一种热障涂层寿命测算方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种热障涂层寿命测算方法，包括：获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；测量热障涂层的微观结构损伤因子；通过测量的热障涂层的微观结构损伤因子修正寿命预测模型的拟合系数，得到修正后的寿命预测模型，得到热障涂层寿命。采用热障涂层无损检测设备测量服役部件的裂纹分布与TGO层关键参数，该测量数据可以用于校验与修正热障涂层寿命预测算法和CFD边界条件，提高了热障涂层的使用寿命预测的准确性，实现了在部件服役期间对热障涂层寿命的动态预测。

【技术实现步骤摘要】
一种热障涂层寿命测算方法及设备
本专利技术属于热障涂层的检测
，具体地涉及一种热障涂层寿命测算方法及设备。
技术介绍
工业燃气轮机的热端部件在服役环境中不仅承受着高温、高压的燃气，而且还承受着高热流输入、高温度梯度、应力梯度、离心力等作用。热障涂层(thermalbarriercoating，TBC)可以有效的延长热端部件的使用寿命。因此预测TBC的失效时间可以有效的实现对燃气轮机热端部件使用寿命的预测。TBC体系常见构成为最外部的陶瓷层(TC)，粘结层(BC)，以及介于其间随时间生长的热生长氧化物层(thermallygrownoxide，TGO)，TBC涂层失效的主要原因是随着服役时间的延长，TGO层逐渐生长和增厚，并且在热循环中的内部应力作用下，在TGO和陶瓷层界面上不断出现微裂纹并扩展；当扩展裂纹尺寸达到临界尺寸时，涂层体系厚度方向的应力导致陶瓷层切断而在局部剥落，造成涂层的失效。因此对TGO层状态的评估将成为预测TBC使用寿命的一种有效手段。公告号为CN102169531A的专利公开了一种热障涂层圆管的热疲劳寿命的预测方法，包括步骤一：建立热障涂层热疲劳寿命模型；步骤二：粘接层中铝元素浓度c、陶瓷层的机械应变范围Δε的确定；步骤三：热疲劳寿命的预测；步骤四：对获得的热障涂层热疲劳寿命预测模型进行校核。该方法是基于模拟环境下材料性能测试的结果，无法实现算法的自我校准与自我修正。得到的结果不够准确。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术目的在于提供一种热障涂层寿命测算方法及设备，采用客户化的热障涂层的裂纹扩展失效的检测方法实现TBC涂层的使用寿命的初始计算；采用热障涂层无损检测设备测量服役部件的裂纹分布与TGO层关键参数，该测量数据可以用于校验与修正热障涂层寿命预测算法和CFD边界条件，提高了热障涂层的使用寿命预测的准确性，实现了在部件服役期间对热障涂层寿命的动态预测。为了解决现有技术中的这些问题，本专利技术提供的技术方案是：一种热障涂层寿命测算方法，包括以下步骤：S01：获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；S02：根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；S03：测量热障涂层的微观结构损伤因子；S04：通过测量的热障涂层的微观结构损伤因子修正寿命预测模型的拟合系数，得到修正后的寿命预测模型，得到热障涂层寿命。优选的技术方案中，所述步骤S02中的寿命预测模型包括基于材料维度下的TBC寿命预测模型和基于部件维度下的TBC寿命预测模型；所述基于材料维度下的TBC寿命预测模型A以热障涂层的材料属性m、热障涂层的载荷状况l和热障涂层服役时间t拟合得到的拟合函数，即A＝f(m,l,t)；所述基于部件维度下的TBC寿命预测模型采用统计分析的方法得到热障涂层的微观结构损伤因子的概率分布。优选的技术方案中，通过热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况采用计算流体力学方法对部件整体进行计算处理，得到部件不同位置的外部载荷状况。优选的技术方案中，所述热障涂层的微观结构损伤因子包括TGO层厚度h、TGO/TC界面处裂纹c、TGO/TC界面起伏比r。优选的技术方案中，所述步骤S04中通过测量的数据组，使用线性回归的方法，获取其方差最小时函数的拟合系数作为修正的拟合系数。本专利技术还公开了一种热障涂层寿命测算设备，包括：数据获取模块，获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；寿命预测模块，根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；无损检测模块，测量热障涂层的微观结构损伤因子；寿命预测模型修正模块，通过测量的热障涂层的微观结构损伤因子修正寿命预测模型的拟合系数，得到修正后的寿命预测模型，得到热障涂层寿命。优选的技术方案中，所述寿命预测模块中的寿命预测模型包括基于材料维度下的TBC寿命预测模型和基于部件维度下的TBC寿命预测模型；所述基于材料维度下的TBC寿命预测模型A以热障涂层的材料属性m、热障涂层的载荷状况l和热障涂层服役时间t拟合得到的拟合函数，即A＝f(m,l,t)；所述基于部件维度下的TBC寿命预测模型采用统计分析的方法得到热障涂层的微观结构损伤因子的概率分布。优选的技术方案中，通过热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况采用计算流体力学方法对部件整体进行计算处理，得到部件不同位置的外部载荷状况。优选的技术方案中，所述热障涂层的微观结构损伤因子包括TGO层厚度h、TGO/TC界面处裂纹c、TGO/TC界面起伏比r。优选的技术方案中，所述寿命预测模型修正模块通过测量的数据组，使用线性回归的方法，获取其方差最小时函数的拟合系数作为修正的拟合系数。相对于现有技术中的方案，本专利技术的优点是：1、传统的热障涂层寿命预测方法与热障涂层损伤无损检测设备为两个独立的研究领域与模块，本方法将快速的热障涂层检测手段和精准的裂纹扩展计算，利用实测数据去进行校验与修正失效计算判断模型，为工业现场提供一种高效率、高精度的燃气轮机热端部件寿命预测方法，提高企业经济效益和生产效率。可以适用于工业应用。2、以往的热障涂层寿命预测多数基于模拟环境下材料性能测试的结果，本专利技术以采用客户化的热障涂层的裂纹扩展失效的检测方法实现TBC涂层的使用寿命的初始计算；采用热障涂层无损检测设备测量服役部件的裂纹分布与TGO层关键参数，该测量数据可以用于校验与修正热障涂层寿命预测算法和CFD边界条件，实现该算法的自我校准与自我修正，大大降低工业流程中热障涂层寿命预测的时间和经济成本。同时提高了热障涂层的使用寿命预测的准确性，实现了在部件服役期间对热障涂层寿命的动态预测。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术热障涂层寿命测算设备的原理框图；图2为本专利技术热障涂层寿命测算设备的处理示意图；图3为TBC寿命修正逻辑图；图4为透平叶片的温度分布示意图；图5透平叶片的应力分布示意图；图6为本专利技术热障涂层寿命测算方法的流程图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例：如图1所示，一种热障涂层寿命测算设备，包括：数据获取模块，获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；寿命预测模块，根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；无损检测模块，测量热障涂层的微观结构损伤因子；寿命预测模型修正模块，通过测量的热障涂层的微观结构损伤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热障涂层寿命测算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS01：获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；/nS02：根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；/nS03：测量热障涂层的微观结构损伤因子；/nS04：通过测量的热障涂层的微观结构损伤因子修正寿命预测模型的拟合系数，得到修正后的寿命预测模型，得到热障涂层寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种热障涂层寿命测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：获取用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况；
S02：根据获取的用户历史使用数据，热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况得到热障涂层的寿命预测模型；
S03：测量热障涂层的微观结构损伤因子；
S04：通过测量的热障涂层的微观结构损伤因子修正寿命预测模型的拟合系数，得到修正后的寿命预测模型，得到热障涂层寿命。


