프로그래밍 가능한 고온로는 실제와 같은 조건을 모방하는 사전 정의된 열 프로파일을 엄격하게 준수함으로써 정확성을 보장합니다. 가열, 유지(홀딩), 냉각 속도를 정밀하게 제어함으로써 가스 터빈의 특정 작동 주기를 재현합니다. 정적 온도뿐만 아니라 동적 변화를 시뮬레이션하는 이 능력은 실험 유효성의 결정적인 요소입니다.
열 차단 코팅을 테스트하는 데 있어 핵심 과제는 재료 파손이 정상 상태의 열에서 발생하는 경우는 드물다는 것입니다. 변화 중에 발생합니다. 프로그래밍 가능한 로는 응력 진화를 정확하게 측정하는 데 필요한 특정 시작, 정상 상태 및 종료 단계를 자동화하여 이 문제를 해결합니다.
실제 작동 주기 시뮬레이션
터빈 단계 재현
코팅을 검증하려면 엔진에서 직면할 것과 동일한 응력에 노출시켜야 합니다. 프로그래밍 가능한 로는 엔진 시동을 시뮬레이션하기 위해 특정 가열 곡선을 실행합니다.
그런 다음 정상 상태 작동을 모방하기 위해 유지(홀딩) 단계로 전환합니다. 마지막으로 엔진 종료를 시뮬레이션하기 위해 제어된 냉각 곡선을 따릅니다.
설정점 이상의 정밀도
이러한 실험의 정확성은 단순히 최대 온도에 도달하는 것이 아니라 변화율에 관한 것입니다.
로의 프로그래밍 가능한 특성은 이러한 단계 간의 전환이 모든 주기에서 일관되고 반복 가능하다는 것을 보장합니다. 이러한 반복성은 작업자 오류를 제거하고 50번째 주기에서 수집된 데이터가 1번째 주기에서 수집된 데이터와 비교 가능하다는 것을 보장합니다.
정확성의 과학: TGO 및 응력
열 성장 산화물(TGO) 추적
고온 유지 단계는 코팅 내부의 화학적 변화를 연구하는 데 중요합니다. 특히 이 단계는 연구자들이 열 성장 산화물(TGO)의 동적 성장을 관찰할 수 있게 합니다.
홀딩 시간 동안 로가 변동하면 TGO 성장 속도가 달라져 산화 거동에 대한 데이터가 신뢰할 수 없게 됩니다.
열 불일치 응력 측정
가장 중요한 데이터는 종종 냉각 단계에서 나옵니다. 온도가 떨어지면 코팅의 다른 층이 다른 속도로 수축하여 열 불일치 응력이 발생합니다.
냉각 곡선을 엄격하게 따르면 로는 특정 응력 수준과 결과적인 재료 열화 또는 박리(벗겨짐)를 상관시킬 수 있습니다.
일관성을 위한 하드웨어 고려 사항
열 균일성 달성
완벽한 디지털 프로그램이라도 물리적 환경이 일관되지 않으면 소용이 없습니다. 프로그램이 현실로 이어지도록 하려면 고온로는 챔버의 양면 가열 요소를 사용합니다.
구배 제거
이 양면 배열은 샘플 전체에 걸쳐 우수한 열 균일성을 보장합니다. 샘플이 컨트롤러에 프로그래밍된 온도 프로파일과 다른 온도 프로파일을 경험하게 하는 "핫 스팟" 또는 "콜드 스팟"을 방지합니다.
절충점 이해
시뮬레이션 대 현실
프로그래밍 가능한 로는 열 응력에 대해 높은 정확도를 제공하지만, 온도를 변수로 분리합니다. 고속 가스 침식 또는 기계적 진동과 같은 다른 엔진 요인은 다른 테스트 리그와 결합되지 않는 한 고려하지 않습니다.
열 지연의 위험
프로그램을 엄격하게 준수하는 것은 샘플이 로의 공기와 정확히 동일한 속도로 가열된다고 가정합니다. 더 크거나 두꺼운 샘플의 경우 약간의 지연이 있을 수 있으며, 이는 빠른 램업 속도 동안 샘플 온도가 프로그래밍된 로 온도와 약간 다를 수 있음을 의미합니다.
실험에 대한 올바른 선택
열 사이클링 실험의 정확성을 극대화하려면 특정 파손 기준에 맞게 로 프로그래밍을 조정하십시오.
- TGO 성장이 주요 초점인 경우: 유지(홀딩) 단계의 정밀도를 우선시하여 로가 장기간 동안 최고 온도에서 엄격한 공차를 유지할 수 있도록 하십시오.
- 박리 및 응력이 주요 초점인 경우: 냉각 속도가 열 불일치 응력의 강도를 직접 결정하므로 냉각 곡선 제어를 우선시하십시오.
궁극적으로 프로그래밍 가능한 로는 재료를 위한 타임머신 역할을 하여 수년간의 엔진 마모를 제어 가능하고 측정 가능한 타임라인으로 가속화합니다.
요약 표:
| 기능 | 열 사이클링에서의 기능 | 실험 정확도에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 프로그래밍 가능한 램핑 | 엔진 시동 및 종료 단계 시뮬레이션 | 일관되고 반복 가능한 가열/냉각 속도 보장 |
| 유지(홀딩) | 정상 상태 터빈 작동 모방 | TGO 성장 추적을 위한 안정적인 환경 제공 |
| 양면 가열 | 챔버 전반의 열 균일성 촉진 | 구배 및 국부적 핫/콜드 스팟 제거 |
| 자동 제어 | 수동 작업자 조정 제거 | 수백 주기에 걸친 데이터 무결성 보장 |
| 냉각 곡선 제어 | 열 불일치 응력 재현 | 냉각과 박리 사이의 정밀한 상관 관계 허용 |
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참고문헌
- Zhenwei Cai, Weizhe Wang. Numerical Study on Effect of Non-uniform CMAS Penetration on TGO Growth and Interface Stress Behavior of APS TBCs. DOI: 10.1186/s10033-021-00654-4
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