DE102010045712B4

DE102010045712B4 - Turbo machine housing

Info

Publication number: DE102010045712B4
Application number: DE201010045712
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Heß Thomas; Steffen Schlothauer
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: WO2012034557A2; WO2012034557A3; DE102010045712A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Turbomaschinengehäuse (10) und ein Verfahren zum Einstellen eines Abstands (30) zwischen dem Turbomaschinengehäuse (10) und wenigstens einer Laufschaufel (21), die sich innerhalb des Turbomaschinengehäuses (10) befindet. Im Turbomaschinengehäuse (10) ist wenigstens ein Steuerkanal (11) vorgesehen, durch den ein Fluid zum Erwärmen oder Abkühlen des Turbomaschinengehäuses (10) geführt wird, wodurch der Abstand (30) zwischen dem Turbomaschinengehäuse (10) und der Laufschaufel (21) eingestellt wird.The invention relates to a turbomachine housing (10) and a method for adjusting a clearance (30) between the turbomachine housing (10) and at least one blade (21) located within the turbomachine housing (10). At least one control passage (11) is provided in the turbomachine housing (10) through which fluid is passed to heat or cool the turbomachine housing (10), thereby adjusting the clearance (30) between the turbomachine housing (10) and the bucket (21) ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbomaschinengchäuse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Einstellen eines Abstands zwischen dem Turbomaschinengehäuse und einer Laufschaufel.The invention relates to a turbomachine housing according to the preamble of patent claim 1 and a method for adjusting a distance between the turbomachinery housing and a rotor blade.

Die Druckschrift DE 10 2008 025 511 A1 offenbart ein Gehäuse für einen Verdichter einer Gasturbine, insbesondere einer Fluggasturbine, mit einem Aussengehäuse mit mindestens einer Luftzuführöffnung und einem aus mindestens zwei Gehäusesegmenten ausgebildeten Innengehäuse, wobei die Gehäusesegmente mindestens eine Einblasungsdüse zum Einblasen von über die Luftzuführöffnungen angesaugter Luft in einen Strömungskanal im Bereich von Schaufelspitzen von Schaufeln eines Rotors des Verdichters aufweisen.The publication DE 10 2008 025 511 A1 discloses a housing for a compressor of a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, comprising an outer housing with at least one air supply opening and an inner housing formed from at least two housing segments, wherein the housing segments at least one injection nozzle for blowing air sucked through the air supply openings in a flow channel in the region of blade tips have vanes of a rotor of the compressor.

Die Druckschrift EP 1 245 792 A1 offenbart einen Führungsring für eine Turbine, insbesondere für eine Gasturbine, die ein Gehäuse mit mehreren Reihen von Leitschaufeln und einen Rotor mit mehreren Reihen von Laufschaufeln aufweist, wobei am Gehäuse in Axialrichtung zwischen je zwei Reihen von Leitschaufeln ein Führungsring vorgesehen ist.The publication EP 1 245 792 A1 discloses a guide ring for a turbine, in particular for a gas turbine, comprising a housing with a plurality of rows of vanes and a rotor with a plurality of rows of blades, wherein on the housing in the axial direction between each two rows of vanes, a guide ring is provided.

Aus dem Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Turbomaschinen, insbesondere Gas- oder Dampfturbinen, bekannt, die ein Turbomaschinengehäuse und wenigstens eine Laufschaufel aufweisen. Die Laufschaufeln sind in einem Strömungskanal des Turbomaschinengehäuses angeordnet und drehen sich relativ zu diesem Laufschaufeln werden insbesondere bei einem in der Turbomaschine vorhandenen Hochdruckverdichter und einer Hochdruckturbine verwendet und weisen einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des Turbomaschinengehäuses. Folglich bildet sich zwischen den Laufschaufeln und dem Turbomaschinengehäuse ein Spalt aus. Der durch den Spalt definierte Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und den Laufschaufeln soll einerseits so gewählt sein, dass sichergestellt ist, dass sich die Laufschaufeln relativ zum Turbomaschinengehäuse drehen können, ohne überhaupt oder zu stark anzustreifen. Andererseits soll der Abstand nicht zu groß sein, da sich sonst der Wirkungsgrad der Turbomaschine erheblich verschlechtert.A large number of turbomachines, in particular gas or steam turbines, which have a turbomachinery housing and at least one rotor blade, are already known from the state of the art. The blades are disposed in a flow channel of the turbomachine housing and rotate relative to these blades are used in particular in a high-pressure compressor and a high-pressure turbine present in the turbomachine and have an outer diameter that is smaller than an inner diameter of the turbomachinery housing. As a result, a gap is formed between the blades and the turbomachine housing. The distance between the turbomachinery housing and the blades defined by the gap should, on the one hand, be selected so as to ensure that the rotor blades can rotate relative to the turbomachinery housing without tarnishing at all or too strongly. On the other hand, the distance should not be too large, otherwise the efficiency of the turbomachine deteriorates considerably.

