Beschreibung Wellenlager für eine Strömungsmaschine, Strömungsmaschine so- wie Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Wellenlager für den Rotor einer Strömungsmaschine, welcher sich entlang einer Rotor- achse erstreckt, mit einem ersten Lagerelement, welches eine erste Lagerfläche aufweist, und einem zweiten Lagerelement, welches eine zweite Lagerfläche aufweist. Die Erfindung be- trifft weiterhin eine Strömungsmaschine mit einem Rotor, wel- cher sich entlang einer Rotorachse durch ein Gehäuse er- streckt und wobei das Gehäuse eine konische Innenwand auf- weist. An dem Rotor sind Laufschaufeln angeordnet, die je- weils ein der Innenwand zugewandtes Schaufelende aufweisen, das analog zur Innenwand konisch ist. Die Strömungsmaschine weist ein Wellenlager der oben genannten Art auf. Die Erfin- dung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb einer Strö- mungsmaschine, bei dem eine Verschiebung des Rotors gegenüber dem Gehäuse durchgeführt wird.

In der WO 93/20335 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle einer Spaltbreite zwischen dem Schaufelende ei- ner Laufschaufel und einem feststehenden Gehäuse einer rotie- renden Maschine mit einem Turbinenteil und einem Kompressor- teil beschrieben. Die Kontrolle der Spaltbreite erfolgt hier- bei so, daß während des Anfahrens der Gasturbine, des Ab- schaltens der Gasturbine sowie bei Lastwechseln der Gastur- bine die Spaltbreite größer ist als während eines kontinuier- lichen Betriebes der Gasturbine. Hieraus wird die Gefahr ei- nes Anstreifens einer Turbinenschaufel an das Gehäuse während des Anfahrens, des Abfahrens und Lastwechsel vermindert.

Hierzu sind die Rotoren von-Verdichter und Turbine fest mit- einander verbunden, so daß sie einen einzigen Rotor bilden.

Die Gehäuse des Verdichters und die Turbine sind voneinander getrennt und das Verdichtergehäuse ist gegenüber dem Turbi- nengehäuse verschieblich angeordnet. Durch eine Verschiebung

des Verdichtergehäuses erfolgt gleichzeitig eine Verschiebung des gesamten Rotors und damit eine Verschiebung zwischen Tur- binenlaufschaufeln und dem Turbinengehäuse.

In der US-PS 1,823,310 ist eine Turbine, insbesondere eine Dampfturbine, beschrieben, bei der Mittel für eine axiale Verschiebung des Rotors vorgesehen, so daß eine größere Spaltbreite zwischen Turbinenlaufschaufeln und Turbinenge- häuse während des An-und Abfahrens der Turbine gegeben ist als während der normalen Betriebsbedingungen der Turbine.

Hierdurch wird ein Anstreifen oder eine Beschädigung der Tur- binenlaufschaufeln verhindert. Die Mittel zur Verschiebung der Laufschaufeln wirken auf ein Drucklager ein. Dieses ist mit dem Rotor so verbunden ist, daß bei einer axialen Ver- schiebung des Drucklagers auch der Rotor verschoben wird. Die Mittel umfassen hierbei ein System aus Zahnrädern und Zahn- stangen, durch welches das Drucklager und damit auch der Ro- tor axial verschoben werden. Das gleiche Prinzip der Einstel- lung der Spaltbreite zwischen Laufschaufeln einer Turbine und einem Turbinengehäuse wird in der FR 2 722 836 Al für eine Gasturbine mit einem Verdichter angewandt. Die Gasturbine ist hierbei an einem turbinenseitigen Ende axial beweglich in ei- nem Lager gelagert. Eine weitere Lagerung der Gasturbine er- folgt an einem verdichterseitigen Ende über ein Kugellager, welches eine axiale Fixierung der gesamten Gasturbine be- wirkt. Dieses mit dem Rotor der Gasturbine fest verbundene Kugellager ist über eine Vorrichtung axial verschiebbar, wo- durch auch eine axiale Beweglichkeit des Rotors gegenüber dem Turbinengehäuse gegeben ist. Die Verschieblichkeit des Kugel- lagers und damit des Rotors gegenüber dem Turbinengehäuse be- trägt größenordnungsmäßig +/-2 mm.

