Расчёт долговечности теплозащитных покрытий на лопатках турбин

Причинами повреждения и разрушения теплозащитных покрытий (ТЗП) на лопатках турбин могут быть: скалывание керамического слоя; эрозионные повреждения; сульфидная (горячая) коррозия керамического слоя. На авиационных двигателях основной причиной разрушения ТЗП являются напряжения, возникающие на границе раздела керамического слоя и жаростой­кого подслоя в результате различия термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) керамики и жаропроч­ного сплава. Эти напряжения и окисление границы раздела «керамика – жаростойкий подслой» приводят к скалыванию керамического слоя.

Для оценки напряжений и деформаций в керами­ческих и металлических слоях ТЗП может быть применена расчетная модель, использованная для жаростойких металлических покрытий. Расчет каждого слоя ТЗП с помощью ука­занной модели производится раздельно, не зависимо от осталь­ных слоев. В результате для каждого слоя ТЗП определяют средние по его толщине компоненты напряжений и деформаций. При расчетах керамического слоя принимается средняя по его толщине температура, которая может отличаться на 30-50oC и более от температуры подложки.

Модель расчета, применима к ТЗП, если погрешность для этой модели, для упругих напряжений не превышает 10-15%. Если жесткость керамического слоя ТЗП ока­зы­вается соизмеримой с жесткостью стенки лопатки, что воз­мож­но лишь для толстых покрытий, когда толщина керамического слоя

h_cr = 0,3-0,4 мм, то приходится использовать более сложные модели расчета. В частности, эффективными в этом случае являются модели обобщенного плоского деформированного состояния, основанные на использовании метода конечных элементов (МКЭ). Такие модели позволяют естественным образом учесть взаимное влияние жесткостей покрытия и стенки лопатки. Особенно, если в этом случае используются специальные конечные элементы, например конечные элементы в виде тонких криволинейных полосок, предназначенные для расчета напряжений и деформаций в тонких поверхностных слоях лопаток.

Е.Б.Качанов, докт.техн.наук, Ю.А.Тамарин, докт.техн.наук (ВИЛС, СЦ «Материал»)
* Работа выполнена совместно с В.Г.Сундыриным

Скачать полный текст статьи

Статьи по теплозащитным покрытиям.

1. Тамарин Ю.А., Качанов Е.Б. Электроннолучевая технология нанесения теплозащитных покрытий. Новые технологические процессы и надёжность ГТД , ЦИАМ, вып. 7, 2008 г., с.144-158.
2. Тамарин Ю.А., Качанов Е.Б. Свойства теплозащитных покрытий наносимых электроннолучевой технологией. Новые технологические процессы и надёжность ГТД . ЦИАМ, вып. 7, 2008 г., с.125-144.