DE102008061573A1

DE102008061573A1 - Turbine blade with coating

Info

Publication number: DE102008061573A1
Application number: DE200810061573
Authority: DE
Inventors: Thomas Behnisch; Anett Berndt; Christoph Ebert; René FÜSSEL; Werner Prof. Hufenbach; Heinrich Dr. Kapitza; Albert Dr. Langkamp; Markus Mantei; Heinrich Dr. Zeininger
Original assignee: Technische Universitaet Dresden; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: WO2010066548A1; DE102008061573B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel 1 mit einem Fußabschnitt 2 sowie einem Schaufelabschnitt 3, die zur Verwendung in einer Niederdruckstufe einer Dampfturbine gestaltet ist und zumindest bereichsweise einen Faserverbundwerkstoff enthält, wobei zumindest in den Faserverbundwerkstoff enthaltene Bereich 4 mit einer Schutzschicht 5 beschichtet ist. Die Schutzschicht 5 besteht dabei aus einem Material, dessen Schlagzugzähigkeit größer ist als die Schlagzugzähikeit des Faserverbundwerkstoffes.The invention relates to a turbine blade 1 with a foot section 2 and a blade section 3, which is designed for use in a low-pressure stage of a steam turbine and at least partially contains a fiber composite material, wherein at least in the fiber composite material contained area 4 is coated with a protective layer 5. The protective layer 5 consists of a material whose impact resistance is greater than the Schlagzugzähikeit the fiber composite material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem Fußabschnitt sowie einem Schaufelblattabschnitt, die zur Verwendung in einer Niederdruckstufe einer Dampfturbine gestaltet ist und zumindest bereichsweise Faserverbundwerkstoffe enthält, wobei zumindest der dem Faserverbundwerkstoff enthaltene Bereich mit einer Schutzschicht beschichtet ist.The The invention relates to a turbine blade with a foot section and an airfoil portion for use in a Low pressure stage of a steam turbine is designed and at least partially Contains fiber composites, wherein at least the the Fiber composite material containing area with a protective layer is coated.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Dampfturbine zu erzielen, muss der Dampf möglichst weit entspannt werden. Hierzu sind insbesondere bei den Endstufenlaufschaufeln hohe Durchströmflächen notwendig. Durch die hierdurch erforderlichen großen Turbinenschaufeln werden große Umfangsgeschwindigkeiten an den Turbinenschaufeln erreicht. Die hohen Umfangsgeschwindigkeiten führen zum Einen zu hohen Fliegkräften und damit hohen Spannungen, zum Anderen kommt es aufgrund von Tropfenschlägen auf der Turbinenschaufel in Verbindung mit den hohen Umfangsgeschwindigkeiten zu Tropfenschlagerosionsbeanspruchungen. Dies führt zu hohem Verschleiß und nicht selten zur vollständigen Zerstörung der Turbinenschaufel. Um die Fliegkraftbeanspruchungen zu reduzieren ist es bekannt, anstelle von hochfesten Stählen Titanschaufeln zu verwenden. Durch das geringere Gewicht der Titanschaufel wird die Fliehkraftspannung reduziert. Um die Tropfenschlagerosion zu verringern werden zurzeit die nachstehenden Maßnahmen eingesetzt: Stufenentwässerung an der Turbinengehäusewand, Härtung der Eintrittskanten der Laufschaufel, Ausführung von Absaugschlitzen in Hohlleitschaufeln und deren Beheizung. Alle diese Maßnahmen sind jedoch sehr aufwendig und mit zum Teil erheblichen Kosten verbunden.Around the highest possible efficiency in the steam turbine To achieve the steam must be as far as possible relaxed. For this purpose, especially in the end stage blades high flow areas necessary. Due to the thus required large turbine blades become large peripheral speeds on the turbine blades reached. The high peripheral speeds lead to Too high fly forces and thus high voltages, On the other hand it comes on the basis of drops of dripping on the Turbine blade in conjunction with the high peripheral speeds to drop impact erosion stresses. this leads to high wear and not infrequently to complete Destruction of the turbine blade. To the flyweight It is known to reduce, instead of high strength steels To use titanium blades. Due to the lower weight of the titanium blade the centrifugal force is reduced. To the drop hit erosion The following measures are currently being reduced used: step drainage on the turbine housing wall, Hardening of the leading edge of the blade, execution of suction slots in hollow vanes and their heating. All These measures are very complicated and with the Part connected considerable costs.

