ZEISS Power & Energy Solutions

Heißgaspfad in Gasturbinen

Der Heißgaspfad einer Gasturbine besteht aus Komponenten, die extremen Temperaturen und rauen Umgebungsbedingungen standhalten müssen. Moderne Beschichtungen erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen, Oxidation und thermische Ermüdung und verlängern so die Lebensdauer und Leistung der Turbine. Die Übergangsstücke verbinden den Verbrennungsbereich mit der ersten Stufe der Turbine. Dies dient der Optimierung des Gasflusses. Hitzeschilde schützen die Turbinenstruktur vor starker Hitze und sichern die thermische Stabilität. Dazu werden hochtemperaturbeständige Materialien und Keramikbeschichtungen verwendet. Diese Komponenten sind entscheidend für die Effizienz und erfordern eine äußerst präzise Fertigung, um die Leistungsstandards zu erfüllen.

Beschichtung im Heißgaspfad von Gasturbinen

Der Beschichtungsprozess im Heißgaspfad von Gasturbinen ist entscheidend für die Leistungsoptimierung und Langlebigkeit der Komponenten. Spezielle Beschichtungen erhöhen die Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen, Oxidation und thermische Ermüdung und optimieren gleichzeitig die aerodynamische Effizienz. Wärmedämmschichten sind entscheidend für den Schutz dieser Komponenten und sichern einen zuverlässigen, effizienten Turbinenbetrieb unter extremen Bedingungen.
  • Herausforderung

    Um eine gleichmäßige Verteilung der Beschichtung auf den Bauteilen entlang des Heißgaspfads zu erreichen, müssen strenge Mindeststandards für die Schichtdicke und -qualität eingehalten werden. Dafür sind präzise Auftragstechniken erforderlich, die eine gleichmäßige Oberflächenwelligkeit und -rauheit gewährleisten können. Eine starke Haftung ist besonders wichtig für additiv gefertigte Teile mit komplexen Geometrien, da sie eine robuste Bindung zwischen den Beschichtungsschichten und dem Substrat erfordert.

  • Unsere Lösung

    Optische 3D-Messsysteme wie ZEISS ScanBox und ZEISS ATOS 5 for Airfoil ermöglichen die vollständige Erfassung der Bauteiloberflächen. Sie liefern detaillierte Einblicke in den Beschichtungsprozess, einschließlich der Geometrie und der Oberflächenbeschaffenheit der zu beschichtenden Komponenten.

    Alternativ werden hochpräzise Koordinatenmessgeräte (CMM) eingesetzt, um kritische Bereiche zu messen.

    ZEISS Mikroskopie-Lösungen ermöglichen hochauflösende Bildgebung und Analyse, um die Beschichtungsdicke, Gleichmäßigkeit und Bindung zwischen den Schichten präzise zu untersuchen.

    PiWeb-Berichterstattung gewährleistet umfassende Dokumentation über den gesamten Lebenszyklus der Bauteile, von der Produktion über Reparaturen bis hin zu ihrem Lebensende.

Übergangsstück

Das in der Brennkammer befindliche Übergangsstück verbindet den Verbrennungsbereich mit der ersten Turbinenstufe. Es erfüllt eine aerodynamische Funktion, indem es die entzündeten und sich ausdehnenden heißen Gase aus der Kammer zur ersten Stufe der Turbine leitet. Die optimale Strömungsführung und der ideale Eintrittswinkel der heißen Gase in die erste Stufe sind entscheidend, um Effizienzverluste zu minimieren und die Leistung zu maximieren.
  • Die Herausforderung: Geometrie und Abmessungen

    Freiformflächen und komplexe Geometrien machen eine Qualitätskontrolle bei jedem Produktionsschritt unerlässlich. Beim Zusammenbau mehrerer Teile muss jedes einzelne spezifische Kriterien und Toleranzen erfüllen, um die ordnungsgemäße Funktionalität und Passgenauigkeit sicherzustellen und kostspielige Ausfälle zu verhindern. Die Bemaßungsdaten sind ein wesentlicher Input für die nachfolgenden Fertigungsschritte, insbesondere bei strömungsrelevanten Bauteilen, bei denen Freiformflächen für die Funktionalität unerlässlich sind.

    Dies trifft besonders auf Komponenten wie das Übergangsstück, das Hitzeschild, den Wirbelkanal und andere zugehörige Teile zu.

  • Unsere Lösung für Geometrie und Abmessungen

    Innovative optische Messsysteme wie die ZEISS ScanBox und ZEISS ATOS 5 ermöglichen umfassende Oberflächenmessungen und bieten detaillierte Einblicke in die Geometrie der aerodynamischen Oberflächen sowie in kritische Bereiche der Teilemontage.

    Diese Systeme integrieren sich nahtlos in den Produktionsablauf und ermöglichen eine umfassende Dokumentation über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Das PiWeb Reporting bietet Echtzeit-Feedback und ermöglicht zeitnahe Anpassungen.

Hitzeschild

Hitzeschild-Bauteile schützen die Brennkammer und die Gehäusekomponenten des Heißgaspfades. Zusätzlich gewährleisten sie die strukturelle und thermische Stabilität im laufenden Betrieb. Sie sind gleichmäßig in einer 360°-Konfiguration verteilt und gemäß den Konstruktionsspezifikationen an vordefinierten Standorten montiert. Teile aus hochtemperaturbeständigen Materialien, wie Keramik oder metallischen Gusslegierungen mit keramischen Beschichtungen, sichern einen reibungslosen Betrieb nur, wenn sie exakt den geometrischen Abmessungen entsprechen und mit den richtigen Beschichtungen versehen sind.
  • Die Herausforderung: Material- und Fehleranalyse

    Die Analyse von Metalllegierungen, keramischen Werkstoffen und anderen Materialien ist ausschlaggebend, um die optimale Qualität und Leistung sämtlicher Komponenten sicherzustellen. Die Kombination aus den Materialeigenschaften und speziellen Fertigungsmethoden wie Gießen und Keramikbeschichtung stellt eine Herausforderung dar, um Hochleistungskomponenten zu produzieren, die extremen Temperaturanforderungen standhalten. Die Qualität der Teile muss durch fortlaufende Fehleranalysen kontinuierlich verbessert werden, sowohl zu Beginn als auch am Ende ihres Lebenszyklus.

  • Unsere Lösung für die Material- und Fehleranalyse

    Innovative optische Messsysteme wie ZEISS ScanBox und ZEISS ATOS 5 ermöglichen umfassende Oberflächenmessungen. Diese Systeme liefern detaillierte Einblicke in die Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit der Bauteile sowie in die thermische Beschichtung.

    ZEISS Mikroskopie-Lösungen ermöglichen eine hochauflösende Bildgebung und für die präzise Analyse von Guss- und Keramikteilen. Darüber hinaus lassen sich Metalllegierungen hinsichtlich ihrer Mikrostruktur und Zusammensetzung analysieren, während Defekte untersucht werden können, um deren Ursachen zu identifizieren.

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