EP2087208B1 - Turbomaschine - Google Patents
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- EP2087208B1 EP2087208B1 EP07846281A EP07846281A EP2087208B1 EP 2087208 B1 EP2087208 B1 EP 2087208B1 EP 07846281 A EP07846281 A EP 07846281A EP 07846281 A EP07846281 A EP 07846281A EP 2087208 B1 EP2087208 B1 EP 2087208B1
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- EP
- European Patent Office
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- ring
- bellows
- rotor
- turbo
- cavity
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
- F01D11/22—Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/60—Structure; Surface texture
- F05D2250/61—Structure; Surface texture corrugated
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/60—Structure; Surface texture
- F05D2250/61—Structure; Surface texture corrugated
- F05D2250/611—Structure; Surface texture corrugated undulated
Definitions
- the invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine, according to the preamble of claim 1.
- a turbomachine including a stator and a rotor wherein the rotor includes rotor blades and the stator includes a housing and vanes.
- the rotor-side blades form at least one blade ring, which is adjacent at a radially outer end to a radially inner housing wall of the housing, is surrounded by the same and defines a radial gap with the same.
- the radially inner housing wall of the housing is also referred to as inner ring or shroud and serves in particular as a carrier for an inlet lining.
- the gap between the casing ring of the housing and the radially outer end of the or each blade ring for providing a so-called Active Clearance Control can be adjusted or adjusted via adjusting devices in its gap, so as to automatically influence the gap and on all Operating conditions to ensure optimum cleavage. It is after the DE 10 2004 037 955 A1 the radially inner housing wall or the shroud segmented in the circumferential direction, wherein preferably each segment is associated with a separate adjusting device.
- the adjusting devices are preferably designed as electro-mechanical actuators.
- the DE 101 17 231 A1 discloses a turbomachine with a stator and a rotor, wherein the gap between radially outer ends of the blades and the radially inner housing wall by means of a pneumatic, so compressed air operated, actuator unit of a rotor gap control module can be adjusted.
- the pneumatic actuator unit of the disclosed therein rotor gap control module has an actuator chamber, a pressure chamber and the actuator chamber and the pressure chamber connecting valves, which are inflated depending on the prevailing pressure in the actuator chamber sealing elements of the rotor gap control module, so in the sense of a pneumatic active clearance Control to adjust or adjust the gap of the gap between radially outer ends of blades and the outer ring of the housing.
- the DE 29 22 835 C2 and the US 5,211,534 reveal further turbomachinery with a pneumatic or pneumatic Active Clearance Control.
- the turbomachine according to DE 29 22 835 C2 via a stator and a rotor, wherein the gap between radially outer ends of the blades and an inner ring or shroud of a housing wall can be adjusted pneumatically.
- the shroud ring is connected via resilient side walls with a support ring, wherein the shroud, the support ring and the side walls form a bellows-like structure.
- the gap between radially outer ends of the blades and the shroud can be adjusted.
- the flexible side walls arched several times.
- the side walls are after the DE 29 22 835 C2 Accordingly, seen in the axial direction in sections, inwardly into the cavity and partially outwardly curved out of the cavity.
- the document US-A-5,344,284 protects a pneumatic Active Clearance Control System with a rigid, sheet-like, circumferentially multi-segmented squelch, with each pad segment radially movable via a separate, flexible, rubber-like bellows.
- the bellows at the upstream and downstream end simply in the cavity of the bellows in curved walls. From the vertex of the curvature to the radially inner end of the bellows wall, a sealing overlap of the bellows wall with a radially outwardly projecting edge of the rigid Anstreifbelags is present. In this area, the bellows wall in the axial direction to the outside is not or only very limited mobility.
- the structure according to US-A-5344284 is a so-called composite consisting of bellows and shell ring without connection to benochbarten Leitschautelkränzen.
- the present invention is based on the problem to provide a novel turbomachine with a pneumatic Active Clearance Control.
- each wall connecting the jacket ring to the support ring is, seen in the axial direction, exclusively inwardly inward arched into the respective cavity.
- each curved wall is designed in the manner of a toggle lever, wherein the wall sections include an obtuse angle greater than 90 ° and are suitable for receiving pressure forces.
- Fig. 1 shows a partial cross-section through a stator of a compressor 10 of a turbomachine, wherein the stator comprises a housing 11 and a plurality of stationary vanes 12.
