DE102017211865A1 - Strömungsmaschine mit Turbine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) mit einer Turbine (1c), welche Turbine (1c) einen ersten Rotor (2b) und einen zweiten Rotor (3) aufweist, welcher zweite Rotor (3) dem ersten Rotor (2b) in Bezug auf eine Heißgasströmung unmittelbar nachgelagert angeordnet ist, wobei der erste Rotor (2b) eine erste Drehrichtung hat und der zweite Rotor (3) eine zweite, zu der ersten Drehrichtung gegenläufige Drehrichtung hat, und wobei die Strömungsmaschine (1) derart eingerichtet ist, dass die Heißgasströmung in dem zweiten Rotor (3) jedenfalls bereichsweise eine Strömungsgeschwindigkeit ≥ 0,95 Mach hat.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einer Turbine, die einen ersten und einen zweiten Rotor aufweist.
• Stand der Technik
• Eine Strömungsmaschine der vorliegend in Rede stehenden Art gliedert sich funktional in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle eines Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischten Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Im Falle des Strahltriebwerks entzieht diese dem Heißgas nur anteilig Energie zum Antreiben des Verdichters, der verbleibende Teil erzeugt den Schub. Dies ist aber nur eine von verschiedenen Möglichkeiten, die Turbine kann bspw. auch dem Verdichter vorgelagerte Fan-Schaufelblätter antreiben (Mantelstromtriebwerk) oder einen Rotor (Hubschraubertriebwerk) oder Propeller (Turboprop-Triebwerk). Auch ist der Gegenstand zunächst nicht auf Strahltriebwerke beschränkt.
• Darstellung der Erfindung
• Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Strömungsmaschine anzugeben.
• Erfindungsgemäß wird dies mit einer Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst, in deren Turbine ein erster und ein zweiter Rotor vorgesehen sind, wobei der zweite Rotor dem ersten in Bezug auf die Heißgasströmung unmittelbar nachgelagert angeordnet ist. Ferner drehen die beiden Rotoren entgegengesetzt, hat der zweite Rotor also eine jener des ersten Rotors gegenläufige zweite Drehrichtung. Dabei ist die Strömungsmaschine derart eingerichtet, dass das Heißgas den zweiten Rotor jedenfalls bereichsweise sonisch bzw. annähernd sonisch mit einer Machzahl ≥ 0,95 Ma durchströmt.
• Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird also bspw. eine für einen bestimmten Betrieb eingerichtete Strömungsmaschine beschrieben, ist dies auch hinsichtlich eines entsprechenden Betriebsverfahrens bzw. einer Verwendung zu lesen.
• Die Durchströmung erfolgt an der engsten Stelle des zweiten Rotors mit einer Machzahl von mindestens 0,95 Ma bis hin zu der natürlichen Grenze, einer Machzahl von 1 Ma. Die Strömung in diesem Bereich wird im Folgenden der Einfachheit halber als „sonische“ Durchströmung bezeichnet, und hat zur Folge, dass innerhalb des Turbinengitters ein eindeutiger Drosselquerschnitt definiert ist. Konkret bestimmt der zweite Rotor den Massenstromdurch diesen Drosselquerschnitt, wohingegen ansonsten in der Regel erst eine stromabwärts der Turbinenrotoren liegende Fläche den Massenstrombestimmt, im Falle des Strahltriebwerks üblicherweise die Düse bzw. im Falle eines Turbofantriebwerks üblicherweise einer Statorstufe der Turbine. Da vorliegend der zweite Rotor den Massenstrom im Drosselquerschnitt begrenzt, lässt sich dieser durch eine Änderung der relativen Zuströmbedingungen des zweiten Rotors verändern. Wie nachstehend noch im Einzelnen deutlich wird, kann dies bspw. ein Einstellen unterschiedlicher stationärer Betriebszustände ermöglichen, also eine VCE (Variable Cycle Engine).
