AT165455B - Umlaufende oder feststehende Schaufel für Gas- oder Brennkraftturbinen - Google Patents

Description

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  Umlaufende oder feststehende Schaufel für Gas-oder Brennkraftturbinen 
Die Gase, die in Brennkraftturbinen oder Abgasturbinen die umlaufenden oder feststehenden Schaufeln beaufschlagen, weisen Temperaturen auf, die bis zu 1000  C und darüber betragen. Im allgemeinen liegen die Temperaturen in einem Bereich von etwa 800 bis 1000   C. 



  Infolge der auftretenden Temperaturen ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich des für die Schaufeln zu verwendenden Werkstoffes ; denn dieser muss nicht nur hinsichtlich der Ober-   flächenbeständigkeit   diesen Temperaturen gewachsen sein, sondern auch eine hinreichende Dauerstand-oder Warmfestigkeit aufweisen, um den mechanischen Kräften gewachsen zu sein, die in den Schaufeln auftreten. Die mechanischen Beanspruchungen der Schaufeln werden hervorgerufen einerseits durch Flieh-und Biegeschwingungskräfte während des Umlaufes und Wärmespannungen anderseits. 



   Für Gasturbinen mit Gastemperaturen bis etwa   600"C erscheinen zunderbeständige Stähle   als Schaufelwerkstoff im allgemeinen ausreichend, u. zw. sowohl was die Zunderbeständigkeit als auch die Dauerstand-oder Warmfestigkeitswerte anlangt, zumal, wenn Stähle dieser Art, wie beispielsweise die austenitischen Chrom-Nickel- stähle, mit einem die Dauerstand-oder Warm- festigkeitswerte erhöhenden Titanzusatz versehen als Schaufelwerkstoff benutzt werden. Für die
Anwendung von höheren Temperaturen ist der
Weg beschritten worden, die Schaufel zu kühlen, so dass während des Betriebes an der Schaufel nur solche Temperaturen auftreten, bei denen eine wesentliche Verminderung der Dauerstandfestig- keit nicht zu befürchten ist.

   Als wesentlicher
Nachteil musste bei einer Kühlung eine Ver- minderung des thermischen Wirkungsgrades in
Kauf genommen werden, weil auf diese Weise das Temperaturgefälle nicht hinreichend aus- genutzt werden konnte. 



   Trotz der Kühlung hat es sich als notwendig erwiesen, die Oberfläche der Schaufeln durch zunderbeständigen Werkstoff zu schützen und es sind daher auch schon innengekühlte Schaufeln aus Stahl mit einer Hülle aus hitzebeständigem
Werkstoff, beispielsweise   zunderbeständigem  
Stahlblech, vorgeschlagen worden. Die bekannten
Massnahmen gestatten aber an den höchstbe- anspruchten Stellen der Schaufeln nur eine Betriebstemperatur von höchstens etwa   600 0 C.   



   Schliesslich wurden auch schon Legierungen mit hohem Schmelzpunkt und hoher Walmfestigkeit, wie eine Chrom-Molybdän-Legierung, für Gasturbinen in Vorschlag gebracht. Derartige Legierungen zeigen wohl auch eine gewisse   Zunder-   beständigkeit, sie sind aber im allgemeinen den hohen Anforderungen, welche an Gasturbinen gestellt werden, nicht gewachsen. 



   Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile bisher verwendeter umlaufender und feststehender Schaufeln für Gas-und Brennkraftturbinen zu beseitigen, so dass in den Turbinen mit Gastemperaturen bis   1000 < 0 C   und mehr gearbeitet werden kann, ohne dass es erforderlich ist, einen wesentlichen Teil des Wärmeinhaltes der Gase durch Kühlung der Schaufeln zu vernichten. Gemäss der Erfindung wird zu diesem Zwecke eine Schaufel mit einer metallischen, widerstandsfähigen Schutzschicht vorgeschlagen. 



