EP2494153A2 - Turbine blade of a turbine stage of a steam turbine and rotor blading or guide blading of a turbine stage of a steam turbine - Google Patents

Turbine blade of a turbine stage of a steam turbine and rotor blading or guide blading of a turbine stage of a steam turbine

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EP2494153A2
EP2494153A2 EP10775773A EP10775773A EP2494153A2 EP 2494153 A2 EP2494153 A2 EP 2494153A2 EP 10775773 A EP10775773 A EP 10775773A EP 10775773 A EP10775773 A EP 10775773A EP 2494153 A2 EP2494153 A2 EP 2494153A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
coating
turbine blade
blade
thin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10775773A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anett Berndt
Christian Seidel
Lutz Völker
Heinrich Zeininger
Markus Mantei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102009051135A external-priority patent/DE102009051135A1/en
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2494153A2 publication Critical patent/EP2494153A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/40—Organic materials
    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05D2300/431—Rubber

Definitions

  • Faserver ⁇ composite materials have the advantage of high specific strength and low weight.
  • the erosion load increases again significantly.
  • Water drops with a size of approx. 25- 400 ⁇ m, in particular of approx. 100 ⁇ m, and a relative velocity of more than 490 m / s can impinge on the surface of the blade.
  • turbine blades made of pure fiber composite material are destroyed even at lower speeds of the water droplets in a few minutes. But even turbine blades made of metal, in particular of steel or titanium, are damaged by the drop impact erosion stress after a certain time and thus unusable.
  • fiber mats are particularly suitable glass fibers or carbon fibers. Since fiber composites have high strength only in the machine direction, an indi vidual ⁇ , stress-related alignment of the fiber layers is necessary. In most cases, the fiber mats are made of several superimposed fiber mats with different main fiber direction in order to achieve a strength in several directions.
  • the individual fiber mats are connected to each other by means of a matrix, usually a synthetic resin. The matrix portion must be so high that the fiber mats are firmly connected to each other. However, a too large matrix content leads to a decrease in the strength of the fiber composite material.
  • a hybrid multi-component ⁇ blade of a steam turbine is known, whose core is formed from a Fa ⁇ server composite material and on the surface thereof an erosion coating made of polyurethane is provided. It is also known from US 2003/0129061 Al that ei ⁇ ne additional cap is arranged at the front and / or rear edge of the blade on the erosion coating.
  • This protective cap is formed of titanium, since titanium has a greater permanence Erosionsbe- as the composite fiber material and the erosion ⁇ coating.
  • Such a protective cap made of titanium the blades of the steam turbine are expensive, in particular by the combination of the titanium cap and the Ero- sion coating. Furthermore, the weight of the blades through the protective cap made of titanium increases adversely. Furthermore, the effect of the erosion coating of polyurethane does not come under ⁇ half the titanium cap advantage.
  • the object is according to the first aspect of the invention by a turbine blade of a blade blading or a Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the turbine output stage, a steam turbine, wherein the turbine blade at least partially made of metal or fiber composite material, at least partially on the blade surface ⁇ and / or in the turbine blade is arranged a highly elastic elastomer coating and at least area ⁇ on the blade surface, in particular on the high elastic elastomer coating on the blade surface, a metallic coating is provided, wherein the metallic coating is a thin, energy-absorbing Metallbeschich- device solved.
  • Energy-absorbing metal coating in the sense of the patent application means that the metal coating is flexible, in particular easily deformable, and not rigid, as known from the prior art, is formed. This is achieved in particular by the fact that the metal coating is made thin. At the same time, the thin Metal working ⁇ coating is formed very stable and resistant to tearing due to their material, so that it does not crack during the impact of Wassertröpf ⁇ surfaces at high speed. That the thin, energy absorbing metal coating does not tear, is in particular the combination of the thin, energy absorbing metal coating with the highly elastic elastomer coating of the turbine blade, which sits in particular directly un ⁇ terrenz the thin, energy absorbing metal coating.
  • the highly elastic elastomer coating can completely surround the turbine blade.
  • the high ⁇ resilient elastomeric coating can clamped to the turbine blade forged or be shrunk onto the turbine blade.
  • the thin, energy absorbing metal coating insbeson ⁇ particular, the metal foil is made thinner than the high elastic Elasto ⁇ merbe slaughterung. This ensures that in case of impact of a particle, in particular a water droplet, the high damping property and the high elastic relaxation capacity of the elastic elastomer coating comes to full advantage, due to the thin, energy-absorbing metal coating, the elastic elastomer coating is not damaged. At the same time, the elastic elastomer coating ensures that the thin, energy-absorbing metal coating is not destroyed. Characterized in that the thin, energy absorbing Metallbeschich ⁇ tung is formed thinner than the highly elastic elastomer coating, the thin, energy absorbing metal ⁇ coating increases the weight of the turbine blade at most only insignificantly.
  • the adhesion promoter is particularly advantageous when adhering the thin, energy-absorbing metal coating to the highly elastic elastomer coating of the turbine blade.
  • the combination of coupling agent and adhesive improves the adhesion of the metal film on the highly elastic elastomer coating, in particular when exposed to a moisture ⁇ and temperature stress.
  • the adhesion promoter is in very thin layers on the
  • the thin, energy absorbing metal coating has a bond strength of more than 120N / cm 2 to the turbine blade, in particular the highly elastic elastomer coating, glued or to ⁇ is glued.
  • the thin, flexible energy-absorbing metal coating is formed from ⁇ .
  • the, arranged on the surface of the turbine blade, in particular glued, highly elastic elastomer coating has a Shore hardness of greater than 60, preferably more than 70.
  • the higher the Shore hardness the greater the hardness of the elastomer or the rubber, and the smaller the impinging water droplets ⁇ A penetration depth.
  • Particular preference is given to ethylene-propylene-diene rubbers having a Shore hardness of up to 90.
  • the size of about 100 ym to the turbine blade or on the disposed on the Oberflä ⁇ surface of the turbine blade combination of thin, energy absorbing metal coating, in particular tallfolie metal, and highly elastic elastomer coating, particularly at an impact velocity of the water droplets by up to 490 m / s or more is ensured by such a trained turbine blade that despite the high dynamic loads no microcracks in the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, and the elastomer coating and thus the Schau ⁇ felober Assembly are caused and this possibly further propagated by the sound waves upon impact of further drops of water.
  • the highly elastic elastomer coating of the turbine blade is preferably formed as a film. Therefore, ie particularly be ⁇ vorzugt a turbine blade, wherein the at least Wenig ⁇ a highly elastic elastomer coating in the form of a highly elastic elastomer film on the blade surface at ⁇ ordered or glued on.
  • the film can be the same thickness everywhere in order to realize the same material properties over the entire area of the turbine blade.
  • the Elastomerfo ⁇ lie may also be thicker at certain points, in particular the leading edge of the turbine blade, as in other places.
  • a thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, at the trailing edge may under certain circumstances also be expedient.
  • the outlet edge of the turbine blade is not endangered by erosion during normal operation of the steam turbine.
  • water is often injected into the steam turbine to prevent overheating. The water injection usually takes place at the outlet edge of the turbine blade.
  • ⁇ through there can be an erosion load also at the trailing edge of the turbine blade may.
  • a strig ⁇ ne, energy-absorbing metal coating, in particular Me ⁇ tallfolie, at the trailing edge may also adorn the Erosionsbean ⁇ spruchung or the Erosionsabtrag redu ⁇ here.
  • the object is achieved by a blading or Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular a final stage blading egg ⁇ ner steam turbine, characterized in that the blading or the Leitbeschaufelung comprises a plurality of turbine blades, according to at least one embodiment according to formed in the first aspect of the invention.
  • a moving blading or guide vanes of a turbine stage of a steam turbine in which the turbine blades of the rotor blading or the guide vanes as a material of metal or a fiber composite material umfas ⁇ sen and in which is arranged at least region-wise at the blade ⁇ surface of the turbine blade at least one Tarelasti ⁇ specific elastomer coating, in particular is glued, and in which in addition to the highly elastic elastomer coating of the turbine blade a thin, energy-absorbing metal coating, in particular Metallfo ⁇ lie, arranged, in particular glued, is, are particularly durable.
  • Such Laufbeschaufelonneiere or Leitbeschaufe- lungs have, due to the highly elastic elastomer coating and additional thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, a high droplet-fenschlagerosionsbe pretechnik and are particularly train ⁇ fixed.
  • the run blading or guide blading also has a high elastic relaxation capacity. Gleichzei ⁇ tig, the rotor blading or guide vanes due to the small thickness of the thin, energy absorbing Metal coating, in particular metal foil, are relatively easy and inexpensive to manufacture.
  • Figure 3 shows another turbine blade, which is designed according to the inventions ⁇ inventive design principle that can be used in particular as Endgenlaufschaufei for a steam turbine.
  • FIGS. 1 and 3 Elements with the same function and mode of operation are each provided in FIGS. 1 and 3 with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a schematic representation of a turbine blade 1, which is designed according to the construction principle according to the invention.
  • the turbine blade 1 can be for example a turbine blade of a rotor blading or guide vanes of a turbine stage, in particular the final stage of a turbine, in particular a steam turbine.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view through the turbine blade 1 shown in FIG.
  • the main body or the core 2 of the turbine blade 1 comprises as material a Faserver ⁇ composite material. This fiber composite material is formed from one or more prepregs. That at least one
  • a particular advantage of the thin, energy-absorbing metal foil 4 is that thereby the function of the highly elastic elastomer coating 3, which is below the thin, energy-absorbing metal foil 4, comes to full advantage. That is, by the combination of the thin, energy absorbing metal foil 4 with the highly elastic elastomer coating 3, the cushioning property of the highly elastic elastomer coating 3 comes to full advantage in the impact of water droplets. At the same time, the thin, energy-absorbing metal foil 4 ensures that the highly elastic elastomer coating 3 is not damaged by a drop impact erosion stress.
  • the thin, energy-absorbing metal foil 4 serves as a protective layer for the highly elastic elastomer coating 3, without diminishing its damping properties.
  • Power stage rotor can be used for a steam turbine.
  • the turbine blade 1 is formed from a fiber composite material.
  • several layers of fiber mats are arranged one above the other.
  • the mats are superimposed in such a way that the main fiber direction is aligned in accordance with the main stress direction of the turbine blade 1.
  • Fiber material is in particular glass fiber or carbon fiber.
  • the fiber mats are embedded in a matrix.
  • the matrix consists of preference ⁇ example of a synthetic resin and ensures a connection of the fiber mats with each other. However, the matrix can not absorb high tensile forces.
  • turbine blades of fiber composite material are very SENS ⁇ tive to drop impact erosion
  • the turbine blade 1 at certain high stress areas, namely at the leading edge 6 and at the trailing edge 7 of the turbo 1, and on the highly elastic elastomer coating 3 additionally a thin, energy-absorbing metal coating 4.
  • the leading edge 6 is most at risk of erosion, since the drops of water essentially strike here.
  • the thin, energy absorbing metal coating 4 is mounted in the embodiment only in the upper half of the entrance ⁇ edge 6. In this region of the leading edge 6, there is the greatest erosion stress, since during operation of the steam turbine, the largest circumferential speeds occur here.
  • the thin, energy absorbing metal coating 4 is attached to the blade contour of the turbine blade 1, that a smooth transition without edges between the thin, energy absorbing metal coating 4 and the door ⁇ binenschaufel 1 yields.
  • the thin, energy absorbing metal coating 4 is to be formed of hard metal, titanium or ceramic before ⁇ preferably.
  • the high hardness of these materials ensures a high erosion ⁇ resistance and thus for a long life of the thin, energy absorbing metal coating 4 and thus the turbine blade 1.
  • the turbine blade 1 additionally has a second thin, energy absorbing metal coating 4 at the exit ⁇ edge 7 of the turbine blade 1 on. In normal operation, the trailing edge 7 is not susceptible to erosion, since there is no drop impact here.
  • the erosion protection component 2 at the outlet edge 7 of the turbine blade 1 is provided for the Ventila ⁇ tion operation. In the ventilation mode of Dampftur ⁇ bine, in order to avoid overheating, water sprayed from behind against the turbine blade.
  • the turbine blade made of fiber composite material can also be used in the wet steam region of a steam turbine. This is so far not possible with turbine blades made of fiber composite material.
  • the weight of the turbine blade can be significantly reduced.
  • the Reduzie ⁇ tion of the weight of the turbine blade causes the centrifugal force of the turbine blade can be reduced especially in the sensitive area of the blade root or that at the same tensile stress, the blade length and thus the outflow of the exhaust steam can be increased.
  • An increase in the cross section of the exhaust steam housing and an increase in the speed of the turbine lead to an increased efficiency of the steam turbine.
  • the turbine blades 1 described in FIGS. 1-3 are made entirely of fiber composite material. It is also conceivable, however, a construction in which only a portion of fiber composite material is made. So could beispielswei- se the blade made of fiber composite material and the show ⁇ felfuß be made of steel or titanium.

