DE102008002862A1

DE102008002862A1 - Stator-Rotor-Anordnung mit einem Oberflächenmerkmal zum verbesserten Einschluss des Gasstroms und verwandte Verfahren

Info

Publication number: DE102008002862A1
Application number: DE102008002862A
Authority: DE
Inventors: Ronald Scott Bunker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2008-12-04
Also published as: US7967559B2; CH704935B1; CN101315032A; JP2008298074A; CN101315032B; CH704935B8; US20080298969A1

Abstract

Es wird eine Stator-Rotor-Anordnung (21) beschrieben, die zumindest einen Übergangsbereich (92) zwischen dem Stator (18) und dem Rotor (22) umfasst. Zumindest eine Stator- oder Rotoroberfläche in dem Übergangsbereich umfasst eine Anordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108). Die invertierten Turbulatoren beschränken den Gasstrom durch einen Zwischenraum (76) zwischen dem Stator und dem Rotor. Verschiedene Strömungsmaschinen, die eine derartige Stator-Rotor-Anordnung (21) enthalten können, werden ebenfalls beschrieben. Die Offenbarung erörtert auch Verfahren zur Restriktion des Gasstroms durch Zwischenräume in einer Stator-Rotor-Anordnung unter Verwendung invertierter Turbulatoren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Strömungsmaschinen wie beispielsweise Turbinentriebwerke. Genauer gesagt, ist die Erfindung auf Verfahren und Gegenstände zur Verhinderung des Strömens von Gas (zum Beispiel Heißgas) durch ausgewählte Bereiche von Stator-Rotor-Anordnungen in Strömungsmaschinen gerichtet.
Die typische Konstruktion der meisten Turbinentriebwerke ist an sich gut bekannt. Diese Turbinentriebwerke umfassen einen Verdichter zur Verdichtung von Luft, die mit Brennstoff gemischt wird. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird in einer angeschlossenen Brennkammer entzündet, um Verbrennungsgase zu erzeugen. Die heißen, unter Druck stehenden Gase, die in modernen Triebwerken Temperaturen von circa 1.100 bis 2.000°C erreichen können, werden durch einen Turbinenleitkranz ausgedehnt, der den Strom so leitet, dass er eine angeschlossene Hochdruckturbine dreht. Die Turbine ist üblicherweise mit einer Rotorwelle verbunden, um den Verdichter anzutreiben. Die Kerngase strömen dann aus der Hochdruckturbine und liefern stromab Energie. Bei dieser Energie handelt es sich um zusätzliche Rotationsenergie, die durch angeschlossene Niederdruckturbinenstufen entzogen wird, und/oder um Schub, der durch eine Schubdüse entzogen wird.
Genauer gesagt, wird die in der Brennkammer erzeugte thermische Energie in der Turbine in mechanische Energie umgewandelt, indem die heißen Verbrennungsgase auf eine oder mehrere beschaufelte Rotoranordnungen prallen. (Fachleuten ist geläufig, dass der Begriff „Blätter" sich normalerweise in dem Lexikon für Flugturbinen findet, während der Begriff „Schaufeln" typischerweise zur Beschreibung derselben Komponente in landbasierten Turbinen verwendet wird. Hier wird generell der Begriff „Schaufel" verwendet). Die Rotoranordnung umfasst üblicherweise zumindest eine Reihe in Umfangrichtung beabstandeter Rotorschaufeln. Jede Rotorschaufel umfasst ein Schaufelblatt mit einer Druck- und einer Saugseite. Jedes Schaufelblatt erstreckt sich von einer Rotorblattplattform radial auswärts. Jede Rotorschaufel umfasst auch einen Schwalbenschwanz, der sich von einem Schaft, der sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz erstreckt, radial einwärts erstreckt. Der Schwalbenschwanz wird zur Montage der Rotorschaufel in der Rotoranordnung an eine Rotorscheibe oder -spule verwendet.
Wie in der Technik bekannt ist, kann die Rotoranordnung tatsächlich als ein Teil einer Stator-Rotor-Anordnung angesehen werden. Die Reihen von Rotorschaufeln auf der Rotoranordnung und die Reihen von Leitschaufeln auf der Statoranordnung erstrecken sich abwechselnd quer über einen axial ausgerichteten Strömungsweg, um die Verbrennungsgase zu „bearbeiten".
Die von den Schaufeln des Statorelements ausgehenden heißen Verbrennungsgasstrahlen wirken auf die Turbinenschaufeln ein und bewirken, dass das Turbinenrad sich je nach Triebwerkstyp mit einer Geschwindigkeit von circa 3.000–15.000 UpM dreht, (In Bezug auf die parallelen Terminologien, ist das Statorelement dasjenige Element, das feststehend bleibt, während die Turbine mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und kann in der Technik auch als der „Leitapparat" bezeichnet werden.)
Wie in den unten beschriebenen Figuren dargestellt, kann die Öffnung an der Grenzfläche zwischen dem Statorelement und den Blättern oder Schaufeln es ermöglichen, dass heißes Kerngas den Heißgasweg verlässt und in den Radraum des Turbinentriebwerks eintritt. Um diese Heißgasleckage zu begrenzen, umfasst die Blattstruktur typischerweise axial hervorstehende „Winkelflügel"-Dichtungen. Gemäß einer typischen Konstruktion, wirken die Winkelflügel (angel wings) mit vorstehenden Segmenten oder „Abhalteelementen" (discouragers) zusammen, die von dem benachbarten Statorelement, d. h. dem Leitkranz, ausgehen. Die Winkelflügel und die Abhalteelemente überdecken einander (oder überdecken einander beinahe), ohne sich jedoch zu berühren, wodurch der Gasstrom eingeschränkt wird. Die Wirksamkeit der durch diese zusammenwirkenden Strukturmerkmale gebildeten Labyrinthdichtung ist entscheidend für die Beschränkung der Aufnahme von Heißgas in unerwünschte Triebwerksbereiche. Die Winkelflügel können unterschiedliche Formen aufweisen und andere Ausstattungsteile enthalten, wie beispielsweise radiale Zähne. Darüber hinaus werden bei einigen Triebwerkskonstruktionen mehrere einander überdeckende Winkelflügel-Abhalteelement-Dichtungen benutzt.
