DE102009006029A1

DE102009006029A1 - turbomachinery

Info

Publication number: DE102009006029A1
Application number: DE200910006029
Authority: DE
Inventors: Frank Stiehler
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2009-01-24
Filing date: 2009-01-24
Publication date: 2010-07-29
Also published as: WO2010083805A1

Abstract

Eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, weist eine Vorrichtung zum aktiven Verändern des Spalts (28) zwischen den Laufschaufelspitzen (26) und einem Deckband (46) auf. Piezoelektrische Aktoren (48) sind radial außerhalb einer Umfangswand (32) des Gehäuses (20) angeordnet und verschieben das Deckband (46).A turbomachine, in particular a gas turbine, has a device for actively changing the gap (28) between the blade tips (26) and a shroud (46). Piezoelectric actuators (48) are arranged radially outside a peripheral wall (32) of the housing (20) and displace the shroud (46).

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor Laufschaufeln und der Stator ein Gehäuse und Leitschaufeln aufweist, wobei die rotorseitigen Laufschaufeln mit radial außenliegenden Spitzen an das Gehäuse angrenzen und mit diesem einen Spalt begrenzen, und wobei zur Minimierung des Spalts zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und dem Gehäuse ein Deckband vorgesehen ist, das über mehrere am Umfang verteilte piezoelektrische Aktoren radial bewegt wird.The The invention relates to a turbomachine, in particular gas turbine, with a stator and a rotor, the rotor blades and the stator has a housing and vanes, wherein the rotor-side blades with radially outer Tips adjacent to the housing and with this a gap limit, and wherein to minimize the gap between the tips the blades and the housing provided a shroud is that over several circumferentially distributed piezoelectric Actuators is moved radially.

Turbomaschinen, zum Beispiel Gasturbinen wie Flugtriebwerke, weisen zumindest einen Rotor und mindestens einen Stator auf, und zwar sowohl im Verdichter als auch im Turbinenbereich. Die dem Rotor zugeordneten Laufschaufeln rotieren gegenüber dem feststehenden Gehäuse und den ebenfalls feststehenden Leitschaufeln.Turbomachinery For example, gas turbines such as aircraft engines, have at least one Rotor and at least one stator, both in the compressor as well as in the turbine area. The blades associated with the rotor rotate relative to the fixed housing and the likewise fixed vanes.

Zwischen den radial außenliegenden sogenannten Schaufelspitzen und dem Gehäuse ergeben sich Spalte. Diese müssen zur Optimierung des Wirkungsgrads der Turbomaschine möglichst klein sein, was insbesondere für den radial äußeren Spalt zwischen der Laufschaufelspitze und dem Gehäuse gilt. Das Gehäuse ebenso wie die Laufschaufeln unterliegen während des Betriebes der Gasturbine erheblichen Veränderungen, da einerseits das Gehäuse und die Laufschaufeln sich aufgrund ihres unterschiedlichen thermischen Verhaltens unterschiedlich stark ausdehnen und da andererseits die rotierenden Laufschaufeln aufgrund der im Betrieb der Turbomaschine wirkenden Fliehkräfte Spaltänderungen verursachen. Darüber hinaus kann es auch zu einem sogenannten Rotorpendeln kommen, was bezüglich der Spaltabdichtung natürlich noch problematischer ist.Between the radially outer so-called blade tips and The housing results in gaps. These must To optimize the efficiency of the turbomachine possible be small, especially for the radially outer Gap between the blade tip and the housing applies. The Housing as well as the blades are subject during the operation of the gas turbine significant changes, because on the one hand the housing and the blades due to Their different thermal behavior varies greatly on the other hand, because of the rotating blades the centrifugal forces acting during operation of the turbomachine Cause gap changes. In addition, can it also come to a so-called rotor pendulum, which in terms of Gap sealing is of course even more problematic.

In der Vergangenheit wurden bereits sogenannte ACC(Active Clearance Control)-Systeme eingesetzt. Dabei wird der Spalt zwischen den Schaufelspitzen und sogenannten Deckbändern, die zwischen dem Gehäuse und den Schaufelspitzen liegen, direkt verändert, indem die Deckbänder bewegt werden. Damit werden Überströmverluste sehr klein gehalten. Außerdem wird auch das Anstreifen der Schaufeln an den Einlaufbelag bei unsymmetrischen Lasten verringert oder sogar verhindert.In In the past so-called ACC (Active Clearance Control) systems used. Thereby the gap between the blade tips becomes and so-called shrouds, which are between the case and the blade tips are directly changed by the shrouds are moved. This will overflow losses kept very small. In addition, also the rubbing reduced the blades to the inlet lining at unbalanced loads or even prevented.

