DE102011081323B3 - Fluid-flow machine i.e. axial-flow gas turbine, has abradable abrasion layer arranged at blade tip adjacent to radial inner side of housing and made of specific mass percent of zirconium oxide stabilized ytterbium oxide - Google Patents

Fluid-flow machine i.e. axial-flow gas turbine, has abradable abrasion layer arranged at blade tip adjacent to radial inner side of housing and made of specific mass percent of zirconium oxide stabilized ytterbium oxide Download PDF

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Abstract

The machine has a moving blade (1) arranged in a housing (12), where a radial clearance (10) is formed between a blade tip (5) and a radial inner side (11) of the housing. An abradable blade tip coating (8) is formed at the blade tip of the moving blade and made of 2-12 mass percent of zirconium (IV) oxide stabilized yttrium (III) oxide. An abradable abrasion layer (7) is arranged at the blade tip adjacent to the radial inner side of the housing and made of 20-50 mass percent of zirconium (IV) oxide stabilized ytterbium (III) oxide.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit mindestens einer Laufschaufel.The invention relates to a turbomachine with at least one blade.

Eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, in Axialbauweise weist einen Verdichter und eine Turbine auf. Sowohl im Verdichter als auch in der Turbine kommen Schaufeln zum Einsatz, unterschieden werden dabei fest stehende Leitschaufeln und rotierende Laufschaufeln. Der Rotor der Gasturbine weist in dem Verdichter Verdichterlaufschaufelreihen und in der Turbine Turbinenlaufschaufelreihen auf. Zwischen den Verdichterlaufschaufelreihen und der Innenkontur des Gehäuses des Verdichters ist ein Radialspalt vorgesehen. In analoger Weise ist zwischen den Turbinenlaufschaufelreihen und der Innenkontur des Gehäuses der Turbine ebenfalls ein Radialspalt vorgesehen. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine zu erzielen ist es erstrebenswert, die Radialspalte zu allen Betriebszeitpunkten möglichst klein zu halten.A turbomachine, in particular a gas turbine, in an axial construction has a compressor and a turbine. Buckets are used both in the compressor and in the turbine; a distinction is made between fixed guide vanes and rotating rotor blades. The rotor of the gas turbine has compressor blade rows in the compressor and turbine blade rows in the turbine. Between the compressor blade rows and the inner contour of the housing of the compressor, a radial gap is provided. In an analogous manner, a radial gap is also provided between the turbine blade rows and the inner contour of the housing of the turbine. In order to achieve the highest possible efficiency of the turbomachine, it is desirable to keep the radial gaps as small as possible at all operating times.

Beim Anfahren und Abfahren der Gasturbine verändern sich jedoch die Radialspalte über die Zeit. Außerdem verändern sich die Radialspalte beim Wechsel vom Teillastbetrieb zum Volllastbetrieb der Gasturbine. Die zeitliche Veränderung der Radialspalte ist die Folge von unterschiedlichem thermischem Trägheitsverhalten der einzelnen Komponenten des Verdichters und der Turbine, insbesondere des Rotors, der Verdichterlaufschaufelreihen, der Turbinenlaufschaufelreihen, des Verdichtergehäuses und des Turbinengehäuses. Außerdem wird die zeitliche Veränderung der Radialspalte verursacht von der Fliehkraftdehnung der Laufschaufelreihen, der Querkontraktion des Rotors, einem eventuellen Spiel im Axiallager des Rotors, einer eventuell auftretenden Ovalisierung des Gehäuses infolge von montagebedingter Vorspannung und ungleichmäßiger Erwärmung des Gehäuses.When starting and stopping the gas turbine, however, the radial gaps change over time. In addition, the radial gaps change when switching from part load operation to full load operation of the gas turbine. The temporal change of the radial gaps is the result of different thermal inertia behavior of the individual components of the compressor and the turbine, in particular the rotor, the compressor blade rows, the turbine blade rows, the compressor housing and the turbine housing. In addition, the temporal change of the radial gap is caused by the centrifugal expansion of the blade rows, the transverse contraction of the rotor, a possible play in the thrust bearing of the rotor, any ovalization of the housing due to assembly-related bias and uneven heating of the housing.