- the stator-side guide vanes 12 form so-called vane rings which, viewed in the axial direction, are arranged one behind the other.
- a total of four fixed, stator vane rings 13, 14, 15 and 16 are shown.
- the compressor 10 comprises an in Fig. 1 Rotor, not shown, wherein the rotor of a plurality of axially arranged behind the other, not shown rotor disks is formed, each rotor disk in the circumferential direction next to each other several, also not shown blades carries.
- the rotor blades associated, circumferentially juxtaposed blades form so-called blade rings, wherein between each two adjacent vane rings 13 and 14, 14 and 15 and 15 and 16 are each a non-illustrated blade ring is arranged.
- the housing 11 of the stator of the compressor 10 comprises a radially inner housing wall, wherein the radially inner housing wall in the region of each rotor-side, in Fig. 1 not shown blade ring forms a so-called inner ring or shroud 17 and surrounds the respective blade ring radially on the outside.
- the housing 11 further comprises a radially outer housing wall 18th
- each non-illustrated, rotor-side blade ring forms the radially inner housing wall in the region of each non-illustrated, rotor-side blade ring a so-called shroud ring 17 which surrounds the blade ring radially outward.
- shroud ring 17 which surrounds the blade ring radially outward.
- a radial gap is formed, which is subject to considerable changes during operation of the compressor, since on the one hand the blades and the respective shrouds have a different thermal behavior and on the other hand, the blades subject to a change in length due to the centrifugal forces or centrifugal forces acting during operation.
- the present invention now relates to such details, with the aid of which radial gaps between radially outer ends of blade rings and the respective shroud 17 can be accurately maintained.
- Fig. 1 are the shrouds 17, which extend between the vane rings 13 and 14 and 15 and 16, connected via curved and resilient walls 19 with a support ring 20, wherein the respective support ring 20 between the respective shroud 17 and the radially outer housing wall 18 is arranged ,
- the respective shroud 17, the support ring 20 and the between the respective shroud 17 and the respective support ring 20 extending, curved walls 19 each form a bellows-like structure 21, which has a cavity 22.
- the respective bellows-like structure 21 and thus the cavity 22 surrounds in the circumferential direction completely and thus closed the respective blade ring.
- the gap between the respective shroud 17 and the radially outer end of the respective blade ring is pneumatically adjustable.
- the respective radially inner shroud 17 can be pressed radially inward and the respective radially outer support ring 20 radially outward.
- an opposite deformation of the respective bellows-like structure 21 can be realized.
- Fig. 1 In the preferred embodiment of Fig. 1 are the curved, elastically yielding walls 19 of the bellows-like structures 21 seen in the axial direction only curved inwardly into the respective cavity 22 into it. In the region of a vertex of the curvature wall sections of the respective wall 19 close a relatively obtuse angle ⁇ of greater than 90 °.
- Fig. 2 shows a schematic representation of a bellows-like structure 21, described.
- Fig. 2 shows Fig. 2 in that, in the region of a vertex 29 of the curvature, the wall sections of the respective wall 19 enclose an obtuse angle ⁇ .
- curved walls 19 are superimposed at an increase in pressure in the corresponding cavity 22 of the respective bellows-like structure 21, two effects.
- the respective bellows-like structure 21 has a greater radial extent than axial extent.
- the walls 19 of the respective bellows-type structure 21 have a greater radial extent than axial extent.
- each bellows-like structures 21 seen in the radial direction have an approximately constant wall thickness.
- the curved walls 19 seen in the radial direction have a variable wall thickness.
- each bellows-like structure 21 has a smaller wall thickness than the respective radially outer support ring 20.
- the support ring 20 of each bellows-like structure 21 is therefore designed with a thicker wall thickness than the respective shroud 17. This is guaranteed in that deformation of the bellows-like structure 21 caused by variation of the pressure prevailing in the respective cavity 22 primarily acts on the shroud 17.
- Fig. 1 can be further seen that the shroud 17 of each bellows-like structure 21 in a center region seen in the axial direction has a radially outwardly curved, projecting into the respective cavity 22 contour 23.
- Each bellows-like structure 21 is in each case assigned at least one compressed-air line 24 in order to either introduce compressed air into the respective cavity 22 of the respective bellows-like structure 21 or to discharge it from the same compressed air.
