CH708441A2 - Systeme und Verfahren betreffend die axiale Positionierung von Turbinengehäusen und den Schaufelspitzenspalt in Gasturbinen. - Google Patents

Abstract

Ein System zum passiven Ändern einer axialen Position eines inneren Gehäuses (51) einer Gasturbine in Abhängigkeit von einer Druckänderung in einem Strömungspfad (54) während eines Triebwerkseinschwingbetriebs. Zu dem System gehören: eine Verbindungsanordnung (75), die das innere Gehäuse (51) mit dem äusseren Gehäuse (52) gleitend verbindet, um das innere Gehäuse (51) zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in axialer Richtung zu bewegen; Mittel zum Druckbeaufschlagen eines Ringraums (53) im Verhältnis zu einem Strömungspfaddruck; Vorspannmittel (79) zum axialen Vorspannen des inneren Gehäuses (51) in Richtung der ersten Position; und eine Innengehäuseaufnahmefläche (77), die dazu eingerichtet ist, einen Druck in dem Ringraum (53) aufzunehmen, um das innere Gehäuse (51) gegenüber der axialen Vorspannung des Vorspannmittels (74) entgegengesetzt axial vorzuspannen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und speziell eine Einrichtung zum passiven Steuern der axialen Position eines inneren Gehäuses in dem Verdichter oder Turbinenabschnitt einer Gasturbine basierend auf Strömungspfaddrücken während verschiedener Triebwerksbetriebsmodi sowie ein Verwenden dieses Steuerverfahrens, um einen Spalttoleranzabstand zwischen benachbarten rotierenden und nicht rotierenden Komponenten günstig einzustellen.

[0002] Wie dem Fachmann klar, hängt der Wirkungsgrad einer Gasturbine von vielen Faktoren ab, von denen einer der radiale Toleranzabstand zwischen benachbarten rotierenden und nicht rotierenden Komponenten ist, beispielsweise zwischen den Rotorlaufschaufelspitzen und dem Gehäusemantel, der die äussere Spitzen der Laufschaufeln umgibt. Falls der Abstand zu gross ist, kommt es zu einem unannehmbar hohen Arbeitsfluidleckstrom, mit der Folge einer Verschlechterung des Wirkungsgrads. Falls der Toleranzabstand zu gering ist, besteht unter gewissen Bedingungen die Gefahr einer Berührung zwischen den Komponenten und einer Beschädigung derselben.

[0003] Die Möglichkeit einer Berührung zwischen rotierenden und nicht rotierenden Komponenten kann über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen bestehen. Eine solche Bedingung herrscht beispielsweise, wenn sich die Motordrehzahl ändert, d.h. zunimmt oder abnimmt, da Temperaturdifferenzen an dem Triebwerk häufig dazu führen, dass sich die rotierenden und nicht rotierenden Komponenten unterschiedlich rasch radial ausdehnen und zusammenziehen. Beispielsweise erfolgt die thermische Ausdehnung des Laufrads bei Triebwerksdrehzahlbeschleunigungen gegenüber derjenigen des Gehäuses gewöhnlich mit einer Verzögerung. Im Dauerbetrieb entspricht die Ausdehnung des Gehäuses derjenigen des Laufrads normalerweise genauer. Bei Triebwerksdrehzahlverzögerungen zieht sich das Gehäuse rascher zusammen als das Laufrad. Diese Probleme treten ebenfalls sowohl während des Hochfahrens als auch während des Herunterfahrens auf, da es während dieser Vorgänge häufig schwierig ist, die thermischen Ausdehnungen des Gehäuses an diejenigen des Laufrads anzupassen.

[0004] in dem Stand der Technik wurden Steuervorrichtungen vorgeschlagen, die gewöhnlich mechanisch oder thermisch aktiviert werden, um den Schaufelspitzenspalt aufrecht zu erhalten oder zu verringern, so dass ein Leckstrom auf ein Minimum reduziert wird. Allerdings bietet keine dieser Vorrichtungen eine optimale oder effiziente Konstruktion. Speziell sind für aktive Steuersysteme Rückkopplungsschleifen, Regelsysteme und zusätzlich Bauteile erforderlich, mit der Folge einer Verteuerung des Triebwerks. Es ist einsichtig, dass passive Systeme aufgrund ihrer vereinfachten Aktivierungsstrategie, die gewöhnlich weniger Teile erfordert, geringere Kosten verursacht und grössere Robustheit aufweist, bevorzugt würden, falls sie ähnliche Ergebnisse erzielen könnten. Folglich besteht immer noch ein Bedarf nach einem verbesserten Abstandsregelungsmechanismus, der einen engen Spitze-Mantel/Toleranzspalt über den Betriebsbereich des Triebwerks hinweg aufrecht erhält, um dadurch die Turbinenleistung zu verbessern und den Brennstoffverbrauch zu reduzieren. Darüber hinaus versteht es sich, dass herkömmliche Verfahren und Systeme zum axialen Positionieren der inneren Gehäuse, die gewöhnlich im Verdichter- und Turbinenabschnitt des Triebwerks vorhanden sind, in ähnlicher Weise unzureichend sind, und dass eine kommerzielle Nachfrage nach verbesserten Verfahren und Systemen zur Steuerung der axialen Position dieser Strukturen besteht. Selbstverständlich können derartige Steuerungsverfahren, falls sie kostengünstig, robust und effizient gestaltet sind, auch anderen Zwecken als den hier beschriebenen speziellen Beispielen zugeführt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0005] Die vorliegende Erfindung beschreibt daher ein System zum passiven Ändern einer axialen Position eines inneren Gehäuses einer Gasturbine in Abhängigkeit von einer Druckänderung in dem Triebwerksströmungspfad während eines Triebwerkseinschwingbetriebs. Zu dem System können gehören: eine Verbindungsanordnung, die das innere Gehäuse mit dem äusseren Gehäuse gleitend verbindet, um das innere Gehäuse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in axialer Richtung zu bewegen; Mittel zum Druckbeaufschlagen des Ringraums im Verhältnis zu einem Strömungspfaddruck; Vorspannmittel zum axialen Vorspannen des inneren Gehäuses in Richtung der ersten Position; und eine Innengehäuseaufnahmefläche, die dazu eingerichtet ist, einen Druck in dem Ringraum aufzunehmen, um das innere Gehäuse gegenüber der axialen Vorspannung des Vorspannmittels entgegengesetzt axial vorzuspannen.

[0006] Das Mittel zum Druckbeaufschlagen des Ringraums kann mindestens einen Zapfkanal aufweisen, der einen Zapfpunkt auf dem Strömungspfad strömungsmässig mit dem Ringraum verbindet, wobei die axiale Vorspannung der Druckfeder eine Schwellwertlast beinhaltet, die so eingerichtet ist, dass: a) die axiale Vorspannung während eines ersten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Belastung der Innengehäuseaufnahmefläche überschreitet, um das innere Gehäuse an der ersten Position zu halten; und dass: b) die axiale Belastung der Innengehäuseaufnahmefläche während eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Vorspannung überschreitet, so dass eine axiale Bewegung zu der zweiten Position eingeleitet wird.

[0007] Jedes der oben erwähnten Systeme kann zudem Strömungspfadkonfigurationsmittel aufweisen, die dazu dienen, einen Leckpfad zu verengen, wenn das innere Gehäuse von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt wird.

[0008] Jedes Strömungspfadkonfigurationsmittel zum Verengen des Leckpfades kann eine äussere Begrenzung mit einer axialen Neigung aufweisen; wobei der Strömungspfad eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandete Statorschaufeln beinhalten kann, die sich ausgehend von dem inneren Gehäuse erstrecken.

[0009] In jedem der oben erwähnten Systeme kann relativ zu der axialen Neigung eine konvergierende Richtung, in die der Strömungspfad konvergiert, und eine divergierende Richtung, in die der Strömungspfad divergiert, gebildet sein; und die axiale Bewegung des inneren Gehäuses von der ersten Position zu der zweiten Position kann in der divergierenden Richtung stattfinden.

[0010] Die Anmeldung beschreibt ausserdem ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position eines inneren Gehäuses relativ zu dem Strömungspfad in Abhängigkeit von einem Druckgefälle zwischen axial beabstandeten ersten und zweiten Strömungspfadregionen, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position; axiales Vorspannen des inneren Gehäuses mit einer statischen Vorspannung, die gegen die erste axiale Position gerichtet ist; Aufteilen des Ringraums in einen ersten Ringraum und einen zweiten Ringraum, um dazwischen ein Druckgefälle aufrecht zu erhalten; Druckbeaufschlagen des ersten Ringraums im Verhältnis zu einem Druck an der ersten Strömungspfadregion und Druckbeaufschlagen des zweiten Ringraums im Verhältnis zu einem Druck an der zweiten Strömungspfadregion; Ausbilden des inneren Gehäuses mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche in dem ersten Ringraum angeordnet ist, und wobei eine zweite Aufnahmefläche in dem zweiten Ringraum angeordnet ist. Die gegenüberliegenden Aufnahmeflächen können dazu eingerichtet sein, das innere Gehäuse axial mit einer dynamischen Drucklast zu belasten, die gegen die zweite axiale Position gerichtet ist. Die dynamische Drucklast kann auf einem Betrag begründet sein, um den ein Druck in dem ersten Ringraum einen Druck in dem zweiten Ringraum überschreitet.