Spreizringkonstruktionen, hydraulische Verstellungen und thermisch gesteuerte Konstruktionen wie Gehäusekühlungen sind in diesem Zusammenhang teure und zum Teil auch groß bauende, schwere Lösungen mit hohem Leistungsbedarf und vor allem auch relativ hoher Trägheit bei der Verstellung der Deckbänder. Darüber hinaus können diese Systeme nur symmetrische Verschiebungen erzeugen.Spreizringkonstruktionen, hydraulic adjustments and thermally controlled constructions such as Cabinet cooling is expensive in this context and sometimes also large-scale, heavy solutions with high power requirements and, above all, relatively high inertia in the adjustment of the shrouds. Furthermore For example, these systems can only produce symmetric shifts.

Aus der gattungsgemäßen WO 96/17156 ist ein ACC-System bekannt, bei dem zwischen dem Deckband und dem Gehäuse ein umfangsmäßig durchgehendes, sinusförmiges Piezoelement verläuft, das abwechselnd an dem Deckband und an dem Gehäuse befestigt ist. Zwischen den einzelnen Befestigungspunkten wird eine Spannung angelegt, so daß der Abschnitt zwischen diesen Befestigungspunken beim Anlegen der Spannung zur Aktivierung des Piezoabschnittes führt. Die Deckbänder sind segmentartig unterteilt, und die einzelnen Segmente weisen zwischen sich einen Spalt auf.From the generic WO 96/17156 For example, an ACC system is known in which a circumferentially continuous, sinusoidal piezoelectric element alternately attached to the shroud and to the housing extends between the shroud and the housing. A voltage is applied between the individual attachment points, so that the section between these attachment points leads to the activation of the piezoelectric section when the voltage is applied. The shrouds are subdivided into segments, and the individual segments have a gap between them.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Turbomaschine mit einem verbesserten ACC-System zu schaffen.task The invention is a turbomachine with an improved To create ACC system.

Dies wird bei einer Turbomaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Gehäuse eine an das Deckband angrenzende Umfangswand besitzt und die Aktoren radial auf der bezüglich der Schaufelspitzen entgegengesetzten Seite der Umfangswand angeordnet sind.This is characterized in a turbomachine of the type mentioned by achieved that the housing one to the shroud has adjacent peripheral wall and the actuators radially on the respect arranged the blade tips opposite side of the peripheral wall are.

Indem die Aktoren sozusagen außerhalb der Gehäusewand angeordnet sind, lassen sie sich gastechnisch und thermisch vom Innenraum trennen, was insbesondere im Turbinenbereich aufgrund des Heißgases Vorteile hat. Das Gehäuse kann wie bisher integral ausgeführt sein und muß nicht axial geteilt werden. Auch die Aufhängung der Statorbauteile wird durch die Erfindung nicht beeinflußt.By doing the actuators, so to speak outside the housing wall are arranged, they can be gas and thermal from Interior separate, which is particularly due to the turbine area the hot gas has advantages. The case may like previously be integral and does not have to be divided axially. The suspension of the stator components is also not affected by the invention.

Das ACC-System, welches bei der erfindungsgemäßen Turbomaschine eingesetzt wird, baut sehr leicht und klein, verbraucht nur geringe Hilfsenergie und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Die piezoelektrischen Aktoren besitzen hohe Stellkräfte und sind extrem schnell ansprechbar, so daß die erforderlichen kleinen Verschiebungen ausreichend schnell umgesetzt werden können. Aufgrund der zahlreichen auf dem Umfang verteilten Aktoren läßt sich das Deckband auch unsymmetrisch verformen, um beispielsweise beim Rotortaumeln den Spalt sozusagen der Taumelbewegung anzupassen.The ACC system, which in the inventive Turbomachine is used, builds very light and small, consumed only low power supply and has a high reliability on. The piezoelectric actuators have high actuating forces and are extremely responsive, so that the required small shifts can be implemented quickly enough. Due to the numerous distributed on the circumference actuators can be deform the shroud also asymmetrically, for example, at Rotortaumeln to adjust the gap, so to speak, the tumbling motion.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist das Deckband umfangsmäßig geschlossen, das heißt einstückig, so daß die Bewegung von Aktoren an einer Seite auch einen Einfluß auf die Abschnitte des Deckbandes an einer anderen, zum Beispiel gegenüberliegenden Seite haben.According to the preferred embodiment, the shroud is circumferential closed, that is in one piece, so that the Movement of actuators on one side also has an influence on the sections of the shroud on another, for example, opposite Have side.

