Laufschaufel in axial durchströmter Turbomaschine und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine Laufschaufel in axial durchströmter Turbomaschine, bei der feststehende Gehäuseteile die Laufschaufel kanäle radial nach aussen abdecken.
Der Turbinenbetrieb beispielsweise erfor, fiert bekanntlich mit Rücksicht auf einen guten Wirkungsgrad sehr enge Spiele zwischen den Schaufelspitzen und den nichtrotierenden Crehäuseteilen, welche etwa in der Grössenord nung von einem. Tausendstel des Laufrad- radius liegen.
Wegen der unterschiedlichen Aufheizung der sich bewegenden Schaufeln und der feststehenden Gehäuseteile, vornehm lieh einer Gasturbine bei Inbetriebnahme oder bei raschen Belastungsänderungen, erleiden jene Bauteile auch unterschiedliche Wärme dehnungen.
Um nun die schädlichen Folgen des Anstreifens einzelner oder aller Laufschau feln an den feststehenden Gehäuseteilen zu lindern, wurden bei metallischen LauAchau- feln die Schaufelspitzen schon angespitzt, das heisst, der Schaufelblattquerschnitt wurde aussen so geschwächt, dass im Falle des An streifens die Schaufelspitze abgeschliffen wird, und demzufolge keine schädlichen Rückwir kungen auf das übrige Schaufelblatt entstehen können.
Die Anwendung dieser bekannten Mass nahme ist aber bei Schaufeln aus keramischen 1Tassen deshalb nicht möglich, weil wegen der grundverschiedenen technologischen Eigen schaften des keramisclhen Materials die Gefahr des Ausbrechens mehr oder minder grösserer Teile der spröden Keramikschaufel auftritt. Bekannt sind: ferner auch aus dünnen Ble chen bestehende Dichtkanten, die an der Schaufelspitze angebracht werden.
Um bei einem keramischen Laufgitter enge Laufspiele innerhalb des Strömungskanals einstellen zu können, muss ferner das fertig beschaufelte Laufrad vor seinem Einbau in die Strömungs maschine am Umfang auf das geforderte Mass überschliffen werden;
.andernfalls würden die roh hergestellten keramischen Schaufeln zu grosse Abweichungen vom Sollwert des Aussen- durchmessers des Gitters ergeben. Das Ab schleifen der Schaufelblattspitzen von kera mischen Turbinenschaufeln bereitet aber Schwierigkeiten, weil der keramische Werk stoff, insbesondere bei hohem SK-Gehalt, äusserst hart und abriebfest ist.
Besonders schwierig ist ein derartiger Schleifvorgang bei Schaufeln, welche nicht starr in der Laufrad scheibe befestigt sind; sie haben nämlich die Möglichkeit, dem Schleifwerkzeug auszuwei chen. In diesem Falle wäre zumindest eine be sondere Schleifvorrichtung zur Aufnahme der. Einzelsehaufäln nötig, wodurch die-Herstel- lungskosten erhöht würden.
Gemäss vorliegender Erfindung weisen die Schaufelblätter an jenen Stelen, welche der, Gefahr der Beschädigung durch Anstreifen an den feststehenden Gehäuseteilen ausgesetzt sind, eine Schutzschicht aus einem Werkstoff von geringerer Abriebfestigkeit als der jener feststehenden Gehäuseteile auf.
Gegenüber, den metallischen Dichtkanten ergibt sich da- mit der Vorteil, d'ass schon bei geringster Be rührung der Schaufelspitze an der Laufrad abdeckung die Schutzschicht vermöge .der ge forderten geringen Abriebfestigkeit abgenutzt wird und die Abriebteilchen als feiner Staub vom Strömungsmittel fortgetragen werden.
Die Schutzschicht nach der Erfindung kann sowohl bei metallischen als auch bei keramischen Schaufeln Anwendung finden. Um bei metallischen Schaufeln eine gute Bin dung zu erhalten, wird man zweckmässiger weise die Schutzschieht aus Pulvern mit metal lischer Phase herstellen. Für keramische Schaufeln wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren die auf die durch Anstreifen ge fährdeten Teile des Schaufelblattes aufge brachte Schutzschicht schon vor dem kera mischen Brand der Schaufel aufgetragen und gemeinsam mit dieser gebrannt.
Die Schicht wird man dabei selbstverständlich so stark be messen, d'ass alle durch das Herstellungsver.. fahren bedingten Massabweichungen mit Si cherheit erfasst werden.
Die Schiutzschicht kann nun aus einer homogenen, keramischen Masse, z. B. aus einem hochsinternden, nicht dicht brennenden Ton. oder aber aus solchen keramis-ehen Materialien bestehen, deren Struktur besonders: an der Oberfläche durch dicht. beieinander liegende kleine Hohlräume aufgegliedert ist, und die dadurch ebenfalls nur eine geringe Abrieb festigkeit besitzen Die Schutzschicht selbst kann vorteilhaft aus einem schaumig porösen Material, z.
