TURBINENSCHAUFEL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER TURBINENSCHAUFEL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel einer Turbine, insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine. Die Turbinenschaufel erstreckt sich entlang einer Hauptachse von einem Fußbereich über einen Schaufelblattbereich zu einem Kopfbereich. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel sowie eine Turbinenanlage, insbesondere eine Gasturbinenanlage.

[0002] Der Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage ist maßgeblich bestimmt durch die Turbineneintrittstemperatur des Arbeitsmediums, welches in der Gasturbine entspannt wird. Daher werden möglichst hohe Temperaturen angestrebt. Die Turbinenschaufeln werden aber aufgrund der hohen Temperaturen stark thermisch und aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmediums oder Heißgases stark mechanisch belastet. Üblicherweise werden für die Turbinenschaufeln gußtechnisch hergestellte Schaufeln verwendet. Dabei handelt es sich um einen Feinguß - teilweise gerichtet erstarrt oder als Einkristall gezogen. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken, insbesondere Gasturbinenschaufeln, mit gerichtet erstarrten Gefüge ist in der DE-AS 22 42 111 beschrieben. Die Turbinenschaufel wird hierbei als Vollmaterialschaufel überwiegend aus Nickellegierungen in einkristalliner Form gegossen. Eine gekühlte Gasturbinenschaufel geht aus der US-PS 5,419,039 hervor. Die darin offenbarte Turbinenschaufel ist ebenfalls als ein Gußstück ausgeführt bzw. aus zwei Gußstücken zusammengesetzt. Weiterhin zeigt z.B EP 0657 404 eine Turbinenschaufel nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0003] Die Turbinenschaufeln werden üblicherweise bei Temperaturen nahe bei der für den Werkstoff der Turbinenschaufel maximal zulässigen Temperatur, der sogenannten Belastungsgrenze, betrieben. Beispielsweise beträgt die Turbineneintrittstemperatur von Gasturbinen aufgrund der Temperaturgrenzen der für die Turbinenschaufel eingesetzten Werkstoffe ca. 1500 bis 1600 K, wobei in der Regel bereits eine Kühlung der Schaufeloberflächen vorgenommen wird. Eine Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur bedarf einer größeren Kühlluftmenge, wodurch der Wirkungsgrad der Gasturbine und damit auch der einer Gesamtanlage, insbesondere einer Gas- und Dampfturbinenanlage, verschlechtert ist. Dies ist darin begründet, daß die Kühlluft üblicherweise einem der Gasturbine vorgeschalteten Verdichter entnommen wird. Diese komprimierte Kühlluft steht somit für die Verbrennung und zur Verrichtung von Arbeit nicht mehr zur Verfügung. Darüber hinaus ist aufgrund der Wärmeausdehnung der Turbinenschaufeln ein Spalt erforderlich, der vor allem im Teillastbereich der Gasturbine zu sogenannten Spaltverlusten führt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Turbinenschaufel anzugeben, die besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich einer hohen mechanischen Beständigkeit und Temperaturfestigkeit aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel anzugeben.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Turbinenschaufel, welche sich entlang einer Hauptachse von einem Fußbereich über einen heißgasbeaufschlagbaren Schaufelblattbereich zu einem Kopfbereich erstreckt und im wesentlichen aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff gebildet ist, wobei zumindest der Schaufelblattbereich eine Schaufelaußenwand mit kohlefaserverstärktem Kohlenstoff aufweist, die von einer Schutzschicht umgeben ist.

[0006] Durch den Einsatz von kohlefaserverstärktem Kohlenstoff als Werkstoff für die Turbinenschaufel weist dieser eine besonders hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Insbesondere sind gegenüber herkömmlichen einkristallinen Turbinenschaufeln höhere Turbineneintrittstemperaturen bis hin zu 2800 K ermöglicht. Es sind bevorzugt auch bei großen Wanddikkenunterschieden zwischen dem Schaufelblattbereich und dem massiven Fußbereich oder am Fußbereich bzw. am Kopfbereich in allen Schaufelbereichen die gleiche Werkstoffstruktur und damit im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigenschaften erreicht.

