciklus, paprastai 6–12 mėnesių Kinijoje (pusiau baigti apdirbimas); ir 3–6 mėnesius užsienyje (apdirbimas be reziducijos).