2.根据权利要求1所述的热障涂层寿命测算方法，其特征在于，所述步骤S02中的寿命预测模型包括基于材料维度下的TBC寿命预测模型和基于部件维度下的TBC寿命预测模型；所述基于材料维度下的TBC寿命预测模型A以热障涂层的材料属性m、热障涂层的载荷状况l和热障涂层服役时间t拟合得到的拟合函数，即A=f(m,l,t)；所述基于部件维度下的TBC寿命预测模型采用统计分析的方法得到热障涂层的微观结构损伤因子的概率分布。


3.根据权利要求2所述的热障涂层寿命测算方法，其特征在于，通过热障涂层的部件结构信息，及部件的计划使用工况采用计算流体力学方法对部件整体进行计算处理，得到部件不同位置的外部载荷状况。


4.根据权利要求1所述的热障涂层寿命测算方法，其特征在于，所述热障涂层的微观结构损伤因子包括TGO层厚度h、TGO/TC界面处裂纹c、TGO/TC界面起伏比r。


5.根据权利要求1所述的热障涂层寿命测算方法，其特征在于，所述步骤S04中通过测量的数据组，使用线性回归的方法，获取其方差最小时函数的拟合系数作为修正的拟合系数。


6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帆，陈滢，邵诚卓，
申请(专利权)人：苏州先机动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32