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Abstract

The invention relates to a turbine blade (1) of rotor blading or guide blading of a turbine stage, in particular of a turbine output stage, of a steam turbine, wherein at least sections of the turbine blade (1) are composed of metal or fiber composite material, wherein at least in sections a highly elastic elastomeric coating (3) is arranged on the upper blade side and/or in the turbine blade (1), and at least in sections a metal coat (4) is provided on the upper blade surface, in particular on the highly elastic elastomeric coating (4), wherein the metal coat (4) is a thin, energy-absorbing metal coating. The invention further relates to rotor blading or guide blading of a turbine stage, in particular the output stage blading, of a steam turbine, which is characterized in that the rotor blading or guide blading comprises a plurality of turbine blades (1) designed in this way.

Description

Beschreibung description
Turbinenschaufel einer Turbinenstufe einer Dampfturbine sowie Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe einer Dampfturbine Turbine blade of a turbine stage of a steam turbine and blade blading or Leitbeschaufelung a turbine stage of a steam turbine
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel einer Laufbe¬ schaufelung oder einer Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der Turbinenendstufe, einer Dampfturbine nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. The invention relates to a turbine blade a Laufbe ¬ shoveling or a Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the turbine output stage, a steam turbine according to the preamble of independent claim 1.
Ferner betrifft die Erfindung eine Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der End¬ stufenbeschaufelung, einer Dampfturbine. Furthermore, the invention relates to a blading or Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the End ¬ stage blading, a steam turbine.
Schaufeln der Beschaufelung einer Turbinenstufe einer Turbine sind hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Insbesondere bei Blades of the blading of a turbine stage of a turbine are exposed to high stresses. Especially at
Dampfturbinen sind die Schaufeln, auch als Schaufelblätter bezeichnet, einer hohen Tropfenschlagserosionsbeanspruchung ausgesetzt. So wird beispielsweise die Lebensdauer der Be¬ schaufelung, insbesondere der Endstufenlaufschaufeln, einer Kondensationsdampfturbine durch die Tropfenschlagserosionsbe¬ anspruchung erheblich bestimmt. Turbinenschaufel und insbe¬ sondere Turbinenschaufel von Dampfturbinen werden derzeit vorwiegend aus Stahl gefertigt. Aufgrund des hohen Gewichtes der Stahlturbinenschaufel und den daraus resultierenden hohen Fliehkräfte sind die Drehzahl sowie die maximale Schaufellän¬ ge der Endstufenlaufschaufei begrenzt. Hierdurch sind die Ab¬ strömfläche des Abdampfgehäuses und damit die Leistung sowie der Wirkungsgrad der Turbine limitiert. Durch die Tropfen¬ schlagerosion wird aber selbst gehärteter Stahl abgetragen. Steam turbines are the blades, also referred to as blades, exposed to a high drop impact erosion stress. For example, the lifetime of the buckling , in particular of the end-stage rotor blades , of a condensation steam turbine is considerably determined by the drop impact erosion load . Turbine blade and in particular ¬ sondere turbine blade of steam turbines are currently made mainly of steel. Due to the high weight of the steel turbine blade and the resulting high centrifugal forces, the speed and the maximum Schaufellän ¬ ge the Endstufenlaufschaufei are limited. As a result, the Ab ¬ strömfläche the Abdampfgehäuses and thus the performance and the efficiency of the turbine are limited. However, even hardened steel is removed by the drop impact erosion.
Um die Leistung und den Wirkungsgrad zukünftiger Turbinen zu steigern, wird zunehmend über den Einsatz von Endstufenlauf- schaufeln aus Faserverbundwerkstoff nachgedacht. Faserver¬ bundwerkstoffe haben den Vorteil einer hohen spezifischen Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Beim Einsatz von Faserverbundwerkstoffen mit einem angestrebten höheren Produkt aus Fläche mal Drehzahl steigt die Erosionsbelastung nochmals deutlich. Wassertropfen mit einer Größe von ca. 25- 400ym, insbesondere von ca. lOOym, und einer Relativ- Geschwindigkeit von über 490m/s können dabei auf der Schau- feloberfläche auftreffen. Turbinenschaufeln aus reinem Faserverbundwerkstoff werden jedoch schon bei geringeren Geschwindigkeiten der Wassertropfen in wenigen Minuten zerstört. Aber auch Turbinenschaufeln aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Titan, werden durch die Tropfenschlagserosionsbeanspru- chung nach einer gewissen Zeit beschädigt und damit unbrauchbar . In order to increase the performance and efficiency of future turbines, the use of end-stage blades made of fiber composite material is increasingly being considered. Faserver ¬ composite materials have the advantage of high specific strength and low weight. When using fiber composites with a higher targeted Product of surface times speed, the erosion load increases again significantly. Water drops with a size of approx. 25- 400 μm, in particular of approx. 100 μm, and a relative velocity of more than 490 m / s can impinge on the surface of the blade. However, turbine blades made of pure fiber composite material are destroyed even at lower speeds of the water droplets in a few minutes. But even turbine blades made of metal, in particular of steel or titanium, are damaged by the drop impact erosion stress after a certain time and thus unusable.
Das Herstellen von Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoffen erfolgt durch Verpressen und Verkleben mindestens zweier Lagen von Fasermatten gleicher oder verschiedener Materialien. Als Fasermatten eignen sich insbesondere Glasfasern oder Kohlestofffasern . Da Faserverbundwerkstoffe nur in Faserrichtung eine hohe Festigkeit aufweisen, ist eine indi¬ viduelle, beanspruchungsgerechte Ausrichtung der Faserlagen notwendig. Meist werden die Fasermatten aus mehreren überein- andergelegten Fasermatten mit unterschiedlicher Hauptfaserrichtung hergestellt um eine Festigkeit in mehreren Richtungen zu erzielen. Die einzelnen Fasermatten werden mittels einer Matrix, üblicherweise ein Kunstharz, miteinander verbunden. Der Matrixanteil muss dabei so hoch sein, dass die Fasermatten untereinander fest verbunden sind. Ein zu großer Matrixanteil führt jedoch zu einer Abnahme der Festigkeit des Faserverbundwerk- Stoffes. The production of turbine blades made of fiber composite materials by pressing and bonding at least two layers of fiber mats of the same or different materials. As fiber mats are particularly suitable glass fibers or carbon fibers. Since fiber composites have high strength only in the machine direction, an indi vidual ¬, stress-related alignment of the fiber layers is necessary. In most cases, the fiber mats are made of several superimposed fiber mats with different main fiber direction in order to achieve a strength in several directions. The individual fiber mats are connected to each other by means of a matrix, usually a synthetic resin. The matrix portion must be so high that the fiber mats are firmly connected to each other. However, a too large matrix content leads to a decrease in the strength of the fiber composite material.
Für die Herstellung von Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoff eignen sich unterschiedliche Verfahren, wobei man grundsätzlich zwischen offenen und geschlossenen Verfahren unterscheidet. Bei beiden Verfahren werden Faserhalbzeuge, hierunter versteht man unter anderem Gewebe, Gelege oder Fasermatten, in ein Infiltrierwerkzeug gelegt und mit dem Mat¬ rixmaterial infiltriert. Beim Infiltrieren wird das Matrixma- terial in das Gewebe eingebracht und ein Verbund zwischen Matrixmaterial und Faserhalbzeug hergestellt. Das überschüs¬ sige Matrixmaterial muss beim Infiltrieren entfernt werden und die Turbinenschaufel muss anschließend aushärten, bevor sie aus dem Infiltrierwerkzeug genommen werden kann. For the production of turbine blades made of fiber composite material, different methods are suitable, whereby one fundamentally differentiates between open and closed methods. In both methods are semi-finished fiber, this is understood, inter alia, fabrics, scrims or fiber mats, placed in a Infiltrierwerkzeug and infiltrated with the Mat ¬ rixmaterial. When infiltrating, the matrix introduced into the tissue and produced a composite between matrix material and semifinished fiber. The überschüs ¬ sige matrix material must be removed during infiltration and the turbine blade then must harden before they can be taken out of the Infiltrierwerkzeug.
Das derzeit geläufigste offene Verfahren zum Herstellen von Faserverbundschaufeln ist das Handlegeverfahren. Das Handauflegen kann auch als geschlossenes Verfahren ausgeführt wer- den. Weitere geschlossene Verfahren stellen das Prepregver- fahren und das Vakuuminfusionsverfahren dar. Die Aushärtezeiten bei den einzelnen Verfahren sind jeweils abhängig vom gewählten Matrixwerkstoff (Harz) und der Aushärtetemperatur. Die vorgenannten Verfahren stellen allesamt gute Möglichkei¬ ten zum Herstellen von Faserverbundschaufeln dar. Die solchermaßen hergestellten Turbinenschaufeln haben jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund des verwendeten Materials sehr anfällig gegenüber einer Tropfenschlagerosion sind. Eine Tropfenschlagerosion tritt insbesondere in der Endstufe vonThe most common open method of manufacturing fiber composite blades is the hand lay method. The laying on of hands can also be carried out as a closed procedure. Further closed processes are the prepreg process and the vacuum infusion process. The curing times for the individual processes depend on the selected matrix material (resin) and the curing temperature. The above methods provide good all possible answer ¬ th for the manufacture of fiber composite blades. However, the turbine blades produced in this way have the disadvantage that they are very susceptible to erosion due to impingement of the material used. Drop impact erosion occurs especially in the final stage of
Turbinenschaufeln auf, in dem Wasser aus der DampfStrömung zu Tropfen auskondensiert und diese Tropfen mit hoher Geschwindigkeit und Energie auf die Turbinenschaufeln auftreffen. Durch die hohe AufSchlagsenergie der Wassertropfen kommt es zu einer raschen Zerstörung des Faserverbundwerkstoffes. Turbine blades on in the water condenses out of the vapor flow to droplets and impinge these drops with high speed and energy on the turbine blades. Due to the high impact energy of the water droplets, a rapid destruction of the fiber composite material occurs.
Aus der US 2003/0129061 AI ist eine hybride Mehrkomponenten¬ schaufel einer Dampfturbine bekannt, deren Kern aus einen Fa¬ serverbundwerkstoff ausgebildet ist und an deren Oberfläche ein Erosionsüberzug aus Polyurethan vorgesehen ist. Ferner ist aus der US 2003/0129061 AI bekannt, dass an der Vorder- und/oder Hinterkante der Schaufel auf dem Erosionsüberzug ei¬ ne zusätzliche Schutzkappe angeordnet ist. Diese Schutzkappe ist aus Titan ausgebildet, da Titan eine größere Erosionsbe- ständigkeit als der Faserverbundwerkstoff und der Erosions¬ überzug aufweist. Durch eine derartige Schutzkappe aus Titan sind die Schaufeln der Dampfturbine kostenintensiv, insbesondere durch die Kombination der Titanschutzkappe und des Ero- sionsüberzugs . Ferner erhöht sich das Gewicht der Schaufeln durch die Schutzkappe aus Titan nachteilig. Des Weiteren kommt die Wirkung des Erosionsüberzugs aus Polyurethan unter¬ halb der Titanschutzkappe nicht zur Geltung. From US 2003/0129061 Al a hybrid multi-component ¬ blade of a steam turbine is known, whose core is formed from a Fa ¬ server composite material and on the surface thereof an erosion coating made of polyurethane is provided. It is also known from US 2003/0129061 Al that ei ¬ ne additional cap is arranged at the front and / or rear edge of the blade on the erosion coating. This protective cap is formed of titanium, since titanium has a greater permanence Erosionsbe- as the composite fiber material and the erosion ¬ coating. Such a protective cap made of titanium, the blades of the steam turbine are expensive, in particular by the combination of the titanium cap and the Ero- sion coating. Furthermore, the weight of the blades through the protective cap made of titanium increases adversely. Furthermore, the effect of the erosion coating of polyurethane does not come under ¬ half the titanium cap advantage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbi¬ nenschaufel einer Laufbeschaufelung oder einer Leitbeschaufelung sowie eine Laufbeschaufelung oder eine Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der Turbinenendstufe, einer Dampfturbine der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen hohen Schutz gegen Erosion bietet und gleichzeitig leicht ausgebildet sind und kostengünstig gefertigt werden können . Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Turbinenschaufel einer Laufbeschaufelung oder einer Leitbeschaufelung einer Dampfturbine mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch eine Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe einer Dampfturbine mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 16 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungs¬ gemäßen Turbinenschaufel beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Laufbeschaufe- lung oder Leitbeschaufelung, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann. Die Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Turbinenschaufel einer Laufbeschaufelung oder einer Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der Turbinenendstufe, einer Dampfturbine, wobei die Turbinenschaufel zumindest bereichsweise aus Metall oder Faserverbundwerkstoff besteht, wobei zumindest bereichsweise an der Schaufelober¬ fläche und/oder in der Turbinenschaufel eine hochelastische Elastomerbeschichtung angeordnet ist und zumindest bereichs¬ weise auf der Schaufeloberfläche, insbesondere auf der hoch- elastischen Elastomerbeschichtung an der Schaufeloberfläche, ein metallischer Überzug vorgesehen ist, wobei der metallische Überzug eine dünne, energieabsorbierende Metallbeschich- tung ist, gelöst. The invention is therefore based on the object, a Turbi ¬ nenschaufel a rotor blading or a Leitbeschaufelung and a blading or a Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the turbine output stage to provide a steam turbine of the type mentioned, which provides a high level of protection against erosion and are simultaneously easily formed and can be manufactured inexpensively. These objects are achieved by a turbine blade of a blade blading or a Leitbeschaufelung a steam turbine having the features of independent claim 1 and by a blading or Leitbeschaufelung a turbine stage of a steam turbine with the features of independent claim 16. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims and the description. Thereby, features and details that are described in the context of fiction, ¬ modern turbine blade, of course development in connection with the inventive Laufbeschaufe- or blading apply and each reversed so that, with respect to the disclosure to the individual aspects of the invention always mutually reference may be made , The object is according to the first aspect of the invention by a turbine blade of a blade blading or a Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the turbine output stage, a steam turbine, wherein the turbine blade at least partially made of metal or fiber composite material, at least partially on the blade surface ¬ and / or in the turbine blade is arranged a highly elastic elastomer coating and at least area ¬ on the blade surface, in particular on the high elastic elastomer coating on the blade surface, a metallic coating is provided, wherein the metallic coating is a thin, energy-absorbing Metallbeschich- device solved.