Wird eine solche Dichtung verwendet, so bleibt ein Zwischenraum an der Grenzfläche zwischen benachbarten Bereichen der Leitschaufel und der Turbinenschaufel, beispielsweise zwischen den benachbarten Winkelflügel-Abhalteelement-Vorsprüngen. Das Vorhandensein des Zwischen raums ist nachvollziehbar, da er den am Übergang zwischen feststehenden und rotierenden Komponenten notwenigen Abstand darstellt. Dennoch bietet der Zwischenraum einen Weg, auf dem heißes Kerngas den Heißgasweg verlassen und in den Radraumbereich des Turbinentriebwerks eindringen kann.
Wie oben bereits angesprochen, ist die Leckage des Heißgases auf diesem Weg aus einer Anzahl von Gründen nachteilig. Erstens verursacht der Verlust von Heißgas aus dem Arbeitsgasstrom einen Verlust an von dem Turbinentriebwerk zur Verfügung gestellter Energie. Zweitens können durch die Aufnahme des Heißgases in die Turbinenradräume und andere Hohlräume Komponenten beschädigt werden, die nicht dafür konstruiert sind, derartigen Temperaturen länger ausgesetzt zu sein, wie beispielsweise der Leitschaufelträger und das Laufrad.
Ein gut bekanntes Verfahren zur Minimierung der Leckage von Heißgas aus dem Arbeitsgasstrom beinhaltet die Verwendung von Kühlluft, d. h. von Spülluft. Bei einer typischen Konstruktion kann die Luft aus dem Verdichter umgeleitet oder „abgezapft" werden und als Hochdruckkühlluft für den Turbinenkühlkreislauf genutzt werden. So ist die Kühlluft ein Teil eines sekundären Strömungskreislaufs, der allgemein durch den Radraum-Hohlraum und andere Innenbereiche geleitet werden kann. In einem speziellen Beispiel kann die Kühlluft zum Rotor-Stator-Übergang abgelassen werden.
So kann die Kühlluft dazu dienen, Die Temperatur bestimmter Triebwerkskomponenten unterhalb eines akzeptablen Grenzwerts zu halten. Die Kühlluft kann jedoch eine zusätzliche Funktion haben, wenn sie aus dem Radraumbereich in einen der zuvor beschriebenen Zwischenräume ge leitet wird. Dieser Gegenstrom von Kühlluft in den Zwischenraum bietet ein zusätzliches Hindernis für den unerwünschten Heißgasstrom aus dem Zwischenraum in den Radraumbereich.
Während Kühlluft aus dem sekundären Strömungskreislauf wegen der oben erwähnten Gründe sehr vorteilhaft ist, sind auch Nachteile mit ihrer Nutzung verbunden. Beispielsweise verbraucht die Entnahme von Luft aus dem Verdichter als Hochdruckkühlluft und Hohlraumspülluft Arbeit der Turbine und kann in puncto Triebwerksleistung recht kostspielig werden. Darüber hinaus kann bei einigen Triebwerkskonfigurationen das Verdichtersystem während zumindest einiger Triebwerksleistungseinstellungen nicht in der Lage sein, Spülluft mit einem ausreichenden Druck zu liefern. Daher kann es immer noch zur Aufnahme von Heißgasen in den Radraum-Hohlraum kommen.
Nach dieser Erörterung sollte offensichtlich sein, dass neue Verfahren zur Reduzierung der Leckage von Heißgasen aus einem Heißgasströmungsweg in unerwünschte Bereiche innerhalb eines Turbinentriebwerks oder eines anderen Strömungsmaschinentyps in der Technik willkommen wären. Außerdem würde eine Reduzierung des Kühl- und Hohlraum-Spülluft-Stroms, der üblicherweise zur Reduzierung der Heißgasleckage erforderlich ist, andere wichtige Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise wäre ein größerer Kernluftstrom möglich, was die im Heißgasweg zur Verfügung stehende Energie erhöhen würde.
Neue Verfahren zum Erreichen dieser Ziele müssen noch die primären Konstruktionsanforderungen für ein Gasturbinentriebwerk oder einen anderen Strömungsmaschinen typ einhalten. Allgemein gesagt, müssen die Triebwerkseffizienz und -Integrität insgesamt erhalten bleiben. Keine an dem Triebwerk oder an speziellen Einrichtungen innerhalb des Triebwerks vorgenommene Änderung darf die Heißgas- und Kühlluft-Strömungsfelder insgesamt stören oder beeinträchtigen. Außerdem sollten die erwogenen Verbesserungen keine Herstellungsschritte oder Veränderungen dieser Schritte beinhalten, die zeitaufwendig und unwirtschaftlich sind. Überdies sollten die Verbesserungen an unterschiedliche Bauweisen in der Triebwerkskonstruktion anpassbar sein, wie beispielsweise verschiedene Typen von Stator-Rotor-Anordnungen. Es wäre ebenfalls sehr vorteilhaft, wenn die Verbesserungen sowohl für den Einschluss von Gasen niedrigerer Temperatur (beispielsweise Raumtemperatur) als auch für Heißgase anpassbar wären.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform dieser Erfindung ist auf eine Stator-Rotor-Anordnung gerichtet, die zumindest einen Übergangsbereich zwischen einer Stator- und einer Rotoroberfläche aufweist. Die Oberflächen sind durch zumindest einen Zwischenraum getrennt. Zumindest eine Stator- oder Rotoroberfläche in dem Übergangsbereich umfasst eine Anordnung aus invertierten Turbulatoren. Verschiedene Strömungsmaschinen, die eine derartige Stator-Rotor-Anordnung enthalten können, stellen ebenfalls einen Teil dieses erfindungsgemäßen Konzeptes dar.
Ein Verfahren zur Beschränkung des Stroms von Gas durch einen Zwischenraum zwischen einem Stator und einem Rotor in einer Stator-Rotor-Anordnung eines Turbinentriebwerks stellt eine andere Ausführungsform dieser Erfin dung dar. Das Verfahren umfasst den Schritt der Ausbildung einer Anordnung aus invertierten Turbulatoren auf zumindest einer dem Zwischenraum benachbarten Oberfläche des Stators oder Rotors, wobei die invertierten Turbulatoren eine Größe und Form aufweisen, die den Gasstrom behindert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schemadarstellung eines Querschnitts eines Teils einer Gasturbine.
