一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置及測(cè)試方法，該裝置燃燒系統(tǒng)中的噴嘴采用了收縮擴(kuò)張噴管結(jié)構(gòu)，樣品采用了大尺寸的板狀鎳基合金基體與相同尺寸大小的氣包連接，形成了類(lèi)似于燃?xì)廨啓C(jī)葉片中空的冷卻結(jié)構(gòu)，噴涂了涂層后，將其與中空送風(fēng)管進(jìn)行連接，插入轉(zhuǎn)盤(pán)的安裝孔中固定，由伺服電機(jī)控制單元控制樣品的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及加熱保溫時(shí)間，接通電源以及冷卻水后，打開(kāi)氣源，即可點(diǎn)火開(kāi)始熱振，加熱與保溫時(shí)間到后，旋轉(zhuǎn)至冷卻位置由涂層樣品冷卻風(fēng)口噴出的冷空氣進(jìn)行冷卻，樣品完成一次熱振，并記錄于控制與顯示器中；采用本發(fā)明裝置以近似真實(shí)工況條件，模擬熱障涂層高溫、高速焰流環(huán)境下的熱振與高溫焰流沖刷過(guò)程，可提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件運(yùn)行工況惡劣，最高溫度接近1500攝氏度。熱障涂層是燃?xì)廨啓C(jī)熱通道部件的防護(hù)手段之一，應(yīng)用于熱通道部件表面對(duì)金屬本體進(jìn)行保護(hù)，防止金屬本體在高溫下，發(fā)生抗氧化、屈服、蠕變等失效。燃?xì)廨啓C(jī)具有啟動(dòng)頻繁的特點(diǎn)，熱障涂層在燃機(jī)啟停過(guò)程中受到高溫高速焰流的熱振、沖刷等作用而發(fā)生失效。在熱障涂層熱振壽命評(píng)價(jià)過(guò)程中，尚無(wú)統(tǒng)一、完整的測(cè)試系統(tǒng)可在近真實(shí)工況下模擬熱障涂層的熱振、高溫氣流對(duì)涂層的沖刷過(guò)程。目前通常采取兩種方式進(jìn)行模擬考核熱障涂層的熱振性能。第一種為通過(guò)高溫爐、電磁波等方式將涂層加熱至熱障涂層常見(jiàn)運(yùn)行溫度，如1000-1200攝氏度，然后通過(guò)急速風(fēng)冷或水冷等方式將涂層和基體整體降溫至300攝氏度以下或室溫狀態(tài)。第二種為通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)用的裝置，通過(guò)火焰加熱涂層，在樣品的基體側(cè)，通過(guò)調(diào)整冷卻空氣將基體溫度維持在一定溫度，達(dá)到一定時(shí)間的保溫狀態(tài)后，通過(guò)急速風(fēng)冷或水冷的方式將涂層冷卻至300攝氏度以下或室溫狀態(tài)。與第一種方式相比，第二種方式更接近燃機(jī)熱障涂層的運(yùn)行工況，即實(shí)現(xiàn)了梯度熱振，與真實(shí)工況接近。但這種熱振過(guò)程采用的燃燒氣流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真實(shí)的焰流速度，無(wú)法模擬出高溫氣流對(duì)涂層的沖刷作用。
[0003]真實(shí)工況下，熱障涂層不僅僅受到熱振，還存在高溫下氣流的沖刷作用，傳統(tǒng)測(cè)試方法中，僅僅模擬了熱障涂層受到的熱振過(guò)程，無(wú)法模擬高溫氣流對(duì)涂層的沖刷作用。此夕卜，傳統(tǒng)熱振模擬通常選用的是小型幣狀試樣，典型的試樣規(guī)格為25.4mmX3mm。這種小型試樣在熱振過(guò)程中，試樣邊界對(duì)測(cè)試結(jié)果影響極大，導(dǎo)致涂層從樣品邊界開(kāi)始脫落，并向樣品中心進(jìn)行擴(kuò)展，這與真實(shí)涂層服役過(guò)程中的失效不符，涂層過(guò)早失效。對(duì)涂層的真實(shí)熱振壽命產(chǎn)生誤判。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置及測(cè)試方法，通過(guò)更接近真實(shí)工況的條件測(cè)試熱障涂層的熱振性能，以提高熱振性能測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置，包括安裝于噴燃器支座15上的燃燒室2，燃燒室2的一端通過(guò)管路連接冷卻水、燃?xì)夂涂諝?，燃燒?