In der US-PS 5,263,817 sind ein Radialverdichter und eine Gasturbine mit einer Vorrichtung für eine aktive Spaltbrei- tenkontrolle zwischen Laufschaufeln und feststehendem Gehäuse angegeben. An dem Rotor ist ein Kugellager angebracht, dessen äußere Lauffläche in das Gehäuse so eingespannt ist, daß noch

eine geringe axiale Beweglichkeit gegeben ist, die durch ei- nen Anschlag begrenzt ist. Die äußere Lauffläche des Lagers ist hierbei zwischen dem Anschlag und einem elektromagneti- schen Antrieb eingespannt, die jeweils fest mit dem Gehäuse verbunden sind. Der elektromagnetische Antrieb weist einen Elektromagneten auf, welcher axial benachbart zu einer radia- len, fest mit dem Läufer verbundenen ferromagnetischen Scheibe ist. Je nach Stärke des durch den Elektromagneten er- zeugten magnetischen Feldes wird die Scheibe mehr oder weni- ger angezogen, wodurch die axiale Position des gesamten Ro- tors veränderbar ist. Hierdurch ist eine aktive Kontrolle der axialen Position einer Laufschaufel und damit der Spaltbreite zwischen Laufschaufel und konischem Gehäuse der Turbine ein- stellbar.

Die DE 42 23 495 A1 zeigt eine Gasturbine, bei der eine Ro- torschiebeeinrichtung zur Einstellung eines kleinen Schaufel- spiels vorgesehen ist. Die Rotorschiebeeinrichtung besteht aus einem zweiteiligen Pendelgehäuse für die Aufnahme eines Axiallagers, zwei ringförmigen, am Ansauggehäuse befestigten Trägerplatten, auf welchen Druckdosen angebracht sind, mit denen die gesamte Lagerposition und damit die Position des Rotors so einstellbar ist, daß in der Start-und Auslaufphase der Gasturbine ein vergrößertes Spiel im kegelförmigen Schau- felkanal einstellbar ist.

Allen bekannten Vorrichtungen des Standes der Technik zur Verschiebung eines Rotors einer Strömungsmaschine gemeinsam ist ein erheblicher apparativer Aufwand sowie ein Eingriff in die Konstruktion eines Gehäuses oder eines Rotors mit einer entsprechenden Störanfälligkeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, welche eine einfache axiale Verschiebung des Rotors ermög- licht. Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, eine Strö- mungsmaschine mit einem axial verschieblichen Rotor sowie ein

Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine mit axial ver- schieblichem Rotor anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Vorrichtung gerichtete Auf- gabe durch ein Wellenlager gelöst, das ein Lagerelement mit einer Lagerfläche aufweist, wobei das Lagerelement mit der Lagerfläche der Lagerung einer Rotorfläche dient und zur Ver- schiebung des Rotors axial verschieblich ist.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß durch eine konstruktive Umgestaltung eines Wellenlagers derart, daß die Verschiebung eines Rotors über das Wellenlager erfolgt, ohne eine wesentliche konstruktive Änderung des Rotors bzw. eines Gehäuses einer Strömungsmaschine erreichbar ist. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß ein der Lagerung einer Rotorfläche dienendes Lagerelement axial verschieblich ist.

Axial verschieblich bedeutet hier eine Verschieblichkeit in axialer Richtung gegenüber einem Fixpunkt, so daß infolge der Lagerung der Rotorfläche auch der Rotor selbst axial ver- schieblich ist. Das Wellenlager ist hierbei axial fixiert.

Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Anordnung eines Wellenla- gers zwischen zwei radialen Rotorflächen des Rotors, wobei ohne konstruktive Änderungen am Rotor und am Gehäuse eine Verschiebung des Rotors über das Wellenlager möglich ist.

Hierzu ist zumindest ein Lagerelement und damit eine Lager- fläche axial verschieblich. Bei einer axialen Verschiebung dieses Lagerelementes tritt gleichzeitig eine axiale Ver- schiebung des Rotors auf.

Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Strömungsmaschinen wie Verdichtern, Gasturbinen und Dampfturbinen. Hierdurch lassen sich Strömungsverluste in radialen Spalten einer Turbine, insbesondere einer stationar betriebenen Gasturbine mit einer konischen Innenwand, verringern. Die radialen Spalte sind hierbei Freiräume zwischen der radial äußeren Kante von auf dem Rotor aufgebrachten Laufschaufeln und den gegenüberlie- genden Gehäuseteilen (Innenwand). Aufgrund der Druckdifferenz

zwischen der Druck-und der Saugseite der Laufschaufeln strömt während des Betriebs der Turbine Aktionsfluid durch diese Spalte ; im Falle einer Gasturbine Gas. Der durch die Spalte strömende Massenstrom nimmt nicht an der Arbeitsumset- zung in den axial voneinander beabstandeten Reihen von Lauf- schaufeln teil und mindert dadurch den Wirkungsgrad der Tur- bine. Bei einer Gasturbine können ca. 30% der Strömungsverlu- ste durch Spaltleckagen verursacht sein. Dies bedeutet eine Absenkung des Wirkungsgrades der Gasturbine um bis zu 4%. Die Größe des Leckmassenstroms und damit auch die Höhe der verur- sachten Strömungsverluste wird durch die Spaltweite der Ra- dialspalte bestimmt. Hierbei kommt es für stationär arbei- tende Gasturbinen auf die sich im Betrieb in der Beharrung, d. h. während des eingestellten Leistungsbetriebszustands, sich einstellenden Spaltweite an. Diese Spaltweite wird im folgenden als Warmspalt bezeichnet. Gründe für das Vorhanden- sein dieser Warmspalte sind beispielsweise durch Fertigungs- toleranzen bewirkte Abweichungen sowie eine Sicherheitsre- serve, beispielsweise für außergewöhnliche Betriebszustände im Falle von Erdbeben oder dergleichen. Etwa die Hälfte des sich einstellenden Warmspaltes entsteht durch zeitabhängige Dehnungen der einzelnen Turbinenkomponenten, wobei sich ein stationärer Zustand des Warmspaltes nach einer vollständigen Durchwärmung der Turbine einstellt, wobei in diesem Betriebs- zustand der Turbine die einzelnen Turbinenkomponenten, wie Gehäuseteile oder Laufschaufeln, stark unterschiedliche Tem- peraturen annehmen können, die u. a. auch Verkrümmungen der einzelnen Bauteile bewirken können. Mit dem angegebenen Wel- lenlager ist u. a. auf einfache Art und Weise nach Erreichen eines stationären Betriebszustandes, insbesondere eines Lei- stungsbetriebszustandes einer Strömungsmaschine, eine axiale Verschiebung des Rotors durchführbar, so daß die Größe des Warmspaltes unter Berücksichtigung gegebenenfalls vorhandener Fertigungsabweichungen sowie Sicherheitsreserven auf einen vorgebbaren möglichst geringen Wert einstellbar ist.

Vorzugsweise weist das Wellenlager eine weitere Lagerfläche auf, die von der anderen Lagerfläche axial beabstandet ist.

Beide Lagerflächen dienen hierbei der Lagerung einer jeweils anderen untereinander axial beabstandeten Rotorfläche. Jede der Lagerflächen kann hierbei durch ein einzelnes, insbeson- dere ringförmiges Lagerelement oder durch eine Vielzahl von Lagerelementen gebildet sein. Die beiden Lagerflächen sind hierbei jeweils axial verschieblich über entsprechende La- gerelemente ausgebildet. Das Wellenlager ist hierbei ein Schublager, bei dem es eine belastete Seite (Lagerfläche) gibt, die den überwiegend in dieser Richtung auftretenden Axialschub des Rotors aufnimmt, und eine unbelastete Seite (die weitere Lagerfläche), die beispielsweise in Übergangszu- ständen (Start) oder in Störfällen kurzzeitig Last aufnimmt.

Beide Lagerflächen sind hierbei während des Betriebs des La- gers mit einem entsprechenden Schmierfilm (Olfilm) versehen, so daß sie als entsprechende Gleitflächen dienen. Ein durch den Schmierfilm vorhandenes Lagerspiel liegt hierbei bevor- zugt in der Größenordnung von einigen Zehntel Millimetern.

Durch ein, insbesondere gleichgerichtete, Verschiebung der beiden Lagerflächen kann das sich einstellende Lagerspiel aufrechterhalten werden. Hierdurch wird ein einseitiges, kleineres Lagerspiel an einer der Lagerflächen vermieden, so daß keine zusätzlichen Verluste auftreten. Weiterhin wird hierdurch ein zu großes Lagerspiel vermieden, welches bei ei- ner wechselnden Achsschubrichtung des Rotors zu ungewünschten heftigen Bewegungen des Rotors mit hohen Spitzenbeschleuni- gungen und Massenkräften führen könnte.