[0007] Aufgrund der besonders hohen Temperaturbeständigkeit des für die Turbinenschaufel eingesetzten Werkstoffs ist eine Kühlung der Turbinenschaufel nicht mehr erforderlich, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad der Turbinenanlage erreicht wird. Für eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit des kohlefaserverstärkten Kohlenstoffs ist die Schutzschicht vorgesehen, die zumindest die im Betrieb der Turbinenanlage heißgasbeaufschlagte Schaufelaußenwand umgibt.

[0008] Zweckmäßigerweise ist als Schutzschicht eine Keramikschicht vorgesehen. Für die als reine Oberflächenschicht ausgeführte Keramikschicht eignet sich insbesondere eine Schicht aus Siliziumcarbid. Der Einsatz von Siliziumcarbid bewirkt, daß die Oberfläche der Turbinenschaufel durch Reaktion des Siliziums mit dem Kohlenstoff mit einer dünnen Siliziumcarbid-Schicht versiegelt und dadurch sehr wirkungsvoll geschützt wird. Siliziumcarbid eignet sich insbesondere aufgrund seiner besonders oxidationshemmenden Eigenschaft als Schutzschicht für die aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff aufgebaute Turbinenschaufel.

[0009] Zweckmäßigerweise weist die Keramikschicht einen Minimalwert in ihrer Schichtdicke zwischen etwa 0,5 und 5 mm auf. In Abhängigkeit vom Einbauort der Turbinenschaufel, insbesondere von der dort herrschenden Temperaturbelastung, kann die Keramikschicht auch als eine Multilayerschicht ausgeführt sein.

[0010] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schutzschicht alternativ oder zusätzlich durch einen gasförmigen Schutzfilm gegeben, der von einem Schutzgas gebildet ist. Vorteilhafterweise ist zumindest im Schaufelblattbereich eine Zuführung für das Schutzgas vorgesehen, die von der Schaufelinnenwand umgeben ist. Der durch die Schaufelinnenwand gebildete Hohlraum ermöglicht ein besonders einfaches Zuführen des Schutzgases.

[0011] Zur Verhinderung der Oxidation des kohlefaserverstärkten Kohlenstoffs, d.h. des Grundwerkstoffs der Turbinenschaufel, ist als Schutzgas vorteilhafterweise Erdgas, Wasserdampf oder Inertgas vorgesehen. Als Inertgas wird beispielsweise Abgas, Stickstoff oder ein Edelgas eingesetzt. Durch die Verwendung des Schutzgases ist gasdynamisch begünstigt eine besonders gleichmäßige Verteilung auf der Schaufeloberfläche gewährleistet. Die besonders guten Strömungseigenschaften des Schutzgases ermöglichen somit die Bildung eines geschlossenen und flächendeckenden Schutzfilms auf der Schaufeloberfläche.

[0012] Zur Verteilung des Schutzgases auf der Oberfläche der Schaufelaußenwand ist die Turbinenschaufel vorzugsweise mindestens im Schaufelblattbereich zweischalig ausgeführt. Beispielsweise kann die Wand der Turbinenschaufel doppelwandig ausgeführt sein - mit einer Schaufelinnenwand, die die Zuführung umgibt, und einer entlang der Schaufelinnenwand sich erstreckenden Schaufelaußenwand. Zwischen der Schaufelaußenwand und der Schaufelinnenwand sind zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Hohlräumen gebildet, die jeweils über mindestens einen zugehörigen Einlaß mit der Zuführung strömungstechnisch verbunden sind. In vorteilhafter Ausgestaltung sind zur Bildung der Hohlräume eine Mehrzahl von Abstandshaltern rasterartig angeordnet. Zur Reduzierung des Gewichts der Turbinenschaufel sind zweckmäßigerweise die Abstandshalter aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff hergestellt. Durch die rasterartige Anordnung der Abstandshalter ist eine besonders wirksame Durchströmung des Schutzgases in den Hohlräumen über eine lange Wegstrecke ermöglicht.

[0013] Vorzugsweise sind in der Schaufelaußenwand eine Mehrzahl von Abführungen vorgesehen, die das Schutzgas aus jedem Hohlraum nach außen führen. Insbesondere sind die Zuführungen sowie Abführungen hinsichtlich der Anzahl und der Größe derart gewählt, daß die Schaufelaußenwand von dem Schutzgas umströmt wird. Das Schutzgas wird demzufolge in einem offenen Schutzkreis durch die Turbinenschaufel hindurch geführt. Das Schutzgas strömt dabei über die Abführungen aus den Hohlräumen an die Schaufelaußenwand aus und bildet einen Schutzfilm an der dem Heißgas aussetzbaren Oberfläche der Schaufelaußenwand (vergleichbar mit der sogenannten Filmkühlung). Die Abführungen sowie die Zuführungen sind vorzugsweise als eine Bohrung oder mehrere Bohrungen ausgeführt. Diese können beispielsweise trichterförmig erweitert sein. Durch einen solchen spitzen Winkel wird die Ausbildung eines Films auf der Oberfläche der Schaufelaußenwand besonders begünstigt.