Natürlich kann das Deckband auch geschlitzt sein oder aus mehreren Segmenten zusammengesetzt werden. Die Schlitze können optional allseitig geschlossen, d. h. durch eine Wand begrenzt sein.Naturally The shroud can also be slotted or made of several segments be assembled. The slots can optionally be closed on all sides, d. H. be limited by a wall.

Die Umfangswand sollte Öffnungen besitzen, durch die sich Andrück- oder Zugelemente erstrecken, welche die Aktoren mit dem Deckband koppeln.The peripheral wall should have openings through which pressing or pulling elements he stretch, which couple the actuators with the shroud.

Hier ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine sogenannte Blechbaugruppe denkbar, in der die Andrück- oder Zugelemente mit dem Deckband einstückig verbunden sind (zum Beispiel über Löten oder Schweißen). Hierdurch ergibt sich eine hohe Stabilität des ACC-Systems.Here is according to the preferred embodiment a so-called sheet metal assembly conceivable in which the pressing or tension elements integrally connected to the shroud are (for example about soldering or welding). This results in a high stability of the ACC system.

Natürlich können die Elemente auch aus mehreren Teilen form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein, z. B. über Niete.Naturally The elements can form and / or of several parts be positively connected with each other, for. B. over Rivet.

Die Öffnungen sind vorzugsweise Schlitze, insbesondere schmale Schlitze im Gehäuse, durch die sich die Andrück- oder Zugelemente erstrecken.The openings are preferably slots, in particular narrow slots in the housing, through which the pressing or pulling elements extend.

Vorzugsweise sind die Andrück- oder Zugelemente schmale Stege.Preferably the pressing or pulling elements are narrow webs.

Die Struktur ist dabei so ausgebildet, daß sie geometrisch optimal auf Widerstandskenngrößen ausgerichtet ist.The Structure is designed so that it geometrically optimally aligned to resistance characteristics is.

Die Andrück- oder Zugelemente erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform radial bis zu einer Leiste, die an der Innenseite der zugeordneten Aktoren liegt.The Pressing or pulling elements extend according to a Embodiment radially up to a bar, which at the Inside the associated actuators is located.

Die Leiste ist insbesondere Teil eines Rahmens, in dem ein Aktor aufgenommen ist.The Bar is in particular part of a frame in which an actor is added is.

Der Aktor kann die Leiste nach außen ziehen oder radial auf die Leiste drücken, dann liegt die Leiste auch tatsächlich an ihm an. Der Aktor kann aber auch in Axial- oder Umfangsrichtung wirken, so daß über die Dickenänderung in Axial- oder Umfangsrichtung und eine Art Umlenkkinematik eine Stellbewegung in radialer Richtung erfolgen kann. Vorzugsweise ist für jeden Aktor wenigstens eine eigene Leiste und wenigstens ein eigenes Andrück- oder Zugelement vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leiste ein Paket von Aktoren aufnehmen.Of the Actuator can pull the bar outward or radially press the bar, then the bar is actually at him. The actuator can also be in the axial or circumferential direction act, so that on the thickness change in the axial or circumferential direction and a kind of deflection kinematics a Adjusting movement can take place in the radial direction. Preferably for each actor at least a separate bar and at least provided its own pressing or pulling element. alternative or in addition, a bar can be a package of actuators take up.

Leiste, Rahmen und/oder Andrück- oder Zugelement können einstückig miteinander verbunden sein, so daß sich eine Art Festkörpergelenk ergibt..Strip, Frame and / or pressing or pulling element can be integrally connected with each other so that a kind of solid-state joint results ..

Die Leisten sollten im Gehäuse oder im Rahmen befestigt sein, wobei dies auch gegebenenfalls durch Schweißen oder Löten erfolgen kann.The Bars should be fixed in the case or in the frame, this also optionally by welding or soldering can be done.