Turbomaschinen, insbesondere Flugtriebwerke, sind im Betrieb großen Temperaturänderungen ausgesetzt. So treten im bereich eines Hochdruckverdichters und einer Hochdruckturbine, insbesondere bei einer in Volllast betriebenen Turbomaschine, hohe Temperaturen auf. Als Folge der hohen Temperaturen dehnen sich das Turbomaschinengehäuse und die Laufschaufeln aus, wobei die Ausdehnung umso größer ist, je höher die Temperatur ist. Im Ergebnis kann es so, insbesondere bei hohen Temperaturen, vorkommen, dass sich das Turbomaschinengehäuse und die Laufschaufeln derart ausdehnen, dass ein unerwünschter Reibkontakt zwischen dem Turbomaschinengehäuse und den Laufschaufeln entsteht.Turbomachines, in particular aircraft engines, are subject to large changes in temperature during operation. Thus, high temperatures occur in the region of a high-pressure compressor and a high-pressure turbine, in particular in a turbo engine operated at full load. As a result of the high temperatures, the turbomachinery housing and the blades expand, with the higher the temperature, the larger the expansion. As a result, especially at high temperatures, the turbomachine housing and blades may expand to create undesirable frictional contact between the turbomachine housing and the blades.

Infolge des Reibkontakts kann bei einem Drehen der Laufschaufeln Material von den Laufschaufeln und dem Turbomaschinengehäuse abgetragen werden, was einen Verschleiß der Laufschaufeln und des Turbomaschinengehäuses bewirkt. Somit ist, wenn die Turbomaschine dann wieder bei niedrigeren Temperaturen betrieben wird, der Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und den Laufschaufelne bei einer Turbomaschine, bei der ein Verschleiß der zuvor genannten Bauteile erfolgt ist, ungewollt vergrößert. Aufgrund des solcherart vergrößerten Abstands zwischen dem Turbomaschinengehäuse und den Laufschaufeln weist die Turbomaschine, bei der ein Verschleiß der zuvor genannten Bauteile erfolgt ist, einen ungünstigen Wirkungsgrad auf.As a result of the frictional contact, as the blades rotate, material may be removed from the blades and the turbomachine housing causing wear of the blades and turbomachine housing. Thus, when the turbomachine is then operated again at lower temperatures, the distance between the turbomachinery housing and the blade in a turbomachine in which wear of the aforementioned components has occurred, unintentionally increased. Due to the thus increased distance between the turbomachinery housing and the blades, the turbomachine, in which a wear of the aforementioned components is carried out, an unfavorable efficiency.

Die DE 28 33 012 offenbart eine Turbomaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In der Turbomaschine ist ein Ring, der aus einem gesinterten porösen Material besteht, zwischen einem Turbomaschinengehäuse und Laufschaufeln angeordnet, In dem Turbomaschinengehäuse sind Kühlkanäle vorgesehen, mittels denen der Ring gekühlt wird, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den Ring zu gewährleisten und somit Verformungen des Rings zu vermeiden.The DE 28 33 012 discloses a turbomachine according to the preamble of claim 1. In the turbomachine, a ring made of a sintered porous material is disposed between a turbomachine housing and blades. In the turbomachine housing, cooling channels are provided by which the ring is cooled to provide a uniform temperature distribution to ensure over the ring and thus avoid deformation of the ring.

