RU2284514C1 - Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks - Google Patents
Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284514C1 RU2284514C1 RU2005101381/28A RU2005101381A RU2284514C1 RU 2284514 C1 RU2284514 C1 RU 2284514C1 RU 2005101381/28 A RU2005101381/28 A RU 2005101381/28A RU 2005101381 A RU2005101381 A RU 2005101381A RU 2284514 C1 RU2284514 C1 RU 2284514C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- heat
- temperature
- coating
- heat source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения а именно к испытаниям высокотемпературных покрытий деталей, преимущественно газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of engineering, namely to testing high-temperature coatings of parts, mainly gas turbine engines (GTE).
При горении распыленного топлива в потоке воздуха внутри жаровой трубы камеры сгорания образуется факел, температура которого превышает 2000К. При этом уровне температур стенкам жаровой трубы передается значительная доля теплового потока. Несмотря на различные системы заградительного охлаждения, температура стенок остается очень высока и может превышать 1000°С. Для защиты стенок жаровой трубы предложено применять различные виды высокотемпературных покрытий, в первую очередь керамические теплозащитные покрытия (ТЗП). Учитывая что тепло от газового потока стенке передается как конвективно, так и за счет радиационного нагрева (в виде инфракрасного и светового потоков), предлагается применять отражающие покрытия.When atomized fuel is burned in an air stream, a torch is formed inside the flame tube of the combustion chamber, the temperature of which exceeds 2000K. At this temperature level, a significant fraction of the heat flux is transferred to the walls of the flame tube. Despite the various cooling systems, the wall temperature remains very high and can exceed 1000 ° C. To protect the walls of the flame tube, it is proposed to use various types of high-temperature coatings, primarily ceramic heat-protective coatings (TZP). Considering that heat is transferred from the gas stream to the wall both convectively and due to radiation heating (in the form of infrared and light fluxes), it is proposed to use reflective coatings.
Известны методы и установки для оценки эффективности покрытий, разработанные для лопаток турбин ГТД, на которых высокотемпературные покрытия применяют длительное время. Например, при испытаниях на газодинамических стендах [1] лопатки помещают в поток газа, поступающего из камеры сгорания. Однако в то же время для исследования условий теплопередачи в жаровой трубе с покрытием горячий поток должен образовываться внутри нее. Использование опытных установок для отработки полноразмерных жаровых труб также затруднительно, так как в процессе выбора типа покрытия и технологии его нанесения должно быть проведено большое количество оценочных экспериментов, которые при использовании большеразмерной установки будут очень дороги.Known methods and installations for evaluating the effectiveness of coatings developed for turbine turbine blades, on which high-temperature coatings are used for a long time. For example, when testing on gas-dynamic stands [1], the blades are placed in a stream of gas coming from the combustion chamber. However, at the same time, in order to study the conditions of heat transfer in a coated flame tube, a hot stream must form inside it. The use of pilot plants for working out full-size flame tubes is also difficult, since in the process of choosing the type of coating and the technology for its application, a large number of evaluation experiments should be carried out, which when using a large-sized plant will be very expensive.
Поэтому исследования по выбору покрытий и исследованию его свойств должны проводиться на малогабаритных образцах в условиях теплопередачи, имитирующих процесс в реальных условиях.Therefore, studies on the choice of coatings and the study of its properties should be carried out on small-sized samples under heat transfer conditions that mimic the process in real conditions.
Подобные методы используются для исследований при термомеханическом и малоцикловом нагружении.Similar methods are used for research under thermomechanical and low-cycle loading.