Aufgrund ihrer guten werkstofftechnischen Eigenschaften werden zunehmend Schaufeln aus faserverbundverstärkten Werkstoffen gefertigt. Die faserverbundverstärkten Werkstoffe, insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, weisen eine außerordentlich hohe Zugfestigkeit und E-Modul sowie eine sehr niedrige Dichte auf, wobei das Verhältnis zwischen der Zugfestigkeit und der Dichte maßgebender Parameter für die mechanische Belastbarkeit der Schaufeln ist. Nachteilig bei den Faserverbundwerkstoffen ist allerdings die sehr geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Tropfenschlagerosion. Schon bei geringem Tropfenschlag kommt es an den faserverbundverstärkten Werkstoffen zu erheblichen Schädigungen der Schaufeln.by virtue of Their good material properties are becoming increasingly important Blades made of fiber-reinforced materials. The fiber composite reinforced materials, in particular carbon fiber reinforced Plastics have an extremely high tensile strength and modulus, as well as a very low density, where the ratio between the tensile strength and the density of relevant parameters for the mechanical load capacity of the blades. adversely in the case of fiber composite materials, however, is the very low Resistance to drop impact erosion. Nice with little drop impact it comes to the fiber composite reinforced Materials causing considerable damage to the blades.

Die EP 1 788 197 A1 offenbart eine Turbinenschaufel die aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und die eine feuchtigkeitsundurchlässige Schutzschicht aufweist. Die feuchtigkeitsundurchlässige Schutzschicht sorgt dabei dafür, dass die Feuchtigkeit nicht in den Faserverbundwerkstoff eindringen kann und ihn so schwächen kann. Die Schutzschicht hat jedoch den Nachteil, dass sie bei hoher Erosionsbelastung aufgrund vom Tropfenschlag weiterhin leicht beschädigt und abgetragen werden kann.The EP 1 788 197 A1 discloses a turbine blade formed from a fiber composite and having a moisture-impermeable protective layer. The moisture-proof protective layer ensures that the moisture can not penetrate into the fiber composite material and thus weaken it. However, the protective layer has the disadvantage that it can still easily be damaged and removed at high erosion load due to the drop impact.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel auszubilden, die aus einem faserverbundverstärkten Werkstoff besteht und die dauerhaft unempfindlich gegen Erosion ist.Of the The invention is therefore based on the object, a turbine blade form, which consists of a fiber composite reinforced material exists and which is permanently resistant to erosion.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by the features of the independent claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments and developments, which individually or in combination can be used with each other, are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel, die zur Verwendung in einer Niederdruckstufe einer Dampfturbine gestaltet ist und zumindest bereichsweise Faserverbundwerkstoff enthält, wobei zumindest der den Faserverbundwerkstoff enthaltene Bereich mit einer Schutzschicht beschichtet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzschicht aus einem Material besteht, dessen Schlagzugzähigkeit größer ist als die Schlagzugzähigkeit des Faserverbundwerkstoffes. Durch die schlagzugzähe Beschichtung wird eine Dämpfung des Tropfenaufpralls erreicht. Die Aufprallenergie wird somit von der Schutzschicht aufgenommen und das darunterliegende Material der Turbinenschaufel wird nicht beschädigt. Hierdurch ergibt sich eine Turbinenschaufel die unempfindlich gegen Erosion insbesondere Tropfenerosion ist.The Turbine blade according to the invention, for use is designed in a low pressure stage of a steam turbine and at least contains partially composite fiber material, wherein at least the area containing the fiber composite material with a protective layer is coated, characterized in that the protective layer is made of a material whose impact resistance is greater as the impact tensile strength of the fiber composite. The impact-resistant coating absorbs moisture the drop impact reached. The impact energy is thus of the protective layer and the underlying material the turbine blade will not be damaged. This results a turbine blade insensitive to erosion in particular Drop erosion is.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzschicht aus einem Material besteht, dessen Härte größer ist als die Härte des Faserverbundwerkstoffes. Durch die größere Härte der Schutzschicht wird ein Materialabtrag durch Tropfenerosion verhindert und die dauerhafte Erosionsunempfindlichkeit erhalten.A advantageous embodiment of the invention provides that the protective layer Made of a material whose hardness is greater is the hardness of the fiber composite. By the greater hardness of the protective layer is prevents material erosion by drop erosion and permanent erosion resistance receive.