2 ist ein vergrößerter Querschnitt des Turbinenteils aus 1.
3 ist eine Teil- Seitenansicht einer Oberfläche mit einem invertierten Turbulator.
4 ist eine Teil-Seitenansicht einer anderen Oberfläche mit einem invertierten Turbulator.
5 ist eine andere Teil-Seitenansicht einer Oberfläche mit einem invertierten Turbulator-Typ.
6 ist eine andere Teil-Vorderansicht einer Oberfläche mit einem invertierten Turbulator-Typ.
7 ist eine vergrößerte Darstellung der Oberfläche aus 6.
8 ist eine vereinfachte, vergleichende Darstellung von Fluidströmen durch einen beispielhaften Stator-Rotor-Zwischenraum ohne invertierte Turbulatoren.
9 ist eine vereinfachte, vergleichende Darstellung von Fluidströmen durch einen beispielhaften Stator-Rotor-Zwischenraum mit invertierten Turbulatoren.
10 ist ein weiterer vergrößerter Querschnitt des Turbinenteils aus 1, der die Platzierung der invertierten Turbulatoren zeigt.
11 ist ein weiterer vergrößerter Querschnitt des Turbinenteils aus 1, der eine andere Platzierung der invertierten Turbulatoren zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Schemadarstellung eines Teils eines Gasturbinentriebwerks, der allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird. Das Triebwerk umfasst axial beabstandete Rotorräder 12 und Abstandhalter 14, die durch eine Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter, sich axial erstreckender Bolzen 16 miteinander verbunden sind. Die Turbine umfasst verschiedene Stufen mit Leitschaufeln, die aus einer Vielzahl in Umfangsrichtung beabstandeter Leitschaufeln bestehen, wie beispielsweise der Leitschaufel der ersten Stufe 18 und der Leitschaufel der zweiten Stufe 20. Zwischen den Leitschaufeln befindet sich eine Vielzahl von sich mit dem Rotor drehenden Rotorblättern oder – schaufeln, wobei die Rotorschaufeln der ersten und zweiten Stufe, 22 und entsprechend 24, dargestellt sind.
Jede Rotorschaufel, beispielsweise die Rotorschaufel 22, umfasst ein auf einem Schaft 25 montiertes Schaufelblatt 23, zu dem eine Plattform 26 gehört. Einige der anderen detaillierten Strukturmerkmale der Rotorschau feln sind hier nicht speziell dargestellt. Der Schaft 25 umfasst einen Schwalbenschwanz 27, der zur Verbindung mit entsprechenden, auf dem Rotorrad 12 ausgebildeten Schwalbenschwanz-Schlitzen dient.
Das Blatt oder die Schaufel 22 umfasst axial hervorstehende Winkelflügel 33, 34, 50 und 90 (manchmal als Winkelflügel-Dichtungen, "angel wing seals", bezeichnet), wie es in 1 gezeigt wird. Die Winkelflügel werden üblicherweise mit der Schaufel einstückig gegossen. Wie zuvor beschrieben, befinden sie sich generell in einer gegenüberliegenden Position zu den "Abhalteelementen" 36 und 64, die von den benachbarten Leitschaufeln 20 und 18 hervorstehen. Als Beispiel wird das Abhalteelement 64 in einer in Bezug auf den Winkelflügel 90 gegenüberliegenden und überdeckenden Position gezeigt. Der Heißgasweg in einer Turbine dieses Typs wird generell durch den Pfeil 38 bezeichnet. Wie oben angesprochen können sich in einigen Fällen der Winkelflügel und das Abhalteelement auch nicht vollständig überdecken, sondern können sich gegenüberliegen und annähernd fluchtend ausgerichtet sein, beispielsweise Spitze an Spitze. Üblicherweise wären die Spitzen in diesem Fall direkt fluchtend ausgerichtet, obwohl ihre relative vertikale Position – wie in der Figur zu sehen ist – etwas abweichen könnte, solange eine ausreichende Strömungsrestriktion beibehalten wird.
2 ist eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in 1 gezeigten Triebwerks, mit Betonung auf dem allgemeinen Bereich mit der Leitschaufel der ersten Stufe (Stator) 18 und der Rotorschaufel der ersten Stufe 22. (Der Bereich kann als die Stator-Rotor-Anordnung bezeichnet werden und ist in 2 als Element Nr. 21 ge kennzeichnet). Die Leitschaufel 18 umfasst das Abhalteelement 58, einen vorstehenden Teil (Endwand) der Leitschaufelstruktur, der so geformt ist, dass er als Teil einer Gasstrom-Restriktionsmaßnahme funktioniert, wie zuvor erwähnt. Das Abhalteelement weist üblicherweise verschiedene Oberfläche auf, die für diese Offenbarung von Interesse sind. Darunter sind die radiale Fläche 60 und die untere Abhalteelementfläche 62. Die Leitschaufel 18 umfasst auch das Abhalteelement 64, das bei dieser Konstruktion in der Nähe des unteren Endpunkts der radialen Statorfläche 66 angeordnet ist. Das Abhalteelement 64 umfasst eine obere Oberfläche 67 und eine untere Oberfläche 69.
Weiterhin auf 2 bezogen: Der Winkelflügel 50 erstreckt sich vom Schaft 25 des Rotorblatts 22. Der Winkelflügel umfasst die obere Dichtfläche 70 und die untere Dichtfläche 72. Während der Flügel in diesem Fall an der Aufkantung oder der Spitze 74 endet, wird ein derartiger Bestandteil nicht immer eingesetzt. Tatsächlich können Form und Größe des Winkelflügels (oder eines beliebigen anderen Typs eines an der Schaufel 22 befestigten Abhalteelement-Segments) stark variieren. Alle derartigen Variationen gehören zum Anwendungsbereich der Elemente der vorliegenden Erfindung. Wie oben erwähnt, zeigt 2 auch den unteren Winkelflügel 90, der auch vom Schaft 25 ausgeht.
