Verfahren zur Herstellung von Gasturbinen und Verfahren zum Betreiben von Gasturbinenanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gasturbinen, die flexibel ausgelegt werden und Verfahren zum Betreiben von Gasturbinen.

Gasturbinen können bei der Stromerzeugung im Grundlastbetrieb oder insbesondere im Spitzenlastbetrieb betrieben werden.

Die Anforderungen an die jeweiligen Bedingungen sind unterschiedlich . Eine optimierte Konfiguration der Gasturbine, die beide An ^¬ forderungen erfüllt, würde immer einen Kompromiss darstellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu lösen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Gasturbinen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 33.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ^¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen:

Diese weiteren Vorteile werden erreicht, in dem - für die zweite Gasturbine nur die metallische Haftvermitt ^¬ lerschicht verändert wird

- für die zweite Gasturbine die metallische Haftvermittler ^¬ schicht und die keramische Schicht darauf verändert werden

- eine zweilagige keramische Wärmedämmschicht (13) von den ersten Turbinenschaufeln entfernt wird und/oder

eine einlagige Wärmedämmschicht {1 ' ' ) als zweite keramische Wärmedämmschicht auf die zweiten oder neuen zweiten Turbinenschaufeln aufgebracht wird - bei dem die einlagige keramische Wärmedämmschicht {1 ' ' ) mit einer Porosität von 18% ± 4% erzeugt wird,

- bei dem eine einlagige Wärmedämmschicht (7) von den ersten Turbinenschaufeln entfernt wird und/oder

eine zweilagige Wärmedämmschicht (13') als zweite keramische Wärmedämmschicht auf die zweiten oder neuen zweiten Turbinenschaufeln aufgebracht wird,

insbesondere eine nur zweilagige Wärmedämmschicht (13')

- bei dem die Porosität der zweiten keramischen Wärmedämmschicht (7', 7'', 13') der zweiten oder der neuen zweiten Turbinenschaufeln gegenüber der Porosität der Wärmedämmschicht der ersten Turbinenschaufeln erhöht wird,

- bei dem die Porosität der zweiten keramischen Wärmedämmschicht (7', 7'', 13) der zweiten oder der neuen zweiten Turbinenschaufeln gegenüber der Porosität der Wärmedämmschicht der ersten Turbinenschaufeln erniedrigt wird

- bei dem eine dünnere keramische Wärmedämmschicht (7) als erste keramische Wärmedämmschicht ersetzt wird durch eine dickere keramische Wärmedämmschicht (7', 13') als zweite keramische Wärmedämmschicht der zweiten oder der neuen zwei ^¬ ten Turbinenschaufeln,

wobei der Unterschied in der Dicke mindestens +50μη beträgt -

- eine dickere keramische Wärmedämmschicht als erste kerami ^¬ sche Wärmedämmschicht ersetzt wird durch eine dünnere kerami ^¬ sche Wärmedämmschicht als zweite keramische Wärmedämmschicht der zweiten oder der neuen zweiten Turbinenschaufeln, wobei der Unterschied in der Dicke mindestens -50μη beträgt,

- die zweilagige Wärmedämmschicht (13') mit einer untersten keramischen Lage {!''') mit einer Porosität von 12% ± 4% und mit einer äußeren keramischen Lage (10') mit einer Porosität von 18% ± 4% erzeugt wird,

wobei der absolute Unterschied in der Porosität der kerami ^¬ schen Lagen {!''', 10') mindestens 2%,

insbesondere 4% beträgt,

ganz insbesondere maximal 4% beträgt,

- die zweilagige Wärmedämmschicht (13) mit einer untersten keramischen Lage {!''') mit einer Porosität von 18% ± 4% und mit einer äußeren keramischen Lage (10') mit einer gleichen Porosität von 18% ± 4% erzeugt wird,

- eine zweilagige Wärmedämmschicht (13') mit einer untersten keramischen Lage {!''') mit einer Porosität von 18% ± 4% und mit einer äußeren keramischen Lage (10') mit einer Porosität von 25% ± 4% erzeugt wird,

wobei der absolute Unterschied in der Porosität der kerami ^¬ schen Schichten {!''', 10') mindestens 2%,

insbesondere 4% beträgt,

ganz insbesondere maximal 4% beträgt,

- die untere Lage {!''') der zweilagigen Wärmedämmschicht (13) dünner, insbesondere mindestens 20% dünner ausgeführt ist als die obere Lage (10'),

insbesondere bei dem die untere Lage {!''') der zweilagigen Wärmedämmschicht (13) eine Dicke von 75ym bis 150ym aufweist, ganz insbesondere die Gesamtschichtdicke der zweilagigen Wär ^¬ medämmschicht (13) 500ym bis 800ym beträgt

