Beschreibung
Turbinenschaufel einer Turbinenstufe einer Dampfturbine sowie Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe einer Dampfturbine
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.
Ferner betrifft die Erfindung eine Laufbeschaufelung oder Leitbeschaufelung einer Turbinenstufe, insbesondere der End¬ stufenbeschaufelung, einer Dampfturbine.
Schaufeln der Beschaufelung einer Turbinenstufe einer Turbine sind hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Insbesondere bei
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.
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 .
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.
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.
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 von
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.
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.
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.
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 .
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 .
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.
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 .
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.
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 .
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.
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.
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.
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 .
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.
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 .
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
Schaufeloberfläche, insbesondere die Oberfläche der hochelas- tischen Elastomerbeschichtung, aufgetragen, da er dann am wirksamsten ist.
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.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die dünne, energieabsorbierende Metallbeschichtung einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Der mehrschichtige
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.
Bevorzugt ist ferner eine Turbinenschaufel, bei der die Me- tallbeschichtung zusätzlich Anteile von Stickstoff und/oder
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.
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.
Bevorzugt ist ferner eine Turbinenschaufel, bei der das
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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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
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.
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.
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 .
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.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschau¬ fel, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktions- prinzip ausgebildet ist;
Figur 2 eine Querschnittansicht einer Turbinenschaufel, die nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist;
Figur 3 eine andere Turbinenschaufel, die nach dem erfin¬ dungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, die insbesondere als Endstufenlaufschaufei für eine Dampfturbine verwendet werden kann.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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
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
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.
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.
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 als
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.
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.
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.
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.
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.