WO2010112421A1 - Axialturbomaschine mit passiver spaltkontrolle - Google Patents

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WO2010112421A1
WO2010112421A1 PCT/EP2010/053999 EP2010053999W WO2010112421A1 WO 2010112421 A1 WO2010112421 A1 WO 2010112421A1 EP 2010053999 W EP2010053999 W EP 2010053999W WO 2010112421 A1 WO2010112421 A1 WO 2010112421A1
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WO
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annular wall
housing
axial turbomachine
wall part
main flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/053999
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English (en)
French (fr)
Inventor
Francois Benkler
Björn Burbach
Christoph Buse
Andreas Böttcher
Martin Hartmann
Ekkehard Maldfeld
Torsten Matthias
Oliver Schneider
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01D11/16—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • F01D11/18—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means using stator or rotor components with predetermined thermal response, e.g. selective insulation, thermal inertia, differential expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/505—Shape memory behaviour

Definitions

  • the invention relates to an axial turbomachine with a passive gap control.
  • radial gaps between blades and the housing lead to significant losses in thermal efficiency.
  • the axial turbomachine is, for example, a gas turbine.
  • the gas turbine When starting and stopping the gas turbine, the radial gaps change over time.
  • the radial gaps change when switching from part load operation to full load operation of the gas turbine.
  • the gas turbine is designed in such a way that the radial gaps are dimensioned sufficiently large for the operating case in which the radial gaps are the smallest, so that there is virtually no contact between the rotor blades and the housing.
  • unnecessarily large radial gaps must be maintained for this operating state, which results in a considerable loss of efficiency.
  • the temporal change of the radial gaps is the result of different thermal inertia behavior of the individual components of the gas turbine, in particular the rotor, the rotor blades and the housing.
  • the temporal change of the radial gap causes the centrifugal force, in particular of the blades, a transverse contraction of the rotor, a possible game in the thrust bearing of the rotor, in particular in connection with the reversal of axial thrust under appropriate operating conditions of the gas turbine, any ovalization of the housing due to assembly-related bias and uneven heating of the Housing.
  • Ovalizations occur in particular in stationary gas turbines, which usually have half-divided guide blade carrier and housing, which are bolted together via flange. These ovalizations are due to half of the structure, as seen over the circumference local mass accumulations in the area of the flange connections exist, which thus thermally slower react and thus have a different stretching behavior than the areas between the mass accumulations.
  • the object of the invention is to provide an axial turbomachine with a high thermal efficiency.
  • the axial turbomachine according to the invention has a rotor blade grid which is formed by rotor blades each having a radially outer, free-standing blade tip extending obliquely to the axis of the axial turbomachine, a housing in which the rotor blade grid is installed and which with its inner side forms the main flow channel of the axial turbocharger.
  • a the rotor blade sheathing and integrated in the inside of the housing ring wall comprising a plurality of annular wall parts, each with a radially inner ring inside, is continued with the (ring wall) on the inside of the housing of the main flow channel, wherein the annular wall parts immediately adjacent to the blade tips are each arranged to form a radial gap between the respective blade tip and the inner ring side, wherein the inner ring side substantially parallel to the blade tips and the annular wall parts in the housing are slidably mounted parallel to the axis of the axial turbomachine and each having a drive means which is supported on the housing and on the respective annular wall part and each having a bimetallic spring and / or a shape memory alloy body, which are thermally conductively coupled to the main flow channel or the housing, and / or a piezoelectric actuator having a thermo-transducer driving this, the thermally conductively coupled to the main flow channel or the housing, so that in dependence of the local temperature, the axial
  • the radial gap as always provided small and seen over the circumference be kept the same size, which is not to be expected with a brushing of the blade tip on the inside of the ring during operation of the axial turbomachine, even with occurring ovalizations of usually two flange bolted together halves of the housing.
  • the radial gaps can be kept constant over time with the embodiment according to the invention. As a result, the thermal efficiency of the axial turbomachine is high.
  • the drive device preferably has a pretensioning device, which is supported on the housing and acts on the annular wall part in a counteracting manner to the drive body, so that the annular wall part always acts on the annular wall part through the pretensioning device
  • the biasing means is a coil spring.