Eine derartige Turbomaschine weist den Nachteil auf, dass ein zusätzliches Bauteil, nämlich der Ring, zwischen dem Turbomaschinengehäuse und den Laufschaufeln vorgesehen ist, was bei einem Zusammenbau der Turbomaschine zusätzliche Arbeitsschritte erfordert. Ein weiterer Nachteil einer derartigen Ausführungsform besteht darin, dass ein Reibkontakt zwischen den Laufschaufeln und dem Ring besteht.Such a turbomachine has the disadvantage that an additional component, namely the ring, is provided between the turbomachinery housing and the rotor blades, which requires additional work steps when assembling the turbomachine. Another disadvantage of such an embodiment is that frictional contact exists between the blades and the ring.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einem Turbomaschinengehäuse wenigstens einen der oben genannten Nachteile zu vermeiden.The object of the present invention is therefore to avoid at least one of the abovementioned disadvantages in the case of a turbomachine housing.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Turbomaschinengehäuse mach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 5 stellt ein Verfahren zum Einstellen eines Abstands zwischen dem Turbomaschinengehäuse und wenigstens einer Laufschaufel unter Schutz. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.To solve this problem, a turbomachinery housing makes the preamble of claim 1 further developed by its characterizing features. Claim 5 provides a method of adjusting a clearance between the turbomachine housing and at least one blade under protection. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß sind in einem Gehäuse einer Turbomaschine, insbesondere einer Gas- oder Dampfturbine und vorzugsweise eines Flugtriebwerkes, ein oder mehrere integrierte Steuerkanäle ausgebildet, durch die ein Fluid geführt wird, um das einstückige Turbomaschinengehäuse zu erwärmen oder abzukühlen. Unter einem im Turbomaschinengehäuse ausgebildeten Steuerkanal wird insbesondere ein gegenüber dem Strömungskanal, in dem die Laufschaufeln angeordnet sind, geschlossener Hohlraum bzw. eine Passage im Turbomaschinengehäuse verstanden. Der Steuerkanal erstreckt sich vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen in Umfangs- und/oder Axialrichtung des Turbomaschinengehäuses bzw. Strömungskanals und ist von diesem Strömungskanal, in dem sich die wenigstens eine Laufschaufel befindet, fluidtechnisch getrennt. Somit ist auf einfache Weise sichergestellt, dass das durch den wenigstens einen Steuerkanal strömende Fluid, wie beispielsweise Kerosin, nicht in den Strömungskanal strömen kann.According to the invention are in a housing of a turbomachine, in particular a gas or steam turbine and preferably a An engine, one or more integrated control channels formed through which a fluid is guided to heat or cool the one-piece turbomachinery housing. A control channel formed in the turbomachine housing is understood to mean, in particular, a hollow space or a passage in the turbomachinery housing which is closed relative to the flow channel in which the rotor blades are arranged. The control channel preferably extends at least substantially in the circumferential and / or axial direction of the turbomachine housing or flow channel and is fluidly separated from this flow channel in which the at least one moving blade is located. Thus, it is easily ensured that the fluid flowing through the at least one control channel, such as kerosene, can not flow into the flow channel.

Durch ein gezieltes Erwärmen oder Abkühlen des Turbomaschinengehäuses wird die Temperatur des Turbomaschinengehäuses gesteuert und damit eine vorgebbare Formänderung des Turbomaschinengehäuses aufgeprägt.By deliberately heating or cooling the turbomachine housing, the temperature of the turbomachine housing is controlled and thus imparted a predefinable change in shape of the turbomachine housing.

Bei einem Erwärmen des Turbomaschinengehäuses entspricht die Formänderung einer Ausdehnung, bei einem Abkühlen des Turbomaschinengehäuses einer Schrumpfung des Turbomaschinengehäuses. Das Ausdehnen bzw. Schrumpfen des Turbomaschinengehäuses kann in radialer und/oder axialer Richtung zu der wenigstens einen Laufschaufel erfolgen. Durch eine vorgegebene Formänderung des Turbomaschinengehäuses, die vorzugsweise durch die Temperatur des durch den wenigstens einen Steuerkanal strömenden Fluids gesteuert wird, kann der Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und wenigstens einer Laufschaufel eingestellt, insbesondere verändert, werden.Upon heating of the turbomachine housing, the change in shape corresponds to expansion, and upon cooling of the turbomachine housing, shrinkage of the turbomachine housing occurs. The expansion or shrinkage of the turbomachine housing can take place in the radial and / or axial direction to the at least one blade. By a predetermined change in shape of the turbomachine housing, which is preferably controlled by the temperature of the fluid flowing through the at least one control channel, the distance between the turbomachinery housing and at least one blade can be adjusted, in particular changed.

