Turbinenblätter

Turbinenblätter sind Schaufeln in einer Turbine, die die Strömungsenergie in mechanische Arbeit umsetzen. Sie bilden in mehrstufigen Turbinen die Arbeitsstufen und werden grob in bewegliche Laufschaufeln am Rotor (Laufradblätter) und starre Festblätter am Stator (Leitschaufeln) unterteilt. Die Schaufeln besitzen typischerweise ein aerodynamisches Luftfoil-Profil, das Druck- und Impulseffekte gezielt in Drehmoment überträgt. Die Geometrie, der Anstellwinkel und die Anordnung der Blätter bestimmen den Druckanstieg pro Stufe sowie die Effizienz der Turbine.

Temperatur- und Lastanforderungen: In modernen Gast- und Dampfmaschinen können Blätter extrem hohen Temperaturen ausgesetzt sein, weshalb spezielle Werkstoffe und Kühlung erforderlich sind. Typische Blätter bestehen aus Nickel-basierten Superlegierungen; zunehmend kommen keramische Matrix-Verbundwerkstoffe in Versuchsanlagen zum Einsatz. Die Oberflächen werden mit Thermalschutzeinlagen (Thermal Barrier Coatings, TBC) versehen. Zur Abkühlung enthalten Blätter interne Kühlkanäle und, oft, Filmkühlung.

Herstellung und Verarbeitung: Turbinenblätter werden je nach Länge und Last durch Guss (Feinguss) oder Schmieden hergestellt. Komplexe Geometrien, Veredelungen und Beschichtungen erhöhen Haltbarkeit und Temperaturbeständigkeit. Fertigungskosten, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität sind zentrale Qualitätsparameter.

Lebensdauer und Betrieb: Zentrale Versagensmechanismen sind thermo-mechanische Ermüdung, creep, Oxidation und Rissen durch Schwingungen. Regelmäßige Inspektionen, zerstörungsfreie Prüfungen und Zustandsüberwachung sind Bestandteil des Betriebs.

Anwendungsbereiche: Turbinenblätter finden sich in Dampfturbinen von Kraftwerken, Gasturbinen in der Energieerzeugung und in Flugtriebwerken bzw. industriellen Turbinenanlagen.