  • the annular wall part of the drive part can always be tracked by the biasing device.
  • the drive part is preferably arranged such that in the case of failure of the drive part, the drive part assumes such a position in which the annular wall part is brought into a position in which the radial gap is dimensioned sufficiently large. By means of the pretensioning device, the annular wall part can be brought into this position.
  • the ring inner side preferably tapers, so that the drive device is at an increase in the temperature in the main flow channel, the annular wall part in the main flow direction and at a lowering of the local temperature, the annular wall part is displaced in the direction opposite to the main flow direction.
  • the bimetallic spring and / or the shape memory alloy body and / or piezo actuator acts on the annular wall part upstream.
  • the prestressing device preferably engages downstream of the annular wall part.
  • annular groove is preferably provided, in which the annular wall part is housed.
  • the bimetallic spring and / or the shape memory alloy body and / or the piezoelectric actuator and / or the biasing device are preferably arranged.
  • the annular wall part is axially guided on the housing with an axial guide.
  • the axial guide is preferably formed by a first axially parallel sliding surface, which faces away from the inner side of the ring, is formed on the annular wall part, and forms a second sliding surface corresponding to the first sliding surface and formed on the housing.
  • the annular wall part is preferably formed by a plurality of ring segments.
  • the bimetal spring and / or the shape memory alloy body and / or the piezo actuator and / or the biasing device are preferably provided.
  • net 2 shows a longitudinal section of the axial turbomachine with the annular wall part, which is arranged in a second position.
  • an axial turbomachine 1 has a housing 2 which has an inner side 3. With the inner side 3, a main flow channel 4 is defined, in which a blade ring is arranged, which is formed by a plurality of circumferentially arranged blades 5. Each rotor blade 5 has upstream of a front edge 6 and downstream of a trailing edge 7, wherein the blade 5 is bounded radially by a blade tip 8. In the main flow direction, the blade tip 8 is arranged inclined with respect to the axis of the axial turbomachine 1, the main flow channel widening in the area of the rotor blade 5 in the main flow direction.
  • an annular groove 9 is provided in the inner side 3 of the housing 2, in which a plurality of adjacent along the circumference ring wall parts 10 are used to form an annular wall.
  • Ringswanmaschine 10 has on their radially inner side each have a ring inner side 11, which jointly covers all Laufschaufein 5. Between each blade tip 8 and its opposite inner ring side 11, a radial gap 12 is provided.
  • the ring inner side 11 is shaped such that from it the contour of the main flow channel, the of the
  • the annular wall part 10 is delimited upstream of an upstream side 13 and bounded downstream of a downstream side 14.
  • the upstream side 13 and the downstream side 14 each lie in a plane which is perpendicular to the axis of the axial turbomachine 1.
  • the upstream side 13 and the downstream side 14 are each arranged at a distance from the annular groove 9, whereby between see the upstream side 13 and the annular groove 9, a bimetallic spring 15 and between the downstream side 14 and the annular groove 9, a coil spring 16 are installed.
  • the bimetallic spring 15 is supported on both the upstream side 13 and the housing 2, and the coil spring 16 is supported on both the downstream side 14 and the housing 2.
  • the bimetallic spring 15 is thermally conductively connected to the main flow channel 4.
  • the annular wall part 10 has, on a radially outer side facing away from the ring inner side 11, a sliding surface running parallel to the axis of the axial turbomachine 1, which bears against a sliding surface formed on the base of the annular groove 9, so that the two sliding surfaces form an axial guide 17 of the annular wall part 10 form.
  • the bimetallic spring 15 is thermally coupled to the main flow channel 4, the bimetallic spring 15 feels the temperature prevailing in the main flow channel 4 of the bimetallic spring 15 adjacent temperature. Increases this temperature, so also increases the temperature of the bimetallic spring 15. This has the consequence that the bimetallic spring 15 axially expands, whereby the bimetallic spring 15 at the
  • annular wall part 10 is displaced from the first position to the second position by the bimetal spring 15, as a result of which the radial gap 12 is reduced.
