[發(fā)明專利]一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110990042.4
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113704915B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖俊峰;南晴;高松;高斯峰;唐文書;李永君;張炯
• 申請（專利權(quán)）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/04;G06F119/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測模型；采用的熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測模型為：結(jié)合重型燃氣輪機透平葉片實際運行工況，確定模型中的參數(shù)Δε_f0、Δε、δ_c、b和c；具體實現(xiàn)方法如下：

(1)通過逆向測繪獲得重型燃氣輪機透平葉片外觀及其內(nèi)部冷卻通道的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，建立帶熱障涂層的透平葉片三維實體模型，然后采用流固耦合方法計算透平葉片在某運行工況下的溫度場、應(yīng)力場分布，確定葉片最危險區(qū)域；

(2)根據(jù)透平葉片表面熱障涂層的成分、厚度和噴涂工藝要求，制備熱障涂層高溫性能測試試樣；以某運行工況下葉片最危險區(qū)域的熱障涂層表面溫度作為試驗條件進行熱障涂層高溫恒溫氧化試驗和熱疲勞試驗，得到熱障涂層氧化層厚度的溫度和時間的函數(shù)、涂層的拋物線氧化速率常數(shù)的溫度函數(shù)，計算完全因氧化導(dǎo)致涂層失效的氧化層臨界厚度δ_c；

(3)建立熱障涂層三維實體模型，以某運行工況下葉片最危險區(qū)域熱障涂層表面溫度作為熱循環(huán)溫度條件，采用熱-結(jié)構(gòu)耦合方法進行不同氧化層厚度的高溫?zé)嵫h(huán)載荷作用下的涂層系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變計算，根據(jù)陶瓷層內(nèi)界面附近應(yīng)力場分布結(jié)果，得到陶瓷層界面附近危險點的應(yīng)變范圍Δε隨氧化層厚度的變化曲線；結(jié)合熱障涂層熱疲勞試驗結(jié)果，采用非線性回歸的方法對模型進行非線性擬合，令c＝1，得到模型中的b、c和Δε_f0經(jīng)驗參數(shù)數(shù)值；

步驟二：模型預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果對比校核；

步驟三：重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟一第(1)條中，逆向測繪技術(shù)為采用激光掃描技術(shù)測繪透平葉片外觀尺寸，然后解剖葉片，采用藍光三維掃描測繪透平葉片內(nèi)部冷卻通道的幾何結(jié)構(gòu)尺寸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述的步驟一第(3)條中，熱障涂層三維實體模型是帶熱障涂層的重型燃氣輪機透平葉片三維實體模型，計算得到的Δε。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述的步驟一第(3)條中，b、c和Δε_f0經(jīng)驗參數(shù)是某運行工況下的透平葉片表面熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測模型相關(guān)的參數(shù)數(shù)值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，所述的步驟二的對比校核標(biāo)準(zhǔn)為：若預(yù)測的壽命位于試驗壽命的±2倍分散帶以內(nèi)，則建立的重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測模型適用實際生產(chǎn)，否則不適用。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命預(yù)測方法，其特征在于，步驟三具體實現(xiàn)方法如下：

(1)采用累積損傷的概念，根據(jù)Miner線性累積損傷模型，假設(shè)在起/停機、甩負荷、跳機、快速負荷變化不同運行工況下的某種溫度循環(huán)載荷作用下循環(huán)一次造成的損傷為D_m＝1/N_m，則重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層在實際服役過程中的損傷累計為

(2)判斷實際服役過程中重型燃氣輪機透平葉片熱障涂層熱疲勞壽命消耗，若不同運行工況下熱障涂層的總累積損傷D大于等于1，則說明熱障涂層已失效，若總的損傷小于1，則熱障涂層繼續(xù)有效。