- für die untere keramische Lage {!''') teilstabilisiertes Zirkonoxid und

für die obere keramische Lage (10')

teilstabilisiertes Zirkonoxid verwendet wird

- Zirkonoxid für die keramische Wärmedämmschicht (7', 7'', 13') oder die keramischen Lagen {!''', 10') verwendet wird, und der monokline Anteil des zu verspritzenden Pulvers unter o ,

insbesondere unter 1,5% liegt,

ganz insbesondere mindestens 0,3% beträgt,

- der tetragonale Anteil in Zirkonoxid den größten Anteil aufweist,

insbesondere mindestens 60%,

ganz insbesondere mindestens 75%,

- durch eine Wärmebehandlung der monokline Anteil des Zirkon- oxids, insbesondere des zu verspritzendes Pulver um mindes ^¬ tens 50% reduziert wird,

insbesondere unter die Nachweisgrenze,

- die untere Lage {!''') ohne Polymer verspritzt wird und die obere Lage (10') mit Polymer verspritzt wird,

- der mittlere Porendurchmesser ( dio ) der oberen keramischen Lage (10') größer erzeugt wird als der mittlere Porendurchmesser (d ₇ ) der unteren keramischen Lage {!'''),

ganz insbesondere um mindestens 20μιη,

- das gleiche Pulver mit gleicher Zusammensetzung und glei- chen Korngrößenverteilung verwendet wird,

- für die untere keramische Lage {!''') ein anderes Material verwendet wird als für die obere keramische Lage (10') _/ insbesondere Zirkonoxid für die untere Lage {!'''),

ganz insbesondere ein Pyrochlor für die obere Lage (10') _/ - eine einlagige metallische Schicht durch eine zweilagige metallische Schicht ersetzt wird,

- eine zweilagige metallische Schicht durch eine einlagige metallische Schicht ersetzt wird, ,

- die chemische Zusammensetzung der metallischen Schutz- schicht verändert wird, aber nicht die Lagigkeit der metalli ^¬ schen Schutzschicht

- die einlagige metallische Schutzschicht aufweist

(in Gew. -%) :

29% - 31% Nickel (Ni) ,

27% - 29% Chrom (Cr) ,

7% - 8% Aluminium (AI),

0,5% - 0,7% Yttrium (Y) ,

0,3% - 0,7% Silizium (Si) ,

kein Rhenium (Re) ,

Rest Kobalt (Co) ,

- die einlagige metallische Schutzschicht folgende Elemente enthält

(Angaben in Gew.-%) :

24% - 26% Kobalt (Co),

16% - 18% Chrom (Cr)

9% - 12% Aluminium (AI)

0,1% - 0,7% Yttrium (Y) und/oder

zumindest ein äquivalentes Metall aus der Gruppe umfassend Scandium und die Elemente der Seltenen Erden,

optional 1,0% bis 2,0% Rhenium (Re)

Nickel,

insbesondere Rest Nickel,

- die einlagige metallische Schutzschicht folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%):

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 12% - 14%,

Aluminium (AI ) : 10, 0% - 12, 0 % ,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4% ,

insbesondere 0,3%,

Nickel ,

k3 mj. -LZZ^ j.9. c3.TZ1 < n

- der Chromgehalt bei einer zweilagigen metallischen Schutz- schicht für die untere metallische Schutzschicht zwischen dem

Chromgehalt des Substrats und dem Chromgehalt der äußeren metallischen Schutzschicht liegt,

insbesondere bei dem die metallischen Schutzschichten eine Legierung MCrAlX aufweisen,

- bei einer zweilagigen NiCoCrAlY-Schutzschicht die äußere Schutzschicht Tantal (Ta) oder Tantal (Ta) und Eisen (Fe) aufweist,

- die untere NiCoCrAlY-Schicht folgende Zusammensetzung auf ^¬ weist (in Gew.-%):