  • the radial gap 12 can be adjusted as a function of the temperature in the main flow channel 4 so that the radial gap 12 during operation of the axial turbomachine 1 is substantially constant over time. Due to the provision of the coil spring 16 on the downstream side, this exerts a bias on the annular wall part 10 counter to the main flow direction, so that the annular wall part 10 is always pressed against the bimetallic spring 15. Because of the similar Configuration of all annular wall parts 10 is thus achieved that each annular wall part 10 can assume an individual axial position in order to set over the circumference substantially identical gap dimensions for the radial gaps.
  • the local temperature of the housing for positioning the ring wall parts 10 can also be detected by the respective bimetallic spring, the respective shape memory alloy body and / or the respective thermal transducer of the piezoactuator.

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)

Abstract

Eine Axialturbomaschine weist ein Laufschaufelgitter, das von Laufschaufeln mit einer radial außen liegenden, geneigt zur Achse der Axialturbomaschine verlaufenden Schaufelspitze gebildet ist, ein Gehäuse, das mit seiner Innenseite den Hauptströmungskanal der Axialturbomaschine definiert, und eine das Laufschaufelgitter ummantelnde und in der Innenseite des Gehäuses integrierte Ringwand auf, welche eine Vielzahl von Ringwandteilen deren jeweilige Ringinnenseite mit der an der Innenseite des Gehäuses der Hauptströmungskanal fortgeführt ist und die unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen unter Ausbildung eines Radialspalts, wobei die jeweilige Ringinnenseite parallel zu der Schaufelspitze verläuft und das Ringwandteil in dem Gehäuse parallel zur Achse der Axialturbomaschine verschiebbar gelagert ist sowie eine jeweilige Antriebseinrichtung aufweist, die an dem Gehäuse und an dem Ringwandteil abgestützt ist (Bimetallfeder und/oder Formgedächtnislegierungskörper, und/oder Piezo-Aktor mit ansteuerndem Thermowandler, wärmeleitend mit dem Hauptströmungskanal gekoppelt), so dass der Radialspalt beim Betrieb der Axialturbomaschine über die Zeit im Wesentlichen konstant ist.

Description

Beschreibung
Axialturbomaschine mit passiver Spaltkontrolle
Die Erfindung betrifft eine Axialturbomaschine mit einer passiven Spaltkontrolle.
In einer Axialturbomaschine führen Radialspalte zwischen Laufschaufeln und dem Gehäuse zu erheblichen Einbußen im thermischen Wirkungsgrad. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist es erstrebenswert die Radialspalte in allen Betriebspunkten der Axialturbomaschine möglichst klein zu halten. Die Axialturbomaschine ist beispielsweise eine Gasturbine. Beim Anfahren und Abfahren der Gasturbine verändern sich die Radialspalte über die Zeit. Außerdem verändern sich die Radialspalte beim Wechsel vom Teillastbetrieb zum Volllastbetrieb der Gasturbine. Herkömmlich ist die Gasturbine derart ausgelegt, dass die Radialspalte für den Be- triebsfall, in dem sich die Radialspalte als am kleinsten einstellen, ausreichend groß dimensioniert sind, so dass es so gut wie zu keiner Berührung zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse kommt. Dies hat zur Folge, dass im Dauerbetrieb der Gasturbine für diesen Betriebszustand unnötig große Radi- alspalte vorgehalten werden müssen, womit ein erheblicher Wirkungsgradverlust einhergeht.
