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Katalytische Beschichtungen zum Schutz hochtemperaturbeaufschlagter Bauteile

IP.com Disclosure Number: IPCOM000012093D
Original Publication Date: 2003-May-25
Included in the Prior Art Database: 2003-May-25
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Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In der Gasturbinenentwicklung ist man um Optimierungsansaetze bemueht: Zur Reduzierung des Kuehlluftverbrauchs, zur Erhoehung der Gaseintrittstemperaturen, zur Verbesserung der Verbrennung bei hoeheren Temperaturen und zur Verbesserung der Aerodynamik. Diese Optimierungen fuehren in der Regel zu einer deutlich hoeheren thermischen Belastung der eingesetzten Werkstoffe, die in Kombination mit den mechanischen oder chemischen Beanspruchungen zu einer z.T. erheblichen Verringerung der Lebensdauer von Bauteilen fuehren. Entlang des Heissgaspfades in einer Gasturbine sind davon vor allem die Brennkammerauskleidung, die heissgasfuehrenden Gehaeuse zwischen Brennkammer und Turbine, die Turbinenbeschaufelung und die Waermeschutzsysteme zur Verhinderung von Rotor- und Gehaeuseueberhitzung betroffen. Insbesondere zur Verlaengerung der Lebensdauer der Turbinenschaufeln und Hitzeschilde kommen eine Bauteilkuehlung und Waermedaemmschichtsysteme zum Einsatz. Der Abtransport der Waerme weg von der Bauteiloberflaeche erfolgt ueblicherweise mittels konvektiver Kuehlung oder mittels Filmkuehlung, bei der die zur Kuehlung genutzte Luft nach Waermeaufnahme durch Bauteilbohrungen abstroemt. Bei der Waermedaemmung bestimmen beispielsweise die Materialeigenschaften der Haftvermittlerschicht fuer die keramische Waermedaemmschicht die maximal einstellbare Oberflaechentemperatur und damit die maximal zulaessige Betriebstemperatur. Eine Idee zur Kuehlung von heissgasbeaufschlagten Bauteiloberflaechen ist, diese mit einer Substanz zu versehen, welche einen Katalysator enthaelt, der eine endotherme chemische Reaktion nahe der Bauteiloberflaeche befindlicher Gase bewirkt, wodurch der Bauteiloberflaeche Waerme entzogen wird. Der Katalysator fuer die Reaktion wird vorzugsweise in Form einer oder mehrerer Beschichtungen bereitgestellt. Die chemische Zusammensetzung einer solchen Schicht muss abgestimmt sein auf die Einsatzdauer des Bauteils und dessen Einsatzbedingungen, z.B. der Heissgastemperatur und der Brennstoffzusammensetzung. Dabei ist diejenige chemische Zusammensetzung geeignet, die ausgezeichnet ist durch

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S

© SIEMENS AG 2003 file: 2003J00435.doc page: 1

Katalytische Beschichtungen zum Schutz hochtemperaturbeaufschlagter Bauteile

Idea: Beate Heimberg, DE-Muelheim

In der Gasturbinenentwicklung ist man um Optimierungsansaetze bemueht: Zur Reduzierung des Kuehlluftverbrauchs, zur Erhoehung der Gaseintrittstemperaturen, zur Verbesserung der Verbrennung bei hoeheren Temperaturen und zur Verbesserung der Aerodynamik. Diese Optimierungen fuehren in der Regel zu einer deutlich hoeheren thermischen Belastung der eingesetzten Werkstoffe, die in Kombination mit den mechanischen oder chemischen Beanspruchungen zu einer z.T. erheblichen Verringerung der Lebensdauer von Bauteilen fuehren. Entlang des Heissgaspfades in einer Gasturbine sind davon vor allem die Brennkammerauskleidung, die heissgasfuehrenden Gehaeuse zwischen Brennkammer und Turbine, die Turbinenbeschaufelung und die Waermeschutzsysteme zur Verhinderung von Rotor- und Gehaeuseueberhitzung betroffen.

Insbesondere zur Verlaengerung der Lebensdauer der Turbinenschaufeln und Hitzeschilde kommen eine Bauteilkuehlung und Waermedaemmschichtsysteme zum Einsatz. Der Abtransport der Waerme weg von der Bauteiloberflaeche erfolgt ueblicherweise mittels konvektiver Kuehlung oder mittels Filmkuehlung, bei der die zur Kuehlung genutzte Luft nach Waermeaufnahme durch Bauteilbohrungen abstroemt. Bei der Waermedaemmung bestimmen beispielsweise die Materialeigenschaften der Haftvermittlerschicht fuer die keramische Waermedaemmschicht die maximal einstellbare Oberflaechentemperatur und damit die maximal zulaessige Betriebstemperatur.

Eine Idee zur Kuehlung von heissgasbeaufschlagten Bauteiloberflaechen ist, diese mit einer Substanz zu versehen, welche einen Katalysator enthaelt, der eine endotherme chemische Reaktion nahe der Bauteiloberflaeche befindlicher Gase bewirkt, wodurch der Bauteiloberfla...