[0014] Ein derartiger doppelwandiger Aufbau ermöglicht eine Entkoppelung der funktionellen Eigenschaften der Wandstruktur, wobei an die Schaufelaußenwand geringere Anforderung an die mechanische Stabilität gestellt werden können als an die Schaufelinnenwand. Die Schaufelinnenwand kann mithin, da sie nicht unmittelbar einer Heißgasströmung ausgesetzt ist, mit einer größeren Wandstärke als die Schaufelaußenwand ausgeführt sein und im wesentlichen die mechanische Tragfunktion für die Turbinenschaufel übernehmen. Der Querschnitt des Hohlraumbereiches zwischen der Schaufelaußenwand und der Schaufelinnenwand ist vorzugsweise zur Ausbildung einer hohen Geschwindigkeit des Schutzgases möglichst gering ausgebildet und liegt insbesondere im Bereich der Wandstärke der Schaufelaußenwand. Durch einen kleinen durchströmten Querschnitt des Hohlraumes und eine damit ausgebildete hohe Geschwindigkeit des Schutzgases wird eine besonders gute Schutzfilmeigenschaft erreicht, insbesondere auch eine effiziente Wärmeabfuhr durch das Schutzgas.

[0015] Die Turbinenschaufel ist bevorzugt ausgestaltet als Laufoder Leitschaufel einer Turbine, insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine, in der Temperaturen von deutlich über 1000 °C des im Betrieb die Turbinenschaufel umströmenden Heißgases auftreten. Der Schaufelblattbereich der Turbinenschaufel hat zweckmäßigerweise eine Höhe zwischen 5 cm und 50 cm. Die Wandstärke der Schaufelaußenwand und/oder der Schaufelinnenwand hat vorzugsweise einen minimalen Wert zwischen 0,5 mm und 5 mm.

[0016] Soweit die Aufgabe auf ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel gerichtet ist, welche sich entlang einer Hauptachse von einem Fußbereich über einen Schaufelblattbereich zu einem Kopfbereich erstreckt, wird sie erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von Kohlenstoffasern derart verarbeitet werden, daß die Kohlenstoffasern die Form der Turbinenschaufel bilden, wobei zwischen den Kohlenstoffasern Kunstharz angeordnet wird, das bei Erhitzung unter luftdichtem Verschluß in eine die Kohlenstoffasern umgebende Matrix aus reinem Kohlenstoff überführt wird.

[0017] Hierdurch ist eine Turbinenschaufel mit hinreichenden thermischen und mechanischen Festigkeitseigenschaften herstellbar, die sowohl in einem massiven als auch dünnwandigen Bereich eine im wesentlichen gleiche Werkstoffstruktur aufweist. Die Prozeßparameter des Verfahrens - z.B. das Wickeln und Kleben bei der Verarbeitung der Kohlenstoffasern, die Temperatur und Dauer des Erhitzungsvorganges sowie die Art des verwendeten Kunstharzes, etc. - sind der Größe und den gewünschten Festigkeitseigenschaften der Turbinenschaufel angepaßt.

[0018] Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele werden die Turbinenschaufeln sowie das Verfahren zur Herstellung der Turbinenschaufel näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1

eine Längsansicht einer Turbinenschaufel,

FIG 2

eine Turbinenschaufel mit einer Schutzschicht im Querschnitt,

FIG 3

eine Turbinenschaufel mit mindestens einem Hohlraum im Querschnitt,

FIG 4

einen Abschnitt der Turbinenschaufel nach FIG 2 mit einem Hohlraum und Abstandshaltern,

FIG 5

einen Ausschnitt einer Draufsicht auf die Turbinenschaufel, und

FIG 6

schematisch eine Turbinenanlage.

