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 corrientes de gas de alta temperatura y alta presión en la combustión para mantener el funcionamiento del motor. Para garantizar una operación estable y a largo plazo bajo el entorno extremo de alta temperatura y alta presión, las palas de la turbina a menudo se forjan aleaciones de alta temperatura y se enfrían de diferentes maneras, como el enfriamiento del flujo de aire interno, el enfriamiento de la capa límite o los recubrimientos de barrera térmica para proteger las cuchillas para garantizar la confiabilidad durante la operación. En los motores de turbina de vapor y de gas, la fatiga metálica de las cuchillas es la causa más importante de la falla del motor. La fatiga del metal puede ser causada por una fuerte vibración o resonancia. Los ingenieros a menudo usan amortiguadores de fricción para minimizar el daño a las cuchillas causadas por estos factores.
Las cuchillas del motor de la turbina generalmente están sujetas a un gran estrés operativo y una alta temperatura de funcionamiento, y los cambios de estrés y temperatura son más frecuentes y violentos, además de la corrosión y los problemas de desgaste, los requisitos de sus condiciones de trabajo son muy duros, lo que requiere una alta precisión de mecanizado de la cuchilla. Al mismo tiempo, para mejorar la eficiencia de la turbina, la forma de la superficie de la cuchilla de la turbina generalmente se diseña como una superficie de sección transversal variable retorcida, la forma es compleja. Por lo tanto, el modelado geométrico preciso de la cuchilla de la turbina se convierte en un requisito previo necesario para el mecanizado de turbina. La esencia del modelado geométrico de las cuchillas de la turbina es encontrar una manera de cumplir de manera efectiva los requisitos de representación de forma y diseño geométrico, pero también facilitar el intercambio de información de forma y datos matemáticos de datos para describir la superficie de la cuchilla de la turbina.
En un motor de turbina de gas , una sola etapa de turbina está compuesta por un disco giratorio que contiene muchas cuchillas de turbina y un anillo estacionario de paletas de guía de la boquilla frente a las cuchillas. La turbina está conectada a un compresor usando un eje (el conjunto giratorio completo a veces llamado "carrete"). El aire se comprime, elevando la presión y la temperatura, a medida que pasa a través del compresor. La temperatura se incrementa mediante la combustión de combustible dentro de la combustión que se encuentra entre el compresor y la turbina. El gas de alta temperatura y alta presión luego pasa a través de la turbina. Las etapas de la turbina extraen energía de este flujo, reduciendo la presión y la temperatura del gas y transfieren la energía cinética al compresor. La forma en que funciona la turbina es similar a cómo funciona el compresor, solo en reversa, en lo que respecta al intercambio de energía entre el gas y la máquina, por ejemplo. Existe una relación directa entre cuánto cambia la temperatura del gas (aumento en el compresor, disminución de la turbina) y la entrada de potencia del eje (compresor) o salida
Para un motor de turbofán, el número de etapas de turbina necesarias para impulsar el ventilador aumenta con la relación de derivación a menos que la velocidad de la turbina se pueda aumentar agregando una caja de cambios entre la turbina y el ventilador en cuyo caso se requieren menos etapas. El número de etapas de turbina puede tener un gran efecto sobre cómo se diseñan las cuchillas de la turbina para cada etapa. Muchos motores de turbina de gas son diseños de doble lugar, lo que significa que hay un carrete de alta presión y un carrete de baja presión. Otras turbinas de gas usan tres carretes, agregando un carrete de presión intermedia entre el carrete de alta y baja presión. La turbina de alta presión está expuesta al aire más popular y de mayor presión, y la turbina de baja presión está sujeta a aire más fresco y de menor presión. La diferencia en las condiciones conduce al diseño de cuchillas de turbina de alta presión y baja presión que son significativamente diferentes en las opciones de material y enfriamiento a pesar de que los principios aerodinámicos y termodinámicos son los mismos. Bajo estas condiciones de operación severas dentro de las turbinas de gas y vapor, las cuchillas enfrentan una temperatura alta, altas tensiones y vibraciones potencialmente altas. Las palas de turbina de vapor son componentes críticos en las centrales eléctricas que convierten el movimiento lineal de vapor de alta temperatura y alta presión que fluye por un gradiente de presión en un movimiento rotativo del eje de la turbina.
