Record Details

TEMPERATURE DISTRIBUTION IN MULTILAYER METAL-CERAMIC COATINGS UNDER NONSTATIONARY THERMAL EFFECTS

Civil Aviation High TECHNOLOGIES

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title TEMPERATURE DISTRIBUTION IN MULTILAYER METAL-CERAMIC COATINGS UNDER NONSTATIONARY THERMAL EFFECTS
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В МНОГОСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЯХ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
 
Creator Vasiliy Samoilenko M.; Moscow State Technical University of Civil Aviation
Yuriy Petrov V.; Moscow State Technical University of Civil Aviation
Oleg Ratenko A.; Moscow State Technical University of Civil Aviation
Василий Самойленко Михайлович; Московский государственный технический университет гражданской авиации
Юрий Петров Владимирович; Московский государственный технический университет гражданской авиации
Олег Ратенко Александрович; Московский государственный технический университет гражданской авиации
 
Subject turbine blade;combined heat-resistant coating;thermal conductivity;durability;serviceability
лопатка турбины;комбинированные теплозащитные покрытия;теплопроводность;долговечность;работоспособность
 
Description Progress in the aircraft engine construction is determined by the increase of operation parameters of gas turbine engines, which is inevitably accompanied by an increase of operating temperatures and load for the vital elements of the turbine hot ducts. Furthermore, the requirements for reliability of the engine in general are also increasing. Achievement of these requirements is determined by the performance of the materials turbine blades are made of and is made possible by the application of high-heat Nickel alloys in combination with combined heat-shielding coatings.This article dwells on the problem of assessing the impact of non-stationary thermal effects on the temperature distribution in a multilayer heatproof coating. With the aim of assessing the working capacity of heatproof coatings we propose a method of calculating the temperature field for the blade profile and the coatingdepth, based on the solution of the basic one-dimensional differential equation of heat conduction.This method allows us to assess the performance of heatproof coating and also gives us an opportunity to choose a combination of heatproof coating layers for the specific operating conditions of a gas turbine engine’s blades.In addition, using the proposed method it is possible to evaluate the effect of non-stationary heat flux on the structure of high-temperature alloy of the engine’s turbine blades and, therefore, to evaluate the capacity with the given coating. At temperatures of 1150–1200 °C and higher in heat-resistant Nickel alloys there starts a coagulation process of the main reinforcing coherent particle phase on the basis of the intermetallic compound, long plates with wavy shapes are formed instead of the cuboids, a formation of topologically close-packed phases which are needle-like compositions happens. These processes lead to a significant deterioration of the strength characteristics of heat-resistant alloys. Making calculations according to the proposed method it is possible to predict the performance of turbine blades, having the information about the intensity of phase transformations in the alloy and the temperature transitions in the process of gas turbine engine functioning (using the data of the on-board parameters monitoring and recording systems).
Прогресс в авиационном двигателестроении определяется возрастанием рабочих параметров газотурбинных двигателей, который неизбежно сопровождается повышением значений рабочих температур и нагруженности высокоответственных элементов горячего тракта турбины. Кроме того, повышаются требования к надежности двигателя в целом. Выполнение этих требований прежде всего обуславливается работоспособностью материалов лопаток турбин и обеспечивается применением высокожаропрочных никелевых сплавов в сочетании с комбинированными теплозащитными покрытиями.В статье решается задача оценки влияния нестационарного теплового воздействия на распределение температуры в многослойном теплозащитном покрытии. С целью оценки работоспособности теплозащитного покрытия предложен метод вычисления температурного поля по профилю лопатки и глубине покрытия, базирующийся на решении основного одномерного дифференциального уравнения теплопроводности.Данный метод позволяет оценить работоспособность теплозащитного покрытия, а также дает возможность подобрать комбинацию слоев теплозащитного покрытия для конкретных условий эксплуатации лопаток газотурбинного двигателя.Кроме того, с помощью предложенного метода можно оценить воздействие нестационарного теплового потока на структуру жаропрочного сплава лопатки турбины двигателя, а следовательно, оценить ресурс с данным теплозащитным покрытием. При температурах 1150–1200 °С и выше в жаропрочных никелевых сплавах происходит процесс коагуляции основных упрочняющих когерентных частиц y'-фазы на основе интерметаллида Ni3Al, вместо кубоидов формируются длинные пластины волнистой формы, происходит образование топологически плотноупакованных фаз, представляющих собой игольчатые образования. Эти процессы приводят к значительному ухудшению прочностных характеристик жаропрочных сплавов. Проводя расчеты по предложенной методике, можно прогнозировать работоспособность лопаток турбин, имея информацию об интенсивности фазовых превращений в сплаве и о температурных забросах в процессе работы газотурбинного двигателя (по данным бортовых систем контроля и фиксации параметров).
 
Publisher Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)
 
Contributor —
—
 
Date 2017-09-11
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1116
10.26467/2079-0619-2017-20-4-33-40
 
Source Civil Aviation High TECHNOLOGIES; Том 20, № 4 (2017); 33-40
Научный вестник МГТУ ГА; Том 20, № 4 (2017); 33-40
2542-0119
2079-0619
10.26467/2079-0619-2017-20-4
 
Language rus
 
Relation http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1116/988
Александрова Н.Д. Коррозия лопаток турбин ГТУ и обзор методов защиты // Электронный журнал «Молодежный научно-технический вестник». 2015. № 2.
Исследование сопротивления слоя ܼݎܱଶ – 8% ܻଶܱଷ конденсационных покрытий против воздействия оксидов кальция, магния, алюминия и кремния / К.Ю. Яковчук, Ю.Э. Рудой, Л.М. Нероденко, Е.В. Оноприенко, А.В. Микитчик // Современная электрометаллургия. 2013. № 3. С. 24–32.
Качанов Е.Б., Тамарин Ю.А. Расчет долговечности теплозащитных покрытий на лопатках турбин // Технология легких сплавов. 2013. № 1. С. 11–17.
Исследование механизма разрушения теплозащитного покрытия / В.М. Самойленко, Р.Г. Равилов, В.В. Древняк, М.А. Петрова // Электрометаллургия. 2015. № 12. С. 27–31.
Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров / пер. с англ. М.: Мир, 1985. 384 с.
Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Начала теории вычислительных методов. Уравнения в частных производных. Минск: Наука и техника, 1986. 311 с.
Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980. 456 с.
Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. 144 с.
Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение, 1998. 464 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).