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Turbinenschaufel aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, der Glasfasern und/oder Kunststofffasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern enthält. Diese Faserverbundwerkstoffe eignen sich besonders gut für die Turbinenschaufel da sie eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen E-Modul aufweisen. Es ist aber auch möglich einen glasfaserverstärkten Kunststoff oder keramischen Faserverbundwerkstoff zu verwenden. Als Matrixmaterial ist Epoxydharz oder Keramik sehr gut geeignet.A Further advantageous embodiment of the invention provides that the turbine blade formed of a fiber composite material is, the glass fibers and / or plastic fibers and / or carbon fibers and / or aramid fibers. These fiber composites They are especially good for the turbine blade as they are have a high tensile strength and a high modulus of elasticity. It is but also possible a glass fiber reinforced plastic or ceramic fiber composite material to use. As matrix material Epoxy resin or ceramic is very well suited.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzschicht aus Polyurethan, vorzugsweise hartelastisches Polyurethan, ausgebildet ist. Polyurethan verfügt über die wesentlichen Eigenschaften, die für eine solche Schutzschicht erforderlich sind, nämlich eine hohe Zugzähigkeit sowie eine hohe Härte.A particularly preferred embodiment of the invention provides that the protective layer Polyurethane, preferably hard elastic polyurethane is formed. Polyurethane has the essential properties required for such a protective layer, namely high tensile strength and high hardness.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dicke der Schutzschicht zwischen 0,5 mm und 5 mm beträgt. Diese Schichtdicke hat sich in der Praxis als besonders günstig erwiesen.A Particularly advantageous embodiment of the invention provides that the thickness of the protective layer is between 0.5 mm and 5 mm. This layer thickness has proven to be particularly favorable in practice proved.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Schutzschicht nur oder verstärkt in erosionsbelasteten Zonen der Schaufel ausgeführt. Dies ist insbesondere die Eintrittskante und an dieser insbesondere der Spitzenbereich bzw. das obere Drittel der Eintrittskante. Ferner ist die Austrittskante der Schaufel insbesondere der wellennahe Bereich (unteres Drittel der Austrittskante) erosionsbeansprucht und zwar in dem Falle das die Stufe ventiliert und Wasser zur Kühlung eingespritzt wird.According to the invention preferred the protective layer is only or reinforced in erosionsbelasteten Zones of the blade executed. This is especially the Leading edge and at this particular the tip region or the upper third of the leading edge. Furthermore, the trailing edge the blade in particular the near-well area (lower third of Trailing edge) erosionsbeansprucht in the event that the Vented step and injected water for cooling.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schutzschicht Nanopartikel enthält. Die Nanopartikel sorgen für eine verbesserte Dämpfungseigenschaft der Schutzschicht und für eine gleichmäßigere Krafteinleitung in die Schutzschicht. Die Nanopartikel werden dabei durch den Tropfeneinschlag in Schwingung versetzt und von der Matrix und/oder der Schutzschicht gedämpft. Durch die Nanopartikel wird ein Materialabtrag zusätzlich erschwert.A preferred embodiment of the invention provides that the protective layer Contains nanoparticles. The nanoparticles provide for an improved damping property of the protective layer and for a more even application of force in the protective layer. The nanoparticles are thereby affected by the drop impact vibrated and of the matrix and / or the protective layer attenuated. The nanoparticles cause a material removal additionally difficult.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Nanopartikel aus einer der nachstehend genannten chemischen Verbindungen besteht: Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Zirkonoxid, Titanoxid. Diese Nanopartikel haben sich als besonders geeignet für die Schutzschicht herausgestellt.A Particularly preferred embodiment of the invention provides that the nanoparticles from one of the following chemical Compounds are: alumina, silica, silicon carbide, Zirconia, titania. These nanoparticles have proven to be special suitable for the protective layer exposed.