Um die Radialspalte abzudichten, kommen verschiedene Methoden in Frage, insbesondere kann das Gehäuse an seiner Innenseite mit einer abreibbaren Schicht versehen werden, die auch als thermische Barriere für das Gehäuse wirken kann. Jedoch können nach dem Betrieb der Gasturbine in der Turbine Abreibungen und Oxidationsschäden durch heißes Gas sowohl an den Schaufelspitzen als auch am Gehäuse festgestellt werden. Die Abreibungen vergrößern den Radialspalt, wodurch der Wirkungsgrad der Gasturbine reduziert ist.In order to seal the radial gaps, various methods come into question, in particular, the housing can be provided on its inside with an abradable layer, which can also act as a thermal barrier for the housing. However, after operation of the gas turbine in the turbine, abrasion and oxidation damage by hot gas may be detected at both the blade tips and the housing. The abrasions increase the radial gap, whereby the efficiency of the gas turbine is reduced.

In DE 695 09 334 T2 ist eine Schaufel beschrieben, wobei die Schaufelspitze der Schaufel mit einer Lage eines Oxids auf Zirkoniumbasis beschichtet ist, wobei die Lage eine Mehrzahl an Makrosprüngen aufweist. Aus DE 602 24 691 T2 ist eine Hybridstruktur zur Verwendung bei Hochtemperaturanwendungen bekannt, welche eine keramische Isolierschicht, die durch eine Säulenstruktur charakterisiert ist und ein Verhältnis Leitfähigkeit/Dicke von kleiner als 2000 W/m2K aufweist, und eine mit der Isolierschicht verbundenen strukturellen keramischen Schicht aufweist. Es ist in US 2008/0219835 A1 eine Gasturbine beschrieben, die eine Schaufel, die an ihrer radial innen liegenden Spitze mit einem zerreibbaren Material beschichtet ist, und eine zu der Spitze benachbart angeordnete Dichtung mit einer abreibenden Beschichtung aufweist. In DE 699 26 838 T2 ist eine Luftdichtung beschrieben, die ein Substrat, eine über dem Substrat gebildete Lage aus Aluminiumoxid, ein auf der Aluminiumoxidlage aufgebrachtes erosionsbeständiges Keramikmaterial und ein auf dem erosionsbeständigen Keramikmaterial aufgebrachtes abradierbaren Keramikmaterial aufweist, wobei das abradierbare und das erosionbeständige Keramikmaterial unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Aus DE 29 37 463 A1 ist eine Dichtung für ein Gasturbinentriebwerk beschrieben, wobei die Dichtung am Gehäuse des Triebwerks den Schaufelspitzen gegenüberliegende Dichtflächen aufweist, die aus einer amphoterischen hochwarmfesten Oxidmatrix, einem Phosphatbindemittel, einem Stabilisierer und einem Füllstoff gebildet sind.In DE 695 09 334 T2 [0006] A blade is described wherein the blade tip of the blade is coated with a layer of zirconium-based oxide, the layer having a plurality of macrocracks. Out DE 602 24 691 T2 For example, a hybrid structure for use in high temperature applications is known which comprises a ceramic insulating layer characterized by a pillar structure having a conductivity / thickness ratio of less than 2000 W / m 2 K and a structural ceramic layer bonded to the insulating layer. It is in US 2008/0219835 A1 a gas turbine having a blade which is coated at its radially inner tip with a friable material, and having a seal disposed adjacent to the tip with a Abreibenden coating. In DE 699 26 838 T2 In the description, there is described an air seal comprising a substrate, an alumina layer formed over the substrate, an erosion resistant ceramic material deposited on the alumina layer, and an abradable ceramic material deposited on the erosion resistant ceramic material, wherein the abradable and erosion resistant ceramic materials have different compositions. Out DE 29 37 463 A1 For example, a gas turbine engine gasket is described wherein the gasket on the engine casing has opposing sealing surfaces to the blade tips formed of an amphoteric refractory oxide matrix, a phosphate binder, a stabilizer, and a filler.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Laufschaufel und eine Strömungsmaschine zu schaffen, die die Laufschaufel aufweist und einen hohen Wirkungsgrad bei einer langen Lebensdauer der Laufschaufel hat.The object of the invention is to provide a blade and a turbomachine, which has the blade and has a high efficiency with a long life of the blade.