• Der Kreisprozess kann aus Sicht des ruhenden Systems über die in Gleichung 1 definierte Kapazität der Turbine charakterisiert werden, die sich ergibt als $$\frac{M\sqrt{T_{tot}}}{P_{tot}}=f\left(Fläche,Ma\right),$$

  

  wobei M der Massenstrom, T_tot die Totaltemperatur, P_tot der Totaldruck sind. Dabei ist die in Gleichung 1 genannte Fläche der kleinste Flächenquerschnitt des betrachteten Systems, wenn das System in Ruhe ist. Da der zweite, gegenläufige Rotor (rotierendes System) sonisch durchströmt wird, führen Änderungen der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors zu einem veränderten Massenstrom M. Dies erschließt sich in Zusammenschau mit der in Gleichung 2 definierten Kapazität im rotierenden System, die konstant ist: $$\left(\frac{M\sqrt{T_{tot,rel}}}{P_{tot,rel}}\right)=cst.$$

  
• Hierbei ist M wiederum der Massenstrom, , wobei T_tot,rel = f(v_rel ) die Totaltemperatur im rotierenden System und P_tot,rel =f(v_rel ) der Totaldruck im rotierenden System jeweils Funktionen der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel sind. Da die Kapazität im rotierenden System wegen der sonischen Strömung im Drosselquerschnitt konstant ist, führt die veränderte relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel zu einer Änderung des Massenstroms M. Der Massenstrom M ist im rotierenden und ruhenden System der gleiche und ändert sich somit auch im ruhenden System, wobei sich folglich die Kapazität der Turbine, das heißt die Kapazität im ruhenden System, aufgrund einer Änderung der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel ändert. Die Zuströmgeschwindigkeit v ist ein Vektor, in den sowohl eine Richtung (insbesondere Zuströmwinkel) als auch die betragsmäßige Geschwindigkeit eingehen.
• Die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten, gegenläufigen Rotors kann einerseits bspw. über dessen Drehzahl verändert werden, siehe unten im Detail. Andererseits lässt sich die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten gegenläufigen Rotors auch über die absolute Zuströmgeschwindigkeit v_abs am zweiten Rotor verändern. Da der zweite Rotor dem ersten unmittelbar nachgelagert angeordnet ist, lassen sich durch eine Veränderung der Drehzahl des ersten Rotors die absolute Zuströmgeschwindigkeit v_abs am zweiten Rotor und damit auch die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel dort verändern. Der erste und der zweite Rotor sind gegenläufig, womit sich in der Gesamtschau eine gute Einstellbarkeit über einen Bereich hinweg ergibt. Vorteilhaft können aber zur Anpassung der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel die Drehzahlen beider Rotoren gleichzeitig und/oder voneinander unabhängig gesteuert werden.
• Die Anordnung des zweiten Rotors dem ersten „unmittelbar nachgelagert“ meint, dass es dazwischen (bezogen auf die Heißgasströmung) keinen Leitschaufelkranz gibt, also keinen Stator. „Rotor“ bezeichnet vorliegend einen Laufschaufelkranz. Die sonische Durchströmung des zweiten, gegenläufigen Rotors soll „zumindest bereichsweise“ vorliegen, also jedenfalls im engsten Querschnitt zwischen umlaufend nächstbenachbarten Schaufelblättern des zweiten Rotors. Wenngleich im Allgemeinen über den Umlauf auch eine gewisse Variation denkbar ist, es also auch Paare nächstbenachbarter Schaufelblätter mit einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit dazwischen geben könnte, ist die sonische Durchströmungsbedingung bevorzugt über den gesamten Umlauf hinweg erfüllt, also für sämtliche jeweils paarweise nächstbenachbarten Schaufelblätter (jeweils im engsten Querschnitt dazwischen).
• Soweit generell im Rahmen dieser Offenbarung auf eine „Umlaufrichtung“ bzw. eine „umlaufende“ Anordnung Bezug genommen wird, bezieht sich dies ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe auf einen Umlauf um die Drehachse der Rotoren (die koaxial angeordnet sind). „Radial“ bezieht sich auf die zu der Drehachse senkrechten, davon wegweisenden Radialrichtungen, und die „axiale Richtung“ liegt zur Drehachse parallel (worauf sich dann auch „axial“ etc. bezieht).
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Strömungsmaschine für eine tatsächlich sonische Durchströmung des zweiten Rotors eingerichtet, ist dort also die Machzahl jedenfalls bereichsweise gleich Ma = 1. Bildlich gesprochen ergibt sich infolge der sonischen Durchströmung des zweiten Rotors dort eine „Wand“, durch die in dem Fluid keine Information nach stromaufwärts gelangen kann. In anderen Worten kann stromabwärts des zweiten Rotors der statische Druck geändert werden, ohne dass dies den Durchfluss verändert (jedenfalls nicht wesentlich).