Die Nanopartikel weisen bevorzugt eine Größe auf, die kleiner als 100 nm ist. Die Nanopartikel können so sehr gut in die Schutzschicht eingebracht werden und verteilen sich innerhalb der Schutzschicht besonders gut.The Nanoparticles preferably have a size, which is less than 100 nm. The nanoparticles can do that are very well introduced into the protective layer and distribute especially good inside the protective layer.

Besonders bevorzugt weist die Beschichtung einen Nanopartikelanteil von weniger als 25% auf. Ein höherer Anteil an Nanopartikel würde die Eigenschaften der Schutzschicht nicht weiter verbessern.Especially Preferably, the coating has a nanoparticle content of less than 25% up. A higher proportion of nanoparticles would do not further improve the properties of the protective layer.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Nanopartikelkonzentration im äußeren Bereich der Schutzschicht erhöht ist. Mit zunehmendem Abstand von der Schutzschichtoberfläche kann der Nanopartikelanteil abnehmen. Die Nanopartikel sorgen insbesondere in den oberflächennahen Bereich für eine Erhöhung der Dämpfungseigenschaften der Schutzschicht. Diese Wirkung lässt mit zunehmendem Abstand von der Schutzschichtoberfläche nach.A particularly preferred embodiment of the invention continues to provide suggest that the nanoparticle concentration in the outer Area of the protective layer is increased. With increasing distance from the protective layer surface, the nanoparticle content lose weight. The nanoparticles are especially responsible for the near-surface Range for an increase of the damping properties the protective layer. This effect decreases with increasing Distance from the protective layer surface.

Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:embodiments and further advantages of the invention are described below with reference to Figures explained. It shows:

1 eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel; 1 a turbine blade according to the invention;

2 den Schnitt II/II gemäß 1; 2 the section II / II according to 1 ;

3 die Detailansicht X gemäß 2; 3 the detailed view X according to 2 ;

4 die Anströmkante eines zweiten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel. 4 the leading edge of a second embodiment of a turbine blade according to the invention.

Bei den Figuren handelt es sich jeweils um stark vereinfachte Darstellungen, bei denen nur die wesentlichen, zur Beschreibung der Erfindung notwendigen, Bauteile gezeigt sind. Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile werden figurübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen.at the figures are in each case very simplified representations, in which only the essential, necessary for the description of the invention, Components are shown. Same or functionally identical components are cross-figure provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 1. Die Turbinenschaufel 1 weist einen Fußabschnitt 2 und einen Schaufelblattabschnitt 3 auf. Die Turbinenschaufel 1 ist insbesondere zur Verwendung in einer Niederdruckstufe einer Dampfturbine gestaltet. Der Fußabschnitt 2 weist einen Steckfuß 8 zur Befestigung der Turbinenschaufel 1 im Rotor auf. Der Schaufelblattabschnitt 3 ist aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Die Hauptfaserrichtung 9 verläuft dabei vorzugsweise entlang einer Hauptachse 10 der Turbinenschaufel 1. Im Bereich des Fußabschnittes 2 weist der Schaufelblattabschnitt 3 eine Zusatzfaserverbundlage 11 auf, die der Verstärkung dient. Die Zusatzfaserverbundlage 11 enthält zusätzliche Fasern, die unter abweichendem Winkel gegenüber der Hauptachse 10 verlaufen und somit einer weiteren Versteifung des Schaufelblattabschnittes 3 dienen. Es ist auch möglich mehrere Zusatzfaserverbundlagen 11 vorzusehen, die dann vorzugsweise spiegelsymmetrisch angeordnet werden, wodurch eine Verwindung verringert bzw. vermieden wird. Zur Vermeidung von Tropfenerosion ist der Schaufelblattabschnitt 3 mit einer Schutzschicht 5 überzogen. Die Schutzschicht 5 besteht aus einem Material, dessen Schlagzugzähigkeit größer ist als die Schlagzugzähigkeit des Faserverbundwerkstoffes. Durch die hohe Schlagzugzähigkeit der Schutzschicht 5 wird die Energie beim Tropfenaufschlag stark gedämpft, wodurch eine Zerstörung des Schaufelblattabschnittes 3 vermeiden wird. Ohne eine solche schlagabsorbierende Schutzschicht 5 würde der Faserverbundwerkstoff aufgrund des Tropfeneinschlages beschädigt werden, was nachfolgend zu einem Versagen der Turbinenschaufel und damit zur Beschädigung der gesamten Anlage führen würde. 1 shows a first embodiment of a turbine blade according to the invention 1 , The turbine blade 1 has a foot section 2 and an airfoil section 3 on. The turbine blade 1 is designed in particular for use in a low-pressure stage of a steam turbine. The foot section 2 has a plug-in foot 8th for fastening the turbine blade 1 in the rotor. The airfoil section 3 is made of fiber composite material. The main fiber direction 9 runs preferably along a major axis 10 the turbine blade 1 , In the area of the foot section 2 has the airfoil section 3 an additional fiber composite layer 11 on, which serves the reinforcement. The additional fiber composite layer 11 contains extra fibers that are at different angles to the major axis 10 run and thus a further stiffening of the airfoil section 3 serve. It is also possible several additional fiber composite layers 11 provide, which are then preferably arranged mirror-symmetrically, whereby a distortion is reduced or avoided. To avoid drop erosion, the airfoil section is 3 with a protective layer 5 overdrawn. The protective layer 5 consists of a material whose impact resistance is greater than the impact resistance of the fiber composite material. Due to the high impact resistance of the protective layer 5 the energy is greatly attenuated at the drop impact, causing a destruction of the airfoil section 3 will avoid. Without such a shock absorbing protective layer 5 the fiber composite would be damaged due to the drop impact, resulting in failure of the Turbine blade and thus damage the entire system would result.