Das Gehäuse besitzt gemäß der bevorzugten Ausführungsform radial außerhalb der Umfangswand Kammern zur Unterbringung der Aktoren und gegebenenfalls auch der zuvor erwähnten Rahmen.The Housing according to the preferred Embodiment radially outside the peripheral wall Chambers for accommodating the actuators and possibly also the previously mentioned framework.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Zusammenhang mit einer Kühlung der Aktoren. Da die Aktoren außerhalb der Umfangswand liegen, lassen sich diese über einen eigenen Kühlmittelstrom auf Temperatur halten. Der Kühlmittelstrom kann aus dem Bypaßstrom abgezweigt werden und wieder in diesen eingeleitet werden, so daß der Aufwand für die Kühlung sehr gering ist.Especially The invention is advantageous in connection with cooling the actors. Since the actuators are outside the peripheral wall, These can be achieved via a separate coolant flow keep to temperature. The coolant flow can from the Bypaßstrom be diverted and reintroduced into this be, so that the cost of cooling is very low.

Die Aktoren können so im Gehäuse angeordnet sein, daß der Kühlmittelstrom in Axialrichtung der Turbomaschine das Gehäuse im Bereich der Aktoren zu deren Kühlung durchströmt, was besonders vorteilhaft bei Verwendung des Bypaßstromes ist.The Actuators can thus be arranged in the housing, that the coolant flow in the axial direction of the turbomachine the housing in the area of the actuators for their cooling flows through, which is particularly advantageous when using the Bypaßstromes is.

Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem darin, daß kein Anstreifen der Schaufeln auch unter dynamischen Lasten mehr erfolgt und daß eine geringe Leistungsaufnahme und eine sehr gute Energiebilanz erzielbar sind, denn im geschalteten Zustand sind die Aktoren praktisch stromlos. Darüber hinaus kann auch eine Rückspeicherung von Hilfsenergie erfolgen. Das Trägheitsverhalten des ACC-Systems ist sehr gering und die Stabilität der Lagerung des Deckbandes sehr hoch. Ein sehr genaues und schnelles Stellverhalten bei hohen Kräften sowie eine hohe Zuverlässigkeit bei vielen Schaltezyklen sind weitere hervorzuhebende Vorteile.The Advantages of the invention include the fact that no Scrape the blades even under dynamic loads more done and that a low power consumption and a very good Energy balance can be achieved because are in the switched state the actuators virtually de-energized. In addition, too a back storage of auxiliary power done. The inertial behavior of the ACC system is very low and the stability of storage of the shroud very high. A very accurate and fast positioning at high forces as well as a high reliability in many switching cycles are other advantages to be highlighted.

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen ersichtlich, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further Features of the invention will become apparent from the following description and the following drawings, to which reference is made becomes. In the drawings show:

1 eine Längsschnittansicht durch eine erfindungsgemäße Turbomaschine in Form einer Gasturbine, 1 a longitudinal sectional view through a turbomachine according to the invention in the form of a gas turbine,

2 eine perspektivische Ansicht eines bei der Erfindung eingesetzten ACC-Systems, 2 a perspective view of an ACC system used in the invention,

3 eine Frontansicht des ACC-Systems nach 2, 3 a front view of the ACC system after 2 .

4 eine vergrößerte Frontansicht eines Abschnitts des ACC-Systems nach den 2 und 3, 4 an enlarged front view of a portion of the ACC system according to the 2 and 3 .

5 eine Perspektivansicht des in 4 gezeigten Abschnitts, 5 a perspective view of the in 4 shown section,

6 eine etwas modifizierte Ausführungsform des ACC-Systems im Radialschnitt gesehen, 6 seen a slightly modified embodiment of the ACC system in radial section,

7 eine vergrößerte Ansicht des Außenrandes des ACC-Systems nach 6, und 7 an enlarged view of the outer edge of the ACC system after 6 , and

8 eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts des ACC-Systems längs der Linie VIII-VIII in 7. 8th an enlarged sectional view of a portion of the ACC system along the line VIII-VIII in 7 ,