Es ist ebenfalls denkbar, daß eine Lagerfläche durch eine axiale Verschiebung eines Lagerelementes oder mehrerer La- gerelemente axial verschiebbar ist und die andere Lagerfläche axial fixiert ist. In diesem Fall erfolgt eine Verschiebung des Rotors nur über eine Lagerfläche, wodurch eine Ausführung des Wellenlagers mit geringerem konstruktivem und versor- gungstechnischem Aufwand erreichbar ist.

Das axial verschiebliche Lagerelement ist vorzugsweise ein axial verschieblicher Ringkolben. Hierdurch ist eine beson- ders gleichmäßige Belastung des Wellenlagers sowie der Rotor- flächen erreichbar. Dies ist weiterhin besonders günstig, wenn das axial verschiebliche Lagerelement auf hydraulischem Wege verschieblich ist, da hierbei eine gleichmäßige Druck- verteilung über den gesamten Umfang des Ringkolbens gewähr- leistet ist. Es ist allerdings ebenfalls möglich, eine Viel- zahl axial verschieblicher Lagerelemente (Lagerklötze) vorzu- sehen, die insbesondere auf einem den Rotor konzentrisch um- gebenden Kreis angeordnet sind.

Das verschiebliche Lagerelement ist vorzugsweise auf hydrau- lischem Wege verschieblich. Hierbei wird das Lagerelement mit einem Hydraulikfluid, insbesondere einem Öl beaufschlagt, so daß eine Verschiebung des Rotors selbst bei einem Vollastbe- trieb der Strömungsmaschine gewährleistet ist. Vorzugsweise wird hierbei nach Erreichen einer gewissen axialen Position das für die zur Verschiebung erforderliche Ölvolumen konstant gehalten. Da Ol bekanntermaßen im wesentlichen ein inkompres- sives Fluid ist, verändert sich bei einem Konstanthalten der Ölmenge dann die axiale Position der Lagerflächen und damit des Rotors auch unter schwankenden Kräften (Axialschub) al- lenfalls unwesentlich. Um das Ölvolumen entsprechend konstant zu halten, kann von der Verwendung elastischer Zuleitungen (Schläuche) abgesehen werden und es können entsprechend starre Leitungssysteme verwendet werden. Hierdurch ist ver- mieden, daß bei wechselnden Schubkräften und konstantem Öl- druck die axiale Position des Rotors zwischen einem linken Anschlagspunkt und einem rechten Anschlagspunkt wechselt. Ist das Hydraulikfluid, insbesondere das Öl, in einem Raumbereich konstanten Volumens eingesperrt, dann ändert sich bei einer veränderten Schubkraft auch die Gegenkraft auf der Lagerflä- che, so daß das Kräftegleichgewicht erhalten bleibt. Für den Fall, daß keine aktive Regelung der axialen Position des Ro- tors durchgeführt wird, ist vorzugsweise in beiden axialen Richtungen ein Anschlag vorhanden, wobei durch einen entspre-

chenden Oldruck ein dem axialen Schub des Rotors entgegenwir- kender und diesen deutlich übersteigender Druck vorhanden ist. Vorzugsweise erfolgt die Verschiebung hierbei über zwei in axialer Richtung verschiebbare Lagerflächen, wobei das Vo- lumen des auf die Lagerflächen drückenden Hydraulikfluids (Öl) so verändert wird, bis sich eine gewünschte axiale Posi- tion des Rotors einstellt und dann die jeweiligen Volumina des Hydraulikfluides konstant gehalten werden. Durch die kon- stanten Volumina wird erreicht, daß die über den Öldruck her- vorgerufene, auf die Lagerfläche wirkende Kraft gerade entge- gengesetzt gleich dem axialen Schub des Rotors ist. Für die Versorgung mit dem Hydraulikfluid wird vorzugsweise bei einem Wellenlager, welches eine Gleitlagerung über ein Schmiermit- tel (Hydraulikfluid) vorsieht, auf eine bereits vorhandene Hydraulikversorgung zurückgegriffen. Hierzu kann beispiels- weise ein bereits zum Anheben der Welle bei niedrigen Dreh- zahlen verwendetes Hydrauliksystem benutzt werden, welches in der Lage ist, entsprechend hohe Drücke zu erzeugen. Ein sol- ches System könnte somit gegebenenfalls auch bei Normalbe- trieb einer Strömungsmaschine zusätzlich eingeschaltet sein, um eine axiale Verschiebung des Rotors zu bewirken. Hierzu kann eine zusätzliche Hochdruckleitung zum Wellenlager ge- führt sein. Bei dieser Versorgung steht ein Druck des Hydrau- likfluides, insbesondere Öldruck, von bis zu 160 bar zur Ver- fügung.