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 12% - 14%,

Aluminium (AI ) : 10,0% - 12,0%,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4% , nsk)€5 om -t ^5 clä.ZLZS. i)65st€szit

bei dem die obere NiCoCrAlY-Schicht folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew . -% ) :

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 23% - 25%,

Aluminium (AI ) : 9,5% - 11, 5% ,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4%, ZLZ χζι ί Ίζζ n- _* Es zeigen:

Figur 1 - 3 Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 4 eine Porenverteilung in einer keramischer

Schicht,

Figur 5 8 Ausführungsbeispiele der Erfindung,

Figur 9 eine Turbinenschaufel und

Figur 10 eine Gasturbine. Die Beschreibung stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Er ^¬ findung dar.

Ein Intervall der Wartung von Gasturbinen 100 (Fig. 6) wird bestimmt durch Erfassung der Betriebsstunden und Starts, die abhängig von der Betriebsweise und bestimmten Faktoren sind. Die Wartung ist jeweils nach Erreichen des Stunden- oder Startlimits durchzuführen. Ist nun je nach Einsatzgebiet der Gasturbine eine Wartung notwendig oder verlangt der Einsatz vorab eine Überholung bzw. einen anderen Einsatz, so wird die Konfiguration der Gasturbine 100 geändert. Begriffsdefinitionen:

Erste Gasturbine hat 1. Turbinenschaufel mit 1. metallischer Schutzschicht .

Zweite Gasturbine hat Turbinenschaufeln mit metallischer Schutzschicht

a) bei der die 1. Turbinenschaufeln (= zweite Turbinenschau ^¬ fel) und/oder

b) neue unverbrauchte Turbinenschaufeln (= neue zweite Turbi ^¬ nenschaufeln)

verwendet werden

und jeweils eine 2. metallische Schutzschicht deutlich unter ^¬ scheidbar von der 1. metallischen Schutzschicht aufweist. Ebenso gilt neben der Änderung der metallischen Schutzschicht die Begriffsdefinition, wenn zusätzlich die Wärmedämmschicht verändert wird.

Erste Gasturbine hat 1. Turbinenschaufel mit 1. Wärmedämm ^¬ schicht .

Zweite Gasturbine hat Turbinenschaufeln mit keramischen Wärmedämmschichten

a) bei denen die 1. Turbinenschaufeln (= zweite Turbinenschaufel) und/oder

b) neue unverbrauchte Turbinenschaufeln (= neue zweite Turbi ^¬ nenschaufeln)

verwendet werden

und jeweils eine 2. Wärmedämmschicht deutlich unterscheidbar von der 1. Wärmedämmschicht aufweisen.

Eine einlagige metallische Schutzschicht, insbesondere mit der Zusammensetzung NiCoCrAlX eignet sich für ein „Daily Starter" .

Die Veränderung der Lagigkeit bedeutet immer eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung, insbesondere schon deshalb, weil sich eine untere und obere metallische Schutzschicht in ihrer Zusammensetzung deutlich unterscheiden, d h. mindestens ein Legierungselement hat einen um mindestens 15% verschiede ^¬ nen Anteil.

Figur 5 zeigt ein Substrat 4 mit einer einlagigen metalli ^¬ schen Schutzschicht 16 einer ersten Turbinenschaufel, die entfernt wird und zur Herstellung von zweiten Turbinenschau ^¬ feln oder neuen zweiten Turbinenschaufeln in ihrer Schichtdicke 16' verändert wird.

Darüber hinaus kann, muss aber nicht, auch die Legierung der ursprünglichen metallischen Schutzschicht 16 verändert werden . In Figur 6 ist dargestellt, dass eine zweilagige metallische Schutzschicht 22', 22'' von ersten Turbinenschaufeln entfernt wird und eine einlagige metallische als neue zweite Schutz ^¬ schicht 22 aufgebracht wird.

Die Schichtdicke der einlagigen metallischen Schutzschicht 22 kann vorzugsweise der der zwei metallischen Schutzschichten 22', 22'' entsprechen. Auch zumindest eine Legierung einer der beiden metallischen Schutzschichten 22', 22' ' kann der Legierung der einlagigen Schicht 22 entsprechen oder gänzlich voneinander verschieden sein .