B. einer schaumig porösen Glasur oder einer ebensol chen keramischen Masse bestehen. Die schau mige Struktur kann man bekanntlich dadureli erreichen, dass man der Masse vor dem Bren nen Kohlenstoffverbindungen bzw. -substanzen wie Naphthalin, Kohle, Sägespäne und der gleichen beimengt, die während des Brenn- prozesses ausbrennen und entsprechend ihrer Menge, Verteilung und Korngrösse in der Masse Poren hinterlassen.
Eine andere Mög lichkeit besteht darin, dass man d'em Versatz Karbonate beimengt. Durch Zusatz einer Säure bildet sich dann Kohlensäure, die in den gasförmigen Zustand übergeführt wird und ebenfalls kleine Poren bildet. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, dass man beispielsweise einen Tonschlucker mit Seifen wurzel zum Schäumen bringt und diesen Sehaum aufgarniert oder aufglasiert.
Die Schutzschicht kann aber auch aus einem splittförmigen Auftrag bestehen, der beispielsweise vor dem Brennen aufgebracht wird, nachdem diese mit einer dichten Glasur überzogen wurden. Ein solcher splittförmiger Auftrag wird zum Beispiel derart gebildet, dass man auf die Glasur als Unterlage bzw.
Verbindungsschicht zum Scherben hoeli- schmelzende, meist scharfkantige Körnchen bis zu einer Grösse von 0,2 mm aus Quarz, Sili- eiumkarbid, Sillimanit u. a. aufträgt, und die so präparierte Schaufel; im Ofen brennt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel einer Turbinenschaufel nach der Erfin dung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Keramikschaufel in der Stirn ansieht.
Fig. 2 die gleiche Keramikschaufel in der Seitenansicht.
Die für eine Gasturbine vorgesehene Lauf schaufel besteht aus dem Schaufelblatt 1 und dem Schaufelfuss 2, welcher in an sich bekann ter Weise zwei Stützflächenpaare aufweist. Das eine Stützflächenpaar 3 hat im Betrieb nur die Schaufelfliehkraft aufzunehmen, wäh rend das zweite Paar 4 lediglich zur Wahrung des Formschlusses des Schaufelfusses in der Läufernut bei allen Betriebszuständen der Turbine dient.
An .der Spitze des Schaufel blattes 1, die d'er Gefahr des Anlaufens an der nicht gezeigten Laufradabdeckung ausgesetzt ist, ist die Schutzschicht 5 angebracht.
Für die Schutzschicht in. Form einer .schaumig porösen Glasur kann zum Beispiel folgender Versatz gewählt werden:
EMI0002.0079
Zettlitzer <SEP> Kaolin <SEP> roh <SEP> 5,80
<tb> Zettlitzer <SEP> Kaolin <SEP> gebrannt <SEP> 19,60' /a
<tb> Quarz <SEP> rein <SEP> 46,001/o
<tb> Feldspat <SEP> Mälar <SEP> 22,901/o
<tb> Kreide <SEP> 3,701/o
<tb> Magnesit <SEP> 2,00%.
<tb> <B>100,001/0</B> Dieser . Glasur werden 20-40 /o aus- brennbare Kohlenstoffsubstanzen, z.
B. reiner Graphit oder Graphit vermischt mit fein ge mahlenem Koks oder Kohle, zugesetzt. Die gleichmässig verteilt eingebetteten Kohlenstoff partikel oxydieren beim Brennen mit dem Sauerstoff der Brennatmosphäre Kt Kohlen dioxyd, so dass eine schaumig poröse Struktur entsteht. Wenn die gezeigte Schaufel infolge ungleichmässiger Dehnung von Laufradab- deckung und Läufer an der ersteren anstreift, was vor allem beim Anfahren oder noch eher beim Abstellen der Turbine eintreten kann,
dann berührt nur die aus .einem Werkstoff von geringerer Abriebfestigkeit als die Ab deckung bestehende Schutzschicht 5, die fest stehenden Gehäuseteile. Die geringe Abrieb festigkeit sowie die den keramischen Mate- ralien eigene Sprödigkeit sorgen däfür, dass das verschlissene Material vom Treibmittel strom als feiner Staub fortgetragen wird.
Mit solchen Laufschaufeln ergibt sich aber ' nicht nur der soeben geschilderte Vorteil für d'en Betrieb, sondern es kann auch die Ferti- gung jenes engen radialen Spaltes eines Schau felgitters erleichtert werden, indem man das mit solchen Schaufeln bestückte Laufrad ro tieren lässt und alsdann. einen etwas konischen Zylinder aus verschleissfesterem Material dar überschiebt. Dabei nützen sich die mit der Schutzschicht 5 versehenen Schaufelspitzen auf das geforderte Mass ab.
Die Schutzschicht kann nicht nur - wie zuvor erläutert - bei Turbinenschaufeln aus keramischem Werkstoff verwendet werden, sondern es ist ebenso möglich, Schaufeln aus metallischen Baustoffen, z. B. durch Sinterung einer Schutzschicht aus, Metallpulver, mit einer die gleichen Wirkungen auslösenden Schicht zu versehen.
Ferner können Lauf schaufeln mit einer solchen Schutzschicht bei allen Strömungsmaschinen, Axialverdiehtern, Pumpen u. a. verwendet werden.