热障涂层对涡轮动叶温度及应力的影响研究

为研究热障涂层对于涡轮叶片服役温度和应力的影响，以燃气轮机第一级涡轮动叶为研究对象，基于流热固耦合的数值仿真方法，分析了有无热障涂层及不同热障涂层厚度下，叶片的流动传热特征以及叶身应力响应变化规律，并将温度和应力分析结果与真实服役叶片热障涂层剥落和基体裂纹萌生失效等故障情况进行对比分析。结果表明：数值仿真方法可以揭示涡轮叶片实际运行中的温度和应力分布特征；热障涂层可有效降低叶片基体的平均温度，但是对于局部高温区，若没有良好的冷却设计配合，热障涂层的保护效果有限；热障涂层厚度变化未改变叶片高应力区位置，随着厚度增加，叶片危险部位的应力逐渐下降；对于本文的研究对象，与无热障涂层情况相比，0.4mm热障涂层可使得叶片高应力区域最大等效应力下降30～60MPa。