Die Aufgabe wird mit einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.The object is achieved with a turbomachine having the features of patent claim 1. Preferred embodiments thereof are specified in the further claims.

Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine weist eine Laufschaufel mit einer abreibbaren Schaufelspitzenbeschichtung auf, welche an der Schaufelspitze angeordnet ist und ein Material aufweist, welches mit 2 bis 12 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid ist.The turbomachine according to the invention comprises a blade having an abradable blade tip coating disposed on the blade tip and comprising a material which is zirconium oxide stabilized with 2 to 12 percent by mass yttrium (III) oxide.

Dadurch, dass die Schaufelspitzenbeschichtung abreibbar ist, ist es ermöglicht, dass lediglich ein verminderter Radialspalt zwischen der Schaufelspitze und der Radialinnenseite des Gehäuses der Strömungsmaschine vorgehalten zu werden braucht. Mit 2 bis 12 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid hat vorteilhaft ein gutes Abriebverhalten, was bedeutet, dass der Materialabtrag bei einem Anstreifen der Schaufelspitze an das Gehäuse gering ist und der Radialspalt mit einer kleinen Erstreckung aufrecht erhalten werden kann. Durch den kleinen Radialspalt ergibt sich vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad der Strömungsmaschine. Ferner wirkt die Schaufelspitzenbeschichtung als thermische Isolierung für die Laufschaufel, wodurch sich vorteilhaft eine lange Lebensdauer der Laufschaufel ergibt.Characterized in that the blade tip coating is abradable, it is possible that only a reduced radial gap between the blade tip and the radially inner side of the housing of the turbomachine needs to be kept available. Zirconium (IV) oxide stabilized with 2 to 12 mass% of yttrium (III) oxide advantageously has a good abrasion behavior, which means that the material removal when the blade tip strikes the housing is small and the radial gap is maintained with a small extension can. Due to the small radial gap advantageously results in a high efficiency of the turbomachine. Furthermore, the blade tip coating acts as a thermal Insulation for the blade, which advantageously results in a long life of the blade.

Das Material ist bevorzugt mit 6 bis 8 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid. Bevorzugtermaßen ist zwischen der Schaufelspitze und der Schaufelspitzenbeschichtung eine metallische Haftvermittlerschicht angeordnet, mit der die Schaufelspitzenbeschichtung an der Schaufelspitze anhaftet. Dadurch, dass die Schaufelspitzenbeschichtung mit einer metallischen Haftvermittlerschicht an die Schaufelspitze angehaftet ist, ergibt sich eine gute Anbindung der Schaufelspitzenbeschichtung an die Schaufelspitze. Durch die gute Anbindung wird ein Abblättern oder ein Absplittern der Schaufelspitzenbeschichtung unterbunden, wodurch vorteilhaft die Lebensdauer der Schaufelspitzenbeschichtung im Betrieb der Strömungsmaschine lang ist.The material is preferably 6 to 8 mass% yttria stabilized zirconia. A metallic adhesion promoter layer, with which the blade tip coating adheres to the blade tip, is preferably arranged between the blade tip and the blade tip coating. The fact that the blade tip coating is adhered to the blade tip with a metallic adhesive layer, results in a good connection of the blade tip coating to the blade tip. The good connection prevents the blade tip coating from flaking off or splitting off, which advantageously extends the service life of the blade tip coating during operation of the turbomachine.