Durch ein Einstellen des Abstands zwischen dem Turbomaschinengehäuse und wenigstens einer Laufschaufel, zum Beispiel durch ein Erwärmen des Turbomaschinengehäuses, kann ein Reibkontakt zwischen diesen Bauteilen und damit ein Verschleiß des Turbomaschinengehäuses und der wenigstens einen Laufschaufel vermieden werden. Gleichermaßen kann, beispielsweise durch ein Abkühlen des Turbomaschinengehäuses, bewirkt werden, dass sich der Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und wenigstens einer Laufschaufel verringert, so dass sich der Wirkungsgrad der Turbomaschine erhöht.By adjusting the distance between the turbomachine housing and at least one blade, for example, by heating the turbomachine housing, frictional contact between these components, and thus wear of the turbomachine housing and the at least one blade, can be avoided. Similarly, for example, by cooling the turbomachine housing, the distance between the turbomachine housing and at least one blade may be caused to decrease, thereby increasing the efficiency of the turbomachine.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann darin liegen, dass auf separate Bauteile wie beispielsweise einen Opferring verzichtet werden kann, die zwischen dem Turbomaschinengehäuse und der wenigstens einen Laufschaufel vorgesehen sind, was die Arbeitsschritte bei einem Zusammenbau der Turbomaschine reduziert.Another advantage of the invention may be that it can dispense with separate components such as a sacrificial ring, which are provided between the turbomachine housing and the at least one blade, which reduces the steps in an assembly of the turbomachine.

Das Turbomaschinengehäuse wird mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt. Eine vorteilhafte Wirkung einer derartigen Herstellung kann darin liegen, dass mittels generativen Fertigungsverfahren ein Ausbilden des wenigstens einen Steuerkanals innerhalb des Turbomaschinengehäuses auf einfache Weise möglich ist. Unter generativen Fertigungsverfahren werden insbesondere Verfahren verstanden, bei denen ein Bauteil schichtweise aus formlosen, insbesondere pulverförmigem, flüssigem oder pastösem, Material aufgebaut wird. Als Materialien werden vorzugsweise Metalle, Kunststoffe und/oder Keramik verstanden. So werden unter generativen Fertigungsverfahren beispielsweise selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern und Elektronenstrahlschmelzen verstanden. Natürlich können auch andere generative Fertigungsverfahren zum Herstellen des Turbomaschinengehäuses verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführung wird das Turbomaschinengehäuse generativ aufgebaut, indem Werkstoff selektiv auf einer Folie angeordnet ist und mit einer Unterlage, insbesondere einer vorhergehenden Schicht, verbunden wird. Durch die selektive Anordnung können die Steuerkanäle besonders vorteilhaft hergestellt werden.The turbomachinery housing is manufactured by a generative manufacturing process. An advantageous effect of such a production may be that by means of generative manufacturing method forming the at least one control channel within the turbomachine housing in a simple manner possible. Generative production processes are understood in particular to mean processes in which a component is built up in layers from formless, in particular pulverulent, liquid or pasty material. As materials, metals, plastics and / or ceramics are preferably understood. For example, generative manufacturing processes are understood as meaning selective laser melting, selective laser sintering and electron beam melting. Of course, other generative manufacturing techniques may be used to manufacture the turbomachine housing. In a preferred embodiment, the turbomachinery housing is constructed generatively by material is selectively disposed on a film and connected to a substrate, in particular a preceding layer. Due to the selective arrangement, the control channels can be made particularly advantageous.