[0019] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In FIG 1 ist eine sich entlang einer Hauptachse 2 von einem Fußbereich 4 über einem Schaufelblattbereich 6 zu einem Kopfbereich 8 erstreckende Turbinenschaufel 1, insbesondere eine Laufschaufel einer stationären Gasturbine, dargestellt. Der Schaufelblattbereich 6 weist eine Schaufelaußenwand 10, einen Anströmbereich 12 sowie einen Abströmbereich 14 auf. Die nicht näher dargestellte Gasturbine wird im Betrieb von einem heißen Arbeitsmedium 16 ("Heißgas") durchströmt, welches die Turbinenschaufel 1 in den Anströmbereich 12 anströmt und entlang der Schaufelaußenwand 10 bis zu dem Abströmbereich 14 vorbeiströmt. Die Turbinenschaufel 1 ist aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff gebildet. Dieser Werkstoff ist ein sogenannter Faserverbundwerkstoff, der sowohl als Matrix als auch als Faser Kohlenstoff aufweist. Durch den Einsatz von kohlefaserverstärktem Kohlenstoff eignet sich die Turbinenschaufel 1 aufgrund der besonders hohen mechanischen und thermischen Festigkeit für einen Einsatz bis zu Temperaturen von 2800 K.

[0020] Zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit der aus kohlefaserverstärktem Werkstoff aufgebauten Turbinenschaufel 1 weist diese gemäß FIG 2 zumindest im Schaufelblattbereich 6 eine die Schaufelaußenwand 10 umgebende, insbesondere dabei auch die äußere Begrenzung der Schaufelaußenwand 10 bildende, Schutzschicht 18 auf. Als Schutzschicht 18 dient dabei eine Keramikschicht, die auf dem Basiswerkstoff, dem kohlefaserverstärkten Kohlenstoff, aufgebracht ist. Beispielsweise ist die Keramikschicht aus Siliziumcarbid gebildet. Siliziumcarbid eignet sich insbesondere aufgrund seiner guten Verarbeitbarkeit sowie aufgrund der guten Verbindungseigenschaften mit Kohlenstoff. Die Keramikschicht weist dabei an ihrer dünnsten Stelle einen Wert der Schichtdicke zwischen 0,5 und 5 mm auf.

[0021] In der FIG 3 ist eine alternative Ausgestaltung der Turbinenschaufel 1 zu sehen, welche anstelle einer festen Keramikschicht einen aus einem Schutzgas S gebildeten Schutzfilm zur Vermeidung von Oxidation aufweist. Dazu ist die Turbinenschaufel 1 zweischalig, insbesondere doppelwandig ausgeführt. Eine Zuführung 20 ist von einer Schaufelinnenwand 22 umgeben. Die Zuführung 20 erstreckt sich als Hohlraum entlang der Hauptachse 2 der Turbinenschaufel 1 (vergleiche Figur 1). Die Schaufelinnenwand 22 ist tragend ausgeführt und erstreckt sich ebenfalls entlang der Hauptachse 2. Sie kann wie herkömmliche Turbinenteile aus Metall gefertigt sein, besteht bevorzugt aber aus dem gleichen Werkstoff wie die Außenwand 10.

[0022] Das Schutzgas S wird über die Zuführung 20 durch den Fußbereich 4 in den Schaufelblattbereich 6 hineingeführt (siehe auch Figur 1). Das Schutzgas S ist insbesondere Erdgas, Wasserdampf oder Inertgas, welches von einer nicht dargestellten Zuführleitung der Turbinenschaufel 1 zugeführt wird. Der Schaufelinnenwand 22 liegt hierbei die Schaufelaußenwand 10 gegenüber. Zwischen der Schaufelaußenwand 10 und der Schaufelinnenwand 22 sind eine Mehrzahl von Hohlräumen 24 mit einer im wesentlichen flächigen, entlang der Schaufelwände 22, 10 sich erstreckenden Ausdehnung angeordnet. Jeder Hohlraum 24 ist über einen zugehörigen Einlaß 26 mit der Zuführung 20 für das Schutzgas S strömungstechnisch verbunden. Zur Bildung der Hohlräume 24 sind zwischen der Schaufelaußenwand 10 und der Schaufelinnenwand 22 eine Anzahl von Abstandshaltern 28 vorgesehen.