   Die Schaufel besteht aus einem der hochschmel- zenden Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal oder Niob. Es ist auch möglich, eine Legierung zweier oder mehrerer dieser Metalle zu ver- wenden. Metalle oder Legierungen dieser Art haben selbst bei hohen Temperaturen eine ausserordentlich hohe Dauerstandfestigkeit, die die Dauerstandfestigkeit warmfester Stähle um ein Mehrfaches übersteigt, u. zw. auch dann, wenn die Stähle mit die Dauerstandfestigkeit erhöhenden Zusätzen, wie z. B. Titan, versehen sind.

   Die genannten hochschmelzenden Metalle und auch deren Legierungen untereinander sind aber bei den in Gas-und Brennkraftturbinen auf- tretenden Bedingungen nicht oxydationsbeständig, weshalb auch der bekannte Vorschlag, Tantal zur Herstellung von Turbinenschaufeln zu ver- wenden, nur mit Rücksicht auf die Korrosions- beständigkeit dieses Werkstoffes in feuchten
Mitteln und seiner Härte wegen gemacht und nicht auf Gasturbinen ausgedehnt wurde. Um dieser mangelnden Oxydationsbeständigkeit zu begegnen, werden die Schaufeln mit einer Auf- lage aus zunderbeständigem, metallischem Werk- stoff in bekannter Weise versehen. Diese Auflage kann vorzugsweise aus zunderbeständigem Stahl hergestellt werden.

   Sie wird durch Aufspritzen 

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 mit der Metallspritzpistole, durch Auftropfen mittels Schweissdrähten im elektrischen Lichtbogen oder autogen, durch Tauchen in schmelzflüssige Bäder, durch Umgiessen oder auf dem Wege des Aufplattierens, d. h. also durch Auf-   schweissen   im   Walzverfahren   aufgebracht. Auch andere Verfahren des Aufbringens der Schutzschicht sind an sich denkbar. 



   Eine Schaufel gemäss der Erfindung kann in Gasturbinen bei Temperaturen bis 1000  C und auch darüber hinaus ohne weiteres verwendet werden, da das zur Herstellung verwendete hochschmelzende Metall oder die Legierung solcher hochschmelzender Metalle selbst bei diesen hohen Temperaturen mit Sicherheit in der Lage ist, die auftretenden mechanischen Beanspruchungen aufzunehmen und die Auflage aus zunderbeständigem metallischem Werkstoff, insbesondere zunderbeständigem Stahl, den auftretenden chemischen Beanspruchungen standhält. Es ist daher auch im allgemeinen nicht erforderlich, die Schaufeln zu kühlen, so dass der Wärmeinhalt der Gase voll ausgenutzt werden kann. 



   Ein Stahl, der sich für die Herstellung der Auflage eignet, ist beispielsweise ein an sich bekannter Chrom-Nickelstahl mit 15-25% Chrom,   1O-20oJ   Nickel, bis zu 2-5% Silizium und 0-05-0-2% Kohlenstoff, der auch in praktisch siliziumfreier Form schon für die Herstellung gewöhnlicher, nicht aus mehreren verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzter Turbinenschaufeln vorgeschlagen worden ist. In Verbindung mit dem genannten Stahl empfiehlt sich ein   Molybdänkem.   



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Umlaufende oder feststehende Schaufel für Gas-oder Brennkraftturbinen, die mit einer metallischen, widerstandsfähigen Schutzschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel hergestellt ist aus einem der hochschmelzenden Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal oder Niob oder aus einer Legierung zweier oder mehrerer dieser Metalle untereinander, während die Schutzschicht aus zunderbeständigem metallischen Werkstoff, insbesondere zunderbeständigem Stahl, besteht und in an sich bekannter Weise durch Spritzen, Aufschweissen, Tauchen, Umgiessen oder Aufplattieren aufgebracht ist.

Claims (1)

1. 2. Turbinenschaufel nach Anspruch l, gekennzeichnet durch eine Auflage aus Chrom-Nickelstahl, insbesondere mit 0-05-0-2% Kohlenstoff, 15-25% Chrom, 10-20% Nickel und bis zu 25% Silizium.