Alternativ ist es ebenfalls möglich, eine mechanische Ver- schiebungseinrichtung zur Verschiebung zumindest eines La- gerelementes vorzusehen. Diese mechanische Verschiebungsein- richtung weist vorzugsweise ein Verschiebungselement, wie eine Spindel oder dergleichen, und einen Verschiebungsantrieb auf. Der Verschiebungsantrieb ist vorzugsweise ein Elektromo- tor. Andere Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Verschie- bungsantriebs können mechanische Verschiebungsantriebe sein, welche beispielsweise die Rotation des Rotors bei Betrieb der Strömungsmaschine oder die Strömung des durch die Strömungs- maschine strömenden Aktionsfluides ausnutzen.

Das Wellenlager ist vorzugsweise als ein Gleitlager ausge- führt, bei dem zwischen Lagerfläche und Rotorfläche sich ein Film aus einem Schmiermittel, insbesondere Hydrauliköl, aus- bildet. Ein solches Lager ist besonders vorteilhaft für die Lagerung eines schweren Rotors, wie er beispielsweise bei stationären Gasturbinen zur Erzeugung elektrischen Stroms eingesetzt wird.

Die Verschieblichkeit der Lagerflächen und damit des Rotors beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 5 mm. Diese Ver- schieblichkeit ist vorzugsweise in einer Richtung gegeben, so daß die Spaltbreite zwischen Laufschaufeln der Strömungsma- schine und der Innenwand des Gehäuses der Strömungsmaschine während des normalen Betriebes der Strömungsmaschine redu- ziert wird.

Das Wellenlager weist vorzugsweise ein Abstandselement, bei- spielsweise einen Anschlag, auf, durch welches die Einhaltung eines vorgegebenenen minimalen Abstandes zwischen den Lager- flächen gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch das Lagerelement eine Verschiebung des Rotors entgegen der auf den Rotor wirkenden resultierenden Kraft, beispielsweise hervorgerufen durch das durch die Strö- mungsmaschine strömende Aktionsfluid, erfolgt. In einem sol- chen Fall gewährleistet das Abstandselement selbst bei einem Ausfall der Hydraulikversorgung oder des Verschiebungsantrie- bes, daß der Rotor eine axiale Position annimmt, die er auch ohne eine axiale Verschiebung durch das Lagerelement angenom- men hätte. Hierdurch ist selbst bei einem Ausfall der axialen Verschiebung des Lagerelementes die Betriebssicherheit der Strömungsmaschine gewährleistet. Durch den in einer Gastur- bine auftretenden Axialschub wird in diesem Fall der Rotor durch die Gaskräfte in seine Ausgangslage zurückgedrückt.

Die auf eine Strömungsmaschine gerichtete Aufgabe wird durch eine solche gelöst, welche ein Gehäuse mit einer sich in

axialer Richtung konisch erstreckenden Innenwand aufweist, und bei der der durch das Gehäuse geführte Rotor Laufschau- feln aufweist, die an ihrem der Innenwand zugewandten Schau- felende zur Innenwand analog konisch verlaufen. Die Strö- mungsmaschine weist hierbei ein Wellenlager auf, das an eine radiale Rotorfläche angrenzt, vorzugsweise zwischen zwei ra- dialen Rotorflächen angeordnet ist, und zumindest ein axial verschiebliches Lagerelement zur Verschiebung des Rotors auf- weist.