- a simpler representation shows Fig. 1 such a compressed-air line 24 exclusively for the bellows-like structure 21 positioned in the axial direction between the two guide-blade rings 13 and 14.
- Each bellows-like structure 21 is assigned at least one such compressed air line 24. The more such compressed air lines 24 per bellows-like structure 21 are present, the faster compressed air can be introduced into the respective cavity 24 or derived from the same.
- a sensor unit 25 In the embodiment of Fig. 1 is between the two Leitschaufelkränzen 13 and 14 and between the two Leitschaufelkränzen 15 and 16 each a bellows-like structure 21 arranged between the two Leitschaufelkränzen 14 and 15, however, no such bellows-like structure is present. Rather, according to Fig. 1 between the two Leitschaufelkränzen 14 and 15 and thus arranged in the region of a rotor blade ring arranged between the same, a sensor unit 25.
- the sensor unit 25 With the sensor unit 25, at least the radial dimension of the gap between the corresponding rotor blade ring and the outer ring 17 surrounding this blade ring can be measured. Via a signal line 26, the sensor unit 25 transmits a corresponding actual value to a control device, not shown, wherein the control device compares the actual value with a desired value and depending on the pressure prevailing in the cavities 22 of the bellows structures 21 set pressure such that the actual value approaches the target value ,
- the compressed air supply into the cavities 22 and the compressed air discharge from the cavities 22 of the bellows-like structures 21 is adjustable via individual valves, so as to adjust the pressure prevailing in the cavities 22 of the two bellows-like structures 21 pressure individually and so each Dimension of the radial gap between the shroud 17 and the corresponding blade ring depending on the respective radial extent of the blade ring individually set.
- the compressed air supply into the cavities 22 of the bellows-like structures 21 or the Diruck povertyabschreib from the same via a common valve By different radial extensions of the respective blade rings of the compressor 10 required, different deformations of the bellows-like structures 21 are then achieved by an adapted curvature of the curved walls 19 and / or an adapted wall thickness of the curved walls 19 and / or by an adapted radial extent of the bellows-like structures 21 ,
- the two bellows-like structures 21 are each divided by axially extending parting planes in the axial direction, wherein during manufacture, the two axial halves of the bellows-like structures 21 are welded together. Alternatively, it is also possible to divide the bellows-like structures in the radial direction.
- Fig. 1 and 2 is in the region of each bellows-like structure 21 each wall 19 seen in the axial direction only curved inwardly into the respective cavity 22 into it.
- the bellows-type structure 30 according to FIG. 3 has a greater axial extent than radial extent, in particular the walls 19 of the bellows-type structure 30 have a greater axial extent than radial extent.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 10 2004 037 955 A1 ist eine Turbomaschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt, wobei der Rotor Laufschaufeln und der Stator ein Gehäuse und Leitschaufeln aufweist. Die rotorseitigen Laufschaufeln bilden mindestens einen Laufschaufelkranz, der an einem radial außenliegenden Ende an eine radial innenliegende Gehäusewand des Gehäuses angrenzt, von derselben umgeben ist und mit derselben einen radialen Spalt begrenzt. Die radial innenliegende Gehäusewand des Gehäuses wird auch als Innenring bzw. Mantelring bezeichnet und dient