Aus 2 geht klar hervor, dass einige Teile der Leitschaufel 18 und der Rotorschaufel 22 einander in einem Übergangsbereich 92 gegenüberliegen. Die gegenüberliegenden Oberflächen sind durch zumindest einen Zwischenraum (dargestellt sind hier zwei Zwischenräume, wie unten beschrieben) getrennt. Daher liegt der obere Zwischenraum 76 generell zwischen der unteren Seite des Abhal teelements 62 und der Spitze 74 des Winkelflügels. Der untere Zwischenraum 77 liegt im Wesentlichen zwischen der unteren Oberfläche 69 des Abhalteelements 64 und der Spitze 91 des Winkelflügels 90. In diesem Fall definieren die Zwischenräume 76 und 77 generell den Pufferhohlraum 80 und stellen einen Weg zwischen dem axialen Zwischenraum 78 und den „inneren" Bereichen des Turbinentriebwerks, wie beispielsweise dem Radraumbereich 82, zur Verfügung.
Der Begriff „Übergangsbereich" wird hier verwendet, um den allgemeinen Bereich mit beschränkten Abmessungen zu beschreiben, zu dem die Zwischenräume 76 und 77 sowie die umgebenden Teile der Leitschaufel 18 und des Rotorblatts 22 gehören. Der Anschaulichkeit halber wird der Übergangsbereich 92 in 2 durch die gestrichelten Linien 94 und 96 begrenzt. Die genaue Grenze des Übergangsbereichs wird teilweise in Abhängigkeit von der speziellen Konstruktion der Statur-Rotor-Anordnung variieren. Eine beispielhafte Weise, einen typischen Übergangsbereich zu definieren, würde von der Länge (in 2 als „Höhe" dargestellt) des Rotorblatts 22 abhängen. Wird daher die Höhe der Rotorschaufel 22 innerhalb des Heißgaswegs 38 als „H" bezeichnet, kann der Übergangsbereich (obere Grenzlinie 94) sich schätzungsweise von der Plattform 26 bis zu circa 10% der Höhe H hinauf erstrecken. In Bezug auf den „inneren" Bereich der Statur-Rotor-Anordnung (d. h. die untere Grenzlinie 96), kann der Übergangsbereich sich schätzungsweise über dieselbe Länge (circa 10% von H) unterhalb des untersten Teils des innersten Abhalteelements (d. h. des unteren Winkelflügels 90) erstrecken. (Die Grenzlinie 96 würde sich daher auch immer über den Radraumbereich 82 erstrecken und das unterste Abhalteelement auf dem Statur, d. h. das Abhalteelement 64 in 2, umfassen). Der Übergangs bereich kann oft als ein „Strömungsrestriktions"-Bereich bezeichnet werden.
Bei normalem Triebwerksbetrieb wird Verbrennungsgas über den Heißgasweg 38 in das Triebwerk geleitet, strömt danach durch die Stator-Rotor-Anordnung 21 und dann durch andere Stator-Rotor-Anordnungen im Triebwerk. (Eigentlich sollte das Verbrennungsgas in dieser Phase als „Gas nach der Verbrennung" bezeichnet werden. Überdies ist zu beachten, dass das „Heißgas" oft ein Gasgemisch ist. Während üblicherweise „Gase nach der Verbrennung" das Gemisch dominieren, kann es auch verschiedene Kühlmitteleinspritzungen und einen Kühlmittelstrom enthaltenen, beispielsweise von der Leitschaufel 18 und/oder vom Kühlluftstrom 98, wie es unten erörtert wird). Während der Heißgasstrom in den axialen Zwischenraum 78 eintritt, kann ein Teil des Gasstroms (gestrichelter Pfeil 37) durch den oberen Zwischenraum 76 entweichen und in den Pufferhohlraum 80 eintreten. (In einigen extremen Situationen, die aber sehr ungewöhnlich wären, könnte das Heißgas sich weiter durch den unteren Zwischenraum 77 bewegen und in den Radraumbereich 82 eintreten). Wie oben erwähnt, wird durch den Pfeil 98 bezeichnete Kühlluft üblicherweise von dem Verdichter (nicht dargestellt) abgezapft und von dem inneren Bereich des Triebwerks (beispielsweise dem Radraum 82) in den Pufferhohlraum 80 geleitet, um der Leckage von Heißgas entgegenzuwirken. Die manchmal in einem derartigen Gasströmungsweg-System vorhandenen Unzulänglichkeiten wurden zuvor beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine der Stator- oder Rotoroberflächen in dem Übergangsbereich 92 mit einer Anordnung aus invertierten Turbulatoren ausgestattet. Beim Strömen von Heißgas (beispielsweise die Gase nach der Verbrennung) über die invertierten Turbulatoren wird der Gasstrom behindert. Obwohl der Erfinder an keine bestimmte Theorie für dieses Phänomen gebunden sein möchte, scheint es sich so zu verhalten, dass jeder invertierte Turbulator einen lokalen Strömungswirbel erzeugt, während der Fluidstrom über ihn hinwegströmt. Darüber hinaus werden durch die Überkreuzung invertierter Turbulatoren durch das Wechselspiel der Strömungen der einzelnen invertierten Turbulatoren zusätzliche Strömungswirbel erzeugt. Während die Wirbel in den Fluidstrom ausgestoßen werden, beschränken sie den Gasstrom. Auf diese Weise wird die Leckage von Heißgas aus dem primären Strömungsweg in den Radabstandsbereich – teilweise bereits durch die Abhalteelement-Winkelflügel-Strukturen behindert – weiter eingeschränkt.
Der Begriff „invertierter Turbulator" wird hier in einem Sinn gebraucht, der eine große Vielfalt von kurzen oder langen, möglichst durchgehend geformten Strukturmerkmalen umfasst. Zum Beispiel kann der „invertierte Turbulator" ein gerades oder nicht-gerades (oder gewölbtes) kontinuierlich gebildetes Strukturmerkmal wie beispielsweise eine Rille, Vertiefung, Einkerbung, Delle, Grübchen oder Ähnliches sein. In einem Beispiel eines nicht-geraden invertierten Turbulators kann der invertierte Turbulator eine kontinuierlich gebildete halbkugelförmige Rille in Zick-Zack-Form sein.