[0023] Das über den Einlaß 26 in den jeweils zugehörigen Hohlraum 24 einströmende Schutzgas S wird über eine Anzahl von Abführungen 30 in der Schaufelaußenwand 10 in die Strömung des Arbeitsmediums 16 geführt. Die Abführungen 30 sind dabei hinsichtlich der Anzahl und der Form derart ausgeführt, daß das Schutzgas S unmittelbar an der Schaufelaußenwand 10 entlang strömt, wodurch ein anliegender Schutzfilm auf der Außenoberfläche der Schaufelaußenwand 10 gebildet wird.

[0024] FIG 4 zeigt - nach Entfernung der Außenwand 10 - einen Ausschnitt einer Turbinenschaufel 1 gemäß FIG 3 im Bereich der Hohlräume 24 mit mehreren Einlässen 26 sowie mehreren Abstandshaltern 28, die rasterartig angeordnet sind. Durch diese rasterartige Anordnung der Abstandshalter 28 sind die Hohlräume 24 entsprechend regelmäßig gebildet. Die rasterförmige Anordnung übernimmt die Abstützung der Schaufelaußenwand 10 gegenüber der Schaufelinnenwand 22.

[0025] FIG 5 zeigt einen Ausschnitt einer Draufsicht auf die Turbinenschaufel 1 mit einer Mehrzahl kreisrunder Abführungen 30. Die Abführungen 30 sind vorzugsweise Bohrungen ausgestaltet, die unmittelbar hintereinander angeordnet jeweils eine Reihe bilden, wobei die Reihen zueinander versetzt gegeneinander angeordnet sind. Hierdurch wird eine besonders effiziente und gleichmäßige Verteilung des aus den Abführungen 30 ausströmenden Schutzgases S erreicht. Benachbarte Reihen von Abführungen 30 sind dabei jeweils mit einem Abstand D1 voneinander angeordnet. Innerhalb einer Reihe haben die Abführungen 30 jeweils einen Abstand D2. Der Abstand D1 zwischen zwei benachbarten Reihen ist in etwa gleich oder etwas geringer als der Abstand D2 zwischen benachbarten Abführungen 30 innerhalb einer Reihe von Abführungen 30. Der Durchmesser der im Querschnitt kreisförmigen Abführungen 30 sowie das zu wählende Lochraster sind abhängig von dem zu erzielenden Massenstrom und Druck des Schutzgases S.

[0026] FIG 6 zeigt eine Turbinenanlage 32 mit einem Verdichter 34, einer Brennkammer 36 und einer mehrstufigen Turbine 38. Das in der Brennkammer 36 durch Verbrennung erzeugte heiße Arbeitsmedium, z.B. ein Heißgas, wird dabei in den jeweiligen Stufen der Turbine 38 entspannt. In Abhängigkeit von den in der Turbine 38 auftretenden Temperaturen weist die erste Turbinenstufe 40 mindestens eine Reihe von Turbinenschaufeln 1 auf, welche im wesentlichen aus kohlefaserverstärkten Werkstoff gebildet sind. In Abhängigkeit von den Temperatur- und Druckverhältnissen in der zweiten und dritten Turbinenstufe 42 bzw. 44 weisen diese sowohl Reihen von konventionellen Turbinenschaufeln - z.B. gegossene metallische Turbinenschaufel - als auch Turbinenschaufeln 1 aus kohlefaserverstärkten Kohlenstoff auf. Dabei werden Turbinenschaufeln 1 mit unterschiedlichen Schutzschichten 18 eingesetzt.

[0027] Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch eine aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff gebildete Turbinenschaufel 1, welche zumindest im Schaufelblattbereich 6 von einer Schutzschicht 18 umgeben ist, eine besonders hohe Turbineneintrittstemperatur ermöglicht wird. Darüber hinaus ist besonders vorteilhaft die Tatsache, daß eine Kühlung aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit des Werkstoffs der Turbinenschaufel 1 nicht mehr erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß aufgrund des geringeren spezifischen Massen (Massendichte) der Turbinenschaufel 1 im Betrieb bei Rotation die rotierende Masse gegenüber einer herkömmlich gegossenen Turbinenschaufel um den Faktor 10 reduziert ist, wodurch die Festigkeit der Turbinenschaufel 1 deutlich verbessert ist. Ferner ermöglicht die Verwendung von kohlefaserverstärkten Kohlenstoff eine deutliche Reduzierung der Wärmedehnung der Turbinenschaufel 1, wodurch Spaltverluste vermieden, zumindest aber reduziert, sind. Bei dem Einsatz von Erdgas zum Aufbau der Schutzschicht 18 wird darüber hinaus durch das in dem Arbeitsraum der Gasturbine eingebrachte Erdgas eine Zwischenverbrennung oder Nachverbrennung ermöglicht, die zusätzlich eine Wirkungsgraderhöhung herbeiführt.