• Generell kann die sonische Durchströmung des Gitters bspw. eingestellt werden, indem bei gegebenem Massenstrom die durchströmte Gitterfläche des zweiten Rotors so weit verringert wird, bis die gewünschte Machzahl erreicht ist. Zur Verringerung der durchströmten Gitterfläche kann bspw. die Schaufelzahl des zweiten Rotors erhöht werden (je mehr Schaufeln, desto geringer die durchströmte Gitterfläche). Bevorzugt kann zur Verringerung der Gitterfläche auch der Staffelungswinkel des zweiten Rotors vergrößert werden. Es kann zur Verringerung der Gitterfläche auch vorgesehen sein, dass ein Ringraum verkleinert wird, das heißt ein Abstand zwischen einem Innenring und einer außen gelegenen Gehäusewand reduziert wird. Im Allgemeinen muss auch nicht zwingend die Gitterfläche verringert werden, jedenfalls nicht als alleinige Stellgröße, sondern kann die Durchströmung des zweiten Rotors bspw. auch über die Profilierung von dessen Schaufelblättern verändert werden, auch Kombinationen sind möglich.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehzahl des zweiten Rotors zumindest teilweise unabhängig von einer Drehzahl einer anderen Turbinenstufe einstellbar. Die „andere Turbinenstufe“ kann insbesondere der erste Rotor sein, im Allgemeinen aber bspw. auch eine dem zweiten Rotor nachgelagerte Turbinenstufe (siehe unten im Detail, dort als „dritte Turbinenstufe“ bezeichnet). Die Drehzahlen müssen nicht vollständig entkoppelt sein, sondern es können etwa im Falle einer Getriebekopplung auch bestimmte Übersetzungsverhältnisse vorgegeben sein. Die Einstellbarkeit ergibt sich dann durch Auswahl der entsprechenden Getriebestufe. Die Drehzahländerung kann aber bspw. auch durch gezieltes Abbremsen des zweiten Rotors bzw. auch über eine Verstellung im Verdichter erreicht werden. Bevorzugt ist eine Einstellbarkeit über eine Verstellung in der zugeordneten, auf derselben Welle angeordneten Verdichterstufe (über ein variables Verdichtergitter). Unabhängig davon im Einzelnen ändert sich mit der Drehzahl die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel und kann damit (über die veränderte Kapazität) bspw. ein hinsichtlich des Treibstoffverbrauchs und/oder der Materialbelastung geeigneter stationärer Betriebszustand eingestellt werden.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Strömungsmaschine lässt sich die Drehzahl des ersten Rotors zumindest teilweise unabhängig von einer Drehzahl einer anderen Turbinenstufe einstellen. Diese andere Turbinenstufe kann bspw. eine dem zweiten Rotor nachgelagerte dritte Turbinenstufe sein, bevorzugt handelt es sich dabei um den zweiten Rotor. Besonders bevorzugt können der erste und der zweite Rotor zumindest teilweise unabhängig voneinander und auch zumindest teilweise unabhängig von einer nachgelagerten dritten Turbinenstufe in ihrer Drehzahl eingestellt werden. Im Übrigen wird auf die Ausführungen im vorherigen Absatz verwiesen, insbesondere bezüglich der Einstellmöglichkeiten (Verdichtergitter, Bremse, Getriebe etc.).
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschaufelung des zweiten Rotors gegenüber jener des ersten Rotors allenfalls geringfügig radial versetzt. Dies meint einen radialen Versatz von höchstens 20 %, weiter und besonders bevorzugt höchstens 15 % bzw. 10 %, einer radial genommenen Schaufelblatthöhe des ersten Rotors. Diese Höhe wird an einer Schaufel des ersten Rotors genommen, und zwar nur über das umströmte Schaufelblatt, bspw. ein der Montage im Rotorring dienender Schaufelfuß bleibt außer Betracht. Sollte der Rotor Schaufeln unterschiedlicher Höhe haben, wird ein arithmetischer Mittelwert zugrundegelegt, bevorzugt haben sämtliche Schaufeln des ersten Rotors dieselbe Schaufelblatthöhe. Der „radiale Versatz“ wird als Mitte-zu-Mitte-Abstand genommen, also zwischen der Mitte der radialen Erstreckung der Schaufelblätter des ersten Rotors und der Mitte der radialen Erstreckung der Schaufelblätter des zweiten Rotors.
