[发明专利]一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测方法，包括步骤：第1步：建立重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测模型；第2步：透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测结果与试验结果对比校核；第3步：重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命消耗评估。使用本发明可进行在役重型燃气轮机透平叶片表面热障涂层热疲劳寿命预测，实现在机组运行期间对透平叶片表面热障涂层寿命消耗情况的全程、实时掌控，极大地提高重型燃气轮机透平叶片运行的安全性与叶片热障涂层寿命消耗预测的可靠性。

技术领域

本发明属于热障涂层技术领域，具体是一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测方法。

背景技术

热障涂层技术因可降低高温部件的工作温度、防止部件的高温腐蚀从而成为具有应用价值的技术，被广泛应用于地面重型(发电)燃气轮机的热通道部件，如燃烧室的过渡段、火焰筒等和透平叶片的表面。由于热障涂层的工作环境苛刻，既要承受高温载荷，同时经历频繁的升温-降温的冷热循环，针对重型燃气轮机高可靠性、长寿命的要求,热障涂层使用寿命的评估和预测成为研究的热点问题之一。

诸多研究者在建立热障涂层寿命预测模型方面开展了大量工作，NASA最早开展此研究，其模型主要考虑了陶瓷层、粘结层/基体间的热膨胀失配应力和粘结层的高温氧化；之后GE、PW、GARRET三家燃气轮机制造公司也发展了各自的模型,其中GE在分析中引入了剪应变参量，其模型主要针对涂层边缘效应引起的失效GARRET更多地从热腐蚀角度预测涂层寿命；PW寿命模型着眼点放在涂层本构关系的研究上，将非弹性应变和氧化层厚度引入模型中。但是，目前的热障涂层寿命预测模型均是针对热障涂层材料而言，与生产应用实际结合脱轨，即缺少针对在役重型燃气轮机高温部件表面热障涂层寿命预测模型和服役过程中涂层寿命消耗评估的方法。因此，开发一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层寿命预测方法，解决服役状态的高温部件表面热障涂层寿命预测模型和方法缺少的现状，为建立更加完善的热障涂层寿命预测模型提供参考。

发明内容

本发明旨在针对目前缺少在役重型燃气轮机透平叶片表面热障涂层寿命预测方法，提供了一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测方法，可进行在役重型燃气轮机透平叶片表面热障涂层热疲劳寿命预测，实现在机组运行期间透平叶片表面热障涂层寿命消耗的全程、实时掌控，极大地提高重型燃气轮机运行的安全性与叶片热障涂层寿命消耗预测的可靠性。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：

步骤一：建立重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测模型：

步骤二：模型预测结果与试验结果对比校核；

步骤三：重型燃气轮机透平叶片热障涂层热疲劳寿命预测。

本发明进一步的改进在于，采用的热障涂层热疲劳寿命预测模型为：结合重型燃气轮机透平叶片实际运行工况，确定模型中的参数Δε_f0、Δε、δ_c、b和c。

本发明进一步的改进在于，步骤一的具体实现方法如下：

(1)通过逆向测绘获得重型燃气轮机透平叶片外观及其内部冷却通道的几何结构尺寸，建立带热障涂层的透平叶片三维实体模型，然后采用流固耦合方法计算透平叶片在某运行工况下的温度场、应力场分布，确定叶片最危险区域；

(2)根据透平叶片表面热障涂层的成分、厚度和喷涂工艺等要求，制备热障涂层高温性能测试试样；以某运行工况下叶片最危险区域的热障涂层表面温度作为试验条件进行热障涂层高温恒温氧化试验和热疲劳试验，得到热障涂层氧化层厚度的温度和时间的函数、涂层的抛物线氧化速率常数的温度函数，计算完全因氧化导致涂层失效的氧化层临界厚度δ_c；