Die Haftvermittlerschicht ist bevorzugt aus einem derartigen Material hergestellt, dass die Laufschaufel gegen Oxidation und/oder Korrosion geschützt ist. Bevorzugtermaßen erstreckt sich die Schaufelspitzenbeschichtung teilweise oder vollständig über das Schaufelblatt der Laufschaufel.The primer layer is preferably made of such a material that the blade is protected against oxidation and / or corrosion. Preferably, the blade tip coating extends partially or completely across the blade of the blade.

Insbesondere die Laufschaufeln einer Turbinenlaufschaufelreihe einer Gasturbine, die stromabwärts der Brennkammer der Gasturbine angeordnet sind, sind einem heißen Gas mit einer Temperatur von über 1000°C ausgesetzt. Dadurch, dass die Haftvermittlerschicht aus dem Material hergestellt ist, mit dem die Schaufelspitze gegen Oxidation und/oder Korrosion geschützt ist, haben die Laufschaufeln selbst bei dieser starken thermischen Beanspruchung vorteilhaft ein lange Lebensdauer. Die Schaufelspitzenbeschichtung wirkt als thermische Isolierung für die Laufschaufel, woraus sich eine geringere Wärmeausdehnung der Schaufel ergibt, wodurch der Radialspalt lediglich mit einer geringen Erstreckung vorgesehen zu werden braucht und sich damit vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad der Strömungsmaschine ergibt.In particular, the blades of a turbine blade row of a gas turbine, which are arranged downstream of the combustion chamber of the gas turbine, are exposed to a hot gas having a temperature of over 1000 ° C. The fact that the adhesive layer is made of the material with which the blade tip is protected against oxidation and / or corrosion, the blades advantageously have a long life even with this strong thermal stress. The blade tip coating acts as a thermal insulation for the blade, resulting in a lower thermal expansion of the blade, whereby the radial gap needs to be provided only with a small extension and thus advantageously results in a high efficiency of the turbomachine.

Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine weist die Laufschaufel auf, wobei die Laufschaufel in dem Gehäuse der Strömungsmaschine angeordnet ist und zwischen der Schaufelspitze und der Radialinnenseite des Gehäuses der Radialspalt ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist an der Schaufelspitze unmittelbar benachbart an der Radialinnenseite des Gehäuses eine abreibbare Abrasionsschicht angeordnet, welche mit 20 bis 50 Massenprozent, insbesondere 32 bis 34 Massenprozent, Ytterbium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid aufweist. Mit 20 bis 50 Massenprozent Ytterbium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid hat ein gutes Abriebverhalten mit mit 2 bis 12 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertem Zirkonium(IV)-oxid. Durch das gute Abriebverhalten ergibt sich bei einem Kontakt von der Schaufelspitzenbeschichtung und der Abrasionsschicht im Betrieb der Strömungsmaschine ein geringer Materialabtrag von sowohl der Schaufelspitzenbeschichtung als auch von der Abrasionsschicht. Durch den geringen Materialabtrag ist der Radialspalt schmal ausgebildet, wodurch sich vorteilhaft der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine als hoch ergibt. Ferner wirkt die Abrasionsschicht als thermische Isolierung für das Gehäuse, wodurch sich vorteilhaft ein lange Lebensdauer für das Gehäuse ergibt. Durch die thermische Isolationswirkung der Abrasionsschicht ergibt sich eine geringere Wärmeausdehnung des Gehäuses, wodurch der Radialspalt klein gehalten werden kann und vorteilhaft der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine hoch ist. Des Weiteren ergeben sich durch die thermische Isolationswirkung der Abrasionsschicht vorteilhaft reduzierte thermische Verluste durch Wärmeleitung.The turbomachine according to the invention has the blade, wherein the blade is arranged in the housing of the turbomachine and between the blade tip and the radially inner side of the housing, the radial gap is formed. According to the invention, an abradable abrasion layer is arranged on the blade tip immediately adjacent to the radially inner side of the housing and has at least 20 to 50% by mass, in particular 32 to 34% by mass, ytterbium (III) oxide stabilized zirconium (IV) oxide. 20 to 50 percent by weight ytterbium (III) oxide stabilized zirconia has good abrasion performance with 2 to 12 percent by weight yttria stabilized zirconia. The good abrasion behavior results in a contact of the blade tip coating and the abrasion layer during operation of the turbomachine, a low material removal of both the blade tip coating and the abrasion layer. Due to the low material removal of the radial gap is narrow, which advantageously results in the efficiency of the turbomachine as high. Furthermore, the abrasion layer acts as a thermal insulation for the housing, which advantageously results in a long life for the housing. Due to the thermal insulation effect of the abrasion layer results in a lower thermal expansion of the housing, whereby the radial gap can be kept small and advantageous the efficiency of the turbomachine is high. Furthermore, the thermal insulation effect of the abrasion layer advantageously results in reduced thermal losses due to heat conduction.