• Auch unabhängig von einem begrenzten radialen Versatz haben die Schaufelblätter des zweiten Rotors bevorzugt eine im Wesentlichen der Schaufelblatthöhe des ersten Rotors entsprechende Höhe (radial genommen), jene des zweiten Rotors soll bspw. um nicht mehr als 30 %, 25 % bzw. 20 % von der Schaufelblatthöhe des ersten Rotors abweichen. Der erste und der zweite Rotor können auch radial versatzfrei mit derselben Schaufelblatthöhe vorgesehen sein.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der axial von der Beschaufelung des ersten Rotors zur Beschaufelung des zweiten Rotors genommene Abstand auf höchstens das 2-fache, weiter und besonders bevorzugt höchstens das 1,5- bzw. 1-fache der mittleren axialen Sehnenlänge eines Schaufelblatts des ersten Rotors begrenzt. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens dem 0,1-fachen, weiter und besonders bevorzugt mindestens dem 0,2- bzw. 0,3-fachen liegen. Die „mittlere“ axiale Sehnenlänge ergibt sich als über die radiale Erstreckung des Schaufelblatts gebildeter Mittelwert.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Turbine einen Stator auf, also einen Leitschaufelkranz. Dieser bildet zusammen mit dem ersten Rotor eine erste Turbinenstufe. Der erste Stator ist dem ersten Rotor also unmittelbar vorgelagert, dazwischen ist weder ein anderer Rotor noch ein anderer Stator angeordnet. Vereinfacht zusammengefasst ist der erste Rotor dann also Teil einer konventionellen Turbinenstufe, dieser unmittelbar nachgelagert ist der zweite Rotor angeordnet.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist die erste Turbinenstufe als Hochdruckturbinenstufe der Brennkammer unmittelbar nachgelagert angeordnet. Im Allgemeinen könnte indes der ersten Turbinenstufe vorgelagert auch noch eine weitere Turbinenstufe vorgesehen sein (die Bezeichnung „erste“ Turbinenstufe dient also zunächst der Individualisierung und entspricht bevorzugt der Durchströmungsreihenfolge).
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Rotor in einem Mitteldruckturbinenbereich angeordnet. Dieser „Mitteldruckturbinenbereich“ ist bei einer 3-Wellenanordnung auf der „mittleren“ Welle angeordnet, treibt also den Mitteldruckverdichter an (der zwischen dem Nieder- und dem Hochdruckverdichter angeordnet ist). Im Allgemeinen ist aber bspw. auch ein 2-Wellen-Triebwerk möglich und kann der zweite Rotor dem Niederdruckturbinenbereich zugeordnet sein.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Strömungsmaschine ist der zweite Rotor der einzige Rotor der Turbine, der gegenläufig dreht. Da der zweite Rotor sonisch durchströmt wird, bemisst sich nach dessen relativer Zuströmgeschwindigkeit v_rel dessen Kapazität. Mit einem weiteren gegenläufigen Rotor ließe sich diese Einstellmöglichkeit nicht erweitern, würde aber umgekehrt die Komplexität der Strömungsmaschine unnötig erhöht.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem zweiten Rotor unmittelbar nachgelagert eine dritte Turbinenstufe vorgesehen, die sich bevorzugt aus Stator und Rotor zusammensetzt.
• In bevorzugter Ausgestaltung ist die dritte Turbinenstufe die letzte Turbinenstufe, wird sie also als letzte Stufe der Turbine durchströmt. Im Allgemeinen könnte aber bspw. der dritten Turbinenstufe nachgelagert auch eine vierte vorgesehen sein.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer vorliegend offenbarten Strömungsmaschine, wobei zur Veränderung der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors dessen Drehzahl verändert wird. Damit ändern sich Totaltemperatur unddruck im rotierenden System des zweiten Rotors und damit die Kapazität im ruhenden System, auch im Übrigen wird ausdrücklich auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
• In bevorzugter Ausgestaltung wird zur Veränderung einer relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors eine Drehzahl des ersten Rotors geändert, wird also die absolute Zuströmgeschwindigkeit v_abs des zweiten Rotors verändert (und damit auch die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel ). Generell werden die Absolutgrößen (bspw. v_abs ) im statischen Bezugssystem der Strömungsmaschine genommen und die Relativgrößen (bspw. v_rel ) in einem mit dem jeweiligen Rotor bewegten, also relativ zum bewegten Rotor ruhenden Bezugssystem.
• Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer vorliegend offenbarten Strömungsmaschine zum Einstellen unterschiedlicher stationärer Betriebszustände, also zur Veränderung des Kreisprozesses. Die Betriebszustände können sich bspw. hinsichtlich Prozesstemperatur, Komponentendruckverhältnissen und/oder Arbeitsverteilungen etc. unterscheiden. Erreicht wird dies über eine Veränderung der Kapazität der Turbine, bevorzugt über sowohl eine Anpassung der Drehzahl des zweiten Rotors also auch jener des ersten Rotors. Generell kann es sich bei der Strömungsmaschine bevorzugt um ein Strahltriebwerk handeln, die Stand-der-Technik-Würdigung ist auch insoweit ausdrücklich Offenbarungsbestandteil.
