Entwicklung einer Versuchsgasturbine zur Messung der Läufertemperaturen im Betrieb

Die Entwicklungstendenz im neuzeitlichen Gasturbinenbau führt zur Verbesse­ rung des wirtschaftlichen Wirkungsgrades der Anlage auf höhere Frischgas­ temperaturen am Turbineneintritt, gleichzeitig aber durch angestrebte Verminde­ rung des Leistungsgewichtes auf höhere Drehzahlen. Eine Steigerung von Drehzahl und Gastemperatur ist aber begrenzt durch die noch zulässige Werk­ stoffanstrengung, besonders der rotierenden Laufschaufel, die bei stationären Gasturbinenanlagen natürlich niedriger als bei kurzlebigen Hochleistungsgas­ turbinen, wie sie z. B. in Strahltriebwerken Verwendung finden, angesetzt werden muß. Bekanntlich unterliegt die Laufschaufel einer Turbine rechnerisch außerordentlich schwer erfaßbaren Beanspruchungsverhältnissen, die sich im einzelnen als Zug­ spannung infolge Fliehkrafteinwirkung, als Biege- und Torsionsspannung, her­ vorgerufen durch die an der Schaufel angreifende Umfangs- und Axialkraft, an­ sprechen lassen. Diesen Beanspruchungen überlagern sich beispielsweise bei Teil­ beaufschlagung oft noch Schaufelblattschwingungen, immer aber bei Beauf­ schlagung mit Heißgas thermische Spannungen, die durch ungleichmäßige Er­ wärmung des Schaufelprofils hervorgerufen werden. Die Größe der thermischen Spannungen im Innern des Schaufelprofils hängt von den unterschiedlichen Materialtemperaturen einzelner Schaufelzonen ab, die ihrerseits vor allem von der Schaufelprofilform, von der Anströmung und von den Wärmeleitungsverhält­ nissen in Schaufelfuß und Radscheibe herrühren. In ungünstigen Fällen können sich die thermischen Spannungen bei plötzlicher Änderung der Frischgastempera­ tur der Turbine, also bei Änderung des Betriebszustandes, mit den dauernd er­ tragenen mechanischen Spannungen derart superponieren, daß an bestimmten Stellen des Profils die Bruchfestigkeit bei der entsprechenden Temperatur über­ schritten wird, was zur Zerstörung der Beschaufelung führt.