Die 3 und 4 sind nicht einschränkende Querschnitts-Darstellungen verschiedener für die invertierten Turbulatoren 99, 100 möglichen Halbkugelformen. In 3 wird eine vollständige Halbkugel gezeigt, d. h. mit einer Tiefe, die gleich dem Gesamtradius R ist. 4 zeigt einen viel flacheren invertierten Turbulator. Überdies kann auch die Oberflächenkante des invertierten Turbulators variieren. In 3, sind die Oberflächenkanten 100 und 102 als etwas abgerundet dargestellt, während in 4 die Oberflächenkanten 104 und 106 als relativ scharfe Kanten gezeigt werden. (Außerdem kann die Form unterschiedlicher Teile der Oberflächenkanten eines gegebenen invertierten Turbulators ebenfalls variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von ihrer Position relativ zu einem bestimmten Gasstrom).
Durch die beispielhaften 3 und 4 ist offensichtlich, dass die Tiefe der invertierten Turbulatoren beträchtlich variieren kann. Zu den für die Auswahl der optimalen Tiefe relevanten Faktoren gehören die Art und die Geschwindigkeit des Gasstroms über die invertierten Turbulatoren (ein oder mehrere Ströme); das Ausmaß, in dem der Gasstrom beschränkt werden sollte; die Form und Größe der Stator- und/oder Rotoroberflächen, auf denen die invertierten Turbulatoren angeordnet sind; auf welche Weise die invertierten Turbulatoren gebildet werden sollen sowie die Größe des lokalen Stator-Rotor-Zwischenraum-Bereichs. Im Allgemeinen variiert die Tiefe der invertierten Turbulatoren bei einer typischen Stator-Rotor-Anordnung in einer im Handel erhältlichen Strömungsmaschine zwischen circa 0,5 mm und circa 6 mm. Im Falle von halbkugelförmigen oder teilweise halbkugelförmigen invertierten Turbulatoren beträgt die Tiefe üblicherweise circa 0,5 mm bis circa 6 mm, und öfter circa 0,5 mm bis circa 2,5 mm. Fachleute werden in der Lage sein, die am besten geeignete Tiefe für einen invertierten Turbulator in einer gegebenen Situation auszuwählen, und zwar aufgrund der oben erwähnten Faktoren sowie von Fluidströmungsstudien, Abflusskoeffiziententests, rechnergestützten Strömungsdynamik-Vorhersagen und Ähnlichem.
Wie oben erwähnt, sind anders geformte invertierte Turbulatoren ebenfalls möglich. Als nicht einschränkende bildliche Darstellung könnte der invertierte Turbulator 108 (5) eine relativ flache unterste Oberfläche 110 in Verbindung mit geneigten Seitenwänden 112 aufweisen, sodass die Öffnung des invertierten Turbulators eine größere Fläche aufweist als sein unterster Teil 110. Der Neigungsgrad der Seitenwände kann deutlich variieren, was von vielen anderen hier dargestellten Faktoren abhängt.
Die invertierten Turbulatoren können in einer Vielzahl unterschiedlicher Anordnungen angeordnet werden. Die spezielle ausgewählte Anordnung der invertierten Turbulatoren wird teilweise von vielen der in Bezug auf die Form und Größe der invertierten Turbulatoren oben aufgelisteten Faktoren abhängen. Für gewöhnlich, wenn auch nicht immer, sind sie zueinander gleich beabstandet.
In einem in den 6 and 7 gezeigten Beispiel verlaufen die invertierten Turbulatoren 114 in einem Winkel zur Länge der Oberfläche, während gleiche invertierte Turbulatoren 116 in einem Winkel in die entgegengesetzte Richtung verlaufen, wodurch eine Überkreuzanordnung oder eine Anordnung aus beabstandeten invertierten Turbulatoren gebildet wird, um der Leckage von Heißgas 134 in den inneren Bereich 132 (8) entgegenzuwirken. Die einander kreuzenden invertierten Turbulatoren 114, 116 können denselben Querschnitt (wie dargestellt) oder unterschiedliche Querschnitte aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform wird die Überkreuzanordnung durch eine Vielzahl paral leler Reihen von invertierten Turbulatoren mit einem relativen Winkel 118 von unter 90 Grad und einem im Wesentlichen gleichen Abstand zwischen den Reihen gebildet. Dennoch muss der Abstand zwischen den Reihen von invertierten Turbulatoren nicht gleich sein. Außerdem kann der Winkel 118 zwischen benachbarten Reihen ein anderer sein und zwischen 0 Grad (d. h. eine Vielzahl von einander im Wesentlichen nicht überkreuzenden, parallelen horizontalen Reihen) und circa 90 Grad (d. h. eine Vielzahl von einander im Wesentlichen überkreuzenden, senkrecht verlaufenden Reihen) betragen.
Der Abstand zwischen den invertierten Turbulatoren 114, 116 kann ebenfalls in einem gewissen Ausmaß variieren. (Der Abstand wird hier ausgedrückt als das Verhältnis des Mitte-zu-Mitte-Abstands, geteilt durch die Breite der Oberfläche des invertierten Turbulators). Im Fall einer typischen Stator-Rotor-Anordnung eines Turbinentriebwerks kann der Mitte-zu-Mitte-Abstand benachbarter Reihen circa 1- bis 6-mal der Breite der Oberfläche des invertierten Turbulators betragen, und vorzugsweise circa 2- bis 4-mal der Breite der Oberfläche des invertierten Turbulators. Fluidströmungsstudien wie die oben erwähnten können verwendet werden, um für eine gegebene Situation leicht die am besten geeignete Anordnung invertierter Turbulatoren zu ermitteln. Es ist ebenfalls zu beachten, dass die Anordnung selbst in unterschiedlichen Oberflächenbereichen des Stators und/oder Rotors variiert werden kann.
Die invertierten Turbulatoren können durch eine Vielzahl von Verfahren ausgebildet werden. Zu den nicht einschränkenden Beispielen gehören maschinelle Bearbeitungsverfahren wie beispielsweise Fräsverfahren. Andere mögliche maschinelle Bearbeitungsverfahren sind unter anderem das Elektroerosionsverfahren (EDM, electro-discharge machining) und das elektrochemische Bearbeitungsverfahren (ECM, electro-chemical machining). In einigen Fällen könnten die invertierten Turbulatoren während des Gießens der speziellen Komponente ausgebildet werden, wie beispielsweise beim Präzisionsguss eines Turbinenrotors oder einer Leitschaufel. Beispielsweise könnte eine Präzisionsgießform mit einem ausgewählten Muster positiver Strukturmerkmale versehen werden, wie beispielsweise abgerundeten Streifen, Streifen mit abgeschrägten Kanten oder einer beliebigen anderen Art von Vorsprüngen oder Wirbelerzeugern. Die Form der positiven Strukturmerkmale würde durch die gewünschte Form der invertierten Turbulatoren bestimmt, die invers zu dem positiven Strukturmerkmal wäre. Daher würde das Teil nach dem Entfernen der Gussform die gewählte Anordnung invertierter Turbulatoren aufweisen. Fachleute werden leicht in der Lage sein, das am besten geeignete Verfahren zur Ausbildung invertierter Turbulatoren auf einer gegebenen Oberfläche zu ermitteln (oder die Kombination von Verfahren).