In 1 ist eine Turbomaschine mit einem Einlaufdiffusor 10, einem Verdichter 12, einer Brennkammer 14, einer Turbine 16 und einer Schubdüse 18 dargestellt, die alle in einem Gehäuse 20 liegen. Nur beispielshaft sind einige der zahlreichen Laufschaufeln 22 als Teil des Rotors und Leitschaufeln 24 als Teil des Stators im Verdichter- oder Turbinenabschnitt dargestellt. Zwischen den Schaufelspitzen 26 und dem Gehäuse 20 ergibt sich ein umlaufender Spalt 28, der nur zur Verdeutlichung in 1 übertrieben groß dargestellt ist. Ein weiterer Spalt ergibt sich zwischen den Leitschaufeln und der Nabe 30.In 1 is a turbomachine with a inlet diffuser 10 , a compressor 12 , a combustion chamber 14 , a turbine 16 and a thruster 18 shown, all in one housing 20 lie. Just by way of example are some of the numerous blades 22 as part of the rotor and vanes 24 shown as part of the stator in the compressor or turbine section. Between the blade tips 26 and the housing 20 results in a circumferential gap 28 , which is for illustration only 1 is shown exaggeratedly large. Another gap arises between the vanes and the hub 30 ,

Im Bereich jedes Leitschaufelkranzes ist je ein in den 2 und 3 dargestelltes ACC-System vorgesehen, das aus mehreren Komponenten besteht und in das Gehäuse 20 integriert ist. Das Gehäuse 20 selbst weist mehrere Abschnitte auf, nämlich (siehe 4 und 5) eine innenliegende Umfangswand 32 sowie eine außenliegende Umfangswand 34, die über radiale Rippen 36 miteinander verbunden sind. Zwischen den Rippen ergeben sich zahlreiche Kammern 38. Die Kammern 38 werden radial nach innen noch von jeweils einer biegeweichen Leiste 40 abgetrennt. Die Kammerwände außerhalb der Umfangswand können aber auch getrennt von der Umfangswand 32 hergestellt sein. Die Leiste 40 kann an den Rippen 36 anliegen oder auch mit diesen verbunden sein, sie muß aber eine gewisse Flexibilität in radialer Richtung aufweisen.In the area of each vane ring is ever one in the 2 and 3 illustrated ACC system is provided, which consists of several components and in the housing 20 is integrated. The housing 20 itself has several sections, namely (see 4 and 5 ) an inner peripheral wall 32 and an outer peripheral wall 34 that have radial ribs 36 connected to each other. Between the ribs there are numerous chambers 38 , The chambers 38 are still radially inward of each one flexible strip 40 disconnected. But the chamber walls outside the peripheral wall can also be separated from the peripheral wall 32 be prepared. The bar 40 can on the ribs 36 abutment or be connected to these, but it must have some flexibility in the radial direction.

Radial innenseitig geht jede Leiste 40 insbesondere einstückig in ein Andrück- oder Zugelement (Steg 42) über, wobei vorzugsweise jede Leiste 40 einem Steg 42 zugeordnet ist. Die sehr dünn ausgebildeten Stege 42 erstrecken sich durch längliche, insbesondere schlitzförmige, sich nur axial abschnittsweise erstreckende Öffnungen 44 in der innenliegenden Umfangswand 32 und spalten sich zu einer Y-Form, das heißt zu zwei Stegen auf, um dann insbesondere einstückig mit einem innenliegenden Deckband 46 verbunden zu sein. Das Deckband 46 läuft vorzugsweise umfangsmäßig geschlossen um. Unmittelbar an das Deckband 46 grenzen die Schaufelspitzen 26 an. Der Spalt 28 zwischen den Schaufelspitzen und dem Deckband 46 ist fast vernachlässigbar klein.Radial inside is every bar 40 in particular in one piece in a pressing or pulling element (bridge 42 ), preferably each bar 40 a footbridge 42 assigned. The very thin trained webs 42 extend through elongated, in particular slot-shaped, only axially sections extending openings 44 in the inner peripheral wall 32 and split into a Y-shape, that is to two webs, then in particular integrally with an inner shroud 46 to be connected. The shroud 46 preferably runs closed circumferentially. Immediately to the shroud 46 border the blade tips 26 at. The gap 28 between the blade tips and the shroud 46 is almost negligible.

