Untersuchung instationärer Betriebsbedingungen

Zusammenfassung

Wie schon anfangs erwähnt, nimmt die Temperaturmessung am rotierenden Schaufelprofil für instationäre Betriebsbedingungen, also für das Anfahren, für Laständerungen und für das Abstellen einer Gasturbine grundlegende Bedeutung an, weil weniger die absolute Temperatur der Schaufel als vielmehr die bei instationärem Betrieb kurzzeitig auftretenden Temperaturunterschiede einzelner Schaufelzonen zu erheblichen zusätzlichen thermischen Spannungen im Schaufelquerschnitt führen, die sich der Vorausrechnung weitgehend entziehen und nur auf Grund eines Experimentes an der rotierenden Laufschaufel abgeschätzt werden können. Derartige Betriebsbedingungen liegen beim Hochfahren einer Gasturbine von Raumtemperatur auf Betriebstemperatur in kürzester Zeit vor, also beispielsweise beim Schnellstart eines Strahltriebwerkes, das innerhalb von ½ bis 1 min aus dem Stillstand auf volle Leistung und Schubabgabe gebracht wird. So erreicht z. B. das Triebwerk General-Electric J-79-GE-7 nach 35 sec Leerlauf (»idle«) und nach weiteren 10 sec Vollschub. Das Material der Laufschaufeln, das unter diesen Betriebsbedingungen besonders ungünstig beansprucht wird, unterliegt der mit dem Quadrat der Drehzahl ansteigenden Fliehkraftspannung, geht aber gleichzeitig mit wachsender Frischgastemperatur mit seinem Festigkeitswert zurück entsprechend dem temperaturabhängigen Verlauf der Zeitdehngrenze des betreffenden Schaufelmaterials. Hinzu kommt die Tatsache, daß die Randzonen des Profils, also die Eintrittskante, besonders aber die meist wesentlich schlankere Austrittskante erheblich schneller durch das die Schaufel umspülende Heißgas aufgeheizt werden als der Kern der Schaufel, was kurzzeitig zu teilweise beträchtlichen Temperaturdifferenzen zwischen Kern und Schaufelkanten und damit zu unterschiedlichen Dehnungen und daraus resultierenden thermischen Spannungen der verschiedenen Schaufelzonen führt. Diese verschiedenartigen Beanspruchungen der Schaufel und ihre Auswirkungen, die allgemein als »Wärmeschock« bezeichnet werden, führen im Verein mit ungünstigen mechanischen Beanspruchungen, vor allem aber bei Schaufelschwingungen, oft zur völligen Havarie der Turbine [7] und [8].