Die Radialerstreckungen der Schaufelspitzenbeschichtung und der Haftvermittlerschicht sind bevorzugt so gewählt, dass beim Erreichen des maximal zulässigen Abriebs die Schaufelspitzenbeschichtung vollständig abgetragen ist, so dass die Haftvermittlerschicht an der Schaufelspitze freigelegt ist. Dadurch, dass die Haftvermittlerschicht die Schaufelspitze auch nach Erreichen des maximal zulässigen Abriebs bedeckt, ist die Schaufelspitze auch nach Erreichen des maximal zulässigen Abriebs vorteilhaft vor Oxidation und/oder Korrosion geschützt.The radial extensions of the blade tip coating and the adhesion promoter layer are preferably selected so that when the maximum allowable abrasion is reached, the blade tip coating is completely removed, so that the adhesion promoter layer is exposed at the blade tip. Due to the fact that the primer layer covers the blade tip even after reaching the maximum permissible abrasion, the blade tip is also advantageously protected against oxidation and / or corrosion even after the maximum permissible abrasion has been reached.

Weiterhin ist die Radialerstreckung der Abrasionsschicht bevorzugt so gewählt, dass beim Erreichen des maximal zulässigen Abriebs die der Schaufelspitze unmittelbar benachbarte Radialinnenseite des Gehäuses von der Abrasionsschicht vollständig bedeckt ist. Dadurch, dass die Abrasionsschicht nach Erreichen des maximal zulässigen Abriebs die unmittelbar benachbarte Radialinnenseite des Gehäuses bedeckt, ist dieser Bereich durch die Abrasionsschicht vorteilhaft thermisch isoliert.Furthermore, the radial extent of the abrasion layer is preferably selected such that when the maximum permissible abrasion is reached, the radially inner side of the housing immediately adjacent the blade tip is completely covered by the abrasion layer. Due to the fact that the abrasion layer, after reaching the maximum permissible abrasion, covers the immediately adjacent radially inner side of the housing, this region is advantageously thermally insulated by the abrasion layer.

Die Radialinnenseite des Gehäuses ist bevorzugt von einer Mehrzahl an Hitzeschildsegmenten gebildet. Bevorzugtermaßen sind die Laufschaufeln in der ersten und/oder zweiten Turbinenlaufschaufelreihe eingebaut. Des Weiteren ist die Abrasionsschicht bevorzugt unmittelbar benachbart an den Schaufelspitzen der ersten und zweiten Turbinenlaufschaufelreihen, an der Radialinnenseite des Gehäuses angeordnet. Weil die Wärmeausdehnung der Laufschaufeln und die Belastung durch Oxidation und Korrosion in der ersten und zweiten Turbinenlaufschaufelreihe am höchsten ist, können die erfindungsgemäßen Laufschaufeln und die Abrasionsschicht vorteilhaft in diesen Turbinenlaufschaufelreihen vorgesehen werden. Die Strömungsmaschine ist bevorzugt eine Axialturbine einer Gasturbine.The radially inner side of the housing is preferably formed by a plurality of heat shield segments. Preferably, the blades are installed in the first and / or second turbine blade rows. Furthermore, the abrasion layer is preferably arranged immediately adjacent to the blade tips of the first and second turbine blade rows, on the radially inner side of the housing. Because the thermal expansion of the blades and the stress of oxidation and corrosion are highest in the first and second turbine blade rows, the blades and the abrasive layer of the invention can be advantageously provided in these turbine blade rows. The turbomachine is preferably an axial turbine of a gas turbine.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laufschaufel und der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:In the following, a preferred embodiment of the blade according to the invention and the turbomachine according to the invention will be explained with reference to the accompanying schematic drawings. It shows:

1 einen Längsschnitt der Strömungsmaschine mit der Laufschaufel vor Beginn des Betriebs der Strömungsmaschine und 1 a longitudinal section of the turbomachine with the blade before the start of the operation of the turbomachine and

2 den Längsschnitt der Strömungsmaschine aus 1 nach Beginn des Betriebes und 2 the longitudinal section of the turbomachine 1 after the start of operation and

3 den Längsschnitt der Strömungsmaschine nach einer gewissen Betriebsdauer der Strömungsmaschine unter Volllast. 3 the longitudinal section of the turbomachine after a certain period of operation of the turbomachine under full load.

Wie es aus 1 bis 3 ersichtlich ist, weist eine Laufschaufel 1 einer Strömungsmaschine einen Schaufelfuß 4, eine Schaufelfußplatte 3, ein Schaufelblatt 2 und eine Schaufelspitze 5 auf. Der Schaufelfuß 4 hat im Längsschnitt ein Tannenbaumprofil, mit welchem die Laufschaufel 1 in einem Rotor der Strömungsmaschine befestigt werden kann. An seiner radialen Außenseite weist der Schaufelfuß 4 eine flache Schaufelfußplatte 3 auf. Radial außenseitig an der Schaufelfußplatte 3 sind das Schaufelblatt 2 und die Schaufelspitze 5 angeordnet, wobei die Schaufelspitze 5 der radial außenseitig gerichtete Bereich der Laufschaufel 1 ist, während das Schaufelblatt 2 der verbleibende Bereich radial außenseitig der Schaufelfußplatte 3 ist. Auf der Schaufelspitze 5 ist eine Schaufelspitzenbeschichtung 8 angebracht, wobei zwischen der Schaufelspitzenbeschichtung 8 und der Schaufelspitze 5 eine Haftvermittlerschicht 9 eingebracht ist. Radial außenseitig zu der Laufschaufel 1 ist ein Gehäuse 12 angeordnet, an dessen radialer Innenseite, in unmittelbarer Nachbarschaft zu der Schaufelspitze 5 ein Hitzeschildsegment 6 angebracht ist, dessen Axialerstreckung länger als die Axialerstreckung der Schaufelspitze 5 ist. An der Radialinnenseite des Hitzeschildsegments 6 ist eine Abrasionsschicht 7 mit einer Radialinnenseite 11 angebracht, an die die Laufschaufel 1 im Betrieb der Strömungsmaschine anschleifen kann. Zwischen der Schaufelspitzenbeschichtung 8 und der Abrasionsschicht 7 ist ein Radialspalt 10 ausgebildet.Like it out 1 to 3 it can be seen has a blade 1 a turbomachine a blade foot 4 , a blade foot plate 3 , an airfoil 2 and a shovel tip 5 on. The blade foot 4 has a fir tree profile in longitudinal section, with which the blade 1 can be mounted in a rotor of the turbomachine. At its radial outside, the blade root 4 a flat blade foot plate 3 on. Radially on the outside of the blade foot plate 3 are the blade 2 and the blade tip 5 arranged, with the blade tip 5 the radially outwardly directed portion of the blade 1 is while the airfoil 2 the remaining area radially outward of the blade root plate 3 is. On the blade tip 5 is a blade tip coating 8th attached, wherein between the blade tip coating 8th and the blade tip 5 a primer layer 9 is introduced. Radial outside to the blade 1 is a housing 12 arranged on the radial inner side, in the immediate vicinity of the blade tip 5 a heat shield segment 6 is mounted, the axial extent of which is longer than the axial extent of the blade tip 5 is. At the radial inside of the heat shield segment 6 is an abrasion layer 7 with a radial inside 11 attached to the the blade 1 can roughen during operation of the turbomachine. Between the blade tip coating 8th and the abrasion layer 7 is a radial gap 10 educated.