Dadurch, dass der metallische Überzug als eine dünne, ener¬ gieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere als eine dünne, energieabsorbierende Metallfolie, ausgebildet ist, bietet die Turbinenschaufel einen hohen Schutz gegen Erosion, ist gleichzeitig leicht ausgebildet und kann trotz der Ver¬ wendung eines metallischen Überzugs kostengünstig gefertigt werden . The fact that the metallic coating is formed as a thin, ener ¬ gieabsorbierende metal coating, in particular as a thin, energy absorbing metal foil, the turbine blade provides high protection against erosion, at the same time is easily formed and despite the use of a ¬ metallic coating cost be made.
Ein besonderer Vorteil der Verwendung einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, liegt darin, dass hierdurch die Funktion der hochelastischen Elastomerbeschichtung, die unterhalb der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung liegt, voll zu Geltung kommt. Das heißt, durch die Kombination der dünnen, energieabsorbie¬ renden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, mit der hochelastischen Elastomerbeschichtung kommt die Dämpfungseigenschaft der hochelastischen Elastomerbeschichtung beim Aufprall von Wassertröpfchen voll zu Geltung. Gleichzeitig ist durch die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, gewährleistet, dass die hochelasti¬ sche Elastomerbeschichtung nicht durch eine Tropfenschlags- erosionsbeanspruchung beschädigt wird. Die dünne, energieab¬ sorbierende Metallbeschichtung dient als Schutzschicht für die hochelastische Elastomerbeschichtung, ohne die dämpfende Eigenschaft der hochelastischen Elastomerbeschichtung zu schmälern . A particular advantage of using a thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, is that the function of the highly elastic elastomer coating, which lies beneath the thin, energy-absorbing metal coating, is thereby fully realized. That is, by the combination of the thin, energieabsorbie ¬ Governing metal coating, in particular metal foil, with the highly elastic elastomer coating, the damping property of the highly elastic elastomer coating on impact of water droplets comes fully to advantage. At the same time, is guaranteed by the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, that the hochelasti ¬ specific elastomer coating is not damaged by erosion stress a Tropfenschlags-. The thin, energieab ¬ sorbent metal coating acts as a protective layer for the highly elastic elastomer coating, without diminishing damping property of the highly resilient elastomeric coating.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine beschädigte dünne, energieabsorbierende Metallbe- Schichtung, insbesondere Metallfolie, leicht und kostengüns¬ tig erneuert werden kann, bevor die hochelastische Elastomer¬ beschichtung der Turbinenschaufel beschädigt wird. Beispiels¬ weise kann einfach eine neue dünne, energieabsorbierende Me- tallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, auf die alte dün¬ ne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Me¬ tallfolie, aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, werden. A further particular advantage of the invention is that a damaged thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, can be easily and kostengüns ¬ tig renewed before the highly elastic elastomer ¬ coating the turbine blade is damaged. Example ¬ as easily, a new thin, energy-Me- High coating, in particular metal foil, on the old dün ¬ ne, energy absorbing metal coating, in particular metal foil ¬ applied, in particular glued, be.
Hierdurch kann der Kern der Turbinenschaufel, inklusive der hochelastischen Elastomerbeschichtung, sehr lange verwendet werden. Eine derartige doppelte Beschichtung, das heißt Kom¬ bination einer hochelastischen Elastomerbeschichtung mit einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, stellt eine sehr erosionsstabile Hybrid- beschichtung für eine Turbinenschaufel dar. Durch die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Metall¬ folie, ist die hybride Beschichtung sehr flexibel ausgebil¬ det. Insbesondere ist aufgrund der dünnen, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung beziehungsweise Metallfolie gewähr- leistet, dass die eigentliche Form der Turbinenschaufel nicht beziehungsweise nur sehr gering geändert wird. Hierdurch be- einflusst die Metallbeschichtung beziehungsweise die Metall¬ folie die Strömungsverhältnisse der Turbinenschaufel nicht negativ . This allows the core of the turbine blade, including the highly elastic elastomer coating, to be used for a very long time. Such a double coating, ie Kom ¬ bination of a highly elastic elastomer coating with a thin energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, provides a very erosion stable hybrid coating for a turbine blade. Due to the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal ¬ foil, is the hybrid Coating very flexible ausgebil ¬ det. In particular, due to the thin, energieabsorbie ¬-saving metal coating or metal foil ensures that the actual shape of the turbine blade is not changed or only very slight. Hereby designate the metal coating or the metal foil ¬ does not influence the flow conditions of the turbine blade negative.
Energieabsorbierende Metallbeschichtung bedeutet im Sinne der Patentanmeldung, dass die Metallbeschichtung nachgiebig, insbesondere leicht verformbar, und eben nicht starr, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ausgebildet ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Metallbeschichtung dünn ausgebildet ist. Gleichzeitig ist die dünne Metallbe¬ schichtung aufgrund ihres Materials sehr stabil und reißfest ausgebildet, so dass diese bei dem Aufprall von Wassertröpf¬ chen mit hoher Geschwindigkeit nicht reißt. Dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung nicht reißt, liegt insbesondere am Zusammenspiel der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung mit der hochelastischen Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel, die insbesondere direkt un¬ terhalb der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung sitzt. Energy-absorbing metal coating in the sense of the patent application means that the metal coating is flexible, in particular easily deformable, and not rigid, as known from the prior art, is formed. This is achieved in particular by the fact that the metal coating is made thin. At the same time, the thin Metal working ¬ coating is formed very stable and resistant to tearing due to their material, so that it does not crack during the impact of Wassertröpf ¬ surfaces at high speed. That the thin, energy absorbing metal coating does not tear, is in particular the combination of the thin, energy absorbing metal coating with the highly elastic elastomer coating of the turbine blade, which sits in particular directly un ¬ terhalb the thin, energy absorbing metal coating.
Durch die Kombination einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung mit einer hochelastischen Elastomerbeschich- tung kann bei der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ein geringer Materialabtrag bei einer Tropfenschlagerosionsbean- spruchung gewährleistet werden. Die Kombination der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere der Metallfolie, mit einer hochelastischen Elastomerbeschichtung ermöglicht eine hohe Energieaufnahme bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit der Metallbeschichtung. Die hohe Dämpfungsei¬ genschaft der hochelastischen Elastomerbeschichtung gewährleistet ein hohes elastisches Relaxationsvermögen bei gleich- zeitig hohem Weiterreißwiderstand . Die derart ausgebildete Turbinenschaufel weist eine hohe Rückprallelastizität auf, durch die die Dämpfung gering und die innere Erwärmung der Turbinenschaufel bei dynamischer Belastung entsprechend nied¬ rig ist. Die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung bietet zum Einen in Kombination mit der hochelastischen Elastomerbeschichtung eine hohe Energieabsorption und zum Anderen einen hohen Widerstand gegen das Eindringen von Partikeln/Wassertröpfchen in die hochelastische Elastomerbeschichtung. Die Kombination aus der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung mit der darunter angeordneten hochelastischen Elastomerbeschichtung schützt die Turbinenschaufel, insbesondere eine Turbinenschaufel aus einem Faserverbund¬ wirkstoff, daher wirkungsvoll gegen eine Tropfenschlagerosi¬ on . By combining a thin, energy-absorbing metal coating with a highly elastic elastomer coating In the case of the turbine blade according to the invention, it is possible to ensure a low material removal in the event of drop impact erosion stress. The combination of the thin, energy-absorbing metal coating, in particular of the metal foil, with a highly elastic elastomer coating enables a high energy absorption with simultaneously high tensile strength of the metal coating. The high Dämpfungsei ¬ genschaft the highly elastic elastomer coating ensures a high elastic relaxivity at the same time a high tear propagation resistance. The thus constructed turbine blade has a high rebound resilience, by which the attenuation is low and the internal heating of the turbine blade under dynamic load is correspondingly nied ¬ rig. The thin, energy-absorbing metal coating offers, in combination with the highly elastic elastomer coating, high energy absorption and, secondly, high resistance against the penetration of particles / water droplets into the highly elastic elastomer coating. The combination of the thin, energy-absorbing metal coating with the highly elastic elastomer coating arranged therebelow protects the turbine blade, in particular a turbine blade made of a fiber composite ¬ active substance, therefore effective against a Tropfenschlagerosi ¬ on.
Die hochelastische Elastomerbeschichtung sowie die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung sind zumindest an dem besonders erosionsbeanspruchten Stellen, insbesondere der Vorderkante, der Turbinenschaufel angeordnet. Besonders be- vorzugt sind die hochelastische Elastomerbeschichtung und die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung an der gesamten Oberfläche der Turbinenschaufel angeordnet. Durch die Kombination der beiden verschiedenartigen Beschichtungen kann die Turbinenschaufel auch aus Faserverbundwerkstoff herge- stellt werden, ohne dass die Erosionsstandfestigkeit gegen¬ über Turbinenschaufeln aus Stahl abnimmt. Damit kann das Gewicht der Turbinenschaufel durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoff deutlich herabgesenkt werden, wodurch die Fliegkraftbeanspruchung, insbesondere im stark belasteten Fußabschnitt, der Turbinenschaufel deutlich reduziert wird. In Folge dessen kann die Schaufellänge der Turbinenschaufeln und damit die Abströmfläche des Abdampfgehäuses der Dampftur- bine vergrößert und die Drehzahl der Dampfturbine erhöht wer¬ den. Hierdurch kommt es zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Dampfturbine. The highly elastic elastomer coating and the thin, energy-absorbing metal coating are arranged at least on the parts which are particularly prone to erosion, in particular the leading edge, of the turbine blade. Particularly preferably, the highly elastic elastomer coating and the thin, energy-absorbing metal coating are arranged on the entire surface of the turbine blade. By combining the two different types of coatings, the turbine blade can be also provides made of fiber composite material manufactured without the erosion stability decreases towards ¬ over turbine blades made of steel. Thus, the weight of the turbine blade can be lowered significantly by the use of fiber composite material, whereby the Fliegkraftbeanspruchung, especially in the heavily loaded foot section, the turbine blade is significantly reduced. As a result, the blade length of the turbine blades and the outflow of the exhaust steam of the steam turbine can be increased and the speed of the steam turbine increases the ¬. This leads to an increase in the efficiency of the steam turbine.
Eine derartige ausgebildete Turbinenschaufel, die als Grund¬ werkstoff einen Faserverbundwerkstoff aufweist, ist relativ leicht und kann deshalb relativ groß ausgebildet sein. Die hochelastische Elastomerbeschichtung verhindert in Verbindung mit der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung eine übermäßige Beschädigung der Turbinenschaufel. Das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung kann sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen, findet aber danach wieder in seine ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück. Das heißt, die auf die dünne, energieabsorbierende Metallbe¬ schichtung auftreffenden Wassertropfen verformen die hochelastische Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel allenfalls kurzfristig. Die hochelastische Elastomerbeschichtung nimmt aufgrund ihrer Elastizität nach dem Aufschlag eines Wassertropfens wieder ihre Ausgangsform ein, wodurch auch die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung in ihre Aus¬ gangsform zurückgebracht wird. Such a trained turbine blade, which has a fiber composite material as the base ¬ material is relatively light and therefore can be made relatively large. The highly elastic elastomeric coating in combination with the thin, energy absorbing metal coating prevents excessive damage to the turbine blade. The elastomer of the highly elastic elastomer coating can deform elastically under tensile and compressive load, but then returns back to its original, undeformed shape. That is, the incident on the thin energy-absorbing coating Metal working ¬ water droplets deform the highly elastic elastomer coating of the turbine blade at most the short term. The highly elastic elastomer coating increases due to its elasticity after the impact of a water drop back its original shape one, whereby the thin, energy absorbing metal coating is returned to its off ¬ transition form.
Die hochelastische Elastomerbeschichtung kann die Turbinenschaufel vollständig umgeben. Beispielsweise kann die hoch¬ elastische Elastomerbeschichtung um die Turbinenschaufel ge- spannt oder auf die Turbinenschaufel aufgeschrumpft sein.The highly elastic elastomer coating can completely surround the turbine blade. For example, the high ¬ resilient elastomeric coating can clamped to the turbine blade forged or be shrunk onto the turbine blade.
