Turbinenschaufeln

Diskutiere Turbinenschaufeln im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Hallo zusammen, ich muss für mein Studium eine Problemstellung behandeln, welche in diesem Forum vor einigen Jahren bereits diskutiert wurde....

Moderatoren: Skysurfer
  1. DuST

    DuST Flugschüler

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    Hallo zusammen,

    ich muss für mein Studium eine Problemstellung behandeln, welche in diesem Forum vor einigen Jahren bereits diskutiert wurde. Es geht darum einen geeigneten Werkstoff für die Produktion von Turbinenschaufeln zu präsentieren, welcher folgenden Anforderungen gerecht werden sollte:

    - Hohe Zähigkeit
    - Hohe Hochtemperaturbeständigkeit (Brennkameraustrittstemperatur beträgt 2.000 °C, daher auch eine sinnvolle Kühlung zu wählen)
    - Verarbeitung zu komplexen Schaufelgeometrien sollte möglich sein (da die Leistung der Schaufeln ja stark geometrieabhängig ist).

    Den alten Thread findet man unter: http://www.flugzeugforum.de/forum/archive/index.php/t-27638.html.

    Auch ich wäre sehr dankbar wenn hier ein paar Spezialisten etwas über die aktuell verwendeten Werkstoffe bei der Produktion von Turbinenschaufeln schreiben würden, sowie Vorschläge für Werkstoffe die den oben genannten Anforderungen gerecht werden geben könnten. Vielen Dank im Voraus an alle Antwortenden!

    Gruß Hans
     
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  3. #2 Taliesin, 11.11.2011
    Taliesin

    Taliesin Astronaut

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    Normalerweise nimmt man in dem Bereich Titan oder Chrom-Nickel-Stähle. Das sind aber meistens Speziallegierungen, die unter Firmennamen laufen und deren genaue Zusammensetzung geheim ist, jedenfalls bei den hochspezialisierten Legierungen.
     
  4. cool

    cool Testpilot

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    Ganz genaue Infos dazu wird man nicht bekommen, dass ist immerhin die "Trickkiste" der Triebwerkshersteller, den mit dieser (und vorallem deren Temoperatur/Festigkeits-Eigenschaften) stiegt auch maßgeblich die Effizienzs eines Triebwerks.

    Titan wär zumindest ein äussers zäher Werkstoff und durch das superplastische Formen auch halbswegs gut verarbeitbar, allerdings ist er nicht Temperaturfest, zumindest nicht einsetzbar im Bereich der Turbinen. Titan liegt im Verdichter bis etwa ~Mitte Niederdruck (oder Mitteldruckverdichter beim RR), danach muss auch hier auf Stahllegierungen umgeschwenkt werden, die Temperaturen sind zu hoch und würden die Festigkeit des Titans beeinträchtigen.

    Typische Legierungen im Turbinenbereich sind das schon genannte Inconel (Markenname ) in verschiedenen Ausführungen und ist eine Nikel-Chrom -ect. Legierung oder alternativ Kobald-Legierungen. Für den Schaufelbereich zb:

    INCONEL 100 mit einer Betriebstemperatur von bis zu 1 075 K und einer
    Dehngrenze von 800 N/mm² bei 875 K. Die Zeitdehngrenze (0.1 %) für 10³
    Stunden und 900 K liegt bei 375 N/mm².
    MAR-M-247 LC mit einer Betriebstemperatur von bis zu 1 125 K und einer
    Dehngrenze von 900 N/mm² bei 875 K. Die Zeitdehngrenze (0.1 %) für 10³
    Stunden und 900 K liegt bei 420 N/mm².
    SER 99 EK mit einer Betriebstemperatur von bis zu 1 125 K und einer Dehngrenze
    von 950 N/mm² bei 875 K. Die Zeitdehngrenze (0.1 %) für 10³ Stunden
    und 900 K liegt bei 550 N/mm².

    Ich glaube, das ist dasselbe ;)

    jenachdem wie und welchen Umfang deine Arbeit haben soll und wie lange deine Einarbeitungszeit sein darf, würde ich da entsprechende Fachliteratur kaufen und diese auch gleich als Quellenangaben nutzen. Ich kann dir da das Werk ans Herz legen:
    Als Leseprobe: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j...IUMNiZy5TOoufqovA&sig2=OBrhw795EtdZdfDxO9SnIA
    Zum kaufen: http://www.amazon.de/Flugzeugtriebw...esse-Turbomaschinen-Komponenten/dp/3540763686

    Aber als Student hast du bestimmt auch in der Bibliothek darauf Zugriff. Nett an dem "Schinken" ist, dass es 1. auch für "fortgeschrittene Laien" lesbar ist, bzw. das es insich komplett aufgebaut ist, zwar sollte man ein Mindestwissen mitbringen, aber im Zweifelsfall findet man die Erklärung auch irgendwo im Buch und wird entsprechend "verlinkt" und
    2. das es grob in 2 Teile gegliedert ist, der erste für den "groben" Überblick, was i.d.R. schon reicht um seinen eigenen Wissensdurst zu stillen und den zweiten dann für die etwas fortgeschritteneren.
     
