Schaufel

Eine Schaufel ist eine gekrümmte Schaufel, die auf dem Rotor einer Dampf- oder Gasturbine montiert ist. Heißes, hochdruckiges Fluid strömt über die Schaufeln, drückt jede einzelne nach vorne und bringt den Rotor zum Drehen mit Drehzahlen von 3.600 U/min oder höher. Die Schaufel wandelt die kinetische Energie des strömenden Fluids in mechanische Rotation um, die einen Generator, Verdichter oder eine Pumpe antreibt.

Schaufeln sind über eine Turbine nicht einheitlich ausgebildet. Schaufeln der frühen Stufen, die dem Dampf- oder Gaseinlass am nächsten sind, erfahren höhere Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen, die in Dampfturbinen oft 1.000 Grad Fahrenheit übersteigen. Schaufeln späterer Stufen sind länger und breiter, weil sich das Fluid ausdehnt und verlangsamt, während es durch die Maschine strömt. Eine große Dampfturbine kann 50 oder mehr Schaufelreihen enthalten, wobei jede Reihe Dutzende einzelner Schaufeln trägt, die an der Rotorscheibe angebolt oder verlötet sind.

Die Form einer Schaufel ist entscheidend für die Leistung. Die meisten modernen Ausführungen verwenden ein Tragflügelprofil, ähnlich einem Flugzeugflügel, das die Kraft maximiert, die beim Überströmen der gekrümmten Oberflächen entsteht. Der Schaufelkanal, die engste Passage zwischen benachbarten Schaufeln, muss eine Beschleunigung der Strömung gegen eine Erzeugung übermäßiger Turbulenzen ausgleichen. Schlechte Schaufelaerodynamik verschwendet Energie als Wärme und Vibration.

Häufige Ausfallarten und Werkstoffe

Schaufeln fallen durch Erosion, Korrosion, thermische Ermüdung und mechanische Vibration aus. In Dampfturbinen, die mit nassem Dampf laufen, prallen Wassertropfen auf und entfernen allmählich Material von den Schaufeloberflächen. Korrosion tritt auf, wenn Kondensat oder Verbrennungsprodukte das Schaufelwerkstoff angreifen. Schaufeln werden typischerweise aus nickelgestützten Superlegierungen wie Inconel oder Mar-M für Gasturbinen gegossen, die extreme Temperaturen vertragen, während Dampfturbinenschaufeln für niedrigere Temperaturanwendungen oft aus Edelstahl oder Titan gefertigt sind.

Der Begriff Schaufel stammt von der visuellen Ähnlichkeit mit einer Wassermühlen-Schaufel, obwohl Turbinenschaufeln weitaus präziser konstruiert sind. In einigen Regionen und älteren Texten werden Schaufeln Blätter oder Leitschaufeln genannt; Leitschaufel bezieht sich häufiger auf ortsfeste Schaufeln, die den Strom lenken, während Blatt oder Schaufel die rotierenden, auf dem Rotor montierten Komponenten beschreiben. Die Unterscheidung ist wichtig in technischer Dokumentation und Gerätehandbüchern.