Scan011520103401

Rozdział 20

■ >r VI KA TURBINY - PRZYKŁAD ELEMENTU I l < >IEK KOWANEGO Z UWZGLĘDNIENIEM - >< ,VANICZEŃ WYNIKAJĄCYCH Z PEŁZANIA

Wprowadzenie

\ |»»>pi /cdnim rozdziale pokazaliśmy, jak ważna jest podstawowa wiedza ... ham/mach pełzania dla rozwoju materiałów o dobrej odporności na , i mir Znakomitym przykładem wykorzystania tej wiedzy jest rozwój ... u* i inlów stosowanych do budowy wysokociśnieniowego stopnia turbiny *    . I w spółczesnego samolotu. Analizując to zagadnienie, określimy jakie

i . iwo,ci musi wykazywać taki materiał, sposób w jaki aktualnie stoso-m ni.iirnaly zostały opracowane, a także możliwe kierunki ich dalszego

I ii w 111II

lal wiadomo, teoretyczna termodynamiczna sprawność silnika cieplnego

. by i wyrażona jako    _

T - T ²\ ¹2

T_x

= 1

T_x

- i

V i

t Z

y

MA

\

219

ŁOPATKA TURBINY - PROJEKTOWANIE Z UWZGLĘDNIENIEM PEŁZANIA

Rys. 20.1. Sprawność silnika turbinowego w funkcji temperatury na wlocie

Jest oczywiście i drugi czynnik - osiągi silników o określonej wielkości. Na rysunku 20.2 przedstawiono typowy wykres mocy silnika w funkcji temperatury na wlocie do turbiny. Zależność ta rośnie liniowo z temperaturą i jest to powodem dążenia do podwyższania temperatury na wlocie do turbiny, w celu poprawy stosunku mocy do masy samolotu i osiągnięcia korzyści finansowych, płynących z możliwości przewozu większych ładunków.

Rys. 20.2. Moc silnika turbinowego w funkcji temperatury na wlocie

Właściwości, jakie musi wykazywać łopatka turbiny

Prześledźmy teraz przebieg rozwoju materiałów na łopatki turbiny, aby sprostały warunkom wzrastającej temperatury silnika. Chociaż dotychczas kładliśmy nacisk na dużą odporność na pełzanie, materiał łopatki musi również spełnić szereg innych wymagań. Wymagania te zestawiono w tabl. 20.1.

1

i. /, i / . temperatury (w kelwinach) odpowiednio źródła ciepła i na i . ni z silnika. Oczywiście, im większa wartość T_u tym większa maksy-.m ilu a sprawność silnika. W praktyce, rzeczywista sprawność jest znacznie nmii is si od teoretycznej, jednak podwyższenie temperatury spalania w silniku , . \ ad i do wzrostu sprawności. Na rysunku 20.1 pokazano zależność iu a w ności lotniczego silnika turbinowego dwuprzepływowego w funkcji tem-i i.iiiuy na wlocie turbiny. W 1950 r. temperatura pracy typowego silnika nosiła 700°C. Ze względu na stromo rosnącą krzywą zużycia paliwa w tej i. mpciałurze, istniało silne dążenie do jej podwyższenia. W 1975 r. silnik RB211 pi ac owal już w temp. 1350°C, uzyskując 50% oszczędności paliwa najedli.* il.c; mocy, w porównaniu do silnika z 1950 r. Ze względu na płaską krzywą u za i ia paliwa od temp. 1400°C, dalsza poprawa właściwości materiałów nie sdaje się być uzasadniona dla uzyskania oszczędności paliwa. Skąd więc Im. i r się ciągle dążenie do opracowania materiałów, które umożliwiają pracę lin bili w coraz to wyższych temperaturach?