2 zeigt den Schnitt II/II im Schaufelblattabschnitt 3 gemäß 1. Da in diesem Bereich des Schaufelblattes eine große Blattdicke vorliegt ist zur Gewichts- und Steifigkeitsoptimierung ein Füllkörper 12 vorgesehen, der von dem Faserverbundwerkstoff 13 umschlossen ist. Der Schaufelblattabschnitt 3 ist zum Schutz gegen Tropfenschlagerosion vollständig mit einer Schutzschicht 5 umgeben. Die Schutzschicht 5 besteht wie bereits beschrieben aus einem Material dessen Schlagzugzähigkeit größer ist als die Schlagzugzähigkeit des Faserverbundwerkstoffes. Darüber hinaus weist die Schutzschicht 5 eine Härte auf, die größer ist als die Härte des Faserverbundwerkstoffes. Die größere Härte sorgt für eine weiter verbesserte Erosionsunempfindlichkeit und erhöht damit die Dauerfestigkeit der Turbinenschaufel. Die Schutzschicht 5 weist eine Shorehärte von wenigstens A70 auf. Die Schutzschicht 5 besteht aus einem gehärteten Polyurethan und besitzt vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen 0,5 und 5 mm auf. Diese Schichtdicke hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. 2 shows the section II / II in the airfoil section 3 according to 1 , Since there is a large sheet thickness in this region of the airfoil, a filler is used for weight and stiffness optimization 12 provided by the fiber composite material 13 is enclosed. The airfoil section 3 is completely coated with a protective layer to protect against drop impact erosion 5 surround. The protective layer 5 consists as already described of a material whose impact tensile strength is greater than the impact resistance of the fiber composite material. In addition, the protective layer indicates 5 a hardness that is greater than the hardness of the fiber composite material. The greater hardness ensures a further improved erosion resistance and thus increases the fatigue strength of the turbine blade. The protective layer 5 has a Shore hardness of at least A70. The protective layer 5 consists of a cured polyurethane and preferably has a layer thickness between 0.5 and 5 mm. This layer thickness has proven to be particularly advantageous.

Um die Sicherheit der den Faserverbundwerkstoff enthaltenen Bauteile sicherzustellen, enthält der Faserverbundwerkstoff vorteilhafter Weise Glasfasern und/oder Kunststofffasern und/oder Kohlenstofffasern. Als Kunststofffasern eignen sich insbesondere Aramitfasern.Around the safety of the components contained in the fiber composite material To ensure the fiber composite contains more advantageous Way glass fibers and / or plastic fibers and / or carbon fibers. Aramid fibers are in particular suitable as synthetic fibers.

