《重型燃氣輪機高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準則》征求意見稿

重型燃氣輪機高溫部件熱障涂層局部剝落損傷程度判定準則1厚度變化規(guī)律的預(yù)測方法，以及高溫部件(以MarM247基材+熱障涂層(TBCs)為例)在高溫23重型燃氣輪機作為重要的發(fā)電和動力裝備，廣泛應(yīng)用于清潔能源、電力調(diào)峰、船艦動力等領(lǐng)域，具有極高的戰(zhàn)略地位。為了開發(fā)更高效率的重型燃氣輪機，需要不斷提高燃燒器及透平進口溫度，由此將導(dǎo)致燃機高溫部件在遠超金屬允許溫度的環(huán)境中運行，嚴重影響高溫部件的使用壽命。為了保障高溫部件安全穩(wěn)定服役，延長重型燃氣輪機的生命周期，需要在然而，熱障涂層隔熱陶瓷層在高溫、燃氣腐蝕、交變應(yīng)力等耦合惡劣環(huán)境下工作時，不可避免地會產(chǎn)生不同程度的局部剝落，會降低熱障涂層的熱防護性能。因此，熱障涂層的結(jié)構(gòu)完整性評價被認為是燃機高溫部件熱壽命管理的重要一環(huán)。研究者們認為，存在一個臨界局部剝落尺寸值：當剝落區(qū)域小于此值時，熱障涂層損傷程度較小，仍然能夠為高溫部件提導(dǎo)致高溫部件超溫、燒損失效。目前，工程界從經(jīng)驗出發(fā)定義了若干種涂層局部剝落的臨界面積占比，比如5%、12%、20%等，但由于缺少理論和模擬支撐，這些臨界剝落尺寸尚未得到綜上所述，現(xiàn)有的局部剝落損傷程度的判斷方法存在評估方式簡單、缺乏理論支撐和模擬分析等缺點，因此，亟須建立起一種熱障涂層局部剝落后的損傷程度的判斷規(guī)范，及時對受損后熱障涂層的性能進行有效評估，從而為熱障涂層及高溫合金葉片的安全服役提供保障針對現(xiàn)在燃機高溫部件用熱障涂層局部剝落損傷程度的無評判準則問題，基于熱流固耦合換熱模型，獲得了熱障涂層在不同局部剝落寬度條件下各層的服役狀態(tài)，并開展燃氣熱沖擊環(huán)境下熱障涂層關(guān)鍵位置的溫度測量，驗證有限元計算結(jié)果；在此基礎(chǔ)上，以溫度場的變化為基準，建立相應(yīng)的評價方法與標準，對熱障涂層的損傷程度進行判斷，可有效提升熱障涂層結(jié)構(gòu)完整性的評價能力，為燃機高溫部件的全壽命管理5結(jié)構(gòu)5.1熱障涂層系統(tǒng)安全服役的臨界剝落直徑以燃氣來流溫度T?=1720K為例，背冷環(huán)境溫度T。=300K,熱交換系數(shù)為hc=6804陶瓷層厚度t分別為0.2mm,0.3mm,0.4mm,0.5mm,0.6mm直徑Dc為7.5mm。5直徑Dc為6.5mm。DiameterofSpallationar66DiameterofSpallationar6.2范圍積隨涂層厚度變化規(guī)律的預(yù)測方法，以及高溫部件(以MarM247為例)在高溫環(huán)境下67(規(guī)范性)8