Температура многослойного металлокерамического

ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ Х РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ВЕЩЕСТВ
УДК 621.438: 536.24
ТЕМПЕРАТУРА МНОГОСЛОЙНОГО МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОГО
ТЕРМОБАРЬЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПЕРФOРИРОВАННОЙ СТЕНКЕ
Трушин В.А.
Уфимский государственный авиационный технический университет, г. Уфа,
E-mail: tard@ugatu.ac.ru
При создании новых авиационных двигателей все более широко применяются
металлокерамические термобарьерные покрытия на таких деталях, как жаровые
трубы камер сгорания и перфорированные лопатки первых ступеней турбин. В
качестве керамики используются двуокись циркония ZrO2, окись иттрия Y2O3,
двуокись церия CeO2, а в качестве арматуры – материал защищаемой стенки. Для
стали ЖС6-К коэффициент теплопроводности λ в зависимости от температуры Т
определяется формулой [1] (для металла индекс m)
λm = 8.41+0.0186 T оC = am+bm T оC,
(1)
а для смеси двуокиси циркония ZrO2, с окисью иттрия Y2O3 (для неметалла индекс n)
формулой
(2)
λn = 0.8+0.001 T оC = an+bn T оC ,
Рассмотрена перфорированная стенка одной стороны охлаждаемой лопатки
турбины из стали ЖС6-К толщиной S=0.002м с покрытием толщиной ∆=0.001м.
Высота пояса стенки равна шагу между отверстиями перфорации. Диаметр
сквозного отверстия в стенке и продольного в перегородке d =0.0004м. Покрытие
пятислойное с толщиной каждого слоя 0,0002м. Нумерация слоев начинается от
поверхности защищаемой стенки. Ниже представлены массовые доли металла и
неметалла по слоям
gm1=1; gm2=0.75; gm3=0.5; gm4=0.25; gm5=0; gn1=0; gn2=0.25; gn3=0.5; gn4=0.75; gn5=1;
Коэффициент теплопроводности в i-м слое покрытия определялся как [2]
λi(T)= gmi am+ gni an+( gmi bm+ gni bn)T
403(1234)
199(1170)
130(1151)
93(1139)
71(1131)
404(1208)
200(1141)
132(1121)
96(1110)
74(1103)
(3)
250(1113)
212(1059)
189(1047)
172(1042)
159(1038)
41
41
147
49 (1090)
39
135
94 (1063)
59
138
∆
S
Ta=600о C
Рис. 1.Распределение температур в стенке (сквозное отверстие- справа)
Принятые для расчетов параметры следующие: температура рабочего газа Tf
=2000о C c коэффициентом теплоотдачи от газа к стенке α=1500Вт/м2К, температура
охлаждающего воздуха Ta=6000C c коэффициентом теплоотдачи αa=1000Вт/м2К.
Температура воздуха в отверстиях стенки и перегородки Tp=700о C c коэффициентом
теплоотдачи αp=1300Вт/м2К. Исследовано прогревание стенки и покрытия от их
начальной температуры T0 =20о C. Расчет велся методом элементарных балансов при
разбиении стальной стенки в трех слоях на треугольные элементы, а пяти слоев
покрытия - на четырехугольные.
Казанский государственный технологический университет. Ул. К. Маркса, 68. г. Казань 420015. ____________________
131
2 СЕКЦИЯ: СВОЙСТВА ПЕРЕНОСА
На рис.1 представлены значения температур в покрытии и в стенке через 0.23 с.
после начала прогревания (в скобках температуры установившегося режима) Tf
=2000о C.
Из рисунка видно, что перфорация существенно уменьшает не только уровни
температур в системе, но и значения градиентов температур в ней, что благоприятно
для исключения возможного отслоения термобарьерного покрытия от охлаждаемой
стенки.
Литература
[1] Локай В.И., Максутова М.К., Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей
летательных аппаратов. М.: Машиностроение. 1991. 512 с.
[2] Трушин В.А. Теплопроводность многослойных металлокерамических покрытий
деталей ГТД. Вестник УГАТУ № 1(3). 2001. C. 174-180.
132 ____________________________ http://www.kstu.ru ____________________ E-mail: office@kstu.ru ________________