In Figur 7 ist dargestellt, dass eine einlagige metallische Schutzschicht 16 von einem Substrat 4 von ersten Turbinenschaufeln entfernt wird und ebenfalls durch eine einlagige metallische als neue zweite Schutzschicht 16''' ersetzt wird, wobei sich zumindest die chemische Zusammensetzung der Legie ^¬ rung, wie oben beschrieben, deutlich verändert hat.

Insbesondere kann sich auch die Schichtdicke ändern.

In Figur 8 ist dargestellt, dass eine einlagige metallische Schutzschicht 16 von einem Substrat 4 von ersten Turbinenschaufeln entfernt wird und eine zweilagige metallische als neue zweite Schutzschicht 24', 24'' aufgebracht wird.

Die Schichtdicke der zweilagigen metallischen Schutzschicht 24', 24'' kann vorzugsweise der der ursprünglichen einlagigen metallischen Schutzschicht 16 entsprechen.

Vorzugsweise sind die beiden Legierung der zweilagigen

Schichten 24', 24'' verschieden von der der einlagigen ur- sprünglichen metallischen Schutzschicht 16. Dies muss aber nicht sein, d.h. zumindest eine Legierung der zweilagigen Schutzschicht 24', 24'' kann der Legierung der einlagigen Schutzschicht 16 entsprechen. Die Variation der metallischen Schutzschichten gemäß der Figuren 5, 6, 7 und/oder 8 kann variiert werden mit der Variation der keramischen Schutzschichten gemäß der Figuren 1, 2 und 3.

Eine bevorzugte metallische einlagige Schutzschicht weist auf :

(in Gew.-%)

24% - 26% Kobalt,

16% - 18% Chrom,

9% - 11% Aluminium,

0,11% - 0,7% Yttrium

sowie optional 1,0% - 2,0% Rhenium und

Rest Nickel auf

oder

bei dem die einlagige metallische Schutzschicht

folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%):

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 12% - 14%,

Aluminium (AI) : 10, 0% - 12,0%,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4% ,

—L m < C _' < in.cj- -r ^* d.(3- c5iTJI < < ^" t^ In. ^" t- oder

bei dem die einlagige metallische Schutzschicht aufweist: 29% - 31% Nickel (Ni) ,

27% - 29% Chrom (Cr) ,

7% - 8% Aluminium (AI),

0,5% - 0,7% Yttrium (Y) ,

0,3% - 0,7% Silizium (Si) ,

kein Rhenium (Re) ,

Rest Kobalt (Co) . Eine zweilagige MCrAlX-Schicht 24', 24'' eignet sich für den Langbetrieb (base loader) . Eine zweilagige metallische Schutzschicht 24', 24'' weist eine untere metallische Schutzschicht auf, insbesondere aus einer Legierung des Typs NiCoCrAlX, deren Chromgehalt vorzugsweise zwischen dem des Substrats und dem Chromgehalt der äußeren metallischen Schutzschicht liegt, wobei dann die

Unterschiede im Gehalt an Chrom (Cr) mindestens absolut gese ^¬ hen 2% betragen.

Für eine zweilagige metallische Schutzschicht 24', 24'' auf der Basis der NiCoCrAlX-Legierungen bietet sich vorzugsweise eine Tantal- oder Tantal/Eisenhaltige äußere metallische Schutzschicht an.

Ein vorteilhafte Zusammensetzung für die äußere Schutzschicht ergibt sich aus (in Gew.-%)

25% Kobalt (Co) ,

24% Chrom (Cr) ,

10,5% Aluminium (AI),

0,3% Yttrium (Y) ,

Rest Nickel (Ni)

sowie

vorzugsweise für eine untere Schicht

25% Kobalt (Co) ,

13% Chrom (Cr) ,

11% Aluminium (AI),

0,3% Yttrium (Y) ,

Rest Nickel (Ni) für die äußere NiCoCrAlX-Schicht (X=Y) .