Наиболее близким техническим решением является способ испытаний образцов из металлических материалов (в том числе с покрытиями) при простых и сложных условиях нагружения в изотермических и неизотермических температурных условиях [2]. Для исследований предлагается использовать образцы, в том числе трубчатой формы, располагая нагреватели различного типа внутри него, что упрощает контроль температуры образца и контроль уровня деформаций. Используемый нагреватель вставляется внутрь образца и осуществляет его нагрев за счет радиационного потока. При исследовании теплозащитных свойств покрытий нагреватель помещают внутрь трубчатых образцов без покрытия, контролируя перепад температуры по стенке, затем заменяют образец без покрытия образцом с нанесенным на внутренней поверхности покрытием и нагревают его аналогично образцу без покрытия, так же контролируя перепад температур по стенке. Однако при исследованиях теплозащитных свойств высокотемпературных покрытий, данный способ имеет ряд существенных недостатков: отсутствует конвективная составляющая нагрева, мал температурный перепад по толщине стенки образца, кроме того, вследствие изменения характеристик нагревателя от одного цикла испытаний к другому нет повторяемости условий нагрева образцов, что делает недостоверными испытания.The closest technical solution is the method of testing samples of metallic materials (including with coatings) under simple and complex loading conditions in isothermal and non-isothermal temperature conditions [2]. For research, it is proposed to use samples, including tubular ones, having heaters of various types inside it, which simplifies the control of the temperature of the sample and the control of the level of deformations. The used heater is inserted inside the sample and carries out its heating due to the radiation flux. When studying the heat-shielding properties of coatings, the heater is placed inside tubular samples without coating, controlling the temperature drop across the wall, then replacing the sample without coating with a sample coated on the inner surface and heating it similarly to an uncoated sample, also controlling the temperature drop across the wall. However, when studying the heat-shielding properties of high-temperature coatings, this method has a number of significant drawbacks: there is no convective component of heating, the temperature difference across the wall thickness of the sample is small, in addition, due to changes in the characteristics of the heater from one test cycle to another there is no repeatability of the heating conditions of the samples, which makes it unreliable tests.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение достоверных результатов при исследовании теплозащитных характеристик высокотемпературных покрытий с максимально точным повторением условий теплопередачи к металлу, защищенному покрытием в сравнении с металлом без покрытия в условиях, близких к эксплуатационным.The technical result of the invention is to obtain reliable results in the study of the heat-shielding characteristics of high-temperature coatings with the most accurate repetition of the conditions of heat transfer to a metal protected by a coating in comparison with uncoated metal under conditions close to operational.
Технический результат достигается в заявляемом способе и устройстве для определения свойств высокотемпературных покрытий деталей. Для этого в заявляемом способе внутри трубчатого образца располагают источник тепла, создающий радиационный и конвективный тепловой поток, например факел от сгорания газообразного топлива, и используют образец, выполненный из двух половин, причем на половину поверхности образца, обращенную к источнику тепла, наносят исследуемое высокотемпературное покрытие, а вторую оставляют без покрытия, либо на нее наносят покрытие с известными свойствами, осуществляют одновременный нагрев защищенной и незащищенной поверхностей образца, после чего посредством термопар измеряют температуры на поверхностях образца, расположенных с противоположной стороны от источника тепла, и по разнице температур определяют свойства исследуемого покрытия.The technical result is achieved in the claimed method and device for determining the properties of high-temperature coatings of parts. To do this, in the inventive method, a heat source is placed inside the tubular sample, creating a radiation and convective heat flux, for example, a torch from the combustion of gaseous fuel, and a sample made of two halves is used, and the investigated high-temperature coating is applied to half of the surface of the sample facing the heat source and the second is left uncoated, or a coating with known properties is applied to it, the protected and unprotected surfaces of the sample are heated simultaneously, after which o using thermocouples measure the temperature on the surfaces of the sample located on the opposite side of the heat source, and the properties of the studied coating are determined by the temperature difference.
А заявляемое устройство для определения теплозащитных свойств высокотемпературных покрытий деталей, содержит трубчатый образец, устройство для его крепления, источник тепла, создающий конвективный и радиационный тепловой поток, расположенный внутри образца, устройство для измерения температуры, причем образец выполнен из двух половин, на одну из которых нанесено исследуемое покрытие, а другая половина выполнена без покрытия, либо на нее нанесено покрытие с известными теплозащитными свойствами, при этом в устройстве предусмотрены термопары, регистрирующие изменение температуры на поверхности образца и расположенные друг против друга на сторонах образца с покрытием и без него.And the inventive device for determining the heat-shielding properties of high-temperature coatings of parts, contains a tubular sample, a device for attaching it, a heat source that creates a convective and radiation heat flux located inside the sample, a device for measuring temperature, and the sample is made of two halves, one of which the test coating is applied, and the other half is made without coating, or a coating with known heat-shielding properties is applied to it, while the device provides mopars detecting temperature changes on the surface of the sample and located opposite each other on the sides of the sample with and without coating.
А также между половинами образца расположен теплоизолятор.And also between the halves of the sample is a heat insulator.
А также между половинами образца имеется зазор.There is also a gap between the halves of the sample.
А также устройство содержит источник текучей среды, омывающей поверхность образца, противоположную источнику тепла и отводящую тепло с нее.And the device also contains a source of fluid, washing the surface of the sample, opposite the heat source and removing heat from it.