Durch die zumindest bereichsweise konische (kegelige) Kontur der Innenwand des Gehäuses der Strömungsmaschine erfolgt eine Spaltveränderung, wenn der Rotor relativ zum Gehäuse verscho- ben wird. Bei der angegebenen Strömungsmaschine ist die Rela- tivlage von Rotor und Gehäuse im Beharrungszustand (stationä- rer Leistungsbetriebszustand) der Turbine so veränderbar, daß der Warmspalt um den Anteil verringert wird, der die insta- tionären Wärmedehnungen berücksichtigt. Solche instationären Wärmedehnungen treten in der Strömungsmaschine während der Zeitdauer auf, bis sämtliche Komponenten der Strömungsmaschi- ne ihre stationäre für den Betriebszustand charakteristische Betriebstemperatur und damit ihre entsprechenden thermischen Dehnungen (Verkrümmungen) dauerhaft angenommen haben.

Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine eine Gasturbine, eine Flugtriebwerksturbine oder eine stationäre Gasturbine zur Er- zeugung elektrischen Stroms. Eine stationäre Gasturbine kann hierbei eine elektrische Leistung von über 60 MW abgeben.

Die Turbine der Strömungsmaschine weist vorzugsweise zumin- dest zwei axial voneinander beabstandete Reihen von Lauf- schaufeln (Schaufelreihen) auf, wobei das Gehäuse und/oder die Schaufelenden so gestaltet sind, daß eine axiale Ver- schiebung des Rotors für jede Schaufelreihe in etwa den glei- chen Radialspalt ergibt. Hierzu ist die Schräge (Konizität) in allen Turbinenstufen, d. h. Schaufelreihen, in etwa gleich.

Die auf ein Verfahren zum Betrieb einer Strömungsmaschine ge- richtete Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Verschiebung des Lagerelementes eine Verschiebung des Rotors gegenüber dem Gehäuse bewirkt, so daß entsprechend dem Betriebszustand der Strömungsmaschine ein vorgegebener radialer Spalt zwischen Schaufelende und Innenwand eingestellt wird. Dies kann im we- sentlichen passiv derart erfolgen, daß von einer aktiven Re- gelung der Spaltweite abgesehen wird und eine entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand vorgegebene Verschiebung des Rotors durchgeführt wird. Eine solche Verschiebung kann bei- spielsweise dadurch realisiert werden, daß das Lagerelement entweder mit einem Hydraulikfluid eines vorgegebenen Drucks beaufschlagt wird, so daß sich ein vorgegebener Verschie- bungswert einstellt, oder das Lagerelement nicht druckbeauf- schlagt wird. Die passive Einstellung der Spaltweite beruht somit darauf, entweder keine Verschiebung des Rotors oder le- diglich eine vorgegebene Verschiebung des Rotors durchzufüh- ren. Selbstverständlich ist es mit entsprechenden Vorrichtun- gen auch möglich, eine variable Verschiebung des Rotors durchzuführen.

Vorzugsweise wird eine Verschiebung des Rotors erst dann durchgeführt, wenn ein stationärer Betriebszustand der Strö- mungsmaschine mit einer dem Betriebszustand entsprechenden vollständigen stationären Temperaturverteilung der einzelnen Komponenten der Strömungsmaschine erreicht ist. Das Erreichen eines solchen Betriebszustandes, insbesondere des normalen Leistungsbetriebszustandes der Strömungsmaschine, kann durch Vorgabe einer vorab bestimmten Zeitdauer, die Messung von Temperaturen im Gehäuse, die Messung von Temperaturdifferen- zen, eines sich infolge der Wärmedehnungen einstellenden ra- dialen Spaltes, welcher vorzugsweise gemessen wird, und durch eine Relativverschiebung zwischen Gehäuse und Rotor bestimmt werden. Vorzugsweise wird eine Relativdehnung zwischen Rotor und Gehäuse an dem zumindest als Axiallager dienenden Wellen- lager gegenüberliegenden Ende des Rotors gemessen.

Das Wellenlager, die Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zum Betrieb der Strömungsmaschine werden anhand des nachfol- genden Ausführungsbeispiels beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen in teilweise schematischer und nicht maßstäblicher Darstellung FIG 1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbine, FIG 2 ein Wellenlager mit einem hydraulisch verschiebli- chen Lagerelement, FIG 3 ein Wellenlager mit einem elektromechanisch ver- schieblichen Lagerlement und FIG 4 einen Ausschnitt durch einen Längsschnitt einer Turbine mit konischem Gehäuse.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine 19, im vorliegenden Fall eine Gasturbine. Diese weist einen Verdichter 27 sowie die eigentliche Turbine 18 auf. Zwischen Verdichter 27 und Turbine 18 ist eine Brennkammer 28 mit ei- ner Mehrzahl von Brennern 29 angeordnet. Die Gasturbine 19 weist einen Rotor 2 auf, welcher durch nicht näher spezifi- zierte Rotorscheiben nach dem Zugankerprinzip hergestellt ist. Die Gasturbine 19 weist verdichterseitig ein Wellenlager 1 (siehe Figur 2 und Figur 3) auf. Die eigentliche Turbine 18 hat in einem Gehäuse 20 eine in axialer Richtung sich konisch erweiternde Innenwand 21, welche aus nicht näher spezifizier- ten Wandsegmenten und Leitschaufeln 30 mit ebenfalls nicht näher spezifizierten Leitschaufeln-Plattformen gebildet ist.

