WO2018069552A1 - Integral gegossene strömungsmaschinenanordnung und verfahren zum herstellen einer strömungsmaschinenanordnung - Google Patents

Integral gegossene strömungsmaschinenanordnung und verfahren zum herstellen einer strömungsmaschinenanordnung Download PDF

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WO2018069552A1
WO2018069552A1 PCT/EP2017/076372 EP2017076372W WO2018069552A1 WO 2018069552 A1 WO2018069552 A1 WO 2018069552A1 EP 2017076372 W EP2017076372 W EP 2017076372W WO 2018069552 A1 WO2018069552 A1 WO 2018069552A1
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turbomachine
separations
assembly
turbomachine assembly
separation
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PCT/EP2017/076372
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Ulrich Schaber
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Abb Schweiz Ag
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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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34—Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • 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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting

Definitions

  • the invention relates to the field of turbomachines, in particular turbines. More particularly, the invention relates to an integrally molded turbomachine assembly and a method of manufacturing a turbomachine assembly. In particular, the invention relates to a turbomachine arrangement with a shroud device and to a method for producing a turbomachine arrangement with a shroud device.
  • a turbomachine is a fluid energy machine in which the energy transfer between the fluid and the machine is effected by a flow and a corresponding geometry of the turbomachine.
  • the energy transfer normally takes place by means of rotor blades, which are profiled in such a way that a pressure difference arises between the front and rear side due to the flow around them.
  • Turbomachines are divided into different groups, such as pumps, fans, or turbines. Turbines are classified according to the type of fluid used or the type and direction of the flow medium. For example, there are axial, tangential, or radial types of turbines.
  • axial turbines In the case of axial turbines, a distinction is made in the rotating part between built turbines and integrally cast turbines.
  • Built turbines consist of individual blades or rotor blades which are held in the hub with a more or less complicated shaped foot (fir tree root).
  • vanes (or rotor blades) and hub are made in one piece. These are also known as so-called integral turbines.
  • Integral turbines are used with free-standing blades (or rotor blades) and with coupled blades (or rotor blades). The coupling takes place for example via a retracted damper wire.
  • the integral turbine has several advantages over a built turbine. For example, the manufacturing is cheaper, the turbine has less mass (resulting in a better acceleration behavior) and has a higher strength, in particular due to the lost foot connection. In particular, the fatigue strength is increased.
  • an integrally cast turbomachine assembly includes a hub member that extends coaxially with a hub member axis of the turbomachine assembly. Furthermore, the
  • Turbomachine a Shroudvorraum for stiffening the turbomachine assembly, wherein the Shroudvortechnische coaxial with Hub element axis is arranged.
  • the turbomachine assembly further includes at least two rotor blades extending from the hub member to the shroud device.
  • the shroud device includes at least two separations to provide cushioning in the shroud device.
  • Embodiments of the invention make it possible to reduce the high vibration amplitudes in integrally cast turbomachine assemblies by additionally introduced damping.
  • energy is dissipated by the separation of the Shroudvoroplasty during operation of the turbomachine assembly at the contact points of the separation by friction and relative movement, whereby the attenuation is substantially increased.
  • the integrally cast turbomachine arrangement is mechanically very robust.
  • the improved flow characteristics of the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention make it possible to operate the turbomachine arrangement with high efficiency.
  • the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention can be produced inexpensively.
  • a method of manufacturing for making a turbomachine assembly comprises integrally molding the turbomachine assembly comprising a hub member having a hub member axis, a co-rotating with the hub member axis arranged Shroudvoriques for stiffening the turbomachine assembly and at least two rotor blades extending from the hub member to the Shroudvorraum.
  • the method further comprises introducing at least two separations into the shroud device.
  • An integrally molded in turbomachine arrangement produced by the method according to the invention has a better resistance to vibration compared to an integral-structure flow machine arrangement with a fully closed Shroud device.
  • lower flow losses occur in the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention, than, for example, in a fluid flow assembly in integral construction with the damper wire.
  • the lower cost and mass, as well as the higher vibration resistance characterize the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a turbomachine arrangement according to embodiments of the invention
  • FIG. 2A is an enlarged partial schematic side view of a turbomachine arrangement according to embodiments of the invention
  • FIG. 2B is an enlarged partial schematic side view of a further turbomachine arrangement according to embodiments of the invention
  • 3A is an enlarged partial schematic view of a separation apparatus according to embodiments of the invention.
  • FIG. 3B shows an enlarged partial schematic view of a separation apparatus according to embodiments of the invention
  • FIG. 3C shows an enlarged schematic partial view of a Shroudvortechnik with separation and with damper element according to embodiments of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a separation-type shroud device according to embodiments of the invention
  • FIGS. 5A-5C are schematic plan views of a shroud device with separations according to embodiments of the invention
  • FIG. 6 is a flow chart of a method for producing an integrally cast turbomachine arrangement according to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • the turbomachine assembly described herein may be a turbine assembly.
  • the turbomachine arrangement 100 comprises a hub element 101 and a hub element axis 102.
  • the hub element 101 shown in FIG. 1, is arranged coaxially with the hub element axis 102.
  • the turbomachine arrangement 100 shown by way of example in FIG. 1 has a multiplicity of rotor blades 104.
  • the rotor blades 104 extend from the hub member 101 to the shroud device 103.
  • the rotor blades 104 are, for example, evenly distributed over the circumference of the hub member 101.
  • the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention has at least two rotor blades.
  • the number of rotor blades is shown by way of example in the figures and does not represent a limitation of the invention.
  • the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention may comprise a larger or smaller number of rotor blades than shown in the figures.
  • the shroud device 103 surrounds all the rotor blades 104 coaxially with the hub member axis 102.
  • the rotor blades 104 are in contact with both the hub member 101 and the shroud device 103.
  • the terms "rotor blade” and "blade” are used essentially synonymously.
  • the turbomachine assembly according to embodiments of the invention is an integrally cast turbomachine assembly. More specifically, in the integrally molded turbomachine assembly, the hub member, the rotor blades, and the shroud device are integral (and more particularly, integrally made of the same material).
  • the integrally molded turbomachine assembly according to embodiments of the invention is manufactured in one piece by a casting process. The integral production of the turbomachine arrangement is visible, for example, by the material structure and the transitions between the individual elements of the turbomachine arrangement.
  • the turbomachine assembly is post-processed according to the casting method for integrally forming the turbomachine assembly, for example, to influence (eg, smooth or the like) the surface structure of individual elements of the turbomachine assembly.
  • the shroud device of the turbomachine arrangement according to the invention has at least two separations or slots in order to provide damping in the shroud device.
  • FIG. 2A shows an enlarged schematic partial view of a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • the turbomachine arrangement 100 comprises a hub element 101, rotor blades 104, and a shroud device 103.
  • the shroud device 103 In the shroud device 103, according to embodiments of the invention, at least two separations 105 are introduced. In the example shown in FIG. 2a, two separations 105 are shown, which are arranged to the left and to the right of a rotor blade 104 (in the example shown: the middle one).
  • separation may be understood to mean an interruption of the continuously cast structure of the shroud device,
  • the separation may comprise two contact sides which, prior to operation or only during operation or only in sections over the course of the Separation may, for example, comprise a slot or gap which, prior to or during operation of the turbomachine assembly, forms a slot or slot
  • Width of 0 mm i.e., the contact surfaces or contact points of the
  • the separation may include a gap width of typically 0 mm to 1 mm, more typically from 0 mm to 0.8 mm, and more typically from 0 mm to 0.5 mm;
  • the gap width in at least one region of separation between 0.2 mm and 0.3 mm is in the resting state of the turbomachine arrangement.
  • the gap width in at least a portion of the separation may be up to about 0.6 per thousand based on the diameter of the turbomachine assembly.
  • the turbomachine assembly may have a diameter of about 380 mm, with the gap width being about 0.2 mm.
  • the mentioned gap widths of the separation can be provided over the entire length or the entire course of the separation, or can be provided only partially (ie over an area or section) over the course of the separation, or even only temporarily (either over the entire course or only a range of separation) in different operating situations of the turbomachine arrangement occur.
  • the gap width between the state of the static fluid machine assembly and the condition of the turbomachine assembly may vary during operation (eg, during rotation of the turbomachine assembly), as will be explained in more detail later with reference to the drawings.
  • the gap width from the dormant state to the state during operation may be at least partially decreased to 0 mm.
  • the separation in the shroud device may be introduced either during the casting process of the integrally cast stream machine assembly or after the casting operation of the integrally cast stream machine assembly.
  • one or more separations in the shroud device may be formed by appropriate shaping of the casting mold (eg, by inserting a casting barrier, a thin casting core, or the like) during casting into the shroud device.
  • separation or multiple separations may also be made after the molding process of the integrally cast stream machine assembly, particularly by cracking or abrasive machining, and in particular by methods such as milling, sawing, poking, laser cutting, and the like / or eroding (for example EDM).
  • a gap width in at least a range of about 0.2 mm separation may be achieved by laser cutting.
  • separation in the shroud device introduced during the casting process may be aftertreated by ablation of the process (for example, to influence the surface properties of the contact surfaces or interfaces of the separation).
  • the separations provide damping in the shroud device.
  • the centrifugal force during operation of the turbomachine arrangement increases the friction in the separation or creates friction at least in regions of separation during the operation of the turbomachine arrangement (namely at the contact points of the separations which come into contact with each other during operation).
  • at least portions or portions of a separation in operation due to the centrifugal force may be closed by the unwinding of the blades. At the resulting contact points energy is dissipated by occurring friction blade vibrations and thereby increases the damping in the Shroudvorraum.
  • the gap width is to be selected such that the gap closes during operation and not only at very high speeds of the turbomachine arrangement.
  • the gap width of the separation it should be noted by the choice of the gap width of the separation that during operation at high speed under certain circumstances, the surface pressure in contact is too large, so that no relative movement occurs at the contact point and the introduced damping can be too low.
  • the gap width of a separation to the respective turbomachine arrangement and / or their use can be designed accordingly. Examples of the gap width have already been given above.
  • FIG. 2B shows a partial view of a turbomachine arrangement 100 according to FIG.
  • FIG. 2B comprises a hub element 101, a plurality of rotor blades 104, and a shroud device 103.
  • the shroud device 103 has some
  • the separations 105 may be separations as described above.
  • the separations 105 of the example shown in FIG. 2B may have a gap width as described above for embodiments of the invention.
  • the turbomachine arrangement 100 has a hub element 101, which essentially does not consist of a disk, but instead provides a type of rim.
  • the embodiment shown in Figure 2A may be referred to as an integrally molded BLISK device (Blade and Disk) and the embodiment shown in Figure 2B as a BLIM device (Blade and Rim).
  • the hub element 101 of the turbomachine arrangement 100 may be formed without a proper hub.
  • the hub member 101 may be provided by a type of ring, a rim, or other suitable structure.
  • the hub member 101 may be structured such that the rotor blades 104 extend from the hub member 101.
  • FIG. 3A shows a further enlarged partial view of the turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • the partial view of FIG. 3A shows a shroud device 103, rotor blades 104, and a separation 105.
  • the two contact sides of the separation 105 are in contact with one another.
  • FIG. 3B shows a similar partial view of the turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention, like FIG. 3A.
  • a shroud device 103, rotor blades 104, and a separation 105 has a width (or gap width) 106.
  • the two contact surfaces or contact points of the separation 105 are not in contact with each other in the embodiment shown in Figure 3B.
  • the width 106 of the separation 105 may be measured, for example, on the inside (ie, on the side facing the hub member) of the shroud apparatus, as shown in FIG. 3B. In other embodiments, the width 106 of the separation 105 may be measured at a different location of the separation 105. For example, the width 106 of the circumferential separation at the centerline of the shout device 103 may be measured. According to some embodiments of the invention, the difference of the separation 105 of FIGS. 3A and 3B can occur in various ways. In a first example, the separation 105 of FIG.
  • the separation 105 of FIG. 3B can be introduced into the shroud device 103 by another method, such as, for example, a removing method, in particular laser cutting, eroding, sawing and / or milling.
  • the separation 105 may be shown once in the closed state (FIG. 3A) and once in the open state (FIG. 3B).
  • the open state of the separation 105 in FIG. 3B may occur before or after the operation of the turbomachine arrangement 100.
  • the closed state of the separation 105 in FIG. 3A may occur during operation of the turbomachine arrangement 100, for example.
  • the separation 105 as described above, by the centrifugal force and the resulting unwinding of the rotor blades 104 close.
  • FIG. 3C shows a further embodiment of the turbomachine arrangement 100.
  • FIG. 3C like FIGS. 3A and 3B, shows an enlarged partial view of the turbomachine arrangement 100 with rotor blades 104, shroud apparatus 103 and a separation 105.
  • the embodiment of the turbomachine arrangement 100 of FIG. 3C also shows a damper element 107.
  • the damper member 107 may be disposed on the inner side (i.e., on the side facing the hub member) of the Shroud device 103.
  • the damper element 107 may be configured such that it bridges the separation 105 in the shroud device 103.
  • the damper element 107 can be provided, for example, in the form of a plate, in particular a metal plate. According to embodiments of the invention, the damper element can also be made of other materials or with different geometry. According to embodiments of the invention described herein, the damper member 107 may loosely contact the shock apparatus 103.
  • the centrifugal force causes the damper element 107 from below (ie coming from the direction of the hub element). pressed to the Shroudvorraum 103.
  • the damper element 107 can thereby produce a frictional connection of the two blades separated by the separation 105.
  • slippage occurs between the damper element 107 and the shock device 105 and thus energy dissipation.
  • Energy dissipation provides damping.
  • the damper element attached to the shock device can bridge and / or compensate for a wide gap that provides separation. The separation closes by turning the blades only in operation.
  • the damper element according to embodiments of the invention can therefore allow wider separations, as would be possible without damper element.
  • a wider separation can in turn have the advantage of easier and cheaper manufacturability.
  • the separation 105 is drawn by substantially straight lines for the sake of simplicity. However, this is only an example and should not be construed as limiting the above embodiments. In the following, further and other forms of separation will be described, which may be combined with the features described with reference to FIGS. 1-3.
  • the term “substantially” as used herein may mean that some deviation of the property described thereby is allowable and included, for example, the term “substantially straight” may mean a deviation from the exact straight line of up to 15%. include. In another example, the term “substantially coaxial” includes a deviation from the exact coaxial arrangement of up to 15 °.
  • FIG. 4 shows a perspective partial view of a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • FIG. 4 shows a perspective partial view of a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • a turbomachine arrangement 100 in the partial view shown in Figure 4 is a
  • Separations 105 are shown in the Shroud device 103. According to embodiments of the invention, the separations 105 may freely cut the rotor blade 104. In other words, the separations 105 may freely cut the rotor blade 104. In other words, the separations 105 may freely cut the rotor blade 104.
  • Turbomachine arrangement (not shown in Figure 4) decoupled. Due to the two separations 105 in the Shroudvorraum 103, the rotor blade 104 is decoupled from the other rotor blades of the turbomachine assembly according to embodiments of the invention. Likewise, the portion of the shroud device 103 which is connected to the rotor blade 104 shown in FIG. 4 (in particular connected by the one-piece or integral casting) is decoupled from the remaining shroud device 103. As described above and as can be seen in FIG. 4, a separation of the shroud device 103 extends through the entire thickness of the shroud device.
  • the separations 105 are shown as lines. These lines may represent a closed gap, a disruption of the Shroud device, or a very thin gap (for example, a gap of the width of 0 mm to about 0.5 mm).
  • the turbomachine arrangement only one rotor blade can be cut free by separations, or several rotor blades can be cut free by separations.
  • individual rotor blades can be cut free by a separation in the Shroudvorraum left and right of the rotor blade.
  • the number of rotor blades N it is desirable in some embodiments of the invention for the number of rotor blades N to be divisible by the number P of the cut rotor blades.
  • the cut-free rotor blades can be distributed uniformly around the circumference of the turbomachine arrangement. However, it is also conceivable to depart from this arrangement in some embodiments, and where appropriate.
  • the separation may occur on each rotor blade.
  • the Shroud device may have separations at a number of N rotor blades at N locations.
  • both separations shown are shown in a zigzag (or Z-shape) according to some embodiments of the invention.
  • the shape of the separations can be selected, for example, according to the torsion of the rotor blades in a resting state against each other.
  • the shape of the separations according to the centrifugal forces occurring during operation of the Turbomachine arrangement can be selected.
  • the shape of the separations may be selected according to the desired attenuation.
  • a separation as described herein may have a shape having two interconnected portions. Typically, the two interconnected sections will require separation through the width and thickness of the shroud device.
  • the two interconnected portions of the separation may be at an angle to each other.
  • the angle between the two interconnected portions of the separation can be chosen arbitrarily, and in particular can be selected according to the requirements of the damping in the Shroudvorides the turbomachine assembly.
  • the two interconnected portions of the separation may be at an angle to one another such that the portions substantially form a Z-shape.
  • Figures 5A, 5B and 5C show examples of forms of separations according to embodiments of the invention.
  • 5A, 5B, and 5C show a situation during operation of the turbomachine arrangement, in which the separations 105 are exposed to the centrifugal forces occurring during operation of the turbomachine arrangement.
  • Figures 5A, 5B, and 5C show a plan view of a portion of a shock device 103 in accordance with embodiments of the invention.
  • the shroud device 103 of FIG. 5A shows two separations, with both separations 105 each having a first section 105-1 and a second section 105-2.
  • the two sections 105-1 and 105-2 extend at an angle to each other and communicate with each other as described above.
  • the partitions 105 of the type are designed to remain open in the first section 105-1 of the partitions during operation of the turbomachine assembly, and friction and / or friction in a second part 105-2 of the partitions 105 To cause relative movement in the Shroudvorraum 103.
  • the two separations 105 are dimensioned and designed to be under
  • the surface pressure can be increased.
  • the separation has been formed by breaking the structure of the shroud (thus virtually creating a gap of width 0 mm in a stationary state of the turbomachine arrangement)
  • only the surface pressure during operation in a portion of the separation increase the turbomachine arrangement, since a closure of the gap of width 0 mm is no longer possible.
  • the first section 105-1 can be described as closed before and during operation.
  • the first portion 105-1 of the separation 105 is shown at a lower part of the plan view of the shroud 103.
  • the part of the shock apparatus 103 described hereinabove as the lower part may designate the part of the shroud means located upstream of the fluid flowing through the turbomachine assembly.
  • an upper part of the top view of the shroud device 103 may indicate the part of the shroud device located downstream of the fluid flowing through the fluid machine assembly.
  • the portion 105-2 of the separation 105 which closes during operation of the turbomachine arrangement, is arranged at the upper part of the plan view of the shroud apparatus 103.
  • Figure 5B shows a similar arrangement as Figure 5A, with the operationally closing portion 105-2 of the separation 105 disposed at the bottom of the shroud device.
  • the open portion 105-1 of the separation 105 in the shroud device 103 is arranged on the upper part of the shroud device according to embodiments of the invention.
  • the shape of the separation also has in FIG. 5B the sections running at an angle to one another and communicating with one another.
  • Figure 5C shows a top view of a Shroud device 103 in which the separations 105 shown have a Z-shape according to embodiments of the invention. In the Z-shape shown, the middle portion of the separation 105 is the portion that provides the portion 105-2 of the separation 105 closing during operation of the turbomachine assembly.
  • the term "middle section” may refer to the center of the Z-shape and / or to the section of the shout device which lies between the upper part and the lower part of the Shroud device (orientation as described above) the separation 105 is a portion 105-2 closing during operation of the turbomachine assembly, and two portions 105-1 exposed during operation of the turbomachine assembly, which are in communication with and angularly disposed with the portion 105-2.
  • the separation may include more than one portion closing during operation of the turbomachine assembly and / or more than one portion remaining open during operation of the turbomachine assembly.
  • the separation is selected such that the gap closes in operation by the unwinding of the rotor blades and the centrifugal force, or increases the surface pressure in the separation during operation by the unwinding of the rotor blades.
  • the separation is to be performed so that the gap closes during operation, which takes place in compliance with the rotation of the rotor blades and their behavior during operation of the turbomachine arrangement.
  • the separation may be filled with a material that is different than the material of the integrally molded turbomachine assembly.
  • the separation may be filled with an elastic material.
  • FIG. 6 shows a flow diagram 600 for a method in the manufacture of a turbomachine arrangement 100 according to embodiments of the invention.
  • the method includes integrally molding a turbomachine assembly that includes a hub member 101 having a hub member axis 102, a shroud device 103 coaxially disposed with hub member axis 102 for stiffening the turbomachine assembly 100, and at least two rotor blades 104 extending from the hub member 101 to the shroud device 103 extend.
  • the one-piece molded fluid machine assembly in the method may be an integrally cast fluid machine assembly as described herein with respect to various embodiments.
  • the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention may be a turbine wheel.
  • the one-piece molding of the turbomachine assembly described herein may include forming a positive model from wax, forming a negative mold by the wax model (eg, a ceramic negative mold), and firing the negative mold (and optionally removing the wax from the positive model).
  • the method further includes, in block 602, introducing at least two separations into the shroud device 103 of the turbomachine assembly.
  • the separations may be introduced into the shroud device 103, in particular by casting technique or after casting the turbomachine arrangement.
  • methods such as cracking or cracking, laser cutting, eroding, milling, and other suitable ablation methods can be used.
  • the separations that are introduced into the shroud device in the method for producing a turbomachine arrangement can have the shape and size as described in detail above.
  • the number of separations in the shroud device may be selected to be similar or equal to the above-described embodiments.
  • the separations may be arranged such that at least one rotor blade of the turbomachine assembly is cut free.
  • the method of manufacturing a turbomachine assembly may further comprise bridging at least one of the separations in the shroud device.
  • the bridging can be done by a damper element which is pressed by the centrifugal force to the Shroudvoriques 103 during operation of the turbomachine assembly 100.
  • the damper element may be a damper element 107, as has been shown and described above in particular with reference to FIG. 3C.
  • turbomachine assembly and method of making a turbomachine assembly in accordance with embodiments of the invention exhibits improved fatigue strength over an integrally cast fluid machine assembly having freestanding rotor blades and also over an integrally cast, continuously-shrouded device turbomachine assembly. Furthermore, according to embodiments of the invention, the turbomachine arrangement has lower flow losses than an integrally cast turbomachine arrangement with damper wire in the rotor blades. This also results in a higher efficiency of the turbomachine arrangement according to embodiments of the invention in comparison with known systems.
  • turbomachine arrangement according to embodiments of the invention is lower in cost and lower in mass (better acceleration performance) compared to a built one
  • turbomachine assembly connected to Shroudvorraum.
  • turbomachine arrangement according to embodiments of the invention has approximately the same LCF (low-cycle-fatigue) strength as a built-on turbomachine with a shroud device.
  • LCF low-cycle-fatigue

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Es wird eine integralgegossenen Strömungsmaschinenanordnung (100) beschrieben. Die Strömungsmaschinenanordnung umfasst ein Nabenelement (101), dass sich koaxial zu einer Nabenelementachse (102). Strömungsmaschinenanordnung (100) erstreckt. Weiterhin umfasst die Strömungsmaschinenanordnung eine Shroudvorrichtung (103) zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung, wobei die Shroudvorrichtung koaxial zur Nabenelement Achse (102) angeordnet ist. Die Strömungsmaschinenanordnung umfasst weiterhin mindestens zwei Rotorblätter (104), die sich vom Nabenelement zur Shroudvorrichtung erstrecken. Die Shroudvorrichtung umfasst dabei mindestens zwei Auftrennungen (105), um eine Dämpfung in der Shroudvorrichtung bereitzustellen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsmaschinenanordnung beschrieben.

Description

INTEGRAL GEGOSSENE S TROMUNGSMAS CHINENANORDNUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER STRÖMUNGSMASCHINENANORDNUNG
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmaschinen, insbesondere der Turbinen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Strömungsmaschinenanordnung mit einer Shroudvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung mit einer Shroudvorrichtung.
Stand der Technik
Eine Strömungsmaschine ist eine Fluidenergiemaschine, bei der die Energieübertragung zwischen Fluid und Maschine durch eine Strömung und eine entsprechende Geometrie der Strömungsmaschine erfolgt. Die Energieübertragung erfolgt normalerweise mittels Rotorblättern, die derart profiliert sind, dass durch die Umströmung eine Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite entsteht. Strömungsmaschinen werden dabei in verschiedene Gruppen eingeteilt, wie zum Beispiel Pumpen, Ventilatoren, oder Turbinen. Turbinen werden nach Art der eingesetzten Fluide oder nach der Bauart und der Richtung des Strömungsmediums eingeteilt. Zum Beispiel gibt es axiale, tangentiale, oder radiale Bauarten von Turbinen.
Bei Axialturbinen unterscheidet man im rotierenden Teil zwischen gebauten Turbinen und integral gegossenen Turbinen. Gebaute Turbinen bestehen aus einzelnen Schaufeln oder Rotorblättern die mit einem mehr oder weniger kompliziert gestalteten Fuß (Tannenbaumfuß) in der Nabe gehalten werden. Bei integral gegossenen Turbinen bestehen Schaufeln (oder Rotorblätter) und Nabe aus einem Stück. Diese werden auch als sogenannte Integralturbinen bezeichnet. Integralturbinen sind mit freistehenden Schaufeln (oder Rotorblätter) und mit gekoppelten Schaufeln (oder Rotorblätter) im Einsatz. Die Kopplung erfolgt zum Beispiel über einen eingezogenen Dämpferdraht. Die Integralturbine hat einige Vorteile gegenüber einer gebauten Turbine. Zum Beispiel ist die Herstellung kostengünstiger, die Turbine weist weniger Masse auf (in einem besseren Beschleunigungsverhalten resultierend) und weist eine höhere Festigkeit auf, insbesondere aufgrund der entfallenen Fuß Verbindung. Dabei ist insbesondere die Schwingfestigkeit erhöht.
Die erwähnte Kopplung der Schaufeln (oder Rotorblätter) mittels Dämpferdraht erhöht die Steifigkeit des Schaufelverbands und erlaubt den Einsatz bei erhöhter Schwingungsanregung. Die bei Integralturbinen übliche Kopplung über den Dämpferdraht erhöht aber die Strömungsverluste und schwächt außerdem die Schaufel (insbesondere durch das Dämpferdrahtloch). Eine Abhilfe wurde in Form der Kopplung über ein Shroud bei der Einzelschaufelturbine gefunden und umgesetzt. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, insbesondere was die Herstellung, die Fertigung und die Montage betrifft. Daher werden eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung bereitgestellt, die zumindest einige der Probleme des Standes der Technik lösen.
Kurze Darstellung der Erfindung
In Anbetracht des Vorstehenden wird eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung nach Anspruch 1, und ein Verfahren zum Herstellen einer integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung nach Anspruch 12 bereitgestellt. Weitere Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte, der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung bereitgestellt. Die Strömungsmaschinenanordnung umfasst ein Nabenelement, das sich koaxial zu einer Nabenelementachse der Strömungsmaschinenanordnung erstreckt. Weiterhin umfasst die
Strömungsmaschinenanordnung eine Shroudvorrichtung zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung, wobei die Shroudvorrichtung koaxial zur Nabenelementachse angeordnet ist. Die Strömungsmaschinenanordnung umfasst weiterhin mindestens zwei Rotorblätter, die sich vom Nabenelement zur Shroudvorrichtung erstrecken. Die Shroudvorrichtung beinhaltet mindestens zwei Auftrennungen, um eine Dämpfung in der Shroudvorrichtung bereitzustellen. Durch die erfindungsgemäße Strömungsmaschinenanordnung wird die Dämpfung an einer integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung mit Shroudvorrichtung erhöht. Mit der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung nach Ausführungsformen der Erfindung werden die Vorteile der Strömungsmaschinenanordnung in Integralbauweise (mit freistehenden Schaufeln oder Rotorblättern) mit der strömungsgünstigen Kopplung der Schaufeln oder Rotorblätter über ein Shroud kombiniert. Bisher konnte die strömungsgünstige Kopplung der Schaufeln über eine Shroudvorrichtung nur mit einer teuren Einzelschaufelströmungsmaschinenanordnung realisiert werden.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen es, durch eine zusätzlich eingebrachte Dämpfung die hohen Schwingungsamplituden bei integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnungen zu reduzieren. Insbesondere wird durch die Auftrennung der Shroudvorrichtung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung an den Kontaktstellen der Auftrennung durch Reibung und Relativbewegung Energie dissipiert, wodurch die Dämpfung wesentlich erhöht wird.
Zudem ist die integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung mechanisch sehr robust. Die verbesserten Strömungseigenschaften der Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen es, die Strömungsmaschinenanordnung mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben. Dabei kann außerdem die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung kostengünstig hergestellt werden. Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das einstückige Gießen der Strömungsmaschinenanordnung umfassend ein Nabenelement mit einer Nabenelementachse, eine koaxial zur Nabenelementachse angeordnete Shroudvorrichtung zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung und mindestens zwei Rotorblätter die sich vom Nabenelement bis zur Shroudvorrichtung erstrecken. Das Verfahren umfasst weiterhin das Einbringen von mindestens zwei Auftrennungen in die Shroudvorrichtung. Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte integral gegossene in Strömungsmaschinenanordnung weist eine bessere Schwingfestigkeit gegenüber einer Strömungsmaschinenanordnung in Integralbauweise mit durchgehend geschlossenem Shroudvorrichtung auf. Außerdem treten bei der Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung geringere Strömungsverluste auf, als zum Beispiel bei einer Strömungsmaschinenanordnung in Integralbauweise mit dem Dämpferdraht. Die geringeren Kosten und die geringere Masse, sowie die höhere Schwingungsfestigkeit (insbesondere verglichen mit einer gebauten Strömungsmaschinenanordnung mit Shroudvorrichtung) zeichnen die Strömungsmaschinenanordnung nach Ausführungsformen der Erfindung aus.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden sind anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Strömungsmaschinenanordnung und des Verfahrens zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung schematisch dargestellt und näher erläutert. In allen Figuren sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Perspektivansicht einer Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 2A eine vergrößerte schematische Seitenteilansicht einer Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, Figur 2B eine vergrößerte schematische Seitenteilansicht einer weiteren Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 3A eine vergrößerte schematische Teilansicht einer Shroudvorrichtung mit Auftrennung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 3B eine vergrößerte schematische Teilansicht einer Shroudvorrichtung mit Auftrennung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 3C eine vergrößerte schematische Teilansicht einer Shroudvorrichtung mit Auftrennung und mit Dämpferelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung, Figur 4 eine schematische Perspektivansicht einer Shroudvorrichtung mit Auftrennung gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 5A - 5C schematische Draufsichten auf eine Shroudvorrichtung mit Auftrennungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und Figur 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer integralgegossenen Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Im Allgemeinen werden gleiche Teile in den Figuren mit der gleichen Referenznummer bezeichnet.
Detaillierte Beschreibung Figur 1 zeigt eine Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung kann die hierin beschriebene Strömungsmaschinenanordnung eine Turbinenanordnung sein. Die Strömungsmaschinenanordnung 100 umfasst ein Nabenelement 101 und eine Nabenelementachse 102. Das in der Figur 1 gezeigte Nabenelement 101 zur ist koaxial zur Nabenelementachse 102 angeordnet. Die in der Figur 1 beispielhaft gezeigte Strömungsmaschinenanordnung 100 weist eine Vielzahl von Rotorblättern 104 auf. Die Rotorblätter 104 erstrecken sich von dem Nabenelement 101 zur Shroudvorrichtung 103. Die Rotorblätter 104 sind beispielhaft gleichmäßig über den Umfang des Nabenelements 101 verteilt. Die Strömungsmaschinenanordnung nach Ausführungsformen der Erfindung weist mindestens zwei Rotorblätter auf. Die Anzahl der Rotorblätter ist in den Figuren beispielhaft dargestellt und stellt keine Einschränkung der Erfindung dar. Die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann eine größere oder kleinere Anzahl an Rotorblättern umfassen, als sie in den Figuren gezeigt ist. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umgibt die Shroudvorrichtung 103 alle Rotorblätter 104 koaxial zur Nabenelementachse 102. Dabei stehen die Rotorblätter 104 sowohl mit dem Nabenelement 101 als auch mit der Shroudvorrichtung 103 in Kontakt. Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen werden die Begriffe„Rotorblatt" und „Schaufel" im Wesentlichen synonym verwendet. Die Strömungsmaschinenanordnung nach Ausführungsformen der Erfindung ist eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung. Insbesondere sind bei der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung das Nabenelement, die Rotorblätter, und die Shroudvorrichtung einstückig (und insbesondere einstückig aus demselben Material gefertigt). Die integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung nach Ausführungsformen der Erfindung wird durch ein Gießverfahren einstückig hergestellt. Das einstückige Herstellen der Strömungsmaschinenanordnung ist zum Beispiel durch die Materialstruktur und die Übergänge zwischen den einzelnen Elementen der Strömungsmaschinenanordnung sichtbar. In manchen Ausführungsformen wird die Strömungsmaschinenanordnung nach dem Gießverfahren zum einstückigen Herstellen der Strömungsmaschinenanordnung nachbearbeitet, um zum Beispiel die Oberflächenstruktur einzelner Elemente der Strömungsmaschinenanordnung zu beeinflussen (z.B. zu glätten oder ähnliches).
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist die Shroudvorrichtung der erfindungsgemäßen Strömungsmaschinenanordnung mindestens zwei Auftrennungen oder Schlitze auf, um eine Dämpfung in der Shroudvorrichtung bereitzustellen.
Figur 2A zeigt eine vergrößerte schematische Teilansicht einer Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Die Strömungsmaschinenanordnung 100 umfasst ein Nabenelement 101, Rotorblätter 104, und eine Shroudvorrichtung 103. In der Shroudvorrichtung 103 sind gemäß Ausführungsformen der Erfindung mindestens zwei Auftrennungen 105 eingebracht. In dem in Figur 2a gezeigten Beispiel sind zwei Auftrennungen 105 gezeigt, die links und rechts von einem (in dem gezeigten Beispiel: dem mittleren) Rotorblatt 104 angeordnet sind. Der Begriff„Auftrennung", wie er hierin verwendet wird kann als eine Unterbrechung der durchgängig gegossenen Struktur der Shroudvorrichtung verstanden werden; Insbesondere kann die Auftrennung zwei Kontaktseiten aufweisen, die vor dem Betrieb oder auch erst während des Betriebes oder auch nur abschnittsweise über den Verlauf der Auftrennung in Kontakt zueinander stehen. Eine Auftrennung kann zum Beispiel einen Schlitz oder Spalt umfassen, der vor oder während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung eine
Breite von 0 mm aufweisen kann (d.h. die Kontaktflächen oder Kontaktstellen der
Auftrennung stehen zumindest abschnittsweise über den Verlauf der Auftrennung in Kontakt miteinander); Insbesondere kann die Auftrennung eine Spaltbreite von typischerweise 0 mm bis 1mm, noch typischerweise von 0 mm bis 0,8 mm, und noch typischerweise von 0 mm bis 0,5 mm umfassen; Gemäß einer Ausführungsform ist die Spaltbreite in zumindest einem Bereich einer Auftrennung zwischen 0,2 mm und 0,3 mm in ruhendem Zustand der Strömungsmaschinenanordnung. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Spaltbreite in zumindest einem Abschnitt der Auftrennung bis zu ungefähr 0,6 Promille bezogen auf den Durchmesser der Strömungsmaschinenanordnung betragen. In einem Beispiel kann die Strömungsmaschinenanordnung einen Durchmesser von ca. 380 mm aufweisen, wobei die Spaltbreite etwa 0,2 mm beträgt. Die genannten Spaltbreiten der Auftrennung können über die ganze Länge oder den ganzen Verlauf der Auftrennung bereitgestellt werden, oder nur teilweise (d.h. über einen Bereich oder Abschnitt) über den Verlauf der Auftrennung bereitgestellt werden, oder auch nur zeitweise (entweder über den ganzen Verlauf oder nur einen Bereich der Auftrennung) in unterschiedlichen Betriebssituationen der Strömungsmaschinenanordnung auftreten. Zum Beispiel kann die Spaltbreite zwischen dem Zustand der ruhenden Strömungsmaschinenanordnung und dem Zustand der Strömungsmaschinenanordnung während des Betriebes (z.B. während der Rotation der Strömungsmaschinenanordnung) variieren, wie später noch anhand der Zeichnungen detaillierter erläutert werden wird. In einem Beispiel kann die Spaltbreite von dem ruhenden Zustand auf den Zustand während des Betriebes zumindest abschnittsweise auf 0 mm zurückgehen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Auftrennung in der Shroudvorrichtung entweder während des Gießvorgangs der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung oder nach dem Gießvorgang der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung eingebracht werden. Zum Beispiel kann eine oder mehrere Auftrennungen in der Shroudvorrichtung durch entsprechende Gestaltung der Gussform (z.B. durch ein entsprechendes Einlegen einer Gussbarriere, eines dünnen Gusskerns oder ähnliches) während des Gießens in die Shroudvorrichtung geformt werden. Nach einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Auftrennung oder mehrere Auftrennungen auch nach dem Gießvorgang der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung erfolgen, insbesondere durch Aufbrechen (Cracken), oder ein abtragendes Bearbeitungsverfahren, und insbesondere zum Beispiel durch Verfahren wie Fräsen, Sägen, Stossen, Lasertrennen, und/oder Erodieren (zum Beispiel Senkerodieren). In einer Ausführungsform kann zum Beispiel eine Spaltbreite in zumindest einem Bereich einer Auftrennung von ungefähr 0,2 mm durch Laserschneiden erreicht werden. In einer Ausführungsform der Erfindung, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann eine während des Gießverfahrens eingebrachte Auftrennung in der Shroudvorrichtung durch ein Abtragen des Verfahren nachbehandelt werden (zum Beispiel, um die Oberflächeneigenschaften der Kontaktflächen oder Kontaktstellen der Auftrennung zu beeinflussen).
Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen wird durch die Auftrennungen eine Dämpfung in der Shroudvorrichtung bereitgestellt. Insbesondere wird durch die Fliehkraft während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung die Reibung in der Auftrennung erhöht oder es wird zumindest in Bereichen einer Auftrennung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung Reibung erzeugt (nämlich an den Kontaktstellen der Auftrennungen, die während des Betriebes miteinander in Kontakt treten). Insbesondere können sich gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen zumindest Bereiche oder Abschnitte einer Auftrennung im Betrieb infolge der Fliehkraft durch die Entwindung der Schaufeln schließen. An den dadurch entstehenden Kontaktstellen wird bei auftretenden Schaufelschwingungen durch Reibung Energie dissipiert und dadurch die Dämpfung in der Shroudvorrichtung erhöht.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung ist die Spaltbreite derart zu wählen, dass sich der Spalt im Betrieb und nicht erst bei sehr hohen Drehzahlen der Strömungsmaschinenanordnung schliesst. Zudem ist durch die Wahl der Spaltbreite der Auftrennung zu beachten, dass im Betrieb bei hoher Drehzahl unter Umständen die Flächenpressung im Kontakt zu groß wird, so dass an der Kontaktstelle keine Relativbewegung mehr auftritt und die eingebrachte Dämpfung zu gering sein kann. Gemäß Ausführungsformen kann die Spaltbreite einer Auftrennung an die jeweilige Strömungsmaschinenanordnung und/oder deren Verwendung entsprechend gestaltet werden. Beispiele der Spaltbreite wurden oben bereits gegeben.
Figur 2B zeigt eine Teilansicht einer Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß
Ausführungsformen der Erfindung. Die in der Figur 2B gezeigte Ausführungsform umfasst ein Nabenelement 101, mehrere Rotorblätter 104, und eine Shroudvorrichtung 103. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen weist die Shroudvorrichtung 103 einige
Auftrennungen 105 auf. Die Auftrennungen 105, wie sie in der Figur 2B gezeigt sind, können Auftrennungen sein, wie sie oben beschrieben wurden. Zum Beispiel können die Auftrennungen 105 des in Figur 2B gezeigten Beispiels eine Spaltbreite aufweisen, wie sie oben nach Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde.
Im Vergleich zu Figur 2A weist die Strömungsmaschinenanordnung 100 ein Nabenelement 101 auf, das im Wesentlichen nicht aus einer Scheibe besteht, sondern eine Art von Felge zur Verfügung stellt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die in der Figur 2A gezeigte Ausführungsform als eine integral gegossene BLISK Anordnung (Blade and Disk) und die in der Figur 2B gezeigte Ausführungsform als eine BLIM Anordnung (Blade und Rim) bezeichnet werden. In manchen Ausführungsformen, wie es zum Beispiel in der Figur 2B gezeigt ist, kann das Nabenelement 101 der Strömungsmaschinenanordnung 100 ohne eigentlichen Nabe ausgebildet sein. Insbesondere kann das Nabenelement 101 durch eine Art Ring, eine Felge, oder eine andere geeignete Struktur zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann das Nabenelement 101 derart strukturiert sein, dass sich die Rotorblätter 104 von dem Nabenelement 101 aus erstrecken. Die Figur 3A zeigt eine nochmals vergrößerte Teilansicht der Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Die Teilansicht der Figur 3A zeigt eine Shroudvorrichtung 103, Rotorblätter 104, und eine Auftrennung 105. In der in Figur 3A gezeigten Ausführungsform stehen die zwei Kontaktseiten der Auftrennung 105 miteinander in Kontakt. Figur 3B zeigt eine ähnliche Teilansicht der Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung, wie Figur 3A. Auch in Figur 3B ist eine Shroudvorrichtung 103, Rotorblätter 104, und eine Auftrennung 105 gezeigt. Die Auftrennung 105 der Figur 3B hat eine Breite (oder auch Spaltbreite) 106. Die beiden Kontaktflächen oder Kontaktstellen der Auftrennung 105 stehen in der in Figur 3B gezeigten Ausführungsform nicht miteinander in Kontakt. Die Breite 106 der Auftrennung 105 kann zum Beispiel an der Innenseite (d.h. an der dem Nabenelement zugewandten Seite) der Shroudvorrichtung gemessen werden wie es in Figur 3B gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Breite 106 der Auftrennung 105 an einer anderen Stelle der Auftrennung 105 gemessen werden. Zum Beispiel kann die Breite 106 der Auftrennung in Umfangsrichtung an der Mittellinie der Shroudvorrichtung 103 gemessen werden. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung, kann der Unterschied der Auftrennung 105 der Figuren 3A und 3B auf verschiedene Arten auftreten. In einem ersten Beispiel kann die Auftrennung 105 der Figur 3A durch ein Aufbrechen der Shroudvorrichtung der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung 100 in die Shroudvorrichtung eingebracht sein. Die Auftrennung 105 der Figur 3B kann hingegen durch ein anderes Verfahren, wie zum Beispiel ein abtragendes Verfahren, insbesondere Laserschneiden, Erodieren, Sägen und/oder Fräsen in die Shroudvorrichtung 103 eingebracht sein.
In einem zweiten Beispiel kann die Auftrennung 105 einmal in dem geschlossenen Zustand (Figur 3A) und einmal in offenem Zustand (Figur 3B) gezeigt sein. Dabei kann zum Beispiel der offene Zustand der Auftrennung 105 in der Figur 3B vor oder nach dem Betrieb der Strömungsmaschinenanordnung 100 auftreten. Der geschlossene Zustand der Auftrennung 105 in der Figur 3A kann zum Beispiel während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung 100 auftreten. Insbesondere kann sich die Auftrennung 105, wie oben beschrieben, durch die Fliehkraft und die dadurch auftretende Entwindung der Rotorblätter 104 schließen.
Figur 3C zeigt eine weitere Ausführungsform der Strömungsmaschinenanordnung 100. Dabei zeigt Figur 3C, wie auch die Figuren 3A und 3B, eine vergrößerte Teilansicht der Strömungsmaschinenanordnung 100 mit Rotorblättern 104, Shroudvorrichtung 103 und einer Auftrennung 105. Die Ausführungsform der Strömungsmaschinenanordnung 100 der Figur 3C weist außerdem ein Dämpferelement 107 auf. Das Dämpferelement 107 kann insbesondere an der Innenseite (d.h. an der dem Nabenelement zugewandten Seite) der Shroudvorrichtung 103 angeordnet sein. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung kann das Dämpferelement 107 derart ausgestaltet sein, dass es die Auftrennung 105 in der Shroudvorrichtung 103 überbrückt. Das Dämpferelement 107 kann zum Beispiel in Form einer Platte, insbesondere einer Metallplatte, zur Verfügung gestellt werden. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann das Dämpferelement auch aus anderen Materialien oder mit anderen Geometrie gefertigt sein. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen der Erfindung kann das Dämpferelement 107 mit der Shroudvorrichtung 103 lose in Kontakt stehen.
Während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung 100 wird durch die Fliehkraft das Dämpferelement 107 von unten (d.h. von der Richtung des Nabenelements kommend) an die Shroudvorrichtung 103 gedrückt. Das Dämpferelement 107 kann dadurch eine kraftschlüssige Verbindung der beiden durch die Auftrennung 105 getrennten Schaufeln herstellen. Insbesondere bei großen Schwingungsamplituden kommt es zum Rutschen zwischen dem Dämpferelement 107 und der Shroudvorrichtung 105 und somit zur Energiedissipation. Durch die Energiedissipation wird eine Dämpfung bereitgestellt. Das an der Shroudvorrichtung angebrachte Dämpferelement kann zum Beispiel einen breiten Spalt, der die Auftrennung bereitstellt, überbrücken und/oder kompensieren. Die Auftrennung schließt sich durch das Verdrehen der Schaufeln erst im Betrieb. Je breiter die Auftrennung, desto später schließt sich die Auftrennung (zumindest in Teilbereichen oder Abschnitten der Auftrennung) oder desto später wird Kontakt in den Kontaktflächen oder Kontaktstellen der Auftrennung hergestellt. Das Dämpferelement gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann daher breitere Auftrennungen erlauben, als dies ohne Dämpferelement möglich wäre. Eine breitere Auftrennung kann wiederum den Vorteil der leichteren und günstigeren Herstellbarkeit aufweisen. In den Figuren 1-3 ist die Auftrennung 105 der Einfachheit halber durch im Wesentlichen gerade Linien gezeichnet. Dies ist jedoch nur ein Beispiel und sollte für die obigen Ausführungsformen nicht als Einschränkung verstanden werden. Im Folgenden werden weitere und andere Formen der Auftrennung beschrieben werden, die mit den bezüglich den Figuren 1-3 beschriebenen Merkmalen kombiniert werden können. Der Begriff „im Wesentlichen" wie er hierin verwendet wird, kann bedeuten, dass eine gewisse Abweichung der damit beschriebenen Eigenschaft zulässig und inkludiert ist. Zum Beispiel kann die Bezeichnung„im Wesentlichen gerade" eine Abweichung von der exakt geraden Linienführung von bis zu 15% beinhalten. In einem anderen Beispiel umfasst der Begriff „im Wesentlichen koaxial" eine Abweichung von der exakten koaxialen Anordnung um bis zu 15°.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In der in Figur 4 gezeigten Teilansicht ist ein
Teil eines Rotorblatts 104, ein Ausschnitt einer Shroudvorrichtung 103 und zwei
Auftrennungen 105 in der Shroudvorrichtung 103 gezeigt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung können die Auftrennungen 105 das Rotorblatt 104 frei schneiden. In anderen
Worten wird das in der Figur 4 gezeigte Rotorblatt 104 von den anderen Rotorblättern der
Strömungsmaschinenanordnung (in Figur 4 nicht gezeigt) entkoppelt. Durch die zwei Auftrennungen 105 in der Shroudvorrichtung 103 wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung das Rotorblatt 104 von den übrigen Rotorblättern der Strömungsmaschinenanordnung entkoppelt. Ebenso wird der Abschnitt der Shroudvorrichtung 103, der mit dem in Figur 4 gezeigten Rotorblatt 104 verbunden ist (insbesondere durch das einstückige oder integrale Gießen verbunden ist) von der übrigen Shroudvorrichtung 103 entkoppelt. Wie oben beschrieben und wie aus der Figur 4 ersichtlich, erstreckt sich eine Auftrennung der Shroudvorrichtung 103 durch die gesamte Dicke der Shroudvorrichtung.
In der Figur 4 sind die Auftrennungen 105 als Linien eingezeichnet. Diese Linien können einen geschlossenen Spalt, eine Aufbrechung der Shroudvorrichtung, oder einen sehr dünnen Spalt (zum Beispiel einen Spalt der Breite von 0 mm bis ungefähr 0,5 mm) darstellen.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung kann in der Strömungsmaschinenanordnung nur ein Rotorblatt durch Auftrennungen freigeschnitten werden, oder es können mehrere Rotorblätter durch Auftrennungen freigeschnitten werden. Zum Beispiel können einzelne Rotorblätter durch eine Auftrennung in der Shroudvorrichtung links und rechts des Rotorblatts frei geschnitten werden. Aus Gründen der Rotorunwucht ist es in manchen Ausführungsformen der Erfindung anzustreben, dass die Anzahl der Rotorblätter N durch die Anzahl P der freigeschnittenen Rotorblätter ganzzahligen teilbar ist. Insbesondere können die freigeschnittenen Rotorblätter gleichmäßig am Umfang der Strömungsmaschinenanordnung verteilt werden. Es ist jedoch auch denkbar, von dieser Anordnung in einigen Ausführungsformen, und wenn dies zweckdienlich erscheint, abzuweichen.
In einigen Ausführungsformen kann die Auftrennung an jedem Rotorblatt erfolgen. Zum Beispiel kann die Shroudvorrichtung bei einer Anzahl von N Rotorblättern an N Stellen Auftrennungen aufweisen.
In der Figur 4 sind beide gezeigten Auftrennungen gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung in einer Zickzackform (oder Z-Form) gezeigt. Die Form der Auftrennungen kann zum Beispiel gemäß der Verwindung der Rotorblätter in ruhendem Zustand gegeneinander gewählt werden. In anderen Ausführungsformen kann die Form der Auftrennungen gemäß den auftretenden Fliehkräften während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung gewählt werden. In weiteren Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Form der Auftrennungen zum Beispiel gemäß der gewünschten Dämpfung gewählt werden. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Auftrennung wie sie hierin beschrieben ist eine Form aufweisen, die zwei miteinander verbundene Abschnitte aufweist. Typischerweise bitten die zwei miteinander verbundenen Abschnitte eine durch die Breite und Dicke der Shroudvorrichtung durchgehende Auftrennung. Zum Beispiel können die zwei miteinander verbundenen Abschnitte der Auftrennung in einem Winkel zueinander verlaufen. Der Winkel zwischen den zwei miteinander verbundenen Abschnitten der Auftrennung kann beliebig gewählt werden, und kann insbesondere gemäß den Anforderungen an die Dämpfung in der Shroudvorrichtung der Strömungsmaschinenanordnung gewählt werden. Optional können die zwei miteinander verbundenen Abschnitte der Auftrennung derart in einem Winkel zueinander verlaufen, dass die Abschnitte im Wesentlichen eine Z-Form bilden.
Die Figuren 5A, 5B, und 5C zeigen Beispiele für Formen von Auftrennungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Dabei zeigen die Figuren 5A, 5B, und 5C eine Situation während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung, in der die Auftrennungen 105 den während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung auftretenden Fliehkräften ausgesetzt sind. Die Figuren 5A, 5B, und 5C zeigen eine Draufsicht auf einen Teil einer Shroudvorrichtung 103 gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Die Shroudvorrichtung 103 der Figur 5A zeigt zwei Auftrennungen, wobei beide Auftrennungen 105 jeweils einen ersten Abschnitt 105 - 1 und einen zweiten Abschnitt 105 - 2 aufweisen. Die beiden Abschnitte 105 - 1 und 105 - 2 verlaufen in einem Winkel zueinander und stehen miteinander in Verbindung wie oben beschrieben. In den Figuren 5A, 5B, und 5C sind die Auftrennungen 105 der Art gestaltet, um im Betrieb der Strömungsmaschinenanordnung in dem ersten Abschnitt 105-1 der Auftrennungen offen zu bleiben und in einem zweiten Abschnitt 105-2 der Auftrennungen 105 Reibung und/oder eine Relativbewegung in der Shroudvorrichtung 103 hervorzurufen. Insbesondere sind die zwei Auftrennungen 105 dimensioniert und ausgelegt, um sich unter
Fliehkrafteinwirkung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung zumindest abschnittsweise zu schließen. Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen kann in dem während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung geschlossenen Abschnitt 105 - 2 der Auftrennung an der Kontaktstelle der Auftrennung die Flächenpressung erhöht werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform, in der die Auftrennung durch ein Aufbrechen der Struktur der Shroudvornchtung geformt wurde (und damit quasi ein Spalt der Breite 0 mm in ruhenden Zustand der Strömungsmaschinenanordnung geschaffen wurde) sich in einem Abschnitt der Auftrennung lediglich die Flächenpressung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung erhöhen, da eine Schließung des Spaltes der Breite 0 mm nicht mehr möglich ist. In diesem Fall kann auch der erste Abschnitt 105 - 1 vor und während des Betriebes als geschlossen beschrieben werden.
Durch das zumindest abschnittsweise Schließen der Auftrennung in der Shroudvornchtung oder die zumindest abschnittsweise Erhöhung der Flächenpressung der Auftrennung kann eine Dämpfung in der Shroudvornchtung der Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung erzeugt werden.
In der Figur 5A ist der erste Abschnitt 105 - 1 der Auftrennung 105 an einem unteren Teil der Draufsicht der Shroudvornchtung 103 gezeigt. Dabei kann der hierin als unterer Teil beschriebene Teil der Shroudvorrichtung 103 den Teil der Shroudvornchtung bezeichnen, der stromaufwärts des durch die Strömungsmaschinenanordnung strömenden Fluids gelegen ist. Demgemäß kann ein oberer Teil der Draufsicht der Shroudvorrichtung 103 den Teil der Shroudvorrichtung bezeichnen, der stromabwärts des durch die Strömungsmaschinenanordnung strömenden Fluid gelegen ist. In dem Beispiel der Figur 5A ist der sich während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung schließende Abschnitt 105 - 2 der Auftrennung 105 an dem oberen Teil der Draufsicht der Shroudvorrichtung 103 angeordnet.
Die Figur 5B zeigt eine ähnliche Anordnung wie Figur 5A, wobei der sich während des Betriebes schließende Abschnitt 105 - 2 der Auftrennung 105 am unteren Teil der Shroudvorrichtung angeordnet ist. Der offen bleibende Abschnitt 105 - 1 der Auftrennung 105 in der Shroudvorrichtung 103 ist gemäß Ausführungsformen der Erfindung am oberen Teil der Shroudvorrichtung angeordnet. Die Form der Auftrennung weist auch in der Figur 5B die winkelig zueinander verlaufenden und miteinander in Verbindung stehenden Abschnitte auf. Figur 5C zeigt eine Draufsicht einer Shroudvorrichtung 103, in der die gezeigten Auftrennungen 105 eine Z- Form gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweisen. In der gezeigten Z-Form ist der mittlere Abschnitt der Auftrennung 105 der Abschnitt, der den sich während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung schließenden Abschnitt 105 - 2 der Auftrennung 105 bereitstellt. Dabei kann sich der Begriff„mittlere Abschnitt" auf die Mitte der Z-Form beziehen und/oder auf den Bereich der Shroudvorrichtung, der zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil der Shroudvorrichtung (Orientierung wie oben beschrieben) liegt. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Auftrennung 105 einen sich während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung schließenden Abschnitt 105 - 2, und zwei während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung offen bleibende Abschnitte 105 - 1, die mit dem Abschnitt 105 - 2 in Verbindung stehen und zu diesem winkelig angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Auftrennung mehr als einen sich während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung schließenden Abschnitt und/oder mehr als einen während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung offen bleibenden Abschnitt aufweisen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung wird die Auftrennung derart gewählt, dass sich der Spalt im Betrieb durch die Entwindung der Rotorblätter und der Fliehkraft schließt, bzw. sich die Flächenpressung in der Auftrennung im Betrieb durch die Entwindung der Rotorblätter erhöht. Dabei ist die Auftrennung so zu führen, dass sich der Spalt während des Betriebes schließt, was unter Beachtung der Verdrehung der Rotorblätter und deren Verhalten während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung erfolgt.
In einigen Ausführungsformen, die mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Auftrennung mit einem Material gefüllt sein, dass sich von dem Material der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung unterscheidet. Zum Beispiel kann die Auftrennung mit einem elastischen Material gefüllt sein. Dabei kann bei der Auswahl des Materials auch die thermische Belastung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung beachtet werden (auftretende Temperaturen bis 700 °C im Betrieb). Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm 600 für ein Verfahren im Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren umfasst insbesondere in Block 601 das einstückige Gießen einer Strömungsmaschinenanordnung, die ein Nabenelement 101 mit einer Nabenelementachse 102, eine koaxial zur Nabenelementachse 102 angeordnete Shroudvorrichtung 103 zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung 100 und mindestens zwei Rotorblätter 104 umfasst, die sich vom Nabenelement 101 bis zur Shroudvorrichtung 103 erstrecken. Gemäß hierin beschriebene Ausführungsformen kann die einstückig gegossene Strömungsmaschinenanordnung in dem Verfahren eine integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung sein, wie sie hierin in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde. Insbesondere kann die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung ein Turbinenrad sein. In einigen Ausführungsformen kann das einstückige Gießen der hierin beschriebenen Strömungsmaschinenanordnung das Formen eines Positivmodells aus Wachs umfassen, das Bilden einer Negativform durch das Wachsmodell (zum Beispiel eine Negativform aus Keramik), und das Brennen der Negativform (und gegebenenfalls das Entfernen des Wachs des Positivmodells).
Gemäß hierin beschriebene Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin in Block 602 das Einbringen von mindestens zwei Auftrennungen in die Shroudvorrichtung 103 der Strömungsmaschinenanordnung. Dabei können die Auftrennungen insbesondere durch Gießtechnik oder nach dem Gießen der Strömungsmaschinenanordnung in die Shroudvorrichtung 103 eingebracht sein. Im Falle des nachträglichen Einbringens der Auftrennungen in die Shroudvorrichtung 103 können zum Beispiel Verfahren wie das Aufbrechen oder Cracken, das Laserschneiden, das Erodieren, das Fräsen, und weitere geeignete abtragende Verfahren genutzt werden.
Die Auftrennungen, die in dem Verfahren zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung in die Shroudvorrichtung eingebracht werden, können die Form und Größe aufweisen, wie sie oben detailliert beschrieben wurden. Auch die Anzahl der Auftrennungen in der Shroudvorrichtung kann ähnlich oder gleich den oben beschriebenen Ausführungsformen gewählt werden. Zum Beispiel können die Auftrennungen derart angeordnet werden, dass mindestens ein Rotorblatt der Strömungsmaschinenanordnung freigeschnitten wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren zum Herstellung einer Strömungsmaschinenanordnung weiterhin das Überbrücken mindestens einer der Auftrennungen in der Shroudvorrichtung umfassen. Insbesondere kann das Überbrücken durch ein Dämpferelement geschehen, das während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung 100 durch die Fliehkraft an die Shroudvorrichtung 103 gedrückt wird. Dabei kann das Dämpferelement ein Dämpferelement 107 sein, wie es oben insbesondere in Bezug auf die Figur 3C gezeigt und beschrieben wurde.
Die Strömungsmaschinenanordnung und das Verfahren zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt eine bessere Schwingfestigkeit gegenüber einer integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung mit freistehenden Rotorblättern und auch gegenüber einer integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung mit durchgehend geschlossener Shroudvorrichtung. Weiterhin weist die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung geringere Strömungsverluste auf, als eine integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung mit Dämpferdraht in den Rotorblättern. Daraus ergibt sich auch ein höherer Wirkungsgrad der Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zu bekannten Systemen.
Weiterhin ist die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung mit geringeren Kosten und einer geringeren Masse (besseres Beschleunigungsverhalten) im Vergleich zu einer gebauten
Strömungsmaschinenanordnung mit Shroudvorrichtung verbunden. Auch weist die Strömungsmaschinenanordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung in etwa dieselbe LCF- Festigkeit (low-cycle-fatigue Festigkeit) auf, wie eine gebaute Strömungsmaschinenanordnung mit Shroudvorrichtung. Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden. BEZUGSZEICHEN
100 Strömungsmaschinenanordnung
101 Nabenelement
102 Nabenelementachse
103 Shroudvonichtung
104 Rotorblätter
105 Auftrennungen
105-1; 105-2 Abschnitte einer Auf trennung
106 Breite einer Auftrennung
107 Dämpferelement
600 Verfahren (Flussdiagramm)
601; 602 Block des Flussdiagramms

Claims

ANSPRÜCHE
1. Integral gegossene Strömungsmaschinenanordnung (100), umfassend: ein Nabenelement (101), das sich koaxial zu einer Nabenelementachse (102) der
Strömungsmaschinenanordnung (100) erstreckt; eine Shroudvorrichtung (103) zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung (100), wobei die Shroudvorrichtung koaxial zur Nabenelementachse (102) angeordnet ist; und mindestens zwei Rotorblätter (104), die sich vom Nabenelement (101) zur
Shroudvorrichtung (103) erstrecken, wobei die Shroudvorrichtung (103) mindestens zwei Auftrennungen (105) umfasst, um eine Dämpfung in der Shroudvorrichtung bereitzustellen.
2. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Shroudvorrichtung (103) die mindestens zwei Rotorblätter (104) im Wesentlichen koaxial zur Nabenelementachse (102) umgibt.
3. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) an Positionen angeordnet sind, um mindestens eines der mindestens zwei Rotorblätter (104) freizuschneiden.
4. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) durch Gießtechnik oder nach dem Gießen der integral gegossenen Strömungsmaschinenanordnung (100) in die Shroudvorrichtung (103) eingebracht sind.
5. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) durch ein abtragendes Verfahren in die
Shroudvorrichtung (103) eingebracht sind.
6. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) dimensioniert und ausgelegt sind, um sich unter Fliehkrafteinwirkung während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung (100) zumindest abschnittsweise zu schließen und/oder an der Kontaktstelle die Flächenpressung zu erhöhen.
7. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) gestaltet sind, um im Betrieb der
Strömungsmaschinenanordnung (100) in einem ersten Abschnitt der Auftrennungen (105- 1) offen zu bleiben und in einem zweiten Abschnitt (105-2) der Auftrennungen (105) Reibung in der Shroudvorrichtung (103) hervorzurufen.
8. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Auftrennungen (105) im ruhenden Zustand der
Strömungsmaschinenanordnung eine Breite (106) von 0 mm bis zu 0,5 mm aufweisen.
9. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der mindestens zwei Auftrennungen (105) eine Form aufweist, die unter einem Winkel zueinander verlaufende und miteinander verbundene Abschnitte (105-1; 105-2) einer Auftrennung (105) umfasst, und optional im Wesentlichen eine Z-Form aufweist.
10. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Dämpferelement (107), das zumindest eine der mindestens zwei
Auftrennungen (105) überbrückt und das während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung (100) durch die Fliehkraft an die Shroudvorrichtung (103) gedrückt wird.
11. Die Strömungsmaschinenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strömungsmaschinenanordnung (100) ein Turbinenrad ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Strömungsmaschinenanordnung (100), umfassend: einstückiges Gießen der Strömungsmaschinenanordnung (100) umfassend ein
Nabenelement (101) mit einer Nabenelementachse (102), eine koaxial zur
Nabenelementachse (102) angeordnete Shroudvorrichtung (103) zum Versteifen der Strömungsmaschinenanordnung (100) und mindestens zwei Rotorblätter (104) die sich vom Nabenelement (101) bis zur Shroudvorrichtung (103) erstrecken; und in die Shroudvorrichtung (103) Einbringen von mindestens zwei Auftrennungen (105).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Auftrennungen (105) durch Gießtechnik oder nach dem Gießen der Strömungsmaschinenanordnung in die Shroudvorrichtung (103) eingebracht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Einbringen von mindestens zwei Auftrennungen (105) das Freischneiden mindestens eines der mindestens zwei Rotorblätter (104) umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin umfassend Überbrücken mindestens einer der mindestens zwei Auftrennungen (105) durch ein Dämpferelement (107), das während des Betriebes der Strömungsmaschinenanordnung (100) durch die Fliehkraft an die Shroudvorrichtung (103) gedrückt wird.
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