[發明專利]一種燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202011290934.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112326491A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 南晴;肖俊峰;高松;高斯峰;唐文書;李永君;張炯
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02;G01M13/00;G01N17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕測試裝置及測試方法，其中高溫沖蝕測試裝置包括高溫噴槍系統、測試系統、冷卻系統、中控系統以及除塵系統。使用本發明提供的測試裝置及測試方法，可最大程度模擬燃氣輪機透平葉片工作狀態下的高溫沖蝕環境，模擬固體粒子沖擊到熱障涂層表面的位置、速度以及相對于涂層表面的角度，以及沖擊到熱障涂層表面的粒子反彈后，以不同的運動狀態沖擊熱障涂層的其他位置或者其他葉片表面，對涂層產生多次沖蝕磨損等的服役環境。測試結果可為研究熱障涂層使用壽命、熱障涂層材料選取等提供可靠的試驗依據。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機透平葉片防護涂層技術領域，具體涉及一種燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕測試裝置及測試方法。

背景技術

熱障涂層技術已廣泛應用于燃氣輪機透平葉片，通過在葉片基體合金表面涂覆高溫隔熱防護涂層，達到降低基體合金溫度、防止葉片高溫腐蝕、延長葉片使用壽命、提高燃氣輪機效率等目的。熱障涂層體系結構復雜，服役環境極其惡劣。在服役過程中，不僅受到熱應力作用，而且在一些燃燒不充分或采用高爐煤氣作為燃料的情況下，燃氣中夾雜的固體粒子經燃燒室加速后高速沖擊到透平葉片熱障涂層表面，對涂層表面造成沖蝕磨損，使涂層發生減薄、密實、脫落等失效，最終導致涂層熱障性能不足而喪失對熱端部件的防護功能。因此，研究燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕的破壞機制是非常必要的。

為研究燃氣輪機透平葉片熱障涂層沖蝕的破壞機制，評價熱障涂層抵抗高溫沖蝕的能力，需要模擬固體粒子在高溫下的沖蝕環境。但是，由于燃氣中固體粒子大小不一導致粒子在燃氣通道中的運動軌跡、運動狀態也不一樣，透平葉片幾何形狀復雜且保持高速旋轉造成固體粒子沖擊到熱障涂層表面的位置、速度以及相對于涂層表面的角度各不相同，并且沖擊到葉片表面的粒子反彈后還會以不同的運動狀態沖擊熱障涂層的其他位置，對涂層產生多次沖蝕磨損，以上因素均是模擬燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕工況需解決的難題。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕測試裝置及測試方法，通過模擬燃氣輪機透平葉片工作狀態下的高溫沖蝕環境，對熱障涂層進行高溫沖蝕性能測試，試驗結果為研究熱障涂層使用壽命、熱障涂層材料選擇等提供了可靠的依據。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種燃氣輪機透平葉片熱障涂層高溫沖蝕測試裝置，包括高溫噴槍系統、測試系統、冷卻系統、中控系統以及除塵系統；其中，高溫噴槍系統安裝在基座上，包括壓縮空氣儲罐、燃油儲罐、混合室、燃燒室以及擴展形噴嘴，混合室一端部設有1個壓縮空氣入口、2個燃料入口，頂部設有固體粒子入口，兩個燃油儲罐分別通過燃料流量調節器連接至混合室的對應燃料入口，混合室的固體粒子入口處設置有固體粒子流量控制閥；燃料入口安裝有多孔霧化噴嘴；燃燒室為空腔結構，燃燒室一端部與混合室連接，另一端部插入擴展形噴嘴中，燃燒室和擴展形噴嘴外部設有環形冷卻水管道；

測試系統包括透平葉片、旋轉軸和電機；旋轉軸兩端固定在基座上，旋轉軸周向平均設有多個葉片固定安裝孔，透平葉片通過葉片固定安裝孔夾持在旋轉軸上；中控系統用于控制電機開啟，電機用于帶動旋轉軸使透平葉片旋轉；整個測試系統位于可開閉的試驗臺石英罩內，試驗臺石英罩一側面與擴展形噴嘴連接，頂部與除塵系統連接；

冷卻系統包括冷卻水源、氣體換熱器、液體換熱器、壓縮空氣管道以及冷卻水管道；壓縮空氣儲罐的出口分為兩路，一路通過氣體質量流量控制器與混合室的壓縮空氣入口相通，一路通過氣體壓力和流量控制器與氣體換熱器的入口連通，氣體換熱器的出口分為6路，分別與旋轉軸一側面的6個冷卻氣體通道的入口連通；冷卻水源設有冷卻水出口與冷卻水入口，冷卻水出口通過冷卻水管道與液體換熱器的入口連通，液體換熱器的出口分為兩路，一路與燃燒室和擴展形噴嘴外部設有環形冷卻水管道連通，一路與旋轉軸空心腔的冷卻水入口連通；高溫噴槍系統和測試系統的所有的冷卻水出口與冷卻水源的冷卻水入口連通。

本發明進一步的改進在于，旋轉軸周向平均設有6個葉片固定安裝孔。