In jeder Kammern 38 sitzt ist ein piezoelektrischer Antrieb in Form eines Aktors 48 eingepaßt, der an den Stegen 40 auch anliegen sollte, zumindest bei dieser Ausführungsform. Bevorzugt ist die Lage der Aktoren 48 einzeln oder in Gruppen in radialer Richtung einstellbar, z. B. durch Ausbildung einzeln oder in Gruppen radial einstell- und justierbarer Kammerwände oder durch innerhalb der Kammern 38 radial justierbare Aktoren 48. Wichtig ist nämlich beim Zusammenbau der Turbomaschine, daß der Spalt 28 im Grundzustand gleichmäßig ist. Somit wird bevorzugt über die Lage der Kammern 38 und/oder der Aktoren 48 das Deckband 46 gleichmäßig nah an den Schaufelkranz positioniert. Diese Kalibrierung muß sehr exakt erfolgen.In every chamber 38 sits is a piezoelectric actuator in the form of an actuator 48 fitted in, at the jetties 40 should also be present, at least in this embodiment. The position of the actuators is preferred 48 individually or in groups in the radial direction adjustable, z. B. by training individually or in groups radially adjustable and adjustable chamber walls or through within the chambers 38 radially adjustable actuators 48 , It is important that when assembling the turbomachine that the gap 28 even in the ground state. Thus, preference is given to the position of the chambers 38 and / or the actuators 48 the shroud 46 positioned evenly close to the blade ring. This calibration must be very accurate.

Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, ergibt sich eine Art Festkörperkinematik mit Festkörpergelenken durch die Rippen 36, Leisten 40 und Stege 44, wobei sämtliche Teile nicht einstückig ineinander übergehen müßten, sondern beispielsweise auch über Gelenke miteinander verbunden sein könnten.As in the 4 and 5 can be seen, there is a kind of solid state kinematics with solid joints through the ribs 36 , Afford 40 and footbridges 44 , wherein all parts would not merge into one another in one piece, but for example could be connected to each other via joints.

Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, ergibt sich eine Art Ring mit in Umfangsrichtung zahlreichen aneinander angrenzenden Kammern 38 und zugeordneten Aktoren 48.As in the 2 and 3 can be seen, resulting in a kind of ring with circumferentially numerous adjacent chambers 38 and associated actuators 48 ,

Die piezoelektrischen Aktoren 48 sind insbesondere Pakete von einzelnen, dünnen Piezoelementen, wobei natürlich auch ein einzelnes Piezoelement verwendet werden kann. Über Piezoelementpakete lassen sich gegebenenfalls höhere Verstellwege verwirklichen.The piezoelectric actuators 48 are in particular packages of individual, thin piezoelectric elements, of course, a single piezoelectric element can be used. If necessary, higher adjustment paths can be realized via piezo element packages.

Jeder Aktor 48 kann einzeln angesteuert werden. Durch Dickenänderung des Aktors 48 werden die Leisten 40 mehr oder weniger stark radial nach innen oder außen gedrückt bzw. gezogen, die als Andrück- oder Zugelemente fungierenden Stege 44 übertragen die Kraft wie bei einer Festkörperkinematik auf das Deckband 46. Somit läßt sich das Deckband 46 mehr oder weniger stark aufweiten oder zusammenziehen oder auch zu einem Unrund deformieren, das umläuft.Every actor 48 can be controlled individually. By changing the thickness of the actuator 48 become the last 40 more or less strongly pressed or pulled radially inwards or outwards, the webs acting as pressing or pulling elements 44 transfer the force to the shroud like with a solid state kinematics 46 , Thus, the shroud can be 46 expand or contract more or less or even deform to a non-circular, which rotates.

Es läßt sich hiermit, gezielt auf die jeweilige Bedingung abgestimmt, ein minimaler Spalt 28 erzeugen.It can hereby, tailored to the particular condition, a minimum gap 28 produce.

Wie in 4 zu erkennen ist, bildet die Umfangswand 32 eine Art thermische Barriere, die als erste Abschirmung der Aktoren 48 dient. Als zweite Abschirmung wirken dann die Leisten 40, die Teil eines Rahmens sind, der durch die Rippen 36 und die äußere Umfangswand 34 gebildet ist, und zwar um jeden Aktor 48.As in 4 can be seen forms the peripheral wall 32 a kind of thermal barrier that acts as the first shield of the actuators 48 serves. As a second shield then act the bars 40 that are part of a frame that goes through the ribs 36 and the outer peripheral wall 34 is formed, and indeed around each actor 48 ,

Während sich bei der Ausführungsform nach den 2 bis 5 die Aktoren radial ausdehen, dehnen sie sich bei der Ausführungsform nach 6 bis 8 axial aus. Der Steg 42 muß hier nicht einstückig in die Leiste 40 übergehen, vielmehr kann die Leiste 40 z. B. über schräge Zwischenleisten 50 mit Stirnwänden 52 gekoppelt sein, um eine Art Rahmen für die Aufnahme des Aktors 48 zu bilden.While in the embodiment according to the 2 to 5 the actuators extend radially, they expand in the embodiment 6 to 8th axially out. The jetty 42 does not have to be in one piece in the bar 40 can go over, rather, the bar 40 z. B. over sloping intermediate strips 50 with end walls 52 be coupled to a kind of framework for the inclusion of the actor 48 to build.

