ประวัติการพัฒนาและแนวโน้มของใบพัดกังหัน
ใบพัดกังหันแบ่งออกเป็นสองประเภท: ใบพัดกังหันและใบพัดกังหัน
หน้าที่หลักของใบพัดกังหันคือการปรับทิศทางการไหลของก๊าซไอเสียจากห้องเผาไหม้ อุณหภูมิในการทำงานของวัสดุสามารถสูงถึงกว่า 1,100 องศา และความเครียดที่เกิดจากใบพัดกังหันโดยทั่วไปจะน้อยกว่า 70MPa ส่วนประกอบนี้มักจะถูกทิ้งเนื่องจากการบิดเบี้ยวที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนขนาดใหญ่ รอยแตกเมื่อยล้าจากความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างกะทันหัน และการไหม้ที่เกิดจากอุณหภูมิที่มากเกินไปในท้องถิ่น
ใบพัดกังหันจะอยู่ในเครื่องยนต์กังหันที่มีอุณหภูมิสูงสุด ความเครียดที่ซับซ้อนที่สุด และสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุด ส่วนประกอบนี้ต้องทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความเค้นจากแรงเหวี่ยงและความเครียดจากความร้อนขนาดใหญ่ อุณหภูมิที่ทนได้นั้นต่ำกว่าใบพัดกังหันที่สอดคล้องกัน 50-100 องศา แต่เมื่อหมุนด้วยความเร็วสูง เนื่องจากผลกระทบของแรงแอโรไดนามิกและแรงเหวี่ยง ความเค้นบนตัวใบพัดจะสูงถึง 140MPa และรากถึง { {2}}เมกะปาสคาล การปรับปรุงโครงสร้างและวัสดุของใบพัดกังหันอย่างต่อเนื่องได้กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์อากาศยาน
ใบพัดกังหัน เพลากังหัน จานกังหัน และส่วนประกอบอื่นๆ รวมกันเป็นกังหันของเครื่องยนต์อากาศยาน กังหันเป็นแหล่งพลังงานที่ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์และอุปกรณ์เสริมอื่นๆ กังหันสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: โรเตอร์และสเตเตอร์:
โรเตอร์กังหัน: ประกอบด้วยใบพัดกังหัน ล้อ เพลา และชิ้นส่วนหมุนอื่นๆ ที่ติดตั้งอยู่บนเพลา มีหน้าที่ดูดกระแสลมอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงเข้าสู่หัวเผาเพื่อรักษาการทำงานของเครื่องยนต์ โรเตอร์กังหันทำงานที่อุณหภูมิสูงและความเร็วสูง และส่งกำลังได้สูง ดังนั้นสภาพการทำงานจึงรุนแรงมาก เมื่อทำงานที่อุณหภูมิสูง โรเตอร์กังหันจะต้องทนทานต่อแรงเหวี่ยงที่สูงมาก และยังต้องได้รับผลกระทบจากแรงบิดตามหลักอากาศพลศาสตร์ด้วย เป็นต้น สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงจะลดความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุใบพัดกังหัน และยังจะทำให้เกิดการคืบคลานและ การสึกกร่อนของวัสดุใบกังหัน
สเตเตอร์กังหัน: ประกอบด้วยใบพัดกังหัน วงแหวนรอบนอก และวงแหวนด้านใน ติดตั้งอยู่บนโครงและหน้าที่หลักคือกระจายและแก้ไขการไหลเวียนของอากาศสำหรับโรเตอร์กังหันขั้นต่อไปเพื่อให้สอดคล้องกับสามเหลี่ยมความเร็วของใบพัดทำงานของกังหัน
เพื่อปรับปรุงตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ เช่น อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก ข้อกำหนดสำหรับความทนทานของเครื่องยนต์อากาศยานและใบพัดกังหันก๊าซต่ออุณหภูมิสูงและความเร็วลมสูงจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนของเครื่องบินกระแสหลัก คอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันมีค่าสูงสุด