Wie es aus 1 ersichtlich ist, ist vor dem Beginn des Betriebs der Strömungsmaschine der Radialspalt 10 groß und die Abrasionsschicht 7 hat über die ganze Axiallänge die gleiche Dicke. Wie es aus 2 ersichtlich ist, dehnt sich nach dem Beginn des Betriebs die Laufschaufel 1 in Radialrichtung aus, so dass die Schaufelspitzenbeschichtung 8 an die Radialinnenseite 11 der Abrasionsschicht 7 anschleift. Dadurch wird Material von sowohl der Schaufelspitzenbeschichtung 8 als auch der von Abrasionsschicht 7 abgetragen. Dadurch verringert sich die Dicke der Schaufelspitzenbeschichtung 8 und die Dicke der der Abrasionsschicht 7 im Reibungsbereich im Vergleich zu 1. Der Radialspalt 10 ist im Vergleich zu 1 schmaler. Wie es aus 3 ersichtlich ist, ist die Schaufelspitzenbeschichtung 8 nach einer gewissen Zeit im Betrieb unter Volllast vollständig abgetragen. Die Haftvermittlerschicht 9 ist freigelegt und der Radialspalt 10 ist ähnlich schmal wie in 2.Like it out 1 it can be seen is the radial gap before the start of the operation of the turbomachine 10 big and the abrasion layer 7 has the same thickness over the entire axial length. Like it out 2 can be seen, after the start of operation, the blade expands 1 in the radial direction, leaving the blade tip coating 8th to the Radialinnenseite 11 the abrasion layer 7 anschleift. This will material from both the blade tip coating 8th as well as the abrasion layer 7 ablated. This reduces the thickness of the blade tip coating 8th and the thickness of the abrasion layer 7 in the friction area compared to 1 , The radial gap 10 is compared to 1 narrower. Like it out 3 is apparent, is the blade tip coating 8th completely worn away after a certain time during operation under full load. The primer layer 9 is exposed and the radial gap 10 is similar narrow as in 2 ,

Claims (12)

