Varför är turbinblad inte gjorda av titan, bara kompressorblad?

14

Enligt den här videon på jetmotorblad används titan aldrig för turbinen eftersom den smälter och brinner vid flamans temperatur ". Endast kompressorns blad är gjorda av detta material.

Titanets smältningstemperatur är dock högre än vad som helst av stållegeringar som jag kunde hitta, och titan ger ett skyddande skikt av oxider på ytan. Vilka andra egenskaper hos titan gör det omöjligt?

    
uppsättning finite graygreen 02.01.2015 17:56

2 svar

25

Titan är olämpligt eftersom det kommer att reagera med syre och kol vid hög temperatur, långt under smältpunkten, vilket gör det väldigt svårt och sprött. Svetstitan är mycket komplicerat eftersom det måste skyddas extremt bra från vilket syre som helst när det är varmt. Ti $ _3 $ O kommer att bilda över 500 ° C och Ti $ _2 $ O över 600 ° C.

Ursprungligen var turbinbladen gjorda av stållegeringar, men de har förskjutits av nickellegeringar .

De arbetar också i en miljö som kräver konstant kylning , så de kan vara 200 - 300 ° C svalare än turbininmatningstemperaturen för den gas som kommer från förbränningen (arna). Moderna turbinbladen är ihåliga och har en perforering vid framkanten. Trycksatt, relativt kall luft tvingas genom knivarna och perforeringen och strömmar runt bladets yta, vilket skapar ett kallt ark för att skydda bladet från den heta gasen. Även innan turbin ingås accelereras gasen, vilket redan sänker temperaturen. Se diagrammet nedan för parametrarna i en äldre motor från denna källa.

Kortast över bränsleinsprutarna är den maximala gastemperaturen på ca. 1800 ° C nås, som sjunker till 1100 ° C vid ingången till det första turbinen. Observera att denna temperatur har ökats till 1500 ° C i moderna militära motorer! Samtidigt är den högsta temperaturen ansluten till den lägsta hastigheten (30 m / s), och flödet accelererar till 200 m / s direkt innan det går in i det första turbinen.

Titan i kontakt med syre skulle förlora mycket av dess styrka vid dessa temperaturer, trots att smältpunkten är vid 1650 ° C.

    
svaret ges 02.01.2015 21:29
4

Förutom kylning och nickellegeringar används två andra tekniker: monokristallin gjutning och termisk barriärbeläggning.

Termiska barriärbeläggningar , i samverkan med kylning, tillåter drift nära smältpunkten för basmaterialet (som refererad ovan). TBC består vanligtvis av yttrium-stabiliserad zirkoniumoxid, som har mycket låg värmeledningsförmåga och en värmeutvidgningskoefficient i närheten av nickellegeringar. Detta gör den oförenlig med titan, som har en lägre CTE; De olika tillväxthastigheterna inducerar stress i beläggningen, så småningom sprickar den.

Dessutom är YSZ syrepermeabelt vid höga temperaturer. Detta kan minskas (temporärt) av ett underlag, men så småningom tränger syre till substratet. Nickellegeringar är väsentligen mer oxidationsbeständiga vid temperatur än titan, som tidigare nämnts, så att de också är mer kompatibla med TBC på detta sätt.

Den andra tekniken som används i roterande komponenter i varm sektion är monokristallin gjutning . Enkelt uttryckt, större kristaller motstår kryp eftersom de är mindre benägna att kombinera med andra kristaller, och du blir inte större än en enda kristall. Enligt min kunskap finns det ingenting om titangjutningslegeringar som gör dem oförenliga med gjutning av enstaka kristaller.

    
svaret ges 10.12.2016 15:01