DE3013076A1 - Schaufel fuer ein verstellbares turbineneintrittsleitgitter - Google Patents
Schaufel fuer ein verstellbares turbineneintrittsleitgitterInfo
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Description
XC Γ^ΕΙΟΗΤ
Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 9
Stuttgart-Untertürkheim
EPT Dr.Am/pfa 2.4.198ο
Schaufel für ein verstellbares
Turbineneintrittsleitgitter
Turbineneintrittsleitgitter
Bekanntlich steigt der Wirkungsgrad von Gasturbinen mit steigenden Gastemperatüren an. Einer Temperaturerhöhung
sind jedoch durch die Wärmefestigkeit der Bauteile Grenzen
gesetzt. Für die Schaufeln von verstellbaren Turbineneintrittsleitgittern, die dem Fachmann bekannt und z.
B. in der Veröffentlichung ASME Nr. 77-GT-1O5 (The American
Society of Mechanical Engineers), März 1977» beschrieben sind, sind bei den bifjher fir diesen Zweck
verwendeten Schaufelmaterialien kaum höhere Gastemperaturen
als ca. 85O C möglich, was einer Schaufeltemperatur von ca. 800 C entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Schaufel für ein verstellbares Turbineneintrittsleitgitter zu
finden, die für wesentlich höhere Arbeitstemperaturen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Schaufel gelöst.
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Daim_12919A
j NACHGEREICHT
Die Schaufel besteht aus einer an sich bekannten dispersionsverf estigten Fe-Cr-Al-Legierung enthaltend 64,5 bis 75 Gew.%
Fe, 15 bis 25 Gew.% Cr, 3 bis 8 Gew.% Al, 0,1 bis 1 Gew.%
Ti, 0 bis 3 Gew.% Go, 0 bis 1 Gew.% Y oder Ce sowie 0,1 bis
1,5 Gew.% Yttrium- oder Aluminiumoxid. Bevorzugt wird eine Legierung aus ca. 75 Gew.% Fe, 19 Gew.% Cr, 4,5 Gew.% Al,
0,5 Gew.% Ti, 0,5 Gew.% Yttriumoxid. Diese an sich bekannten
Werkstoffe aus der Klasse der dispersionsverfestigten Hochtemperaturwerkstoffe
sind z.B. unter der Bezeichnung Incoloy MA 956 im Handel erhälüLch. Der zylindrische Schaft
der Schaufel, der zur Drehung der Schaufel dient und der daher auf Reibung beansprucht wird, wird mit einer Gleitschicht
aus Nickeloxid oder einer Mischung aus Nickeloxid mit bis zu 10 Gew.% eines oder mehrerer Oxide von Chrom,
Aluminium, Zirkon, Titan, Eisen, Mangan oder Magnesium überzogen. Besonders bevorzugt ist eine aus 90 bis 95 Gew.%
Nickeloxid und 5 bis 10 Gew.% Magnesiumoxid bestehende Gleitschicht
.
Die Gleitschicht wird durch übliches Plasmaspritzen aufgebracht, wobei die Komponenten bekanntermaßen in Form rieselfähiger,
d.h. in einer Plasmaspritzanlage verspritzbarer Pulver vorliegen müssen. Dabei kann sowohl eine durch mechanische
Mischung aus Nickeloxidpulver und dem Pulver der zweiten Komponente hergestellte Mischung verspritzt werden,
als auch ein Pulver, das aus einer festen Lösung aus Nickeloxid und dem weiteren Oxid hergestellt ist. Ein solches
Pulver ist beispielsweise erhältlich durch Sintern von Nickeloxid mit der zweiten Komponente und Zerkleinern der
gesinterten Mischung auf eine für das Plasmaspritzen ge-
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- 5 - Daim 12 919/4
eigneten Teilchengröße (ca. 20 bis 200 /im) .
Die Gleitschicht wird in einer Stärke von 0,1 bis 0,5mm
bevorzugt 0,2 bis 0,3mm auf den Schaufelschaft aufgespritzt.
