DE10117231A1 - Rotor gap control module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rotorspalt-Steuermodul (6) für eine Strömungsmachine mit einem Rotor (5) und einem Gehäuse, das den Rotor unter Ausbildung eines Rotorspaltes (S) umgibt. Das Rotorspalt-Steuermodul ist mit einer Aktuatoreinheit versehen, die auf ein Dichtelement (8) einwirkt und dieses in den Rotorspalt hinein oder hinaus bewegt. Um das Ansprechverhalten zu erhöhen, ist vorgesehen, dass das Dichtelement kleiner als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Rotorblätter ist.The invention relates to a rotor gap control module (6) for a fluid flow machine with a rotor (5) and a housing which surrounds the rotor to form a rotor gap (S). The rotor gap control module is provided with an actuator unit, which acts on a sealing element (8) and moves it into or out of the rotor gap. In order to increase the response behavior, it is provided that the sealing element is smaller than the distance between two successive rotor blades.
Description
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt-Steuermodul zum Einbau in eine von einem Fluid in einer Hauptströmungsrichtung durchströmte Strömungsmaschine, welche einen drehba ren Rotor mit in Drehrichtung des Rotors zueinander vorbestimmt beabstandete Rotor blätter und ein den Rotor unter Ausbildung eines Rotorspaltes zumindest abschnittswei se umgebendes Gehäuse aufweist, wobei das Rotorspalt-Steuermodul wenigstens ein den Rotorspalt abschnittsweise begrenzendes und in den Rotorspalt hineinbewegliches Dichtelement und eine im Betrieb das Dichtelement bewegende Aktuatoreinheit umfasst.The invention relates to a rotor blade control module for installation in one of a fluid in a main flow direction flow machine, which has a rotatable Ren rotor with a predetermined distance from each other in the direction of rotation of the rotor leaves and a the rotor to form a rotor gap at least in sections se surrounding housing, wherein the rotor gap control module at least one which delimits the rotor gap in sections and moves into the rotor gap Sealing element and an actuator unit moving the sealing element during operation.
Bei Strömungsmaschinen, hierunter fallen beispielsweise Turbinen, Pumpen, Verdichter oder Gebläse, stellt der Rotorspalt zwischen stationärem Rotorgehäuse und rotierendem Rotor eine Quelle von Strömungsverlusten und damit eine Ursache für einen verringer ten Wirkungsgrad dar. Die Strömungsverluste entstehen zum einen durch Wirbelbildung und Strömungsablösung im oder am Rotorspalt, was auch zu einem erhöhten Strö mungslärm führt, zum anderen durch eine Ausgleichsströmung, die entgegen der Hauptströmungsrichtung durch den Rotor gerichtet ist und die erreichbare Druckdiffe renz zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Strömungsmaschine beschränkt.In turbomachinery, this includes, for example, turbines, pumps, compressors or blower, the rotor gap between the stationary rotor housing and rotating Rotor is a source of flow loss and therefore a cause of a decrease efficiency. The flow losses arise on the one hand from vortex formation and flow separation in or at the rotor gap, which also leads to an increased flow mung noise leads, on the other hand, through a compensating flow that runs counter to the Main flow direction is directed through the rotor and the achievable pressure differences difference between the high pressure side and the low pressure side of the turbomachine limited.
Bei einer idealen verlustfreien Strömungsmaschine wäre ein Rotorspalt nicht vorhanden. In der Praxis ist dies jedoch nicht möglich, da in diesem Fall die Spitzen der Rotorblätter das Gehäuse berühren und bei der Drehung des Rotors am Gehäuse schleifen und da mit verschleißen würden. Besonders ausgeprägt ist dieses Problem bei Strömungsma schinen, bei denen die Rotoren mit hoher Drehzahl umlaufen und/oder mit hohen Tem peraturen beaufschlagt sind, wie beispielsweise bei Flugzeugtriebwerken und Gasturbi nen sowie bei Abgasturboladern. Bei derartigen Strömungsmaschinen längt sich das Rotorblatt abhängig von der Temperatur und von der Drehzahl. Zusätzlich weitet sich das Gehäuse in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur. Durch den Rotorspalt werden die Ausdehnung des Gehäuses und die Längung der Rotorblätter kompensiert, ohne dass es zu einer Beschädigung der Strömungsmaschine kommen kann.A rotor gap would not exist in an ideal lossless turbomachine. In practice, however, this is not possible because in this case the tips of the rotor blades touch the housing and grind the housing as the rotor rotates and there would wear out. This problem is particularly pronounced in the case of flow measurement machines in which the rotors rotate at high speed and / or at high tem temperatures are applied, such as in aircraft engines and gas turbines and exhaust gas turbochargers. With such turbomachines, it takes a long time Rotor blade depending on the temperature and the speed. In addition, it widens the housing depending on the operating temperature. Be through the rotor gap compensates for the expansion of the housing and the elongation of the rotor blades without that the turbomachine can be damaged.
Die Weite des Rotorspalts und damit die Verluste der Strömungsmaschine ändern sich folglich in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Temperatur im gerade durchlaufenen Betriebszustand. The width of the rotor gap and thus the losses of the turbomachine change consequently, depending on the speed and the temperature in the cycle Operating condition.
In der Praxis wird der Rotorspalt in der Regel so eingestellt, dass in einem Dauerbe triebspunkt, bei dem die Strömungsmaschine in der Regel betrieben wird, ein möglichst kleiner Rotorspalt vorliegt. Bei Flugzeugtriebwerken oder bei Abgasturboladern liegt die ser Dauerbetriebspunkt beispielsweise bei der Reisegeschwindigkeit. Gleichzeitig wer den bei der Bemessung des Rohrspalts in der Praxis Grenzlastbereiche und Anlaufbe reiche der Strömungsmaschine berücksichtigt: Der Rotorspalt soll so bemessen sein, dass auch unter Extrembedingungen bei hinnehmbaren Strömungsverlusten Beschädi gungen von Rotorblatt und Gehäuse vermieden werden.In practice, the rotor gap is usually set so that in a permanent drive point at which the turbomachine is usually operated, one as possible there is a small rotor gap. This is the case for aircraft engines or exhaust gas turbochargers ser continuous operating point, for example, at the cruising speed. At the same time who in the design of the pipe gap in practice limit load ranges and start-up range of the turbomachine taken into account: The rotor gap should be dimensioned so that even under extreme conditions with acceptable flow losses damage rotor blade and housing.
In der Praxis wird also zugunsten eines möglichst guten Wirkungsgrades ein gewisser Verschleiß von Gehäuse und Rotorblatt durch das Anlaufen der Strömungsmaschine oder den Betrieb der Strömungsmaschine im Grenzlastenbereich in Kauf genommen.In practice, therefore, a certain one becomes in favor of the best possible efficiency Wear of the housing and rotor blade due to the turbomachine starting up or accepted the operation of the turbomachine in the limit load range.
Um in allen Betriebsbereichen der Strömungsmaschine einen optimalen Rotorspalt, also eine Rotorspaltweite, bei der Verschleiß und Strömungsverluste minimal sind, zu erzie len, sind im Stand der Technik einige Lösungen vorgeschlagen.In order to have an optimal rotor gap in all operating areas of the turbomachine a rotor gap width with which wear and flow losses are minimal len, some solutions are proposed in the prior art.
So ist in der US 5,092,737 eine Vorrichtung beschrieben, durch die der Verschleiß in der Anlaufphase einer Gasturbine, in der sich Gehäuse und Rotor unterschiedlich stark auf wärmen, durch eine Veränderung der Rotorspaltweite verringert wird. Die dort beschrie bene Vorrichtung ändert den Rotorspalt passiv über die Wärmedehnung von Steuerele menten in der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäusewandung der Gasturbine. Dabei sind die Wärmedehnungskoeffizienten der Steuerelemente so an die Betriebszustände der Gasturbine angepasst, dass die Ausdehnung des Gehäuses an die Wärmeausdeh nung der Rotorblätter bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen übereinstimmt. Der Nachteil dieses passiven Systems liegt darin, dass der Rotorspalt lediglich an die Wär meausdehnung, aber nicht an die in der Praxis genauso wichtige Längung der Rotor blätter unter Wirkung der Fliehkraft angepasst werden kann. Außerdem ist die An sprechzeit dieses Systems sehr langsam.A device is described in US Pat. No. 5,092,737 through which the wear in the Start-up phase of a gas turbine, in which the housing and the rotor differ in strength warm, is reduced by changing the rotor gap. Described there The device changes the rotor gap passively via the thermal expansion of control elements ment in the housing wall of the gas turbine opposite the rotor. there are the thermal expansion coefficients of the control elements to the operating conditions the gas turbine adjusted that the expansion of the housing to the thermal expansion rotor blades at different operating temperatures. The The disadvantage of this passive system is that the rotor gap only contacts the heat expansion, but not to the elongation of the rotor, which is just as important in practice leaves can be adjusted under the influence of centrifugal force. In addition, the An Talk time of this system is very slow.
Die Ansprechzeit und auch die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Weite des Rotor spalts sind bei aktiven Systemen, bei denen der Rotorspalt durch Aktuatoreinheiten aktiv verändert wird, gegenüber den passiven Systemen verbessert.The response time and also the options for influencing the width of the rotor gaps are active systems in which the rotor gap is activated by actuator units is changed, improved compared to the passive systems.
In der US 5,906,473 ist ein aktives System für eine Gasturbine beschrieben, bei dem Teile des Gehäuses gegenüber dem Rotor selektiv gekühlt oder beheizt werden, um über die so kontrollierte Wärmedehnung des Gehäuses den Rotorspalt einzustellen. Der Nachteil dieses Systems liegt in der nach wie vor langsamen Ansprechzeit, da zu einer Änderung des Luftspalts zunächst das Gehäuse auf eine vorbestimmte Temperatur ge bracht werden muss. Bei raschen Änderungen des Betriebszustandes kann das System der US 5,906,473 den Rotorspalt nicht schnell genug anpassen. Allerdings scheint durch die aktive Beheizung der Gehäusewand eine Anpassung an eine sich langsam einstellende Längung der Rotorblätter unter Fliehkrafteinwirkung möglich.An active system for a gas turbine is described in US Pat. No. 5,906,473, in which Parts of the housing are selectively cooled or heated relative to the rotor adjust the rotor gap via the controlled thermal expansion of the housing. The The disadvantage of this system is that the response time is still slow, as it Changing the air gap first ge the housing to a predetermined temperature must be brought. The system can react to rapid changes in the operating status US 5,906,473 does not adjust the rotor gap quickly enough. However, it seems through the active heating of the housing wall an adaptation to a slow adjustable elongation of the rotor blades possible under the influence of centrifugal force.
Um das Ansprechverhalten bei der Einstellung des Rotorspaltes zu erhöhen und um ei ne direktere Steuerung des Rotorspaltes zu erreichen, werden beim System der US 5,104,287 und der US 5,096,375 mechanisch bewegte Gehäusesegmente gegenüber liegend den Rotorblättern eingesetzt. Die Gehäusesegmente sind zu einem Ring zu sammengeschlossen und werden über Gewindestifte in Richtung der Rotorblätter radial bewegt, so dass sich der Ring zusammenzieht oder weitet, wenn sich die Gewindestifte drehen. Die Gewindestifte sämtlicher Gehäusesegmente werden zusammen über einen Synchronisierungsring betätigt und ermöglichen so eine gemeinsame und zeitgleiche Verstellung der Gehäusesegmente und damit eine Einstellung des Rotorspaltes. Nach teilig bei dieser Vorrichtung ist zum einen der enorme konstruktive und fertigungstechni sche Aufwand, der notwendig wird, wenn eine nahezu spielfreie Verstellung der Seg mente im Bereich weniger Zehntel Millimeter angestrebt wird, und zum anderen die nach wie vor langsame Ansprechzeit.In order to increase the response behavior when setting the rotor gap and by ei To achieve a more direct control of the rotor gap, the system of US 5,104,287 and US 5,096,375 mechanically moved housing segments inserted horizontally the rotor blades. The housing segments are closed to form a ring together and are radial via grub screws in the direction of the rotor blades moves so that the ring contracts or widens when the grub screws move rotate. The grub screws of all housing segments are put together via one Activated synchronization ring and thus enable a common and simultaneous Adjustment of the housing segments and thus an adjustment of the rotor gap. by Part of this device is on the one hand the enormous constructive and manufacturing technology cal effort that becomes necessary when the seg in the range of a few tenths of a millimeter, and secondly the still slow response time.