อากาศที่เข้าสู่เครื่องยนต์กังหันหมุนด้วยความเร็วสูงหลายพันรอบต่อวินาที อากาศจะถูกเพิ่มแรงดันทีละขั้นตอนในคอมเพรสเซอร์ อัตราส่วนความดันของคอมเพรสเซอร์แบบหลายขั้นตอนสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 25 อากาศที่มีแรงดันจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ผสมกับเชื้อเพลิงและเผาไหม้ เปลวไฟเชื้อเพลิงจะต้องเผาไหม้อย่างเสถียรในกระแสลมแรงดันสูงที่ไหลด้วยความเร็วสูงมากกว่า 100 เมตร/วินาที
การไหลของก๊าซอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงจากห้องเผาไหม้ทำให้ใบพัดกังหันหมุนด้วยความเร็วหลายพันถึงหมื่นรอบต่อนาที โดยปกติแล้วอุณหภูมิก่อนที่กังหันจะเกินจุดหลอมเหลวของวัสดุใบพัดกังหัน ในระหว่างการทำงาน ใบพัดกังหันของเครื่องยนต์สมัยใหม่มักจะต้องทนต่ออุณหภูมิ 1,600~1,800 องศา ความเร็วลมประมาณ 300 เมตร/วินาที และความกดอากาศมหาศาลที่เกิดจากใบพัดกังหัน
ใบพัดกังหันต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาหลายพันถึงหมื่นชั่วโมงในสภาพแวดล้อมการทำงานที่เลวร้ายเช่นนี้ ใบพัดกังหันมีโปรไฟล์ที่ซับซ้อนและใช้เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงจำนวนมาก เช่น การแข็งตัวตามทิศทาง ผงโลหะ การหล่อการลงทุนด้วยใบมีดกลวงที่ซับซ้อน การผลิตแกนเซรามิกที่ซับซ้อน และการประมวลผลรูขนาดเล็ก
ใบพัดกังหันเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของ "เครื่องจักรสองเครื่อง" ที่มีกระบวนการผลิตมากที่สุด รอบที่ยาวที่สุด และอัตราการส่งผ่านต่ำที่สุด การผลิตใบพัดกังหันกลวงที่ซับซ้อนได้กลายเป็นเทคโนโลยีหลักในการพัฒนา "เครื่องจักรสองเครื่อง" ในปัจจุบัน
สถานะตลาดและแนวโน้มการพัฒนา
ใบพัดในเครื่องยนต์อากาศยานและกังหันก๊าซส่วนใหญ่ได้แก่ ใบพัดพัดลม ใบพัดกังหัน และใบพัดคอมเพรสเซอร์ ซึ่งมูลค่าของใบพัดกังหันคิดเป็นประมาณร้อยละ 60 ของต้นทุนใบพัดทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดลม วัตถุดิบของใบพัดกังหันมีคุณค่ามากกว่าและแปรรูปยากกว่า
เนื่องจากเป็นส่วนประกอบปลายร้อนที่สำคัญของเครื่องยนต์ ใบพัดกังหันจึงจำเป็นต้องใช้วัสดุโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง เทคโนโลยีการถลุงของพวกเขาต้องการความต้องการสูงและทรัพยากรแร่โลหะบางชนิดก็ขาดแคลน ในแง่ของกระบวนการผลิต โดยทั่วไปใบพัดกังหันจะใช้การหล่อแบบหล่อเพื่อให้ได้ผนังที่บางและโครงสร้างการทำความเย็นที่ซับซ้อน ความยากในการผลิตนั้นสูงกว่าใบมีดอื่นๆ อย่างมาก
ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์เครื่องบิน CFM56 ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในซีรีส์โบอิ้ง 737 และซีรีส์แอร์บัส 320 มีใบพัดกังหันมากกว่าหนึ่งพันใบ ซึ่งแต่ละใบมีราคามากกว่า 10,{4}} หยวน ราคาต่อหน่วยของใบพัดกังหันในชิ้นส่วนบางส่วนเกิน 100,000 หยวนด้วยซ้ำ