的另一端插入噴嘴3，噴嘴3端部安裝有點(diǎn)火器4;板狀鎳基合金基體6與相同尺寸大小的冷卻氣包17連接，形成中空結(jié)構(gòu)，板狀鎳基合金基體6噴涂熱障涂層后，中空結(jié)構(gòu)與中空送風(fēng)管16連接并插入轉(zhuǎn)盤(pán)8的安裝孔9中，通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)盤(pán)8連接;伺服電機(jī)控制與顯示器14與轉(zhuǎn)盤(pán)8的伺服電機(jī)連接，設(shè)定并控制轉(zhuǎn)盤(pán)8的旋轉(zhuǎn)角度并定位，轉(zhuǎn)盤(pán)8旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度后中空送風(fēng)管16與連接有空氣的氣管11正對(duì)，氣管11上設(shè)置有彈簧10，通過(guò)彈簧10自動(dòng)將氣管11送入中空送風(fēng)管16末端的錐形孔中，并對(duì)接供氣;所述轉(zhuǎn)盤(pán)8上設(shè)置板狀鎳基合金基體6的個(gè)數(shù)為4-8個(gè);還包括連接有空氣的對(duì)板狀鎳基合金基體6進(jìn)行冷卻的涂層樣品冷卻風(fēng)口 7。
[0007]所述噴嘴3采用了收縮擴(kuò)張噴管結(jié)構(gòu)，其喉部的直徑為5_30mm，喉部下游擴(kuò)張角度為0-30°，長(zhǎng)度為5-250_，噴嘴3采用水冷或空氣冷卻方式，噴嘴3采用耐熱鋼制造。
[0008]所述板狀鎳基合金基體6的尺寸不小于80mm X 80mm，背面的冷卻氣包17的出氣孔與板狀鎳基合金基體6背面距離為冷卻氣包17的出氣孔為矩形孔或圓形孔，圓形孔的孔徑為0.5mm-10mm。
[0009]上述所述的熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置的測(cè)試方法，將板狀鎳基合金基體6、冷卻氣包17及其中空送風(fēng)管16插入轉(zhuǎn)盤(pán)8的安裝孔9中，調(diào)整方向后固定于樣品轉(zhuǎn)盤(pán)8上，插上電源13，通過(guò)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)所述板狀鎳基合金基體6及轉(zhuǎn)盤(pán)8的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)伺服電機(jī)控制與顯示器14控制轉(zhuǎn)盤(pán)8的旋轉(zhuǎn)角度；中空送風(fēng)管16與氣管11通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)8旋轉(zhuǎn)定位后對(duì)接，冷卻氣體通過(guò)中空送風(fēng)管16內(nèi)部通道進(jìn)入中空結(jié)構(gòu)對(duì)板狀鎳基合金基體6進(jìn)行冷卻；打開(kāi)氣源和冷卻水，在伺服電機(jī)控制與顯示器14中通過(guò)點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕開(kāi)始點(diǎn)火，并計(jì)時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中板狀鎳基合金基體6受到高溫高速火焰5加熱到規(guī)定時(shí)間后，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)8將加熱后的板狀鎳基合金基體6旋轉(zhuǎn)到冷卻位置，由涂層樣品冷卻風(fēng)口 7進(jìn)行冷卻，同時(shí)下一個(gè)板狀鎳基合金基體6進(jìn)入加熱位置進(jìn)行加熱。
[0010]冷卻過(guò)程中，所述中空送風(fēng)管16與氣管11的連接采用了動(dòng)態(tài)連接方式，中空送風(fēng)管16與氣管11的對(duì)接口為錐形結(jié)構(gòu)，氣管11底部通過(guò)彈簧10對(duì)氣管11施加向上的力，使氣管11頂端與中空送風(fēng)管16形成公母配合連接，氣管11上下伸縮距離為l_30mm。
[0011 ]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]I)通過(guò)不同結(jié)構(gòu)的噴嘴，再配合燃?xì)鈮毫土髁空{(diào)整，調(diào)節(jié)燃燒焰流速度，以更真實(shí)的工況，模擬熱障涂層高溫、高速焰流環(huán)境下的熱振和高溫焰流沖刷過(guò)程，以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性。