Die Leitschaufel-Plattformen und die Wandsegmente können je- weils eine unterschiedliche Neigung gegenüber der Rotorachse 3 des Rotors 2 aufweisen. Mit dem Rotor 2 sind Laufschaufeln 22 verbunden, die in insgesamt vier Laufschaufelreihen 24,25 angeordnet sind, welche axial voneinander beabstandet sind,.

Jede Laufschaufel 22 weist ein der Innenwand 21 zugewandtes Schaufelende 23 auf, welches eine der Innenwand 21 entspre-

chende Schräge (Neigung gegenüber der Rotorachse 3) besitzt.

Zwischen jedem Schaufelende 23 und dem zugeordneten Bereich der Innenwand 21 ist ein radialer Spalt 26 (siehe Figur 4) gebildet. Die Turbine 18 wird während eines normalen Betrie- bes von einem nicht dargestellten Heißgas durchströmt, wel- ches von der Brennkammer 28 in die Turbine 18 gelangt und aus dieser an einem Turbinenauslaß 31 austritt.

In Figur 2 ist ein Wellenlager 1, welches als feststehendes Gleitlager ausgebildet ist, in einem Längsschnitt darge- stellt. Das Wellenlager 1 umschließt den Rotor 2 in Umfangs- richtung und ist axial zwischen zwei radialen Rotorflächen 6, 7 angeordnet. Das Wellenlager 1 weist zwei axial voneinander beabstandete Lagerelemente 4,5 auf, welche eine jeweilige Lagerfläche 14,15 besitzt. Die Lagerfläche 15 des Lagerele- mentes 5 ist der Rotorfläche 7 unmittelbar benachbart und von dieser durch einen Film aus einem Hydraulikfluid (Hydraulik- öl) 8 getrennt. Analog hierzu ist die Lagerfläche 14 durch Hydraulikfluid 8 von der Rotorfläche 6 getrennt. Weiterhin liegt ein Film aus Hydraulikfluid 8 in Umfangsrichtung zwi- schen dem Rotor 2 und dem Wellenlager 1 an. Das Wellenlager 1 ist hierbei ein Axial-und Radiallager. Das Wellenlager 1 kann selbstverständlich als Axiallager ausgebildet sein, wo- bei ein separates Radiallager vorgesehen sein kann. Das La- gerelement 5 ist axial verschieblich, wobei zur Axialver- schiebung in dem Wellenlager 1 ein Ölraum 17 angeordnet ist, in den Hydrauliköl unter einem hohen Druck einspeisbar ist, so daß eine axiale Verschiebung des Lagerelementes 5 erreicht wird. Das Lagerelement 5 weist zum Ölraum 17 hin an einem In- nendurchmesser und einem Außendurchmesser jeweils einen Dichtring 32 auf. Das Lagerelement 5 ist vorzugsweise als Kreisringkolben ausgebildet. Das Lagerelement 4 ist vorzugs- weise ebenfalls axial verschieblich ausgebildet. Zum Ölraum 17, zum Lagerelement 4 sowie zum Außenumfang des Rotors 2 führt jeweils eine Zuleitung 16 für Hydraulikfluid 8, welche mit einer Hydraulikversorgung 12 verbunden sind. Die Hydrau- likversorgung 12 weist ein nicht näher dargestelltes Reser-

