一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法与流程

    技术2024-10-30  10


    本申请属于发动机温度测量,特别涉及一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法。


    背景技术:

    1、整机状态下涡轮叶片的壁温测试由于处于高温、高压、高速气流的冲刷的环境中,因此一直是个难点。晶体温度测量技术由于晶体尺寸小、质量轻、无引线、精度高等原因,广泛应用于航空发动机温度测量领域。涡轮叶片由于具有隔热需求,因此需要在涡轮叶片的外壁面喷涂热障涂层,热障涂层方法最常见的包括aps(大气等离子喷涂法)、eb-pvd(电子束物理气相沉积法)等。但目前的涡轮叶片晶体测量,都是基于无热障涂层状态,无法反映带热障涂层状态下的涡轮叶片壁温。


    技术实现思路

    1、本申请的目的是提供了一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

    2、本申请的技术方案是:一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,包括:

    3、步骤s10,在涡轮叶片的外壁面开设晶体孔,用于埋设测量温度的晶体;

    4、步骤s20,采用清洗剂对涡轮叶片表面进行清洗后,将所述晶体埋设在晶体孔内,并通过高温粘黏剂封装后在涡轮叶片表面焊接金属盖片,其中,当所述涡轮叶片为涡轮导向叶片时按需焊接金属盖片,当所述涡轮叶片为涡轮转子叶片时必须焊接金属盖片;

    5、步骤s30,对涡轮叶片表面拟喷涂热障涂层的位置进行清理;

    6、步骤s40,对涡轮叶片表面先后喷涂底层和面层,其中,当热障涂层为aps涂层时,按照步骤s10、步骤s20、步骤s30及步骤s40的顺序进行,当热障涂层为eb-pvd涂层时,按照步骤s30、步骤s40、步骤s10和步骤s20的顺序进行;

    7、步骤s50,将埋设晶体后且带热障涂层的涡轮叶片装配在待测发动机上,按照待测温度状态进行发动机试车,保证待测温度状态为最高试车状态,且保持预定时长;

    8、步骤s60,分解发动机中埋设晶体的涡轮叶片至单件状态,取出晶体,并将其按照所安装位置编号;

    9、步骤s70,测量晶体的晶格参数,根据晶格参数并结合发动机试车状态参数,判断涡轮叶片各安装位置的晶体测量温度,从而确定带热障涂层的涡轮叶片表面壁温。

    10、在本申请优选实施方式中,所述晶体孔为圆柱形孔,所述晶体孔的底孔面积不小于晶体孔的进口面积,且底面平整;

    11、所述晶体孔的开孔位置满足以下需求:有测温需求、壁厚大于深度要求、开孔后此位置满足强度需求、开孔位置表面平整;

    12、所述晶体孔的开孔孔径和深度要求满足晶体的埋设要求,开孔角度为垂直于涡轮叶片外壁面。

    13、在本申请优选实施方式中,在无热障涂层状态下,所述晶体孔的开孔方法包括电火花打孔法、电液束打孔法、激光打孔法;在带热障涂层面层的状态下,所述晶体孔的开孔方法包括飞秒激光打孔法。

    14、在本申请优选实施方式中,所述清洗剂为丙酮。

    15、在本申请优选实施方式中,最高试车状态的保持预定时长为3min~7min。

    16、在本申请优选实施方式中,测量晶体的晶格参数包括:x射线衍射法、高分辨率投射电子显微镜法、吸收光谱法、拉曼光谱法。

    17、在本申请优选实施方式中,还包括:对晶体测量的带热障涂层的涡轮叶片表面壁温进行修正,修正方法为:

    18、;

    19、式中,为燃气换热系数;

    20、为冷气换热系数;

    21、为燃气换热温度;

    22、为冷气换热温度;

    23、为晶体实测温度;

    24、为修正后晶体对应位置叶片壁温;

    25、为叶片壁面导热系数;

    26、为晶体导热系数;

    27、为高温粘黏剂导热系数;

    28、为盖片导热系数;

    29、为热障涂层导热系数;

    30、为叶片壁面全厚度;

    31、为埋设晶体后叶片壁面剩余壁厚;

    32、为晶体厚度;

    33、为高温粘黏剂厚度;

    34、为金属盖片厚度;

    35、为热障涂层面层厚度。

    36、本申请提供的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法克服了现有技术基于无热障涂层状态的涡轮叶片晶体测量,可以准确反映带热障涂层状态下的涡轮叶片壁温,测量结果更加准确。



    技术特征:

    1.一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,所述晶体孔为圆柱形孔,所述晶体孔的底孔面积不小于晶体孔的进口面积,且底面平整;

    3.如权利要求2所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,在无热障涂层状态下,所述晶体孔的开孔方法包括电火花打孔法、电液束打孔法、激光打孔法;在带热障涂层面层的状态下,所述晶体孔的开孔方法包括飞秒激光打孔法。

    4.如权利要求1所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,所述清洗剂为丙酮。

    5.如权利要求1所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,最高试车状态的保持预定时长为3min~7min。

    6.如权利要求1所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,测量晶体的晶格参数包括:x射线衍射法、高分辨率投射电子显微镜法、吸收光谱法、拉曼光谱法。

    7.如权利要求1至6任一所述的采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,其特征在于,还包括:对晶体测量的带热障涂层的涡轮叶片表面壁温进行修正,修正方法为:


    技术总结
    本申请提供一种采用晶体测量带热障涂层的涡轮叶片表面壁温的方法,属于发动机温度测量技术领域,包括:在涡轮叶片的外壁面开设晶体孔;将晶体埋设在晶体孔内,并通过高温粘接剂封装;对涡轮叶片表面拟喷涂热障涂层的位置进行清理;对涡轮叶片表面先后喷涂底层和面层,其中,对于APS涂层,先开孔、埋设晶体后喷涂涂层,对于EB‑PVD涂层,先清洗表面、喷涂涂层后开孔、埋设晶体;将埋设晶体且带热障涂层的涡轮叶片装配在待测发动机上进行发动机试车;分解涡轮叶片至单件状态,取出晶体;测量晶体的晶格参数,根据晶格参数并结合发动机试车状态,判断涡轮叶片各安装位置的晶体测量温度,得到带热障涂层的涡轮叶片表面壁温。

    技术研发人员:屈云凤,施磊,韦文涛,高东武,马世岩,王维,陶一鸾,邱丹丹
    受保护的技术使用者:中国航发沈阳发动机研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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