[0011] Das Verfahren kann vorsehen, dass der Schritt des Druckbeaufschlagens des ersten Ringraums ein strömungsmässiges Verbinden der ersten Strömungspfadregion mit dem ersten Ringraum über einen Zapfkanal beinhaltet; wobei der Schritt des Druckbeaufschlagens des zweiten Ringraums ein strömungsmässiges Verbinden der zweiten Strömungspfadregion mit dem zweiten Ringraum über einen Zapfkanal beinhalten kann.

[0012] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass der Schritt des Vorspannens des inneren Gehäuses mit der statischen Vorspannung ein mechanisches Vorspannen des inneren Gehäuses mit einer Druckfeder beinhaltet.

[0013] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass die Druckfeder Mittel zum Einstellen der statischen Vorspannung aufweist; wobei das Verfahren zudem den Schritt des Einstellens der statischen Vorspannung auf einen erwünschten Schwellwert beinhalten kann.

[0014] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass der erwünschte Schwellwert durch die statische Vorspannung begrenzt ist: a) die dynamische Drucklast während eines ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet, so dass das innere Gehäuse die erste axiale Position aufweist; und b) die statische Vorspannung während eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus durch die dynamische Drucklast überschritten wird, so dass eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses zu der zweiten axialen Position eingeleitet wird.

[0015] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt des Konfigurierens der Begrenzungen des Strömungspfads beinhalten, so dass eine axiale Bewegung von der ersten axialen Position zu der zweiten axialen Position einen Leckpfad verengt; wobei die erste axiale Position des inneren Gehäuses eine stromabwärts gelegene Position beinhalten kann, und wobei die zweite axiale Position des inneren Gehäuses eine stromaufwärts gelegene Position beinhaltet.

[0016] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt des Konfigurierens mechanischer Anschläge beinhalten, die einen Bereich der axialen Bewegung für das innere Gehäuse definieren; wobei das Mittel zum Einstellen der statischen Vorspannung eine Schraubverbindung beinhalten kann.

[0017] Die Anmeldung beschreibt ferner ein Verfahren zum passiven Steuern einer axialen Position des inneren Gehäuses, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer ersten axialen Position in der konvergierenden Richtung und einer zweiten axialen Position in der divergierenden Richtung; Verwenden einer statischen Vorspannung, die von einem mechanischen Vorspannmittel abgeleitet ist, um das innere Gehäuse in Richtung der ersten axialen Position axial vorzuspannen; Abzapfen von Arbeitsfluid an einem Hochdruckzapfpunkt und an einem Niederdruckzapfpunkt aus dem Strömungspfad; und axiales Vorspannen gegenüberliegender Aufnahmeflächen in dem Ringraum an dem inneren Gehäuse mit einem Druck, der von dem abgezogenen Arbeitsfluid abgeleitet ist, um dem mechanischen Vorspannmittel mit einer dynamischen Drucklast entgegenzuwirken, wobei die dynamische Drucklast dazu eingerichtet ist, unmittelbarer von einem aktuellen Druckgefälle zwischen dem Hochdruckzapfpunkt und dem Niederdruckzapfpunkt abzuhängen.

[0018] In einem Gasturbinentriebwerk mit einem Strömungspfad, der durch einen Verdichter und/oder eine Turbine hindurch gebildet ist, wobei ein inneres Gehäuse eine axial geneigte äussere Begrenzung definiert, die in Bezug auf diese eine konvergierende Richtung, in die der Strömungspfad konvergiert, und eine divergierende Richtung, in die der Strömungspfad divergiert, definiert, und wobei ein Aussengehäuse konzentrisch um das innere Gehäuse angeordnet sein kann, so dass dazwischen ein Ringraum entsteht, und ein Verfahren zum passiven Steuern einer axialen Position des inneren Gehäuses kann vorgesehen sein, weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer ersten axialen Position in der konvergierenden Richtung und einer zweiten axialen Position in der divergierenden Richtung; Verwenden einer statischen Vorspannung, die von einem mechanischen Vorspannmittel abgeleitet ist, um das innere Gehäuse in Richtung der ersten axialen Position axial vorzuspannen; Abzapfen von Arbeitsfluid an einem Hochdruckzapfpunkt und an einem Niederdruckzapfpunkt aus dem Strömungspfad; und axiales Vorspannen gegenüberliegender Aufnahmeflächen in dem Ringraum an dem inneren Gehäuse mit einem Druck, der von dem abgezogenen Arbeitsfluid abgeleitet ist, um dem mechanischen Vorspannmittel mit einer dynamischen Drucklast entgegenzuwirken, wobei die dynamische Drucklast dazu eingerichtet ist, unmittelbarer von einem aktuellen Druckgefälle zwischen dem Hochdruckzapfpunkt und dem Niederdruckzapfpunkt abzuhängen.

[0019] In einem Gasturbinentriebwerk, das einen Verdichter aufweist, durch den ein Strömungspfad definiert ist, kann der Strömungspfad in Bezug auf einen hindurch strömenden Arbeitsfluidstrom eine stromabwärts und eine stromaufwärts verlaufende Richtung aufweisen, wobei ein inneres Gehäuse eine äussere Begrenzung mit einem axial geneigten Profil definieren kann, das in der stromabwärts verlaufenden Richtung konisch zuläuft, wobei eine Reihe um den Umfang beabstandete Laufschaufeln in dem Strömungspfad positioniert sind, können die Laufschaufeln äussere Spitzen aufweisen, die der äusseren Begrenzung über einen dazwischen definierten Toleranzspalt gegenüberliegen, und kann ein Aussengehäuse um das innere Gehäuse konzentrisch angeordnet sein, so dass dazwischen ein Ringraum entsteht, kann ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position des inneren Gehäuses zwischen einer stromaufwärts gelegenen Stelle und einer stromabwärts gelegenen Stelle auf der Grundlage von Triebwerksbetriebsmodi vorgesehen sein, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer stromabwärts gelegenen Position und einer stromaufwärts gelegenen Position; Bilden eines Hochdruckbereichs und eines Niederdruckbereichs in dem Ringraum, indem axial beabstandeten Druckbereichen in dem Strömungspfad Arbeitsfluid entzogen wird; Ausbilden des inneren Gehäuses mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche, die in dem Hochdruckbereich angeordnet ist, und eine zweite Aufnahmefläche, die in dem Niederdruckbereich des Ringraums angeordnet ist, um das innere Gehäuses in Richtung der stromaufwärts gelegenen Position im Verhältnis zu einem Betrag axial vorzuspannen, um den ein Druck in dem Hochdruckbereich einen Druck in dem Niederdruckbereich des Ringraums überschreitet.

[0020] Die Anmeldung beschreibt ausserdem ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position des inneren Gehäuses zwischen einer stromaufwärts gelegenen Position und einer stromabwärts gelegenen Position auf der Grundlage von Triebwerksbetriebsmodi, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer stromabwärts gelegenen Position und einer stromaufwärts gelegenen Position; Bilden eines Hochdruckbereichs und eines Niederdruckbereichs in dem Ringraum, indem axial beabstandeten Druckbereichen in dem Strömungspfad Arbeitsfluid entzogen wird; Ausbilden des inneren Gehäuses mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche, die in dem Hochdruckbereich angeordnet ist, und eine zweite Aufnahmefläche, die in dem Niederdruckbereich des Ringraums angeordnet ist, um axial das innere Gehäuses in Richtung der stromaufwärts gelegenen Position im Verhältnis zu einem Betrag vorzuspannen, um den ein Druck in dem Hochdruckbereich einen Druck in dem Niederdruckbereich des Ringraums überschreitet.

[0021] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt des Konfigurierens der äusseren Begrenzung und einer inneren Begrenzung des Strömungspfads beinhalten, so dass Leckpfade zwischen stationären und rotierenden Strukturen weiter sind, wenn das innere Gehäuse die erste axiale Position besetzt, und enger sind, wenn das innere Gehäuse die zweite axiale Position besetzt.

[0022] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass die gegenüberliegenden Aufnahmeflächen eine erste Aufnahmefläche und eine zweite Aufnahmefläche aufweisen; wobei die dynamische Drucklast durch axiales Vorspannen der ersten Aufnahmefläche in die divergierende Richtung mit einem Druck abgeleitet sein kann, der von dem Arbeitsfluid abgeleitet ist, das von dem Hochdruckzapfpunkt abgezogen ist, und es kann ein axiales Vorspannen der zweiten Aufnahmefläche in die konvergierende Richtung mit einem Druck vorsehen, der von dem Arbeitsfluid abgeleitet ist, das von dem Niederdruckzapfpunkt abgezogen ist.

