High-tech-Schicht schützt Turbinen vor Höllenhitze

Mikrometerdünne Schichten, entwickelt von Siemens-Experten in Mühlheim und in München, erhöhen die Hitzebeständigkeit und Lebensdauer dieser High-tech-Schaufeln. Höhere Brenntemperaturen bedeuten einen höheren Wirkungsgrad. Die Schutzschichten sind auch in der weltweit größten Gasturbine im Einsatz, die derzeit in Irsching bei Ingolstadt getestet wird. In Kombination mit einer Dampfturbine wird ein Wirkungsgrad von mehr als 60 Prozent angestrebt. Das spart gegenüber der bisher effizientesten Anlage rund 40.000 Tonnen CO2 pro Jahr.

Die Super-Gasturbine verdankt ihre Beständigkeit einem Zweischichtsystem: Eine Keramikschicht als Wärmedämmung macht sie gegen Brenntemperaturen mehr als 1.400 Grad Celsius immun. Eine darunterliegende Haftungsschicht zwischen dem Metall der Turbinenschaufel und der Keramikbeschichtung sorgt für eine lange Lebensdauer und schützt das Metall vor Oxidation. Siemens-Experten geben der Haftungsschicht, die bisher aus einer Mischung von Kobalt, Nickel, Chrom, Aluminium und Yttrium bestand, neuerdings ein bis zwei Prozent Rhenium bei. Das verbessert die mechanischen Eigenschaften und bringt insgesamt eine Lebensdauer von 25.000 Stunden – sechsmal länger, als das reine Metall im heißen Strom der Verbrennungsgase überstehen würde.

Eine spezielle Prüftechnik garantiert die absolute Fehlerfreiheit der Turbinenschaufel, damit sie den Extrembelastungen im Betrieb auch tatsächlich standhalten kann: Ein von Siemens Corporate Technology entwickeltes optisches Triangulationsverfahren erstellt ein vollständiges dreidimensionales Bild der Oberfläche, das auch den kleinsten Haarriss oder eine Unebenheit entdecken kann.

Aus der Information lässt sich unter anderem die thermische Belastung ablesen. Ergänzt man das Messsystem noch mit UV-Beleuchtung, so kann der Prüfer sogar Auskunft über die Position und Abmessung von sonst unsichtbaren Rissen geben. Mit den hier gesammelten und auswertbaren Daten können sogar Design und Herstellung künftiger Turbinenschaufeln verbessert werden. (IN 2008.03.6)