Funktionsgleiche Teile sind aber mit den bereits eingeführten Bezugszeichen versehen.functionally identical Parts are but with the already introduced reference numerals Mistake.

Das Gehäuse mit den Umfangswänden 32 und 34 ist zur Vereinfachung in den 6 und 7 weggelassen worden, jedoch ist es entsprechend der Ausführungsform nach 2 ausgeführt, so daß die Stege 42 durch entsprechende Öffnungen in der Umfangswand 32 hindurch verlaufen. Für jeden Aktor 48 ist sozusagen eine eigene Kammer 38 mit einem Rahmen 54 gebildet, so daß sich zahlreiche Rahmen umfangsmäßig aneinanderreihen.The housing with the peripheral walls 32 and 34 is for simplicity in the 6 and 7 has been omitted, however it is according to the Embodiment after 2 executed, so that the webs 42 through corresponding openings in the peripheral wall 32 pass through. For every actor 48 is, so to speak, a separate chamber 38 with a frame 54 formed so that numerous frames string together circumferentially.

Wenn der Aktor 48 betätigt wird und sich das Piezoelement in Axialrichtung längt, werden die Stirnwände 42 weiter voneinander weg gedrückt, so daß die Zwischenleisten 50 weniger stark nach außen oder innen abgewinkelt werden, also paralleler zum Aktor 58 verlaufen. Damit wird die Leiste 40 nach oben bewegt, so daß auch der Steg 42 und damit das Deckband 46 radial nach außen gezogen werden. Umgekehrt, bei Verkürzung des Piezoelements in Axialrichtung, wird das Deckband 46 an dieser Stelle radial nach innen gedrückt. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich durch die Umlenkkinematik eine Übersetzung von der axialen Ausdehnung in die schließlich radial wirkende Bewegung der Leiste.If the actor 48 is actuated and the piezoelectric element elongates in the axial direction, the end walls 42 pressed further away from each other, so that the intermediate strips 50 less angled outwards or inwards, ie parallel to the actuator 58 run. This will be the bar 40 moved up so that the bridge 42 and thus the shroud 46 be pulled radially outward. Conversely, when shortening the piezoelectric element in the axial direction, the shroud becomes 46 pressed radially inward at this point. In this embodiment results from the Umlenkkinematik a translation of the axial extent in the finally radially acting movement of the bar.

Zu betonen ist für alle Ausführungsformen, daß durch abschnittsweises Drücken oder Ziehen des Deckbandes 46 dieses in Zwischenabschnitten auch eine Umfangsbewegung macht. Hiermit läßt sich der Spalt sehr gut und schnell an die Erfordernisse im Betrieb anpassen.It should be emphasized for all embodiments that by sectionwise pressing or pulling the shroud 46 this also makes a circumferential movement in intermediate sections. Hereby, the gap can be adapted very well and quickly to the requirements in operation.

Bei der Ausführungsform nach den 2 bis 5 sind vorzugsweise die Stirnseiten des ACCSystems ebenso geschlossen wie nach 6 oder 7, d. h., die Aktoren 48 ragen nicht aus den Gehäusewänden heraus wie in 5 dargestellt, sondern sind in einer Art Kammer untergebracht, wie in 6 oder 7 gezeigt.In the embodiment of the 2 to 5 Preferably, the front sides of the ACC system are closed as well as after 6 or 7 that is, the actuators 48 do not protrude out of the housing walls as in 5 but are housed in a kind of chamber, as in 6 or 7 shown.