[0023] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem die Schritte beinhalten: Ermitteln eines ersten Triebwerksbetriebsmodus, in dem das innere Gehäuse vorzugsweise in der ersten axialen Position angeordnet ist, auf der Grundlage eines Leckpfadtoleranzabstandes, der zwischen gegenüberliegenden rotierenden und stationären Strukturen definiert ist; und Ermitteln eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus, in dem das innere Gehäuse vorzugsweise in der zweiten axialen Position angeordnet ist, auf der Grundlage des Leckpfadtoleranzabstandes.

[0024] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem die Schritte beinhalten: Ermitteln eines Betrags, um den die dynamische Drucklast des zweiten Triebwerksbetriebsmodus die dynamische Drucklast des ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet; Abstimmen eines Betrags, um den das mechanische Vorspannmittel das innere Gehäuse in Richtung der ersten axialen Position axial vorspannt, auf der Grundlage des Betrages, um den die dynamische Drucklast des zweiten Triebwerksbetriebsmodus die dynamische Drucklast des ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet.

[0025] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass das mechanische Vorspannmittel eine Druckfeder mit einer Schraubverbindung aufweist, um einen Vorspannungsdruckpegel einzustellen; wobei der Schritt zum Abstimmen des Betrags, um den das mechanische Vorspannmittel das innere Gehäuse axial vorspannt, ein Einstellen des Vorspannungsdruckpegels mittels der Schraubverbindung beinhalten kann, so dass: der Vorspannungsdruck der Druckfeder die dynamische Drucklast während des ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet; und der Vorspannungsdruck der Druckfeder die dynamische Drucklast während des zweiten Triebwerksbetriebsmodus unterschreitet.

[0026] Jedes der oben erwähnten Verfahren kann vorsehen, dass eine Reihe um den Umfang beabstandete Laufschaufeln in dem Strömungspfad positioniert sind, und dass die Laufschaufeln äussere Spitzen aufweisen, die der äusseren Begrenzung über einen dazwischen definierten Toleranzspalt gegenüberliegen; wobei der Hochdruckzapfpunkt in Bezug auf die Reihe von Rotorblättern in der konvergierenden Richtung angeordnet sein kann, und der Hochdruckzapfpunkt in Bezug auf die Reihe von Rotorblättern in der divergierenden Richtung angeordnet ist; und wobei der Leckstrompfad den Spalttoleranzabstand aufweist.

[0027] Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung erschliessen sich nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen und die beigefügten Patentansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0028] Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden verständlicher und klarer nach sorgfältigem Lesen der folgenden detaillierteren Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen: <tb>Fig. 1<SEP>zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine exemplarische Gasturbine, in der spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung genutzt werden können; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt in einem Längsschnitt den Verdichter in der Gasturbine nach Fig. 1 ; <tb>Fig. 3<SEP>zeigt in einem Längsschnitt die Turbine in der Gasturbine nach Fig. 1 ; <tb>Fig. 4<SEP>veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht eine für Gasturbinenverdichter typische exemplarische Strömungspfadanordnung gemäss einer herkömmlichen Konstruktion; <tb>Fig. 5<SEP>zeigt in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht zur Veranschaulichung gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung einen Strömungspfad, wie er möglicherweise in einer Gasturbine zu finden ist; <tb>Fig. 6<SEP>zeigt in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht eine Verbindungsanordnung zwischen einem inneren Gehäuse und einem äusseren Gehäuse gemäss gewissen Aspekten der vorliegenden Erfindung; und <tb>Fig. 7<SEP>zeigt in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht eine Verbindungsanordnung zwischen einem inneren Gehäuse und einem äusseren Gehäuse gemäss anderer Aspekte der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0029] Die folgende Beschreibung unterbreitet Beispiele sowohl herkömmlicher Technologie als auch der vorliegenden Erfindung, sowie mehrere exemplarische Durchführungen und erläuternde Ausführungsbeispiele hinsichtlich der vorliegenden Erfindung. Man wird verstehen, dass die folgenden Beispiele mit Blick auf sämtliche möglichen Anwendungen der Erfindung nicht als erschöpfend anzusehen sind. Während die folgenden Beispiele mit Bezug auf eine gewisse Bauart eines Turbinentriebwerks unterbreitet sind, kann die Technologie der vorliegenden Erfindung, wie für den Fachmann auf den betreffenden Gebieten verständlich, auf andere Arten von Gasturbinen angewendet werden.

[0030] Eine bestimmte Terminologie wurde ausgewählt, um die vorliegende Erfindung in dem folgenden Text zu beschreiben. Soweit wie möglich wurden diese Begriffe auf der Grundlage der auf dem Gebiet der Technologie üblichen Terminologie gewählt. Es ist jedoch klar, dass solche Begriffe häufig unterschiedlich interpretiert werden. Ein im Vorliegenden beispielsweise als ein einzelnes Bauteil bezeichnetes Teil kann andernorts als aus mehreren Teilen aufgebaut bezeichnet sein, oder ein Bauteil, das hier als ein aus mehreren Teilen aufgebautes Bauteil bezeichnet ist, kann andernorts als ein einzelnes Bauteil bezeichnet sein. Mit Blick auf das Verständnis des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ist nicht nur die spezielle verwendete Terminologie, sondern auch die beigefügte Beschreibung und der Zusammenhang, sowie die Konstruktion, Anordnung, Funktion und/oder Verwendung der betroffenen und beschriebenen Komponente, einschliesslich der Art und Weise, in der sich der Begriff auf die mehreren Figuren bezieht, sowie selbstverständlich auch die genaue Verwendung der Terminologie in den beigefügten Patentansprüchen zu beachten.

[0031] Da gewöhnlich mehrere beschreibende Begriffe zur Erläuterung der Bauteile und Systeme in Gasturbinen verwendet werden, sollte es von Vorteil sein, diesen Abschnitt mit einer Definition dieser Begriffe zu beginnen. Dementsprechend sind, diese Begriffe und deren Definitionen, wenn nicht ausdrücklich anderslautend festgestellt, wie im Folgenden erläutert zu verstehen. Die Begriffe «vorderer» und «hinterer», beziehen sich ohne weitere Spezifität auf Richtungen in Bezug auf die Ausrichtung der Gasturbine. D.h. «vordere» kennzeichnet das vordere oder Verdichterende des Triebwerks und «hintere» kennzeichnet das hintere oder Turbinenende des Triebwerks des Triebwerks. Man wird verstehen, dass jeder dieser Begriffe genutzt werden kann, um eine Bewegung oder relative Position in dem Triebwerk zu kennzeichnen. Die Begriffe «stromabwärts gelegen» und «stromaufwärts gelegen» dienen dazu, eine Position in einem spezifizierten Kanal in Bezug auf die allgemeine Richtung des hindurchströmenden Stroms zu bezeichnen. Der Begriff «stromabwärts» bezeichnet die Richtung, in die das Fluid durch den spezifizierten Kanal strömt, während «stromaufwärts» sich auf die entgegengesetzte Richtung bezieht.

[0032] Folglich kann der durch eine Gasturbine strömende primäre Fluidstrom, der über den Verdichter Luft enthält und anschliessend in der Brennkammer die Verbrennungsgase bildet, beispielsweise als an einer stromaufwärts gelegenen Stelle an einem stromaufwärts gelegenen Ende des Verdichters beginnend und an einer stromabwärts gelegenen Stelle an einem stromabwärts gelegenen Ende der Turbine endend beschrieben sein. Hinsichtlich der Beschreibung der Strömungsrichtung in einer Brennkammer üblicher Bauart, wie nachfolgend detaillierter erörtert, versteht es sich, dass Verdichterluft gewöhnlich in die Brennkammeranordnung über Aufprallkanäle eintritt, die (in Bezug auf die Längsachse der Brennkammern und der oben erwähnten Verdichter/Turbinen-Positionierung, die Unterscheidungen zwischen vorne bzw. hinten definieren) in Richtung des hinteren Endes der Brennkammeranordnung gehäuft angeordnet sind. Nachdem die verdichtete Luft in der Brennkammeranordnung angekommen ist, wird sie durch einen Strömungsringspalt, der um eine innere Kammer ausgebildet ist, in Richtung des vorderen Endes der Brennkammeranordnung geleitet, wo der Luftstrom in die innere Kammer eintritt und unter Umkehrung seiner Strömungsrichtung in Richtung des hinteren Endes der Brennkammeranordnung strömt. Durch Kühlkanäle strömende Kühlfluidströme können ebenso behandelt werden.