Die 8 und 9 sind vereinfachte Darstellungen gemäß einigen Ausführungsformen, die die Vorteile invertierter Turbulatoren in der Stator-Rotor-Anordnung einer Strömungsmaschine veranschaulichen. Für die Anordnungen 120 und 122 sind Bereiche des Stators und des Rotors durch die monolithischen Platten 124 und 126 dargestellt. Der Heißgasstrom in dem Heißgasströmungsbereich 128 wird durch den Pfeil 130 gezeigt. Der Heißgasstrom aus dem Strömungsbereich 128 in den inneren Bereich 132 (beispielsweise ein Radraumbereich) wird durch den Strömungspfeil 134 gezeigt. Der Kühlmittelstrom, der dem Heißgasstrom entgegen wirken soll, wird durch den Strömungspfeil 136 gezeigt. Im Fall der in 8 gezeigten Anordnung 120, sind auf keiner der Stator- oder Rotoroberflächen invertierte Turbulatoren vorhanden. Der Heißgasstrom 134 erstreckt sich im Wesentlichen in die inneren Bereiche 132 der Strömungsmaschine, wo er manchmal Räder, Scheiben und andere temperaturempfindliche Komponenten beschädigen kann.
In 9 umfasst die Stator-Rotor-Anordnung 122 invertierte Turbulatoren 137 auf einer unteren Oberfläche 138 des Stators 124 und auf einer oberen Oberfläche 140 des Rotors 126. Die tatsächliche Form und Größe der invertierten Turbulatoren wird in dieser Darstellung nicht gezeigt. Stattdessen werden sie durch die „Wirbel"-Formen dargestellt. (Wie oben erwähnt, enthält eine Theorie die Aussage, dass in jedem invertierten Turbulator ein Wirbel gebildet wird, wenn Gas über ihn strömt). Wie es für die Anordnung 122 gezeigt wird, kann das Vorhandensein der invertierten Turbulatoren die Leckage von Heißgas 134 in den Innenbereich 132 stark beschränken. So kann das Heißgas wirksam in den Heißgasbereich 128 zurückgeleitet werden, ohne in empfindliche Bereiche des Turbinentriebwerks aufgenommen zu werden. Eine weitere Folge hiervon ist, dass der Kühlmittelstrom 136 nicht so reichlich sein muss, wie im Fall der Anordnung 120, was andere hier beschriebene Vorteile hat.
Die invertierten Turbulatoren können auf einer Vielzahl von Oberflächen des Stators, des Rotors oder sowohl des Stators als auch des Rotors ausgebildet werden. (In einigen Fällen müssen die invertierten Turbulatoren nur auf Teilen dieser Oberflächen ausgebildet werden). Beispielsweise können sie auf verschiedenen Oberflächen von einer oder mehreren Abhalteelementdichtungen des Stators angeordnet werden, die sich in einen der Zwischenräume im Übergangsbereich erstrecken. Wie zuvor beschrieben, können sie ebenfalls auf verschiedenen Oberflächen von einem oder mehreren Winkelflügeln (auf dem Rotor) ausgebildet werden, die sich in einen der Zwischenräume erstrecken.
Bei einigen Typen von Stator-Rotor-Anordnungen wird ein beträchtlicher Vorteil durch die Integration der invertierten Turbulatoren in eine Oberfläche des Abhalteelements erzielt, während durch die Integration der invertierten Turbulatoren in Oberflächen des Rotorblatts kein wesentlicher Vorteil erzielt wird. Der Grad der Wirksamkeit der invertierten Turbulatoren wird von vielen hier erörterten Faktoren abhängen, darunter Größe, Form und genaue Position der Strukturmerkmale in Verbindung mit der speziellen Konstruktion der Stator-Rotor-Anordnung. Daher wird erwartet, dass bei einigen Arten von Stator-Rotor-Anordnungen das Vorhandensein invertierter Turbulatoren auf verschiedenen Bereichen des Rotors ebenfalls die hier erörterten wesentlichen Vorteile bietet.
Die hier angefügten Figuren sind im Allgemeinen zweidimensional, um die Prüfung dieser Offenbarung zu vereinfachen. Es ist jedoch zu beachten, dass die hier beschriebenen Übergangsbereiche typischerweise Teil einer Rotationsanordnung sind. Daher ist es für gewöhnlich wichtig, dass die invertierten Turbulatoren in Anordnungen angebracht werden, die im Allgemeinen den gesamten Umfang der speziellen Komponente, d. h. des Rotors oder Stators, umgeben.
10 ist eine andere, stärker vergrößerte Ansicht des Turbinentriebwerkteils aus den 1 und 2. In 10 werden nicht einschränkende Beispiele für die spezielle Platzierung invertierter Turbulatoren auf verschiedenen Bereichen des Stators (Leitschaufel) 18 und/oder des Rotorblatts (Schaufel) 22 gezeigt. Die möglichen Positionen der invertierten Turbulatoren sind durch die verschiedenen Pfeilsymbole gekennzeichnet. Aus 10 wird deutlich, dass die invertierten Turbulatoren in eine Vielzahl von radial inneren Teilen des Stators einbezogen werden können, darunter beispielsweise die radiale Fläche 60 (gegenüber dem Grabenhohlraum 54), die untere Abhalteelementfläche 62 (gegenüber dem oberen Zwischenraum 76) und die Statorfläche 66. Die invertierten Turbulatoren können auch in verschiedene, mit dem unteren Zwischenraum 77 verbundene Statorbereiche, wie beispielsweise die verschiedenen Oberflächen des Abhalteelements 64, integriert werden. 10 zeigt auch die Platzierung invertierter Turbulatoren auf den Winkelflügeln 50 und 90. Viele verschiedene Bereiche jedes Winkelflügels 50, 90 könnten invertierte Turbulatoren einbeziehen, wie zum Beispiel die obere Dichtfläche 70 des Winkelflügels 50 in Verbindung mit dessen Spitze 74. Die Verwendung invertierter Turbulatoren in diesen Bereichen kann tatsächlich in einem gewissen Ausmaß eine Vergrößerung des oberen und unteren Zwischenraums 76, 77 sowie des Pufferhohlraums 80 bei Beibehaltung des wirksamen Strömungsdurchgangswiderstands ermöglichen. Vergrößerte Abmessungen des physischen Zwischenraums können in Bezug auf andere Auflagen hinsichtlich Bearbeitungstoleranzen und Montagepassgenauigkeiten entlasten und dadurch zusätzliche Vorteile bei der Herstellung bieten. (Dieser Vorteil trifft auch auf die oberen Zwischenraumbereiche zu).