Ein vom Bypaßstrom abgezweigter Kühlmittelstrom F kann radial außerhalb der Umfangswand 32 durch die einzelnen Kammern 38 in Axialrichtung hindurchströmen und die Aktoren 40 kühlen. Dies ist auch bei der Ausführungsform nach den 2 bis 5 möglicht. Der Kühlmittelstrom wird im übrigen auch wieder in den Bypaßstrom eingeleitet. Ein Kühlluftverbrauch aus dem Gasstrom, das heißt aus dem Verdichterbereich, ist nicht vorgesehen.A branched off from the bypass flow of coolant flow F can radially outside the peripheral wall 32 through the individual chambers 38 flow in the axial direction and the actuators 40 cool. This is also in the embodiment of the 2 to 5 made possible. Incidentally, the coolant flow is also reintroduced into the bypass flow. A cooling air consumption from the gas stream, that is from the compressor area, is not provided.

Durch die thermische Trennung von Aktoren und innenliegendem Gasstrom ist es möglich, die Aktoren auf Temperaturen unter 400°C, insbesondere unter 250°C zu halten.By the thermal separation of actuators and internal gas flow is it possible to reduce the actuators to temperatures below 400 ° C, especially below 250 ° C.

Das dargestellte ACC-System kann sowohl im Verdichter- als auch im Turbinenbereich angewandt werden.The The illustrated ACC system can be used both in the compressor and in the turbine area be applied.

1010: Einlaufdiffusorinlet diffuser
1212: Verdichtercompressor
1414: Brennkammercombustion chamber
1616: Turbineturbine
1818: Schubdüseexhaust nozzle
2020: Gehäusecasing
2222: Laufschaufelblade
2424: Leitschaufelvane
2626: Schaufelspitzeblade tip
2828: Spaltgap
3030: Nabehub
3232: Umfangswandperipheral wall
3434: Umfangswandperipheral wall
3636: Ripperib
3838: Kammerchamber
4040: Leistestrip
4242: Stegweb
4444: Öffnungenopenings
4646: Deckbandshroud
4848: Aktoractuator
5050: Zwischenleisteintermediate strip
5252: Stirnwandbulkhead
5454: Rahmenframe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 96/17156 [0006]

Claims

Turbomachine, in particular gas turbine, with a stator and a rotor, wherein the rotor blades ( 22 ) and the stator a housing ( 20 ) and vanes ( 24 ), wherein the rotor-side blades ( 22 ) with radially outer tips ( 26 ) to the housing ( 20 ) and with this a gap ( 28 ) and where to minimize the gap ( 28 ) between the tips ( 26 ) and the housing ( 20 ) a shroud ( 46 ) is provided, which is distributed over a plurality of circumferentially distributed piezoelectric actuators ( 48 ) is moved radially, characterized in that the housing ( 20 ) one to the shroud ( 46 ) adjacent peripheral wall ( 32 ) and the actuators ( 48 ) radially on the relative to the blade tip ( 26 ) opposite side of the peripheral wall ( 32 ) are arranged.

Turbomachine according to claim 1, characterized in that the shroud ( 46 ) is circumferentially closed.

Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that the peripheral wall ( 32 ) Openings ( 44 ), through which pressing or pulling elements extend, the actuators ( 48 ) with the shroud ( 46 ) couple.

Turbomachine according to claim 3, characterized in that the openings ( 44 ) Slits, especially slots closed on all sides, are.

Turbomachine according to claim 3 or 4, characterized in that the pressing or pulling elements webs ( 42 ) are.

Turbomachine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the pressure or tension elements are integral with the shroud ( 46 ) are connected.

Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing or pulling elements extend radially up to a strip ( 40 ), which on the inside of the associated actuator ( 48 ) lies.

Turbomachine according to claim 7, characterized in that the strip ( 40 ) Part of a framework ( 54 ), in which an actor ( 48 ) is recorded.

Turbomachine according to claim 7 or 8, characterized in that for each actuator ( 48 ) at least one own bar ( 40 ) And at least one own pressure element is provided.

Turbomachine according to one of claims 7 to 9, characterized in that the strips on the housing ( 20 ) are attached.

Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 20 ) radially outside the peripheral wall ( 32 ) Chambers ( 38 ) for accommodating the actuators ( 48 ) owns.

Turbomachine according to one of the preceding claims, characterized in that a separated from the gas stream Coolant flow (F) is guided to the actuators.

Turbomachine according to claim 12, characterized in that the actuators ( 48 ) so in the housing ( 20 ) are arranged such that the coolant flow (F) in the axial direction of the turbomachine, the housing ( 20 ) in the area of the actuator ( 48 ) flows through to the cooling.