[0033] Für den Fall der Anordnung des Verdichters und der Turbine um eine zentrale gemeinsame Achse sowie für die übliche zylindrische Anordnung gewisser Brennkammerbauarten werden Begriffe verwendet, die eine Position in Bezug auf eine Achse bezeichnen. In dieser Hinsicht versteht es sich, dass sich der Begriff «radial» auf eine Bewegung oder Position bezieht, die gegenüber einer Achse senkrecht ist. In diesem Zusammenhang ist es möglicherweise erforderlich, einen relativen Abstand von der Mittelachse anzugeben. Wenn sich in diesem Fall eine erste Komponente näher an der Mittelachse befindet als eine zweite Komponente, wird sie gegenüber der zweiten Komponente entweder als «radial innen» oder «innenliegend» beschrieben. Falls sich die erste Komponente andererseits weiter von der Mittelachse entfernt befindet als die zweite Komponente, wird sie hier als gegenüber der zweiten Komponente entweder «radial aussen» oder «aussenliegend» beschrieben. Darüber hinaus versteht es sich, dass der Begriff «axial» eine zu einer Achse parallele Bewegung oder Position bezeichnet. Zuletzt bezeichnet der Begriff «in Umfangsrichtung» oder «um den Umfang» eine Bewegung oder Position um eine Achse. Während diese Begriffe, wie erwähnt, in Bezug auf die gemeinsame Mittelachse verwendet werden können, die sich durch die Verdichter- und Turbinenabschnitte des Triebwerks erstreckt, können diese Begriffe auch in Zusammenhang mit anderen Komponenten oder Subsystemen des Triebwerks verwendet werden. Im Falle einer zylindrisch gestalteten Brennkammeranordnung, die für viele Maschinen typisch ist, ist die Achse, die diesen Begriffen relative Bedeutung zuweist, beispielsweise die zentrale Längsachse, die sich durch das Zentrum der Querschnittsgestalt erstreckt, die anfänglich zylindrisch ist, jedoch mit Annäherung an die Turbine in ein zunehmend ringförmiges Profil übergeht.

[0034] Fig. 1 zeigt eine geschnittene Teilansicht eines bekannten Gasturbinentriebwerks 10, in dem Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung genutzt werden können. Wie gezeigt, enthält das Gasturbinentriebwerk 10 allgemein einen Verdichter 11, eine oder mehrere Brennkammeranordnungen 12 und eine Turbine 13. Es ist klar, dass durch die Gasturbine 10 hindurch ein Strömungspfad definiert ist. Bei normalem Betrieb kann durch einen Einlassabschnitt Luft in die Gasturbine 10 eintreten und anschliessend in den Verdichter 11 eingespeist werden. Die mehreren axial gestapelten Stufen rotierender Laufschaufeln in dem Verdichter 11 verdichten den Luftstrom, so dass ein Vorrat verdichteter Luft hervorgebracht wird. Die verdichtete Luft tritt anschliessend in die Brennkammeranordnung 12 ein und wird durch einen primären Brennstoffinjektor 21 geleitet, der die verdichtete Luft mit einem Brennstoff vermischt, um ein Luft/Brennstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird in einer Brennkammer verbrannt, so dass ein hochenergetischer Strom von Verbrennungsprodukten erzeugt wird. Dieser energiereiche Strom heisser Gase wird anschliessend durch die Turbine 13, die ihm Energie entzieht, expandiert.

[0035] Fig. 2 veranschaulicht eine Ansicht eines exemplarischen mehrstufigen Axialverdichters 11, der in der Gasturbine nach Fig. 1 genutzt werden kann. Wie gezeigt, kann der Verdichter 11 mehrere Stufen enthalten. Jede Stufe kann eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln 14 aufweisen, auf die eine Reihe von Verdichterstatorschaufeln 15 folgt. Somit kann eine erste Stufe eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln 14 aufweisen, die um eine zentrale Welle rotieren, auf die eine Reihe von Verdichterstatorschaufeln 15 folgt, die während des Betriebs stationär bleiben.

[0036] Fig. 3 veranschaulicht eine partielle Ansicht eines exemplarischen Turbinenabschnitts bzw. einer Turbine 13, die in der Gasturbine nach Fig. 1 genutzt werden kann. Die Turbine 13 kann mehrere Stufen enthalten. Es sind drei exemplarische Stufen veranschaulicht, jedoch kann die Anzahl von Stufen in der Turbine 13 auch grösser oder kleiner sein. Eine erste Stufe enthält mehrere Turbinenschaufeln oder Turbinenlaufschaufeln 16, die während des Betriebs um die Welle rotieren, und mehrere Leitapparat- oder Turbinenstatorschaufeln 17, die während des Betriebs stationär bleiben. Die Turbinenstatorschaufeln 17 sind allgemein rund um den Umfang voneinander beabstandet angeordnet und um die Drehachse befestigt. Die Turbinenlaufschaufeln 16 können hinsichtlich einer Rotation um die (nicht gezeigte) Welle an einem (nicht gezeigten) Turbinenrad befestigt sein. Eine zweite Stufe der Turbine 13 ist ebenfalls veranschaulicht. Die zweite Stufe enthält in ähnlicher Weise mehrere in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete Turbinenstatorschaufeln 17, gefolgt von mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinenlaufschaufeln 16, die ebenfalls an einem Turbinenrad drehfest angebracht sind. Weiter ist eine dritte Stufe veranschaulicht, die in ähnlicher Weise mehrere Turbinenstatorschaufeln 17 und Laufschaufeln 16 aufweist. Selbstverständlich befinden sich die Turbinenstatorschaufeln 17 und Turbinenlaufschaufeln 16 in dem Heissgaspfad der Turbine 13. Die Strömungsrichtung der heissen Gase durch den Heissgaspfad ist durch den Pfeil angezeigt.

[0037] In einem Beispiel des Betriebs kann die Rotation der Verdichterlaufschaufeln 14 in dem Axialverdichter 11 einen Luftstrom verdichten. Wenn die verdichtete Luft mit einem Kraftstoff vermischt und gezündet wird, kann in der Brennkammer 12 Energie freigesetzt werden. Der sich ergebende Strom heisser Gase aus der Brennkammer 12, der als das Arbeitsfluid bezeichnet sein kann, wird anschliessend über die Turbinenlaufschaufeln 16 gelenkt, wobei der Arbeitsfluidstrom die Drehung der Turbinenlaufschaufeln 16 um die Welle bewirkt. Infolgedessen wird die Energie des Arbeitsfluidstroms in die mechanische Energie der rotierenden Laufschaufeln umgewandelt und aufgrund der Verbindung zwischen den Rotorschaufeln 61 und der Welle auf die rotierende Welle übertragen. Die mechanische Energie der Welle kann dann genutzt werden, um die Verdichterlaufschaufeln 14 zur Erzeugung des erforderlichen Vorrats verdichteter Luft in Drehung zu versetzen und ausserdem beispielsweise einen Generator für die Erzeugung von Strom anzutreiben.

[0038] Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Anordnung eines exemplarischen Strömungspfads 54 eines Verdichters 11, in dem Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung genutzt werden können. Der Verdichter 11 definiert einen axial ausgerichteten Strömungspfad 54, der abwechselnd Reihen von Laufschaufeln 14 und Statorschaufeln 15 aufweist. Die Rotorblätter 14 erstrecken sich ausgehend von einer Laufradscheibe 43, die, wie gezeigt, rotierende Strukturen aufweisen kann, die die innere Begrenzung des Strömungspfads 54 definieren. Die Statorschaufeln 15 erstrecken sich ausgehend von einem stationären inneren Gehäuse 51, das eine äussere Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 definiert. Ein Aussengehäuse 52 kann konzentrisch um das innere Gehäuse 51 ausgebildet sein, so dass dazwischen ein zwischen den Gehäusen liegender Ringraum oder Ringraum 53 gebildet wird. Wie zu sehen, kann das innere Gehäuse 51 mit dem äusseren Gehäuse 52 über eine Verbindungsanordnung 75 verbunden sein, die radial überlappende Flansche aufweist, die mechanisch gesichert sind. Wie dargestellt, unterteilt die Verbindungsanordnung 75 den Ringraum 53 in axial gestapelte Abteile, die durch eine Dichtung 80 gegeneinander strömungsmässig abgedichtet sind. Wie abgebildet, weist jedes der Abteile des Ringraums 53 einen Zapfkanal 66 auf, der das Abteil mit einem Zapfpunkt verbindet, der auf dem Strömungspfad 54 ausgebildet ist. Wie sich aus der Art der Befestigungsanordnung zwischen dem inneren Gehäuse und dem Aussengehäuse ergibt, ist keine axiale Bewegung des inneren Gehäuses 51 relativ zu dem äusseren Gehäuse 52 oder zu dem Strömungspfad 54 möglich.