In der US 5,263,816 ist eine Vorrichtung zur Rotorspaltsteuerung für einen Radialver dichter beschrieben, bei welcher der Rotorspalt über eine Verschiebung des Rotors ge genüber dem Gehäuse in axialer Richtung stattfindet. Auch dieses Prinzip ist konstruktiv sehr aufwändig und weist ein nur mäßig schnelles Ansprechverhalten auf. Darüber hin aus ist das System der US 5,263,816 auf Radial-Strömungsmaschinen beschränkt.No. 5,263,816 describes a device for controlling the rotor gap for a radial ver described more densely, in which the rotor gap ge over a displacement of the rotor takes place in relation to the housing in the axial direction. This principle is also constructive very complex and has a moderately fast response. Beyond that from US 5,263,816 the system is limited to radial flow machines.
In der US 5,545,007 ist ein Ring aus Gehäusesegmenten gegenüberliegend den Rotor blättern beschrieben, der durch piezoelektrische Elemente zusammenziehbar und auf weitbar ist. Über Näherungssensoren wird die Weite des Rotorspalts zwischen Rotor blattspitzen und Gehäusesegmenten bestimmt und die zwischen dem Segmentring. Die stationären, an einer gehäuseseitigen Halterung angeordneten Piezoelemente werden dann in Abhängigkeit vom gemessenen Rotorspalt mit einer Spannung beaufschlagt, so dass aufgrund der Elektrorestriktion der Piezoelemente die Segmente des Ringes in Richtung zu oder in Richtung weg von den Rotorblättern bewegt werden. Der Nachteil des Systems der US 5,545,007 liegt in der mangelnden Stabilität des Segmentrings, da dieser ausschließlich von den piezoelektrischen Elementen gehalten wird.In US 5,545,007 a ring made of housing segments is opposite the rotor scroll described, the contractible by piezoelectric elements and on is extensible. The width of the rotor gap between the rotor is determined by proximity sensors blade tips and housing segments determined and between the segment ring. The stationary piezo elements arranged on a housing-side bracket then subjected to a voltage depending on the measured rotor gap, so that due to the electro-restriction of the piezo elements, the segments of the ring in Towards or away from the rotor blades. The disadvantage the system of US 5,545,007 is the lack of stability of the segment ring, because this is held exclusively by the piezoelectric elements.
Weitere Vorrichtungen zur Rotorspalteinstellung sind in der US 4,247,247 sowie in der US 4,683,716, der US 5,211,534 und der US 5,871,333 gezeigt.Further devices for setting the rotor gap are described in US Pat. No. 4,247,247 and in US Pat US 4,683,716, US 5,211,534 and US 5,871,333.
In der US 4,247,247 ist eine Axialströmungsturbine gezeigt, bei der das Gehäuse ge genüber den Rotoren einen Ring mit einer dünnen, biegsamen Wand aufweist. Hinter der dünnen Wand sind ringförmige Druckkammern angeordnet, die mit unterschiedli chen Drücken beaufschlagt werden können. Überschreitet der Druck in den Druckkam mern den Druck in der Axialströmungsturbine, so wölbt sich die Wand kontrolliert vor und verkleinert den Rotorspalt. Die Druckkammern werden dabei so mit Druck beauf schlagt, dass sich der Rotorspalt in Strömungsrichtung verkleinert.In US 4,247,247 an axial flow turbine is shown in which the housing ge has a ring with a thin, flexible wall opposite the rotors. Behind the thin wall are arranged annular pressure chambers with differ Chen pressures can be applied. If the pressure in the print came out If the pressure in the axial flow turbine is measured, the wall bulges out in a controlled manner and reduces the rotor gap. The pressure chambers are thus pressurized suggests that the rotor gap narrows in the direction of flow.
Bei der Gasturbine der US 4,683,716 wird die Gehäusewand mitsamt mehreren Reihen von Statorschaufeln über mehrere Verdichterstufen hinweg pneumatisch verstellt. Hier zu ist eine Druckkammer hinter der Gehäusewandung vorgesehen, die sich über mehre re Rotor- und Statorreihen erstreckt. Durch Zuführen von niedrigem Druck oder hohem Druck in die Druckkammer wird vermieden, dass sich die Rotorschaufeln bei Anlaufvor gängen an der Gehäusewandung reiben.In the gas turbine of US 4,683,716, the housing wall together with several rows pneumatically adjusted by stator blades over several compressor stages. here a pressure chamber is provided behind the housing wall, which extends over several right rotor and stator rows extends. By applying low pressure or high Pressure in the pressure chamber prevents the rotor blades from moving forward gears rub against the housing wall.
Bei der US 5,211,534 wird der Rotorspalt ebenfalls pneumatisch verstellt. Ein aus radial verschieblichen Ringsegmenten zusammengesetzter Dichtring um den Rotor wird unter Einwirkung von Druckluft auf die starren Ringsegmente zusammengezogen oder ge weitet wird.In US 5,211,534 the rotor gap is also adjusted pneumatically. On off radial Movable ring segments compound sealing ring around the rotor is under Influence of compressed air on the rigid ring segments contracted or ge is expanded.
Auch die Vorrichtung der US 5,781,333 weist Gehäusesegmente auf, die über eine Be aufschlagung von Druckkammern mit Druckluft in Richtung der Rotorblätter bewegt wer den. Um das Ansprechverhalten zu erhöhen, ist die Druckkammer mit Entlüftungsventi len zum schnellen Druckausgleich versehen.The device of US Pat. No. 5,781,333 also has housing segments which are connected via a Be opening of pressure chambers with compressed air in the direction of the rotor blades the. To increase the response, the pressure chamber is equipped with a vent valve len for quick pressure equalization.
Bei den Systemen der US 4,247,247, der US 4,683,716, der US 5,211,534 und der US 5,871,333 ist nachteilig, dass eine schnelle und selektive Verstellung des Rotorspalts nicht möglich ist.In the systems of US 4,247,247, US 4,683,716, US 5,211,534 and US 5,871,333 is disadvantageous that a quick and selective adjustment of the rotor gap not possible.
In der US 6,142,477 ist eine aktive Dichtvorrichtung beschrieben, die für die Abdichtung von Lagern bei Gasturbinen verwendet wird. Die aktive Dichteinrichtung weist Dichtele mente auf, die sich von selbst nahe einer Dichtscheibe anordnen, ohne in Kontakt mit der Dichtscheibe zu kommen, wenn sich die Dichtscheibe dreht. Hierzu ist die Dichtflä che als ein Magnetring ausgebildet, der in Umfangsrichtung sich abwechselnde, unter schiedlich polarisierte Bereiche aufweist. Diese Bereiche erzeugen bei Drehung des Magnetringes einen magnetischen Fluss, dessen Stärke von der Drehgeschwindigkeit des Magnetringes abhängt. Die Dichtelemente sind mit Spulen versehen, die auf die Stärke des vom sich drehenden Ring erzeugten Magnetfeldes reagieren und je nach Drehgeschwindigkeit und Entfernung des Magnetringes von den Spulen die selbsttätig an den Magnetring oder von diesem weg bewegen. Das System der US 6,142,477 ist so in der Lage, automatisch auf eine Änderung des Dichtspaltes zu reagieren. Allerdings geht aus der US 6,142,477 nicht hervor, wie dieses System zur Einstellung eines Rotor spalts verwendet werden kann, da für die Funktion dieses Systems an der einen, den Dichtelementen gegenüberliegenden Gegendichtfläche stets ein durchgängiger Magne tring nötig ist.US Pat. No. 6,142,477 describes an active sealing device that is used for sealing of bearings in gas turbines is used. The active sealing device has seals elements that arrange themselves close to a sealing washer without coming into contact with the washer to come when the washer rotates. For this, the sealing surface che formed as a magnetic ring, the alternating in the circumferential direction, under has differently polarized areas. These areas generate when the Magnetic rings a magnetic flux, the strength of which depends on the speed of rotation depends on the magnetic ring. The sealing elements are provided with coils on the Strength of the magnetic field generated by the rotating ring react and depending on Rotation speed and distance of the magnetic ring from the coils which automatically move to or away from the magnetic ring. The system of US 6,142,477 is like this able to automatically react to a change in the sealing gap. Indeed is not apparent from US 6,142,477 as this system for adjusting a rotor gap can be used because for the function of this system on the one A continuous magnet is always opposite the sealing surface opposite the sealing elements tring is necessary.
Zusammengefasst ist also aus dem oben genannten Stand der Technik keine Vorrich tung bekannt, bei der das Ansprechverhalten eine schnelle Einstellung des Rotorspalts ermöglicht.In summary, no Vorrich is from the above-mentioned prior art device known, in which the response behavior a quick adjustment of the rotor gap allows.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Rotorspalt- Steuermodul so zu verbessern, dass ein schnelleres Ansprechverhalten erreicht wird.The invention is therefore based on the object of the rotor gap Improve control module so that a faster response is achieved.
Diese Aufgabe wird durch das Rotorspalt-Steuermodul der eingangs genannten Art er findungsgemäße dadurch gelöst, dass die Abmessung des Dichtelementes in Drehrich tung kleiner als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Rotorblätter ist.This task is he through the rotor gap control module of the type mentioned solved according to the invention in that the dimension of the sealing element in the direction of rotation tion is smaller than the distance between two successive rotor blades.
Diese Lösung ist einfach und aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Sämtliche oben genannten Druckschriften weisen kreissegmentförmige Dichtelemente auf, deren Ab messungen in Drehrichtung größer als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Rotor blätter sind. Dadurch sind die bewegten Massen bei den herkömmlichen Systemen zur Einstellung des Rotorspaltes so groß, dass sie auf Änderungen des Rotorspaltes nur langsam reagieren können. Außerdem ist es aufgrund der Erstreckung der herkömmli chen Gehäusesegmente über mehrere Rotorblätter nicht möglich, den Rotorspalt bei asymmetrischer oder elliptischer Verformung des Rotors oder des Gehäuses gezielt an zupassen.This solution is simple and is not known from the prior art. All above mentioned publications have circular segment-shaped sealing elements whose Ab Measurements in the direction of rotation greater than the distance between two successive rotors leaves are. As a result, the moving masses in conventional systems are Setting the rotor gap so large that it only changes to the rotor gap can react slowly. It is also due to the extension of the conventional Chen housing segments over several rotor blades not possible, the rotor gap asymmetrical or elliptical deformation of the rotor or the housing to fit.
Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße, konstruktiv einfache Lösung ver mieden: Durch die erfindungsgemäßen Abmessungen des Dichtelements sind die bewegten Massen des Dichtelements kleiner und können wesentlich schneller bewegt werden.These disadvantages are ver by the structurally simple solution according to the invention Avoid: Due to the dimensions of the sealing element according to the invention, the moving Masses of the sealing element are smaller and can be moved much faster become.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht dabei vor, dass die Abmessungen des Dichtele ments in Drehrichtung wesentlich kleiner als der Abstand zweier aufeinanderfolgender Rotorblätter sind. Vorzugsweise sind die Dichtelemente so groß, dass eine Vielzahl von Dichtelementen in den Abstand zweier aufeinanderfolgender Rotorblätter hineinpasst.The solution according to the invention provides that the dimensions of the seal ment in the direction of rotation much smaller than the distance between two successive Rotor blades are. The sealing elements are preferably so large that a large number of Sealing elements fits into the distance between two successive rotor blades.
Eine weitere Beschleunigung des Ansprechverhaltens kann dadurch erreicht werden, dass in einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung die Abmessungen des Dichtele mentes in Hauptströmungsrichtung höchstens der Schaufeltiefe eines Rotorblatts in Hauptströmungsrichtung entsprechen. Durch diese Maßnahme werden die bewegten Massen nochmals verringert. Die Dichtelemente sind dabei vorzugsweise so bemessen, dass eine Mehrzahl von Dichtelementen über eine Schaufeltiefe, also in Dichtrichtung, gestaffelt angeordnet werden können. Da bei den meisten Rotoren der größte Druck sprung in Hauptströmungsrichtung stattfindet, entspricht die Dichtrichtung in den mei sten Fällen der Hauptströmungsrichtung.A further acceleration of the response behavior can be achieved that in a further preferred embodiment the dimensions of the seal mentes in the main flow direction at most the blade depth of a rotor blade in Main flow direction correspond. With this measure, the moving Masses reduced again. The sealing elements are preferably dimensioned so that a plurality of sealing elements over a blade depth, that is in the sealing direction, can be staggered. Because most rotors have the greatest pressure jump takes place in the main flow direction, the sealing direction corresponds in most cases most cases of the main flow direction.