In einer bevorzugten Ausbildung kann der Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und der wenigstens einen Laufschaufel auf einfache Weise mittels einer Regelgröße gesteuert werden. Bei der Regelgröße kann es sich beispielsweise um eine gemessene Temperatur des Turbomaschinengehäuses, der Laufschaufel und/oder einer Arbeitsmediumströmung durch den Strömungskanal des Turbomaschinengehäuses handeln. Zusätzlich oder alternativ zur Temperatur als Regelgröße kann es sich bei der Regelgröße um einen Druck handeln, der sich in einem Teil des Strömungskanals ausbildet, der in Strömungsrichtung des innerhalb des Strömungskanals strömenden Fluids der Laufschaufel beispielsweise nachgelagert ist. Natürlich können noch weitere Messgrößen als die Regelgröße für die Einstellung des Abstands verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführung wird der Abstand automatisch von einem Einstellmittel, beispielsweise einer entsprechenden Steuerung bzw. Regelung, eingestellt. Hierzu kann das Einstellmittel gezielt einen oder mehrere der im Turbomaschinengehäuse ausgebildeten Steuerkanäle mit warmen oder kalten Fluid beschicken, beispielsweise, indem es entsprechende Stellventile öffnet, schließt und/oder umschaltet.In a preferred embodiment, the distance between the turbomachinery housing and the at least one blade can be controlled in a simple manner by means of a controlled variable. The controlled variable can be, for example, a measured temperature of the turbomachine housing, the moving blade and / or a working medium flow through the flow channel of the turbomachine housing. In addition or as an alternative to the temperature as a control variable, the controlled variable may be a pressure which is formed in a part of the flow channel, which is downstream, for example, in the flow direction of the fluid of the blade flowing within the flow channel. Of course, other measures can be used as the control variable for setting the distance. In a preferred embodiment, the distance is automatically adjusted by an adjustment means, for example a corresponding control or regulation. For this purpose, the adjustment means selectively charge one or more of the control channels formed in the turbomachinery housing with hot or cold fluid, for example, by opening corresponding control valves, closes and / or switches.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein Ausdehnen des Turbomaschinengehäuses dadurch erfolgen, dass ein Fluid, das eine höhere Temperatur als das Turbomaschinengehäuse aufweist, durch wenigstens einen Steuerkanal geführt wird. Bei dem Fluid kann es sich um ein gasförmiges oder flüssiges Fluid, vorzugsweise Luft handeln. Die Luft kann beispielsweise aus einem Raum in einem Hochdruckverdichter und/oder in einer Hochdruckturbine und/oder in einer Niederdruckturbine und/oder in einer Brennkammer entnommen und wenigstens einem Steuerkanal zugeführt werden. Die Zufuhr der Luft aus den zuvor genannten Räumen weist den Vorteil auf, dass die Luft bereits eine höhere Temperatur aufweist als das Turbomaschinengehäuse und daher keine zusätzliche Einrichtung zum Erwärmen der Luft notwendig ist. Im Ergebnis kann ein Ausdehnen oder Schrumpfen des Turbomaschinengehäuses in radialer und/oder axialer Richtung auf einfache Weise erfolgen. Gleichermaßen kann das Fluid mit den vorgenannten Wärmequellen auch im Wärmeaustausch stehen, um vor der Zufuhr in den Steuerkanal erwärmt zu werden. Zusätzlich oder alternativ ist auch ein Aufheizen durch separate Wärmetauscher und/oder Heizer, insbesondere elektrische Heizeinrichtungen, möglich.In an advantageous development of the invention, an expansion of the turbomachine housing can take place in that a fluid which has a higher temperature than the turbomachinery housing, by at least one Control channel is guided. The fluid may be a gaseous or liquid fluid, preferably air. The air can for example be taken from a space in a high-pressure compressor and / or in a high-pressure turbine and / or in a low-pressure turbine and / or in a combustion chamber and fed to at least one control channel. The supply of air from the aforementioned spaces has the advantage that the air already has a higher temperature than the turbomachinery housing and therefore no additional means for heating the air is necessary. As a result, expansion or shrinkage of the turbo machine housing in a radial and / or axial direction can be easily performed. Likewise, the fluid may also be in heat exchange with the aforementioned heat sources to be heated prior to being fed to the control channel. Additionally or alternatively, heating by separate heat exchangers and / or heaters, in particular electric heaters, is possible.

Ein Schrumpfen des Turbomaschinengehäuses kann dadurch erreicht werden, dass ein Fluid, das eine niedrigere Temperatur als das Turbomaschinengehäuse aufweist, durch wenigstens einen Steuerkanal geführt wird. Bei dem Fluid kann es sich zum Beispiel um ein gasförmiges oder flüssiges Fluid, vorzugsweise Kerosin und/oder einen Luftnebenstrom, handeln. Unter einem Luftnebenstrom wird insbesondere ein Luftanteil in einer Turbomaschine verstanden, der nicht einer Brennkammer der Turbomaschine zu-, sondern daran vorbeigeführt wird.Shrinkage of the turbomachine housing may be achieved by passing a fluid having a lower temperature than the turbomachine housing through at least one control channel. The fluid may be, for example, a gaseous or liquid fluid, preferably kerosene and / or an air side stream. An air by-pass flow is to be understood in particular as meaning an air fraction in a turbomachine which is not admitted to a combustion chamber of the turbomachine, but is guided past it.