Beispielsweise wird eine mögliche Position für invertierte Turbulatoren in dem Übergangsbereich 92 der Stator-Rotor-Anordnung in 11 gezeigt. In 11 wird ein nicht einschränkendes Beispiel für die spezielle Platzierung invertierter Turbulatoren auf verschiedenen Bereichen des Stators (Leitschaufel) 18 und/oder des Rotorblatts (Schaufel) 22 gezeigt. Die möglichen Positionen invertierter Turbulatoren sind durch die verschiedenen Pfeilsysmbole angegeben. Ähnlich der Platzierung in 10, sind die invertierten Turbulatoren auf den radial inneren Teilen des Stators platziert, darunter beispielsweise die radiale Fläche 60 (gegenüber dem Grabenhohlraum), die untere Abhalteelementfläche 62 (gegenüber dem oberen Zwischenraum 76) und die Statorfläche 66. Die invertierten Turbulatoren können auch in verschiedene, mit dem unteren Zwischenraum 77 verbundene Statorbereiche integriert werden, wie beispielsweise die oberen und unteren Oberflächen 67, 69 des Abhalteelements 64. Anders als bei der in 10 gezeigten Platzierung, werden die invertierten Turbulatoren in 11 nicht auf den Winkelflügeln 50, 90 angewendet. In 11 befinden sich die invertierten Turbulatoren auf jeder Seite des von den Flügeln 50, 90 und den Abhalteelementen 58, 64 gebildeten oberen und unteren Zwischenraums 76, 77. Insbesondere die invertierten Turbulatoren auf den Oberflächen, erstrecken sich auf jeder Seite der Zwischenräume 76, 77 über eine spezifische Länge, die ungefähr gleich der Länge der Oberfläche des Abhalteelements 58, 64 selbst ist. Mit anderen Worten, die invertierten Turbulatoren erstrecken sich auf jeder Seite der Zwischenräume 76, 77 nur bis zur Länge der Oberfläche des Abhalteelements 58, 64. Die Verwendung invertierter Turbulatoren allein in diesen Bereichen kann tatsächlich in einem gewissen Ausmaß eine Vergrößerung des oberen und unteren Zwischenraums 76, 77 sowie des Pufferhohlraums 80 bei Beibehaltung des wirksamen Strömungsdurchgangswiderstands ermöglichen.
Die vorliegende Offenbarung veranschaulicht Stator-Rotor-Anordnungen in dem Turbinenbereich einer Strömungsmaschine. Es sollte jedoch betont werden, dass auch Stator-Rotor-Anordnungen in anderen Bereichen einer derartigen Maschine von der Erfindung profitieren können. Als nicht einschränkende Erläuterung: die Verdichterbereiche in vielen Strömungsmaschinen umfassen ebenfalls Stator-Rotor-Anordnungen, in die Winkelflügel-Abhaltelement-Anordnungen integriert sein können. Wie im Fall der Turbine ist diese Konstruktion ein Dichtungsmechanismus (zum Beispiel durch verschiedene Verdichterstufen), obwohl das Gas im Allgemeinen eine niedrigere Temperatur aufweist. Daher kann die Anwendung der invertierten Turbulatoren in Stator-Rotor-Anordnungen im Verdichter ebenfalls sehr vorteilhaft für die Beschränkung des Gasstroms sein. (Im Allgemeinen sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung für den Einschluss von Gas jeder Temperatur geeignet ist, wie zum Beispiel Raumtemperatur oder darüber).
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf eine Strömungsmaschine gerichtet, die zumindest eine Stator-Rotor-Anordnung wie beispielsweise die oben beschriebenen umfasst. Gasturbinentriebwerke (zum Beispiel Strahlturbinen, Propellerturbinen, landgestützte energieerzeugende Turbinen und Schiffsturbinen) stellen Beispiele für Strömungsmaschinen dar. Andere Arten sind in der Technik ebenfalls bekannt. Zu den nicht einschränkenden Beispielen gehört eine große Vielfalt von Pumpen und Verdichtern, die ebenfalls eine Stator-Rotor-Anordnung umfassen, durch die Fluide (Gas oder Flüssigkeit) strömen. Bei vielen dieser anderen Strömungsmaschinenkonstruktionen wären neue Verfahren zur Reduzierung der Fluidleckage aus einem Strömungsweg in andere Bereiche der Maschine von beträchtlichem Interesse. Daher könnten die Stator-Rotor-Anordnungen in diesen Strömungsmaschinen Anordnungen aus invertierten Turbulatoren umfassen, wie sie in dieser Offenbarung beschrieben werden.
Eine noch andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Beschränkung des Strömens von Gas (beispielsweise Heißgas) durch einen Zwischenraum zwischen einem Stator und einem Rotor in einer Strömungsmaschine gerichtet. Wie zuvor beschrieben, umfasst das Verfahren den Schritt der Bildung einer Anordnung aus invertierten Turbulatoren auf zumindest einer dem Zwischenraum benachbarten Oberfläche des Stators oder Rotors. Größe und Form der invertierten Turbulatoren sind für eine Behinderung des Gasstroms ausreichend, wie ebenfalls oben beschrieben wurde. Beispielhafte Verfahren für die Bildung der invertierten Turbulatoren wurden in dieser Offenbarung ebenfalls zur Verfügung gestellt.