Eine sehr präzise und schnelle Anpassung des Rotorspalts ist dann möglich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Dichtelemente möglichst einzeln ange steuert werden können, also einer Aktuatoreinheit so wenig Dichtelemente wie möglich zugeordnet sind.A very precise and quick adjustment of the rotor gap is possible if in a further advantageous embodiment, the sealing elements as individually as possible can be controlled, so an actuator unit as few sealing elements as possible assigned.
Zu Wartungszwecken soll das Rotorspalt-Steuermodul einfach auszutauschen sein, oh ne dass bei die gesamte Strömungsmaschine zerlegt werden muss. Dies ist dann erfüllt, wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Abmessung des Rotorspalt- Steuermoduls in Drehrichtung des Rotors kleiner als der Abstand zweier aufeinanderfol gender Rotorblätter ist. Kompakte Einbaumaße werden auch dann erzielt, wenn die Abmessung des Rotorspalt-Steuermoduls in Hauptströmungsrichtung höchstens der Schaufeltiefe des Rotorblatts in Hauptströmungsrichtung entspricht.The rotor gap control module should be easy to replace for maintenance purposes, oh ne that the entire turbomachine must be dismantled. This is true if in an advantageous development of the invention the dimension of the rotor gap Control module in the direction of rotation of the rotor smaller than the distance between two successive gender rotor blades is. Compact installation dimensions are also achieved when the Dimension of the rotor gap control module in the main flow direction at most Blade depth of the rotor blade in the main flow direction corresponds.
Ein Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, im Gegensatz zu den herkömmli chen Rotorspalt-Steuermodulen eine möglichst große Anzahl von Dichtelementen im Rotorspalt vorzusehen. Durch die Vielzahl der Dichtelemente im Rotorspalt tritt durch die Gesamtwirkung aller Dichtelemente eine gute Abdichtung des Rotorspalts ein. Somit kann auf eine aufwändige Abdichtung von Spalten und Lücken zwischen den Dichtele menten verzichtet werden. A principle of the present invention is, in contrast to the conventional Chen rotor gap control modules, the greatest possible number of sealing elements in the To provide rotor gap. Due to the large number of sealing elements in the rotor gap the overall effect of all sealing elements is a good seal of the rotor gap. Consequently can be due to the complex sealing of gaps and gaps between the seals elements are waived.
In einer Weiterbildung können die Dichtelemente voneinander beabstandet angeordnet sein. Dabei können allerdings auch mehrere Dichtelemente mit einem gemeinsamen Hüllkörper versehen sein, der zwischen den Dichtelementen und dem Rotor angeordnet ist und zusammen mit den Dichtelementen beweglich ist. Der Hüllkörper kann aus ei nem Material mit besonderen mechanischen Eigenschaften gefertigt sein, beispielswei se aus einem abriebfesten, hochtemperaturbeständigen und/oder weitgehend reibungs freien Material, um die Dichtelemente zu schützen.In one development, the sealing elements can be arranged at a distance from one another his. However, several sealing elements with a common one can also be used Envelope body is provided, which is arranged between the sealing elements and the rotor and is movable together with the sealing elements. The envelope can be made of egg nem material with special mechanical properties, for example se from an abrasion resistant, high temperature resistant and / or largely friction free material to protect the sealing elements.
Die Dichtelemente können insbesondere dann ohne Verluste in der Dichtwirkung von einander beabstandet angeordnet sein, wenn sie gestaffelt, sich in Hauptströmungs richtung überlappend angeordnet sind. Hierzu können die Dichtelemente in Hauptströ mungsrichtung in mehreren Reihen angeordnet sein. So werden die Lücken zwischen Dichtelemente in der einen Reihe durch die Dichtelemente in der anderen Reihe ge schlossen. Die Dichtwirkung bei dieser Anordnung beruht auf der Schaffung eines "La byrinths" zwischen den Dichtelementen, durch das der Strömungswiderstand im Rotor spalt erheblich erhöht wird. Damit ist eine Dichtwirkung erzielbar, die an die von ge schlossenen Dichtflächen, wie sie zur Einstellung des Rotorspalts aus dem Stand der Technik bekannt sind, herankommt.The sealing elements can then in particular without losses in the sealing effect of spaced from each other when staggered, in main flow direction are overlapping. For this purpose, the sealing elements in main streams direction in several rows. So the gaps between Sealing elements in one row through the sealing elements in the other row closed. The sealing effect in this arrangement is based on the creation of a "La byrinths "between the sealing elements, through which the flow resistance in the rotor gap is increased significantly. A sealing effect can thus be achieved, which is similar to that of ge closed sealing surfaces, such as those used to adjust the rotor gap from the prior art Technology are known.
Zur Bewegung des Dichtelementes in oder aus den Rotorspalt ist die Aktuatoreinheit im Rotorspalt-Steuermodul angeordnet, die im Betrieb eine auf das Dichtelement wirkende Betätigungskraft ausübt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erzeugt die Aktuatoreinheit die Betätigungskraft im Betrieb unter Einwirkung eines Fluiddruckes, der sich vom Fluid druck im Bereich des Rotors der Strömungsmaschine unterscheidet. Dieser Fluiddruck kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in eine Aktuator kammer eingeleitet werden, die mit dem Dichtelement kraftübertragend verbunden ist.For moving the sealing element in or out of the rotor gap, the actuator unit is in the Rotor gap control module arranged, which acts on the sealing element in operation Exerts actuating force. In an advantageous embodiment, the actuator unit generates the operating force during operation under the influence of a fluid pressure, which is different from the fluid pressure in the area of the rotor of the turbomachine differs. This fluid pressure can according to a further advantageous development of the invention in an actuator Chamber are initiated, which is connected to the sealing element force transmitting.
Die Aktuatoreinheit kann des Weiteren wenigstens eine mit einer Überdruckquelle ver bundene Überdruckkammer und/oder eine mit einer Unterdruckquelle verbundene Un terdruckkammer aufweisen, um der Aktuatorkammer ohne lange Wege sofort entspre chende Stelldrücke für das oder die der Aktuatorkammer zugeordnete Dichtelement oder Dichtelemente zuzuleiten. Auf separate Mittel zur Erzeugung des Unterdrucks und des Überdrucks, wie beispielsweise Pumpen, kann in vorteilhafter Weise verzichtet wer den, wenn die Überdruckkammer mit einem Hochdruckbereich der Strömungsmaschine als Überdruckquelle und die Unterdruckkammer mit einem Niederdruckbereich der Strömungsmaschine als Unterdruckquelle verbunden ist. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Begriffe "Unterdruck" und "Überdruck" auf den im Bereich des Rotors herrschenden Druck.The actuator unit can also have at least one with a positive pressure source tied pressure chamber and / or a connected to a vacuum source Un have the pressure chamber to correspond immediately to the actuator chamber without long distances Setting pressures for the or the sealing element associated with the actuator chamber or to supply sealing elements. On separate means for generating the vacuum and the excess pressure, such as pumps, can be dispensed with in an advantageous manner if the pressure chamber with a high pressure area of the turbomachine as an overpressure source and the vacuum chamber with a low pressure area of Turbomachine is connected as a vacuum source. Relate in this context the terms "negative pressure" and "positive pressure" refer to those in the area of the rotor prevailing pressure.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Überdruckkammer von der Unter druckkammer zumindest abschnittsweise umgeben sein. Da in der Überdruckkammer stets heißeres Fluid vorhanden ist als in der Unterdruckkammer, wird durch diese An ordnung eine zu starke Aufheizung des Rotorspalt-Steuermoduls vermieden.In a further advantageous embodiment, the pressure chamber can from the lower pressure chamber to be surrounded at least in sections. Because in the hyperbaric chamber Always hotter fluid is present than in the vacuum chamber, is due to this order to avoid excessive heating of the rotor gap control module.
Zur wechselweisen Beaufschlagung der Aktuatorkammer mit Überdruck bzw. Unter druck kann die Aktuatoreinheit wenigstens ein Ventil aufweisen, das zwischen der Ak tuatorkammer und der Unterdruckkammer und/oder Überdruckkammer zugeordnet ist. Wird das Ventil geöffnet, so wirkt wahlweise der Druck der Unterdruckkammer und/oder der Überdruckkammer auf die Aktuatorkammer und führt zu einer entsprechenden Betä tigung des Dichtelements.For alternately applying overpressure or underpressure to the actuator chamber pressure, the actuator unit can have at least one valve that between the Ak tuator chamber and the vacuum chamber and / or pressure chamber is assigned. If the valve is opened, the pressure of the vacuum chamber and / or acts the pressure chamber on the actuator chamber and leads to a corresponding Betä the sealing element.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Dichtelement eine elasti sche Membran als Dichtfläche auf, die in einem vorgewölbten, blasenförmigen Zustand in den Rotorspalt hineinragt und diesen zumindest abschnittsweise abdichtet. Bei dieser Ausführung bilden die Dichtelemente einzelne Blasen, die sich zur Verkleinerung des Rotorspaltes aufwölben und zur Vergrößerung abflachen. Diese Ausgestaltung ermög licht einen großen Hub der Dichtelemente, also die Abdichtung großer Spaltmaße, ohne große Verstellkräfte.In a particularly preferred embodiment, the sealing element has an elastic cal membrane as a sealing surface, which is in a bulging, bubble-shaped state protrudes into the rotor gap and seals it at least in sections. At this Execution form the sealing elements individual bubbles, which are used to reduce the size Bulge the rotor gap and flatten it for enlargement. This configuration enables light a large stroke of the sealing elements, i.e. the sealing of large gaps, without large adjustment forces.
Die Membran steht mit der Aktuatorkammer so in Wirkverbindung, dass der in der Ak tuatorkammer herrschende Druck auf die Membran wirkt. Hierzu kann eine Druckleitung von der Aktuatorkammer zur Membran führen oder aber die Aktuatorkammer zumindest abschnittsweise von der Membran begrenzt sein.The membrane is in operative connection with the actuator chamber so that the one in the Ak tuator chamber prevailing pressure acts on the membrane. A pressure line can be used for this lead from the actuator chamber to the membrane or at least the actuator chamber be limited in sections by the membrane.
Ist die Aktuatorkammer mit einem Überdruck, d. h. einem höheren Druck als im Rotor spalt, beaufschlagt, so wölbt sich die Membran des Dichtelements vor und bildet eine in den Rotorspalt ragende Blase. Bei einem Unterdruck, d. h. einem geringeren Druck als im Rotorspalt, so zieht sich die Membran aufgrund ihrer Eigenelastizität zusammen, die Blase wird kleiner und der Rotorspalt vergrößert sich.Is the actuator chamber with an overpressure, i. H. a higher pressure than in the rotor gap, acted upon, the membrane of the sealing element bulges forward and forms an in bubble protruding from the rotor gap. With a negative pressure, i.e. H. a lower pressure than in the rotor gap, the membrane contracts due to its inherent elasticity The bubble becomes smaller and the rotor gap increases.
Um die Aktuatoreinheit steuern zu können, kann einer Weiterbildung der Erfindung an der Aktuatoreinheit eine Eingangsschnittstelle vorgesehen sein, über die im Betrieb des Rotorspalt-Steuermoduls Signale zur Betätigung des Dichtelements an die Aktuatorein heit geleitet sind.In order to be able to control the actuator unit, a further development of the invention can be carried out the actuator unit may be provided with an input interface, via which the Rotor gap control module signals for actuating the sealing element to the actuators are guided.
Das Rotorspalt-Steuermodul kann außerdem eine Energiequelle in Form eines Mittels zur Stromerzeugung aufweisen, mit dem elektrische Energie zum Betrieb des Rotor spalt-Steuermoduls bereitgestellt wird. Diese Energiequelle kann vorzugsweise in Form einer zwischen der Unterdruckkammer und der Überdruckkammer angeordneten Mi kroturbine ausgebildet sein.The rotor gap control module can also be an energy source in the form of an agent to generate electricity, with the electrical energy to operate the rotor gap control module is provided. This energy source can preferably be in the form a Mi arranged between the vacuum chamber and the hyperbaric chamber be designed turbine turbine.
