Zastosowanie tytanu w turbinach gazowych
Nowoczesne rozwiązania w zakresie materiałów, z jakich wykonane produkowane są turbiny gazowe, zawsze były niezwykle istotne. Wyższa odporność materiału na wyższe poziomy temperatur roboczych bezpośrednio przekłada się na większe osiągi silnika. Ponadto materiały o wysokim stosunku wytrzymałości do masy przyczyniają się do redukcji masy silnika. Mimo że w przypadku stopów aluminium stosunek ten jest wysoki, stopów tych nie można używać, jeśli zakładana temperatura przekracza 130°C, co znacznie ogranicza możliwość ich wykorzystania w turbinach gazowych. Wytrzymałość stali nierdzewnej jest zbliżona do wytrzymałości stopów tytanu, jednak stal ta charakteryzuje się nawet o 50% mniejszą gęstością. Aby rozwiązać ten problem, finansowani ze środków UE naukowcy szukali stopu tytanu odpowiedniego do zastosowania w obudowach sprężarek pośrednich i pracy w temperaturze o minimum 50°C wyższej niż standardowa. Prace prowadzone były w ramach projektu GOTA (Greater operating temperature alloy). Wybrany materiał powinien nie tylko wytrzymywać wyższe temperatury robocze, ale także być kompatybilny z technologiami odlewania, obróbki plastycznej i zgrzewania stosowanymi przy przemysłowej produkcji części lotniczych. W pierwszej fazie projektu przeprowadzono szczegółowe testy próbek, zwłaszcza w odniesieniu do właściwości cieplnych. Wybrany stop, nazwany roboczo Ti+, przekroczył założenia pod względem wytrzymałości i odporności na pełzanie przy podwyższonych temperaturach. Stop Ti+ poddano następnie wstępnym badaniom możliwości kształtowania, w tym walcowaniu arkuszowemu, walcowaniu pierścieniowemu, odlewaniu grawitacyjnemu i odśrodkowemu oraz topieniu skrawków. Wyniki projektu GOTA potwierdzają duży potencjał wybranego stopu Ti+, który może zostać z powodzeniem wykorzystany w obudowach sprężarek pośrednich do pracy w temperaturze o 50°C wyższej niż temperatura robocza obecnie stosowanych materiałów. Podniesienie temperatury roboczej umożliwi projektowanie silników lotniczych o mniejszym zużyciu paliwa, a dzięki temu niższym poziomie emisji dwutlenku węgla i tlenków azotu.
Słowa kluczowe
Turbina gazowa, stop tytanu, silniki lotnicze, GOTA, części lotnicze