Ansprüche

1. Turbinenschaufel (1), welche sich entlang einer Hauptachse (2) von einem Fußbereich (4) über einen heißgasbeaufschlagbaren Schaufelblattbereich (6) zu einem Kopfbereich (8) erstreckt und im wesentlichen aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff gebildet ist, wobei zumindest der Schaufelblattbereich (6) eine Schaufelaußenwand (10) mit kohlefaserverstärktem Kohlenstoff aufweist, die von einer Schutzschicht (18) umgeben ist, die mindestens von einem gasförmigen Schutzfilm aus einem Schutzgas (S) gebildet ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Schaufelblattbereich (6) eine Zuführung (20) für das Schutzgas (S) vorgesehen ist, die von einer Schaufelinnenwand (22) umgeben ist.

2. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der die Schutzschicht (18) zusätzlich zu dem Schutzfilm eine Keramikschicht aufweist.

3. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 2, bei der die Keramikschicht Siliziumcarbid ist.

4. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 2, bei der die Keramikschicht einen minimalen Wert in ihrer Schichtdicke zwischen 0,5 und 5 mm aufweist.

5. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der als Schutzgas (S) Erdgas, Wasserdampf oder Inertgas vorgesehen ist.

6. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 1, bei der zwischen der Schaufelaußenwand (10) und der Schaufelinnenwand (22) eine Mehrzahl von Hohlräumen (24) gebildet ist, die jeweils über mindestens einen zugehörigen Einlaß (26) mit der Zuführung (20) strömungstechnisch verbunden sind.

7. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 6, bei der eine Mehrzahl von Abstandshaltern (28), die rasterartig angeordnet sind, zur Bildung der Hohlräume (24) vorgesehen ist.

8. Turbinenschaufel (1) nach Anspruch 7, bei der die Abstandshalter (28) aus kohlefaserverstärktem Kohlenstoff sind.

9. Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der in der Schaufelaußenwand (10) eine Mehrzahl von Abführungen (30) vorgesehen sind, die das Schutzgas (S) aus jedem Hohlraum (24) nach außen führen.

10. Turbinenschaufel (1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wandstärke der Schaufelaußenwand (10) und/oder der Schaufelinnenwand (22) einen minimalen Wert zwischen 0,5 mm und 5 mm aufweisen bzw. aufweist.

11. Turbinenschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als Laufschaufel oder Leitschaufel einer Turbine (38), insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine.

12. Turbinenanlage (32) mit einem Verdichter (34), einer Brennkammer (36) und einer mehrstufigen Turbine (38), in deren jeweiligen Stufen (40, 42, 44) ein in der Brennkammer (36) erzeugtes Arbeitsmedium entspannbar ist, wobei mindestens eine Stufe (40, 42, 44) mindestens eine Reihe von Turbinenschaufeln (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfaßt.

Claims

1. Turbine blade (1) which extends along a major axis (2) from a root region (4) via a blade leaf region (6) acted upon by hot gas to a head region (8) and is formed essentially from carbon-fibre-reinforced carbon, at least the blade leaf region (6) having a blade outer wall (10) with carbon-fibre-reinforced carbon, said blade outer wall being surrounded by a protective layer (18), which is formed at least by a gaseous protective film composed of a protective gas (S), characterized in that at least in the blade leaf region (6) a feed (20) for the protective gas (S) is provided, which is surrounded by a blade inner wall (22).

2. Turbine blade (1) according to Claim 1, in which the protective layer (18) has, in addition to the protective film, a ceramic layer.

3. Turbine blade (1) according to Claim 2, in which the ceramic layer is silicon carbide.

4. Turbine blade (1) according to Claim 2, in which the ceramic layer has a minimum value in terms of its layer thickness of between 0.5 and 5 mm.

5. Turbine blade (1) according to Claim 1, in which natural gas, water vapour or inert gas is provided as protective gas (S).

6. Turbine blade (1) according to Claim 1, in which, between the blade outer wall (10) and the blade inner wall (22), a plurality of cavities (24) are formed, which in each case are flow-connected to the feed (20) by at least one associated inlet (26).