insbesondere als Träger für einen Einlaufbelag. Aus derDE 10 2004 037 955 A1 ist weiterhin bekannt, dass der Spalt zwischen dem Mantelring des Gehäuses und dem radial außenliegenden Ende des oder jedes Laufschaufelkranzes zur Bereitstellung eines sogenannten Active Clearance Control über Stelleinrichtungen in seinem Spaltmaß eingestellt bzw. angepasst werden kann, um so automatisch den Spalt zu beeinflussen und über alle Betriebsbedingungen eine optimale Spalthaltung zu gewährleisten. Dabei ist nach derDE 10 2004 037 955 A1 die radial innenliegende Gehäusewand bzw. der Mantelring in Umfangsrichtung segmentiert, wobei vorzugsweise jedem Segment eine separate Stelleinrichtung zugeordnet ist. Die Stelleinrichtungen sind vorzugsweise als elektro-mechanische Aktuatoren ausgeführt. - Die
DE 101 17 231 A1 offenbart eine Turbomaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Spalt zwischen radial außenliegenden Enden der Laufschaufeln und der radial innenliegenden Gehäusewand mit Hilfe einer pneumatischen, also druckluftbetriebenen, Aktuatoreinheit eines Rotorspalt-Steuermoduls eingestellt werden kann. Die pneumatische Aktuatoreinheit des dort offenbarten Rotorspalt-Steuermoduls verfügt über eine Aktuatorkammer, eine Druckkammer und die Aktuatorkammer sowie die Druckkammer verbindende Ventile, wobei abhängig von dem in der Aktuatorkammer herrschenden Druck Dichtelemente des Rotorspalt-Steuermoduls aufgeblasen werden, um so im Sinne eines pneumatischen Active Clearance Control das Spaltmaß des Spalts zwischen radial außenliegenden Enden von Laufschaufeln und dem Mantelring des Gehäuses einzustellen bzw. anzupassen. - Die
DE 29 22 835 C2 und dieUS 5,211,534 offenbaren weitere Turbomaschinen mit einem pneumatischen bzw. druckluftbetriebenen Active Clearance Control. - So verfügt die Turbomaschine gemäß
DE 29 22 835 C2 über einen Stator und einen Rotor, wobei der Spalt zwischen radial außenliegenden Enden der Laufschaufeln und einem Innenring bzw. Mantelring einer Gehäusewand pneumatisch eingestellt werden kann. Hierzu ist der Mantelring über nachgiebige Seitenwände mit einem Stützring verbunden, wobei der Mantelring, der Stützring und die Seitenwände eine faltenbalgartige Struktur bilden. Durch Einstellung des Drucks in einem von der faltenbalgartigen Struktur definierten Hohlraum kann der Spalt zwischen radial außenliegenden Enden der Laufschaufeln und dem Mantelring eingestellt werden. Dabei sind nach derDE 29 22 835 C2 die nachgiebigen Seitenwände mehrfach gewölbt. Die Seitenwände sind nach derDE 29 22 835 C2 demnach in Axialrichtung gesehen abschnittsweise nach innen in den Hohlraum hinein und abschnittsweise nach außen aus dem Hohlraum heraus gewölbt. - Das Dokument
US-A- 5 344 284 schützt ein pneumatisches Active Clearance Control System mit einem steifen, blechartigen, über den Umfang mehrfach segmentierten Anstreifbelag, wobei jedes Belagsegment über einen separaten, flexiblen, gummiartigen Balg radial beweglich ist. Im Axialschnitt weist der Balg am stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende einfach in den Hohlraum des Balges hinein gewölbte Wände auf. Vom Scheitelpunkt der Wölbung bis zum radial inneren Ende der Balgwand ist eine abdichtende Überlappung der Balgwand mit einem radial nach Außen vorstehenden Rand des steifen Anstreifbelags vorhanden. In diesem Bereich ist die Balgwand in axialer Richtung nach Außen nicht oder nur stark eingeschränkt beweglich. Die Struktur nach us-A-5344284 ist ein sogenannter verbund bestehend aus balgen und mantelring ohne verbindung zu benochbarten leitschautelkränzen. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Turbomaschine mit einem pneumatischen Active Clearance Control zu schaffen.
- Dieses Problem wird durch eine Turbomaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. In bekannter Weise ist im Bereich der oder jeder faltenbalgartigen Struktur jede den Mantelring mit dem Stützring verbindende Wand in Axialrichtung gesehen ausschließlich einfach nach innen in den jeweiligen Hohlraum hinein gewölbt. Erfindungsgemäß ist jede gewölbte Wand nach Art eines Kniehebels ausgeführt, wobei die Wandabschnitte einen stumpfen Winkel von größer als 90° einschließen und zur Aufnahme von Druckkräften geeignet sind.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteramprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- einen Querschnitt durch statorseitige Baugruppen einer erfindungsgemäßen Turbomaschine; und
- Fig. 2
- eine schematisierte Darstellung einer faltenbalgartigen Struktur der Turboma- schine gemäß
Fig. 1 . -
Fig. 1 zeigt einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen Stator eines Verdichters 10 einer Turbomaschine, wobei der Stator ein Gehäuse 11 sowie mehrere feststehende Leitschaufeln 12 umfasst. Die statorseitigen Leitschaufeln 12 bilden sogenannte Leitschaufelkränze, die in Axialrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind. InFig. 1 sind insgesamt vier feststehende, statorseitige Leitschaufelkränze 13, 14, 15 und 16 gezeigt. - Neben dem Stator umfasst der Verdichter 10 einen in
Fig. 1 nicht dargestellten Rotor, wobei der Rotor von mehreren in axialer Richtung hintereinander angeordneten, nicht dargestellten Rotorscheiben gebildet ist, wobei jede Rotorscheibe in Umfangsrichtung nebeneinander mehrere, ebenfalls nicht dargestellte Laufschaufeln trägt. Die einer Rotorscheibe zugeordneten, in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Laufschaufeln bilden sogenannte Laufschaufelkränze, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufelkränzen 13 und 14, 14 und 15 sowie 15 und 16 jeweils ein nicht dargestellter Laufschaufelkranz angeordnet ist. - Das Gehäuse 11 des Stators des Verdichters 10 umfasst eine radial innenliegende Gehäusewand, wobei die radial innenliegende Gehäusewand im Bereich jedes rotorseitigen, in
Fig. 1 nicht gezeigten Laufschaufelkranzes einen sogenannten Innenring bzw. Mantelring 17 bildet und den jeweiligen Laufschaufelkranz radial außen umschließt. Neben den Mantelringen 17 der radial innenliegenden Gehäusewand umfasst das Gehäuse 11 weiterhin eine radial außenliegende Gehäusewand 18. - Wie bereits ausgeführt, bildet die radial innenliegende Gehäusewand im Bereich jedes nicht-dargestellten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes einen sogenannten Mantelring 17, der den Laufschaufelkranz radial außen umschließt. Zwischen den radial außenliegenden Enden der Laufschaufeln eines jeden Laufschaufelkranzes und dem jeweiligen Mantelring 17 ist dabei ein radialer Spalt ausgebildet, der während des Betriebs des Verdichters erheblichen Veränderungen unterliegt, da einerseits die Laufschaufeln und die jeweiligen Mantelringe ein unterschiedliches thermisches Verhalten aufweisen und da andererseits die Laufschaufeln aufgrund der im Betrieb wirkenden Fliehkräfte bzw. Zentrifugalkräfte einer Längenänderung unterliegen.
- Die Einhaltung definierter Abmessungen des jeweiligen Spalts zwischen den radial außenliegenden Enden der Laufschaufeln eines Laufschaufelkranzes und dem jeweiligen Mantelring 17 bereitet während des Betriebs erhebliche Schwierigkeiten, ist jedoch zur Optimierung des Wirkungsgrads von entscheidender Bedeutung.
- Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details, mit Hilfe derer radiale Spalte zwischen radial außenliegenden Enden von Laufschaufelkränzen und dem jeweiligen Mantelring 17 exakt eingehalten werden können.
- Gemäß
Fig. 1 sind die Mantelringe 17, die sich zwischen den Leitschaufelkränzen 13 und 14 sowie 15 und 16 erstrecken, über gewölbte sowie elastisch nachgiebige Wände 19 mit einem Stützring 20 verbunden, wobei der jeweilige Stützring 20 zwischen dem jeweiligen Mantelring 17 und der radial außenliegenden Gehäusewand 18 angeordnet ist. Der jeweilige Mantelring 17, der Stützring 20 sowie die sich zwischen den jeweiligen Mantelring 17 und dem jeweiligen Stützring 20 erstreckenden, gewölbten Wände 19 bilden jeweils eine faltenbalgähnliche Struktur 21, die einen Hohlraum 22 aufweist. Die jeweilige faltenbalgähnliche Struktur 21 und damit der Hohlraum 22 umgibt in Umfangsrichtung gesehen vollständig und damit geschlossen den jeweiligen Laufschaufelkranz. - Durch Veränderung eines im jeweiligen Hohlraum 22 der faltenbalgähnlichen Struktur 21 herrschenden Drucks ist der Spalt zwischen dem jeweiligen Mantelring 17 und dem radial außenliegenden Ende des jeweiligen Laufschaufelkranzes pneumatisch einstellbar. Bei einer Druckerhöhung im Hohlraum 22 der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 kann der jeweilige, radial innenliegende Mantelring 17 nach radial innen und der jeweilige, radial außenliegende Stützring 20 nach radial außen gedrückt werden. Durch eine Druckreduzierung im Hohlraum 22 der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 kann eine entgegengesetzte Verformung der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 realisiert werden.
- Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 sind die gewölbten, elastisch nachgiebigen Wände 19 der faltenbalgähnlichen Strukturen 21 in Axialrichtung gesehen ausschließlich einfach nach innen in den jeweiligen Hohlraum 22 hinein gewölbt. Im Bereich eines Scheitelpunkts der Wölbung schließen Wandabschnitte der jeweiligen Wand 19 einen relativ stumpfen Winkel α von größer als 90° ein. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme aufFig. 2 , die eine schematisierte Darstellung einer faltenbalgähnlichen Struktur 21 zeigt, beschrieben. - So zeigt
Fig. 2 , dass im Bereich eines Scheitelpunkts 29 der Wölbung die Wandabschnitte der jeweiligen Wand 19 einen stumpfen Winkel α einschließen. Bei derart gewölbten Wänden 19 überlagern sich bei einer Druckerhöhung im entsprechenden Hohlraum 22 der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 zwei Effekte. - Erstens werden bedingt durch die Druckerhöhung im Hohlraum 22 der jeweilige Mantelring 17 sowie der jeweilige Stützring 20 unmittelbar in Radialrichtung gesehen auseinander gedrückt. Zweitens wird dieses radiale Auseinanderdrücken des jeweiligen Mantelrings 17 und Stützrings 20 durch einen kniehebelartigen Effekt der gewölbten Wände 19 unterstützt bzw. zumindest nicht behindert. Dabei sind die gewölbten Wände 19 im Wesentlichen ausschließlich Druckkräften ausgesetzt.
- Gemäß
Fig. 1 und2 weist die jeweilige faltenbalgartige Struktur 21 eine größere Radialerstreckung als Axialerstreckung auf. Vorzugsweise weisen die Wände 19 der jeweiligen faltenbalgartigen Struktur 21 eine größere Radialerstreckung als Axialerstreckung aufweisen. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 verfügen die gewölbten Wände 19 jeder faltenbalgähnlichen Strukturen 21 in Radialrichtung gesehen über eine in etwa konstante Wandstärke. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass die gewölbten Wände 19 in Radialrichtung gesehen eine veränderliche Wandstärke aufweisen. - Wie ebenfalls
Fig. 1 entnommen werden kann, weist der radial innenliegende Mantelring 17 jeder faltenbalgähnlichen Struktur 21 eine geringere Wandstärke auf als der jeweilige radial außenliegende Stützring 20. Der Stützring 20 einer jeden faltenbalgähnlichen Struktur 21 ist demnach mit einer dickeren Wandstärke ausgeführt als der jeweilige Mantelring 17. Hierdurch wird gewährleistet, dass durch Veränderung des im jeweiligen Hohlraum 22 herrschenden Drucks bewirkte Verformungen der faltenbalgähnlichen Struktur 21 in erster Linie auf den Mantelring 17 wirken. -
Fig. 1 kann weiterhin entnommen werden, dass der Mantelring 17 einer jeden faltenbalgähnlichen Struktur 21 in einem in Axialrichtung gesehen mittleren Bereich eine nach radial außen gewölbte, in den jeweiligen Hohlraum 22 hineinragende Kontur 23 aufweist. - Hierdurch wird erzielt, dass bei einer Verformung des Mantelrings 17 infolge einer Druckänderung im Hohlraum 22 der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 eine äußere Kontur 28 des Mantelrings 17 in Radialrichtung gesehen im Wesentlichen ausschließlich parallel verschoben wird, so dass ein Spalt zwischen dem Mantelring 17 und dem Laufschaufelkranz exakt eingestellt werden kann.
- Jeder faltenbalgähnlichen Struktur 21 ist jeweils mindestens eine Druckluftleitung 24 zugeordnet, um in den jeweiligen Hohlraum 22 der jeweiligen faltenbalgähnlichen Struktur 21 entweder Druckluft einzuleiten bzw. aus demselben Druckluft abzuleiten. Aus Gründen einer einfacheren Darstellung zeigt
Fig. 1 eine derartige Druckluftleitung 24 ausschließlich für die in Axialrichtung gesehen zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 13 und 14 positionierte faltenbalgähnliche Struktur 21. Jeder faltenbalgähnlichen Struktur 21 ist mindestens eine derartige Druckluftleitungen 24 zugeordnet. Je mehr derartige Druckluftleitungen 24 pro faltenbalgähnlicher Struktur 21 vorhanden sind, desto schneller kann Druckluft in den jeweiligen Hohlraum 24 eingeleitet bzw. aus demselben abgeleitet werden. - Im Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 ist zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 13 und 14 sowie zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 15 und 16 jeweils eine faltenbalgähnliche Struktur 21 angeordnet, zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 14 und 15 ist hingegen keine derartige faltenbalgähnliche Struktur vorhanden. Vielmehr ist gemäßFig. 1 zwischen den beiden Leitschaufelkränzen 14 und 15 und damit im Bereich eines zwischen denselben angeordneten Laufschaufelkranzes eine Sensoreinheit 25 angeordnet. - Mit der Sensoreinheit 25 kann zumindest die radiale Abmessung des Spalts zwischen dem entsprechenden Läufschaufelkranz und dem diesen Laufschaufelkranz umgebenden Mantelring 17 vermessen werden. Über eine Signalleitung 26 übermittelt die Sensoreinheit 25 einen entsprechenden Istwert an eine nicht dargestellte Regeleinrichtung, wobei die Regeleinrichtung den Istwert mit einem Sollwert vergleicht und abhängig hiervon den in den Hohlräumen 22 der faltenbalgartigen Strukturen 21 herrschenden Druck derart einstellt, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert.
- Dabei kann vorgesehen sein, dass die Druckluftzufuhr in die Hohlräume 22 bzw. die Druckluftabfuhr aus den Hohlräumen 22 der faltenbalgartigen Strukturen 21 über individuelle Ventile einstellbar ist, um so den in den Hohlräumen 22 der beiden faltenbalgartigen Strukturen 21 herrschenden Druck individuell einzustellen und so jeweils die Abmessung des radialen Spalts zwischen dem Mantelring 17 und dem entsprechenden Laufschaufelkranz anhängig von der jeweiligen Radialerstreckung des Laufschaufelkranzes individuell einzustellen.
- Alternativ kann vorgesehen sein, die Druckluftzufuhr in die Hohlräume 22 der faltenbalgartigen Strukturen 21 bzw. die Diruckluftabfuhr aus denselben über ein gemeinsames Ventil einzustellen. Durch unterschiedliche Radialerstreckungen der jeweiligen Laufschaufelkränze des Verdichters 10 erforderliche, unterschiedliche Verformungen der faltenbalgähnlichen Strukturen 21 sind dann durch eine angepasste Wölbung der gewölbten Wände 19 und/oder eine angepasste Wandstärke der gewölbten Wände 19 und/oder durch eine angepasste radiale Erstreckung der faltenbalgähnlichen Strukturen 21 erzielbar.
- Gemäß
Fig. 1 sind die beiden faltenbalgähnlichen Strukturen 21 jeweils durch sich in Radialrichtung erstreckende Trennebenen in Axialrichtung geteilt, wobei bei der Fertigung die beiden Axialhälften der faltenbalgähnlichen Strukturen 21 miteinander verschweißt werden. Alternativ ist es auch möglich, die faltenbalgähnlichen Strukturen in Radialrichtung zu teilen. - Gemäß
Fig. 1 und2 ist im Bereich jeder faltenbalgartigen Struktur 21 jede Wand 19 in Axialrichtung gesehen ausschließlich einfach nach innen in den jeweiligen Hohlraum 22 hinein gewölbt. - Die faltenbalgartige Struktur 30 gemäß Fig. 3 weist eine größere Axialerstreckung als Radialerstreckung auf, insbesondere weisen die Wände 19 der faltenbalgartigen Struktur 30 eine größere Axialerstreckung als Radialerstreckung auf.
Claims (9)
- Turbomaschine mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor Laufschaufeln und der Stator ein Gehäuse (11) und Leitschaufeln (12) aufweist, wobei die rotorseitigen Laufschaufeln mindestens einen Laufschaufelkranz bilden, wobei der oder jeder Laufschaufelkranz an einem radial außenliegenden Ende an einen statorseitigen Innenring bzw. Mantelring (17) des Gehäuses (11) angrenzt, von demselben umgeben ist und mit demselben einen Spalt begrenzt, wobei der jeweilige Mantelring (17) mit einem Stützring (20) über gewölbte Wände (19) verbunden ist, die zusammen mit dem Mantelring (17) und dem Stützring (20) einen Hohlraum (22) begrenzen und eine faltenbalgartige Struktur (21) bilden, wobei durch Veränderung eines in dem Hohlraum (22) der jeweiligen faltenbalgartigen Struktur (21) herrschen Drucks der Spalt zwischen dem Mantelring (17) und dem radial außenliegenden Ende des jeweiligen Laufschaufelkranzes pneumatisch einstellbar ist, und wobei im Bereich der oder jeder faltenbalgartigen Struktur (21) jede Wand (19) in Axialrichtung gesehen ausschließlich einfach nach innen in den jeweiligen Hohlraum (22) hinein gewölbt ist,
wobei
jede Wand (19) vor Einwirken eines überdrucks gegenüber der umgebung nach Art eines Kniehebels ausgeführt ist, wobei im Bereich eines Scheitelpunkts (29) der Wölbung Wandabschnitte der jeweiligen Wand (19) einen stumpfen Winkel von größer als 90° einschließen und wobei die Wandabschnitte zur Aufnahme von Druckkräften geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mantelring (17) zusammen unit dem stützring (20) und den gewölblen wänden (19) ein, in einem axial-radialen - Turbomaschine nach Anspruch 1, Schnitt, integralgebilde darstellen welches auf mindesten einer seite im bereich des montelrings mit einem leitschanfelkranz formschlüssig verbunden ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wände (19) eine konstante Wandstärke aufweisen. - Turbomaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wände in Radialrichtung gesehen eine veränderliche Wandstärke aufweisen. - Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der oder jeder faltenbalgartigen Struktur (21) der Mantelring (17) eine geringere Wandstärke aufweist als der Stützring (20). - Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der oder jeder faltenbalgartigen Struktur (21) der Mantelring (17) in einem in Axialrichtung gesehen mittlern Bereich eine in den Hohlraum (22) hinein gewölbte Kontur (23) aufweist. - Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der oder jeder faltenbalgartigen Struktur jeweils mindestens eine Druckluftleitung (24) zugeordnet ist, um Druckluft in den jeweiligen Hohlraum (22) einzuleiten bzw. aus demselben abzuleiten. - Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Laufschaufelkränzen jeweils eine faltenbalgartige Struktur (21) zugeordnet ist, und dass zwischen den beiden Laufschaufelkränaen, denen jeweils eine faltenbalgartige Struktur (21) zugeordnet ist, mindestens ein Laufschaufelkranz angeordnet ist, dem ein Sensoreinheit (25) zugeordnet ist, wobei die oder jede Sensoreinheit (25) die radiale Abmessung des Spalts im Bereich des jeweiligen Laufschaufelkranzes vermisst und einen entsprechenden Istwert an eine Regeleinrichtung übermittelt, und wobei die Regeleinrichtung den Istwert mit einem Sollwert vergleicht und abhängig hiervon den in den Hohlräumen (22) der jeweiligen faltenbalgartigen Strukturren (21) herrschenden Druck derart einstellt, dass sich der Istwert dem Sollwert annähert. - Turbomaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckluftzufuhr in die Hohlräume (22) bzw. die Druckluftabfuhr aus den Hohlräumen (22) über ein gemeinsames Ventil einstellbar ist, wobei durch unterschiedliche Radialerstreckungen der jeweiligen Laufschaufelkränze erforderliche, unterschiedliche Verformungen der faltenbalgartigen Strukturen (21) durch eine angepasste Wölbung und/oder anpasste Wandstärke der gewölbten Wände der jeweiligen faltenbalgartigen Strukturen (21) erzielbar sind. - Turbomaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckluftzufuhr in die Hohlräume (22) bzw. die Druckluftabfuhr aus den Hohlräumen (22) über individuelle Ventile einstellbar ist, wobei durch unterschiedliche Radialerstreckungen der jeweiligen Laufschaufelkränze erforderliche, unterschiedliche Verformungen der faltenbalgartigen Strukturen (21) durch eine individuelle Druckluftzufuhr bzw. Druckluftabfuhr erzielbar sind.
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