Это позволяет оперативно определять степень теплозащиты образца покрытием в условиях, когда тепло к нему подводится как конвекцией, так и излучением, причем одновременный нагрев защищенной и незащищенной поверхностей образца сводит к минимуму погрешности, связанные с различием условий нагрева при перестановке образца. Изменение температуры по длине образца, связанное с изменением температуры по длине факела позволяет оценить условия теплопередачи при различных температурах. Мощность нагрева достаточно легко регулируется расходом газа. Удельная мощность теплового потока, подводимая к поверхности образца, по величине определяют мощностью, подводимой к реальной детали, например к жаровой трубе ГТД, покрытие для которой исследуется. Материал, из которого изготовлен образец, выбирают тот же, что и на детали. Эта установка может быть использована для исследования процессов термохимического влияния продуктов сгорания на покрытие, при соответствующих добавках в горючий газ или нанесении соответствующей обмазки на поверхность образца.This allows you to quickly determine the degree of thermal protection of the sample by the coating under conditions when heat is supplied to it by both convection and radiation, and the simultaneous heating of the protected and unprotected surfaces of the sample minimizes errors associated with the difference in the heating conditions when the sample is rearranged. A change in temperature along the length of the sample, associated with a change in temperature along the length of the plume, allows one to evaluate the conditions of heat transfer at different temperatures. The heating power is quite easily regulated by the gas flow. The specific heat flux power supplied to the sample surface is determined by the power supplied to a real part, for example, a gas turbine engine tube, the coating for which is being studied. The material from which the sample is made is chosen to be the same as on the part. This setup can be used to study the processes of the thermochemical effect of combustion products on the coating, with appropriate additives in combustible gas or by applying a suitable coating to the surface of the sample.
Для предотвращения перетекания тепла между половинами образца с покрытием и без него, нарушающими тепловое распределение, места стыка половин образца теплоизолируют либо между ними оставляют зазор, что препятствует теплоперетоку.To prevent heat from flowing between the sample halves with and without coating, which violate the thermal distribution, the joints of the sample halves are insulated or a gap is left between them, which prevents heat transfer.
Для создания необходимого температурного градиента по толщине образца с покрытием, его поверхность с противоположной от источника тепла стороны, охлаждают воздухом, газом или жидкостью, в зависимости от условий эксплуатации исследуемого покрытия.To create the required temperature gradient across the thickness of the coated sample, its surface on the opposite side from the heat source is cooled by air, gas or liquid, depending on the operating conditions of the coating under study.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows a diagram of the proposed device.
На фиг.2 изображена конструкция образца.Figure 2 shows the design of the sample.
Устройство на фиг.1 включает образец 1, состоящий из двух половин 2 и 3, на одну из которых нанесено исследуемое покрытие 4, разделенных теплоизолятором 5, устройство для его крепления 6. Внутри образца установлен источник тепла - горелка 7. На противоположной от источника тепла стороне образца закреплены термопары для измерения температуры 8. Образец 1 установлен внутри кожуха 9, в котором протекает теплоотводящая текучая среда, например газ или жидкость, с заданными параметрами - температурой, расходом и т.п. - подводимая из источника 10, отводимая через выход 11.The device in figure 1 includes a
Заявляемое устройство по предлагаемому способу работает следующим образом:The inventive device according to the proposed method works as follows:
Подготовленную к испытаниям образец 1 на фиг.1, состоящий из половин 2 и 3, на одну из которых нанесено исследуемое покрытие 4, а другая оставлена без покрытия, с прикрепленными к ним напротив друг друга термопарами 8 и с теплоизоляторами 5 между половинами, устанавливают в устройство для крепления образца 6 внутри кожуха 9. Внутрь образца 1 помещают источник тепла 7. Затем подают охлаждающую среду и включают источник тепла 7, с помощью термопар 8 регистрируют изменение температуры на охлаждаемой поверхности образца 1. Процесс нагрева ведут необходимое время, регистрируя температуру. По разнице показаний термопар, расположенных напротив друг друга на сторонах образца с покрытием и без него, делают вывод о теплоизолирующих свойствах покрытия.Prepared for testing,
Применение предложенного способа и устройства для испытания обеспечивает оперативное получение данных о свойствах высокотемпературных покрытий деталей ГТД в условиях теплопередачи, имитирующих эксплуатационные с минимальными затратами. Это позволяет проводить широкий фронт исследований защитных высокотемпературных покрытий различного типа, обеспечивая максимальную защиту деталей ГТД, таких как жаровые трубы, что позволяет значительно повысить их ресурс и температуру эксплуатации.The application of the proposed method and device for testing provides quick data on the properties of high-temperature coatings of gas-turbine engine parts under heat transfer conditions that mimic operational at a low cost. This allows you to conduct a wide front research of protective high-temperature coatings of various types, providing maximum protection for gas turbine engine parts, such as flame tubes, which can significantly increase their service life and operating temperature.
Источники информацииInformation sources
1. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. Технологические методы повышения надежности деталей машин. М., Машиностроение, 1993 г., с.135.1. Kuznetsov ND, Tseytlin V.I., Volkov V.I. Technological methods to improve the reliability of machine parts. M., Mechanical Engineering, 1993, p.135.