Die zeitliche Veränderung der Radialspalte ist die Folge von unterschiedlichem thermischem Trägheitsverhalten der einzel- nen Komponenten der Gasturbine, insbesondere des Rotors, der Laufschaufeln und des Gehäuses. Außerdem verursacht die zeitliche Veränderung der Radialspalte die Fliehkraftdehnung insbesondere der Laufschaufeln, eine Querkontraktion des Rotors, ein eventuelles Spiel im Axiallager des Rotors, insbesondere im Zusammenhang mit der Umkehr von Axialschub bei entsprechenden Betriebsbedingungen der Gasturbine, eine eventuell auftretende Ovalisierung des Gehäuses infolge von montagebedingter Vorspannung und ungleichmäßiger Erwärmung des Gehäuses. Ovalisierungen treten insbesondere bei stationären Gasturbinen auf, welche üblicherweise hälftig aufgeteilte Leitschaufelträger und Gehäuse besitzen, die über Flanschverbindungen miteinander verschraubt sind. Bewirkt werden diese Ovalisierungen aufgrund hälftig der Struktur, da über den Umfang gesehen lokale Massenanhäufungen im Bereich der Flanschverbindungen existieren, welche somit thermisch träger reagieren und damit ein anderes Dehnverhalten aufweisen als die Bereiche zwischen den Massenanhäufungen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Axialturbomaschine mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Axialturbomaschine weist ein Laufschau- felgitter, das von Laufschaufeln mit jeweils einer radial außen liegenden, freistehenden und geneigt zur Achse der Axialturbomaschine verlaufenden Schaufelspitze gebildet ist, ein Gehäuse, in dem das Laufschaufelgitter eingebaut ist und das mit seiner Innenseite den Hauptströmungskanal der Axialturbo- maschine definiert, und eine das Laufschaufelgitter ummantelnde und in der Innenseite des Gehäuses integrierte Ringwand umfassend eine Vielzahl von Ringwandteilen mit jeweils einer radial innenliegenden Ringinnenseite auf, mit der (Ringwand) an der Innenseite des Gehäuses der Hauptströmungskanal fortgeführt ist, wobei die Ringwandteile unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen jeweils unter Ausbildung eines Radialspalts zwischen der jeweiligen Schaufelspitze und der Ringinnenseite angeordnet sind, wobei die Ringinnenseite im Wesentlichen parallel zu den Schaufelspitzen verlaufen und die Ringwandteile in dem Gehäuse parallel zur Achse der Axialturbomaschine verschiebbar gelagert sind und jeweils eine Antriebseinrichtung aufweisen, die an dem Gehäuse und an dem betreffenden Ringwandteil abgestützt ist und jeweils eine Bimetallfeder und/oder einen Formgedächtnislegierungskörper aufweisen, die wärmeleitend mit dem Hauptströmungskanal oder dem Gehäuse gekoppelt sind, und/oder einen Piezo-Aktor mit einem diesen ansteuernden Thermowandler aufweisen, der wärmeleitend mit dem Hauptströmungskanal oder dem Gehäuse gekoppelt ist, so dass in Abhängigkeit der lokalen Temperatur die Axialposition jedes Ringwandteils so einstellbar ist, dass alle Radialspalte beim Betrieb der Axialturbomaschine im Wesentlichen identische Spaltmaße aufweisen.
Dadurch sind vorteilhaft alle Ringwandteile an der Ringinnenseite radial der Schaufelspitze in Abhängigkeit der in dem Hauptströmungskanal vorherrschenden lokalen Temperatur nachgeführt. Somit kann vorteilhaft der Radialspalt als stets klein vorgesehen und über den Umfang gesehen gleich groß gehalten werden, wodurch mit einem Anstreifen der Schaufelspitze an der Ringinnenseite beim Betrieb der Axialturbomaschine nicht zu rechnen ist, selbst bei auftretenden Ovalisierungen des üblicherweise aus zwei flanschartig miteinander verschraubten Hälften des Gehäuses. Auch bei transienten Betriebsbedingungen können mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Radialspalte über die Zeit gesehen konstant gehalten werden. Dadurch ist der thermische Wirkungsgrad der Axialturbomaschine hoch.
Die Antriebseinrichtung weist bevorzugt eine Vorspanneinrichtung auf, die an dem Gehäuse abgestützt ist und an dem Ringwandteil dem Antriebskörper entgegenwirkend angreift, so dass durch die Vorspanneinrichtung das Ringwandteil stets an dem
Antriebskörper angedrückt ist. Bevorzugt ist die Vorspanneinrichtung eine Schraubenfeder. Somit kann vorteilhaft das Ringwandteil dem Antriebsteil durch die Vorspanneinrichtung stets nachgeführt werden. Das Antriebsteil ist bevorzugt der- art eingerichtet, dass im Falle des Versagens des Antriebsteils das Antriebsteil eine derartige Stellung einnimmt, in der das Ringwandteil in eine Position gebracht ist, in der der Radialspalt ausreichend groß dimensioniert ist. Mit Hilfe der Vorspanneinrichtung kann das Ringwandteil in diese Posi- tion gebracht werden.