[0039] Mit Bezug auf Fig. 5 bis 7 sind Ausführungsbeispiele mechanischer Einrichtungen veranschaulicht, durch die die axiale Positionierung eines inneren Gehäuses 51 auf der Grundlage von Druckgefallen, die in dem Strompfad 54 während verschiedener Triebwerksbetriebsmodi auftreten, passiv gesteuert werden kann. Als Teil der vorliegenden Erfindung können die mechanischen Steuereinrichtungen sowie die damit verbundenen neuen Verfahren und Prozeduren genutzt werden, um die Positionierung des inneren Gehäuses 51 wirkungsvoll zu steuern/regeln, um Leckpfade zu verengen, die gewöhnlich zwischen rotierenden und stationären Strukturen in der Gasturbine 10 vorhanden sind. Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung sowohl in Abschnitten des Verdichters 11 als auch der Turbine 13 des Triebwerks 10 genutzt werden kann. Gemäss einigen der unten beschriebenen speziellen Ausführungsformen kann die axiale Anordnung gewisser Komponenten mit Bezug auf die Richtung beschrieben sein, in die der Strömungspfad konvergiert bzw. divergiert, was selbstverständlich bezogen auf einen konisch geformten Strömungspfad 54 (d.h. einen Strömungspfad, der ein Begrenzungsprofil aufweist, das axial schräg verläuft oder geneigt ist) festgelegt werden kann.

[0040] Fig. 5 zeigt zur Veranschaulichung gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung in einer vereinfachten schematischen Schnittansicht einen exemplarischen Strömungspfad 54, wie er möglicherweise in einem Verdichter 11 oder einer Turbine 13 einer Gasturbine 10 verwendet wird. Wie in Fig. 4 kann ein Aussengehäuse 52 konzentrisch um ein inneres Gehäuse 51 angeordnet sein, so dass dazwischen ein Ringraum 53 gebildet wird. Das innere Gehäuse 51 kann eine äussere Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 definieren. Wie zu sehen, kann die äussere Begrenzung 55 bezüglich der Längsachse des Triebwerks axial geneigt sein. Selbstverständlich kann, wie oben festgestellt, eine konvergierende Richtung 72, in die der Strömungspfad 54 konvergiert, und eine divergierende Richtung 71, in die der Strömungspfad 54 divergiert, in Bezug auf die Ausrichtung der axialen Neigung festgelegt werden. Weiter ist klar, dass, falls der Strömungspfad 54 der Strömungspfad eines Verdichters 11 ist, die konvergierende Richtung 72 einer stromabwärts verlaufenden Richtung entsprechen würde, und die divergierende Richtung 71 einer stromaufwärts verlaufenden Richtung entsprechen würde. Ausserdem ist die konvergierende Richtung 72 die Richtung, in der der Druck während des Betriebs des Triebwerks 10 zunimmt. Falls der Strömungspfad 54 andererseits in einer Turbine 13 definiert ist, würde die konvergierende Richtung 72 einer stromaufwärts verlaufenden Richtung entsprechen, und die divergierende Richtung 71 würde einer stromabwärts verlaufenden Richtung entsprechen. Die konvergierende Richtung 72 bleibt die Richtung, in der der Druck zunimmt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in der weiteren Erläuterung nach Fig. 5 der Strömungspfad 54 als Teil eines Verdichters 11 beschrieben, obwohl klar ist, dass die Grundzüge auch auf eine Turbine 13 anwendbar sind, insbesondere falls eine axiale Position mit Blick auf eine konvergierende oder divergierende Richtung angegeben ist, da der Druck in beiden Fällen, ob in einem Verdichter 11 oder in einer Turbine 13, entlang des Strömungspfads 54 in der konvergierenden Richtung zunimmt. Wie weiter unten im Einzelnen erörtert, kann die innere Begrenzung 55 auch eine axial geneigte Konstruktion beinhalten.

[0041] Fig. 5 veranschaulicht eine Reihe von Rotorblättern 61, die stromaufwärts einer Reihe von Statorschaufeln 62 angeordnet sind. Die Rotorblätter 61 können äussere Spitzen 41 aufweisen, die der äusseren Begrenzung 55 über einen Toleranzspalt 65 gegenüberliegen, der dazwischen definiert ist. Die Statorschaufeln 62 können innenliegende Spitzen 42 aufweisen, die der inneren Begrenzung 55 über einen dazwischen definierten Toleranzspalt 67 gegenüberliegen.

[0042] Wie dargestellt, kann die Verbindungsanordnung 75 dazu eingerichtet sein, das innere Gehäuse 51 mit dem äusseren Gehäuse 52 mit Blick auf eine axiale Bewegung gleitend zu verbinden. Als Teil der Verbindungsanordnung 75 kann eine Vorspannkonstruktion, beispielsweise eine Feder 79, genutzt werden, um das innere Gehäuse 51 in die konvergierende Richtung 72 axial vorzuspannen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Vorspannkonstruktion eine (auch als Scheibenfeder bekannte) Tellerfeder oder Druckfeder 79 beinhalten. In weiteren Ausführungsbeispielen können andere Vorspannmittel genutzt werden, z.B. Blattfedern oder Metallschaum, oder ein sonstiges Federsystem, das auf magnetischer Vorspannung basiert.

[0043] Der Ringraum 53 kann einen Zapfkanal 66 aufweisen, der mit einem Zapfpunkt in dem Strömungspfad 54 in Strömungsverbindung steht. In dieser Weise kann ein Druck in dem Ringraum 53 erreicht werden, der abhängig von oder proportional zu einem Druck in dem Strömungspfad 54 ist. Wie zu sehen, ist die Verbindungsanordnung 75 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, den Ringraum 53 in einen ersten oder stromabwärts gelegenen Ringraum 57, der in diesem Fall der konvergierenden Richtung 72 entspricht, und in einen zweiten oder stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 zu unterteilen, der in diesem Fall der divergierenden Richtung 71 entspricht. Die Verbindungsanordnung 75 kann eine Dichtung 80 enthalten, die dazu eingerichtet ist, den stromabwärts gelegenen Ringraum 57 gegenüber dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 strömungsmässig abzudichten, um dazwischen ein Druckgefälle aufrecht zu erhalten. Die Dichtung 80 kann von einer beliebigen Dichtungsbauart sein, die den Zweck und die Funktionalität, wie hier beschrieben, erfüllt. Es ist einsichtig, dass die Dichtung 80, wie veranschaulicht, in die Verbindungsanordnung 75 integriert sein kann oder eine unabhängige Komponente sein kann.

[0044] Der stromabwärts gelegene Ringraum 57 kann einen Zapfkanal 66 aufweisen, der mit einem ersten Zapfpunkt auf dem Strömungspfad 54 in Strömungsverbindung steht. In dieser Weise kann in dem stromabwärts gelegenen Ringraum 57 ein Druck erzeugt werden, der unmittelbar abhängig von oder proportional zu einem Druck an einer speziellen Stelle in dem Strömungspfad 54 ist. Der stromaufwärts gelegene Ringraum 58 kann einen Zapfkanal 66 aufweisen, der mit einem zweiten Zapfpunkt auf dem Strömungspfad 54 in Strömungsverbindung steht. Auf diese Weise lässt sich in dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 ein Druck erzeugen, der unmittelbar abhängig von oder proportional zu einem Druck an einem zweiten speziellen Ort auf dem Strömungspfad 54 ist. Wie dargestellt, können die beiden Zapfstellen entlang des Strömungspfads 54 axial beabstandet angeordnet sein. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Zapfpunkte zu beiden Seiten der Reihe von Laufschaufeln 61 angeordnet. Es ist einsichtig, dass die breite axiale Beabstandung der Zapfpunkte genutzt werden kann, um gezielt wesentlich unterschiedliche Druckpegel sowohl in dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 als auch in dem stromabwärts gelegenen Ringraum 57 zu erzeugen, da Druckgefälle zwischen zwei Punkten auf dem Strömungspfad 54 mit dazwischen wachsendem Abstand allgemein zunehmen. Es ist einsichtig, dass in einer Brennkammer 11 der stromabwärts gelegene Ringraum 57, nachdem sein Zapfpunkt weiter stromabwärts liegt, einen höheren Druck aufweisen wird als der stromaufwärts gelegene Ringraum 58.

