Temperatur- und Schichtverschleissmessung für Turbinenschaufeln

Neue Methoden für die In-situ-Messung von Oberflächentemperatur und Schichtverschleiss in einem Prüfstand für rotierende Turbinenschaufeln.

Oberflächentechnologien, wie thermisch gespritzte Anstreifschichten, für Gas- und Dampfturbinen sowie Turbolader dienen der Spaltkontrolle zwischen Turbinenschaufel und Turbinengehäuse. Sie werden für ein breites Spektrum an Anwendungen und Belastungszuständen optimiert. Diese Schichten verbessern die Betriebssicherheit der Turbinen, reduzieren den Brennstoffverbrauch und Emissionen. Die Turbinenschaufel (2) und die Anstreifschicht (4) bilden nach dem Anstreifvorgang das Dichtsystem der Gasturbine.

Auf einem «Incursion-Prüfstand» werden die Verschleissmechanismen der Dichtsysteme unter realitätsnahen Bedingungen simuliert. Dieser besteht hauptsächlich aus einem Rotor (1), einer «Incursion Unit»(2) und einem Hochgeschwindigkeitsbrenner (3). Für die Untersuchung der Vorgänge während des Anstreifvorgangs ist die Temperaturentwicklung von grosser Bedeutung. Diese wird mit einer High-Speed-Wärmebildkamera erfasst und dient als Grundlage für die Beurteilung neuer Beschichtungen.

Bildgebende Verfahren im Infrarot-Bereich sind mit einer beträchtlichen Messunsicherheit behaftet. Einzelne Beiträge dazu wurden im Labor experimentell quantifiziert und somit die Gesamtunsicherheit dieser Messung am Prüfstand signifikant verbessert.