Was ist Beschaufelung – Definition

Beschaufelung

Die wichtigsten Turbinenelemente sind die Turbinenschaufeln . Sie sind die Hauptelemente, die die Druckenergie des Arbeitsmediums in kinetische Energie umwandeln. Es gibt zwei Grundtypen von Turbinenschaufeln:

• bewegliche Schaufeln
• feststehende Schaufeln

In Dampfturbinen expandiert der Dampf durch die feststehende Schaufel (Düse), wo die Energie des Druckpotentials in kinetische Energie umgewandelt wird. Der Hochgeschwindigkeitsdampf aus feststehenden Düsen prallt auf die Laufschaufeln, ändert ihre Richtung und dehnt sich auch aus (im Falle von Reaktionsschaufeln ). Durch die Richtungsänderung und die Dampfbeschleunigung (bei Reaktionsschaufeln) wird eine Kraft aufgebracht. Der resultierende Impuls treibt die Schaufeln vorwärts und bewirkt, dass sich der Rotor dreht. Dampfturbinentypen basierend auf Schaufelgeometrie und Energieumwandlungsprozess sind:

• Impulsturbine
• Reaktionsturbine

Moderne Dampfturbinen setzen häufig sowohl Reaktion als auch Impuls in derselben Einheit ein und variieren typischerweise den Grad der Reaktion und des Impulses von der Schaufelfußwurzel bis zu ihrer Peripherie. Die Rotorblätter sind üblicherweise wie ein Impulsblatt an der Fäule und wie ein Reaktionsblatt an der Spitze ausgebildet.

Der Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit einer Turbine hängen von der richtigen Auslegung der Schaufeln ab. Daher ist es für alle an der Turbinentechnik beteiligten Ingenieure erforderlich, einen Überblick über die Bedeutung und die grundsätzlichen Auslegungsaspekte der Dampfturbinenschaufeln zu haben. Das Engineering von Turbinenschaufeln ist eine multidisziplinäre Aufgabe . Es umfasst die Bereiche Thermodynamik , Aerodynamik, Maschinenbau und Werkstofftechnik .

Bei Gasturbinen sind die Turbinenschaufeln häufig die begrenzende Komponente. Die höchste Temperatur im Zyklus tritt am Ende des Verbrennungsprozesses auf und ist durch die maximale Temperatur begrenzt , der die Turbinenschaufeln standhalten können. Metallurgische Überlegungen (ca. 1700 K) setzen der thermischen Effizienz wie üblich Obergrenzen. Daher verwenden Turbinenschaufeln häufig exotische Materialien wie Superlegierungen und viele verschiedene Kühlmethoden wie innere Luftkanäle, Grenzschichtkühlung und Wärmedämmschichten. Die Entwicklung von Superlegierungen in den 1940er Jahren und neue Verarbeitungsmethoden wie das Vakuuminduktionsschmelzen in den 1950er Jahren erhöhten die Temperaturbeständigkeit von Turbinenschaufeln erheblich. Moderne Turbinenschaufeln verwenden häufigSuperlegierungen auf Nickelbasis , die Chrom, Kobalt und Rhenium enthalten.

Dampfturbinenschaufeln sind nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt, müssen jedoch einem Betrieb mit zweiphasigem Fluid standhalten . Ein hoher Gehalt an Wassertropfen kann das schnelle Auftreffen und Erodieren der Schaufeln verursachen, das auftritt, wenn Kondenswasser auf die Schaufeln gesprengt wird. Um dies zu verhindern, werden beispielsweise Kondensatableiter in die zur Turbine führende Dampfleitung eingebaut. Eine weitere Herausforderung für Ingenieure ist die Konstruktion der Schaufeln der letzten Stufe der LP-Turbine. Diese Schaufeln müssen (aufgrund des hohen spezifischen Dampfvolumens) sehr lang sein, was enorme Fliehkräfte hervorruftwährend der Operation. Daher werden Turbinenschaufeln durch die Zentrifugalkraft (Turbinenstufen können sich mit Zehntausenden Umdrehungen pro Minute (U / min) drehen, normalerweise jedoch mit 1800 U / min) und durch Fluidkräfte belastet, die zu Brüchen, Nachgeben oder Kriechversagen führen können.