Obwohl diese Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen und Beispiele beschrieben wurde, ist zu beachten, dass Fachleuten verschiedene Modifikationen, Anpassungen und Alternativen einfallen könnten, ohne dass diese von dem Geist und dem Anwendungsbereich des beanspruchten erfindungsgemäßen Konzepts abweichen würden. Alle oben erwähnten Patente, Artikel und Texte sind hierin durch Bezugnahme enthalten.
Es wird eine Stator-Rotor-Anordnung 21 beschrieben, die zumindest einen Übergangsbereich 92 zwischen dem Stator 18 und dem Rotor 22 umfasst. Zumindest eine Stator- oder Rotoroberfläche in dem Übergangsbereich umfasst eine Anordnung aus invertierten Turbulatoren 99, 101, 108. Die invertierten Turbulatoren beschränken den Gasstrom durch einen Zwischenraum 76 zwischen dem Stator und dem Rotor. Verschiedene Strömungsmaschinen, die eine derartige Stator-Rotor-Anordnung 21 enthalten können, werden ebenfalls beschrieben. Die Offenbarung erörtert auch Verfahren zur Restriktion des Gasstroms durch Zwischenräume in einer Stator-Rotor-Anordnung unter Verwendung invertierter Turbulatoren.

10: Turbinentriebwerksbereich
12: Rotorrad
14: Abstandhalter
16: Bolzen
18: Leitschaufel/Stator der ersten Stufe
20: Leitschaufel der zweiten Stufe
21: Stator-Rotor-Anordnung
22: Rotorblatt der ersten Stufe
23: Schaufelblatt
24: Rotorblatt der zweiten Stufe
25: Schaft
26: Plattform
27: Schwalbenschwanz
33: Winkelflügel
34: Winkelflügel
36: Abhalteelement
37: Pfeil
38: Heißgasweg
50: Winkelflügel
54: Grabenhohlraum
58: Abhalteelement
60: Radiale Fläche
62: Untere Abhalteelementfläche
64: Abhalteelement
66: Radiale Statorfläche
67: Obere Oberfläche eines Abhalteelements
69: Untere Oberfläche eines Abhalteelements
70: Obere Dichtfläche eines Winkelflügels
72: Untere Dichtfläche eines Winkelflügels
74: Spitze eines Winkelflügels
76: oberer Zwischenraum
77: unterer Zwischenraum
78: axialer Zwischenraum
80: Pufferhohlraum
82: Radraumbereich
90: Winkelflügel
91: Winkelflügelspitze
92: Übergangsbereich
94: Grenzlinie des Übergangsbereichs
96: Grenzlinie des Übergangsbereichs
98: Pfeil
99: Invertierter Turbulator
100: Oberflächen-Kanten
101: Invertierter Turbulator
102: Oberflächen-Kanten
104: Oberflächen-Kanten
106: Oberflächen-Kanten
108: Invertierter Turbulator
110: Untere Oberfläche eines invertierten Turbulators
112: Seitenwände eines invertierten Turbulators
114: Invertierter Turbulator
116: Invertierter Turbulator
120: Stator-Rotor-Anordnung
122: Stator-Rotor-Anordnung
124: Platte
126: Platte
128: Heißgas-Strömungsbereich
130: Pfeil
132: Innenbereich
134: Strömungspfeil
136: Strömungspfeil
137: Invertierte Turbulatoren
138: Untere Oberfläche des Stators
140: Obere Oberfläche des Rotors

Claims

Stator-Rotor-Anordnung (21), mit zumindest einem Übergangsbereich (92) zwischen einer Oberfläche des Stators (18) und einer Oberfläche des Rotors (22), wobei diese Oberflächen durch zumindest einen Zwischenraum (76) getrennt sind und wobei zumindest eine der Stator- oder Rotorflächen in dem Übergangsbereich (92) eine Anordnung invertierter Turbulatoren (99, 101, 108) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Stator (18) eine Leitschaufel ist, die zumindest eine Abhaltelementdichtung (64) mit einem Segment, das sich in den Zwischenraum (76) erstreckt, aufweist, und wobei die Anordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108) auf zumindest einer Oberfläche des Segments angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Rotor (22) ein Turbinenblatt oder eine Turbinenschaufel ist.
Anordnung nach Anspruch 3, worin das Turbinenblatt oder die Turbinenschaufel (22) zumindest einen Winkelflügel (50, 90) umfasst, der sich in den Zwischenraum erstreckt, und wobei eine Anordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108) auf zumindest einer Oberfläche des Winkelflügels (50, 90) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, worin die Anordnung eine Anordnung gleich beabstandeter invertierter Turbulatoren (99, 101, 108) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 5, worin die Anordnung eine Überkreuzanordnung umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, worin der Übergangsbereich (92) zwischen den Stator- und Rotorflächen ein Bereich mit Strömungsrestriktion ist, was den Gasstrom von dem Heißgasweg (38) des Turbinentriebwerks durch den Zwischenraum (76) zu einem Radraumbereich (82) der Stator-Rotoranordnung (21) einschränkt.
Anordnung (21), gegenüberliegende Oberflächen eines Stators (18) und eines Rotors (22) umfassend, wobei eine Überkreuzanordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108) auf zumindest einer der gegenüberliegenden Oberflächen angeordnet ist.
Strömungsmaschine, zumindest eine Stator-Rotor-Anordnung (21) umfassend, wobei die Stator-Rotor-Anordnung zumindest einen Übergangsbereich (92) zwischen einer Oberfläche des Stators (18) und einer Oberfläche des Rotors (22) umfasst, und wobei diese Oberflächen durch zumindest einen Zwischenraum (76) getrennt sind, wobei zumindest eine der Stator- oder Rotoroberflächen in dem Übergangsbereich eine Anordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108) umfasst.
Verfahren zur Beschränkung des Gasstroms durch einen Zwischenraum (76) zwischen einem Stator (18) und einem Rotor (22) in einer Stator-Rotor-Anordnung einer Strömungsmaschine, folgende Schritte umfassend: Ausbildung einer Anordnung aus invertierten Turbulatoren (99, 101, 108) auf zumindest einer dem Zwischenraum benachbarten Oberfläche des Stators oder Rotors, wobei die invertierten Turbulatoren eine Größe und Form aufweisen, die den Gasstrom behindert.