Dabei kann ein Abkühlen und damit ein Schrumpfen des Turbomaschinengehäuses beispielsweise dadurch erreicht werden, dass durch einen Steuerkanal Kerosin und durch einen anderen Steuerkanal der Luftnebenstrom strömt. Allgemein können durch verschiedene im Turbomaschinengehäuse ausgebildete Steuerkanäle und/oder nacheinander durch denselben Steuerkanal jeweils unterschiedliche Fluide und/oder Fluide mit unterschiedlicher Temperatur geführt werden, um so insbesondere wahlweise und/oder bereichsweise das Turbomaschinengehäuse abzukühlen bzw. zu erwärmen, und so wahlweise und/oder bereichsweise seine Form zu verändern, um einen Spalt zu Laufschaufeln einzustellen. So kann insbesondere ein erster Steuerkanal mit einem wärmeren Fluid durchströmt werden, um das Turbomaschinengehäuses im Bereich dieses ersten Steuerkanals zu erwärmen, dadurch auszudehnen und so den Spalt zu Laufschaufeln zu vergrößern. Indem anschließend kälteres Fluid diesen ersten Steuerkanal durchströmt, kann das Turbomaschinengehäuses im Bereich dieses Steuerkanals wieder abgekühlt, dadurch geschrumpft und so den Spalt zu Laufschaufeln verkleinert werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein zweiter Steuerkanal mit einem unterschiedlich temperierten Fluid durchströmt werden, um das Turbomaschinengehäuses im Bereich dieses zweiten Steuerkanals unterschiedlich zu temperieren und so eine lokal unterschiedliche Formänderung zu bewirken.In this case, a cooling and thus a shrinkage of the turbomachine housing, for example, be achieved in that flows through a control channel kerosene and through another control channel of the air side stream. In general, different fluids and / or fluids having different temperatures can be guided through different control channels formed in the turbomachinery housing and / or successively through the same control channel, in particular to selectively or / and partially cool or heat the turbomachine housing, and thus optionally and / or partially change its shape to adjust a gap to blades. In particular, a first control channel can be flowed through by a warmer fluid in order to heat the turbomachinery housing in the region of this first control channel, thereby expanding it and thus increasing the gap to the rotor blades. By then colder fluid flows through this first control channel, the turbomachine housing can be cooled in the region of this control channel again, thereby shrunk and so reduce the gap to blades. Additionally or alternatively, a second control channel can be flowed through with a differently tempered fluid in order to temper the turbomachine housing differently in the region of this second control channel and thus effect a locally different shape change.

In einer bevorzugten Ausführung wird ein Fluid mit einer bestimmten Temperatur während des Betriebs der Turbomaschine kontinuierlich durch wenigstens einen Steuerkanal geführt.In a preferred embodiment, a fluid at a certain temperature is continuously passed through at least one control channel during operation of the turbomachine.

Der in dem Turbomaschinengehäuse vorgesehene wenigstens eine Steuerkanal kann im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sein. Es sind noch andere Querschnittformen für den wenigstens einen Steuerkanal vorstellbar. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass der Steuerkanalquerschnitt mäanderförmig und/oder bogenförmig ausgebildet ist.The provided in the turbomachinery housing at least one control channel may be circular in cross-section. There are still other cross-sectional shapes for the at least one control channel conceivable. For example, it is conceivable that the control channel cross-section is meander-shaped and / or arcuate.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein erfindungsgemäßes Turbomaschinengehäuse in eine Turbomaschine, insbesondere einer Gasturbine wie vorzugsweise einem Flugtriebwerk, oder einer Dampfturbine verwendet, insbesondere um einen Abstand zwischen dem Turbomaschinengehäuse und der wenigstens einen Laufschaufel einzustellen.In a preferred embodiment, a turbomachine housing according to the invention is used in a turbomachine, in particular a gas turbine such as preferably an aircraft engine, or a steam turbine, in particular to set a distance between the turbomachinery housing and the at least one moving blade.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt die einzige:Further features and advantages emerge from the subclaims and the exemplary embodiment. The only one shows:

1: eine Draufsicht auf ein Turbomaschinengehäuse und eine Laufschaufel einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 Figure 11 is a plan view of a turbomachine housing and blade of a turbomachine according to an embodiment of the present invention.

Die in 1 gezeigte Turbomaschine 1 weist ein Turbomaschinengehäuse 10, eine durch das Turbomaschinengehäuse 10 umschlossene Welle 20, die relativ zum Turbomaschinengehäuse 10 drehbar ist, und mehrere Laufschaufeln auf, die drehfest mit der Welle 20 gekoppelt sind und von denen in 1 nur eine Laufschaufel 21 dargestellt ist.In the 1 shown turbo machine 1 has a turbomachinery housing 10 one through the turbomachinery housing 10 enclosed shaft 20 , which are relative to the turbomachinery housing 10 is rotatable, and a plurality of blades, the rotation with the shaft 20 are coupled and of which in 1 just a blade 21 is shown.