    Aviador gefällt das.
  5. #4 uli, 17.11.2011
    Zuletzt bearbeitet: 17.11.2011
    uli

    uli Kunstflieger

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    HT-Werkstoffe für Turbinen

    Hallo Hans,

    Ein komplexes Thema hast du dir da ausgesucht, ich kann dir lediglich mit einigen Stichworten helfen:

    Werkstoffentwicklung ist teuer und langwierig. Normalerweise passiert dies in staatl. geförderten Forschungsprogrammen an denen sich alle Triebwerks- und Gasturbinenhersteller beteiligen. Die Werkstoffdaten sind daher öffentlich – man muss sie nur finden.

    In den aktuellen Hochdruckstufen von GT’s und Triebwerken kommen ausschliesslich Nickelbasis-Legierungen zum Einsatz, d.h. der Nickelanteil ist ca. 70% oder höher. Die Schaufeln werden in einem Spezialverfahren gegossen, so dass keine Kornstruktur mehr vorhanden ist – die Schaufel ist ein sogenannter Einkristall (SC).

    Als aktuelle SC-Werkstoffe der dritten und vierten Generation werfe ich mal ein paar Produktnamen ins Feld: CMSX10, Rene N5, TMS138, HTM21 (einfach mal googlen).

    Derartige Schaufeln halten im Dauerbetrieb ca. 1050 °C aus. Die Temperatur des vorbeiströmenden Gases ist jedoch deutlich höher. Die tatsächlichen Turbineneintrittstemperaturen werden eher unter Verschluss gehalten, aber es dürften in modernen Flugtriebwerken so 1500 °C sein, bei militärischen Triebwerken vermutl. nochmal 50 K mehr. Die von dir genannten 2000 K sind jedoch unrealistisch – es sei denn, die Turbine muss nur 5 Minuten überleben (Turbopumpe für ein Raketentriebwerk z.B.).

    Damit die Schaufel im Gasstrom überleben kann, sind zwei Dinge essentiell: Kühlung und Wärmeschutzschichten. Diese beiden Massnahmen halten ca. 500 K vom Schaufelmaterial fern. Die Kühlung ist hierbei das Wundermittel – hier wird intensiv geforscht und hier halten die Hersteller auch dicht. Wärmeschutzschichten sind eher öffentlich, es handelt sich um mit Yttrium stabilisierte keramische Schichten aus Zirkonium. Am besten mal nach „Thermal Barrier Coating“ googlen.

    Für deine Anforderungen gibt es für ausreichende Lebensdauer (ca. 10‘000 h) keine mir bekannte Lösung. Als Grundmaterial benötigst du Keramik, das ist aber nicht zäh und auch nicht beliebig giess / formbar. Mit den aktuellen Nickelbasiswerkstoffen könnte mit intensiver Kühlung (das kostet aber Wirkungsgrad) eine bescheidene Lebensdauer erreicht werden.

    Vielleicht kannst du was mit meinen Angaben anfangen.

    Gruss
    Uli



    Edit: ich sehe gerade, du postulierst eine Temperatur nach Brennkammer von 2000 °C, nicht Kelvin. Das ist schlichtweg unmöglich, das direkt auf die Turbine zu geben. Hier muss "kalte" Verdichterluft zugemischt werden, bis die Temperatur vor Turbine unter 1500°C zu liegen kommt.
     
  6. #5 Pilot Maddin, 10.12.2011
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    Turbine Blades

    @DuST

    Hab dir ne PN geschickt! :stung:
     
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    Hallo

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  8. #6 koehlerbv, 10.12.2011
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    Maddin, DuST hat lt. Profil hier das letzte Mal am 16.11.2011 angemeldet reingeschaut. Ich befürchte, der ist "raus aus der Nummer" und doch nicht sooo am FF-Wissen interessiert.

    Bernhard
     
  9. #7 Pilot Maddin, 11.12.2011
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    Schade,

    die Seite hat echt so viel nützliches und man bekommt 'ne Menge mit, was man irgendwie und wann mal gebrauchen kann.
    Wer weiß, vielleicht kommt er mal wieder!

    Also ich bleib hier! :stung::distracted: Mir gefällt's! :emmersed:
     
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Thema: Turbinenschaufeln
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