Turbomaschinenschaufel

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschinenschaufel, insbesondere eine Gasturbinenschaufel.

Turbomaschinenschaufeln, wie z. B. Gasturbinenschaufeln, verfügen über einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt, wobei das Schaufelblatt eine Strömungseintrittskante und eine Strömungsaustrittskante aufweist, und wobei sich zwischen der Strömungseintrittskante und der Strömungsaustrittskante des Schaufelblatts eines Saugseite und eine Druckseite desselben erstreckt.

Im Betrieb können Turbomaschinenschaufeln, nämlich sowohl statorseitige Leitschaufeln als auch rotorseitige Laufschaufeln, durch Erosion, Vogelschlag oder auch Hagelschlag beschädigt werden. Hierzu ist es aus der Praxis bereits bekannt, zumindest auf das Schaufelblatt einer Turbomaschinenschaufel ein hartes Verschleißschutzsystem aufzutragen, wobei derartige Verschleißschutzsysteme vorzugsweise als Multilayer-Schichtsysteme ausgebildet sind, die mindestens eine relativ harte, keramische Schicht und mindestens eine relative weiche, metallische Schicht aufweisen, die wechselweise auf das Schaufelblatt aufgebracht sind. Dann, wenn infolge von Erosion, Vogelschlag oder Hagelschlag Partikel mit einem Auftreffwinkel von in etwa 90° auf das Schaufelblatt einer Turbomaschinenschaufel auftreffen, wie dies im Bereich der Strömungseintrittskante einer Turbomaschinenschaufel üblich ist, können sich in einem solchen Verschleißschutzsystem Risse ausbilden, die letztendlich zu einem Abplatzen des Verschleißschutzsystems im Bereich der Strömungseintrittskante führen. Nach dem Abplatzen des Verschleißschutzsystems von der Strömungseintrittskante ist dieselbe ungeschützt einem Verschleiß ausgesetzt, wodurch dieselbe abgetragen werden kann, was letztendlich zur Verkürzung der sogenannten Sehnenlänge des Schaufelblatts und damit zu aerodynamischen Verlusten führt.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde eine neuartige Turbomaschinenschaufel, insbesondere eine neuartige Gasturbinenschaufel, zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Turbomaschinenschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfin-

dungsgemäß ist das Schaufelblatt zumindest im Bereich der Strömungseintrittskante mit einer duktilen Verschleißschutzschicht beschichtet, wobei die duktile Verschleißschutzschicht in einer Metallmatrix eingelagerte keramische Hartpartikel aufweist.

Die Erfindung schlägt vor, das Schaufelblatt einer Turbomaschine zumindest im Bereich der Strömungseintrittskante mit einer duktilen, nicht rein keramischen sowie nicht rein metallischen Verschleißschutzschicht zu beschichten, wobei die duktile Verschleißschutzschicht in einer Metallmatrix eingelagerte keramische Hartpartikel umfasst. Eine solche duktile Verschleißschutzschicht neigt bei einem Auftreffwinkel von Partikeln um in etwa 90° nicht zur Rissbildung und damit nicht zum Abplatzen. Auf diese Art und Weise kann die Strömungseintrittskante einer Turbomaschine effektiv vor einem Verschleiß durch Erosion, Vogelschlag oder auch Hagelschlag geschützt werden.

Der Begriff der "Turbomaschinenschaufel" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung weit- gefasst zu verstehen und bezieht sich insbesondere auf Turbomaschinenschaufeln im engen oder eigentlichen Sinne bzw. auf Strömungsprofile, wie z.B. Turbinenschaufeln, Verdichterschaufeln, Rotorblätter, Turboprop-Propeller, Hubschrauberflügel und der gleichen.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Turbomaschinenschaufel.

Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Turbomaschinenschaufel 10, insbesondere einer Gasturbinenschaufel. Bei der Turbomaschinenschaufel 10 handelt es sich vorzugsweise um eine statorseitige Leitschaufel oder um eine rotorseitige Laufschaufel einer als Flugtriebwerk ausgebildeten Gasturbine.

Die Turbomaschinenschaufel 10 umfasst ein Schaufelblatt 11 sowie einen Schaufelfuß 12, wobei das Schaufelblatt 11 eine Strömungseintrittskante 13 und eine Strömungsaustritts-

kante 14 umfasst. Zwischen der Strömungseintrittskante 13 und der Strömungsaustrittskante 14 des Schaufelblatts 11 erstreckt sich eine Saugseite sowie eine Druckweite des Schaufelblatts.

Erfindungsgemäß ist das Schaufelblatt 11 zumindest im Bereich der Strömungskante 13 mit einer duktilen Verschleißschutzschicht beschichtet, wobei die duktile Verschleißschutzschicht in einer Metallmatrix eingelagerte keramische Hartpartikel aufweist. Die duktile Verschleißschutzschicht ist demnach weder als rein keramische noch als rein metallische Schicht ausgeführt, vielmehr liegen in der duktilen Verschleißschutzschicht metallische und keramische Phasen gemischt nebeneinander vor.

Vorzugsweise weist die duktile Verschleißschutzschicht in einer Metallmatrix eingelagerte Carbidpartikel auf, insbesondere Carbidpartikel aus Titancarbid oder dergleichen.