• Figurenliste
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird und die Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können.
• Im Einzelnen zeigt
• 1 eine Strömungsmaschine mit Verdichter, Brennkammer und Turbine in schematischer Ansicht;
• 2 den Aufbau der Turbine einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine in schematischer Ansicht.
• Bevorzugte Ausführung der Erfindung
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Strömungsmaschine 1, die sich funktional in Verdichter la, Brennkammer 1b und Turbine 1c gliedert. Generell wird vorliegend die der Brennkammer 1b nachgelagerte Gesamtheit als „Turbine“ bezeichnet, die sich dann ihrerseits in mehrere Stufen bzw. Bereiche (z. B. Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinenbereich) gliedern kann. Bei der Strömungsmaschine 1 kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, wobei die angesaugte und mit dem Verdichter 1a verdichtete Luft mit Kerosin gemischt und dieses Gemisch in der Brennkammer 1b verbrannt wird. Die freigesetzte Energie wird in der Turbine 1c anteilig in eine Rotationsenergie zum Antreiben des Verdichters 1a und ggf. auch weiterer Komponenten umgesetzt (vgl. im Einzelnen auch die Stand-der-Technik-Würdigung).
• Der Brennkammer 1b nachgelagert ist als Hochdruckturbinenstufe eine erste Turbinenstufe 2 angeordnet, die sich aus einem ersten Stator 2a und einem ersten Rotor 2b zusammensetzt. Der ersten Turbinenstufe 2 unmittelbar nachgelagert ist ein zweiter Rotor 3 als Mitteldruckturbinenstufe vorgesehen. Der zweite Rotor 3 ist dem ersten Rotor 2b unmittelbar nachgelagert, weist also seinerseits keinen Stator auf. Ferner drehen der erste Rotor 2b und der zweite Rotor 3 gegenläufig, vgl. 2 im Detail. Dem zweiten Rotor 3 unmittelbar nachgelagert ist eine dritte Turbinenstufe 4 vorgesehen, die sich dann wiederum aus Stator 4a und Rotor 4b zusammensetzt.
• Das Gitter des zweiten Rotors 3 ist so angepasst, dass er von dem Heißgas mit einer Machzahl von 1 Mach, also sonisch durchströmt wird. Dies kann beim Design für einen gegebenen Massestrom bspw. erreicht werden, indem die Schaufelzahl erhöht und/oder der Staffelungswinkel vergrößert wird. Infolge der sonischen Durchströmung definiert der zweite Rotor 2 einen eindeutigen Drosselquerschnitt und lassen sich über die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors 3 der Massenstrombzw. die Kapazität der Turbine 1c verändern, vgl. auch im Einzelnen die Beschreibungseinleitung.
• 2 illustriert das Zusammenwirken des ersten 2b und zweiten Rotors 3. Die Figur illustriert insbesondere, wie sich bei unveränderter absoluter Zuströmgeschwindigkeit v_abs am zweiten Rotor 3 durch Veränderung dessen Drehzahl die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel verändern lässt. Dies ist für zwei Drehzahlen und damit zwei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten v_rot gezeigt. Die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel ergibt sich jeweils als Summe der absoluten Zuströmgeschwindigkeit v_abs und der Rotationsgeschwindigkeit v_rot , im Falle der größeren Rotationsgeschwindigkeit (oberes Geschwindigkeitsdreieck) ist auch die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel größer.
• Da der zweite Rotor 3 sonisch durchströmt wird, bestimmt die relative Zuströmgeschwindigkeit v_rel dort die Totaltemperatur T_tot und den Totaldruck P_tot und damit den Massenstrom. Durch Veränderung der relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel lassen sich die Kapazität und der Massenstromverändern und lässt sich damit ein anderer stationärer Betriebszustand einstellen (variabler Kreisprozess). In der Gesamtschau kann so bspw. ein jeweils hinsichtlich des Treibstoffverbrauchs und/oder der Materialbelastung geeigneter Betriebszustand eingestellt werden.