Der Auftrag kann direkt auf die mit den üblichen Methoden z.B. durch Korund- oder Sandstrahlen aufgerauhten
Oberfläche des Schaftes erfolgen; eine leichte Verbesserung der Haftung der Schicht wird durch eine Vorspritzung
einer dünnen Schicht (ca. 0,05mm) eines der bekannten haftvermittelnden Nickel-Aluminid-Materialien, enthaltend
im allgemeinen ca. 95 Gew.% Nickel und 5 Gew.% Aluminium, wobei ggf. eine entsprechende Menge Nickel
durch zusätzliche Stoffe wie Chrom, Molybdän oder Eisen in geringen Mengen (ca. 5 Gew.96) ersetzt ist, erreicht,
die z.B. unter den Bezeichnungen Metco 4θ4, 405, 443, 444, 447 oder 450 im Handel erhältlich sind.
Nach dem Auftrag wird die - wie alle Spritzschichten - poröse Gleitschicht durch 5 bis 24-stündiges Glühen bei 950
bis 1250 C nachgesintert und anschließend auf Maß geschliffen.
Sie hat bei Raumtemperatur eine Härte von rund
5OOO N/mm2.
Sie ist damit bei Raumtemperatur und bei 1000 C weicher als
die Büchsen aus Alo0„, in denen der beschichtete Schaufel's j
schaft üblicherweise gelagert wird. Außer Al0C3 sind natures
j
lieh auch andere entsprechend harte und temperaturfeste
Lagermaterialien für den Schaufelschaft möglich, z.B. Zirkonoxid (ZrO0), Chromoxid (Cr 0 ) sowie Mischungen dieser
Oxide.
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- 6 - Daim 12 919A
Gleitschicht und Legierung besitzen zwischen 20 C und 1000°C Wärmedehnwerte eC von jeweils 15·10~ / C, so daß
thermisch erzeugte Schubspannungen zwischen Schaufelschaft
und Gleitschicht nicht auftreten. Daher löst sich im Betrieb auch bei starken Temperaturwechseln die Gleitschicht
nicht vom Schaufelschaft. Bei Belastungen von 0,5 bis
Im · sec'l werden für die Gleitschicht Reibungswerte von
ja. = 0,27 bei sehr kleinem Abrieb gemessen. Die erfindungsgemaßen
Schaufeln sind bis zu Temperaturen von rund 1000DC beständig, was einer Gastemperatur im Leitgitter von
ca. 11500C entspricht.
Die Vorteile der erfindungsgemaßen Schaufel bestehen demnach
vor allem in einer bislang unerreichten Temperaturfestigkeit, verbunden mit einer ausgezeichneten Haftung
der Gleitschicht und einer noch nicht zu hohen Lagerreibung.
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Claims (3)
1. Schaufel für ein verstellbares Turbinen-Leitgitter für
Gasturbinen, ... .. '. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel aus einer an sich bekannten, dispersionsverfestigten
Fe-Cr-Al-Legierung enthaltend 64,5 bis 75 Gew.?
Fe, 15 bis 25 G.e-w.% Cr, 3 bis 8 Gew.% Al, 0,1 bis 1 Gew.%
Ti, 0 bis 3 Gew.% Co, 0 bis 1 Gew.% Y oder Ce sowie 0,1
bis 1,5 Gew.% Yttrium- oder Aluminiumoxid besteht und daß der auf Reibung beanspruchte Schaufelschaft mit einem Gleitwerkstoff
aus 90 bis 100 Gew.% Nickeloxid und 10 bis 0 Gew.% eines oder mehrerer Oxide von Chrom, Aluminium,
Zirkon, Titan, Eisen, Mangan oder Magnesium beschichtet ist.
2. Schaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel aus einer Legierung der Zusammensetzung
75 Gew.% Fe, 19 Gew.% Cr, 4,5 Gew.% Al, 0,5 Gew.% Ti und
0,5 Gew.96 Yttriumoxid besteht.
3. Schaufel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft mit einem Gleitwerkstoff aus 90 bis 95 Gew.%
Nickeloxid und 5 bis 10 Gew.% Magnesiumoxid beschichtet ist.
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NACHGEREICHT
Daim 12
■l-
k. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schichtdicke des Gleitwerkstoffes 0,1 bis 0,5 mm
beträgt.
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