Ferner kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in das Rotorspalt-Steuermodul eine Sensoreinheit mit wenigstens einem Spaltmesssensor und einer Signalausgangs schnittstelle vorgesehen sein. Durch diese Ausgestaltung ist die Größe des Rotorspalts in der Nähe des Dichtelements, also in der näheren Umgebung derjenigen Stelle, an der der Rotorspalt verändert wird, gemessen. Dabei ist durch den Spaltmesssensor ein für die Größe des Rotorspaltes repräsentatives Signal erzeugbar und von der Sensoreinheit über die Signalausgangsschnittstelle ausgebbar.Furthermore, in a further advantageous embodiment, the rotor gap control module a sensor unit with at least one gap measurement sensor and a signal output interface should be provided. With this configuration, the size of the rotor gap in the vicinity of the sealing element, that is to say in the immediate vicinity of the point at which the rotor gap is changed, measured. The gap measuring sensor is a for the size of the rotor gap representative signal can be generated and from the sensor unit can be output via the signal output interface.
Ebenso kann das Rotorspalt-Steuermodul einen Lageerfassungssensor aufweisen, durch den die Lage des Dichtelementes im Rotorspalt bzw. relativ zu der von den Ro torblattspitzen gebildeten Gegendichtfläche bestimmbar und in Form eines Signals über die Ausgangsschnittstelle ausgebbar ist.Likewise, the rotor gap control module can have a position detection sensor, through which the position of the sealing element in the rotor gap or relative to that of the Ro the counter-sealing surface formed can be determined and in the form of a signal the output interface can be output.
Wenn das Dichtelement pneumatisch betrieben wird, so ist es von Vorteil, wenn die Rotorspalt-Steuervorrichtung wenigstens einen Drucksensor aufweist, durch den der Druck in der Aktuatorkammer und/oder der Fluiddruck im Rotorbereich in der Strö mungsmaschine und/oder die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Drücken erfassbar und über die Signalausgangsschnittstelle als Signal ausgebbar ist.If the sealing element is operated pneumatically, it is advantageous if the Rotor gap control device has at least one pressure sensor through which the Pressure in the actuator chamber and / or the fluid pressure in the rotor area in the flow tion machine and / or the pressure difference between these two pressures can be detected and can be output as a signal via the signal output interface.
Zum Aufbau eines Steuerkreises bzw. geschlossenen Regelkreises kann das Rotor spalt-Steuermodul gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Steuereinheit mit einer Eingangsschnittstelle, einer Ausgangsschnittstelle und einer Datenverarbei tungseinheit aufweisen. Die Eingangsschnittstelle der Steuereinheit ist dabei mit der Ausgangsschnittstelle der Sensoreinheit datenübertragend verbunden, so dass die Si gnale der Sensoren der Sensoreinheit von der Steuereinheit empfangen werden kön nen. Die Ausgangsschnittstelle der Steuereinheit ist mit der Eingangsschnittstelle der Aktuatoreinheit datenübertragend verbunden, so dass die Ergebnisse einer Auswertung der Daten von den Sensoren der Sensoreinheit in Form eines Betätigungssignals für das Dichtelement an die Aktuatoreinheit ausgegeben werden können.The rotor can be used to set up a control circuit or closed control circuit gap control module according to a further advantageous embodiment, a control unit with an input interface, an output interface and data processing unit. The input interface of the control unit is with the Output interface of the sensor unit connected for data transmission, so that the Si signals of the sensors of the sensor unit can be received by the control unit NEN. The output interface of the control unit is the input interface of the Actuator unit connected for data transmission, so that the results of an evaluation the data from the sensors of the sensor unit in the form of an actuation signal for the sealing element can be output to the actuator unit.
Die Datenverarbeitungseinheit verarbeitet die über die Ausgangsschnittstelle ausgege benen Daten in Abhängigkeit von den über die Eingangsschnittstelle empfangenen Da ten und erzeugt ein Signal zur Betätigung der Aktuatoreinheit bzw. der Dichtelemente. Sämtliche Datenleitungen können dabei vorteilhaft in Form eines unidirektionalen oder bidirektionalen Datenbusses aufgebaut sein.The data processing unit processes the data output via the output interface data depending on the data received via the input interface and generates a signal for actuating the actuator unit or the sealing elements. All data lines can advantageously be in the form of a unidirectional or bidirectional data bus.
Ferner kann die Steuereinheit einen Datenbus aufweisen, über den sie mit Steuerein heiten weiterer Rotorspaltmodule datenübertragend verbunden ist. Dieser Datenbus kann beispielsweise derselbe Datenbus sein, der auch die Ausgangsschnittstelle der Sensoreinheit und die Eingangsschnittstelle der Aktuatoreinheit mit der Steuereinheit verbindet.Furthermore, the control unit can have a data bus via which it can be controlled units of further rotor gap modules is connected to transmit data. This data bus can be, for example, the same data bus that is also the output interface of the Sensor unit and the input interface of the actuator unit with the control unit combines.
Besonders vorteilhafte Größenverhältnisse, die aufgrund der bewegten Massen und aufgrund der kurzen Leitungswege extrem schnelle Ansprechzeiten im Bereich der Blattfrequenz des Rotors, der sogenannten blade passing frequency, ergeben, werden erreicht, wenn das Rotorblatt-Steuermodul als ein Mikrostruktursystem ausgebildet ist, in das Dichtelement und Aktuatoreinheit integriert sind. Ein derartiges Mikrostruktursystem ist vorzugsweise einstückig aus einem siliciumhaltigen Werkstoff aufgebaut und besteht aus mehreren funktionellen Schichten. Beispiele für geeignete Werkstoffe sind Silicium, Siliciumcarbid, Siliciumdioxid und Siliciumnitrid.Particularly advantageous proportions due to the moving masses and Due to the short cable routes, extremely fast response times in the area of Blade frequency of the rotor, the so-called blade passing frequency achieved when the rotor blade control module is designed as a microstructure system, in the sealing element and actuator unit are integrated. Such a microstructure system is preferably constructed in one piece from a silicon-containing material and consists from several functional layers. Examples of suitable materials are silicon, Silicon carbide, silicon dioxide and silicon nitride.
Mikrostruktursysteme werden durch photolithographische Verfahren, wie LIGA, durch Bulk-Micromachining und Surface-Micromachining, Dünnfilmablagerung (chemical vapor deposition) und Ätzen aus Wafern hergestellt. Beim Aufbau des Rotorspalt- Steuermoduls als Mikrostruktursystem kann insbesondere eine als Dichtelement die nende Membran aus einem dünnen Film siliciumhaltigen Werkstoffes, beispielsweise Si liciumcarbid, gefertigt sein. Bei extrem dünner Ausbildung der Membran weist Silicium carbid eine ausreichende Elastizität auf. Ebenso können die Mikroventile aus einem sili ciumhaltigen Werkstoff gefertigt und in das Mikrostruktursystem integriert sein.Microstructure systems are made by photolithographic processes such as LIGA Bulk micromachining and surface micromachining, thin film deposition (chemical vapor deposition) and etching from wafers. When building the rotor gap Control module as a microstructure system can in particular be used as a sealing element NEN membrane made of a thin film of silicon-containing material, such as Si licium carbide. Silicon has an extremely thin membrane carbide has sufficient elasticity. The micro valves can also be made from a sili cium-containing material and be integrated into the microstructure system.
Vorteilhaft werden bei der Ausbildung des Rotorspalt-Steuermoduls als Mikrostruktursy stem auch gleich die Steuereinheit und/oder die Sensoreinheit in das Mikrosystemele ment integriert. Be advantageous when the rotor gap control module is designed as a microstructure system stem also immediately the control unit and / or the sensor unit in the microsystem ment integrated.
Um eine nachträgliche Ausrüstung und eine leichte Austauschbarkeit des Rotorspalt- Steuermoduls zu ermöglichen, weist dieses vorzugsweise ein standardisiertes Gehäuse auf, das mit standardisierten Anschlüssen für Daten- und Druckleitungen versehen ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Gehäuse mit Isoliermaterial zum Schutz gegen Überhitzung und/oder Schwingungen und Stöße umgeben sein.To retrofit and easy interchangeability of the rotor gap To enable control module, this preferably has a standardized housing on, which is provided with standardized connections for data and pressure lines. In a further advantageous embodiment, the housing with insulating material for Protection against overheating and / or vibrations and shocks.
Erfindungsgemäß ist in einer Strömungsmaschine mit einem Rotor und einem den Rotor unter Ausbildung eines Rotorspalt umgebenden Gehäuse, wobei sich im Betrieb der Rotor gegenüber dem Gehäuse dreht, im Bereich des Rotorspaltes eine Vielzahl von Rotorspaltmodulen nach einer der obigen Ausgestaltungen angeordnet. Diese Rotor spaltmodule können miteinander durch eine Signalleitung verbunden sein, so dass ihre Betätigung synchronisiert erfolgt. Beispielsweise können mehrere Rotorspalt- Steuermodule so vernetzt sein, dass ein in Umfangsrichtung nachfolgendes Rotorspalt- Steuermodul die Sensorsignale eines im Drehrichtung davor liegenden Rotorspalt- Steuermoduls zur Steuerung der eigenen Dichtelemente verwendet.According to the invention is in a turbomachine with a rotor and a rotor with the formation of a rotor gap surrounding housing, which during operation of the Rotor rotates in relation to the housing, in the area of the rotor gap a large number of Rotor gap modules arranged according to one of the above configurations. This rotor gap modules can be connected to each other by a signal line, so that their Operation is synchronized. For example, several rotor gap Control modules are networked so that a rotor gap following in the circumferential direction Control module the sensor signals of a rotor gap Control module used to control the own sealing elements.
Außerdem kann die Sensorik der Rotorspalt-Steuermodule zur Funktionskontrolle der Strömungsmaschine eingesetzt werden, da von den Modulen wichtige Betriebsparame ter der Strömungsmaschine, beispielsweise der Druck im Rotorbereich, gemessen wird.The sensors of the rotor gap control modules can also be used to check the function of the Fluid machine can be used because of the modules important operating parameters ter of the turbomachine, for example the pressure in the rotor area, is measured.
Hierzu ist das Rotorspalt-Steuermodul in einer vorteilhaften Weiterbildung mit einem weiteren Sensor versehen, der als Schwingungssensor die Schwingungen der vorbei fahrenden Rotorblattspitzen erfasst und ein Signal ausgibt, das repräsentativ für die Frequenz und/oder Amplitude der Schwingungen der Rotorblattspitzen oder der Rotor blätter ist. Hierzu kann der Sensor ein optisches Messelement und/oder ein kapazitives Messelement aufweisen. Alternativ kann der Sensor auf Ultraschallbasis arbeiten und einen Ultraschallwandler aufweisen. Beispielsweise kann der Ultraschallwandler auf die Rotorblätter und/oder die Rotorblattspitzen gerichtete Ultraschallwellen aussenden und deren Reflektionen messen.For this purpose, the rotor gap control module is in an advantageous development with a provided another sensor, which as the vibration sensor the vibrations of the past moving rotor blade tips and outputs a signal that is representative of the Frequency and / or amplitude of the vibrations of the rotor blade tips or the rotor leaves is. For this purpose, the sensor can be an optical measuring element and / or a capacitive Have measuring element. Alternatively, the sensor can work on ultrasound and have an ultrasonic transducer. For example, the ultrasonic transducer on the Send rotor blades and / or the rotor blade tips directed ultrasonic waves and measure their reflections.
Die Rohdaten der Messungen des Schwingungssensors werden auf einem integrierten Speicherchip abgelegt. Dieser Speicherchip kann bei einem Aufbau als Mikrostruktu relement einstückig mit dem Rotorspalt-Steuermodul ausgebildet und/oder beispielswei se in die Steuereinheit integriert sein. Die Rohdaten können über den Datenbus des Rotorspalt-Steuermodul in Echtzeit oder beispielsweise nach Ende eines Einsatzes der Strömungsmaschine an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Insbesondere kann der Datenbus dabei als eine Funkstrecke ausgebildet sein, so dass die Daten berüh rungsfrei ausgegeben werden. Hierzu kann in dem Rotorspalt-Steuermodul ein Funk sender und bei einem bidirektionalen Datenbus auch ein Funkempfänger vorgesehen sein. Insbesondere die Übertragung von Betriebsparametern des Rotorspalt- Steuermoduls über eine Funkstrecke ermöglicht eine einfache Steuerung und Auswer tung der Daten des Rotorspalt-Steuermoduls.The raw data of the measurements of the vibration sensor are integrated on an Memory chip filed. This memory chip can be designed as a microstructure formed in one piece with the rotor gap control module and / or for example se be integrated into the control unit. The raw data can be transferred via the data bus of the Rotor gap control module in real time or, for example, after use of the Fluid machine can be transmitted to an evaluation unit. In particular, can the data bus can be designed as a radio link so that the data touches be issued without any problems. For this purpose, a radio can be used in the rotor gap control module transmitter and, in the case of a bidirectional data bus, a radio receiver is also provided his. In particular, the transmission of operating parameters of the rotor gap Control module via a radio link enables easy control and evaluation processing of the data of the rotor gap control module.
Der Schwingungssensor mitsamt den Datenübertragungseinheiten des Datenbusses können von derselben Energiequelle wie die anderen Einheiten des Rotorspalt- Steuermoduls mit Energie versorgt werden.The vibration sensor together with the data transmission units of the data bus can be from the same energy source as the other units of the rotor gap Control module are supplied with energy.
Die Schwingungssensoren können in einer Weiterführung der Erfindung auch zur Über wachung anderer Bauteile als den Rotorblättern eingesetzt werden. Beispielsweise las sen sich die Schwingungen von Wellen, Statorblättern und Gehäuseelementen sowie gegebenenfalls auch die Schwingungen der Dichtelemente selber durch die Schwin gungssensoren erfassen.In a further development of the invention, the vibration sensors can also be used components other than the rotor blades. For example, read the vibrations of shafts, stator blades and housing elements as well if necessary, the vibrations of the sealing elements themselves by the Schwin detection sensors.
Die Rotorspalt-Steuermodule umgeben in einer vorteilhaften Anordnung den Rotor ringförmig und bilden ein Dichtelementfeld, bei dem jeweils einem Abstand zwischen zwei Rotorblättern eine Vielzahl von Dichtelementen zugeordnet ist.The rotor gap control modules surround the rotor in an advantageous arrangement annular and form a sealing element field, each with a distance between a plurality of sealing elements is assigned to two rotor blades.
Um die Dichtelemente zu schützen, kann ein Hüllkörper vorgesehen sein, der zwischen dem Rotorspaltmodul und dem Rotor angeordnet ist und mehreren Rotorspaltmodulen zugeordnet ist. Der Hüllkörper ist mit der Bewegung der Dichtelemente gekoppelt und schützt diese durch seine Lage zwischen den Dichtelementen und dem Rotor vor Be schädigung. Der Hüllkörper kann insbesondere als eine abriebfeste Membran ausgebil det sein.In order to protect the sealing elements, an enveloping body can be provided, which between the rotor gap module and the rotor is arranged and a plurality of rotor gap modules assigned. The envelope is coupled to the movement of the sealing elements and protects it from loading due to its location between the sealing elements and the rotor damage. The enveloping body can in particular be designed as an abrasion-resistant membrane det be.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Steuerung des Rotorspalts, mit dem ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbessertes Ansprechverhalten erzielt wird.The invention also relates to a method for controlling the rotor gap, with which has a significantly improved response behavior compared to the prior art is achieved.
Unabhängig von der Verwendung zur Einstellung eines Rotorspalts in Strömungsma schinen können die erfindungsgemäßen Rotorspalt-Steuermodule auch als Dichtmodule bei im wesentlichen durchgängigen Gegendichtflächen, wie beispielsweise zur Abdich tung von Wellen verwendet werden. Durch die Möglichkeit der aktiven Einstellung des Dichtspaltes oder der Anpresskraft gegen die Gegendichtfläche und durch das schnelle Ansprechverhalten können Schwingungen und Exzentrizitäten der Welle ausgeglichen werden, ohne dass Einbußen bei der Dichtwirkung in Kauf genommen werden müssen. Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktion des erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls anhand eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert.Regardless of the use for setting a rotor gap in flow rate The rotor gap control modules according to the invention can also be used as sealing modules with essentially continuous counter-sealing surfaces, such as for sealing tion of waves can be used. Due to the possibility of active adjustment of the Sealing gap or the contact pressure against the counter-sealing surface and through the fast Response behavior can compensate for vibrations and eccentricities of the shaft without having to accept losses in the sealing effect. The structure and function of the rotor gap according to the invention is described below. Control module explained in more detail using an exemplary embodiment.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Flugzeugtriebwerk als ein Beispiel für eine in einer Hauptströmungsrichung durchströmten Strömungsmaschine, bei der das erfindungsgemäße Rotorspalt- Steuermodul eingesetzt wird; FIG. 1 shows an aircraft engine as an example of a flow-through in a Hauptströmungsrichung flow machine in which the invention is used Rotorspalt- control module;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls in einem Schnitt quer zur Hauptströmungsrichtung entlang der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 2 shows a first embodiment of a rotor gap control module according to the invention in a section transverse to the main flow direction along the line II-II of Fig. 1;
Fig. 3 das Rotorspalt-Steuermodul der Fig. 2 in einem Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2; . Fig. 3, the rotor gap control module of Figure 2 in a section along the line III-III of FIG. 2;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls in einer Ansicht entsprechend Fig. 3; FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a rotor gap control module according to the invention in a view corresponding to FIG. 3;
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls in einer Ansicht entsprechend Fig. 3; FIG. 5 shows a third exemplary embodiment of a rotor gap control module according to the invention in a view corresponding to FIG. 3;
Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls als Wellendichtmodul in einer Ansicht entsprechend Fig. 3; Fig. 6 shows a fourth embodiment of an inventive Rotorspalt- control module as a shaft sealing module in a view corresponding to Fig. 3;
Fig. 7 das vierte Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entlang der Linie VII-VII der Fig. 6. Fig. 7, the fourth embodiment in a view along the line VII-VII of Fig. 6.
In Fig. 1 ist ein Flugzeugtriebwerk 1 als Beispiel einer Strömungsmaschine dargestellt, bei der die erfindungsgemäßen Rotorspalt-Steuermodule verwendet werden. Weitere Beispiele von Strömungsmaschinen sind Radial- oder Axialgebläse, Turbolader, Gastur binen, Pumpen und Kompressoren.In Fig. 1, an airplane engine 1 is illustrated as an example of a flow machine, wherein the rotor gap control modules of the invention are used. Other examples of turbomachines are radial or axial fans, turbochargers, gas turbines, pumps and compressors.
Alle diese Strömungsmaschinen werden von einem gasförmigen oder flüssigen Fluid in einer Hauptströmungsrichtung H durchströmt. Beim Beispiel der Fig. 1 verläuft die Hauptströmungsrichtung H im Wesentlichen in axialer Richtung A. A gaseous or liquid fluid flows through all of these flow machines in a main flow direction H. In the example of FIG. 1, the main flow direction H runs essentially in the axial direction A.
Eine so komplexe Strömungsmaschine, wie das in Fig. 1 dargestellte Flugzeugtrieb werk, weist eine Reihe von Rotoren R auf, die von jeweils einem Gehäuse G unter Aus bildung eines Rotorspalts S umgeben sind.Such a complex turbomachine, such as the aircraft engine shown in FIG. 1, has a series of rotors R, each of which is surrounded by a housing G with the formation of a rotor gap S.
Die erfindungsgemäßen Rotorspalt-Steuermodule können an den in Fig. 1 schraffierten Stellen 2, 3 angeordnet sein. Die Stellen mit dem Bezugszeichen 2 entsprechen dabei einer gehäuseseitigen Anordnung eines Rotorspaltmoduls, diejenigen mit dem Bezugs zeichen 3 einer rotorseitigen Anordnung eines Rotorspaltmoduls.The rotor gap control modules according to the invention can be arranged at the hatched positions 2 , 3 in FIG. 1. The positions with the reference symbol 2 correspond to a housing-side arrangement of a rotor gap module, those with the reference symbol 3 a rotor-side arrangement of a rotor gap module.
In Fig. 2 ist schematisch der Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 dargestellt. Dieser Querschnitt liegt im Bereich einer Rotorscheibe Rv, die eine Verdichterstufe vor einer Brennkammer B des Flugzeugtriebwerkes darstellt.In Fig. 2, the cross section along the line II-II of Fig. 1 is shown schematically. This cross section lies in the area of a rotor disk R v , which represents a compressor stage in front of a combustion chamber B of the aircraft engine.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, weist der Rotor Rv der Verdichterstufe Rotorblätter 5 auf, die in einem vorbestimmten Abstand T zueinander angeordnet sind. Die Rotorblätter drehen sich in Drehrichtung D. Gehäuseseitig sind die Rotorblätter 5 mit einem Ring aus Rotorspalt-Steuermodulen 6 umgeben. Das Rotorspalt-Steuermodul ist in der Fig. 2, wie auch in den restlichen Figuren, der deutlicheren Darstellung wegen gegenüber dem Rotor und dem Rotorspalt vergrößert dargestellt. Typische Größen für die Abmessungen des Rotorspalt-Steuermoduls liegen zwischen 0,5 und 50 mm, vorzugsweise um die 10 bis 20 mm.As can be seen in FIG. 2, the rotor R v of the compressor stage has rotor blades 5 which are arranged at a predetermined distance T from one another. The rotor blades rotate in the direction of rotation D. On the housing side, the rotor blades 5 are surrounded by a ring of rotor gap control modules 6 . The rotor gap control module is shown in FIG. 2, as well as in the remaining figures, because of the clearer representation compared to the rotor and the rotor gap enlarged. Typical sizes for the dimensions of the rotor gap control module are between 0.5 and 50 mm, preferably around 10 to 20 mm.
Beispielhaft wird nun der Aufbau eines Rotorspalt-Steuermoduls 6 anhand des in der Fig. 2 mittleren Rotorspalt-Steuermoduls erläutert.The structure of a rotor gap control module 6 will now be explained by way of example using the rotor gap control module shown in the middle in FIG. 2.
Das Rotorspalt-Steuermodul 6 weist ein Gehäuse 7 auf, welches das Rotorspalt- Steuermodul 6 an allen Seiten bis auf die den Rotorblättern 5 zugewandte Seite umgibt. Das Gehäuse 7 ist aus einem wärmeisolierenden und vorzugsweise auch schwin gungsisolierenden Werkstoff aufgebaut. Durch das Gehäuse 7 ist das Rotorspalt- Steuermodul als eine autarke Einheit handhabbar. Um das Rotorspalt-Steuermodul 6 im Falle einer Wartung mechanisch und elektrisch leicht mit anderen Modulen austauschen zu können, sind sämtliche Anschlüsse an Gehäuse 7 standardisiert ausgeführt.The rotor gap control module 6 has a housing 7 which surrounds the rotor gap control module 6 on all sides except for the side facing the rotor blades 5 . The housing 7 is constructed of a heat-insulating and preferably also vibration-insulating material. Through the housing 7 , the rotor gap control module can be handled as an autonomous unit. In order to be able to easily and mechanically replace the rotor gap control module 6 mechanically and electrically with other modules in the event of maintenance, all connections to the housing 7 are of standardized design.
Der vom Gehäuse 7 umgebene Teil des Rotorspalt-Steuermoduls ist aus einem Mi krostruktursystem aus Silicium oder einer Siliciumverbindung, wie Siliciumnitrid oder Si liciumcarbid, hergestellt. Zur Herstellung können herkömmliche Verfahren der Mi krostrukturtechnik, wie LIGA, Micromachining, Ätzvorgänge usw. verwendet werden. The part of the rotor gap control module surrounded by the housing 7 is made of a microstructure system made of silicon or a silicon compound, such as silicon nitride or silicon carbide. Conventional methods of microstructure technology, such as LIGA, micromachining, etching processes, etc., can be used for the production.
Das Rotorblatt-Steuermodul 6 weist Dichtelemente 8 auf, die so ausgebildet sind, dass sie in einer Betriebsstellung in den Rotorspalt S ragen. Die Dichtelemente 8 sind in Drehrichtung D des Rotors 5 wesentlich kleiner als der Abstand T zwischen zwei Rotor blättern. Die Dichtelemente 8 werden aus einer dünnen Membran aus Silicium oder ei nem siliciumhaltigen Werkstoff, wie Siliciumcarbid, gebildet und sind über wenigstens eine Druckleitung 9 jeweils mit einer Aktuatorkammer 10 verbunden. Die Wandstärke der Membran ist so bemessen, dass die Membran eine hohe Elastizität aufweist. Die Aktuatorkammern 10 des jeweiligen Dichtelements 8 sind beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 voneinander durch eine Wand 11 voneinander getrennt. Durch die Zuordnung möglichst weniger Dichtelemente 8 zu einer Aktuatorkammer 10 lassen sich die Dichte lemente 8 präziser ansteuern.The rotor blade control module 6 has sealing elements 8 which are designed such that they protrude into the rotor gap S in an operating position. The sealing elements 8 are in the direction of rotation D of the rotor 5 much smaller than the distance T between two rotor blades. The sealing elements 8 are formed from a thin membrane made of silicon or egg nem silicon-containing material, such as silicon carbide, and are each connected to an actuator chamber 10 via at least one pressure line 9 . The wall thickness of the membrane is dimensioned so that the membrane has a high elasticity. In the exemplary embodiment in FIG. 2, the actuator chambers 10 of the respective sealing element 8 are separated from one another by a wall 11 . By assigning as few sealing elements 8 to actuator chamber 10, the density can ELEMENTS drive 8 precisely.
Die Dichtelemente 8 bilden zusammen keine kontinuierliche Dichtfläche, die der Um laufbahn U der Rotorblattspitzen 12 entspricht, sondern diskrete Dichtflächen, die von einander beabstandet sind und mit den Rotorblattspizen als Gegendichtflächen zusam menwirken. Die Dichtelemente 8 sind, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, in mehreren Reihen gestaffelt angeordnet, so dass der Zwischenraum 8 zwischen zwei Dichtelementen einer Reihe durch ein Dichtelement 8' einer anderen Reihe abgedeckt ist.The sealing elements 8 together do not form a continuous sealing surface which corresponds to the track U of the rotor blade tips 12 , but discrete sealing surfaces which are spaced apart and interact with the rotor blade tips as counter sealing surfaces. As can be seen in FIG. 2, the sealing elements 8 are staggered in several rows, so that the space 8 between two sealing elements of one row is covered by a sealing element 8 'of another row.
Die Aktuatorkammer 10 eines jeweiligen Dichtelements 8 ist über ein Ventil 13 mit einer Druckkammer 14 verbunden. Die Aktuatorkammer 10, die Druckkammer 14 und das Ventil 13 sind Bestandteile einer pneumatischen, also druckluftbetriebenen, Aktua toreinheit des Rotorspalt-Steuermoduls, durch die das Dichtelement 8 aktiv verstellt wird. Unter einer aktiven Verstellung ist dabei eine Verstellung zu verstehen, für die Energie von außerhalb oder von anderen Bereichen der Strömungsmaschine verwendet wird.The actuator chamber 10 of a respective sealing element 8 is connected to a pressure chamber 14 via a valve 13 . The actuator chamber 10 , the pressure chamber 14 and the valve 13 are components of a pneumatic, that is compressed air-operated, actuator unit of the rotor gap control module, through which the sealing element 8 is actively adjusted. An active adjustment is understood to mean an adjustment for which energy from outside or from other areas of the turbomachine is used.
Die Ventile 13 sind bei einer Fertigung des Rotorspalt-Steuermoduls in Mikrostruktur technik (MEMS-, micro-electro-mechanical systems) Mikroventile, die in einem Stück mit dem Rotorspalt-Steuermodul gefertigt werden.The valves 13 are in a manufacture of the rotor gap control module in microstructure technology (MEMS, micro-electro-mechanical systems) micro valves, which are manufactured in one piece with the rotor gap control module.
Die Ventile 13 öffnen auf ein Signal hin die Verbindung zwischen jeweils einer Aktuator kammer 10 und der Druckkammer 14, so dass sich in der Aktuatorkammer 10 der je weils in der Druckkammer 14 herrschende Druck ausbreitet.The valves 13 open in response to a signal, the connection between an actuator chamber 10 and the pressure chamber 14 , so that the pressure prevailing in the pressure chamber 14 spreads in the actuator chamber 10 .
Die Druckkammer 14 ist über eine Leitung 15 mit einer Druckquelle verbunden, die mit einem Druck P beaufschlagt ist. Das Gehäuse 7 weist ein standardisiertes Anschlusselement auf, so dass ohne besondere Mittel eine Druckleitung mit der Leitung 15 ver bunden werden kann.The pressure chamber 14 is connected via a line 15 to a pressure source to which a pressure P is applied. The housing 7 has a standardized connection element, so that a pressure line can be connected to the line 15 without special means.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist es aufgrund der geringen Größe der Mikrostrukturele mente nicht notwendig, ihre dem Rotorspalt S zugewandte Fläche 16 kreissegmentför mig auszubilden. Aufgrund der geringen Baugröße der Rotorblatt-Steuermodule in Dreh richtung wird bei geringen Herstellkosten bereits eine gute Annäherung an die Umlauf bahn U der Rotorblattspitzen 12 erreicht. Es ist jedoch eine kreissegmentförmige Aus gestaltung der Fläche 16 möglich.As can be seen in FIG. 2, due to the small size of the microstructure elements, it is not necessary to form their surface 16 facing the rotor gap S in the shape of a circular segment. Due to the small size of the rotor blade control modules in the direction of rotation, a good approximation to the orbit U of the rotor blade tips 12 is already achieved at low manufacturing costs. However, a circular segment-shaped design from the surface 16 is possible.
In Fig. 2 ist weiter der modulförmige Charakter des Rotorspalt-Steuermoduls zu erken nen. Das Rotorspalt-Steuermodul bildet jeweils eine Baueinheit, die weitgehend autark ist und einfach und kostengünstig gegen gleichartige Module ausgetauscht werden kann.In Fig. 2, the modular character of the rotor gap control module is to be recognized. The rotor gap control module each forms a structural unit that is largely self-sufficient and can be replaced easily and inexpensively by modules of the same type.
In Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2, also ein in axialer Richtung A verlaufender Schnitt durch ein Rotorspalt-Steuermodul dargestellt.In Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2, ie running in the axial direction A section represented by a rotor gap control module.
In Fig. 3 ist zu erkennen, dass in Richtung der Hauptströmung H die Abmessungen der Dichtelemente auch wesentlich kleiner als die Komponente C der Sehne des Rotorblatts 5 sind. Die Dichtelemente 8 bilden ein Feld, das in seiner Gesamtheit zu einer guten Abdichtung des Rotorspalts S führt. Einer Rotorblattspitze 12 als Gegendichtfläche sind bei ihrer Umdrehung jeweils mehrere Dichtelemente zugeordnet.In FIG. 3 it can be seen that the dimensions of the sealing elements in the direction of the main flow H are also significantly smaller than the component C of the chord of the rotor blade 5 . The sealing elements 8 form a field which, in its entirety, leads to a good seal of the rotor gap S. A rotor blade tip 12 as a counter-sealing surface is assigned a plurality of sealing elements as it rotates.
Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, sind jeweils zwei in Hauptströmungsrichtung H hinterein ander angeordnete Dichtelemente 8 mit einer Aktuatorkammer 10 verbunden. Jede die ser Aktuatorkammern ist über ein Mikroventil 13 mit der Druckkammer 14 verbunden.As can be seen in FIG. 3, two sealing elements 8 arranged one behind the other in the main flow direction H are connected to an actuator chamber 10 . Each of these actuator chambers is connected to the pressure chamber 14 via a microvalve 13 .
In der Fig. 3 sind die Membranen der Dichtelemente 8 in unterschiedlich in den Rotor spalt S ausgefahrener Stellung dargestellt. Diese Stellungen entsprechen nicht einem tatsächlichen Betriebszustand, sondern dienen lediglich der Veranschaulichung der Be wegung der Dichtelemente 8, die durch ein blasenförmiges Aufblähen der elastischen Membran entsteht.In Fig. 3, the membranes of the sealing elements 8 are shown in different positions in the rotor gap S extended. These positions do not correspond to an actual operating state, but only serve to illustrate the movement of the sealing elements 8 , which is caused by a bubble-like inflation of the elastic membrane.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Reihen der Dichtelemente 8 bzw. Dichtblasen ge staffelt angeordnet, so dass eine durch das Feld der Dichtelemente 8 gerichtete Strö mung auf einen sehr hohen Strömungswiderstand trifft, der die Dichtwirkung der Dich telemente begründet. Zur Erhöhung der Dichtwirkung können auch mehrere Ringe aus Rotorspalt-Steuermodulen vorhanden sein. Diese Ringe können relativ zueinander in Umfangsrichtung verschoben sein, so dass das Rotorspalt-Steuermodul des einen Rin ges den Spalt zwischen zwei Rotorspalt-Steuermodulen des anderen Ringes überdeckt.As can be seen in Fig. 2, the rows of sealing elements 8 or sealing bladders are arranged staggered, so that a flow directed through the field of sealing elements 8 meets a very high flow resistance, which justifies the sealing effect of the tele elements. To increase the sealing effect, several rings made of rotor gap control modules can also be present. These rings can be displaced relative to one another in the circumferential direction, so that the rotor gap control module of one ring covers the gap between two rotor gap control modules of the other ring.
Wie in Fig. 3 weiter zu erkennen ist, bildet das Gehäuse 7 Befestigungsabschnitte 17 aus, die mit entsprechenden Abschnitten des Gehäuses 18 der Strömungsmaschine verbunden werden können. Die dem Rotorspalt S zugewandte Fläche 16 des Rotor spalt-Steuerelements 6 schließt vorzugsweise bündig und spaltfrei mit dem Gehäusee lement 18 ab.As can also be seen in FIG. 3, the housing 7 forms fastening sections 17 which can be connected to corresponding sections of the housing 18 of the turbomachine. The surface 16 of the rotor gap control element 6 facing the rotor gap S preferably closes flush and gap-free with the housing element 18 .
Damit das Rotorspalt-Steuermodul 6 eine autarke Einheit bildet, die unabhängig von den anderen Rotorspalt-Steuermodulen des Ringes um den Rotor Rv eine Einstellung des Rotorspalts vornehmen kann, ist das Rotorspalt-Steuermodul 6 mit einer Steuereinheit 19 sowie einer Sensoreinheit 20 versehen, die in Fig. 3 nur schematisch dargestellt sind. Die Sensoreinheit 20 weist einen Drucksensor (nicht gezeigt) zur Erfassung des Drucks im Rotorspalt, einen weiteren Drucksensor (nicht gezeigt) zur Erfassung des Drucks in der Aktuatorkammer sowie einen Spaltmesssensor (nicht gezeigt) auf, durch den die Größe des Rotorspalts S gemessen werden kann. Der Spaltmesssensor kann auf opti scher oder kapazitiver Basis, vorzugsweise als berührungsfrei arbeiten.So that the rotor gap control module 6 forms an autonomous unit that can make an adjustment of the rotor gap independently of the other rotor gap control modules of the ring around the rotor R v , the rotor gap control module 6 is provided with a control unit 19 and a sensor unit 20 which are only shown schematically in FIG. 3. The sensor unit 20 has a pressure sensor (not shown) for detecting the pressure in the rotor gap, a further pressure sensor (not shown) for detecting the pressure in the actuator chamber and a gap measuring sensor (not shown) by means of which the size of the rotor gap S can be measured , The gap measuring sensor can work on an optical or capacitive basis, preferably as a non-contact.
In der Sensoreinheit 20 ist des weiteren ein Schwingungssensor (nicht gezeigt) inte griert, der auf optischem, kapazitivem oder akustischem (Ultraschall) Wege die Schwin gungen der Rotorblätter R und/oder der Rotorblattspitzen 5 erfasst. Es können alternativ auch Schwingungssensoren zur Erfassung von Gehäuseschwingungen, von Naben- oder Wellenschwingungen sowie von Schwingungen des Dichtelements selber vorgese hen sein.In the sensor unit 20 is further provided a vibration sensor (not shown) system that is integrated, the conditions by optical, capacitive or acoustic (ultrasound) routes the detected oscillations of the rotor blades R and / or the rotor blade tips. 5 Alternatively, vibration sensors can also be provided for detecting housing vibrations, hub or shaft vibrations, and vibrations of the sealing element itself.
Die Sensoreinheit 20 ist mit einer Ausgangsschnittstelle versehen, über welche die je weiligen Sensoren Signale, die repräsentativ für die von ihnen jeweils erfassten Mess größen sind, über eine Datenleitung 21 ausgeben. Die Datenleitung 21 ist mit einer Ein gangsschnittstelle der Steuereinheit 19 verbunden. Die Steuereinheit 19 verarbeitet die von der Sensoreinheit 20 empfangenen Daten und gibt über eine Ausgangsschnittstelle Ausgangsdaten in Abhängigkeit von den Eingangsdaten und in einem Speicher abge speicherten Daten an eine Ausgangsleitung 22 aus. Die Ausgangsleitung 22 ist mit den Ventilen 13 der Aktuatoreinheit verbunden. Auf ein entsprechendes Signal aus der Aus gangsleitung 22 öffnen und schließen sich die Ventile 13. The sensor unit 20 is provided with an output interface, via which the respective sensors output signals, which are representative of the measurement variables recorded by them, via a data line 21 . The data line 21 is connected to an input interface of the control unit 19 . The control unit 19 processes the data received from the sensor unit 20 and outputs output data via an output interface as a function of the input data and data stored in a memory to an output line 22 . The output line 22 is connected to the valves 13 of the actuator unit. On a corresponding signal from the output line 22 open and close the valves 13 .
Zur Versorgung der Steuereinheit 21 und der Sensoreinheit 20 sowie der Mikroventile 13 kann eine interne Energiequelle 22 in Form eines Mittels zur Stromerzeugung im Rotorspalt-Steuermodul vorhanden sein. Dieses Mittel kann, wie in Fig. 3 dargestellt, in Form einer Spule ausgebildet sein, die über ein von außen angelegtes Magnetfeld Energie erzeugt.To supply the control unit 21 and the sensor unit 20 as well as the microvalves 13 , an internal energy source 22 in the form of a means for generating electricity can be present in the rotor gap control module. As shown in FIG. 3, this means can be designed in the form of a coil that generates energy via an external magnetic field.
Die Steuereinheit 20 weist ferner einen Datenbus 23 auf, der an die Gehäuseaußenseite 7 geführt ist, so dass über den Bus eine Verbindung mit externen Steuerelementen so wie mit anderen Rotorspalt-Steuermodulen stattfinden kann. Die Datenleitungen 21 und 22 sowie der Datenbus 23 können auch Teil eines durchgängigen Datenbusses sein, der alle Komponenten des Rotorblatt-Steuermoduls miteinander verbindet. Die Energie quelle, die Aktuatoreinheit mit den Mikroventilen, die Steuereinheit 19 und die Sen soreinheit 20 können alle Elemente eines als einstückiges Mikrosystem aufgebauten Rotorspalt-Steuermoduls darstellen und innerhalb eines einzigen Fertigungsschrittes im wesentlichen gleichzeitig aufgebaut werden.The control unit 20 also has a data bus 23 , which is routed to the outside of the housing 7 , so that a connection to external control elements, such as to other rotor gap control modules, can take place via the bus. The data lines 21 and 22 and the data bus 23 can also be part of a continuous data bus which connects all components of the rotor blade control module to one another. The energy source, the actuator unit with the microvalves, the control unit 19 and the sensor unit 20 can represent all elements of a rotor gap control module constructed as a one-piece microsystem and can be built up essentially simultaneously in a single production step.
Der Datenbus kann auch als eine Funkübertragungsstrecke (nicht gezeigt) ausgebildet sein, bei der die Daten berührungsfrei in Form elektromagnetischer Wellen an eine Empfangsstation weitergegeben werden. In diesem Fall ist eine Sendeeinheit in die Steuereinheit integriert. Um einen bidirektionalen Datenfluss über die Funkübertra gungsstrecke zu ermöglichen, ist die Steuereinheit 20 mit einem Funkempfänger verse hen.The data bus can also be designed as a radio transmission link (not shown), in which the data are passed on to a receiving station without contact in the form of electromagnetic waves. In this case, a transmission unit is integrated in the control unit. In order to enable a bidirectional data flow over the radio transmission path, the control unit 20 is provided with a radio receiver.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls in einem Axialschnitt dargestellt.In FIG. 4, a further embodiment of a Rotorspalt- control module of the invention is shown in an axial section.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber lediglich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel, wie es beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, eingegangen. Dabei werden für die gleichen Bauelemente wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen die gleichen Bezugszeichen verwendet.For the sake of simplicity, only the differences from the first exemplary embodiment, as shown, for example, in FIG. 3, are discussed below. The same reference numerals are used for the same components as in the previous exemplary embodiments.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das Rotorspalt-Steuermodul 6 der Fig. 4 zwei Druckkammern 24, 25 auf, wobei die eine Druckkammer 24 eine mit einem Druck P1 beaufschlagte Überdruckkammer und die Kammer 25 eine mit einem Unter druck P2 beaufschlagte Unterdruckkammer ist. Der Druck P1 ist größer als der Druck PR im Bereich des Rotorspalts. Der Druck P2 ist kleiner als der Druck PR. Beim Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 4 sind die Überdruckkammer 24 und die Unterdruckkammer 25 jeweils mit zwei Mikroventilen 13 mit der Aktuatorkammer 10 verbunden. Durch das Vorsehen von zwei Ventilen ist ein schneller Druckausgleich zwischen jeweils der Ak tuatorkammer 10 und der Unter- oder Überdruckkammer 24, 25 möglich.In contrast to the first exemplary embodiment, the rotor gap control module 6 of FIG. 4 has two pressure chambers 24 , 25 , the one pressure chamber 24 being an overpressure chamber pressurized with a pressure P 1 and the chamber 25 being a pressurized vacuum chamber P 2 . The pressure P 1 is greater than the pressure P R in the area of the rotor gap. The pressure P 2 is less than the pressure P R. When exporting FIG approximately, for example. 4, the pressure chamber 24 and the vacuum chamber 25 are respectively connected to two micro-valves 13 with the actuator chamber 10 degrees. By providing two valves, a quick pressure equalization between the respective actuator chamber 10 and the vacuum or overpressure chamber 24 , 25 is possible.
Die Überdruckkammer 24 ist mit einem Bereich der Strömungsmaschine verbunden, in dem beim Betrieb der Strömungsmaschine ein höherer Druck als im Bereich des Rotor spaltes herrscht. Die Unterdruckkammer 25 dagegen ist mit einem Bereich der Strö mungsmaschine verbunden, der beim normalen Betrieb der Strömungsmaschine mit ei nem niedrigeren Druck als dem Druck im Bereich des Rotorspalts beaufschlagt ist.The overpressure chamber 24 is connected to a region of the turbomachine in which a higher pressure than in the region of the rotor gap prevails during operation of the turbomachine. The vacuum chamber 25, on the other hand, is connected to a region of the flow machine which is subjected to a lower pressure than the pressure in the region of the rotor gap during normal operation of the turbomachine.
Unabhängig vom Aufbau mit den beiden Druckkammern ist in der Fig. 4 eine weitere
Möglichkeit der Energieerzeugung innerhalb des Rotorspalt-Steuermoduls dargestellt:
Die Überdruckkammer 24 ist über eine Mikroturbine 30, die ebenfalls in Mikrostruktur
technik ausgeführt sein kann, mit der Unterdruckkammer 25 verbunden. Durch die Mi
kroturbine 30 findet eine stetige Ausgleichsströmung zwischen der Überdruckkammer
24 und der Unterdruckkammer 25 statt, welche die Mikroturbine antreibt und zur Erzeu
gung von Energie für die Steuereinheit 19, die Sensoreinheit 20 und die Mikroventile 13
beiträgt oder die Energieversorgung des Rotorspalt-Steuermoduls alleine bewerkstelligt.
Zur Energieerzeugung kann die Mikroturbine 30 mit einem magnetischen Rotor 31 ver
sehen sein, der über eine Spule 32 Strom erzeugt. Dieser Aspekt der Energieerzeugung
ist auch unabhängig von der Verwendung des Rotorspalt-Steuermoduls 6 vorteilhaft.Regardless of the structure with the two pressure chambers, FIG. 4 shows a further possibility of generating energy within the rotor gap control module:
The pressure chamber 24 is connected to the vacuum chamber 25 via a microturbine 30 , which can also be implemented using microstructure technology. By Mi croturbine 30 there is a steady equalization flow between the pressure chamber 24 and the vacuum chamber 25 , which drives the microturbine and contributes to the generation of energy for the control unit 19 , the sensor unit 20 and the microvalves 13 or the energy supply of the rotor gap control module alone accomplished. To generate energy, the microturbine 30 can be seen with a magnetic rotor 31 , which generates electricity via a coil 32 . This aspect of energy generation is also advantageous regardless of the use of the rotor gap control module 6 .
Die Ausgleichsströmung durch die Mikroturbine 30 hindurch ist so gering, dass der Wir kungsgrad der Strömungsmaschine nicht beeinflusst wird.The compensating flow through the microturbine 30 is so low that the efficiency of the turbomachine is not affected.
In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotorspalt- Steuermoduls gezeigt. Es wird der Einfachheit halber wiederum nur auf die Unterschie de zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen eingegangen, wobei für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie bei den obigen Ausführungsbeispielen verwendet werden.In Fig. 5 a third embodiment is shown a Rotorspalt- control module of the invention. For the sake of simplicity, only the differences to the previous exemplary embodiments are again discussed, the same reference numerals being used for the same components as in the above exemplary embodiments.
Ein erster Unterschied des dritten Ausführungsbeispiels zu den vorangegangenen Aus führungsbeispielen besteht darin, dass mehrere Dichtelemente 8 jeweils von einem Hüllkörper 35 umgeben sind, der aus einem abriebfesten Material besteht. Der Hüllkör per 35 schützt die Dichtelemente 8 vor einer Berührung mit der Rotorblattspitze 12. A first difference of the third exemplary embodiment from the preceding exemplary embodiments consists in the fact that several sealing elements 8 are each surrounded by an enveloping body 35 , which consists of an abrasion-resistant material. The Hüllkör by 35 protects the sealing elements 8 from contact with the rotor blade tip 12th
Unabhängig vom Hüllkörper 35 besteht ein weiterer Unterschied des dritten Ausfüh rungsbeispiels zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in der Anordnung der Druckkammern 24, 25.Regardless of the envelope body 35, there is a further difference between the third exemplary embodiment and the previous exemplary embodiments in the arrangement of the pressure chambers 24 , 25 .
Da die Überdruckkammer 25 meist mit einem wärmeren Fluid als die Unterdruckkammer 24 beaufschlagt ist, wird durch die Anordnung der Überdruckkammer 25 innerhalb der Unterdruckkammer 24 ein Temperaturausgleich erzielt.Since the overpressure chamber 25 is usually supplied with a warmer fluid than the underpressure chamber 24 , temperature compensation is achieved by arranging the overpressure chamber 25 within the underpressure chamber 24 .
Die Unterdruckkammer 24 umgibt zumindest abschnittsweise die Überdruckkammer 25, so dass das Rotorspalt-Steuermodul nicht überhitzt. Das Rotorspalt-Steuermodul 6 der Fig. 5 weist außerdem kein Gehäuse 7 auf, sondern ist als Mikrostrukturblock bereits in der entsprechenden standardisierten Form aufgebaut.The vacuum chamber 24 surrounds the pressure chamber 25 at least in sections, so that the rotor gap control module does not overheat. The rotor gap control module 6 of FIG. 5 also has no housing 7 , but is already constructed as a microstructure block in the corresponding standardized form.
Im Folgenden wird die Funktion des erfindungsgemäßen Rotorspalt-Steuermoduls an
hand des Ausführungsbeispiels, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, beschrieben:
Der Spaltsensor der Sensoreinheit 19 misst die Größe des Rotorspalts zwischen der
Rotorspaltspitze 12 und den Dichtelementen 8 und leitet den Messwert über die Daten
leitung 21 an die Steuereinheit 19 weiter. Die Steuereinheit 19 vergleicht diesen Mess
wert mit einprogrammierten Schwellenwerten und gibt in Abhängigkeit von diesem Ver
gleich ein Ausgangssignal über die Datenleitung 22 an die Aktuatoreinheit mit den Mi
kroventilen 13 aus. Die Schwellenwerte können in der Steuereinheit 19 fest abgelegt
sein, oder aber über den Datenbus 23 in Abhängigkeit von der Betriebsdauer ständig
aktualisiert werden.The function of the rotor gap control module according to the invention is described below using the exemplary embodiment as illustrated in FIG. 2:
The gap sensor of the sensor unit 19 measures the size of the rotor gap between the rotor gap tip 12 and the sealing elements 8 and forwards the measured value via the data line 21 to the control unit 19 . The control unit 19 compares this measured value with programmed threshold values and, depending on this comparison, outputs an output signal via the data line 22 to the actuator unit with the micro valves 13 . The threshold values can be stored permanently in the control unit 19 or can be updated continuously via the data bus 23 depending on the operating time.
Verringert sich der Rotorspalt unter einen vorgegebenen unteren Schwellenwert, so be deutet dies, dass der Rotorspalt zu klein ist und demzufolge die Dichtelemente 8 aus dem Rotorspalt hinausbewegt werden müssen. Hierzu sendet die Steuereinheit 19 Si gnale an die Mikroventile 13 aus, die die Unterdruckkammer 24 mit der Aktuatorkammer 10 verbinden. Die Luft strömt aus der Aktuatorkammer heraus, da sich der Druck in der Kammer absenkt. Die Membran des Dichtelements 8 zieht sich zusammen, so dass sich der Rotorspalt S vergrößert. Zu einer feineren Regelung können auch mehrere Schwel lenwerte in der Steuereinheit 19 abgelegt sein, die in einer Weiterbildung in Abhängig keit von den in der Strömungsmaschine gerade vorherrschenden Betriebsparametern zur Einstellung des für diese Betriebsparameter optimalen Rotorspalt verwendet wer den. If the rotor gap decreases below a predetermined lower threshold value, this means that the rotor gap is too small and consequently the sealing elements 8 have to be moved out of the rotor gap. For this purpose, the control unit 19 sends signals to the microvalves 13 , which connect the vacuum chamber 24 to the actuator chamber 10 . The air flows out of the actuator chamber as the pressure in the chamber drops. The membrane of the sealing element 8 contracts, so that the rotor gap S increases. For a finer regulation, several threshold values can also be stored in the control unit 19 , which are used in a further development depending on the operating parameters currently prevailing in the turbomachine for setting the optimum rotor gap for these operating parameters.
Die Sensoreinheit 20 überwacht permanent den Druck in der Aktuatorkammer und die Größe des Rotorspalts. Wird beim Vergleich durch die Steuereinheit 19 festgestellt, dass die vorgegebene Rotorspaltbreite erreicht wird, so wird das geöffnete Mikroventil 13 wieder geschlossen und der Druck in der Aktuatorkammer konstant gehalten.The sensor unit 20 continuously monitors the pressure in the actuator chamber and the size of the rotor gap. If the control unit 19 compares that the predetermined rotor gap width is reached, the opened microvalve 13 is closed again and the pressure in the actuator chamber is kept constant.
Liegt dagegen der vom Spaltsensor gemessene Wert des Rotorspalts oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwert, so bedeutet dies, dass der Rotorspalt S zu groß ist. Folg lich öffnet die Steuereinheit 19 die Mikroventile 13, welche die Aktuatorkammer 10 mit der Überdruckkammer 25 verbinden. Dadurch erhöht sich der Druck in der Aktuator kammer 10, und die Membranen der Dichtelemente weiten sich unter dem Druckeinfluss und bilden eine Dichtblase. Die Dichtelemente dehnen sich in Richtung des Rotorspaltes aus und verkleinern den Spalt. Wenn der gemessene Wert des Rotorspalts wieder in nerhalb der beiden Schwellenwerte liegt, wird das offene Ventil wieder geschlossen.On the other hand, if the value of the rotor gap measured by the gap sensor lies above a predetermined threshold value, this means that the rotor gap S is too large. Consequently, the control unit 19 opens the microvalves 13 , which connect the actuator chamber 10 to the pressure chamber 25 . This increases the pressure in the actuator chamber 10 , and the membranes of the sealing elements expand under the influence of pressure and form a sealing bladder. The sealing elements expand in the direction of the rotor gap and reduce the gap. When the measured value of the rotor gap is again within the two threshold values, the open valve is closed again.
Der obere Schwellenwert kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,3 und 2 mm, der untere Schwellenwert im Bereich zwischen 0,1 und 0,7 mm liegen.The upper threshold can range, for example, between 0.3 and 2 mm lower threshold is in the range between 0.1 and 0.7 mm.
Über die Überwachung des Drucks in der Aktuatorkammer 10 kann ein Fehlersignal über die Steuereinheit 19 ausgegeben werden. Stimmt der Druck der Aktuatorkammer 10 stets mit dem Druck PR im Bereich des Rotors überein, so liegt eine Undichtigkeit vor und das Element muss ausgetauscht werden.An error signal can be output via the control unit 19 by monitoring the pressure in the actuator chamber 10 . If the pressure of the actuator chamber 10 always corresponds to the pressure P R in the area of the rotor, there is a leak and the element must be replaced.
Durch dieses Verfahren regelt das Rotorspalt-Steuermodul die Größe des Rotorspalts S automatisch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen auf einen optimalen Wert. Die Logik in der Steuereinheit 19 ist vorzugsweise auf einfache Vergleichsarithmetik be schränkt, so dass die Steuereinheit einfach aufgebaut und die Steueralgorithmen schnell ausführbar sind.With this method, the rotor gap control module automatically regulates the size of the rotor gap S to an optimal value under different operating conditions. The logic in the control unit 19 is preferably limited to simple comparison arithmetic, so that the control unit is simple and the control algorithms can be executed quickly.
Durch die Integration von Steuereinheit, Sensoreinheit und Energiequelle im Rotorspalt- Steuermodul wird eine vollkommen autarke Regelung des Rotorspalts durch ein aus tauschbares Modul erreicht.By integrating the control unit, sensor unit and energy source in the rotor gap Control module is a completely self-sufficient regulation of the rotor gap by a exchangeable module reached.
Diese Funktionalität wird ergänzt durch die Möglichkeit der Überwachung von Bauteilen der Strömungsmaschine durch weitere Sensoren, wie beispielsweise dem Schwin gungssensor. Dadurch kann zum einen der Betriebszustand der Strömungsmaschine während des Betriebs überwacht werden, um rechtzeitig vor Ausfällen von Bauteilen zu warnen oder um auf fällige Wartungsarbeiten hinzuweisen. Zum anderen kann bei dieser Weiterbildung auch über eine Auswertung der Ergebnisse der Betrieb der Strö mungsmaschine optimiert werden.This functionality is supplemented by the possibility of monitoring components the turbomachine by other sensors, such as the Schwin supply sensor. On the one hand, this allows the operating state of the turbomachine be monitored during operation to ensure timely before component failures warn or to indicate that maintenance work is due. On the other hand, with this Training also through an evaluation of the results of the operation of the river machine can be optimized.
Durch Datenleitungen sind mehrere Rotorspalt-Module miteinander vernetzbar, so dass auch eine synchronisierte Betätigung mehrerer Rotorspalt-Steuermodule erreicht wird und die Daten eines einzelnen Rotorspalt-Steuermoduls weiteren Modulen zur Verfeine rung der Steuerung zur Verfügung gestellt werden können.Several rotor gap modules can be networked with one another by data lines, so that synchronized actuation of several rotor gap control modules is also achieved and the data of a single rotor gap control module for further modules controller can be made available.
Die einfache Steuerungslogik und die kleinen bewegten Massen der erfindungsgemä ßen Rotorspalt-Steuermodule ermöglichen ein Ansprechverhalten, das im Bereich der Blattfrequenz des Rotors liegt, so dass es möglich ist, den Rotorspalt an einzelne Rotor blätter anzupassen.The simple control logic and the small moving masses of the invention ß rotor gap control modules enable a response that is in the range of Blade frequency of the rotor lies so that it is possible to pass the rotor gap to individual rotor adjust sheets.
In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Rotorspalt- Steuermodule in einer der obigen Ausgestaltungen als Wellendichtmodul gezeigt.In Figs. 6 and 7 show a further possible application of the Rotorspalt- control modules in one of the above embodiments is shown as a shaft sealing module.
Fig. 6 zeigt einen Axialschnitt durch die Welle und die Dichtmodule. Fig. 6 shows an axial section through the shaft and the sealing modules.
Wie beim Rotorspalt-Steuermodul, so können auch bei der Verwendung als Wellen dichtmodul mehrere Reihen von Rotorspalt-Steuermodulen hintereinander angeordnet werden. Der einzige Unterschied zum Rotorspalt-Steuermodul besteht darin, dass die Gegendichtfläche bei dieser Anwendung im wesentlichen durchgängig ist.As with the rotor gap control module, it can also be used as shafts sealing module several rows of rotor gap control modules arranged one behind the other become. The only difference to the rotor gap control module is that the The counter sealing surface is essentially continuous in this application.
Durch die gestaffelte Anordnung der Dichtelemente 8 ist eine gute Abdichtung gegen die Wellenoberfläche 40 erreichbar.Due to the staggered arrangement of the sealing elements 8 , a good seal against the shaft surface 40 can be achieved.
Um eine Abdichtung auch im Übergangsbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung auf einanderfolgenden Dichtmodulen zu erreichen, sind die Dichtmodule gestaffelt angeord net, so dass jeweils ein Dichtelement 8" der einen Reihe in den Bereich zwischen zwei Dichtmodulen 6 einer anderen Reihe fallen.In order to achieve a seal in the transition area between two sealing modules that follow one another in the circumferential direction, the sealing modules are staggered so that one sealing element 8 ″ of one row falls in the area between two sealing modules 6 of another row.
Wird ein abriebfestes Material für die Dichtelemente 8 verwendet, so können die Dich telemente 8 die Wellenoberfläche 40 auch direkt berühren. Durch den Aufblasdruck in der Membran wird auf diese Weise die Anpresskraft der Dichtelemente auf die Gegen dichtfläche geregelt.Is an abrasion-resistant material used for the sealing elements 8, so the you can tele elements 8 40 touch directly the shaft surface. The contact pressure of the sealing elements on the counter sealing surface is regulated in this way by the inflation pressure in the membrane.
In Fig. 7 ist ein Wellendichtmodul mit dem Aufbau des Rotorspalt-Steuermoduls der Fig. 5 in einem Axialschnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6 gezeigt. FIG. 7 shows a shaft sealing module with the structure of the rotor gap control module of FIG. 5 in an axial section along the line VII-VII of FIG. 6.
Wie in Fig. 7 zu erkennen ist, bildet die Welle einen Dichtabsatz 41 aus, an dem zwei Reihen von zu einem Ring zusammengeschlossenen Dichtmodulen ausgebildet sind, die analog zu einem Rotorspalt-Steuermodul ausgebildet sind. Auch hier besteht die Dichtfläche aus einer Vielzahl von diskreten Flächen und beruht die Dichtwirkung auf ei ner Erhöhung des Strömungswiderstandes bei einer Bewegung von Fluidteilchen durch die Dichtelemente hindurch.As can be seen in FIG. 7, the shaft forms a sealing shoulder 41 , on which two rows of sealing modules joined together to form a ring are formed, which are designed analogously to a rotor gap control module. Here too, the sealing surface consists of a large number of discrete surfaces and the sealing effect is based on an increase in the flow resistance when fluid particles move through the sealing elements.
Das schnelle Ansprechverhalten der Dichtmodule erlaubt eine gute Abdichtung auch bei einer Exzentrizität oder bei Biegeschwingungen der Welle, da die Dichtelemente, wie oben am Beispiel der Rotorspaltsteuerung ausgeführt, sofort auf eine Bewegung der Welle und damit einer Änderung des Dichtungsspaltes reagieren.The quick response of the sealing modules also allows a good seal an eccentricity or bending vibrations of the shaft, since the sealing elements, such as Executed above using the example of the rotor gap control, immediately upon a movement of the Shaft and thus a change in the seal gap react.
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