• Auch die Drehzahl und damit die Rotationsgeschwindigkeit v_rot des ersten Rotors 2b ist einstellbar (in 2 ist der Übersichtlichkeit halber aber nur eine Geschwindigkeit gezeigt). Durch Veränderung der Drehzahl des ersten Rotors 2b und damit dessen Rotationsgeschwindigkeit v_rot kann aber auch die Zuströmgeschwindigkeit v_abs des zweiten Rotors 3 verändert werden, ergibt also eine weitere Einstellmöglichkeit.
• Bezugszeichenliste

• Strömungsmaschine		1
  	Verdichter davon	1a
  	Brennkammer davon	1b
  	Turbine davon	1c
  Erste Turbinenstufe		2
  	Erster Stator davon	2a
  	Erster Rotor davon	2b
  Zweiter Rotor		3
  Dritte Turbinenstufe		4
  	Stator davon	4a
  	Rotor davon	4b

Claims (15)

1. Strömungsmaschine (1) mit einer Turbine (1c), welche Turbine (1c) einen ersten Rotor (2b) und einen zweiten Rotor (3) aufweist, welcher zweite Rotor (3) dem ersten Rotor (2b) in Bezug auf eine Heißgasströmung unmittelbar nachgelagert angeordnet ist, wobei der erste Rotor (2b) eine erste Drehrichtung hat und der zweite Rotor (3) eine zweite, zu der ersten Drehrichtung gegenläufige Drehrichtung hat, und wobei die Strömungsmaschine (1) derart eingerichtet ist, dass die Heißgasströmung in dem zweiten Rotor (3) jedenfalls bereichsweise eine Strömungsgeschwindigkeit ≥ 0,95 Mach hat.
2. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1, die derart eingerichtet ist, dass die Heißgasströmung in dem zweiten Rotor (3) jedenfalls bereichsweise eine Strömungsgeschwindigkeit = 1 Mach hat.
3. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher eine Drehzahl des zweiten Rotors (3) zumindest teilweise unabhängig von einer Drehzahl einer anderen Turbinenstufe einstellbar ist, bevorzugt über eine Verstellung in einer zugeordneten Verdichterstufe.
4. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher eine Drehzahl des ersten Rotors (2b) zumindest teilweise unabhängig von einer anderen Turbinenstufe einstellbar ist, bevorzugt über eine Verstellung in einer zugeordneten Verdichterstufe.
5. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste (2b) und der zweite Rotor (3) in ihrer jeweiligen Beschaufelung relativ zueinander allenfalls mit einem begrenzten radialen Versatz von höchstens 30 % einer radial genommenen Schaufelblatthöhe des ersten Rotors (2b) vorgesehen sind.
6. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der erste (2b) und der zweite Rotor (3) zueinander einen axial von Beschaufelung zu Beschaufelung genommenen Abstand von höchstens dem 2-fachen einer mittleren axialen Sehnenlänge eines Schaufelblatts des ersten Rotors (2b) haben.
7. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Turbine (1c) einen ersten Stator (2a) aufweist, der mit dem ersten Rotor (2b) eine erste Turbinenstufe (2) bildet, dem ersten Rotor (2b) also in Bezug auf die Heißgasströmung unmittelbar vorgelagert angeordnet ist.
8. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 7, bei welcher die erste Turbinenstufe (2) als Hochdruckturbinenstufe einer Brennkammer (1b) der Strömungsmaschine (1) in Bezug auf die Heißgasströmung unmittelbar nachgelagert angeordnet ist.
9. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Rotor (3) in einem Mitteldruckturbinenbereich der Turbine (1c) angeordnet ist.
10. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Rotor (3) der einzige Rotor der Turbine (1c) ist, der die zweite, gegenläufige Drehrichtung hat.
11. Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer dritten Turbinenstufe (4), die dem zweiten Rotor (3) in Bezug auf die Heißgasströmung unmittelbar nachgelagert angeordnet ist.
12. Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 11, bei welcher die dritte Turbinenstufe (4) als Niederdruckturbinenstufe die in Bezug auf die Heißgasströmung letzte Turbinenstufe der Turbine (1c) ist.
13. Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem zur Veränderung einer relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors (3) eine Drehzahl des zweiten Rotors (3) verändert wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei welchem zur Veränderung einer relativen Zuströmgeschwindigkeit v_rel des zweiten Rotors (3) eine Drehzahl des ersten Rotors (2b) verändert wird.
15. Verwendung einer Strömungsmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Einstellen unterschiedlicher stationärer Betriebszustände der Strömungsmaschine (1), insbesondere in einem Verfahren nach Anspruch 13 oder 14.

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