[0045] Das innere Gehäuse 51 weist eine Aussenoberfläche auf, die eine Begrenzung des Ringraums 53 definiert. Wie zu sehen, kann das innere Gehäuse 51 so eingerichtet sein, dass es einen Flächenbereich oder eine Aufnahmefläche aufweist, die sowohl dem stromabwärts gelegenen Ringraum 57 als auch dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 ausgesetzt ist. Es versteht sich, dass die in dieser Weise konfigurierte Oberfläche des inneren Gehäuses 51 den Druck in jedem Ringraum 57, 58 aufnimmt, und dass dies dazu führt, dass eine Kraft auf das innere Gehäuse 51 ausgeübt wird, die proportional zu dem Pegel dieses Drucks in jedem Ringraum 57, 58 ist. Unter der Voraussetzung der Ausrichtung einiger der Oberflächenbereiche des inneren Gehäuses, versteht es sich, dass diese Kraft oder Last eine axial gerichtete Komponente aufweist. Die axial gerichtete Komponente der sich ergebenden Last kann im Vorliegenden als eine «Drucklast» bezeichnet sein. Weiter ist klar, dass sowohl der stromaufwärts gelegene Ringraum 58 als auch der stromabwärts gelegene Ringraum 57 das innere Gehäuse 51 in diese Weise so vorspannt, dass einander entgegengesetzte axiale Drucklasten hervorgebracht werden. Da der Druck in dem stromabwärts gelegenen Ringraum 57 grösser ist als in dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58, ist das System der vorliegenden Erfindung geeignet eingerichtet, so dass eine Nettokraft oder Druckkraft auf das innere Gehäuse in der divergierenden Richtung 71 ausgeübt wird. Ausserdem kann das System der vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet sein, dass die sich ergebende Drucklast eine dynamische Drucklast ist, die abhängig von oder proportional zu einem Betrag ist, um den der Druck in dem stromabwärts gelegenen Ringraum 57 den Druck in dem stromaufwärts gelegenen Ringraum 58 überschreitet. Da der Druck in jedem Ringraum 57, 58 unmittelbar von einem Druck bei einem speziellen Gebiet auf dem Strömungspfad 54 abhängt, versteht es sich, dass die an dem inneren Gehäuse 51 resultierende axiale Drucklast dazu eingerichtet sein kann, dass sie unmittelbar abhängig von oder proportional zu einem Druckgefälle zwischen speziellen Orten des Strömungspfads 54 (d.h. zu dem Druckgefälle zwischen den zwei Zapfpunkten) ist. Dementsprechend gestattet die Anordnung der vorliegenden Erfindung dem Triebwerksanwender vorteilhaft passive Regelungen/Steuerungen zu nutzen, die auf gewisse Drucklastpegel an dem inneren Gehäuse 51 ansprechen, da derartige Lastpegel Druckgefälle in dem Strömungspfad 54 widerspiegeln, die ihrerseits gewissen Triebwerksbetriebsmodi entsprechen.

[0046] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die äussere Begrenzung 55 des Strömungspfads eine Konstruktion, in der eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses 51 eine Verengung eines Leckpfads bewirkt. In diesem Fall kann das System so eingerichtet sein, dass der Triebwerksbetriebsmodus, der eine vorbestimmte Schwellwertdrucklast erzeugt, die eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses einleitet, auch ein Betriebsmodus ist, bei dem der Leckpfad breit ist. Wie veranschaulicht, ist eine axial geneigte äussere Begrenzung 55 gemäss Aspekten der vorliegenden Erfindung eine Strömungspfadkonfiguration, die genutzt werden kann, um einen Leckpfad (beispielsweise den Spalttoleranzabstand 65) zu verengen, indem das innere Gehäuse 51 axial in die divergierende oder stromaufwärts verlaufende Richtung bewegt wird. Weitere Eigenschaften dieser axialen Neigung sind nachfolgend im Einzelnen erörtert.

[0047] Wie gezeigt, weist die Verbindungsanordnung 75 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine radial ineinandergreifende Struktur auf, in der ein innerer Gehäuseflansch 77, der auch als ein axialer Druckkragen bezeichnet sein kann, mit einem Schlitz in Berührung steht, der zwischen zwei Aussengehäuseflanschen 78 gebildet ist, obwohl klar ist, das auch andere Konstruktionen in Betracht kommen. Wie zu sehen, kann die Breite der Nut in Bezug auf die axiale Weite des Innengehäuseflansches 77 übermässig bemessen sein. In dieser Weise definieren die gegenüberliegenden Seitenwände der Nut Beschränkungen oder einen Bereich für die axiale Bewegung des inneren Gehäuses 51. Die gegenüberliegenden Seitenwände der Nut stellen mechanische Anschläge bereit, über die hinaus eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses verhindert ist. Der axiale Bereich der Bewegung kann von mehreren Faktoren abhängen, beispielsweise von dem Typ des Turbinentriebwerks, von der Strömungspfadarchitektur und von Betriebsbedingungen. Gemäss einem speziellen bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der axiale Bereich axialer Bewegung des inneren Gehäuses 51 zwischen 0,15 und 0,35 Zoll. In speziellen Ausführungsbeispielen enthält die Verbindungsanordnung 75 eine Druckfeder 79, die verwendet wird, um das innere Gehäuse 51 in Richtung einer Anfangsposition vorzuspannen. In diesem Fall drückt die Druckfeder 79 den Flansch 77 gegen die konvergierende oder stromabwärtige Seitenwand der Nut. Wie zu sehen, hat die Druckfeder 79 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein erstes Ende, das mit dem Flansch 77 in Berührung steht, und ein zweites Ende, das mit der divergierenden oder stromaufwärtigen Seitenwand der Nut in Berührung steht.

[0048] Fig. 6 und 7 zeigen Detailansichten der Verbindungsanordnung 75. Es ist einsichtig, dass sich das innere Gehäuse 51 in Fig. 6 in einer Anfangsposition befindet, die die Position ist, an der der Flansch 77 sich gegen einen stromabwärts gelegenen Anschlag (in diesem Falle gegen einen Aussengehäuseflansch 78) in Anlage befindet. In Fig. 7 ist das innere Gehäuse 51 durch eine Drucklast, die grösser ist als die Kraft, die durch die Druckfeder 79 ausgeübt wird, in die stromaufwärts verlaufende oder divergierende Richtung gedrückt. An dieser Position ist die Druckfeder 79 zwischen dem Innengehäuseflansch 77 und dem Aussengehäuseflansch 78 zusammengedrückt und ist gemäss speziellen Ausführungsbeispielen an einer weiteren Bewegung in jene Richtung mittels eines mechanischen Anschlags verhindert, der Teil des Aussengehäuseflansches 78 ist.

[0049] Wie weiter veranschaulicht, können der stromaufwärts gelegene Aussengehäuseflansch 78 und die Druckfeder 79 eine Schraubverbindung 85 aufweisen, die es ermöglicht, den Vorspannungsdruck der Feder 79 anzupassen. Somit kann die statische Last der Druckfeder geändert werden, so dass die axiale Bewegung des inneren Gehäuses 51 bei einem speziellen Betriebsmodus auftritt, d.h. bei dem Betriebsmodus, der ein Druckgefälle in dem Strömungspfad 54 bereitstellt, das die Vorspannung der Feder 79 überwindet, um eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses 51 einzuleiten. Spezieller kann die axiale Vorspannung der Druckfeder 79 so bei einem Schwellwert eingerichtet sein, dass: a) die axiale Vorspannung während eines ersten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Druckbelastung der Aufnahmefläche des inneren Gehäuses 51 überschreitet, so dass das innere Gehäuse 51 in einer Anfangsposition bleibt; und b) die axiale Druckbelastung der Aufnahmefläche des inneren Gehäuses 51 während eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Vorspannung überschreitet, so dass eine axiale Bewegung zu einer zweiten Position eingeleitet wird. Wie dargestellt, ist die Schraubverbindung 85 so eingerichtet, dass ein stromaufwärtiges Ende der Druckfeder 79 über ein Gewinde von dem stromaufwärts gelegenen Aussengehäuseflansch 78 aufgenommen wird, so dass jenes Ende der Druckfeder 79 durch eine drehende Anpassung axial bewegt wird.