Strömungsmaschine mit mindestens einer Laufschaufel (1), wobei die Laufschaufel (1) in einem Gehäuse (12) der Strömungsmaschine angeordnet ist und zwischen der Schaufelspitze (5) und der Radialinnenseite (11) des Gehäuses (12) ein Radialspalt (10) ausgebildet ist, wobei die Laufschaufel (1) eine abreibbare Schaufelspitzenbeschichtung (8) aufweist, welche an der Schaufelspitze (5) angeordnet ist und ein Material aufweist, welches mit 2 bis 12 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid ist, wobei an der Schaufelspitze (5) unmittelbar benachbart an der Radialinnenseite des Gehäuses eine abreibbare Abrasionsschicht (7) angeordnet ist, welche mit 20 bis 50 Massenprozent Ytterbium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid aufweist.Turbomachine with at least one blade ( 1 ), wherein the blade ( 1 ) in a housing ( 12 ) of the turbomachine and between the blade tip ( 5 ) and the Radial Inside ( 11 ) of the housing ( 12 ) a radial gap ( 10 ) is formed, wherein the blade ( 1 ) an abradable blade tip coating ( 8th ), which at the blade tip ( 5 ) and comprising a material which is zirconium (IV) oxide stabilized with 2 to 12 mass% of yttrium (III) oxide, wherein at the blade tip ( 5 ) immediately adjacent to the radially inner side of the housing an abradable abrasion layer ( 7 ) containing 20 to 50% by mass ytterbium (III) oxide stabilized zirconium (IV) oxide. Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Material der abreibbaren Schaufelspitzenbeschichtung (8) mit 6 bis 8 Massenprozent Yttrium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid ist.Turbomachine according to claim 1, wherein the material of the abradable blade tip coating ( 8th ) with 6 to 8 mass% yttrium (III) oxide stabilized zirconium (IV) oxide. Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen der Schaufelspitze (5) und der Schaufelspitzenbeschichtung (8) eine metallische Haftvermittlerschicht (9) angeordnet ist, mit der die Schaufelspitzenbeschichtung (8) an der Schaufelspitze (5) anhaftet.Turbomachine according to claim 1 or 2, wherein between the blade tip ( 5 ) and the blade tip coating ( 8th ) a metallic adhesion promoter layer ( 9 ) is arranged, with which the blade tip coating ( 8th ) at the blade tip ( 5 ). Strömungsmachine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Haftvermittlerschicht (9) aus einem derartigen Material hergestellt ist, dass die Laufschaufel (1) gegen Oxidation und/oder Korrosion geschützt ist.Flow machine according to one of claims 1 to 3, wherein the adhesive layer ( 9 ) is made of such a material that the blade ( 1 ) is protected against oxidation and / or corrosion. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Schaufelspitzenbeschichtung (8) teilweise über das Schaufelblatt (2) der Laufschaufel (1) erstreckt.Turbomachine according to one of claims 1 to 4, wherein the blade tip coating ( 8th ) partially over the airfoil ( 2 ) of the blade ( 1 ). Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Schaufelspitzenbeschichtung (8) vollständig über das Schaufelblatt (2) der Laufschaufel (1) erstreckt.Turbomachine according to one of claims 1 to 4, wherein the blade tip coating ( 8th ) completely over the airfoil ( 2 ) of the blade ( 1 ). Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abrasions-schicht (7) mit 32 bis 34 Massenprozent Ytterbium(III)-oxid stabilisiertes Zirkonium(IV)-oxid aufweist. Turbomachine according to one of claims 1 to 6, wherein the abrasion layer ( 7 ) having 32 to 34 mass percent ytterbium (III) oxide stabilized zirconium (IV) oxide. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Radialerstreckungen der Schaufelspitzenbeschichtung (8) und der Haftvermittlerschicht (9) so gewählt sind, dass beim Erreichen des maximal zulässigen Abriebs die Schaufelspitzenbeschichtung (8) vollständig abgetragen ist, so dass die Haftvermittlerschicht (9) an der Schaufelspitze (5) freigelegt ist.Turbomachine according to one of claims 3 to 7, wherein the radial extensions of the blade tip coating ( 8th ) and the adhesive layer ( 9 ) are selected such that upon reaching the maximum allowable abrasion, the blade tip coating ( 8th ) is completely removed, so that the adhesive layer ( 9 ) at the blade tip ( 5 ) is exposed. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Radialerstreckung der Abrasionsschicht (7) so gewählt ist, dass beim Erreichen des maximal zulässigen Abriebs die der Schaufelspitze (5) unmittelbar benachbarte Radialinnenseite (11) des Gehäuses von der Abrasionsschicht (7) vollständig bedeckt ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 8, wherein the radial extent of the abrasion layer ( 7 ) is selected so that when reaching the maximum allowable abrasion of the blade tip ( 5 ) immediately adjacent radial inner side ( 11 ) of the housing from the abrasion layer ( 7 ) is completely covered. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Radialinnenseite (11) des Gehäuses von einer Mehrzahl an Hitzeschildsegmenten (6) gebildet ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 9, wherein the radial inner side ( 11 ) of the housing from a plurality of heat shield segments ( 6 ) is formed. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Laufschaufeln (1) in der ersten und/oder zweiten Turbinenlaufschaufelreihe eingebaut sind.Turbomachine according to one of claims 1 to 10, wherein the rotor blades ( 1 ) are installed in the first and / or second turbine blade rows. Strömungsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei Strömungsmaschine eine Axialturbine einer Gasturbine ist.Turbomachine according to one of claims 1 to 11, wherein turbomachine is an axial turbine of a gas turbine.
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