Turbinenleit- und -laufschaufel Zusatz zum Patent 1086 951 Der Gegenstand
der Erfindung bezieht sich auf eine den Gegenstand des Patentes 1086 951
bildende Bauart von Turbinenleit- und -laufschaufeln mit Arbeitstemperaturen über
600° C, die aus einem hochdauerstandfesten, zunderbeständigen, metallischen Werkstoff
hergestellt ist und deren Schaufelblatt an der Ein- und Austrittskante von einer
auf dem Kernmaterial festhaftenden, metallischen Schutzschicht überzogen ist, deren
Wärmeausdehnungsbeiwert im Temperaturbereich über 600° C kleiner als das 0,8fache
des Wärmeausdehnungsbeiwertes des Kernwerkstoffes und deren Wechselverformungsfähigkeit
und deren Korrosions- oder Zunderbeständigkeit größer als die des Kernwerkstoffes
ist.Turbine guide and rotor blades Addendum to patent 1086 951 The subject of the invention relates to a type of turbine guide and rotor blades with working temperatures above 600 ° C, which is the subject of patent 1086 951 and is made of a highly durable, scale-resistant, metallic material and whose blade is covered at the inlet and outlet edge by a metallic protective layer adhering firmly to the core material, whose coefficient of thermal expansion in the temperature range above 600 ° C is less than 0.8 times the coefficient of thermal expansion of the core material and its ability to alternate deformation and its resistance to corrosion or scaling is greater than that of the core material.
Der Erfindung liegt die weitere Ausgestaltung des Gegenstandes des
Hauptpatentes zugrunde, und zwar wird vorgeschlagen, daß die Stärke der Schutzschicht
1 bis 12% der Schaufelprofillänge betragen soll.The invention is the further embodiment of the subject matter of
The main patent is based, and it is proposed that the thickness of the protective layer
Should be 1 to 12% of the blade profile length.
Die Größenangabe für die Stärke der Schutzschicht stellt eine vorteilhafte
Ausgestaltung des Erfindungsgedankens des Hauptpatentes dar, da nämlich durch die
bestimmte Abstimmung der Dicke der Schutzschicht eine vorteilhafte Wirkung erzielt
wird, die darin zu sehen ist, daß die Spannung am Übergang zwischen Schutzschicht
und Kernwerkstoff nicht wesentlich höher liegt als die durch die Schutzschicht erniedrigte
Randspannung und somit die Turbinenleit- und -laufschaufeln keinen zu hohen Spannungen
unterworfen sind und dadurch die Schaufeln eine wesentliche Verlängerung der Betriebszeit
bzw. der Standzeit erfahren.The size specification for the thickness of the protective layer represents an advantageous one
Design of the inventive concept of the main patent, because that is through the
certain coordination of the thickness of the protective layer achieved an advantageous effect
which can be seen in the fact that the voltage at the junction between protective layer
and core material is not significantly higher than that lowered by the protective layer
Edge stress and thus the turbine guide vanes and rotor blades do not have too high stresses
are subject and thereby the blades a significant extension of the operating time
or the service life.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung
näher erläutert. In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt, und zwar zeigt Fig.1 einen Querschnitt durch eine Turbinenschaufel,
Fig. 2 die zu Fig. 1 gehörige Temperaturverteilung entlang des Schaufelprofils,
und Fig. 3 die zu Fig. 1 gehörige Spannungsverteilung entlang des Schaufelprofils.Further details of the invention are in the following description of the drawings
explained in more detail. In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment
shown, namely Figure 1 shows a cross section through a turbine blade,
FIG. 2 shows the temperature distribution associated with FIG. 1 along the blade profile,
and FIG. 3 shows the stress distribution associated with FIG. 1 along the blade profile.
Der Kern 1 einer Turbinenschaufel besteht aus einem hochdauerstandfesten,
zunderbeständigen, metallischen Werkstoff, wobei die Ein- und Austrittskante der
Turbinenschaufel durch die Schichten 2 geschützt sind. Der metallische Werkstoff
dieser Schutzschichten weist im Temperaturbereich über 600° C einen Wärmeausdehnungsbeiwert
auf, der kleiner als das 0,8fache des Wärmeausdehnungsbeiwertes des Kernwerkstoffes
ist und dessen Wechselverformungsfähigkeit und dessen Zunderbeständigkeit größer
als die des Kernwerkstoffes ist. Beim Hochfahren der Turbine besteht in Längsrichtung
des Schaufelprofils eine stark unterschiedliche Temperaturverteilung, wie sie die
Kurve 3 der Fig. 2 zeigt. Besteht der Schaufelkörper nur aus einem Werkstoff, so
erzeugt diese Temperaturverteilung eine Spannungsverteilung, wie sie durch die Kurve
4 der Fig. 3 dargestellt ist. Auffallend sind die hohen Spannungsspitzen
an den Kanten. Die Schaufel, deren Kanten mit einer Schutzschicht 2 von der Dicke
5 versehen sind, erhält bei gleicher Temperaturverteilung eine Spannungsverteilung
gemäß Kurve 6, aus der deutlich die Verringerung der Randspannungen hervorgeht.The core 1 of a turbine blade consists of a highly durable, scaling-resistant, metallic material, the inlet and outlet edges of the turbine blade being protected by the layers 2. In the temperature range above 600 ° C, the metallic material of these protective layers has a coefficient of thermal expansion that is less than 0.8 times the coefficient of thermal expansion of the core material and its ability to alternate deformation and its scaling resistance is greater than that of the core material. When the turbine is started up, there is a very different temperature distribution in the longitudinal direction of the blade profile, as shown by curve 3 in FIG. 2. If the blade body consists of only one material, this temperature distribution generates a stress distribution as shown by curve 4 in FIG. 3. The high voltage peaks at the edges are striking. The blade, the edges of which are provided with a protective layer 2 with a thickness of 5, receives a stress distribution according to curve 6 with the same temperature distribution, from which the reduction in the edge stresses can clearly be seen.
Aus dem Verlauf der Kurve 6 ist weiter ersichtlich, daß die Dicke
5 der Schutzschicht 2 so abgestimmt sein muß, daß auch die Spannung am Übergang
zwischen Schutzschicht und Kernwerkstoff nicht wesentlich höher liegt als die erniedrigte
Randspannung. Diese Wirkung erzielt man, indem man die Dicke so festlegt, daß sie
je nach Kern- und Schutzwerkstoff und vorhandenem Temperaturgradient zwischen 1
und 12% desjenigen Querschnittsmaßes liegt, in dessen Richtung die größten Temperaturunterschiede
auftreten. In dem dargestellten Beispiel muß also die Dicke 5 das 0,01- bis 0,12fache
der Schaufelbreite 7 betragen.From the course of curve 6 it can also be seen that the thickness
5 of the protective layer 2 must be matched so that the voltage at the transition
between the protective layer and the core material is not significantly higher than the lower one
Edge stress. This effect is achieved by setting the thickness so that it
depending on the core and protective material and the existing temperature gradient between 1
and 12% of the cross-sectional dimension in the direction of which the greatest temperature differences are
appear. In the example shown, the thickness 5 must be 0.01 to 0.12 times
the blade width is 7.