Материалы для лопаток ротора.
Лопатки ротора подвергаются наибольшему силовому и температурному воздействию
по сравнению с другими деталями газовой турбины. Поэтому выбор материалов для их
изготовления является делом первостепенной важности.
У диска газовой турбины с наружным диаметром 254 мм, вращающегося со
скоростью 30 ООО об/мин, окружная скорость на периферии лопаток составляет 397
м/сек. Лопатки подвергаются воздействию больших центробежных растягивающих
усилий, которые в некоторых случаях могут превышать 21,7 кг/мм2. Лопатки также
подвергаются воздействию изгибающих усилий, возникающих вследствие отклонения
ими высокоскоростного газового потока.
Изгибающие усилия могут превышать 9,3 кг/мм2. Так как лопатки имеют в сечении
аэродинамический профиль и закреплены одним концом в диске, они подвергаются
воздействию также и определенных скручивающих усилий. Наконец, все время, пока
лопатки испытывают напряжение от всех перечисленных видов нагрузок, они
находятся в потоке газа, вызывающего при температуре 650—950° С коррозию. Таким
образом, лопатки работают при температурах, соответствующих красному или
красно-оранжевому калению. Следует также учитывать термические напряжения,
возникающие вследствие разности температур между лопатками и ротором, и
напряжения, вызываемые вибрациями, которые в некоторых случаях могут стать столь
значительными, что приведут к обрыву лопаток. Таким образом, конструирование
лопаток ротора турбины с точки зрения обеспечения их прочности является сложным
делом. Поэтому гарантией безопасности является использование данных, полученных
при испытаниях на прочность. До сих пор наиболее удовлетворительными материалами
для изготовления турбинных лопаток являются материалы, полученные путем
усовершенствования первоначальных нержавеющих сталей и хромоникелевых сплавов
типа 80/20.
Непрерывно ведутся исследования с целью получения новых жаропрочных сплавов,
удовлетворяющих всем тяжелым условиям, в которых работают турбинные лопатки, но
при еще более высоких температурах. Производственные проблемы, касающиеся
изготовления лопаток из этих более современных сплавов, должны быть решены,
хотя, как отмечалось ранее, температуры ковки все больше приближаются к
температурам плавления. Тем самым устанавливается предел применения методов
горячей обработки металлов.