[0013]2)采用了大型板狀試樣，其面積遠(yuǎn)大于焰流與涂層作用的區(qū)域，減少了涂層在熱振過(guò)程中受到涂層邊界的影響，以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0014]3)樣品采用了氣包冷卻方式，提高了冷卻的均勻性，同時(shí)降低了樣品邊緣急冷引起涂層從邊緣脫落的可能性。板狀鎳基合金基體與相同尺寸大小的氣包連接，形成了類(lèi)似于燃?xì)廨啓C(jī)葉片中空的冷卻結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為中空送風(fēng)管與氣管對(duì)接示意圖。
[0017]圖中:1-壓力表，2-燃燒室，3-噴嘴，4-點(diǎn)火器，5-高溫高速火焰，6_板狀鎳基合金基體，7-涂層樣品冷卻風(fēng)口，8-轉(zhuǎn)盤(pán)，9-安裝孔，I O-彈簧，11-氣管，12-箱體，13-電源，14-伺服電機(jī)控制與顯不器，15-噴燃器支座，16-中空送風(fēng)管，17-7令卻氣包。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖1和圖2所示，本發(fā)明裝置的安裝和使用過(guò)程為:首先氣路、冷卻水管路與燃燒室2進(jìn)行連接，采用喉部直徑為15_，擴(kuò)展角度為10°，長(zhǎng)度為25_的耐熱鋼制噴嘴3插入于燃燒室2內(nèi)，并通過(guò)螺紋連接，將點(diǎn)火器4安裝于噴嘴3前端，將上述連接好的燃燒系統(tǒng)，安裝于噴燃器支座15上。將10mmX 10mm板狀鎳基合金基體6與相同尺寸大小的冷卻氣包17連接，形成中空結(jié)構(gòu)，然后對(duì)板狀鎳基合金基體6噴涂熱障涂層，噴涂完畢后，將其與中空送風(fēng)管16進(jìn)行連接，插入轉(zhuǎn)盤(pán)8中的安裝孔9中，并通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)盤(pán)8連接。在伺服電機(jī)控制與顯示器14中設(shè)置旋轉(zhuǎn)角度為90°，并進(jìn)行定位，使其每次旋轉(zhuǎn)90°后中空送風(fēng)管16與氣管11正對(duì)，通過(guò)彈簧10自動(dòng)將氣管11送入中空送風(fēng)管16末端的錐形孔中，并對(duì)接供氣。插上電源13，打開(kāi)氣源、冷卻水等，在伺服電機(jī)控制與顯示器14中通過(guò)點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕開(kāi)始點(diǎn)火，并計(jì)時(shí)，啟動(dòng)熱振，加熱時(shí)間到后，旋轉(zhuǎn)至冷卻位置由涂層樣品冷卻風(fēng)口7噴出的冷空氣進(jìn)行冷卻，樣品完成一次熱振，并通過(guò)伺服電機(jī)控制與顯示器14記錄熱振次數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置，其特征在于:包括安裝于噴燃器支座(15)上的燃燒室(2)，燃燒室(2)的一端通過(guò)管路連接冷卻水、燃?xì)夂涂諝?，燃燒?2)的另一端插入噴嘴(3)，噴嘴(3)端部安裝有點(diǎn)火器(4);板狀鎳基合金基體(6)與相同尺寸大小的冷卻氣包(17)連接，形成中空結(jié)構(gòu)，板狀鎳基合金基體(6)噴涂熱障涂層后，中空結(jié)構(gòu)與中空送風(fēng)管(16)連接并插入轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的安裝孔(9)中，通過(guò)螺釘與轉(zhuǎn)盤(pán)(8)連接;伺服電機(jī)控制與顯示器(14)與轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的伺服電機(jī)連接，設(shè)定并控制轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的旋轉(zhuǎn)角度并定位，轉(zhuǎn)盤(pán)(8)旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度