7. Turbine blade (1) according to Claim 6, in which a plurality of spacers (28), which are arranged in the manner of a grid, are provided for forming the cavities (24).

8. Turbine blade (1) according to Claim 7, in which the spacers (28) are composed of carbon-fibre-reinforced carbon.

9. Turbine blade (1) according to one of Claims 6 to 8, in which, in the blade outer wall (10), a plurality of discharges (30) are provided, which guide the protective gas (S) outwards from each cavity (24).

10. Turbine blade (1) according to one of the preceding claims, in which the wall thickness of the blade outer wall (10) and/or of the blade inner wall (22) have/has a minimum value of between 0.5 mm and 5 mm.

11. Turbine blade (1) according to one of the preceding claims, designed as a moving blade or guide blade of a turbine (38), in particular of a gas or steam turbine.

12. Turbine plant (32) with a compressor (34), a combustion chamber (36) and a multistage turbine (38), in the respective stages (40, 42, 44) of which a working medium generated in the combustion chamber (36) can be expanded, at least one stage (40, 42, 44) comprising at least one row of turbine blades (1) according to one of Claims 1 to 11.

Revendications

1. Aube (1) de turbine, qui s'étend le long d'un axe (2) principal d'une partie (4) de pied à une partie (8) de tête, en passant par une partie (6) de lame d'aube qui peut être alimentée en gaz chaud, et qui est constituée essentiellement en carbone renforcé par de la fibre de carbone, au moins la partie (6) de lame d'aube ayant une paroi (10) extérieure d'aube en carbone renforcé par de la fibre de carbone qui est entourée d'une couche (18) de protection formée d'au moins une pellicule gazeuse de protection en un gaz (S) de protection, caractérisée en ce qu'il est prévu au moins dans la partie (6) de la lame d'aube une entrée (20) pour le gaz (S) de protection qui est entourée d'une paroi (22) intérieure de l'aube.

2. Aube (1) de turbine suivant la revendication 1, dans laquelle la couche (18) de protection a une couche en céramique en plus de la pellicule de protection.

3. Aube (1) de turbine suivant la revendication 2, dans laquelle la couche de céramique est du carbure de silicium.

4. Aube (1) de turbine suivant la revendication 2, dans laquelle l'épaisseur minimum de la couche en céramique est comprise entre 0,5 et 5 mm.

5. Aube (1) de turbine suivant la revendication 1, dans laquelle il est prévu, comme gaz (S) de protection, du gaz naturel, de la vapeur d'eau ou un gaz inerte.

6. Aube (1) de turbine suivant la revendication 1, dans laquelle il est formé entre la paroi (10) extérieure de l'aube et la paroi (22) intérieure de l'aube une multiplicité de cavités (24) qui communiquent respectivement par au moins une admission (26) associée avec l'entrée (20).

7. Aube (1) de turbine suivant la revendication 6, dans laquelle il est prévu une multiplicité d'entretoises (28) qui sont disposées suivant une trame pour former les cavités (24).

8. Aube (1) de turbine suivant la revendication 7, dans laquelle les entretoises (28) sont en carbone renforcé par de la fibre de carbone.

9. Aube (1) de turbine suivant l'une des revendications 6 à 8, dans laquelle il est prévu dans la paroi (10) extérieure de l'aube une multiplicité d'évacuations (30) qui font passer le gaz (S) de protection de chaque cavité (24) à l'extérieur.

10. Aube (1) de turbine suivant l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'épaisseur de la paroi (10) extérieure de l'aube et/ou de la paroi (22) intérieure de l'aube a ou ont une valeur minimum comprise entre 0,5 mm et 5 mm.

11. Aube (1) de turbine suivant l'une des revendications précédentes, constituée en aube mobile ou en aube directrice d'une turbine (38), notamment d'une turbine à gaz ou d'une turbine à vapeur.

12. Installation (32) à turbine comprenant un compresseur (34), une chambre de combustion (36) et une turbine (38) à plusieurs étages, dans chaque étage (40, 42, 44) de laquelle un fluide de travail produit dans la chambre de combustion (36) peut être détendu, au moins un étage (40, 42, 44) comprenant au moins une rangée d'aubes (1) de turbine suivant l'une des revendications 1 à 11.

Zeichnung