3 zeigt eine Detailansicht der Schutzschicht 5 entsprechend des Detailausschnitts X aus 2. Die Schutzschicht 5 ist dabei dauerhaft haftend auf dem Schaufelblattabschnitt 3 aufgebracht. Die Schutzschicht 5 enthält einen gewissen Anteil an Nanopartikeln 7. Der Anteil an Nanopartikel 7 sollte einen Gewichtsprozentanteil von 25 nicht überschreiten. Als Nanopartikel 7 eignen sich Partikel aus Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd, Siliziumcarbid, Zirkonoxyd oder Titanoxyd besonders. Die Nanopartikel 7 sorgen dafür, dass beim Aufprall von Tropfen, die Aufprallenergie besonders gut von der Schutzschicht 5 aufgenommen werden kann und besonders gleichmäßig eingeleitet wird. Die Nanopartikel 7 werden beim Aufschlag der Tropfen in Schwingungen versetzt. Durch die Schwingung der Nanopartikel 7 wird die Bewegungsenergie in Reibungsenergie umgewandelt und die Aufschlagenergie dadurch wirkungsvoll gedämpft. Um eine gute Schwingungsanregung zu ermöglichen und eine gute Vermischung zu erzielen, sollten die Nanopartikel einen Durchmesser von weniger als 100 nm aufweist. Die Konzentration der Nanopartikel 7 ist im äußeren Bereich der Schutzschicht 5 hoch und nimmt mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche kontinuierlich ab. Eine solche ungleichmäßige Verteilung der Nanopartikel 7 über die Schichtdicke 5 ist sinnvoll, da die Aufschlagenergie der Tropfen im oberflächennahen Bereich besonders hoch ist und hier eine erhöhte Dämpfung erforderlich ist. Mit zunehmender Schichtdicke wird die Aufschlagenergie abgebaut, so dass dort weniger Nanopartikel 7 erforderlich sind. 3 shows a detailed view of the protective layer 5 according to the detail X from 2 , The protective layer 5 is permanently adhering to the airfoil section 3 applied. The protective layer 5 contains a certain amount of nanoparticles 7 , The proportion of nanoparticles 7 should not exceed a weight percentage of 25. As nanoparticles 7 Particles of aluminum oxide, silicon oxide, silicon carbide, zirconium oxide or titanium oxide are particularly suitable. The nanoparticles 7 Make sure that the impact energy is particularly good from the protective layer on the impact of drops 5 can be recorded and is introduced particularly evenly. The nanoparticles 7 are added to the impact of the drops in vibration. By the vibration of the nanoparticles 7 the kinetic energy is converted into frictional energy and the impact energy is thereby effectively damped. To allow for good vibrational excitation and good mixing, the nanoparticles should be less than 100 nm in diameter. The concentration of nanoparticles 7 is in the outer area of the protective layer 5 high and decreases continuously with increasing distance from the surface. Such an uneven distribution of nanoparticles 7 over the layer thickness 5 makes sense because the impact energy of the drops in the near-surface region is particularly high and here an increased attenuation is required. As the layer thickness increases, the impact energy is reduced, so that there are fewer nanoparticles 7 required are.

4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel 1. Die 4 zeigt dabei eine Anströmkante einer Turbinenschaufel 1 entsprechend dem Detail Y in 2. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel 1 umfasst die Schutzschicht 5 nicht den gesamten Schaufelblattabschnitt 3 sondern ist lediglich an der Anströmkante 6 der Turbinenschaufel 1 angebracht. Der einströmende Turbinendampf 14 trifft zunächst auf die Anströmkante 6, so dass diese der größten Einschlagsenergie ausgesetzt ist. Anschließend strömt der Turbinendampf dann mit wesentlich verringerter Strömungsenergie an der Oberfläche des Schaufelabschnittes 3 vorbei und verursacht dort keine nennenswerten Schäden. Das Anbringen der Schutzschicht im Bereich der Anströmkante 6 ist somit ausreichend um eine Zerstörung aufgrund von Tropfenschlagerosion wirkungsvoll zu verhindern. 4 shows a second embodiment of a turbine blade according to the invention 1 , The 4 shows a leading edge of a turbine blade 1 according to the detail Y in 2 , In contrast to embodiment 1, the protective layer comprises 5 not the entire airfoil section 3 but is only at the leading edge 6 the turbine blade 1 appropriate. The incoming turbine steam 14 first meets the leading edge 6 so that it is exposed to the largest impact energy. Subsequently, the turbine steam then flows at substantially reduced flow energy at the surface of the blade section 3 over and causes no significant damage there. The application of the protective layer in the area of the leading edge 6 is thus sufficient to effectively prevent destruction due to drop impact erosion.