后中空送風(fēng)管(16)與連接有空氣的氣管(11)正對(duì)，氣管(11)上設(shè)置有彈簧(10)，通過(guò)彈簧(10)自動(dòng)將氣管(11)送入中空送風(fēng)管(16)末端的錐形孔中，并對(duì)接供氣;所述轉(zhuǎn)盤(pán)(8)上設(shè)置板狀鎳基合金基體(6)的個(gè)數(shù)為4-8個(gè);還包括連接有空氣的對(duì)板狀鎳基合金基體(6)進(jìn)行冷卻的涂層樣品冷卻風(fēng)口(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置，其特征在于:所述噴嘴(3)喉部的直徑為5-30mm，喉部下游擴(kuò)張角度為0-30°，長(zhǎng)度為5_250mm，噴嘴(3)采用水冷或空氣冷卻方式，噴嘴(3)采用耐熱鋼制造。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置，其特征在于:所述板狀鎳基合金基體(6)的尺寸不小于80mm X 80mm，背面的冷卻氣包(17)的出氣孔與板狀鎳基合金基體(6)背面距離為冷卻氣包(17)的出氣孔為矩形孔或圓形孔，圓形孔的孔徑為0.5mm-10mmo4.權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的熱障涂層熱振模擬測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于:將板狀鎳基合金基體(6)、冷卻氣包(17)及其中空送風(fēng)管(16)插入轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的安裝孔(9)中，調(diào)整方向后固定于樣品轉(zhuǎn)盤(pán)(8)上，插上電源(13)，通過(guò)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)所述板狀鎳基合金基體(6)及轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)伺服電機(jī)控制與顯示器(14)控制轉(zhuǎn)盤(pán)(8)的旋轉(zhuǎn)角度；中空送風(fēng)管(16)與氣管(11)通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)(8)旋轉(zhuǎn)定位后對(duì)接，冷卻氣體通過(guò)中空送風(fēng)管(16)內(nèi)部通道進(jìn)入中空結(jié)構(gòu)冷卻氣包(17)對(duì)板狀鎳基合金基體(6)進(jìn)行冷卻;打開(kāi)氣源和冷卻水，在伺服電機(jī)控制與顯示器(14)中通過(guò)點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕開(kāi)始點(diǎn)火，并計(jì)時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中板狀鎳基合金基體(6)受到高溫高速火焰(5)加熱到規(guī)定時(shí)間后，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)(8)將加熱后的板狀鎳基合金基體(6)旋轉(zhuǎn)到冷卻位置，由涂層樣品冷卻風(fēng)口(7)進(jìn)行冷卻，同時(shí)下一個(gè)板狀鎳基合金基體(6)進(jìn)入加熱位置進(jìn)行加熱。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)試方法，其特征在于:冷卻過(guò)程中，所述中空送風(fēng)管(16)與氣管(II)的連接采用了動(dòng)態(tài)連接方式，中空送風(fēng)管(16)與氣管(II)的對(duì)接口為錐形結(jié)構(gòu)，氣管(11)底部通過(guò)彈簧(10)對(duì)氣管(11)施加向上的力，使氣管(11)頂端與中空送風(fēng)管(16)形成公母配合連接，氣管(11)上下伸縮距離為l_30mm。
【文檔編號(hào)】G01N3/60GK105823701SQ201610299134
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】李太江, 李巍, 李勇, 楊二娟, 劉剛, 李聚濤
【申請(qǐng)人】華能?chē)?guó)際電力股份有限公司, 西安熱工研究院有限公司