Das Turbomaschinengehäuse 10, das mittels eines generativen Fertigungsverfahrens gefertigt wurde, definiert einen Strömungskanal 12, innerhalb dessen sich die Laufschaufel 21 und die Welle 20 befindet. Da die Laufschaufel 21 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als ein Innendurchmesser des Turbomaschinengehäuses 10, bildet sich zwischen dem Turbomaschinengehäuse 10 und der Laufschaufel 21 ein Spalt bzw. ein durch den Spalt definierter Abstand 30 aus.The turbomachine housing 10 , which was manufactured by means of an additive manufacturing process, defines a flow channel 12 , inside which is the blade 21 and the wave 20 located. Because the blade 21 has a smaller outer diameter than an inner diameter of the turbomachine housing 10 , forms between the turbomachinery housing 10 and the blade 21 a gap or a gap defined by the gap 30 out.

Im Turbomaschinengehäuse 10 sind Steuerkanäle 11 vorgesehen, die von dem Strömungskanal 12 getrennt sind und sich in Umfangsrichtung des Turbomaschinengehäuses 10 erstrecken. Die Steuerkanäle 11 sind innerhalb des Turbomaschinengehäuses 10 derart angeordnet, dass sie zwei Steuerkanalreihen 11', 11'' ausbilden, wobei die zwei Steuerkanalreihen 11', 11'' jeweils aus einer Vielzahl von einzelnen Steuerkanälen 11 bestehen. Die erste Steuerkanalreihe 11' ist im Turbomaschinengehäuse 10 derart angeordnet, dass sie der Welle 20 näher ist als die zweite Steuerkanalreihe 11''. Die Steuerkanäle 11 sind im Querschnitt kreisförmig ausgebildet.In the turbomachinery housing 10 are control channels 11 provided by the flow channel 12 are separated and in the circumferential direction of the turbomachine housing 10 extend. The control channels 11 are inside the turbo machine housing 10 arranged so that they two rows of control channels 11 ' . 11 '' form, with the two control channel rows 11 ' . 11 '' each of a plurality of individual control channels 11 consist. The first control channel row 11 ' is in the turbomachinery housing 10 arranged so that they are the shaft 20 closer than the second control channel row 11 '' , The control channels 11 are circular in cross section.

Im Folgenden wird das Einstellen des Abstands 30 zwischen dem Turbomaschinengehäuse 10 und der Laufschaufel 21 beschrieben:
Wenn während des Betriebs der Turbomaschine 1 festgestellt wird, dass beispielsweise die Temperatur des Turbomaschinengehäuses 10 als Regelgröße einen vorgegebenen Wert überschreitet und sich so der Spalt 30 zwischen Laufschaufelspitze und Strömungskanal unerwünscht vergrößert, so wird ein kühlendes Fluid durch die Steuerkanäle 11 geführt. Das Fluid, insbesondere Kerosin oder ein einer Brennkammer (nicht dargestellt) nicht zugeführter Luftnebenstrom, weist eine kleinere Temperatur auf als das Turbomaschinengehäuse 10. Folglich verringert sich beim Durchströmen des Fluids durch die Steuerkanäle 11 die Temperatur des Turbomaschinengehäuses 10 und das Turbomaschinengehäuse 10 schrumpft in radialer und/oder axialer Richtung relativ zur Welle 20. Im Ergebnis wird durch das Schrumpfen des Turbomaschinengehäuses 10 der Abstand 30 zwischen dem Turbomaschinengehäuse 10 und der Laufschaufel 21 reduziert.The following is setting the distance 30 between the turbomachinery housing 10 and the blade 21 described:
If during operation of the turbomachine 1 it is determined, for example, that the temperature of the turbomachine housing 10 as a controlled variable exceeds a predetermined value and so the gap 30 between the blade tip and the flow channel undesirably increased, so is a cooling fluid through the control channels 11 guided. The fluid, in particular kerosene or a secondary air flow not supplied to a combustion chamber (not shown), has a lower temperature than the turbomachine housing 10 , Consequently, as the fluid flows through the control channels, it decreases 11 the temperature of the turbomachine housing 10 and the turbo machine housing 10 shrinks in the radial and / or axial direction relative to the shaft 20 , As a result, the shrinkage of the turbomachinery housing 10 the distance 30 between the turbomachinery housing 10 and the blade 21 reduced.