2. Машины и установки для испытаний при термомеханическом малоцикловом нагружении. Методические указания. Международный центр научной и технической информации Института машиноведения АН СССР им. А.А.Благонравова., М., изд. ИМАШ, 1988 г. с.23-252. Machines and installations for testing under thermomechanical low-cycle loading. Methodical instructions. International Center for Scientific and Technical Information, Institute of Engineering, Academy of Sciences of the USSR A.A. Blagonravova., M., ed. IMASH, 1988 p. 23-25
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005101381/28A RU2284514C1 (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005101381/28A RU2284514C1 (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005101381A RU2005101381A (en) | 2006-07-10 |
RU2284514C1 true RU2284514C1 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=36830136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005101381/28A RU2284514C1 (en) | 2005-01-24 | 2005-01-24 | Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2284514C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU170803U1 (en) * | 2016-12-01 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий | STAND FOR RESEARCH OF FIRE PROTECTIVE COATINGS |
RU2647562C1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for investigation of thermal protective properties of high-temperature coatings and the device for its implementation |
RU2690048C1 (en) * | 2018-08-31 | 2019-05-30 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for thermal testing of full-scale ceramic elements of aircrafts |
RU2771454C1 (en) * | 2021-05-14 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for testing high-temperature gas corrosion, abrasive and temperature resistance of materials and coatings of gas turbine engines in high-speed gas flows |
-
2005
- 2005-01-24 RU RU2005101381/28A patent/RU2284514C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Машины и установки для испытаний при термомеханическом малоцикловом нагружении. Методические указания. Международный центр научной и технической информации Института машиноведения АН СССР им. А.А.Благонравова. - М.: Изд. ИМАШ, 1988, с.23-25. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU170803U1 (en) * | 2016-12-01 | 2017-05-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий | STAND FOR RESEARCH OF FIRE PROTECTIVE COATINGS |
RU2647562C1 (en) * | 2017-02-13 | 2018-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Method for investigation of thermal protective properties of high-temperature coatings and the device for its implementation |
RU2690048C1 (en) * | 2018-08-31 | 2019-05-30 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for thermal testing of full-scale ceramic elements of aircrafts |
RU2771454C1 (en) * | 2021-05-14 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Method for testing high-temperature gas corrosion, abrasive and temperature resistance of materials and coatings of gas turbine engines in high-speed gas flows |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005101381A (en) | 2006-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rafidi et al. | Heat transfer characteristics of HiTAC heating furnace using regenerative burners | |
Panda et al. | Thermal shock and thermal fatigue study of ceramic materials on a newly developed ascending thermal shock test equipment | |
KR20100113776A (en) | Apparatus for testing thermal fatigue properties using flame | |
RU2284514C1 (en) | Method and device for determining heat-protecting properties of high-temperature coating of blanks | |
US8281649B1 (en) | Advanced hot section materials and coatings test rig | |
Leigh | Temperature measurement and control | |
Luo et al. | Simultaneous in-cylinder surface temperature measurements with thermocouple, laser-induced phosphorescence, and dual wavelength infrared diagnostic techniques in an optical engine | |
Nau et al. | Wall temperature measurements in a full-scale gas turbine combustor test rig with fiber coupled phosphor thermometry | |
Rodríguez et al. | Accelerated thermal profiling of gas turbine components using luminescent thermal history paints | |
Rupesh et al. | Study on temperature indicating paint for surface temperature measurement—A review | |
US4948365A (en) | High-temperature, gas-burning furnace | |
Magre et al. | Temperature measurements by CARS and intrusive probe in an air–hydrogen supersonic combustion | |
Parthasarathy et al. | Development of a test to evaluate aerothermal response of materials to hypersonic flow using a scramjet wind tunnel | |
CN106124559A (en) | ORC is at 500~1500 DEG C of interval antioxygenic property test devices | |
Lechner et al. | Dynamic characterization of wall temperature in LOX/CH4 rocket engine operating conditions using phosphor thermometry | |
RU2424506C1 (en) | Procedure for evaluation of thermo-mechanical stresses in cooled parts with heat protecting high temperature coating | |
Rupesh et al. | Material selection for a gas turbine liner using MC 350-8 coating | |
Bychkov et al. | Investigations of thermomechanical fatigue for optimization of design and production process solutions for gas-turbine engine parts | |
CN113484020B (en) | Thermal power coupling test device for simulating high-temperature service environment of aircraft engine | |
JP7067063B2 (en) | Temperature measuring device, specimen holder for heat cycle test, and heat cycle test device | |
Bonnand et al. | Complex thermo-mechanical approaches to study the behavior of high-temperature alloys | |
Ji et al. | Design, construction and modeling of a small-scale high temperature field rotor test rig | |
Markham et al. | Thermal radiative properties and temperature measurement from turbine coatings | |
RU2486497C1 (en) | Plant for testing of aircraft thermal protection | |
Goeckner et al. | Radiative heat transfer augmentation of natural gas flames in radiant tube burners with porous ceramic inserts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140125 |