Vorzugsweise ergibt sich folgende Kombination:

bei dem die untere NiCoCrAlY-Schicht folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.-%) :

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 12% - 14%,

Aluminium (AI ) : 10, 0 % - 12, 0 % ,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4% ,

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bei dem die obere INIiCöCJ-ΓΑ.1Y ScInicInt fo1gende Zusammensetzung au fwe i s t (in Gew . -% ) :

Kobalt (Co) : 24% - 26%,

Chrom (Cr) : 23 % - 2 5 % ,

Aluminium (AI ) : 9, 5 % - 11, 5% ,

Yttrium (Y) : 0,2% - 0,4%,

insbesondere 0,3%,

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ln sk) son CL^ES J-T ^5 d3..i 9.u. s t *5 t€5 In. t · Je nach Betriebsweise wird eine einlagige Schicht 16 durch eine zweilagige Schicht 24', 24'' auf der wieder aufgearbei ^¬ teten Schaufel aufgebracht oder eine zweilagige Schicht wird durch eine einlagige metallische Schutzschicht ersetzt. War vorher in dieser ersten Gasturbine eine einlagige Wärme ^¬ dämmschicht wie oben beschrieben im Betrieb vorhanden, so wird für den erneuten Einsatz im Grundlastbetrieb eine zwei ^¬ lagige (Fig. 3), eine dickere (Fig. 1) oder porösere kerami ^¬ sche Wärmedämmschicht für die Turbinenschaufeln 120, 130 ver- wendet.

Die Turbinenschaufeln für die zweite Gasturbine können im Ursprung (dasselbe Substrat) die ersten Turbinenschaufeln der ersten Gasturbine oder anderer Gasturbinen sein, die bereits im Einsatz waren, entsprechend aufgearbeitet wurden (Refur- bishment) und durch eine Wiederbeschichtung zweite Turbinenschaufeln ergeben oder

neue zweite Turbinenschaufeln sein, bei denen neu hergestellte (neu gegossene) , noch nicht verwendete Turbinenschau- fein

anders als die ersten Turbinenschaufeln der ersten Gasturbine beschichtet werden.

Ebenso ist es möglich, wenn die Gasturbine 100 im Grundlast- betrieb eine zweilagige keramische Wärmedämmschicht auf den Turbinenschaufeln 120, 130 aufgewiesen hat, eine einlagige TBC aufzubringen, so dass sie dann im Spitzenlastbetrieb (daily Starter) eingesetzt werden kann (Fig. 2) . Für den Spitzenlastbetrieb wird vorzugsweise nur eine ein ^¬ lagige keramische Schicht mit einer einheitlichen Porosität verwendet. Für den Spitzenlastbetrieb weist die keramische Wärmedämmschicht auf den Turbinenschaufeln 120, 130 vorzugs ^¬ weise eine hohe Porosität von 18% ± 4% auf.

Im Grundlastbetrieb (base loader) wird jedoch eine zweilagige Wärmedämmschicht 13 eingesetzt (Fig. 3).

Als Ausgangspulver für die keramischen Schichten 7', 7'',

1' ' ' , 10', 13' wird vorzugsweise agglomeriertes, gesintertes

Pulver verwendet. Jede keramische gespritzte Schicht wird in Beschichtungslagen aufgebracht. Zweilagigkeit bedeutet aber, dass sich eine zweite Lage durch Porosität und/oder Mikrostruktur und/oder chemische Zusammensetzung von einer ersten, untenliegenden Lage unterscheidet.

Als untere Lage wird vorzugsweise eine keramische Lage 7 mit einer Porosität von 12% ± 4% verwendet, die vorzugsweise eine Schichtdicke von 75ym bis 150ym aufweist.

Darüber wird als äußere keramische Lage 10 eine Porosität mit 18% ± 4% gespritzt bzw. ist vorhanden.

Der Unterschied in der Porosität beträgt jedoch mindestens 2%, insbesondere mindestens 4%. Schwankungen in der Porosität bei der Herstellung sind bekannt. Innerhalb einer Charge, d.h. eines Schaufelsatzes, sind keine Schwankungen zu ver- zeichnen.

Als untere Lage wird ebenso vorzugsweise eine keramische Lage 7 mit einer Porosität von 12% ± 4% verwendet, die vorzugs ^¬ weise eine Schichtdicke von 75ym bis 150ym aufweist.

Darüber wird als äußere keramische Lage 10 eine Porosität mit 18% ± 4% gespritzt bzw. ist vorhanden.