Wenn während des Betriebs der Turbomaschine 1 umgekehrt beispielsweise die Temperatur des Turbomaschinengehäuses 10 als Regelgröße einen vorgegebenen Wert unterschreitet, wird durch die Steuerkanäle 11 ein wärmendes Fluid geführt. Dieses Fluid weist eine Temperatur auf, die größer ist als die Temperatur des Turbomaschinengehäuses 10. Folglich erwärmt sich bei einem Durchführen des Fluids die Temperatur des Turbomaschinengehäuses 10, wodurch sich das Turbomaschinengehäuse 10 in radialer und/oder axialer Richtung relativ zur Welle 20 ausdehnt. Im Endeffekt erhöht sich der Abstand 30 zwischen dem Turbomaschinengehäuse 10 und der Laufschaufel 21.If during operation of the turbomachine 1 conversely, for example, the temperature of the turbomachine housing 10 as a controlled variable falls below a predetermined value, is through the control channels 11 passed a warming fluid. This fluid has a temperature that is greater than the temperature of the turbomachine housing 10 , Consequently, the temperature of the turbo machine housing heats up when the fluid is passed through 10 , which causes the turbomachinery housing 10 in the radial and / or axial direction relative to the shaft 20 expands. In the end, the distance increases 30 between the turbomachinery housing 10 and the blade 21 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Turbomaschineturbomachinery
1010: TurbomaschinengehäuseTurbo machine housing
1111: Kanalchannel
11'11 ': erste Steuerkanalreihefirst control channel row
11''11 '': zweite Steuerkanalreihesecond control channel row
1212: Strömungskanalflow channel
2020: Wellewave
2121: Laufschaufelblade
3030: Abstanddistance

Claims

Turbomachinery housing ( 10 ) with at least one control channel to be flowed through by a fluid ( 11 ), wherein the one-piece turbomachinery housing ( 10 ) a flow channel ( 12 ) in which at least one blade ( 21 ), characterized in that the turbomachinery housing ( 10 ) is at least partially manufactured by means of a generative manufacturing process, and that fluid for heating or cooling the turbomachinery housing ( 10 ) through the control channel ( 11 ) is guided to a distance ( 30 ) between the turbomachinery housing ( 10 ) and the at least one blade ( 21 ), the control channel ( 11 ) from the flow channel ( 12 ) separately in the turbomachinery housing ( 10 ) is trained.

Turbomachinery housing ( 10 ) according to claim 1, characterized by adjusting means for changing a, in particular radial, spacing ( 30 ) between the turbomachinery housing ( 10 ) and a blade ( 21 ) by a thermally induced at least regional deformation of the turbomachine housing ( 10 ).

Turbomachinery housing ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one control channel to be flowed through by a fluid ( 11 ) is formed in cross-section at least substantially circular.

Turbomachine, in particular gas or steam turbine, with a turbomachinery housing ( 10 ) according to any one of the preceding claims.

Method for setting a distance ( 30 ) between at least one blade ( 21 ) and a turbomachinery housing ( 10 ) according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the distance ( 30 ) by a predetermined change in shape of the turbomachine housing ( 10 ) by flowing through at least one in the turbomachinery housing ( 10 ) trained control channel ( 11 ) with a fluid for heating or cooling the turbomachine housing ( 10 ) is set.

Method according to claim 5, characterized in that the setting, in particular changing, of the distance ( 30 ) as a function of a controlled variable, in particular a temperature and / or a pressure takes place.

Method according to one of the preceding claims 5 or 6, characterized in that for heating the turbomachine housing ( 10 ) Fluid, in particular air, which has a higher temperature than the turbomachinery housing ( 10 ), by at least one control channel ( 11 ), said fluid being a compressor, in particular a low or high pressure compressor, from a turbine, in particular a low or high pressure turbine, and / or is taken from a combustion chamber and / or by heat exchange with a compressor, in particular a low or high pressure compressor, a turbine, in particular a low or High-pressure turbine, a combustion chamber and / or a separate, in particular electrical, heating device is heated.

Method according to one of the preceding claims 5 to 7, characterized in that for cooling the turbomachine housing ( 10 ) Fluid, in particular kerosene and / or an air side stream, which is a lower temperature than the turbomachinery housing ( 10 ), by at least one control channel ( 11 ) to be led.

Method according to one of the preceding claims 5 to 8, characterized in that the fluid continuously through at least one control channel ( 11 ) to be led.

Method according to one of the preceding claims 5 to 9, characterized in that the same control channel sequentially and / or different control channels in the turbomachine housing is flowed through by fluid at different temperatures.