Effect of bondcoat roughness on lifetime of APS-TBC systems in dry and wet gases

Low pressure plasma spraying (LPPS) is a process commonly used for deposition of MCrAlY (M=Ni,Co) bondcoats for air plasma spray thermal barrier coatings (APS-TBCs). LPPS produces bondcoats with a high roughness and good oxidation resistance, which are known to play a key role for long lifetimes of APS-TBC’s. An alternative process for the bondcoat deposition is high velocity oxy-fuel (HVOF), which is substantially cheaper than LPPS but even with well optimized spraying parameters generates intrinsically lower bondcoat roughness. In the present work it is shown that a bi-layer MCrAlY-bondcoat consisting of an HVOF-base layer and an upper, thin APS-flashcoat of the same chemical composition can provide cyclic oxidation TBC-lifetimes, which are similar to those obtained with well optimized LPPS bondcoats. The key points for the extended lifetime are the specific roughness profile and microstructure of the flashcoat, which allow good adhesion of the topcoat combined with an excellent oxidation resistance. Testing of the TBC-system with the APS-flashcoat in the atmosphere with increased amount of water vapour relevant for gas-turbine operation on alternative, hydrogen rich fuels revealed some lifetime shortening with respect to the drier test gas. However, even under these more aggressive conditions, the measured cyclic furnace lifetimes of samples with APS-flashcoat are a factor of 2 to 3 longer than those of the reference TBC-system with the state of the art HVOF bondcoat. Depending on the actually prevailing coating system and test conditions, the life times of the coatings were even longer than for coating systems which were completely manufactured using LPPS. In order to correlate the bondcoat roughness profile with the APS-TBC-lifetime an alternative method based on fractal analysis is proposed. Using this method, a more accurate description of complex bondcoat surface morphologies and a better correlation with the TBC-lifetime are obtained than with the commonly used mean roughness amplitude (Ra) approach

Тепло-гідравлічний розрахунок мережі нафтових трубопроводів на основі двошарового бонд-графу

Purpose. Parallel synchronized calculation of networks with certain hydraulic and thermal properties of separate oil pipelines, which is possible with the use of a two-layer bond graph and a complex methods of potentials in nodes and methods loop currents in circuits. The authors propose to link two layers of graphs of the scheme using the equation of state of oil as a gas-liquid mixture, which will simplify and increase the speed of calculations. Findings. The principles of operation of the ball valve of the shut-off valve and its main differences from the flopper shutter are considered in detail. Also, the geometric parameters of the ball itself are demonstrated in detail. Examples of design are given, and the operating principle of the most common models of shut-off valves is described. Originality. The connection of the hydraulic and thermal layer of the bond-graph is realized by taking into account the average temperatures and the total heat transfer coefficient on the branches of the graph. Practical implications. The developed system of equations of the two-layer bond graph is applied to an estimation of work of networks of oil pipelines at designing and change of operational modes.Мета. Паралельний синхронізований розрахунок трубопровідних мереж з індивідуальними гідравлічними і тепловими властивостями окремих нафтопроводів, який можливий з використанням двошарового бонд-графа (зв'язкового графа) і комплексного поєднання методу потенціалів у вузлах з методом струмів у ланцюгах. Автори пропонують пов'язати два шари зв'язкового графа схеми за допомогою рівняння стану нафти як газорідинної суміші, що спростить і збільшить швидкість попередніх технологічних розрахунків. Висновки. Застосування зв'язування шарів бонд-графу щодо гідравлічних і теплових характеристик можливе із застосуванням ряду усереднених термобаричних параметрів. В цьому випадку гідравлічна ділянка може вважатися такою, на якій є середня температура і середній показник теплообміну, що дозволяє синхронізувати шари і привести їх до єдиної і уніфікованої нумерації гілок і вузлів. Прийом виявився програмно-працездатним і перевірений на практиці для моделювання та попередньої оцінки технологічних режимів роботи мережі нафтопроводів. Оригінальність. Зв'язок гідравлічного і теплового шарів бонд-графу реалізовано з урахуванням середніх температур і сумарного коефіцієнта теплопередачі на гілках графа. Практичне значення. Розроблена система рівнянь двошарового графа зв'язків (бонд-графа) застосовується для інженерної оцінки роботи мереж нафтопроводів при технологічному проектуванні і зміні режимів роботи ділянок мережі нафтопроводів