[0050] Eine Reihe von Statorschaufeln 62 ist stromabwärts knapp unterhalb der Laufschaufeln 61 angeordnet und mit dem inneren Gehäuse 51 verbunden. Die Statorschaufeln 62 weisen innenliegende Spitzen 42 auf, die der rotierenden Konstruktion gegenüberliegen, die die innere Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 definiert. Ein innerer Spalttoleranzabstand 65 ist zwischen den innenliegenden Spitzen 42 der Statorschaufeln 62 und der inneren Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 definiert. In speziellen Ausführungsbeispielen weist die innere Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 eine axiale Neigung auf. In bevorzugten Ausführungsbeispielen konvergiert die axiale Neigung der inneren Begrenzung 55 den Strömungspfad 54 in derselben Richtung wie die axial geneigte äussere Begrenzung 65. Es ist einsichtig, dass sich der Spalttoleranzabstand 65 zwischen den Rotorschaufeln 61 und dem inneren Gehäuse 51 bei der gegebenen axialen Neigung der äussere Begrenzung 55 verengt, während sich das innere Gehäuse 51 in der divergierenden Richtung bewegt, was, wie erwähnt, auftritt, wenn die vorspannende Vorlast überwunden wird. Wie in Fig. 5 zu sehen, würde dieselbe axiale Bewegung des inneren Gehäuses 54 unter Voraussetzung der Anordnung des Spalttoleranzabstands 67 und der innenliegenden Strömungspfadbegrenzung 56 (wie sie in vielen herkömmlichen Gasturbinen üblich ist) zu einer Verbreiterung des inneren Spalttoleranzabstands 67 führen. Es ist jedoch klar, dass eine steilere Neigung entlang der äusseren Begrenzung 55 als entlang der inneren Begrenzung 56 eine Nettoschliessung von Leckpfaden ergeben würde. Beispielsweise kann der axiale Neigungswinkel 64 der äusseren Begrenzung 55 zwischen 5° und 35° betragen; und der axiale Neigungswinkel der inneren Begrenzung 56 beträgt zwischen 0° und 25°. Es können auch andere Konstruktionen/Anordnungen verwendet werden. Um die Schliessung von Leckpfaden zu verbessern, können die äusseren Spitzen 41 der Laufschaufeln 61 eine axiale Neigung aufweisen, die im Wesentlichen gleich der axialen Neigung der äusseren Begrenzung 55 ist, so dass zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante der äusseren Spitzen 41 ein im Wesentlichen konstanter Versatz gegenüber der äusseren Begrenzung 55 aufrecht erhalten wird. Die gleiche Konfiguration/Anordnung kann auch zwischen den innenliegenden Spitzen 42 und der inneren Begrenzung 56 vorhanden sein.

[0051] Die vorliegende Erfindung beschreibt ausserdem Verfahren und Schritte, durch die die oben beschriebenen mechanischen Systeme genutzt werden können. Gemäss einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position des inneren Gehäuses 51 in einem Verdichter 11 zwischen einer stromaufwärts gelegenen Stelle und einer stromabwärts gelegenen Stelle auf der Grundlage von Triebwerksbetriebsmodi. Zu dem Verfahren können die Schritte gehören: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses 51 mit dem äusseren Gehäuse 52 mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer stromabwärts gelegenen Position und einer stromaufwärts gelegenen Position; Bilden eines Hochdruckbereichs und eines Niederdruckbereichs in dem Ringraum 53, indem axial beabstandeten Druckbereichen in dem Strömungspfad 54 Arbeitsfluid entzogen wird; Ausbilden des inneren Gehäuses 51 mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche in dem Hochdruckbereich angeordnet ist, und wobei eine zweite Aufnahmefläche in dem Niederdruckbereich des Ringraums 53 angeordnet ist, um das innere Gehäuse 51 in Richtung der stromaufwärts gelegenen Position im Verhältnis zu einem Betrag axial vorzuspannen, um den ein Druck in dem Hochdruckbereich einen Druck in dem Niederdruckbereich des Ringraums 53 überschreitet. Weiter kann das Verfahren den Schritt beinhalten, die äussere Begrenzung 55 und eine innere Begrenzung 55 des Strömungspfads 54 so zu konfigurieren, dass Leckpfade zwischen stationären und rotierenden Strukturen weiter sind, wenn das innere Gehäuse 51 die erste axiale Position einnimmt, und enger sind, wenn das innere Gehäuse 51 die zweite axiale Position einnimmt.

[0052] Ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel beschreibt ein Verfahren zum passiven Steuern einer axialen Position eines inneren Gehäuses 51 eines Verdichters oder einer Turbine. In diesem Fall definiert das innere Gehäuse 51 eine axial geneigte äussere Begrenzung 55, die in Bezug zu diese eine konvergierende Richtung, in die der Strömungspfad 54 konvergiert, und eine divergierende Richtung definiert, in die der Strömungspfad 54 divergiert. Dieses Ausführungsbeispiel kann die Schritte beinhalten: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses 51 mit dem äusseren Gehäuse 52 mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer ersten axialen Position in der konvergierenden Richtung und einer zweiten axialen Position in der divergierenden Richtung; Nutzen einer statischen Vorspannung, die von einem mechanischen Vorspannmittel abgeleitet ist, um das innere Gehäuse 51 in Richtung der ersten axialen Position axial vorzuspannen; Abzapfen von Arbeitsfluid an einem Hochdruckzapfpunkt und an einem Niederdruckzapfpunkt aus dem Strömungspfad 54; und axiales Vorspannen gegenüberliegender Aufnahmeflächen an dem inneren Gehäuse 51 in dem Ringraum 53 mit einem Druck, der von dem abgezogenen Arbeitsfluid abgeleitet ist, um dem mechanischen Vorspannmittel mit einer dynamischen Drucklast entgegenzuwirken, wobei die dynamische Drucklast dazu eingerichtet ist, von einem aktuellen Druckgefälle zwischen dem Hochdruckzapfpunkt und dem Niederdruckzapfpunkt unmittelbarer abzuhängen. Wie oben beschrieben, können die gegenüberliegenden Aufnahmeflächen eine erste Aufnahmefläche und eine zweite Aufnahmefläche beinhalten, und die dynamische Drucklast kann durch axiales Vorspannen der ersten Aufnahmefläche in die divergierende Richtung mit einem Druck, der von dem Arbeitsfluid abgeleitet ist, das aus dem Hochdruckzapfpunkt abgezogen ist, und durch axiales Vorspannen der zweiten Aufnahmefläche in die konvergierende Richtung mit einem Druck abgeleitet sein, der von dem Arbeitsfluid abgeleitet ist, das aus dem Niederdruckzapfpunkt abgezogen ist. Weiter kann das Verfahren die Schritte beinhalten: Ermitteln eines ersten Triebwerksbetriebsmodus, in dem das innere Gehäuse 51 vorzugsweise in der ersten axialen Position angeordnet ist, auf der Grundlage eines Leckpfadtoleranzabstandes, der zwischen gegenüberliegenden rotierenden und stationären Strukturen definiert ist, sowie Ermitteln eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus, in dem das innere Gehäuse 51 vorzugsweise in der zweiten axialen Position angeordnet ist, auf der Grundlage des Leckpfadtoleranzabstandes. Nachdem dies vollendet ist, kann ein Triebwerksanwender und/oder Bauteilkonstrukteur einen Betrag bestimmen, um den die dynamische Drucklast des zweiten Triebwerksbetriebsmodus die dynamische Drucklast des ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet. Diese Drucklastdifferenz zwischen Betriebsmodi kann dann genutzt werden, um den Betrag zu abgleichen, um den das mechanische Vorspannmittel das innere Gehäuse 51 in Richtung der ersten axialen Position axial vorspannt. Speziell kann die axiale Vorspannung auf der Grundlage des Betrages begründet sein, um den die dynamische Drucklast des zweiten Triebwerksbetriebsmodus die dynamische Drucklast des ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet. Die statische Vorspannung kann so eingestellt werden, dass sie während des ersten Triebwerksbetriebsmodus grösser ist als die dynamische Drucklast; und während des zweiten Triebwerksbetriebsmodus kleiner ist als die dynamische Drucklast.

[0053] Wie dem Fachmann klar, können die vielen unterschiedlichen Merkmale und Konstruktionen, die im Vorausgehenden in Zusammenhang mit den mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben sind, zudem selektiv verwendet werden, um die anderen möglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu bilden. Um der Kürze willen und unter Berücksichtigung der Fähigkeiten des Fachmanns sind nicht sämtliche möglichen Schritte dargelegt oder im Einzelnen erörtert, obwohl sämtliche Kombinationen und möglichen Ausführungsbeispiele, die von den beigefügten Ansprüchen oder in sonstiger Weise abgedeckt sind, als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind. Darüber hinaus werden dem Fachmann anhand der obigen Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen einfallen. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Standes der Technik sollen ebenfalls durch die beigefügten Patentansprüche abgedeckt sein. Weiter sollte verständlich sein, dass sich das Vorausgehende lediglich auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht, und dass hier zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren äquivalente Bedeutungen definiert ist.

[0054] Ein System zum passiven Ändern einer axialen Position eines inneren Gehäuses einer Gasturbine in Abhängigkeit von einer Druckänderung in einem Strömungspfad während eines Triebwerkseinschwingbetriebs. Zu dem System können gehören: eine Verbindungsanordnung, die das innere Gehäuse mit dem äusseren Gehäuse gleitend verbindet, um das innere Gehäuse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in axialer Richtung zu bewegen; Mittel zum Druckbeaufschlagen des Ringraums im Verhältnis zu einem Strömungspfaddruck; Vorspannmittel zum axialen Vorspannen des inneren Gehäuses in Richtung der ersten Position; und eine Innengehäuseaufnahmefläche, die dazu eingerichtet ist, einen Druck in dem Ringraum aufzunehmen, um das innere Gehäuse gegenüber der axialen Vorspannung des Vorspannmittels entgegengesetzt axial vorzuspannen.