Zusammenfassend lässt sich somit feststellen, dass die erfindungsgemäße Schutzschicht, welche aus einem Material besteht, dessen Schlagzugzähigkeit größer ist als die Schlagzugzähigkeit des Faserverbundwerkstoffes der Turbinenschaufel, einen wirkungsvollen Schutz gegen Tropfenerosion an der Turbinenschaufel ermöglicht. Die erfindungsgemäße Schutzschicht sorgt somit für eine dauerhafte Unempfindlichkeit der Turbinenschaufel gegen Tropfenschlagerosion. Die erfindungsgemäße Turbinenschaufel ermöglicht dadurch einen dauerhaften Einsatz von Turbinenschaufel mit Faserverbundwerkstoffen bei vorhandener Tropfenerosion. Eine aufwendige Gestaltung der Turbinenschaufel wie sie in der Vergangenheit notwendig war, kann damit entfallen. Die Kosten für die Turbinenschaufeln lassen sich hierdurch erheblich reduzieren bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer.In summary can thus be found that the inventive Protective layer, which consists of a material whose impact tensile strength is greater than the impact tensile strength the fiber composite of the turbine blade, an effective Protection against drop erosion on the turbine blade allows. The protective layer according to the invention thus provides for a permanent insensitivity of the turbine blade against drop impact erosion. The inventive Turbine blade thus enables a permanent use turbine blade with fiber composites at existing Drop erosion. An elaborate design of the turbine blade as it was necessary in the past, can be dispensed with. The costs for the turbine blades can be thereby reduce considerably while at the same time increasing the service life.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1788197 A1 [0004]

Claims

Turbine blade ( 1 ) which is designed for use in a low-pressure stage of the steam turbine and at least partially contains fiber composite material, wherein at least the area containing the fiber composite material ( 4 ) with a protective layer ( 5 ), characterized in that the protective layer ( 5 ) consists of a material whose impact resistance is greater than the impact resistance of the fiber composite material.

Turbine blade or turbine blade element according to claim 1, characterized in that the protective layer ( 5 ) consists of a material whose hardness is greater than the hardness of the fiber composite material.

Turbine blade or turbine blade element according to claim 1 or 2, characterized in that the protective layer ( 5 ) has a Shore hardness of at least A70.

Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite material glass fibers and / or plastic fibers and / or carbon fibers and / or ceramic fibers and / or aramid fibers.

Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer ( 5 ) is made of polyurethane.

Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the protective layer ( 5 ) is between 0.5 mm and 5 mm.

Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer ( 5 ) only on erosion-stressed areas ( 6 ) of the turbine blade ( 1 ) is attached.

Turbine blade according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer ( 5 ) Nanoparticles ( 7 ) contains.

Turbine blade according to claim 8, characterized in that the nanoparticles ( 7 ) consist of one or more of the following chemical compounds: aluminum oxide, silicon oxide, silicon carbide, zirconium oxide, titanium oxide.

Turbine blade according to claim 8 or 9, characterized in that the nanoparticles ( 7 ) are smaller than 100 nm.

Turbine blade according to one of claims 8 to 10, characterized in that the weight fraction of nanoparticles in the whole coating is less than 25%.

Turbine blade according to one of claims 10 to 12, characterized in that the nanoparticles ( 38 ) are distributed unevenly in the coating.

Turbine blade according to claim 12, characterized in that that the nanoparticle content in the coating increases with Distance from the coating surface continuously decreases.