Die zumindest im Bereich der Strömungseintrittskante 13 auf das Schaufelblatt 11 aufgebrachte duktile Verschleißschutzschicht neigt bei Auftreffwinkeln von Fremdpartikeln in einer Größenordnung von in etwa 90° nicht zu einer Rissbildung und nicht zu einem Abplatzen. Daher eignet sich dieselbe insbesondere zum Schutz der Strömungseintrittskante 13 des Schaufelblatts 11 vor einem Verschleiß durch Erosion, Vogelschlag oder auch Hagelschlag.

Da eine solche duktile Verschleißschutzschicht jedoch bei Auftreffwinkeln von weniger als 90° schnell abgetragen werden kann, ist das Schaufelblatt 11 zusätzlich mit einem harten Verschleißschutzsystem beschichtet, wobei dieses Verschleißschutzsystem vorzugsweise als Multilayer-Schichtsystem ausgebildet ist, welches mindestens eine relativ harte, rein keramische Schicht und mindestens eine relativ weiche, rein metallische Schicht aufweist. Diese Schichten sind dann wechselweise auf das Schaufelblatt 11 unter Ausbildung des Multilayer-Schichtsystems aufgebracht.

Nach einer ersten Alternative ist das Schaufelblatt 11 mit der duktilen Verschleißschutzschicht und dem harten Verschleißschutzsystem derart beschichtet, dass das Schaufelblatt

11 vollständig mit dem harten Verschleißschutzsystem beschichtet ist, wobei zumindest im Bereich der Strömungseintrittskante 13 das harte Verschleißschutzsystem mit der duktilen Verschleißschutzschicht überbeschichtet ist. In diesem Fall ist die duktile Verschleißschutzschicht vorzugsweise ausschließlich auf die Strömungseintrittskante 13 sowie gegebenenfalls auf sich unmittelbar an die Strömungseintrittskante 13 anschließende Abschnitte der Saugseite und der Druckseite des Schaufelblatts 11 aufgebracht.

Nach einer zweiten Alternative der Erfindung ist das Schaufelblatt 11 derart mit der duktilen Verschleißschutzschicht und dem harten Verschleißschutzsystem beschichtet, dass zumindest im Bereich der Strömungseintrittskante 13 die duktile Verschleißschutzschicht mit dem harten Verschleißschutzsystem überbeschichtet ist. In diesem Fall wird dann im Betrieb das harte Verschleißschutzsystem im Bereich der Strömungseintrittskante 13 rasch abgetragen, wobei dann die Strömungseintrittskante 13 durch die duktile Verschleißschutzschicht vor Verschleiß durch Erosion, Hagelschlag oder auch Vogelschlag geschützt ist. Auch in dieser zweiten Alternative ist die duktile Verschleißschutzschicht vorzugsweise ausschließlich im Bereich der Strömungseintrittskante 13 sowie gegebenenfalls unmittelbar an die Strömungseintrittskante 13 anschließende Abschnitte von Saugseite und Druckseite des Schaufelblatts 11 aufgebracht.

Es ist jedoch auch möglich, dass größere Bereiche des Schaufelblatts 11 mit der duktilen Verschleißschutzschicht oder gar das gesamte Schaufelblatt 11 mit der duktilen Verschleißschutzschicht beschichtet sind, wobei dann im Betrieb die duktile Verschleißschutzschicht außerhalb des Bereichs der Strömungseintrittskante 13 rasch abgetragen wird, und dann das ursprünglich darunter positionierte harte Verschleißschutzsystem die entsprechenden Abschnitte des Schaufelblatts 11 vor einem Verschleiß schützt.

Nach einer dritten Alternative ist es möglich, dass das Schaufelblatt 11 derart mit dem harten Verschleißschutzsystem und der duktilen Verschleißschutzschicht beschichtet ist, dass die duktile Verschleißschutzschicht ausschließlich auf die Strömungseintrittskante 13 sowie gegebenenfalls unmittelbar an die Strömungseintrittskante 13 anschließende Abschnitte der Saugseite und Druckseite aufgebracht ist, wobei sich das harte Verschleißschutzsys-

tem an die duktile Verschleißschutzschicht anschließt und demnach das Schaufelblatt ausschließlich in solchen Bereichen mit dem harten Verschleißschutzsystem beschichtet ist, in welchem dieselbe mit der duktilen Verschleißschutzschicht nicht beschichtet ist.

Mit der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, sämtliche Bereiche eines Schaufelblatts 11 einer Turbomaschinenschaufel 10 optimal vor einem Verschleiß durch Erosion, Hagelschlag oder auch Vogelschlag zu schützen. Im Bereich der Strömungseintrittskante 13 ist das Schaufelblatt 11 mit der duktilen Verschleißschutzschicht beschichtet. In anderen Abschnitten wird das Schaufelblatt 11 durch ein hartes Verschleißschutzsystem vor einem Verschleiß geschützt. Je nach Angriffsort der Erosion, des Hagelschlags oder des Vogelschlags liegt demnach eine geeignete Verschleißschutzschicht vor, um das Schaufelblatt 11 vor einem Verschleiß zu schützen. Durch das Aufbringen der duktilen Verschleißschutzschicht ausschließlich im Bereich der Strömungseintrittskante 13 wird das aerodynamische Profil des Schaufelblatts 11 im Bereich der Saugseite sowie Druckseite nur gering verändert.