D.h., die hochelastische Elastomerbeschichtung kann auf beiden Turbinenschaufelseiten vorgesehen sein. Alternativ kann die hochelastische Elastomerbeschichtung auf nur einer Seite der Turbinenschaufel angeordnet sein. Dabei ist die hochelas- tische Elastomerbeschichtung vorzugsweise auf der Seite der Turbinenschaufel angeordnet, die beim Betrieb der Turbinen¬ schaufel bzw. der Beschaufelung dem Strom eines Mediums zugewandt ist. Die Turbinenschaufel kann aus einem Metall, beispielsweise aus Stahl oder Titan, ausgebildet sein. Die hochelastische Elastomerbeschichtung ist vorteilhafterweise zumindest be- reichsweise an der Schaufeloberfläche, d.h. an dem Metall der Turbinenschaufel, angeordnet. Bevorzugt ist die Turbinen¬ schaufel aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoff, ausgebildet. Eine Turbinenschaufel aus einem derartigen Grundwerkstoff, die wenigstens eine hochelastische Elastomerbeschichtung und zusätzliche eine dünne, energieabsorbierende Metallbeschich¬ tung aufweist, ist sehr erosionsstabil und gleichzeitig leicht ausgebildet. Insbesondere kann eine Turbinenschaufel aus einem Faserverbundwerkstoff aufgrund des geringen Gewich- tes größer ausgebildet werden, als eine Turbinenschaufel aus Metall . That is, the highly elastic elastomer coating may be provided on both turbine blade sides. Alternatively, the highly elastic elastomeric coating may be disposed on only one side of the turbine blade. The highly elastic elastomer coating is preferably disposed on the side of the turbine blade, which faces during operation of the turbine blade or blading the flow of a medium. The turbine blade may be formed of a metal, such as steel or titanium. The highly elastic elastomer coating is advantageously at least partially disposed on the blade surface, ie on the metal of the turbine blade. Preferably, the turbine blade is made of a fiber composite material, in particular a carbon fiber reinforced composite material is formed. A turbine blade made of such a base material, having at least one highly elastic elastomer coating and additional thin, energy absorbing Metallbeschich ¬ tung, erosion is very stable and simultaneously formed easily. In particular, a turbine blade made of a fiber composite material can be formed larger than a turbine blade made of metal due to the low weight.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Turbinenschaufel vorgesehen sein, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbeson¬ dere die Metallfolie, dünner als die hochelastische Elasto¬ merbeschichtung ausgebildet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einem Aufprall eines Partikel, insbesondere eines Wassertropfens, die hohe Dämpfungseigenschaft und das hohe elastische Relaxationsvermögen der elastischen Elastomerbeschichtung voll zur Geltung kommt, wobei aufgrund der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung die elastische Elastomerbeschichtung nicht beschädigt wird. Gleichzeitig sorgt die elastische Elastomerbeschichtung dafür, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung nicht zerstört wird. Dadurch, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschich¬ tung dünner als die hochelastische Elastomerbeschichtung ausgebildet ist, erhöht die dünne, energieabsorbierende Metall¬ beschichtung das Gewicht der Turbinenschaufel allenfalls nur unwesentlich. According to a particularly preferred development of the invention, can be provided in the turbine blade that the thin, energy absorbing metal coating insbeson ¬ particular, the metal foil is made thinner than the high elastic Elasto ¬ merbeschichtung. This ensures that in case of impact of a particle, in particular a water droplet, the high damping property and the high elastic relaxation capacity of the elastic elastomer coating comes to full advantage, due to the thin, energy-absorbing metal coating, the elastic elastomer coating is not damaged. At the same time, the elastic elastomer coating ensures that the thin, energy-absorbing metal coating is not destroyed. Characterized in that the thin, energy absorbing Metallbeschich ¬ tung is formed thinner than the highly elastic elastomer coating, the thin, energy absorbing metal ¬ coating increases the weight of the turbine blade at most only insignificantly.
Besonders bevorzugt ist eine derartige Turbinenschaufel, bei der die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, ins- besondere die Metallfolie, mindestens fünffach, vorzugsweise mindestens zehnfach, dünner als die hochelastische Elastomer¬ beschichtung der Turbinenschaufel ausgebildet ist. Durch ein derartiges Verhältnis der Dicke der dünnen, energieabsorbie- renden Metallbeschichtung zur Dicke der hochelastischen Elastomerbeschichtung, können das Gewicht und die Kosten der Turbinenschaufel gering gehalten werden. Gleichzeitig kann trotz der im Vergleich zur hochelastischen Elastomerbeschichtung dünnen Metallbeschichtung ein geringer Materialabtrag bei ei- ner Tropfenschlagerosionsbeanspruchung an der Turbinenschaufel gewährleistet werden. Eine derartig ausgebildete Turbi¬ nenschaufel ermöglicht eine hohe Energieaufnahme, ein hohes elastisches Relaxationsvermögen sowie einen hohen Weiterreiß- widerstand . Particularly preferred is such a turbine blade, in which the thin, energy-absorbing metal coating, in particular particular the metal foil, at least five times, preferably at least ten times, is thinner than the highly elastic elastomer coating ¬ the turbine blade is formed. Such a ratio of the thickness of the thin, energy-absorbing metal coating to the thickness of the highly elastic elastomer coating allows the weight and cost of the turbine blade to be minimized. At the same time, despite the thin metal coating, which is thin compared to the highly elastic elastomer coating, it is possible to ensure a low removal of material in the event of drop impact erosion stress on the turbine blade. Such a formed turbine blade allows a high energy absorption, a high elastic relaxivity as well as a high resistance Tear.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbeson¬ dere die Metallfolie, auf die Schaufeloberfläche, insbesonde¬ re die hochelastische Elastomerbeschichtung, der Turbinen- schaufei aufgeklebt ist. Dabei kann die dünne, energieabsor¬ bierende Metallbeschichtung mittels eines Klebstoffes oder einer Kombination aus einem Haftvermittler und einem Klebstoff auf die Schaufeloberfläche, insbesondere auf die hoch¬ elastische Elastomerbeschichtung, der Turbinenschaufel aufge- klebt sein. Durch das Aufkleben der Metallbeschichtung beziehungsweise der Metallfolie auf die Schaufeloberfläche, insbe¬ sondere auf die hochelastische Elastomerbeschichtung, kann eine sichere und feste Verbindung zwischen der Metallbe¬ schichtung beziehungsweise der Metallfolie und der Schaufel- Oberfläche der Turbinenschaufel, insbesondere der hochelasti¬ schen Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel, geschaffen werden. Der Haftvermittler, auch als Primer bezeichnet, verbessert die Verklebungsfestigkeit insbesondere bei schlecht zu verklebenden Werkstoffen oder bei besonderen Beanspruchun- gen. So schafft der Haftvermittler bei schlecht verklebbaren Werkstoffen oder Oberflächen eine Haftbrücke zwischen dem Werkstoff, hier der Schaufeloberfläche oder der Oberfläche der hochelastischen Elastomerbeschichtung und dem Klebstoff. Der Haftvermittler ist insbesondere beim Ankleben der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung auf die hochelastische Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel vorteilhaft. Die Kombination aus Haftvermittler und Klebstoff verbessert die Haftung der Metallfolie an der hochelastischen Elastomerbeschichtung, insbesondere wenn diese einer Feuchtigkeits¬ und Temperaturbelastung ausgesetzt wird. Vorteilhafterweise ist der Haftvermittler in sehr dünnen Schichten auf die An advantageous embodiment of the invention provides that the thin, energy absorbing metal coating insbeson ¬ particular, the metal foil, on the blade surface, insbesonde ¬ re the highly elastic elastomer coating, the turbine blade or vane is adhesively bonded. In this case, the thin, energy-absorbing ¬ bierende metal coating by means of an adhesive or a combination of a bonding agent and an adhesive to the blade surface, in particular the high ¬ elastic elastomer coating, the turbine blade be glued. By sticking the metal coating or the metal foil to the blade surface, in particular ¬ sondere on the highly flexible elastomer coating, a secure and stable connection between the Metal working ¬ coating or the metal foil and the shovel surface of the turbine blade, in particular the hochelasti ¬ rule elastomer coating of the turbine blade , be created. The adhesion promoter, also referred to as a primer, improves the bonding strength, in particular in the case of materials or surfaces that are difficult to adhere. For example, the adhesion promoter creates a bonding layer between the material, here the blade surface or the surface of the highly elastic elastomer coating, in poorly bondable materials or surfaces the glue. The adhesion promoter is particularly advantageous when adhering the thin, energy-absorbing metal coating to the highly elastic elastomer coating of the turbine blade. The combination of coupling agent and adhesive improves the adhesion of the metal film on the highly elastic elastomer coating, in particular when exposed to a moisture ¬ and temperature stress. Advantageously, the adhesion promoter is in very thin layers on the
Schaufeloberfläche, insbesondere die Oberfläche der hochelas- tischen Elastomerbeschichtung, aufgetragen, da er dann am wirksamsten ist. Blade surface, in particular the surface of the highly elastomeric elastomer coating, applied, since it is then most effective.
Bevorzugt ist der Klebstoff ein Epoxidharz-Klebstoff oder ein Polyurethan-Klebstoff. So weisen Epoxidharz-Klebstoffe oder Polyurethan-Klebstoffe extrem hohe Klebfestigkeiten auf. Fer¬ ner sind derartige Klebstoffe elastisch und spannungsausglei- chend. Ebenso sind derartige Klebstoffe extrem beständig ge¬ genüber Schlag- oder Stoßbelastungen, so dass sie der Trop- fenschlagerosionsbeanspruchung standhalten können. Epoxid- harz-Klebstoffe sind in der Regel zweikomponentig, nämlich aus einem Epoxidharz und einem Härter aufgebaut. Ausgehärtete Klebstoffe auf Polyurethan- und Epoxidbasis weisen eine sehr hohe Festigkeit auf, so dass mit derartigen Klebstoffen hoch¬ elastische Elastomerbeschichtungen und dünne, energieabsor- bierende Metallbeschichtung sehr gut und medienstabil miteinander verbunden werden können. D.h., mit derartigen Klebstoffen können für Kautschuke, insbesondere für Polyurethan- Kautschuke, hohe Abzugskräfte erzielt werden. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten in der Turbine sind Klebkräfte von über 120N/cm2 vorteilhaft. Daher ist es vorteilhaft, wenn ge¬ mäß einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung bei der Turbinenschaufel vorgesehen ist, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung mit einer Klebkraft von mehr als 120N/cm2 an die Turbinenschaufel, insbesondere die hochelastische Elastomerbeschichtung, aufgeklebt bzw. an¬ geklebt ist. Mit Klebstoffen auf Polyurethan- und Epoxidbasis sind Abzugskräfte von 50N -130N und teilweise mehr erzielbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Turbinenschaufel vorgesehen sein, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung flexibel aus¬ gebildet ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Metallbe- Schichtung, insbesondere die Metallfolie, bei einer Beanspru¬ chung, insbesondere bei einer Tropfenschlagerosionsbeanspru- chung, nicht reißt, sondern sich in die hochelastische Elas- tomerbeschichtung hineindrückt. Dadurch, dass die Elastomer- beschichtung hochelastisch ausgebildet ist, vorzugsweise eine hohe Rückprallelastizität aufweist, führt die hochelastische Elastomerbeschichtung die flexibel ausgebildete, dünne, ener¬ gieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Metallfo¬ lie, zurück in den Ausgangszustand beziehungsweise annähernd in den Ausgangszustand, so dass die Turbinenschaufel eine ho- he Lebensdauer aufweist. Flexibel bedeutet hierbei, dass die Metallbeschichtung beziehungsweise Metallfolie nicht starr ausgebildet ist, sondern nachgiebig, insbesondere elastisch, ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Metallbeschichtung beziehungsweise die Me¬ tallfolie der Turbinenschaufel aus Titan oder Stahl ausgebil¬ det. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Turbinenschaufel kann die Metallbeschichtung zusätzlich ein Keramikmaterial umfassen. Eine dünne, energieabsorbierende fle- xible Metallbeschichtung beziehungsweise Metallfolie die aus Metall, insbesondere Hartmetall, oder Titan ausgebildet ist, gewährleistet eine besonders erosionsbeständige Turbinen¬ schaufel. Durch die Verwendung einer dünnen, energieabsorbie¬ renden Metallbeschichtung aus derartigen Materialien kann die Lebensdauer der Turbinenschaufel gegenüber anderen Werkstoffen, wie Kunststoffen, deutlich erhöht werden. Preferably, the adhesive is an epoxy adhesive or a polyurethane adhesive. For example, epoxy adhesives or polyurethane adhesives have extremely high bond strengths. Fer ¬ ner such adhesives are elastic and voltage equalizing. Also, such adhesives extremely resistant ge ¬ genüber shock or impact loads, so that they can withstand the droplet-fenschlagerosionsbeanspruchung. Epoxy resin adhesives are usually two-component, namely composed of an epoxy resin and a hardener. Cured adhesives based on polyurethane and epoxy have a very high strength, so that with such adhesives highly ¬ resilient elastomeric coatings and thin, energy-absorbing metal coating can be very good and stable media connected together. That is, with such adhesives, high withdrawal forces can be achieved for rubbers, especially for polyurethane rubbers. Due to the high speeds in the turbine bond strengths of over 120N / cm 2 are advantageous. Therefore, it is advantageous if ge ¬ Mäss is provided a further advantageous development of the invention in the turbine blade that the thin, energy absorbing metal coating has a bond strength of more than 120N / cm 2 to the turbine blade, in particular the highly elastic elastomer coating, glued or to ¬ is glued. With polyurethane- and epoxy-based adhesives, take-off forces of 50N -130N and sometimes more can be achieved. According to another preferred development of the invention, can be provided in the turbine blade that the thin, flexible energy-absorbing metal coating is formed from ¬. This ensures that the metal coating, in particular the metal foil does not rupture at a DEMANDS ¬ monitoring, in particular at a Tropfenschlagerosionsbeanspru- chung, but is pushes tomerbeschichtung in the highly flexible elas-. Characterized in that the elastomer coating is made highly flexible, preferably having a high rebound resilience, the highly elastic elastomer coating performs the flexible formed thin, ener ¬ gieabsorbierende metal coating, in particular Metallfo ¬ lie back in the initial state or approximately in the initial state, so that the Turbine blade has a long service life. Flexible here means that the metal coating or metal foil is not rigid, but is flexible, in particular elastic, is formed. Preferably, the metal coating or the Me ¬ tallfolie the turbine blade made of titanium or steel is ausgebil ¬ det. In another advantageous embodiment of the turbine blade, the metal coating may additionally comprise a ceramic material. A thin, energy absorbing flex- ible metal coating or metal foil which is formed of metal, particularly hard metal, or titanium, shovel ensures a particularly erosion-resistant turbine ¬. By using a thin metal coating energieabsorbie ¬ leaders from such materials, the life of the turbine blade compared to other materials, as plastics, are significantly increased.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Der mehrschichtigeA further preferred embodiment of the invention provides that the thin, energy-absorbing metal coating has a multilayer structure. The multilayered
Aufbau kann aus verschiedenen Metallschichten bestehen. Durch die gezielte Auswahl von Material für die einzelnen Schichten der Metallbeschichtung können unterschiedliche Eigenschaften der Schichten vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Die äußerste Schicht sollte dabei relativ reißfest sein und die darunter liegenden Schichten sollten möglichst die Aufprallenergie der Wassertropfen gut absorbieren können, insbesonde- re die Körperschallwellen, die durch das Auftreffen der Tropfen erzeugt werden, gut absorbieren können, so dass sie nicht in das Grundmaterial der Turbinenschaufel einwirken können. Construction can consist of different metal layers. The targeted selection of material for the individual layers of the metal coating can have different properties the layers are advantageously combined with each other. The outermost layer should be relatively tear-resistant and the underlying layers should be able to absorb the impact energy of the water droplets as well as possible, in particular the structure-borne sound waves generated by the impact of the droplets can absorb well so that they do not penetrate into the base material of the droplets Turbine blade can act.
Bevorzugt ist ferner eine Turbinenschaufel, bei der die Me- tallbeschichtung zusätzlich Anteile von Stickstoff und/oderIn addition, a turbine blade is preferred in which the metal coating additionally contains portions of nitrogen and / or
Silicium aufweist. Durch die chemische Verbindung der Elemente Titan und Stickstoff wird Titannitrit gebildet, das sich durch eine große Härte und eine hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Durch die Zugabe von wenigen Atomprozent Silici- um zu Titannitrit können extreme Veränderungen der mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine Steigerung der Härte und der Bruchzähigkeit, erzielt werden. Ferner zeichnet sich Titannitrit durch eine hohe Sprödigkeit aus, weshalb es vor Allem in Form dünner Beschichtungen eingesetzt werden kann. Durch die Ausbildung als Folie bleibt trotzdem eine erforderliche Flexibilität der Metallbeschichtung übrig. Has silicon. Titanium nitrite is formed by the chemical combination of the elements titanium and nitrogen, which is characterized by high hardness and high corrosion resistance. By adding a few atomic percent of silicon to titanium nitride, extreme changes in mechanical properties, in particular an increase in hardness and fracture toughness, can be achieved. Furthermore, titanium nitride is characterized by a high brittleness, which is why it can be used in particular in the form of thin coatings. Due to the formation as a film, a required flexibility of the metal coating remains nonetheless.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Turbinenschaufel vorgesehen sein, dass die Metallbeschichtung eine Dicke von 100 ym bis 700 ym, vorzugsweise von 300 ym bis 500 ym, aufweist. Trotz eines ge¬ waltigen Bombardement von Wassertropfen der Größe von circa 100 ym bei einer Geschwindigkeit bis 490 m/sec kann durch die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, sichergestellt werden, dass trotz der hohen dy¬ namischen Belastungen keine Mikrorisse in der Metallbeschichtung beziehungsweise der Metallfolie hervorgerufen werden. Besonders bevorzugt sind Titanbeschichtungen oder Metallbe- schichtungen, insbesondere Stahlfolien, deren Dicke über 300 ym liegen. Diese gewährleisten eine hohe Reißfestigkeit und können gleichzeitig flexibel und energieabsorbierend ausge¬ bildet sein. Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoff sind vorzugsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundwerkstoff ausgebildet. According to a further particularly preferred further development of the invention, it can be provided in the turbine blade that the metal coating has a thickness of 100 .mu.m to 700 .mu.m, preferably of 300 .mu.m to 500 .mu.m. Despite a ge ¬ waltigen bombardment of water droplets the size of about 100 ym at a speed up to 490 m / sec, by the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, to ensure that, despite the high dy ¬ namic loads no microcracks in the metal coating or caused the metal foil. Particular preference is given to titanium coatings or metal coatings, in particular steel foils whose thickness is more than 300 μm. These provide a high tensile strength and can be flexible and energy-absorbing out forms ¬ simultaneously. Fiber composite turbine blades are preferably formed of carbon fiber reinforced composite material.
Bevorzugt ist ferner eine Turbinenschaufel, bei der das Furthermore, a turbine blade is preferred in which the
Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung aus vulkanisiertem Kautschuk ausgebildet ist oder vulkanisierten Kautschuk umfasst. Dabei kann sowohl Naturkautschuk, als auch synthetischer Kautschuk vorgesehen sein. Eine aus Kautschuk ausgebildete bzw. eine Kautschuk umfassende hochelastische Elastomerbeschichtung ermöglicht eine hohe Energieaufnahme.Elastomer of the highly elastic elastomer coating is formed of vulcanized rubber or comprises vulcanized rubber. In this case, both natural rubber, and synthetic rubber may be provided. A highly elastic elastomer coating formed of rubber or comprising a rubber enables a high energy absorption.
Insbesondere ist eine Turbinenschaufel, die eine Kautschukbe- schichtung aufweist, besonders zugfest und hoch elastisch. Der Kautschuk der Elastomerbeschichtung ist vorzugseise ein Polyurethan, ein Ethylen-Propylen-Kautschuk, ein Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk, ein Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Butyl-Kautschuk, ein Chloropren-Kautschuk, ein Epich- lorhydrin-Kautschuk, ein Nitril-Kautschuk, ein hydrierter Nitril-Kautschuk, ein Polyacrylat-Kautschuk, ein Ethylen- Acrylat-Kautschuk, ein Fluor-Kautschuk, ein Silikon-Kautschuk und/oder ein Fluorsilikon. Polyurethan-Kautschuk zeichnet sich durch eine hervorragende Zugfestigkeit, Reiß- und Ver¬ schleißfestigkeit aus. Ethylen-Propylen-Kautschuke und Ethy- len-Propylen-Dien-Kautschuke weisen unter anderem eine gute Wärme- und Oxidationsbeständigkeit , eine gute Ozon- und Wit- terungsbeständigkeit sowie eine gute Chemikalienbeständigkeit auf. Insbesondere zeichnen sich derartige Kautschuke, insbe¬ sondere Nitril-Kautschuk (NBR) und hydrierter Nitril- Kautschuk (HNBR) , durch eine gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine hohe Elastizität aus. Hydrierter Nitril-Kautschuk ist dabei bis zu einer Temperatur von 140-150°C temperaturbe¬ ständig, Nitrilkautschuk bis zu einer Temperatur von 110- 120°C. Ferner sind Ethylen-Propylen-Kautschuke und Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuke hochflexibel und langlebig. Gemäß einer weiteren besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann bei der Turbinenschaufel vorgesehen sein, dass das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung eine Rückprallelastizität von mindestens 35%, vorzugsweise mindes- tens 50%, aufweist und/oder eine Shore-Härte von wenigstens 60, vorzugsweise von wenigstens 70, aufweist und/oder eine Reißdehnung von 300% bis 1000%, insbesondere eine Reißdehnung von 800% bis 1000%, aufweist und/oder eine Reißfestigkeit von wenigstens 25 N/mm2, vorzugsweise von 40-50 N/mm2, aufweist und/oder einen Weiterreißwiderstand von 10-50N/mm, vorzugs¬ weise von 20-50 N/mm, aufweist. In particular, a turbine blade, which has a rubber coating, is particularly tensile and highly elastic. The rubber of the elastomeric coating is preferably a polyurethane, an ethylene-propylene rubber, an ethylene-propylene-diene rubber, a styrene-butadiene rubber, a butyl rubber, a chloroprene rubber, an epichlorohydrin rubber Nitrile rubber, a hydrogenated nitrile rubber, a polyacrylate rubber, an ethylene acrylate rubber, a fluororubber, a silicone rubber and / or a fluorosilicone. Polyurethane rubber is characterized by excellent tensile strength, tear and Ver ¬ less wear. Ethylene-propylene rubbers and ethylene-propylene-diene rubbers have, inter alia, good resistance to heat and oxidation, good resistance to ozone and weathering, and good resistance to chemicals. In particular, such rubbers, in particular ¬ nitrile rubber (NBR) and hydrogenated nitrile rubber (HNBR), characterized by a good moisture resistance and high elasticity. Hydrogenated nitrile rubber is temperaturbe ¬ constantly up to a temperature of 140-150 ° C, nitrile rubber up to a temperature of 110-120 ° C. Further, ethylene-propylene rubbers and ethylene-propylene-diene rubbers are highly flexible and durable. According to a further particularly expedient development of the invention, it may be provided in the case of the turbine blade that the elastomer of the highly elastic elastomer coating has a rebound resilience of at least 35%, preferably at least 35%. at least 50%, and / or has a Shore hardness of at least 60, preferably of at least 70, and / or an elongation at break of 300% to 1000%, in particular an elongation at break of 800% to 1000%, and / or a tensile strength of at least 25 N / mm 2, preferably 40-50 N / mm 2, having and / or a tear propagation resistance of 10-50N / mm, preferably ¬ example of 20-50 N / mm.
Durch die Auswahl eines Elastomers bzw. einer Elastomerbe- Schichtung mit derartigen Eigenschaften ist in Kombination mit der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, sichergestellt, dass die Elastizi¬ tät der Turbinenschaufel über die gesamte Einsatzdauer erhal¬ ten bleibt. Nach dem Aufprall eines Wassertropfens kehren die gedehnten Molekülketten des Elastomers weitgehend in ihre Ausgangslage zurück. Insbesondere kommt es im Zusammenhang mit der Tropfenerosion daher auf eine hohe Rückprall- Elastizität an, durch die die Dämpfung gering und die innere Erwärmung bei dynamischen Belastungen entsprechend niedrig ist. Die Rückprall-Elastizität ist das Verhältnis der wieder¬ gewonnenen Energie zur aufgewendeten Energie in % . Je größer die Elastizität, desto weniger Verformungsenergie wird in Wärme umgewandelt. Die Wärme, die nicht an die Umgebung abge¬ geben werden kann, würde das Gummimaterial während der dyna- mischen Belastung aufheizen. Daher ist eine Turbinenschaufel bevorzugt, dessen hochelastische Elastomerbeschichtung eine Rückprall-Elastizität von mehr als 35%, vorzugsweise von mehr als 50%, aufweist. Polyurethan-Kautschuke oder Ethylen- Propylen-Kautschuke bzw. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke verfügen über Rückprall-Elastizitäten im Bereich zwischen 35 bis 60 % bzw. 40 bis 75 %. Daher eignen sich derartige Kau¬ tschuke besonders als hochelastische Elastomerbeschichtung. Through the selection of an elastomer or a Elastomerbe- layering with such properties of the turbine blade over the entire period of use in combination with the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal sheet, ensures that the Elastizi ¬ ty preserver ¬ th remains. After the impact of a water droplet, the stretched molecular chains of the elastomer largely return to their original position. In particular, it comes in connection with the drop erosion therefore on a high rebound elasticity, through which the attenuation is low and the internal heating at dynamic loads is correspondingly low. The rebound resilience is the ratio of the back ¬ recovered energy to the energy expended in%. The greater the elasticity, the less deformation energy is converted into heat. The heat that can not be abge ¬ enter the environment, would heat the rubber material during dynamic loading. Therefore, a turbine blade is preferred, the highly elastic elastomeric coating having a rebound resilience of more than 35%, preferably more than 50%. Polyurethane rubbers or ethylene-propylene rubbers or ethylene-propylene-diene rubbers have rebound elasticities in the range between 35 to 60% and 40 to 75%. Therefore, such Kau ¬ tschuke are particularly suitable as highly resilient elastomeric coating.
Um den Widerstand gegen das Eindringen von Partikeln bzw. Wassertropfen zu erhöhen, ist es vorteilhaft, dass die an der Oberfläche der Turbinenschaufel angeordnete, insbesondere aufgeklebte, hochelastische Elastomerbeschichtung eine Shore- Härte von größer 60, vorzugsweise von mehr als 70, aufweist. Je höher die Shore-Härte, desto größer ist die Härte des Elastomers bzw. des Kautschuks und umso geringer ist die Ein¬ dringtiefe der aufprallenden Wassertropfen. Bevorzugt sind insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke mit einer Sho- re-Härte von bis zu 90. In order to increase the resistance to the penetration of particles or water droplets, it is advantageous that the, arranged on the surface of the turbine blade, in particular glued, highly elastic elastomer coating has a Shore hardness of greater than 60, preferably more than 70. The higher the Shore hardness, the greater the hardness of the elastomer or the rubber, and the smaller the impinging water droplets ¬ A penetration depth. Particular preference is given to ethylene-propylene-diene rubbers having a Shore hardness of up to 90.
Ferner ist bevorzugt, dass das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung eine Reißdehnung von 300% bis 1000%, insbesondere eine Reißdehnung von 800% bis 1000%, aufweist. Polyurethan-Kautschuke oder Ethylen-Propylen-Kautschuke bzw. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke weisen eine Reißdehnung von 300 -800 % und mehr auf, wodurch diese besonders geeignet sind als Bestandteil der Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel. Derartige Elastomere zeichnen sich neben ihrer ho- hen Reißdehnung durch eine gute Reißfestigkeit aus. Die Rei߬ festigkeit der genannten Elastomere liegt bei wenigstens 25 N/mm2. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die eingesetzten Elastomere bzw. Kautschuke Reißfestigkeiten im Bereich von 40 bis 50 N/mm2 aufweisen. Furthermore, it is preferred that the elastomer of the highly elastic elastomer coating has an elongation at break of 300% to 1000%, in particular an elongation at break of 800% to 1000%. Polyurethane rubbers or ethylene-propylene rubbers or ethylene-propylene-diene rubbers have an elongation at break of 300-800% or more, which makes them particularly suitable as part of the elastomer coating of the turbine blade. Such elastomers are notable for their high elongation at break and good tear resistance. The tensile strength of said elastomers is at least 25 N / mm 2 . In particular, it is advantageous if the elastomers or rubbers used have tear strengths in the range from 40 to 50 N / mm 2 .
Bei einem Bombardement von Wassertropfen der Größe von ca. 100 ym auf die Turbinenschaufel bzw. auf die an der Oberflä¬ che der Turbinenschaufel angeordnete Kombination aus dünner, energieabsorbierender Metallbeschichtung, insbesondere Me- tallfolie, und hochelastischer Elastomerbeschichtung, insbesondere bei einer Aufprallgeschwindigkeit der Wassertropfen von bis zu 490 m/s oder mehr, ist durch bei einer derartig ausgebildeten Turbinenschaufel sichergestellt, dass trotz der hohen dynamischen Belastungen keine Mikrorisse in der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, und der Elastomerbeschichtung und damit der Schau¬ feloberfläche hervorgerufen werden und sich diese möglicherweise durch die Schallwellen beim Aufprall weiterer Wassertropfen weiter ausbreiten. Daher ist eine Turbinenschaufel bevorzugt, bei dem das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung einen Weiterreißwiderstand von 10-50 N/mm, vorzugsweise von 20-50 N/mm, aufweist. Hochelastische Elastomerbeschichtungen mit derartigen Materialeigenschaften schützen im Zusammenspiels mit der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, die Turbinenschaufel und verhindern die Erosion der Turbinenschaufel bzw. den Abtrag von Teilen der Turbinenschaufel bei einer Tropfenschlagerosionsbeanspruchung . Turbinenschaufeln, insbesondere Turbinenschaufeln aus einem Faserverbundwerkstoff, bei denen eine derartig ausgebildete, hoch¬ elastische Elastomerbeschichtung in Kombination mit einer zu- sätzlichen dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung vorgesehen sind, sind besonders erosionsbeständig und langle¬ big . At a bombardment of water droplets the size of about 100 ym to the turbine blade or on the disposed on the Oberflä ¬ surface of the turbine blade combination of thin, energy absorbing metal coating, in particular tallfolie metal, and highly elastic elastomer coating, particularly at an impact velocity of the water droplets by up to 490 m / s or more is ensured by such a trained turbine blade that despite the high dynamic loads no microcracks in the thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, and the elastomer coating and thus the Schau ¬ feloberfläche are caused and this possibly further propagated by the sound waves upon impact of further drops of water. Therefore, a turbine blade is preferred in which the elastomer of the highly elastic elastomer coating has a tear resistance of 10-50 N / mm, preferably 20-50 N / mm. Highly elastic elastomeric coatings with such material properties in interaction with the thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, protect the turbine blade and prevent the erosion of the turbine blade or the removal of parts of the turbine blade in a drop impact erosion stress. Turbine blades, in particular turbine blades made of a fiber composite material in which a formed in this manner, highly elastic elastomer coating ¬ are provided in combination with an additional thin, energy absorbing metal coating are particularly resistant to erosion and langle ¬ big.
Besonderes bevorzugt ist daher eine Turbinenschaufel, bei der das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung eine Rückprallelastizität von mindestens 35%, vorzugsweise mindes¬ tens 50%, und eine Shore-Härte von wenigstens 60, vorzugswei¬ se von wenigstens 70, und eine Reißdehnung von 300% bis Therefore special is preferably a turbine blade in which the elastomer of the highly elastic elastomer coating a rebound resilience of at least 35%, preferably Minim ¬ least 50%, and a Shore hardness of at least 60, vorzugswei ¬ se of at least 70, and an elongation at break of 300% to
1000%, insbesondere eine Reißdehnung von 800% bis 1000%, und eine Reißfestigkeit von wenigstens 25 N/mm2, vorzugsweise von 40-50 N/mm2, und einen Weiterreißwiderstand von 10-50N/mm, vorzugsweise von 20-50 N/mm, aufweist. 1000%, in particular an elongation at break of 800% to 1000%, and a tensile strength of at least 25 N / mm 2 , preferably 40-50 N / mm 2 , and a tear resistance of 10-50 N / mm, preferably 20-50 N. / mm.
Die hochelastische Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel ist vorzugsweise als Folie ausgebildet. D.h., besonders be¬ vorzugt ist daher eine Turbinenschaufel, bei der die wenigs¬ tens eine hochelastische Elastomerbeschichtung in Form einer hochelastischen Elastomerfolie an der Schaufeloberfläche an¬ geordnet bzw. aufgeklebt ist. Die Folie kann überall gleich dick sein, um gleiche Materialeigenschaften über den gesamten Bereich der Turbinenschaufel zu realisieren. Die Elastomerfo¬ lie kann aber auch an bestimmten Stellen, insbesondere der Vorderkante der Turbinenschaufel, dicker sein, als an anderen Stellen. So kann die Elastomerfolie bei besonders tropfenero- sionsbeanspruchten Bereichen der Turbinenschaufel eine etwas andere Materialeigenschaft oder eine größere Dicke aufweisen, als weniger stark tropfenerosionsbeanspruchte Bereiche der Turbinenschaufel . Die Lebensdauer von derartig ausgebildeten Turbinenschaufeln, insbesondere von Endstufenlaufschaufeln einer Kondensationsdampfturbine, kann trotz Tropfenschlagserosionsbeanspruchung deutlich verlängert werden. Die Endstufenlaufschaufeln einer Dampfturbine können ganz oder teilweise mit einer Kombination aus einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, und einer hochelastischen Elasto- merbeschichtung versehen werden. Derartige Turbinenschaufeln, insbesondere Endstufenlauf- oder -leitsschaufein weisen eine hohe Energieaufnahme und eine hohe Zugfestigkeit auf. Ferner weisen derartige Turbinenschaufeln einen geringen Materialabtrag bei einer Tropfenschlagserosionsbeanspruchung auf. Dies ist unter anderem durch das hohe elastische Relaxationsvermö- gen und die geringe Dämpfung der hochelastischen Elastomerbe- schichtung der Turbinenschaufeln bedingt. The highly elastic elastomer coating of the turbine blade is preferably formed as a film. Therefore, ie particularly be ¬ vorzugt a turbine blade, wherein the at least Wenig ¬ a highly elastic elastomer coating in the form of a highly elastic elastomer film on the blade surface at ¬ ordered or glued on. The film can be the same thickness everywhere in order to realize the same material properties over the entire area of the turbine blade. The Elastomerfo ¬ lie may also be thicker at certain points, in particular the leading edge of the turbine blade, as in other places. For example, in the case of regions of the turbine blade that are particularly susceptible to drip erosion, the elastomeric film may have a slightly different material property or a greater thickness than regions of the turbine blade that are less susceptible to drop erosion. The service life of such turbine blades, in particular end-stage blades of a steam turbine condensation, can be significantly extended despite the droplet impact erosion stress. The output stage blades of a steam turbine can be wholly or partially provided with a combination of a thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, and a highly elastic elastomer coating. Such turbine blades, in particular Endstufenlauf- or -Seitsschaufein have a high energy consumption and high tensile strength. Furthermore, such turbine blades have a low material removal in the event of a drop impact erosion stress. Among other things, this is due to the high elastic relaxation capacity and the low damping of the highly elastic elastomer coating of the turbine blades.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine dünne, energieabsorbierende Metallbeschich- tung, insbesondere Metallfolie, zumindest an der Eintritts¬ kante und/oder der Austrittskante der Turbinenschaufel ange¬ ordnet ist. Im normalen Betrieb der Turbine treffen die mit der DampfStrömung strömenden Flüssigkeitstropfen auf die Eintrittskante der Turbinenschaufel auf und sorgen dort für er- hebliche Schäden durch Tropfenerosion. Die übrigen Bereiche der Turbinenschaufel sind nicht so stark durch Erosion be¬ lastet. Aus diesem Grund sollte zumindest die stark erosions- gefährdete Eintrittskante zusätzlich zu der hochelastischen Elastomerbeschichtung mit einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, überzogen sein. Hierdurch wird das Gewicht der Turbinenschaufel so gering wie möglich gehalten, wodurch die Fliehkraftbeanspruchung der Turbinenschaufel minimiert wird. Das Anbringen einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Me- tallfolie, an der Austrittskante kann unter Umständen ebenfalls sinnvoll sein. Die Austrittskante der Turbinenschaufel ist im normalen Betrieb der Dampfturbine nicht durch Erosion gefährdet. Im Ventilationsbetrieb der Dampfturbine wird je- doch häufig Wasser in die Dampfturbine eingespritzt, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die Wassereinspritzung erfolgt üblicherweise an der Austrittskante der Turbinenschaufel. Hier¬ durch kann es unter Umständen zu einer Erosionsbelastung auch an der Austrittskante der Turbinenschaufel kommen. Eine dün¬ ne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Me¬ tallfolie, an der Austrittskante kann hier die Erosionsbean¬ spruchung beziehungsweise den Erosionsabtrag ebenfalls redu¬ zieren . A particularly advantageous embodiment of the invention provides that a thin, energy absorbing metal coatings tung, particularly metal sheet, is at least at the entry ¬ edge and / or the trailing edge of the turbine blade is arranged ¬. During normal operation of the turbine, the liquid droplets flowing with the steam flow impinge on the leading edge of the turbine blade and there cause considerable damage by drop erosion. The remaining areas of the turbine blade are not as strong be overloaded ¬ by erosion. For this reason, at least the highly erosion-endangered leading edge should be coated with a thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, in addition to the highly elastic elastomer coating. As a result, the weight of the turbine blade is kept as low as possible, whereby the centrifugal force of the turbine blade is minimized. The application of a thin, energy-absorbing metal coating, in particular metal foil, at the trailing edge may under certain circumstances also be expedient. The outlet edge of the turbine blade is not endangered by erosion during normal operation of the steam turbine. In the ventilation mode of the steam turbine, However, water is often injected into the steam turbine to prevent overheating. The water injection usually takes place at the outlet edge of the turbine blade. Here ¬ through there can be an erosion load also at the trailing edge of the turbine blade may. A dün ¬ ne, energy-absorbing metal coating, in particular Me ¬ tallfolie, at the trailing edge may also adorn the Erosionsbean ¬ spruchung or the Erosionsabtrag redu ¬ here.
Gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere einer Endstufenbeschaufelung, ei¬ ner Dampfturbine, gelöst, die dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbeschaufelung oder die Leitbeschaufelung eine Vielzahl von Turbinenschaufeln umfasst, die nach zumindest einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet sind. Eine Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe einer Dampfturbine, bei der die Turbinen- schaufeln der Laufbeschaufelung oder der Leitbeschaufelung als Werkstoff Metall oder einen Faserverbundwerkstoff umfas¬ sen und bei denen zumindest bereichsweise an der Schaufel¬ oberfläche der Turbinenschaufel wenigstens eine hochelasti¬ sche Elastomerbeschichtung angeordnet, insbesondere ange- klebt, ist, und bei denen zusätzlich auf der hochelastischen Elastomerbeschichtung der Turbinenschaufel eine dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung, insbesondere Metallfo¬ lie, angeordnet, insbesondere angeklebt, ist, sind besonders langlebig. Derartige Laufbeschaufelungen oder Leitbeschaufe- lungen weisen aufgrund der hochelastischen Elastomerbeschichtung und der zusätzlichen dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, eine hohe Trop- fenschlagerosionsbeständigkeit auf und sind besonders zug¬ fest. Die Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung weist fer- ner ein hohes elastisches Relaxationsvermögen auf. Gleichzei¬ tig können die Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung aufgrund der geringen Dicke der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung, insbesondere Metallfolie, relativ leicht und kostengünstig hergestellt werden. According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a blading or Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular a final stage blading egg ¬ ner steam turbine, characterized in that the blading or the Leitbeschaufelung comprises a plurality of turbine blades, according to at least one embodiment according to formed in the first aspect of the invention. A moving blading or guide vanes of a turbine stage of a steam turbine in which the turbine blades of the rotor blading or the guide vanes as a material of metal or a fiber composite material umfas ¬ sen and in which is arranged at least region-wise at the blade ¬ surface of the turbine blade at least one hochelasti ¬ specific elastomer coating, in particular is glued, and in which in addition to the highly elastic elastomer coating of the turbine blade a thin, energy-absorbing metal coating, in particular Metallfo ¬ lie, arranged, in particular glued, is, are particularly durable. Such Laufbeschaufelungen or Leitbeschaufe- lungs have, due to the highly elastic elastomer coating and additional thin, energy absorbing metal coating, in particular metal foil, a high droplet-fenschlagerosionsbeständigkeit and are particularly train ¬ fixed. The run blading or guide blading also has a high elastic relaxation capacity. Gleichzei ¬ tig, the rotor blading or guide vanes due to the small thickness of the thin, energy absorbing Metal coating, in particular metal foil, are relatively easy and inexpensive to manufacture.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: The invention and its developments and advantages thereof are explained in more detail with reference to drawings. Each show schematically:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschau¬ fel, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktions- prinzip ausgebildet ist; Figure 1 is a perspective view of a turbine show ¬ fel, which is designed according to the construction principle of the invention;
Figur 2 eine Querschnittansicht einer Turbinenschaufel, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist; Figure 2 is a cross-sectional view of a turbine blade formed according to the inventive design principle;
Figur 3 eine andere Turbinenschaufel, die nach dem erfin¬ dungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, die insbesondere als Endstufenlaufschaufei für eine Dampfturbine verwendet werden kann. Figure 3 shows another turbine blade, which is designed according to the inventions ¬ inventive design principle that can be used in particular as Endstufenlaufschaufei for a steam turbine.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided in FIGS. 1 and 3 with the same reference numerals.
In der Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht auf eine sche- matische Darstellung einer Turbinenschaufel 1, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, gezeigt. Die Turbinenschaufel 1 kann beispielsweise eine Turbi¬ nenschaufel einer Laufbeschaufelung oder einer Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der Endstufe, einer Turbine, insbesondere einer Dampfturbine, sein. In der Fig. 2 ist eine Querschnittansicht durch die in Fig. 1 dargestellte Turbinenschaufel 1 gezeigt. Der Grundkörper bzw. der Kern 2 der Turbinenschaufel 1 umfasst als Werkstoff einen Faserver¬ bundwerkstoff. Dieser Faserverbundwerkstoff ist aus einem oder mehreren Prepregs ausgebildet. Das zumindest eine 1 shows a perspective view of a schematic representation of a turbine blade 1, which is designed according to the construction principle according to the invention. The turbine blade 1 can be for example a turbine blade of a rotor blading or guide vanes of a turbine stage, in particular the final stage of a turbine, in particular a steam turbine. FIG. 2 shows a cross-sectional view through the turbine blade 1 shown in FIG. The main body or the core 2 of the turbine blade 1 comprises as material a Faserver ¬ composite material. This fiber composite material is formed from one or more prepregs. That at least one
Prepreg weist vorzugsweise eine Vielzahl an Fasermatten, ins¬ besondere Kohlenstofffasermatten, auf. Auf den Grundkörper bzw. den Kern 2 der Turbinenschaufel 1 ist eine hochelasti- sehe Elastomerschicht 3 aufgebracht. Die hochelastische Elas¬ tomerschicht 3 und der aus zumindest einem Prepreg ausgebil¬ dete Grundkörper bzw. Kern 2 der Turbinenschaufel 1 sind vorzugsweise in einem Herstellungsprozess monolithisch herge- stellt. Hierdurch entsteht eine sehr feste und sichere Ver¬ bindung zwischen der zumindest einen hochelastischen Elastomerschicht 3 und des zumindest einen Prepregs . In Fig. 2 ist gezeigt, dass die hochelastische Elastomerschicht 3 den Prepreg preferably has a plurality of fiber mats, special to ¬ carbon fiber mats on. On the main body or the core 2 of the turbine blade 1 is a highly elastic see elastomer layer 3 applied. The highly elastic Elas ¬ tomerschicht 3 and of at least one prepreg ausgebil ¬ finished base body or core 2 of the turbine blade 1 are preferably provides monolithically manufactured in a manufacturing process. This results in a very strong and secure Ver ¬ connection between the at least one highly elastic elastomer layer 3 and the at least one prepreg. In Fig. 2 it is shown that the highly elastic elastomer layer 3 the
Grundkörper bzw. den Kern 2 der Turbinenschaufel 1 vollstän- dig umgibt. An der Vorderkante der Turbinenschaufel 1 ist auf der hochelastischen Elastomerschicht 3 zusätzlich eine dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 angeordnet. Entire body or the core 2 of the turbine blade 1 completely surrounds. At the front edge of the turbine blade 1, a thin, energy-absorbing metal coating 4 is additionally arranged on the highly elastic elastomer layer 3.
Dadurch, dass zusätzlich eine dünne, energieabsorbierende Me- tallbeschichtung, die insbesondere als Metallfolie 4 ausge¬ bildet ist, bietet die Turbinenschaufel 1 einen besonders ho¬ hen Schutz gegen Erosion, ist gleichzeitig aufgrund der ge¬ ringen Dicke der Metallfolie 4 leicht ausgebildet und kann trotz der Verwendung der zusätzlichen Metallfolie 4 kosten- günstig gefertigt werden. Characterized in that in addition a thin, energy absorbing metal metal coating that which is formed in particular as a metal foil 4 ¬, 1 offers the turbine blade particularly ho ¬ hen protection against erosion, is easily formed at the same time due to the ge ¬ rings thickness of the metal foil 4 and can despite the use of the additional metal foil 4 are manufactured inexpensively.
Ein besonderer Vorteil der dünnen, energieabsorbierenden Metallfolie 4 liegt darin, dass hierdurch die Funktion der hochelastischen Elastomerbeschichtung 3, die unterhalb der dünnen, energieabsorbierenden Metallfolie 4 liegt, voll zu Geltung kommt. Das heißt, durch die Kombination der dünnen, energieabsorbierenden Metallfolie 4 mit der hochelastischen Elastomerbeschichtung 3 kommt die Dämpfungseigenschaft der hochelastischen Elastomerbeschichtung 3 beim Aufprall von Wassertröpfchen voll zu Geltung. Gleichzeitig ist durch die dünne, energieabsorbierende Metallfolie 4 gewährleistet, dass die hochelastische Elastomerbeschichtung 3 nicht durch eine Tropfenschlagserosionsbeanspruchung beschädigt wird. Die dünne, energieabsorbierende Metallfolie 4 dient als Schutz- schicht für die hochelastische Elastomerbeschichtung 3, ohne deren dämpfende Eigenschaft zu schmälern. Die dünne, energie¬ absorbierende Metallfolie 4 kann leicht und kostengünstig er¬ neuert werden, bevor die hochelastische Elastomerbeschichtung 3 der Turbinenschaufel 1 beschädigt wird. Beispielsweise kann einfach eine neue dünne, energieabsorbierende Metallfolie auf die alte dünne, energieabsorbierende Metallfolie 4 aufgeklebt werden. Hierdurch kann der Kern 2 der Turbinenschaufel 1, in- klusive der hochelastischen Elastomerbeschichtung 3, sehr lange verwendet werden. Eine derartige doppelte Beschichtung, das heißt Kombination einer hochelastischen Elastomerbeschichtung 3 mit einer dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung 4, insbesondere Metallfolie, stellt eine sehr erosionsstabile Hybridbeschichtung für die Turbinenschaufel 1 dar. Durch die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4, insbesondere Metallfolie, ist die hybride Beschichtung sehr flexibel ausgebildet. Insbesondere ist aufgrund der dün¬ nen, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 gewährleistet, dass die eigentliche Form der Turbinenschaufel 1 nicht bezie¬ hungsweise nur sehr gering geändert wird. Hierdurch beein- flusst die Metallbeschichtung 4 die Strömungsverhältnisse der Turbinenschaufel 1 nicht negativ. Fig. 3 zeigt eine Turbinenschaufel 1, die insbesondere alsA particular advantage of the thin, energy-absorbing metal foil 4 is that thereby the function of the highly elastic elastomer coating 3, which is below the thin, energy-absorbing metal foil 4, comes to full advantage. That is, by the combination of the thin, energy absorbing metal foil 4 with the highly elastic elastomer coating 3, the cushioning property of the highly elastic elastomer coating 3 comes to full advantage in the impact of water droplets. At the same time, the thin, energy-absorbing metal foil 4 ensures that the highly elastic elastomer coating 3 is not damaged by a drop impact erosion stress. The thin, energy-absorbing metal foil 4 serves as a protective layer for the highly elastic elastomer coating 3, without diminishing its damping properties. The thin, energy absorbing ¬ metal foil 4 can be easily and inexpensively he ¬ Neuert before the highly elastic elastomer coating 3 of the turbine blade 1 is damaged. For example, simply a new thin, energy absorbing metal foil may be adhered to the old thin energy absorbing metal foil 4. As a result, the core 2 of the turbine blade 1, including the highly elastic elastomer coating 3, can be used for a very long time. Such a double coating, that is to say combination of a highly elastic elastomer coating 3 with a thin, energy-absorbing metal coating 4, in particular metal foil, represents a very erosion-stable hybrid coating for the turbine blade 1. The thin, energy-absorbing metal coating 4, in particular metal foil, makes the hybrid coating very good flexible. In particular that the actual shape of the turbine blade 1 does not rela ¬ hung as is changed only very low is ensured due to the dün ¬ NEN, energy absorbing metal coating 4. As a result, the metal coating 4 does not adversely affect the flow conditions of the turbine blade 1. Fig. 3 shows a turbine blade 1, in particular as
Endstufenlaufschaufei für eine Dampfturbine verwendet werden kann. Die Turbinenschaufel 1 ist aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet. Hierzu sind mehrere Lagen von Fasermatten übereinander angeordnet. Um die Vorteile der Fasern, d.h. die hohe Zugfestigkeit in Faserrichtung ausnutzen zu können, sind die Matten so übereinandergelegt , dass die Hauptfaserrichtung entsprechend der Hauptbeanspruchungsrichtung der Turbinenschaufel 1 ausgerichtet sind. Als Fasermaterial eignet sich insbesondere Glasfaser oder Kohlefaser. Die Fasermatten sind in einer Matrix eingebettet. Die Matrix besteht aus vorzugs¬ weise aus einem Kunstharz und sorgt für eine Verbindung der Fasermatten untereinander. Die Matrix kann jedoch keine hohen Zugkräfte aufnehmen. Da Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoff sehr empfind¬ lich gegenüber Tropfenschlagerosion sind, weist die Turbinenschaufel 1 an bestimmten hochbeanspruchten Bereichen, nämlich an der Eintrittskante 6 und an der Austrittskante 7 der Tur- binenschaufel 1, auf der hochelastischen Elastomerbeschich- tung 3 zusätzlich eine dünne, energieabsorbierende Metallbe- schichtung 4 auf. Die Eintrittskante 6 ist am stärksten von Erosion gefährdet, da die Wassertropfen im Wesentlichen hier auftreffen. Power stage rotor can be used for a steam turbine. The turbine blade 1 is formed from a fiber composite material. For this purpose, several layers of fiber mats are arranged one above the other. In order to be able to exploit the advantages of the fibers, ie the high tensile strength in the fiber direction, the mats are superimposed in such a way that the main fiber direction is aligned in accordance with the main stress direction of the turbine blade 1. Fiber material is in particular glass fiber or carbon fiber. The fiber mats are embedded in a matrix. The matrix consists of preference ¬ example of a synthetic resin and ensures a connection of the fiber mats with each other. However, the matrix can not absorb high tensile forces. Since turbine blades of fiber composite material are very SENS ¬ tive to drop impact erosion, the turbine blade 1 at certain high stress areas, namely at the leading edge 6 and at the trailing edge 7 of the turbo 1, and on the highly elastic elastomer coating 3 additionally a thin, energy-absorbing metal coating 4. The leading edge 6 is most at risk of erosion, since the drops of water essentially strike here.
Die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel nur in der oberen Hälfte der Eintritts¬ kante 6 angebracht. In diesem Bereich der Eintrittskante 6 besteht die größte Erosionsbeanspruchung, da im Betrieb der Dampfturbine hier die größten Umfangsgeschwindigkeiten auftreten. Die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 ist so in die Schaufelkontur der Turbinenschaufel 1 angefügt, dass sich ein fließender Übergang ohne Kanten zwischen der dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 und der Tur¬ binenschaufel 1 ergibt. The thin, energy absorbing metal coating 4 is mounted in the embodiment only in the upper half of the entrance ¬ edge 6. In this region of the leading edge 6, there is the greatest erosion stress, since during operation of the steam turbine, the largest circumferential speeds occur here. The thin, energy absorbing metal coating 4 is attached to the blade contour of the turbine blade 1, that a smooth transition without edges between the thin, energy absorbing metal coating 4 and the door ¬ binenschaufel 1 yields.
Die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 ist vor¬ zugsweise aus Hartmetall, Titan oder Keramik auszubilden. Die große Härte dieser Materialien sorgt für eine hohe Erosions¬ beständigkeit und damit für eine hohe Lebensdauer der dünnen, energieabsorbierenden Metallbeschichtung 4 und damit der Turbinenschaufel 1. Die Turbinenschaufel 1 weist zusätzlich eine zweite dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung 4 an der Austritts¬ kante 7 der Turbinenschaufel 1 auf. Im normalen Betrieb ist die Austrittskante 7 nicht erosionsgefährdet , da hier kein Tropfeneinschlag vorliegt. Das Erosionsschutzbauteil 2 an der Austrittskante 7 der Turbinenschaufel 1 ist für den Ventila¬ tionsbetrieb vorgesehen. Im Ventilationsbetrieb der Dampftur¬ bine wird, um eine Überhitzung zu vermeiden, Wasser von hinten gegen die Turbinenschaufel 1 gesprüht. Hierbei kann es unter ungünstigen Bedingungen vorkommen, dass Wassertropfen auf die Austrittskante 7 der Turbinenschaufel 1 auftreffen. Diese führen dann zu einer erhöhten Erosionsbelastung an der Austrittskante 7. Aus diesem Grund ist auf der hochelasti¬ schen Elastomerbeschichtung 3 der Turbinenschaufel 1 auch an der Austrittskante 7 der Turbinenschaufel 1 eine dünne, ener¬ gieabsorbierende Metallbeschichtung 4 vorgesehen. The thin, energy absorbing metal coating 4 is to be formed of hard metal, titanium or ceramic before ¬ preferably. The high hardness of these materials ensures a high erosion ¬ resistance and thus for a long life of the thin, energy absorbing metal coating 4 and thus the turbine blade 1. The turbine blade 1 additionally has a second thin, energy absorbing metal coating 4 at the exit ¬ edge 7 of the turbine blade 1 on. In normal operation, the trailing edge 7 is not susceptible to erosion, since there is no drop impact here. The erosion protection component 2 at the outlet edge 7 of the turbine blade 1 is provided for the Ventila ¬ tion operation. In the ventilation mode of Dampftur ¬ bine, in order to avoid overheating, water sprayed from behind against the turbine blade. 1 In this case, under unfavorable conditions, water drops may impinge on the outlet edge 7 of the turbine blade 1. This then lead to increased erosion load on the trailing edge 7. For this reason, on the hochelasti ¬ rule elastomer coating 3 of the turbine blade 1 also the discharge edge 7 of the turbine blade 1, a thin, ener ¬ gieabsorbierende metal coating 4 is provided.
Durch das Vorsehen der dünnen, energieabsorbierenden Metall- beschichtungen an den erosionsgefährdeten Bereichen der Turbinenschaufel kann die aus Faserverbundwerkstoff hergestellte Turbinenschaufel auch im Nassdampfbereich einer Dampfturbine eingesetzt werden. Dies ist bislang bei Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoff nicht möglich. Durch den Einsatz von Turbinenschaufeln aus Faserverbundwerkstoff kann das Gewicht der Turbinenschaufel deutlich reduziert werden. Die Reduzie¬ rung des Gewichtes der Turbinenschaufel führt dazu, dass die Fliehkraftbeanspruchung der Turbinenschaufel insbesondere im empfindlichen Bereich des Schaufelfußes reduziert werden kann bzw. dass bei gleicher Zugbeanspruchung die Schaufellänge und damit der Abströmquerschnitt des Abdampfgehäuses vergrößert werden kann. Eine Vergrößerung des Querschnitts des Abdampf- gehäuses und eine Erhöhung der Drehzahl der Turbine führen zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Dampfturbine. By providing the thin, energy-absorbing metal coatings on the erosion-prone areas of the turbine blade, the turbine blade made of fiber composite material can also be used in the wet steam region of a steam turbine. This is so far not possible with turbine blades made of fiber composite material. By using turbine blades made of fiber composite material, the weight of the turbine blade can be significantly reduced. The Reduzie ¬ tion of the weight of the turbine blade causes the centrifugal force of the turbine blade can be reduced especially in the sensitive area of the blade root or that at the same tensile stress, the blade length and thus the outflow of the exhaust steam can be increased. An increase in the cross section of the exhaust steam housing and an increase in the speed of the turbine lead to an increased efficiency of the steam turbine.
Die in den Fig. 1-3 beschriebenen Turbinenschaufeln 1 sind vollständig aus Faserverbundwerkstoff gefertigt. Denkbar ist aber auch eine Konstruktion, bei der nur ein Teilbereich aus Faserverbundwerkstoff gefertigt ist. So könnten beispielswei- se das Schaufelblatt aus Faserverbundwerkstoff und der Schau¬ felfuß aus Stahl oder Titan gefertigt sein. The turbine blades 1 described in FIGS. 1-3 are made entirely of fiber composite material. It is also conceivable, however, a construction in which only a portion of fiber composite material is made. So could beispielswei- se the blade made of fiber composite material and the show ¬ felfuß be made of steel or titanium.

Claims

Patentansprüche claims
Turbinenschaufel (1) einer Laufbeschaufelung oder einer Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der Turbinenendstufe, einer Dampfturbine, wobei die Turbinen¬ schaufel (1) zumindest bereichsweise aus Metall oder Fa¬ serverbundwerkstoff besteht, wobei zumindest bereichsweise an der Schaufeloberfläche und/oder in der Turbinenschaufel (1) eine hochelastische Elastomerbeschichtung (3) angeord¬ net ist und zumindest bereichsweise auf der Schaufelober¬ fläche, insbesondere auf der hochelastischen Elastomerbe¬ schichtung (3) an der Schaufeloberfläche, ein metallischer Überzug (4) vorgesehen ist, Turbine blade (1) of a rotor blading or a Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the turbine output stage, a steam turbine, the turbine blade ¬ (1) at least partially made of metal or Fa ¬ serverbundwerkstoff, wherein at least partially on the blade surface and / or in the turbine blade ( 1) a high elastic elastomer coating (3) is angeord ¬ net and at least partially (on the blade top ¬ surface, particularly on the highly elastic Elastomerbe ¬ coating 3) on the blade surface, a metallic coating (4) is provided,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der metallische Überzug (4) eine dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung ist. the metallic coating (4) is a thin, energieabsorbie ¬ Rende metal coating.
Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, Turbine blade (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung (4) eine Metallfolie ist. characterized in that the thin, energieabsorbie ¬ Rende metal coating (4) is a metal foil.
Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung (4), insbesondere die Metallfo¬ lie, dünner als die hochelastische Elastomerbeschichtung (3) ausgebildet ist. Turbine blade (1) according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the thin, energieabsorbie ¬ Rende metal coating (4), in particular the Metallfo ¬ lie, thinner than the highly elastic elastomer coating (3) is formed.
Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 3, Turbine blade (1) according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung (4), insbesondere die Metallfo¬ lie, mindestens fünffach, vorzugsweise mindestens zehn¬ fach, dünner als die hochelastische Elastomerbeschichtung (3) ausgebildet ist. characterized in that the thin, energieabsorbie ¬ Rende metal coating (4), in particular the Metallfo ¬ lie, at least five times, preferably at least ten ¬ times thinner than the highly elastic elastomer coating (3) is formed.
5. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung (4), insbesondere die Metallfo- lie, auf die Schaufeloberfläche, insbesondere die hoch¬ elastischen Elastomerbeschichtung (3), aufgeklebt ist. 5. Turbine blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the thin, energy-absorbing metal coating ¬ (4), in particular the metal foil lie, is glued to the blade surface, in particular the highly ¬ elastic elastomer coating (3).
6. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne, energieabsorbie¬ rende Metallbeschichtung (4) flexibel ausgebildet ist. 6. turbine blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the thin, energy-absorbing metal-coating ¬ (4) is flexible.
7. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (4) aus Titan oder Stahl ausgebildet ist. 7. turbine blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the metal coating (4) made of titanium or steel is formed.
8. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 7, 8. turbine blade (1) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (4) zusätzlich Anteile von Stickstoff und/oder Silicium auf- weist.  characterized in that the metal coating (4) additionally comprises fractions of nitrogen and / or silicon.
9. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (4) eine Dicke von lOOym bis 700ym, vorzugsweise von 300ym bis 500ym, aufweist. 9. turbine blade (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the metal coating (4) has a thickness of lOOym to 700ym, preferably from 300ym to 500ym.
10. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 10. Turbine blade (1) according to one of the preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff der Turbinenschaufel (1) aus Faserverbundwerkstoff ein kohlen- stofffaserverstärkter Verbundwerkstoff ist.  characterized in that the fiber composite material of the turbine blade (1) made of fiber composite material is a carbon fiber reinforced composite material.
11. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 11. Turbine blade (1) according to any preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer der hochelasti¬ schen Elastomerbeschichtung (3) aus vulkanisiertem Kautschuk ausgebildet ist oder vulkanisierten Kautschuk um- fasst, wobei der Kautschuk ein Polyurethan, ein Ethylen- Propylen-Kautschuk, ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, ein Styrol-Butadien-Kautschuk, ein Butyl-Kautschuk, eincharacterized in that the elastomer of the elastomer coating hochelasti ¬ rule (3) is formed of vulcanized rubber or vice summarizes vulcanized rubber, wherein the rubber is a polyurethane, an ethylene-propylene rubber, an ethylene-propylene-diene rubber, a styrene Butadiene rubber, a butyl rubber, a
Chloropren-Kautschuk, ein Epichlorhydrin-Kautschuk, ein Nitril-Kautschuk, ein hydrierter Nitril-Kautschuk, ein Po- lyacrylat-Kautschuk, ein Ethylen-Acrylat-Kautschuk, ein Fluor-Kautschuk, ein Silikon-Kautschuk und/oder ein Fluorsilikon ist. Chloroprene rubber, an epichlorohydrin rubber, a nitrile rubber, a hydrogenated nitrile rubber, a polyacrylate rubber, an ethylene-acrylate rubber Fluoro rubber, a silicone rubber and / or a fluorosilicone is.
12. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü- che, 12. Turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Elastomer der hochelastischen Elastomerbeschichtung (3) eine Rückprallelastizität von mindestens 35%, vorzugs¬ weise mindestens 50%, aufweist und/oder eine Shore-Härte von wenigstens 60, vorzugsweise von wenigstens 70, auf¬ weist und/oder eine Reißdehnung von 300% bis 1000%, insbe¬ sondere eine Reißdehnung von 800% bis 1000%, aufweist und/oder eine Reißfestigkeit von wenigstens 25 N/mm2, vor¬ zugsweise von 40-50 N/mm2, aufweist und/oder einen Weiter- reißwiderstand von 10-50 N/mm, vorzugsweise von 20-50the elastomer of the highly elastic elastomer coating (3) has a rebound resilience of at least 35%, preferably ¬ at least 50%, comprising and / or a Shore hardness of at least 60, preferably at least 70, has ¬ and / or an elongation at break of 300% has to 1000%, in particular ¬ sondere an elongation at break of 800% to 1000%, and / or a tensile strength of at least 25 N / mm 2, in ¬ preferably of 40-50 N / mm 2, and / or tear resistance a further from 10-50 N / mm, preferably from 20-50
N/mm, aufweist. N / mm.
13. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 13. Turbine blade (1) according to any preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das die hochelastische Elastomerbeschichtung (3) als Folie ausgebildet ist.  that the highly elastic elastomer coating (3) is formed as a film.
14. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü- che, 14. Turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung (4) mittels eines Klebstoffs oder einer Kombination aus einem Haftvermittler und einem Klebstoff an der Schaufeloberflä- che, insbesondere der hochelastischen Elastomerbeschichtung (3) an der Schaufeloberfläche, aufgeklebt ist.  the thin, energy-absorbing metal coating (4) is glued to the blade surface by means of an adhesive or a combination of an adhesion promoter and an adhesive, in particular the highly elastic elastomer coating (3) on the blade surface.
15. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorherigen Ansprü¬ che, 15. Turbine blade (1) according to any preceding Ansprü ¬ che,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung (4) mit einer Klebkraft von mehr als 120N/cm2 an der Schaufelober- fläche, insbesondere der hochelastischen Elastomerbe- schichtung (3) an der Schaufeloberfläche, aufgeklebt ist. the thin, energy-absorbing metal coating (4) with an adhesive force of more than 120 N / cm 2 at the blade top surface, in particular the highly elastic elastomer coating (3) on the blade surface, is glued.
16. Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinen- stufe, insbesondere der Endstufenbeschaufelung, einer16. Run blading or Leitbeschaufelung a turbine stage, in particular the Endstufenbeschaufelung, a
Dampfturbine, Steam turbine
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Laufbeschaufelung oder die Leitbeschaufelung eine Vielzahl von Turbinenschaufeln (1) umfasst, die nach min- destens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 ausge¬ bildet sind. comprising the rotor blading or the guide vanes, a plurality of turbine blades (1), which are formed ¬ least one of the preceding claims 1 to 15 by min-.
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