Der Unterschied in der Porosität beträgt jedoch mindestens 2%, insbesondere mindestens 4%. Schwankungen in der Porosität bei der Herstellung sind bekannt. Innerhalb einer Charge, d.h. eines Schaufelsatzes, sind keine Schwankungen zu ver ^¬ zeichnen . Als untere Lage wird ebenso vorzugsweise eine keramische Lage 7 mit einer Porosität von 18% ± 4% verwendet, die vorzugs ^¬ weise eine Schichtdicke von 75ym bis 150ym aufweist.

Darüber wird als äußere keramische Lage 10 eine Porosität mit 25% ± 4% gespritzt bzw. ist vorhanden.

Der Unterschied in der Porosität beträgt jedoch mindestens

2%, insbesondere mindestens 4%. Schwankungen in der Porosität bei der Herstellung sind bekannt. Innerhalb einer Charge, d.h. eines Schaufelsatzes, sind keine Schwankungen zu ver ^¬ zeichnen .

Um Porositäten in keramischen Schichten oder keramischen Lagen (Figuren 1 - 3) zu erzeugen, können beim Spritzen grobe Körner verwendet werden und Verwendung von Polymeren oder kleinere Körner mit Polymer verwendet werden, wobei grob einen mindestens 20% größeren mittleren Teilchendurchmesser bedeutet .

Eine zweilagige keramische Schicht 7, 10 kann mit verschiede ^¬ nen Spritzverfahren hergestellt werden: die untere Lage 7 wird ohne Polymer und die obere Lage 10 wird mit Polymer ver ^¬ spritzt .

Dadurch ergeben sich in der oberen Lage 10 größere Poren, d.h. der mittlere Porendurchmesser dio steigt gegenüber dem mittleren Porendurchmesser d ₇ der unteren Lage 7 (Fig. 4) an. Dies ist nicht zwangsläufig so. Eine höhere Porosität wird oft nur durch eine höhere Anzahl Poren der gleichen Porengröße erzielt.

Vorzugsweise wird das gleiche Pulver dabei verwendet, also auch eine gleiche Korngrößenverteilung.

Zirkonoxid (ZrÜ ₂ ) für die keramischen Lagen der Wärmedämm ^¬ schichten weist vorzugsweise einen monoklinen Anteil von < 3%, insbesondere -S 1,5% aufweist. Dementsprechende Anteile weist dann eine keramische Lage oder Schicht 7, 7', 10, 13 (Figuren 1 - 3) auf der Turbinenschaufel 120, 130 auf. Der Minimumanteil der monoklinen Phase beträgt mindestens 1%, insbesondere 0,5%, um die Kosten des Pulvers nicht zu stark zu erhöhen.

Durch die Veränderung der Konfiguration der ersten Wärmedämm- schicht 7', 7'', 13' wird quasi eine andere, zweite Gastur ^¬ bine hergestellt, die optimiert ist auf ihr Einsatzgebiet.

Die Figur 9 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau- fei 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.

Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.

Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf ^¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.

Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel ^¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge ^¬ stellt) . Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .

Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge ^¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.

Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau ^¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab ^¬ strömkante 412 auf. Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas ^¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.

Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.

Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.

Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.

Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be ^¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil ^¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.

Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rieh- tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .

Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 AI bekannt.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zu- mindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) ,

Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.

Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen

Dichte .

Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .

Vorzugsweise weist die SchichtZusammensetzung Co-30Ni-28Cr- 8A1-0, 6Y-0, 7Si oder Co-28Ni-24Cr-10Al-0, 6Y auf. Neben diesen kobaltbasierten Schutzbeschichtungen werden auch vorzugsweise nickelbasierte Schutzschichten verwendet wie Ni-10Cr-12Al- 0,6Y-3Re oder Ni-12Co-21Cr-llAl-0, 4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr- 10A1-0, 4Y-1, 5Re .

Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus Zr0 ₂ , Y2Ü3-Zr02, d.h. sie ist nicht, teil ^¬ weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid

und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme ^¬ dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör ^¬ ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die

MCrAlX-Schicht .

Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie ^¬ derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Ein- satz des Bauteils 120, 130.

Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu- tet) auf.

Die Figur 10 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .

Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations ^¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.

Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel ^¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver ^¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be ^¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge- führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 ent- spannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch be- lastet.

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.

Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin ( SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen ^¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet.

Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.

Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI. Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus Zr02, Y203-Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt ^¬ riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.

Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge- stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden

Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .