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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR INFLUENCING THE FLOW IN A TURBOMACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/055606
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (10) for influencing the flow in a turbomachine (1), which device comprises a housing (1a) and at least one blade ring (9), which has a plurality of blades (15) and rotates within the housing (1a). There is a gap (11) between the housing (1a) and the blade ring (9), which gap is continuous in the axial direction (x) and has a discontinuous height around the periphery of the blade ring (9). By means of the gap, the gap flow over the blade ring (9) is locally increased and the flow in the boundary layer with respect to the housing (1a) is stabilized.

Inventors:
SCHATZ MARKUS (DE)
VOGT DAMIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/073362
Publication Date:
April 14, 2016
Filing Date:
October 09, 2015
Export Citation:
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Assignee:
UNIV STUTTGART (DE)
International Classes:
F01D5/20; F01D11/08
Domestic Patent References:
WO2002025065A12002-03-28
Foreign References:
EP2538024A12012-12-26
US20070237627A12007-10-11
EP1413712A12004-04-28
EP0256790A21988-02-24
DE102012106175A12013-01-17
Attorney, Agent or Firm:
SCHMID, WOLFGANG (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung in einer Turbomaschine (1 ), mit einem Gehäuse (1a) und mit wenigstens einem, mehrere Schaufeln (15) aufweisenden, innerhalb des Gehäuses (1a) rotierenden Schaufelkranz (9),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

sich zwischen dem Gehäuse (1a) und dem Schaufelkranz (9) ein in Axialrichtung (x) durchgehender, um den Umfang des Schaufelkranzes (9) eine diskontinuierliche Höhe aufweisender Spalt (11) befindet, durch welchen sich eine lokale Erhöhung des Spaltstroms über den Schaufelkranz (9) und eine Stabilisierung der Strömung in der Grenzschicht zu dem Gehäuse (1a) ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt (11) eine derartige Größe aufweist, dass sich durch denselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz (9) und dem Gehäuse (1a) gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt (11) durch wenigstens eine Ausnehmung (12) an dem Schaufelkranz (9) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Schaufelkranz (9) ein Deckband (13) mit wenigstens einer umlaufenden Dichtspitze (14) aufweist, welche durch wenigstens eine in Axialrichtung (x) durchgehende Ausnehmung (12) unterbrochen ist, um den die diskontinuierliche Höhe aufweisenden Spalt (11) derart zu bilden, dass sich durch denselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der Dichtspitze (14) und dem Gehäuse (1a) gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die wenigstens eine Ausnehmung (12) eine derartige Größe aufweist, dass die Vergrößerung der freien Fläche pro Ausnehmung (12) mindestens 1% der gesamten freien Fläche zwischen der Dichtspitze (14) und dem Gehäuse (1a) ohne Ausnehmungen beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Fläche der wenigstens einen Ausnehmung (12) mindestens 50% der Fläche der Dichtspitze (14) über die Länge der Ausnehmung (12) in Umfangsrichtung beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt (11) dadurch gebildet ist, dass zumindest eine der frei stehenden Schaufeln (15) des Schaufelkranzes (9) eine geringere Länge aufweist als eine andere frei stehende Schaufel (15) des Schaufelkranzes (9).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

mindestens eine und höchstens die Hälfte der frei stehenden Schaufeln (15) eine Länge aufweisen, die geringer ist als die mittlere Länge der verbleibenden ungekürzten Schaufeln (15), so dass sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der jeweiligen Schaufel (15) und dem Gehäuse (1 a) gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt (11) durch Ausnehmungen (16,17a) an dem Gehäuse (1a) oder einem mit dem Gehäuse (1a) verbundenen Bauteil gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Gehäuse (1a) oder ein mit dem Gehäuse (1a) verbundenes Bauteil radial außerhalb des Schaufelkranzes (9) eine oder mehrere in Axialrichtung (x) durchgehende Ausnehmungen (16,17a) aufweist, so dass sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz (9) und dem Gehäuse (1a) gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

in dem Gehäuse (1a) ein drehbarer Ring (17) gelagert ist, mit dem die Ausnehmungen (16) zumindest teilweise verschließbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

in dem Gehäuse (1 a) ein drehbarer Ring (17) gelagert ist, der die Ausnehmungen (17a) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

das Gehäuse (1a) zwei gegeneinander verdrehbare Ringe aufweist, welche jeweils Ausnehmungen aufweisen, wobei wenigstens einer der Ringe drehbar an dem Gehäuse (1a) gelagert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt (11) durch mehrere Ausnehmungen (12,16,17a) gebildet ist, die um den Umfang des Gehäuses (1a) oder des Schaufelkranzes (9) mit geringen Abweichungen gleich verteilt angeordnet sind.

15. Turbomaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welche in einem Bereich vor einem Diffusor (7) angeordnet ist.

16. Turbomaschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welche in einem Verdichterabschnitt (5) angeordnet ist.

Description:
Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung in einer Turbomaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung in einer Turbomaschine, mit einem Gehäuse und mit wenigstens einem, mehrere Schaufeln aufweisenden, innerhalb des Gehäuses rotierenden Schaufelkranz. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Turbomaschine mit einer derartigen Vorrichtung.

Der Begriff "Turbomaschine" im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung umfasst Turbinen und Verdichter. Stromab von Turbinen werden häufig Diffusoren eingesetzt, die die Aufgabe haben, die Strömung am Austritt der Turbine zu verzögern, um auf diese Weise die in diesem Bereich noch vorhandene kinetische Energie der Strömung, beispielsweise einer Luft- oder Dampfströmung, in potenzielle Energie in Form von statischem Druck umzuwandeln, was als Druckrückgewinn bezeichnet wird. Um dies zu erreichen, wird bei bekannten Lösungen der Strömungsquerschnitt vom Eintritt des Diffusors in Richtung seines Austritts erweitert. Durch diese Vergrößerung des Querschnitts des Diffusors wird eine Verzögerung der Strömung erreicht. Der Diffusor bewirkt ein Absinken des Gegendrucks am Austritt, so dass ein höheres Enthalpiegefälle zur Verfügung steht,

d. h. mehr Arbeit umgesetzt und dadurch der Wirkungsgrad der Turbine gesteigert wird.

Ein maximaler Druckrückgewinn bei einem Diffusor wird bei einem Öffnungswinkel erreicht, bei dem gerade noch keine Strömungsablösung auftritt. Eine solche Strömungsablösung kann dadurch entstehen, dass die Grenzschicht an der Wand des Diffusors mit zunehmender Lauflänge immer mehr an Energie verliert und gleichzeitig durch die Verzögerung der Strömung ein Druckanstieg auftritt, was innerhalb der Grenzschicht eine Strömungsumkehr und damit eine Ablösen der Strömung von der Wand bewirken kann. Eine Vergrößerung des Öffnungswinkels der Turbine erhöht das Risiko einer Strömungsablösung. Das Auftreten von Strömungsablösungen führt zu großflächigen Rückströmun- gen innerhalb des Diffusors, was letztendlich eine nicht ausreichende Verzögerung der Strömung zur Folge hat. Hierdurch wird der Druckrückgewinn verringert und kann teilweise sogar negativ ausfallen. Die beschriebenen, im Falle einer Strömungsablösung auftretenden Rückströmgebiete sind meist nicht stationär, sondern können erhebliche Druck- und Geschwindigkeitsfluktuationen innerhalb des Diffusors auslösen, was auch zu strukturmechanischen Problemen innerhalb des Diffusors führen kann. Aufgrund der beschriebenen Risiken werden Diffusoren heutzutage meist sehr vorsichtig ausgelegt, indem der Diffusor entweder recht lang ist oder einen geringen Öffnungswinkel aufweist, wodurch ein geringerer Druckrückgewinn in Kauf genommen wird. Dies führt jedoch entweder zu sehr hohen Kosten oder zu einem nicht optimalen Wirkungsgrad der Turbine.

Da Turbinen in Kraftwerken aufgrund der stark fluktuierenden Einspeisung von regenerativen Energien meist in einem sehr breiten Lastbereich von sehr niedriger Teillast bis hin zu extremer Überlast gefahren werden, kann das Auftreten von Strömungsablösungen im Diffusor auf der Grundlage der geometrischen Parameter, also der Länge und des Flächenverhältnisses zwischen Eintritt und Austritt, kaum vermieden werden. Dies ist ein weiterer Grund, weshalb Diffusoren häufig sehr vorsichtig bzw. konservativ ausgelegt werden, um einen Kompromiss zwischen einem möglichst hohen Druckrückgewinn, einem großen Betriebsbereich und einer wirtschaftlich akzeptablen Länge des Diffusors zu erreichen.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur passiven Beeinflussung der Strömung in Turbinen bekannt, die insbesondere eine Energetisierung der Grenzschicht im Bereich des Diffusors bewirken sollen, indem künstlich Wirbel erzeugt werden oder der Turbulenzgrad der Strömung erhöht wird, wodurch ein verstärkter Austausch von Energie und Impuls zwischen der Hauptströmung und der Grenzschicht stattfindet. Diese passiv arbeitenden Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass sie sich ständig im Strömungskanal befinden und daher in denjenigen Betriebsbereichen, in denen der Diffusor stabil arbeitet, zusätzliche Verluste verursachen. Ein Beispiel hierfür ist in "Improving curved subsonic diffuser Performance with vortex generators" von B. A. Reichert und B. J. Wendt in AIAA-Journal 34(1 ), 1996 beschrieben.

Des Weiteren ist aus "Control of Separation in a conical diffuser by vortex generator jets" von M. Nishi, Y. Kouichi und M. Keisuke in JSME Series B, 41 (1 ), 1998 ein aktives Verfahren bekannt, bei dem in den Diffusor zusätzlich ein Arbeitsfluid, z.B. Luft, eingeblasen wird, um die Grenzschicht zu energetisieren bzw. um den Turbulenzgrad zu erhöhen. Das Problem des zusätzlichen Einblasens von Arbeitsfluid ist jedoch, dass dieses aus einem Bereich höheren Druckes innerhalb der Turbine und insbesondere bei Gasturbinenanlagen dem Verdichter entnommen werden muss. Da der entnommene Massenstrom jedoch nicht an der Arbeitsumsetzung teilnimmt, verringert sich auf diese Weise die Leistungsabgabe der Turbine und damit der Wirkungsgrad. Hinzu kommt, dass die aktiven Verfahren meist auch relativ energieintensiv und kostspielig sind.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung und eine entsprechende Turbine sind aus der US 2012/0102956 A1 bekannt. Hierbei ist zwischen dem Gehäuse und den Turbinenschaufeln ein Spalt mit einer Höhe von ca. 2,3 bis 3,8 mm (90 bis 150 mils) vorgesehen, durch den eine Leckströmung erzeugt werden soll, um eine Grenzschicht entlang einer äu ßeren Wandung eines nachfolgenden Diffusors zu energetisieren.

Eine Erhöhung des Spaltmassenstroms durch die Vergrößerung des Spalts zwischen Laufschaufeln und Gehäuse, wie dies in der US 2012/0102956 A1 beschrieben ist, kann zwar zur Stabilisierung des Diffusors beitragen, da der Spaltmassenstrom nicht an der Arbeitsumsetzung innerhalb der Laufschaufel teilnimmt und da es zu einer Interaktion zwischen der Hauptströmung und der Spaltströmung kommen kann, kann dies jedoch auch zu einem Wirkungsgrad- und Leistungsabfall der Turbine führen. Durch den bei dieser Lösung vorhandenen, verhältnismäßig großen Spalt, der zu einer sehr hohen Leckströmung führt, verringert sich der Wirkungsgrad der Turbine in den meisten Anwendungsbereichen. Diese Verluste durch den Spaltmassenstrom überwiegen den höheren Druckrückgewinn im Diffusor bei weitem. Einen ähnlichen Stand der Technik beschreibt auch "A Trade-Off Study of Rotor Tip Clearance Flow in a Turbine/Exhaust Diffuser System" von S. Farokhi in ASME-Paper No. 87-GT-214, 1989.

Ein Spalt zwischen den rotierenden Teilen der Turbomaschinen einerseits, d.h. der Welle und den Laufschaufeln, und den stehenden Teilen andererseits, d.h. dem Gehäuse, ist notwendig, um die Relativbewegung zwischen den Komponenten zu ermöglichen. Um die durch die Spaltströmung verursachten Verluste zu minimieren, wird meist versucht, den Radialspalt, also den Abstand zwischen den Schaufelenden und dem Gehäuse bei frei stehenden Schaufeln bzw. die freie Fläche zwischen dem Deckband des Schaufelkranzes und dem Gehäuse, so gering wie möglich zu halten.

Als Faustregel wird häufig angegeben, dass der Radialspalt mindestens 1 /1000 des Schaufelkranz-Durchmessers betragen soll. Dabei ist zu beachten, dass der Spalt im Betrieb der Turbomaschine reduziert wird, beispielsweise auf Grund der Fliehkraftdehnung und der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Gehäuse und Laufschaufeln. Diesen statischen Dehnungen ist zudem eine Radialbewegung auf Grund von Wellenschwingungen überlagert. Wird der Spalt zu gering ausgeführt, besteht die Gefahr, dass die rotierenden Komponenten der Turbomaschine am Gehäuse anstreifen. Dies kann zu dauerhaft höheren Verlusten oder sogar zur Zerstörung der Turbomaschine führen.

Um das Risiko eines Anstreifens bei möglichst geringem Spalt bzw. die daraus resultierenden Schäden zu minimieren, werden nach dem Stand der Technik verschiedene Verfahren eingesetzt.

Zunächst wird die minimale Spalthöhe zumeist nicht über die ganze Breite der Schaufelspitze bzw. die axiale Deckbandlänge eingestellt, da es in diesem Fall zu einem großflächigen Anlaufen kommen könnte. Vielmehr werden zumeist möglichst dünne Strukturen verwendet, die im Falle eines Anstreifens zwar beschädigt werden können, wodurch die Dichtwirkung nachlässt, was jedoch in der Regel keine größeren Beschädigungen oder gar einen Ausfall der Turbomaschine zur Folge hat. Eine solche Vorrichtung für frei stehende Schaufeln ist beispielsweise in der US 2007/02376237 beschrieben.

Bei Schaufelkränzen mit Deckband ist letzteres üblicherweise mit einer oder mehreren Dichtspitzen oder -rippen besetzt, die dadurch in axialer Richtung eine oder mehrere Wirbelkammern bilden und somit die Dichtwirkung erhöhen. Diese Ausführung wird auch als Labyrinthdichtung bezeichnet. Um die Dichtwirkung weiter zu verbessern, werden diese Dichtspitzen sowie die Gegenlaufflächen im Gehäuse oft radial versetzt angebracht, um so ein gestuftes Labyrinth zu erzeugen.

Um die in solchen Dichtrippen beim Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen zu reduzieren, werden diese zum Teil geometrisch so ausgeführt, dass der Rippenquerschnitt in radialer Richtung erweitert wird, wie zum Beispiel in der EP 1 413 712 A1 beschrieben. Zusätzlich dienen einzelne kleine Trennschlitze dazu, die auf Grund der Fliehkraft entstehenden Druckspannungen in den Rippen zu verringern.

Des Weiteren wird die Gegenlauffläche im Gehäuse üblicherweise mit einer weichen Be- schichtung versehen, die im Falle eines Anstreifens abgetragen wird. Um diesen Vorgang zu begünstigen, können die Schaufelspitzen von frei stehenden Schaufeln, wie z.B. in der EP 0 702 130 A2 beschrieben, mit einem schneidfähigen Anstreifbelag ausgeführt werden, während die Dichtspitzen von Deckbandschaufeln mit einer schneidenförmigen Geometrie versehen werden können, wie z.B. in WO 02/25065 A1 dargelegt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Dichtungen im Gehäuse in radial nachgiebigen Segmenten anzuordnen, wie dies beispielsweise in der US 5,603,510 A oder der US

6,502,823 B1 offenbart ist.

Da der Spaltstrom nicht an der Umlenkung innerhalb des Schaufelkranzes teilnimmt und deshalb eine andere Strömungsrichtung aufweist als der Hauptmassenstrom, wird in der DE 10 2012 106 175 A1 zusätzlich durch drallbrechende Strukturen innerhalb des Anstreifbelags bzw. durch vor- und nachgelagerte drallbrechende Elemente versucht, die Strömungsrichtung des Spaltmassenstroms ähnlich zu der des Hauptmassenstroms einzustellen, um dadurch die Mischungsverluste, welche durch die Interaktion von Spalt- und Hauptmassenstrom entstehen, zu reduzieren.

Für frei stehende Schaufeln sind Ansätze bekannt, bei denen versucht wird, den Spaltwirbel als solchen mithilfe von sich teilweise über die Schaufel erstreckenden Ausnehmungen zwischen Saug- und Druckseite zu schwächen. Eine solche Vorgehensweise ist in der EP 2 538 024 A1 beschrieben.

Allen diesen Maßnahmen liegt der Gedanke zu Grunde, den Spaltmassenstrom in seiner Gesamtheit zu reduzieren, um den Wirkungsgrad der einzelnen Turbinenstufen zu verbessern. Jedoch wird dadurch auch die vorteilhafte Wirkung der Spaltströmung auf die Strömung im Diffusor beseitigt, was zwangsläufig zu der oben angesprochenen sehr vorsichtigen Auslegung von Diffusoren führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung in einer Turbomaschine zu schaffen, mit der Strömungsablösungen vermieden und der Wirkungsgrad der Turbomaschine verbessert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Durch den erfindungsgemäßen, auf Grund von einzelnen Ausnehmungen um den Umfang des Schaufelkranzes eine diskontinuierliche Höhe aufweisenden und in Axialrichtung durchgehenden Spalt wird eine lokale Erhöhung des Spaltstroms über den Schaufelkranz erreicht. Im Falle eines dem Schaufelkranz der Turbomaschine nachgeordneten Diffusors kann dadurch die Energetisierung der Grenzschicht an der Wandung des Diffusors, also das Einbringen von Energie in diese Grenzschicht, verbessert werden, was zu einer Stabilisierung der Grenzschichtströmung führt und letztendlich höhere Druckrückgewinne bzw. eine Verkürzung des Diffusors bei konstantem Druckrückgewinn ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es damit, deutlich "aggressivere", d. h. bei gleichem Verhältnis von Eintritts- zu Austrittsfläche, kürzere Diffusoren zu bauen, so dass die Anlagenkosten deutlich reduziert werden können. Des Weiteren kann durch den erfindungsgemäßen Spalt die Entstehung großer Rückströmgebiete in einem dem Schaufelkranz nachgeordneten Bereich vermieden werden, welche ansonsten durch niederfrequente Pulsationen strukturmechanische Probleme verursachen können.

Dadurch, dass die Höhe des Spalts um den Umfang des Schaufelkranzes diskontinuierlich ist, kann in den Bereichen, in denen der Spalt eine größere Höhe aufweist, ein ausreichend großer Massenstrom erreicht werden, der die oben beschriebene Energetisierung der Grenzschicht sicherstellt, wobei gleichzeitig durch die Beschränkung eines solchen Spalts auf einzelne Abschnitte des Umfangs des Schaufelkranzes ein zu hoher Spaltverlust, der den Wirkungsgrad der Turbomaschine zu stark verringern würde, vermieden wird.

Die Spaltfläche der ursprünglichen Ausführung ist hierbei durch die freie Fläche zwischen dem Schaufelkranz und dem Gehäuse bei der Ausführung mit kontinuierlichem Spalt definiert. Daher wird diese Spaltfläche teilweise auch als freie Fläche zwischen dem Schaufelkranz und dem Gehäuse bezeichnet.

Da die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Lösung einen um den Umfang des Schaufelkranzes gleichmäßig hohen Spalt aufweisen, tritt bei denselben entweder ein zu geringer Massenstrom, mit dem eine Energetisierung der Grenzschicht nicht erreicht werden kann, oder eine zu starke Verringerung des Wirkungsgrads der Turbomaschine auf. Bei anderen Ausführungen mit sich verändernder Spalthöhe, bei welchen die Variation der Spalthöhe z.B. bei einer Ausfüh- rung der Schaufelspitze wie in der EP 0 702 130 A2 bzw. des Deckbands wie in der WO 02/25065 A1 nur gering ausfällt, und deren Sinn darin besteht, die Dichtwirkung im Ganzen zu verbessern, tritt ebenfalls ein zu geringer Massenstrom im Spalt auf, so dass eine Energetisierung der Grenzschicht nicht erreicht werden kann.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass aufgrund des verhältnismäßig großen Spalts in bestimmten Abschnitten am Umfang des Schaufelkranzes das Problem der Fertigungstoleranzen sowie der Längung der Turbinenschaufeln und der damit verbundenen Größenänderung des Spalts umgangen werden kann.

Ein anderes, allgemein bekanntes Problem bei Turbomaschinen ist das Flattern der Schaufeln, insbesondere wenn Schaufelkränze ohne Deckbänder eingesetzt werden. Dieses Schaufelflattern kann sowohl bei in Verdichtern als auch bei in Turbinen eingesetzten Schaufelkränzen auftreten.

Im Falle des Einsatzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Verdichter oder einer Turbine kann eine ansonsten auftretende, zu einem Flattern der Turbinenschaufeln führende Interaktion von Strömung und Schaufeln vermieden werden. Durch die Veränderung der Spaltströmung in Umfangsrichtung und die damit einhergehende Variation der Spaltströmung ist es möglich, das Einschwingen einer solchen Wechselwirkung gezielt zu stören und damit zu unterbinden.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt eine derartige Größe aufweist, dass sich durch denselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz und dem Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt. Eine derartige Größe des Spalts stellt sicher, dass sich die oben beschriebenen Wirkungen einstellen, da auf diese Weise lokal, d.h. im Bereich des Spalts, eine sehr starke Erhöhung des Spaltstroms erzielt wird, die gesamten Strömungsverluste jedoch in annehmbaren Grenzen gehalten werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz und dem Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 7% - 45%, noch vorteilhafter 9% - 40%, noch vorteilhafter 1 1 % - 35 %, noch vorteilhafter 13 - 30% und noch vorteilhafter 15 - 25% herausgestellt. Eine konstruktiv sehr einfach zu realisierende Ausführungsform der Vorrichtung ergibt sich, wenn der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt durch wenigstens eine Ausnehmung an dem Schaufelkranz gebildet ist.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schaufelkranz ein Deckband mit wenigstens einer umlaufenden Dichtspitze aufweist, welche durch wenigstens eine in Axialrichtung durchgehende Ausnehmung unterbrochen ist, um den die diskontinuierliche Höhe aufweisenden Spalt derart zu bilden, dass sich durch denselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der Dichtspitze und dem Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt. Eine solche Lösung lässt sich mit sehr geringem Aufwand in die Praxis umsetzen, wobei möglicherweise sogar Kosteneinsparungen gegenüber bekannten Lösungen möglich sind. Des Weiteren ergeben sich auf diese Weise Ausnehmungen, die so beschaffen sind, dass an den betreffenden Stellen der Spaltstrom im Wesentlichen ungedrosselt durch die Fläche zwischen dem Gehäuse und dem Deckband strömen kann. Auf diese Weise wird auch ein geeignetes Geschwindigkeitsverhältnis des Spaltstroms zum Hauptmassenstrom erreicht.

Eine weitere sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass die wenigstens eine Ausnehmung eine derartige Größe aufweist, dass die Vergrößerung der freien Fläche pro Ausnehmung mindestens 1 % der gesamten freien Fläche zwischen der Dichtspitze und dem Gehäuse ohne Ausnehmungen beträgt. Es handelt sich dabei also um verhältnismäßig große Ausnehmungen, durch die sich ein zum Erreichen der oben beschriebenen Wirkung ausreichend großer Spaltstrom ergibt. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Vergrößerung der freien Fläche pro Ausnehmung mindestens 2%, noch bevorzugter mindestens 3%, noch bevorzugter mindestens 4% und noch bevorzugter mindestens 5%, der gesamten freien Fläche zwischen der Dichtspitze und dem Gehäuse ohne Ausnehmungen beträgt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Fläche der wenigstens einen Ausnehmung mindestens 50% der Fläche der Dichtspitze über die Länge der Ausnehmung in Umfangsrichtung betragen. Dies stellt ebenfalls eine Möglichkeit zum Erreichen des beschriebenen hohen Spaltstroms dar. Alternativ kann bei Schaufelkränzen ohne Deckband vorgesehen sein, dass der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt dadurch gebildet ist, dass zumindest eine der frei stehenden Schaufeln des Schaufelkranzes eine geringere Länge aufweist als eine andere frei stehende Schaufel des Schaufelkranzes. Auch durch eine solche "Verkürzung" einzelner Schaufeln lässt sich der Spaltstrom lokal beträchtlich erhöhen.

Dabei ist es im Sinne der Erhöhung des lokalen Spaltstroms über die jeweils verkürzte Schaufel besonders vorteilhaft, wenn mindestens eine und höchstens die Hälfte der frei stehenden Schaufeln eine Länge aufweisen, die geringer ist als die mittlere Länge der verbleibenden ungekürzten Schaufeln, so dass sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der jeweiligen Schaufel und dem Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt. Die freie Fläche bzw. die Spaltfläche ist dabei definiert als die Fläche zwischen den radial äußeren Enden der Schaufeln und dem Gehäuse.

Eine andere, ebenfalls mit geringem Aufwand zu realisierende Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Spalt durch Ausnehmungen an dem Gehäuse o- der einem mit dem Gehäuse verbundenen Bauteil gebildet ist.

Auch dabei ist es im Sinne einer starken Erhöhung des lokalen Spaltstroms wiederum vorteilhaft, wenn das Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse verbundenes Bauteil radial außerhalb des Schaufelkranzes eine oder mehrere in Axialrichtung durchgehende Ausnehmungen aufweist, so dass sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz und dem Gehäuse gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

Um die Größe der Ausnehmungen während des Betriebs der Turbomaschine verändern zu können, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse ein drehbarer Ring gelagert ist, mit dem die Ausnehmungen zumindest teilweise verschließbar sind. Bei dieser Lösung weist das Gehäuse die Ausnehmungen auf, die dann mit dem drehbaren Ring, der ebenfalls Ausnehmungen aufweist, verschlossen werden können. Dadurch lässt sich eine Steuerung bzw. eine Regelung des durch den erfindungsgemäßen Spalt strömenden Massenstroms erzielen. Eine andere Ausführungsform kann darin bestehen, dass in dem Gehäuse ein drehbarer Ring gelagert ist, der die Ausnehmungen aufweist. Mit einer solchen Lösung ist eine Veränderung der Position der Ausnehmungen um den Umfang des Schaufelkranzes möglich, um in bestimmten Bereichen einen größeren oder kleineren Massenstrom zu erzeugen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse zwei gegeneinander verdrehbare Ringe aufweist, welche jeweils Ausnehmungen aufweisen, wobei wenigstens einer der Ringe drehbar an dem Gehäuse gelagert ist. Durch zwei solche, gegeneinander verdrehbare Ringe ist zum einen eine Beeinflussung der Größe der Ausnehmungen und zum anderen eine Beeinflussung der Position derselben um den Umfang des Schaufelkranzes möglich. Insbesondere wenn der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Turbomaschine ein Diffusor nachgeschaltet ist, kann ein solcher Diffusor in einem weiten Bereich optimal betrieben werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt durch mehrere Ausnehmungen gebildet ist, die um den Umfang des Gehäuses oder des Schaufelkranzes mit geringen Abweichungen gleich verteilt angeordnet sind. Grundsätzlich ermöglicht ein gleicher Abstand der Ausnehmungen zueinander eine gleichmäßige Verteilung der Bereiche mit einem erhöhten Spaltmassenstrom um den Umfang des Schaufelkranzes, was im Falle eines der Turbomaschine nachgeschalteten Diffusors zu einer gleichmäßigen Wirkungsweise desselben führt.

Durch geringe Abweichungen von dieser Gleichverteilung der Ausnehmungen kann jedoch ein gegenseitiges Aufschwingen der Turbinenschaufeln verhindert werden.

Eine Turbomaschine mit einer erfindungsgemäßen, in einem Bereich vor einem Diffusor angeordneten Vorrichtung ist in Anspruch 15 angegeben.

Aus Anspruch 16 ergibt sich eine Turbomaschine mit einer erfindungsgemäßen, in einem Verdichter- oder Turbinenabschnitt angeordneten Vorrichtung.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt: Fig. 1 eine sehr schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Turbomaschine;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV aus Fig. 2;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 8 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt auf sehr schematische Art und Weise eine Turbomaschine 1 , die im vorliegenden Fall als Gasturbine ausgebildet ist und ein Gehäuse 1 a, eine Einlassöffnung 2 sowie eine Auslassöffnung 3 aufweist. In an sich bekannter Weise wird die Turbomaschine 1 in der mit "x" bezeichneten Axialrichtung von einem Arbeitsfluid, beispielsweise einem Gas, durchströmt mit dem Ziel, eine in dem Gehäuse 1 a gelagerte Welle 4 anzutreiben, um beispielsweise im Falle des Einsatzes der Turbomaschine 1 in einem Kraftwerk Strom zu erzeugen.

Wie ebenfalls an sich bekannt ist, weist die Turbomaschine 1 in der Axialrichtung x des Arbeitsfluids hintereinander einen Verdichterabschnitt 5, einen Turbinenabschnitt 6, einen sich an den Turbinenabschnitt 6 anschließenden Diffusor 7 und eine zwischen dem Verdichterabschnitt 5 und dem Turbinenabschnitt 6 angeordnete Brennkammer 8 auf. Der Verdichterabschnitt 5, der Turbinenabschnitt 6, der Diffusor 7 und die Brennkammer 8, die in Fig. 1 nur sehr schematisch angedeutet sind, sind von dem Gehäuse 1 a umgeben. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Turbomaschine 1 um eine Gasturbine. Mit dem Begriff "Turbomaschine" sind jedoch auch andere Ausführungen umfasst, wie zum Beispiel eine Dampfturbine, die keinen Verdichter und keine Brennkammer aufweist. Sowohl der Verdichterabschnitt 5 als auch der Turbinenabschnitt 6 weisen eine Vielzahl von Schaufelkränzen 9 auf, die von dem durchströmenden Gas in Rotation versetzt werden und damit die Welle 4 antreiben. Da die grundsätzliche Wirkungsweise der Turbomaschine 1 bekannt ist, wird hierin nicht im Detail darauf eingegangen.

In den Figuren 2 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen einer Vorrichtung 10 dargestellt, die zur Beeinflussung der Strömung in der Turbomaschine 1 dienen. Sämtlichen Ausführungsformen der Vorrichtung 10 ist gemeinsam, dass sich zwischen dem Gehäuse 1 a und dem Schaufelkranz 9 ein um den Umfang des Schaufelkranzes 9 eine diskontinuierliche Höhe aufweisender, in Axialrichtung x durchgehender Spalt 1 1 befindet. Obwohl der Spalt 1 1 , wie nachfolgend deutlich wird, in unterschiedlicher Weise ausgeführt werden kann, ist er jeweils so ausgeführt, dass sich durch denselben eine lokale Erhöhung des Spaltstroms über den Schaufelkranz 9 und eine Stabilisierung der Strömung in der Grenzschicht zu dem Gehäuse 1 a ergibt.

Dabei ist es grundsätzlich zu bevorzugen, wenn der Spalt 1 1 eine derartige Größe aufweist, dass sich durch denselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a gegenüber einer in den Figuren nicht dargestellten, für den Fachmann jedoch sehr einfach nachvollziehbaren Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2, die eine vereinfachte Vorderansicht eines Schaufelkranzes 9 zeigt, ist der Spalt 1 1 durch mehrere Ausnehmungen 12 an dem Schaufelkranz 9 gebildet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, lediglich eine Ausnehmung 12 vorzusehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Schaufelkranz 9 ein Deckband 13 mit einer umlaufenden Dichtspitze 14 auf, die durch die Ausnehmungen 12 unterbrochen ist, um den Spalt 1 1 zu bilden. Die Dichtspitze 14 kann auf das Deckband 13 aufgesetzt oder einteilig mit demselben ausgeführt sein. Hierzu können aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zum Einsatz kommen. Die Ausnehmungen 12 in der Dichtspitze 14 können einfach durch Weglassen der Dichtspitze 14 oder auch durch Ausschneiden, Fräsen oder ähnliches hergestellt werden. Durch das Deckband 13 wird eine Versteifung einzelner Schaufeln 15 des Schaufelkranzes 9 erreicht, von denen aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in den Figuren einzelne weggelassen wurden. Das abwechselnde Vorhandensein der Dichtspitze 14 und der Ausnehmungen 12 in der Dichtspitze 14 führt zu der beschriebenen Diskontinuität der Höhe des Spalts 1 1 um den Umfang des Schaufelkranzes 9. Die Angabe " in Axialrichtung x durchgehend" bedeutet dabei, dass beispielsweise im Falle zweier in Axialrichtung x versetzter Dichtspitzen 14 beide Dichtspitzen 14 jeweilige Ausnehmungen 12 aufweisen, die ein Überströmen der Schaufelreihe durch den Spaltstrom ermöglichen. Beispielsweise können die Ausnehmungen 12 in Axialrichtung x fluchtend angeordnet sein, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, solange der Spaltstrom dieselben überströmen kann. Demnach ist also auch ein gewisser Versatz der Ausnehmungen 12 möglich.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Ausnehmungen 12 vorgesehen. Die Größe derselben ist dabei als rein beispielhaft anzusehen. Die Ausnehmungen 12 gehen in Axialrichtung x vollständig durch die Dichtspitze 14 durch, wobei die Größe und die Anzahl der Ausnehmungen 12 vorzugsweise so gewählt ist, dass sich durch den Spalt 1 1 eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der Dichtspitze 14 und dem Gehäuse 1 a gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

Jede einzelne Ausnehmung 12 weist vorzugsweise eine derartige Größe auf, dass die Vergrößerung der freien Fläche pro Ausnehmung 12 mindestens 1 %, bevorzugt mindestens 2%, noch bevorzugter mindestens 3%, noch bevorzugter mindestens 4% und noch bevorzugter mindestens 5%, der gesamten freien Fläche zwischen der Dichtspitze 14 und dem Gehäuse 1 a ohne Ausnehmungen beträgt.

In Fig. 2 ist des Weiteren erkennbar, dass jede der Ausnehmungen 12 jeweils über die gesamte Höhe der Dichtspitze verläuft. Grundsätzlich ist es zu bevorzugen, dass die Fläche der wenigstens einen Ausnehmung 12 mindestens 50% der Fläche der Dichtspitze 14 über die Länge der Ausnehmung 12 in Umfangsrichtung beträgt. Dabei kann die Unterkante der jeweiligen Ausnehmung 12 in unterschiedlicher weise ausgeführt sein, beispielsweise schräg oder gebogen, bevorzugt jedoch gerade.

Die in Fig. 2 sehr schematisch dargestellten Ausnehmungen 12 sind demnach größer dargestellt als in diesen bevorzugten Ausführungen angegeben. Um dies zu kompensieren, könnten in Umfangsrichtung betrachtet kleinere, also eine geringere Länge aufwei- sende Ausnehmungen 12, eine geringere Anzahl an Ausnehmungen 12 und/oder Ausnehmungen 12 mit einer geringeren Höhe, also einer geringeren Erstreckung in radialer Richtung, vorgesehen sein.

Die beschriebene Diskontinuität der Höhe des Spalts 1 1 ist in den beiden Schnitten der Figuren 3 und 4 ebenfalls sehr deutlich zu erkennen. Während Fig. 3 einen Schnitt durch den Bereich zeigt, in dem die Dichtspitze 14 vorhanden ist und der Spalt 1 1 zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a eine geringe Höhe aufweist, zeigt Fig. 4 einen Schnitt durch einen Bereich des Schaufelkranzes 9, in dem die Dichtspitze 14 eine der Ausnehmungen 12 aufweist, so dass der Spalt 1 1 zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a sehr viel größer ist als in dem in Fig. 3 dargestellten Bereich. Während im dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausnehmungen 12 jeweils eine derartige Größe aufweisen, dass die Dichtspitze 14 im Bereich der Ausnehmungen 12 nicht vorhanden ist, wäre es, wie bereits erwähnt, auch möglich, die Ausnehmungen 12 so auszuführen, dass die Dichtspitze 14 in dem Bereich der Ausnehmungen 12 eine geringere Höhe aufweist als in den Bereichen, in denen die Ausnehmungen 12 nicht vorhanden sind.

Die diskontinuierliche Höhe des Spalts 1 1 führt zu einem erhöhten Massenstrom in den Bereichen, in denen der Spalt 1 1 eine größere Höhe aufweist als in den Bereichen, in denen er eine geringere Höhe aufweist. Durch diesen sich durch den vergrößerten Spalt 1 1 bzw. durch die Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt ergebenden erhöhten Massenstrom, der nicht durch den Schaufelkranz 9 strömt und damit nicht an der Arbeitsumsetzung innerhalb der Turbomaschine 1 teilnimmt, kann eine Verbesserung der Energetisierung der an dem Gehäuse 1 a entlang und in den Diffusor 7 strömenden Grenzschicht erreicht werden. Durch das Vergrößern des Spalts 1 1 auf Grund der lokalen Verringerung des Durchmessers des Schaufelkranzes 9 bzw. der Dichtspitze 14 des Schaufelkranzes 9 mittels der Aussparungen 12 bei der Ausführungsform von Fig. 2 ergibt sich ein mit der Rotation des Schaufelkranzes 9 innerhalb des dem Turbinenabschnitts 6 folgenden Diffusors 7 rotierender Spaltmassenstrom. Durch diese, einen gewissen Drall aufweisende Strömung wird der gesamte Diffusor 7 mit der veränderten Spaltströmung beaufschlagt. Dadurch wird eine ungleichmäßige Beaufschlagung des Diffusors 7 vermieden. Bei der Ausführungsform von Fig. 5 ist der die diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt 1 1 durch eine Verkürzung einzelner frei stehender Schaufeln 15 des Schaufelkranzes 9 gebildet, wodurch die Ausnehmungen 12 entstehen. Diese Variante bietet sich an, wenn der Schaufelkranz 9 das Deckband 13 nicht aufweist, d.h. wenn die Schaufeln 15 frei stehende Schaufeln sind. Grundsätzlich kann es ausreichend sein, wenn zumindest eine der Schaufeln 15 des Schaufelkranzes 9 eine geringere Länge aufweist als eine andere Schaufel 15 des Schaufelkranzes 9. Es kann also eine andere als die dargestellte Anzahl der Schaufeln 15 verkürzt sein.

Dabei ist es zu bevorzugen, dass mindestens eine und höchstens die Hälfte der frei stehenden Schaufeln 15 eine Länge aufweisen, die geringer ist als die mittlere Länge der verbleibenden ungekürzten Schaufeln 15, so dass sich eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen der jeweiligen Schaufel 15 und dem Gehäuse 1 a gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt, d.h. bei einer Ausführung, bei der alle Schaufeln 15 gleich lang sind, von 5% - 50% ergibt.

Vorzugsweise sind die frei stehenden Schaufeln 15 derart verkürzt, dass die Vergrößerung der freien Fläche durch die Verkürzung pro frei stehender Schaufel 15 mindestens 1 %, bevorzugt mindestens 2%, noch bevorzugter mindestens 3%, noch bevorzugter mindestens 4% und noch bevorzugter mindestens 5%, der gesamten freien Fläche zwischen der jeweiligen frei stehenden Schaufel 15 und dem Gehäuse 1 a ohne Ausnehmungen beträgt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist der eine diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt 1 1 durch mehrere, jeweils voneinander beabstandete Ausnehmungen 16 am inneren Umfang des Gehäuses 1 a gebildet. Auch auf diese Weise ergibt sich in den Bereichen, in denen der Spalt 1 1 aufgrund der Ausnehmungen 16 eine größere Höhe aufweist, ein größerer Massenstrom, der nicht durch den Schaufelkranz 9 hindurch, sondern zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a hindurchströmt und damit zu einer Energetisierung der Grenzschicht beiträgt. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen von Fig. 2 und Fig. 5 ist dieser Massenstrom jedoch stationär, da die Ausnehmungen 16 sich stets an derselben Stelle befinden. Obwohl der Schaufelkranz 9 bei der Ausführungsform von Fig. 6 das Deckband 13 mit der Dichtspitze 14 aufweist, ist es auch möglich, einen Schaufelkranz 9 ohne das Deckband 13 einzusetzen. In einer von der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung 10 kann in dem Gehäuse 1 a ein drehbarer Ring gelagert sein, der Ausnehmungen aufweist, mit denen die oben beschriebene diskontinuierliche Höhe des Spalts 1 1 erzeugt wird. Wenn dieser Ring stationär gehalten wird, bleiben auch die erhöhten Massenströme an denselben Stellen um den inneren Umfang des Gehäuses 1 a. Durch Verdrehen des Rings ist es in diesem Fall jedoch möglich, die erhöhten Massenströme an anderen Stellen am inneren Umfang des Gehäuses 1 a zu erzeugen.

Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist ebenfalls eine Weiterbildung der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform. Auch hier sind die Ausnehmungen 16 in dem Gehäuse 1 a vorgesehen, um die diskontinuierliche Höhe des Spalts 1 1 zu erzeugen. Zusätzlich ist in dem Gehäuse 1 a ein drehbarer Ring 17 gelagert, mit dem die Ausnehmungen 16 zumindest teilweise verschließbar sind. Der Ring 17 weist hierzu abwechselnd Ausnehmungen 17a und Vorsprünge 17b auf, so dass durch ein Verdrehen des Rings 17 die sich in dem Gehäuse 1 a befindenden Ausnehmungen 16 verschlossen werden können. Je nach Größe der Ausnehmungen 17a bzw. der Vorsprünge 17b des Rings 17 in Fig. 7 können auf diese Weise die Ausnehmungen 16 vollständig geöffnet oder, wenn die Länge der Vorsprünge 17b des Rings 17 mindestens so groß ist wie die Länge der Ausnehmungen 16 in dem Gehäuse 1 a, auch vollständig verschlossen werden. In einem solchen Fall würde der Spalt 1 1 um den gesamten Umfang dieselbe, geringe Höhe aufweisen. Durch den Ring 17 kann die Höhe des Spalts 1 1 im Bereich der Ausnehmungen 16 nur verringert und nicht vergrößert werden. Diese Ausnehmungen könnten in nicht dargestellter Weise auch in einem zweiten, ebenfalls gegenüber dem Gehäuse 1 a verdrehbaren Ring vorgesehen sein. In diesem Fall wären also zwei gegenüber dem Gehäuse 1 a verdrehbare Ringe vorgesehen. Durch entsprechendes Verdrehen der beiden Ringe gegeneinander kann dabei die Größe der sich durch die Überdeckung der beiden Ausnehmungen ergebenden Gesamtausnehmung verändert werden.

Bei der Ausführungsform von Fig. 7 weist der Schaufelkranz 9 kein Deckband auf. Dennoch ist es auch möglich, einen Schaufelkranz 9 mit dem Deckband 13 einzusetzen. Eine solche Ausführungsform der Vorrichtung 10, die sich von der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, dass das Deckband 13 vorgesehen ist, ist in Fig. 8 dargestellt. Die Größe der in Axialrichtung x durchgehenden Ausnehmungen 16 bzw. 17a weisen in Anlehnung an die oben beschriebenen Ausführungsformen eine derartige Größe auf, dass sich durch dieselben eine Vergrößerung der freien Fläche zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a gegenüber einer Ausführung mit einem kontinuierlichen Spalt von 5% - 50% ergibt.

Auch bei dieser Ausführungsform ist es zu bevorzugen, wenn jede einzelne Ausnehmung 16 bzw. 17a wiederum vorzugsweise eine derartige Größe aufweist, dass die Vergrößerung der freien Fläche pro Ausnehmung 16 bzw. 17a mindestens 1 %, bevorzugt mindestens 2%, noch bevorzugter mindestens 3%, noch bevorzugter mindestens 4% und noch bevorzugter mindestens 5%, der gesamten freien Fläche zwischen der jeweiligen frei stehenden Schaufel 15 und dem Gehäuse 1 a ohne Ausnehmungen beträgt.

Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 12 bzw. 16 bzw. 17a um den Umfang des Gehäuses 1 a bzw. des Schaufelkranzes 9 bzw. des Rings 17 mit geringen Abweichungen gleich verteilt angeordnet, sodass einerseits eine gleichmäßige Verteilung der Bereiche mit einem erhöhten Spaltmassenstrom und den Umfang des Schaufelkranzes 9 erreicht und andererseits ein gegenseitiges Aufschwingen der Schaufeln 15 verhindert werden kann.

Der beschriebene, eine diskontinuierliche Höhe aufweisende Spalt 1 1 zwischen dem Schaufelkranz 9 und dem Gehäuse 1 a kann im Prinzip an jeder beliebigen Stelle der Turbomaschine 1 eingesetzt werden. Da der über den Schaufelkranz 9 und durch den Spalt 1 1 strömende Massenstrom an Luft, Dampf oder dergleichen jedoch nicht an der Arbeitsumsetzung innerhalb des jeweiligen Laufrads teilnimmt, wird dieser Spalt 1 1 vorzugsweise nur an demjenigen Schaufelkranz 9 eingesetzt, der sich in Strömungsrichtung x unmittelbar vor dem Diffusor 7 befindet. Insbesondere kann die Vorrichtung 10 sowohl in Turbinen mit nachgeschalteten Axial-Diffusoren als auch nachgeschalteten Axial- Radial-Diffusoren eingesetzt werden.

Eine weitere Möglichkeit zum Einsatz der Vorrichtung 10 besteht in dem Verdichterabschnitt 5, um ein Flattern der Schaufeln 15 des Schaufelkranzes 9 zu verhindern. Im Bereich der Dichtspitze 14 kann das Gehäuse 1 a ein poröses Material aufweisen, so dass sich die Dichtspitze 14 im Falle einer Längenausdehnung in das Gehäuse 1 a einarbeiten kann, ohne dass es zu einer Beschädigung des Schaufelkranzes 9 kommt.