Entgegen der Hauptströmungsrichtung verjüngt sich bevorzugt die Ringinnenseite, so dass von der Antriebseinrichtung bei einer Erhöhung der Temperatur im Hauptströmungskanal das Ringwandteil in die Hauptströmungsrichtung und bei einer Erniedrigung der lokalen Temperatur das Ringwandteil entgegen der Hauptströmungsrichtung verschoben wird. Bevorzugt greift stromaufseitig an dem Ringwandteil die Bimetallfeder und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder Piezo-Aktor an. Ferner greift bevorzugt stromabseitig an dem Ringwandteil die Vorspanneinrichtung an.
In der Innenseite des Gehäuses ist bevorzugt eine Ringnut vorgesehen, in die das Ringwandteil untergebracht ist. In der Ringnut sind bevorzugt die Bimetallfeder und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder der Piezo-Aktor und/oder die Vorspanneinrichtung angeordnet.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Ringwandteil an dem Gehäuse mit einer Axialführung axial geführt ist. Die Axialführung ist bevorzugt von einer ersten achsparallelen Gleitfläche, die der Ringinnenseite abgewandt an dem Ringwandteil ausge- bildet ist, und einer der ersten Gleitfläche entsprechenden, am Gehäuse ausgebildeten, zweiten Gleitfläche gebildet.
Das Ringwandteil ist bevorzugt von einer Mehrzahl an Ringsegmenten gebildet. Für jedes Ringsegment sind bevorzugt die Bi- metallfeder und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder der Piezo-Aktor und/oder die Vorspanneinrichtung vorgesehen .
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfin- dungsgemäßen Axialturbomaschine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
FIG 1 einen Längsschnitt der Axialturbomaschine mit einem Ringwandteil, das in einer ersten Stellung angeord- net ist und FIG 2 einen Längsschnitt der Axialturbomaschine mit dem Ringwandteil, das in einer zweiten Stellung angeordnet ist.
Wie es aus FIG 1 und 2 ersichtlich ist, weist eine Axialturbomaschine 1 ein Gehäuse 2 auf, das eine Innenseite 3 aufweist. Mit der Innenseite 3 ist ein Hauptströmungskanal 4 definiert, in dem ein Laufschaufelkranz angeordnet ist, der von einer Mehrzahl an über den Umfang angeordneten Laufschaufeln 5 gebildet ist. Jede Laufschaufei 5 weist stromauf eine Vorderkante 6 und stromab eine Hinterkante 7 auf, wobei die Laufschaufel 5 radial von einer Schaufelspitze 8 begrenzt ist. In Hauptströmungsrichtung ist die Schaufelspitze 8 ge- neigt zur Achse der Axialturbomaschine 1 angeordnet, wobei der Hauptströmungskanal im Bereich der Laufschaufel 5 in Hauptströmungsrichtung sich aufweitet. Radial außerhalb der Schaufelspitze 8 ist in der Innenseite 3 des Gehäuses 2 eine Ringnut 9 vorgesehen, in die eine Vielzahl von entlang des Umfangs aneinander liegenden Ringwandteilen 10 eingesetzt sind unter Bildung einer Ringwand. In den
Schnittdarstellungen ist selbstverständlich jedoch nur eines der Ringswanteile 10 dargestellt, anhand dessen die Erfindung später erläutert wird. Alle Ringwandteile 10 weisen an ihrer radial innen gelegenen Seite jeweils eine Ringinnenseite 11 auf, die gemeinschaftlich alle Laufschaufein 5 ummantelt. Zwischen jeder Schaufelspitze 8 und der ihr gegenüberliegenden Ringinnenseite 11 ist ein Radialspalt 12 vorgesehen. Die Ringinnenseite 11 ist derart geformt, dass von ihr die Kontur des Hauptströmungskanals, die von der
Innenseite 3 des Gehäuses 2 gebildet ist, fortgeführt ist.
Das Ringwandteil 10 ist stromauf von einer Stromaufseite 13 begrenzt und stromab von einer Stromabseite 14 begrenzt. Die Stromaufseite 13 und die Stromabseite 14 liegen jeweils in einer Ebene, die senkrecht zur Achse der Axialturbomaschine 1 verläuft. Die Stromaufseite 13 und die Stromabseite 14 sind jeweils im Abstand zu der Ringnut 9 angeordnet, wobei zwi- sehen der Stromaufseite 13 und der Ringnut 9 eine Bimetallfeder 15 und zwischen der Stromabseite 14 und der Ringnut 9 eine Schraubenfeder 16 eingebaut sind. Die Bimetallfeder 15 ist sowohl an der Stromaufseite 13 als auch an dem Gehäuse 2 abgestützt und die Schraubenfeder 16 ist sowohl an der Stromabseite 14 als auch an dem Gehäuse 2 abgestützt. Die Bimetallfeder 15 ist wärmeleitend mit dem Hauptströmungskanal 4 verbunden .
Das Ringwandteil 10 weist an einer der Ringinnenseite 11 abgewandten, radial außen liegenden Seite eine parallel zur Achse der Axialturbomaschine 1 verlaufende Gleitfläche auf, die an einer ihr entsprechenden an dem Grund der Ringnut 9 ausgebildeten Gleitfläche anliegt, so dass die beiden Gleit- flächen eine Axialführung 17 des Ringwandteils 10 bilden. Somit ist axial das Ringwandteil 10 in der Ringnut 9 von einer ersten Stellung, die in FIG 1 gezeigt ist, in eine zweite Stellung, die in FIG 2 gezeigt ist, und zurück verschiebbar. Dadurch, dass die Bimetallfeder 15 thermisch mit dem Hauptströmungskanal 4 gekoppelt ist, fühlt die Bimetallfeder 15 die in dem Hauptströmungskanal 4 der Bimetallfeder 15 benachbart herrschende Temperatur. Erhöht sich diese Temperatur, so erhöht sich ebenfalls die Temperatur der Bimetallfeder 15. Dies hat zur Folge, dass die Bimetallfeder 15 axial sich ausdehnt, wodurch die Bimetallfeder 15 an der
Ringnut 9 abgestützt an der Stromaufseite 13 auf das Ringwandteil 10 eine Schubkraft in Axialrichtung in Richtung der Hauptströmungsrichtung aufbringt. Dadurch wird von der Bimetallfeder 15 das Ringwandteil 10 von der ersten Stellung in die zweite Stellung verschoben, wodurch der Radialspalt 12 verringert wird. Dadurch kann der Radialspalt 12 in Abhängigkeit der Temperatur im Hauptströmungskanal 4 so eingestellt werden, dass der Radialspalt 12 beim Betrieb der Axialturbomaschine 1 über die Zeit im Wesentlichen konstant ist. Durch das stromabseitige Vorsehen der Schraubenfeder 16 übt diese eine Vorspannung auf das Ringwandteil 10 entgegen der Hauptströmungsrichtung aus, so dass das Ringwandteil 10 stets an die Bimetallfeder 15 gedrückt ist. Aufgrund der gleichartigen Ausgestaltung aller Ringwandteile 10 wird somit erreicht, dass jedes Ringwandteil 10 eine individuelle axiale Position einnehmen kann, um über den Umfang im Wesentlichen identische Spaltemaße für die Radialspalte einzustellen.
Anstelle der im Hauptströmungskanal 4 herrschenden lokalen Temperatur kann selbstverständlich auch die lokale Temperatur des Gehäuses zur Positionierung der Ringwandteile 10 von der jeweiligen Bimetallfeder, des jeweiligen Formge- dächtnislegierungskörpers und/oder des jeweiligen Thermowandlers des Piezo-Aktors erfasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Axialturbomaschine mit einem Laufschaufelgitter, das von Laufschaufein (5) mit jeweils einer radial außen liegenden, freistehenden und geneigt zur Achse der Axialturbomaschine (1) verlaufenden Schaufelspitze (8) gebildet ist, einem Gehäuse (2), in dem das Laufschaufelgitter eingebaut ist und das mit seiner Innenseite (3) den Hauptströmungskanal (4) der Axialturbomaschine (1) definiert, und einer das Laufschaufelgitter ummantelnden und in der Innenseite (3) des Gehäuses (2) integrierten Ringwand, welche eine Vielzahl von Ringwandteilen (10) mit jeweils einer radial innen liegenden Ringinnenseite (11) umfasst, mit der an der Innenseite (3) des Gehäuses (2) der Hauptströmungskanal (4) fortgeführt ist, wobei die Ringwandteile (10) unmittelbar benachbart zu den Schaufelspitzen (8) jeweils unter Ausbildung eines jeweiligen Radialspalts (12) zwischen der jeweiligen
Schaufelspitze (8) und der Ringinnenseite (11) angeordnet sind, wobei die Ringinnenseiten (11) im Wesentlichen parallel zu den Schaufelspitzen (8) verlaufen und die Ringwandteile (10) in dem Gehäuse (2) parallel zur Achse der Axialturbomaschine (1) verschiebbar gelagert sind und jeweils eine Antriebseinrichtung aufweisen, die an dem Gehäuse (2) und an dem betreffenden Ringwandteil (10) abgestützt ist und j eweils a) eine Bimetallfeder (15) und/oder einen
Formgedächtnislegierungskörper aufweist, die wärmeleitend mit dem Hauptströmungskanal (4) oder dem Gehäuse (2) gekoppelt sind, und/oder b) einen Piezo-Aktor mit einem diesen ansteuernden Thermowandler aufweist, der wärmeleitend mit dem
Hauptströmungskanal (4) oder dem Gehäuse (2) gekoppelt ist, so dass in Abhängigkeit der lokalen Temperatur die Axialposition jedes Ringwandteils (10) so einstellbar ist, dass alle Radialspalte (12) beim Betrieb der Axialturbomaschine (l)im Wesentlichen identische Spaltmaße aufweisen .
2. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Antriebseinrichtung eine Vorspanneinrichtung (16) aufweist, die an dem Gehäuse (2) abgestützt ist und an dem Ringwandteil (10) dem Antriebskörper (15) entgegenwirkend angreift, so dass durch die Vorspanneinrichtung (16) das Ringwandteil (10) stets an den Antriebskörper (15) angedrückt ist.
3. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Vorspanneinrichtung eine Schraubenfeder (16) ist.
4. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei entgegen der Hauptströmungsrichtung die Ringinnenseite (11) sich verjüngt, so dass von der Antriebseinrichtung bei einer Erhöhung der Temperatur im Hauptströmungs- kanal (4) das Ringwandteil (10) in die Hauptströmungsrichtung und bei einer Erniedrigung der Temperatur im Hauptströmungskanal (4) das Ringwandteil (10) entgegen der Hauptströmungsrichtung verschoben wird.
5. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 4, wobei stromaufseitig an dem Ringwandteil (10) die Bimetallfeder (15) und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder der Piezo-Aktor angreift.
6. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2 und 5, wobei stromabseitig an dem Ringwandteil (10) die Vorspanneinrichtung (16) angreift.
7. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in der Innenseite (3) des Gehäuses (2) eine Ringnut (9) vorgesehen ist, in die das Ringwandteil (10) untergebracht ist.
8. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2 und 7, wobei in der Ringnut (9) die Bimetallfeder (15) und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder der Piezo-Aktor und/oder das Vorspanneinrichtung (16) angeordnet sind.
9. Axialturbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ringwandteil (10) an dem Gehäuse (2) mit einer Axialführung (17) axial geführt ist.
10. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 9, wobei die Axialführung (17) von einer ersten achsparallelen Gleitfläche, die der Ringinnenseite (11) abgewandt an dem Ringwandteil (10) ausgebildet ist, und einer der ersten Gleitfläche entsprechenden, am Gehäuse (2) ausgebildeten, zweiten Gleitfläche gebildet ist.
11. Axialturbomaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ringwandteil (10) von einer Mehrzahl an Ringsegmenten gebildet ist.
12. Axialturbomaschine gemäß Anspruch 2 und 11, wobei für jedes Ringsegment die Bimetallfeder (15) und/oder der Formgedächtnislegierungskörper und/oder der Piezo-Aktor und/oder die Vorspanneinrichtung (16) vorgesehen sind.
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