Claims (10)

1. In einem Gasturbinentriebwerk mit einem Strömungspfad, der in einem Verdichter oder einer Turbine definiert ist, wobei der Strömungspfad eine Reihe um den Umfang beabstandete Laufschaufeln mit äusseren Spitzen enthält, die einer äusseren Begrenzung über einen dazwischen definierten Toleranzspalt gegenüberliegen, wobei ein inneres Gehäuse die äussere Begrenzung definiert, und wobei ein Aussengehäuse um das innere Gehäuse angeordnet ist, so dass dazwischen ein Ringraum entsteht, ein System zum passiven Ändern einer axialen Position des inneren Gehäuses in Abhängigkeit von einer Druckänderung in dem Strömungspfad während eines Triebwerkseinschwingbetriebs, enthält das System: eine Verbindungsanordnung, die das innere Gehäuse mit dem äusseren Gehäuse gleitend verbindet, um das innere Gehäuse zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position in axialer Richtung zu bewegen; Mittel zum Druckbeaufschlagen des Ringraums im Verhältnis zu einem Strömungspfaddruck; Vorspannmittel zum axialen Vorspannen des inneren Gehäuses in Richtung der ersten Position; und eine Innengehäuseaufnahmefläche, die dazu eingerichtet ist, einen Druck in dem Ringraum aufzunehmen, um das innere Gehäuse gegenüber der axialen Vorspannung des Vorspannmittels entgegengesetzt axial vorzuspannen.

2. System nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Druckbeaufschlagen des Ringraums mindestens einen Zapfkanal aufweist, der einen Zapfpunkt auf dem Strömungspfad strömungsmässig mit dem Ringraum verbindet; wobei die axiale Vorspannung der Druckfeder eine Schwellwertlast beinhaltet, die so eingerichtet ist, dass: a) die axiale Vorspannung während eines ersten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Belastung der Innengehäuseaufnahmefläche überschreitet, um das innere Gehäuse an der ersten Position zu halten; und b) die axiale Belastung der Innengehäuseaufnahmefläche während eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus die axiale Vorspannung überschreitet, so dass eine axiale Bewegung zu der zweiten Position eingeleitet wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit Strömungspfadkonfigurationsmitteln zum Verengen eines Leckpfades, wenn das innere Gehäuse von der ersten Position zu der zweiten Position bewegt wird.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Strömungspfadkonfigurationsmittel zum Verengen des Leckpfades eine äussere Begrenzung mit einer axialen Neigung beinhalten; und wobei der Strömungspfad eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Statorschaufeln aufweist, die sich ausgehend von dem inneren Gehäuse erstrecken.

5. System nach Anspruch 3, wobei relativ zu der axialen Neigung eine konvergierende Richtung, in die der Strömungspfad konvergiert, und eine divergierende Richtung, in die der Strömungspfad divergiert, definiert sind; und wobei die axiale Bewegung des inneren Gehäuses von der ersten Position zu der zweiten Position in der divergierenden Richtung erfolgt.

6. In einem Gasturbinentriebwerk, das einen Axialverdichter, der einen Strömungspfad definiert, und, in jenem Strömungspfad angeordnet, eine Reihe um den Umfang beabstandete Laufschaufeln mit äusseren Spitzen enthält, die über einen dazwischen definierten Toleranzspalt einer äusseren Begrenzung gegenüberliegen, wobei ein inneres Gehäuse gegenüberliegende Seiten, die die äussere Begrenzung des Strömungspfads definieren, und eine innere Begrenzung eines Ringraums aufweist, der zwischen dem inneren Gehäuse und einem äusseren Gehäuse ausgebildet ist, das konzentrisch um das innere Gehäuse angeordnet ist, ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position eines inneren Gehäuses relativ zu dem Strömungspfad in Abhängigkeit von einem Druckgefälle zwischen einer axial beabstandeten ersten und zweiten Strömungspfadregion, beinhaltet das Verfahren die folgenden Schritte: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position; axiales Vorspannen des inneren Gehäuses mit einer statischen Vorspannung, die gegen die erste axiale Position gerichtet ist; Aufteilen des Ringraums in einen ersten Ringraum und in einen zweiten Ringraum, um dazwischen ein Druckgefälle aufrecht zu erhalten; Druckbeaufschlagen des ersten Ringraums im Verhältnis zu einem Druck an der ersten Strömungspfadregion und Druckbeaufschlagen des zweiten Ringraums im Verhältnis zu einem Druck an der zweiten Strömungspfadregion; Ausbilden des inneren Gehäuses mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche in dem ersten Ringraum angeordnet ist, und wobei eine zweite Aufnahmefläche in dem zweiten Ringraum angeordnet ist, wobei die gegenüberliegenden Aufnahmeflächen dazu eingerichtet sind, das innere Gehäuse mit einer dynamischen Drucklast axial zu belasten, die gegen die zweite axiale Position gerichtet ist, wobei die dynamische Drucklast auf einem Betrag begründet ist, um den ein Druck in dem ersten Ringraum einen Druck in dem zweiten Ringraum überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Druckbeaufschlagens des ersten Ringraums ein strömungsmässiges Verbinden der ersten Strömungspfadregion mit dem ersten Ringraum über einen Zapfkanal beinhaltet; und wobei der Schritt des Druckbeaufschlagens des zweiten Ringraums ein strömungsmässiges Verbinden der zweiten Strömungspfadregion mit dem zweiten Ringraum über einen Zapfkanal beinhaltet; und/oder wobei der Schritt des Vorspannens des inneren Gehäuses mit der statischen Vorspannung ein mechanisches Vorspannen des inneren Gehäuses mit einer Druckfeder beinhaltet; und/oder wobei die Druckfeder Mittel zum Einstellen der statischen Vorspannung aufweist; ausserdem den Schritt des Einstellens der statischen Vorspannung auf einen erwünschten Schwellwert aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erwünschte Schwellwert durch die statische Vorspannung beschränkt ist: a) die dynamische Drucklast während eines ersten Triebwerksbetriebsmodus überschreitet, so dass das innere Gehäuse die erste axiale Position aufweist; und b) die statische Vorspannung während eines zweiten Triebwerksbetriebsmodus durch die dynamische Drucklast Last überschritten wird, so dass eine axiale Bewegung des inneren Gehäuses zu der zweiten axialen Position eingeleitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt des Konfigurierens der Begrenzungen des Strömungspfads, so dass eine axiale Bewegung von der ersten axialen Position zu der zweiten axialen Position einen Leckpfad verengt; und wobei die erste axiale Position des inneren Gehäuses eine stromabwärts gelegene Position beinhaltet, und wobei die zweite axiale Position des inneren Gehäuses eine stromaufwärts gelegene Position beinhaltet.

10. In einem Gasturbinentriebwerk, zu dem gehören: ein Verdichter, durch den ein Strömungspfad definiert ist, wobei der Strömungspfad in Bezug auf einen hindurch strömenden Arbeitsfluidstrom eine stromabwärts und eine stromaufwärts verlaufende Richtung aufweist, wobei ein inneres Gehäuse eine äussere Begrenzung mit einem axial geneigten Profil definiert, das sich in der stromabwärts verlaufenden Richtung konisch verjüngt, wobei eine Reihe um den Umfang beabstandete Laufschaufeln in dem Strömungspfad positioniert sind, wobei die Laufschaufeln äussere Spitzen aufweisen, die der äusseren Begrenzung über einen dazwischen definierten Toleranzspalt gegenüberliegen, und wobei ein Aussengehäuse konzentrisch um das innere Gehäuse angeordnet ist, um dazwischen einen Ringraum zu bilden, ein Verfahren zum passiven Ändern einer axialen Position des inneren Gehäuses zwischen einer stromaufwärts gelegenen Stelle und einer stromabwärts gelegenen Stelle auf der Grundlage von Triebwerksbetriebsmodi, weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: gleitendes Verbinden des inneren Gehäuses mit dem äusseren Gehäuse mit Blick auf eine axiale Bewegung zwischen einer stromabwärts gelegenen Position und einer stromaufwärts gelegenen Position; Bilden eines Hochdruckbereichs und eines Niederdruckbereichs in dem Ringraum, indem aus axial beabstandeten Druckbereichen in dem Strömungspfad Arbeitsfluid abgezapft wird; Ausbilden des inneren Gehäuses mit gegenüberliegenden Aufnahmeflächen, wobei eine erste Aufnahmefläche in dem Hochdruckbereich angeordnet ist, und wobei eine zweite Aufnahmefläche in dem Niederdruckbereich des Ringraums angeordnet ist, um das innere Gehäuse in Richtung der stromaufwärts gelegenen Position im Verhältnis zu einem Betrag axial vorzuspannen, um den ein Druck in dem Hochdruckbereich einen Druck in dem Niederdruckbereich des Ringraums überschreitet.