¿Cuáles son los materiales de las cuchillas de la turbina del motor de aviones? ¿Cuáles son los métodos de enfriamiento de las cuchillas de la turbina?
Las cuchillas de la turbina son un componente importante de la sección de turbina en un motor de turbina de gas. Las cuchillas giratorias de alta velocidad son responsables de atraer aire de alta temperatura y alta presión en el quemador para mantener el trabajo del motor. A continuación, permítanme decirle en detalle cuáles son los materiales para las cuchillas de la turbina del motor de la aeronave y cuáles son los métodos de enfriamiento para las cuchillas de la turbina.
1. ¿Cuáles son los materiales de las cuchillas de la turbina del motor de la aeronave?
A. aleación de alta temperatura deformada
El desarrollo de las superalloys forjadas tiene una historia de más de 50 años. Las superailo de la realización comúnmente utilizadas en los motores de aviones nacionales son principalmente sistemas de aleación de Cr-Ni y sistemas de aleación CR-Co. Para obtener más detalles, consulte la Tabla 1. A medida que aumenta el contenido de aluminio, titanio, tungsteno y molibdeno en las superailoyas, las propiedades del material continúan mejorando, pero la trabajabilidad caliente disminuye; Agregar costoso elemento de aleación Cobalt puede mejorar las propiedades generales del material y mejorar la estabilidad de la estructura de alta temperatura.
B. ENCUENTRA SUPERALLOYES
La estabilidad del rodamiento de las palas de turbina fundida aumentó de aproximadamente 750 ° C en la década de 1940 a aproximadamente 1700 ° C en la década de 1990. Las superalloys de fundición para cuchillas se muestran en la Tabla 2.
C. Formación superplástica de aleaciones de titanio
En la actualidad, las aleaciones de titanio más utilizadas para las cuchillas de formación superplástica son Ti6al4v y Ti6al2Sn4Zr2MO. Más materiales de aleación de titanio se muestran en la Tabla 3. Aunque la aplicación de materiales compuestos tiene una tendencia creciente recientemente, hay desventajas que son difíciles de resolver en esta etapa, como: altos costos de fabricación, no se pueden reciclar y tiene una alta alta Rendimiento de la temperatura, por lo que las aleaciones de titanio siguen siendo los materiales principales para piezas de formación superplástica, como las cuchillas del motor de la aeronave.
D. Compuestos intermetálicos
Este es un nuevo tipo de material que puede reemplazar por completo las superalloys. Las superalloys formarán una fase y cuando trabajen a altas temperaturas. Los estudios han demostrado que esta fase es la razón principal de la alta resistencia a la temperatura, la resistencia a la fluencia y la resistencia a la oxidación de alta temperatura del material. Por lo tanto, las personas comenzaron a estudiar materiales compuestos intermetálicos. Los compuestos intermetálicos, cuya densidad es solo la mitad que la de superailoyas, se pueden usar al menos en segmentos de baja presión para reemplazar las superlares.
E. Nuevos materiales
El motor GE90-115B producido por General Motors de los Estados Unidos utiliza cuchillas de polímero de fibra de carbono y bordes de cuchilla de aleación de titanio. Hay 22 cuchillas de turbofan en total, con un solo peso de 30-50 libras y un peso total de 2000 libras. Puede proporcionar la mejor relación empuje-peso y actualmente es la cuchilla de motor a avión más grande utilizada en los aviones Boeing 777.
¿Cuáles son los materiales de las palas de la turbina del motor de aviones?
2. ¿Cuáles son los métodos de enfriamiento de las cuchillas de la turbina?
En el campo de los motores aerodinámicos, el enfriamiento convectivo, el enfriamiento por impacto, el enfriamiento de películas y el enfriamiento divergente se han desarrollado sucesivamente. El propósito del enfriamiento es aumentar la temperatura antes de la turbina para mejorar el rendimiento del motor, hacer que el campo de temperatura en las cuchillas se distribuya uniformemente y reduzca el estrés térmico. .
1. Enfriamiento de la convección
El enfriamiento convectivo es uno de los métodos de enfriamiento ampliamente utilizados hoy en día. El aire de enfriamiento pasa a través de varios pasajes especiales dentro de la cuchilla, y a través de esta convección, intercambia calor con la pared interna de la cuchilla, de modo que la temperatura de la cuchilla se reduce para lograr el efecto de enfriamiento, y el efecto de enfriamiento es de 200 ° C a 250 ° C.
2. Tipo de impacto
El enfriamiento por impacto es el enfriamiento por spray, que utiliza uno o más chorros de aire de enfriamiento para enfrentar la superficie para enfriar para mejorar la capacidad de transferencia de calor local, y es adecuado para un enfriamiento mejorado en áreas locales de alta temperatura, como el enfriamiento por spray en el borde delantero de La cuchilla fue adoptada primero. En principio, el enfriamiento de impacto todavía pertenece al enfriamiento convectivo.
3. Enfriamiento de la película aérea
El aire de enfriamiento ingresa a la cavidad interna de la cuchilla desde el extremo de la cuchilla, y la hoja de turbina de enfriamiento de la película de aire está diseñada y fabricada con una gran cantidad de pequeños agujeros. Se separa del gas de alta temperatura para lograr el propósito de enfriar las cuchillas de la turbina.
4. Enfriamiento divergente
El enfriamiento divergente, también conocido como enfriamiento del sudor, es un tipo de tecnología de enfriamiento turbo en la que el aire de enfriamiento impregna la cavidad interna de la cuchilla a través de numerosos microporos en la pared de la cuchilla, al igual que el sudor.
Es una cuchilla hueca hecha de laminados porosos de aleación de alta temperatura, y el aire de enfriamiento de alta presión fluye de la cavidad interna de la cuchilla a través de los densos poros en la pared y fluye a la superficie exterior de la cuchilla. Se forma una capa de aislamiento de cavidad completa y continua entre el gas de alta temperatura y la superficie de la cuchilla, que no solo puede separar completamente la superficie de la cuchilla del gas, sino que también absorber parte del calor en la superficie de la cuchilla. . Este método de enfriamiento puede hacer del material de la cuchilla, la temperatura está cerca de la temperatura del aire de enfriamiento. [3]
Los problemas técnicos que enfrentan este método de enfriamiento son que el material poroso se bloquea fácilmente después de la oxidación, cada capa debe ser porosa, los agujeros no son fáciles de alinear y el proceso es complicado.
Por cada aumento de 100 ° C en la temperatura antes de la turbina, el rendimiento del motor aumentará en al menos un 10% bajo la condición de que el tamaño del motor sigue siendo el mismo. Es por eso que la temperatura antes de la turbina se ha convertido en un indicador importante para que podamos medir la calidad del motor.
