专利名称：一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法
技术领域：
本发明涉及涂层隔热效果检测方法，特別提供了一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法。
背景技术：
燃气涡轮发动机的涡轮叶片面临着苛刻的服役环境；普通的燃气轮机叶片使用温度范围在1000°c以上，航空发动机燃气温度达到1500°C以上。为了提高发动机的推力和燃料的热效率，必须提高燃料的燃烧温度，涡轮叶片的使用温度也日益提高；但是受高温合金熔点和力学性能的影响，同时用于高性能发动机冷却的空气量也是有限的，在这种情况下， 将热障涂层应用在涡轮叶片表面，将涡轮叶片基体与高温火焰隔开，从而起到保护叶片、降低叶片温度、提高发动机效率的重要作用。在涡轮叶片设计阶段，进行相关涡轮叶片的试验可以对叶片设计进行验证和提供完善设计的依据；其中对带热障涂层的叶片进行冷却效果试验和热障涂层隔热效果试验对于热障涂层的设计和应用有很重要作用。隔热效果是评价热障涂层性能的重要指标之一，目前涂层隔热效果试验主要是在试片表面进行，不能定量体现热障涂层在发动机エ况下的对真实叶片的保护作用。目前也未对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验，无法了解热障涂层的应用对特定的涡轮叶片冷却效果的影响。
发明内容
本发明的目的是为了准确地检测带热障涂层涡轮叶片的冷却和隔热效果，特提供了一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法。本发明提供了一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法，其特征在于所述的测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据；第一个方面，提供了对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验和隔热效果试验的技术途径；包括在未喷涂热障涂层的涡轮叶片表面选取若干测试点，开槽埋设测量壁温的热电偶，在开槽部位堆焊热导率与叶片基体接近的高温合金，并进行抛光处理；在选定エ 况下进行第一轮冷却效果试验；特別的，在完成第一轮试验后，需要对热电偶的测试引线进行必要的摘除和保护工作，热电偶本身并不去除，待完成热障涂层喷涂后对测试引线恢复装配，从而保证了两轮试验测点的一致性；按照设计状态热障涂层的技术要求在叶片表面喷涂热障涂层；然后在和第一轮试验选定エ况一致的情况下，进行第二轮冷却效果试验； 通过对照相同ェ况下相同测点的温度值，可以直观发现热障涂层对叶片的隔热作用；并能够在测量值的基础上作进ー步分析从而得到涡轮叶片有无热障涂层状态冷却效果的变化；第二个方面，提出按照相似原理对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验，并通过试验得到热障涂层在叶片表面的隔热效果的方法；说明试验方法时需要用到的物理变量的含义见表1 ；表1物理变量和注脚及含义
权利要求
1.一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法，其特征在于所述的测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据；第一个方面，提供了对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验和隔热效果试验的技术途径；包括在未喷涂热障涂层的涡轮叶片表面选取若干测试点，开槽埋设测量壁温的热电偶，在开槽部位堆焊热导率与叶片基体接近的高温合金，并进行抛光处理；在选定エ况下进行第一轮冷却效果试验；特别的，在完成第一轮试验后，需要对热电偶的测试引线进行必要的摘除和保护工作，热电偶本身并不去除，待完成热障涂层喷涂后对测试引线恢复装配， 从而保证了两轮试验测点的一致性；按照设计状态热障涂层的技术要求在叶片表面喷涂热障涂层；然后在和第一轮试验选定エ况一致的情况下，进行第二轮冷却效果试验；通过对照相同エ况下相同测点的温度值，直观发现热障涂层对叶片的隔热作用，并能够在测量值的基础上作进ー步分析从而得到涡轮叶片有无热障涂层状态冷却效果的变化；第二个方面，提出按照相似原理对带热障涂层的涡轮叶片进行冷却效果试验，并通过试验得到热障涂层在叶片表面的隔热效果的方法；在试验器条件无法完全模拟真实发动机エ况吋，需要在较低温度下进行冷却效果试验，由此确定冷却效果计算表达式，在此基础上推算出真实发动机エ况下的冷却效果。
2.按照权利要求1所述的测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法，其特征在于所述的确定冷却效果计算表达式的推导过程如下取叶片壁面微元体，忽略轴向和径向导热，则一元热平衡方程为
全文摘要
一种测定带热障涂层涡轮叶片冷却效果及隔热效果的方法为在未喷涂热障涂层的真实涡轮叶片表面开槽埋设热电偶，在选定的试验状态进行第一轮冷却效果试验，之后对叶片喷涂热障涂层，在和第一轮叶片试验状态一致的情况下进行第二轮试验；由此对比试验可以得到带热障涂层的叶片冷却效果以及热障涂层在真实叶片上的隔热效果，为验证或者完善叶片热障涂层设计提供依据。本发明的优点可以方便测得带热障涂层状态的叶片的冷却效果，并且可以直观地对比不带涂层状态的叶片的冷却效果，以及得到热障涂层在真实叶片上的隔热效果，从而方便地对叶片及热障涂层的设计情况进行验证和评价。
文档编号G01N25/20GK102565119SQ20101058672
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者张志强, 黎旭 申请人:中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所
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