voir für Hydraulikfluid 8 sowie entsprechende Hydraulikpumpen zur Erzeugung eines hohen Druckes (nicht dargestellt) sowie zur Zuführung von Hydraulikfluid an die Lagerflächen 6,7 so- wie den Außenumfang des Rotors 2 auf. Die Hydraulikversorgung 12 ist hierbei vorzugsweise so ausgebildet, daß mit einem entsprechenden Druck Hydraulikfluid zu den Lagerelementen 4 und 5 führbar ist, so daß eine axiale Verschiebung des Rotors 3 erreicht wird. Nach Erreichen der axialen Verschiebung des Rotors 2 ist es über die Hydraulikversorgung 12 oder gegebe- nenfalls eine andere, nicht dargestellte Einrichtung, bei- spielsweise mittels einem oder mehreren Absperrventilen, mög- lich, das Volumen des auf die Lagerelemente 4 und 5 wirkenden Hydraulikfluides jeweils konstant zu halten. Hierdurch ist erreicht, daß aufgrund der Inkompressibilität des Hydraulik- fluides selbst bei Änderungen des axialen Schubes des Rotors 2 in dem Wellenlager 1 eine jeweils entgegengerichtete gleich große Gegenkraft erzeugt wird und somit der Rotor 2 in der gewünschten axialen Position verbleibt.

In Figur 3 ist ebenfalls in einem Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines Wellenlagers 1 dargestellt, welches ge- genüber der Ausführungsform nach Figur 2 keine hydraulische Verschiebung des Lagerelements 5, sondern eine Verschiebung des Lagerelementes 5 auf elektromechanischem Wege angibt. Im Hinblick auf die sonstige Ausgestaltung des Wellenlagers 1 gemäß Figur 3 sei auf die Beschreibung zu Figur 2 verwiesen.

An das Lagerelement 5 greift im Inneren des Wellenlagers 1 ein Verschiebungselement 10, insbesondere insbesondere eine Spindel, an, welches durch einen Verschiebunbgsantrieb 11, hier ein Elektromotor, in axialer Richtung beweglich ist. Mit weiteren nicht dargestellten Komponenten, wie eine Stromver- sorgung mit entsprechenden elektrischen Leitungen, bilden das Verschiebungselement 10 und der Verschiebungsantrieb 11 eine mechanische Verschiebungseinrichtung 9 zur axialen Verschie- bung des Lagerelementes 5.

In dem Wellenlager 1 ist ein Abstandselement 13 (siehe Figur 2 oder 3), hier als ein Anschlag ausgeführt, vorgesehen.

Durch das Abstandselement 13 ist eine axiale Verschiebung des Lagerelements 5 in Richtung des Lagerelements 4 begrenzt.

Hierdurch ist auch eine axiale Bewegung des Rotors 2 in Rich- tung des Lagerelements 4 begrenzt. Dies stellt sicher, daß keine Verschiebung des Rotors 2 in Richtung zum Turbinenaus- tritt 31 erfolgt, welche nicht durch reine Wärmedehnungen hervorgerufen wird und zu einer Verbreiterung des Radial- spalts und damit höheren Wirkungsgradverlusten führt. Selbst bei einem Ausfall der Hydraulikversorgung bzw. der Verschie- bungseinrichtung 9 ist somit der Radialspalt 26 nicht größer als bei einer Gasturbine 19, welche keinerlei Ausgleich des radialen Spaltes 26 infolge von Wärmedehnungen des Rotors 2 duchführt.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Wellenla- gers 1, welches als ein axiales Gleitlager ausgebildet ist, dargestellt. Gegenüber den in den Figuren 2 und 3 dargestell- ten Ausführungsformen umschließt das Wellenlager 1 einen sich in radialer Richtung erstreckenden Wellenringbereich, welcher die beiden Rotorflächen 6 und 7 bildet. An die beiden Rotor- flächen 6 und 7 grenzen jeweils die beiden Lagerflächen 14 und 15 an und sind von den Rotorflächen 6 und 7 jeweils durch ein entsprechendes Schmiermittel, insbesondere Hydrauliköl, beabstandet. Hinsichtlich der weiteren Wirkungsweise und kon- struktiven Ausgestaltung des Wellenlagers 1 sei auf die Aus- führungen bezüglich der Ausführungsformen gemäß Figuren 2 und 3 verwiesen.

In Figur 5 ist in einem Querschnitt ein Wellenlager 1 darge- stellt, welches eine im wesentlichen kreisringförmige Lager- fläche 14 aufweist. Die Lagerfläche 14 ist durch eine Mehr- zahl von Lagerelementen 4, Lagerklötzen, gebildet. Die La- gerelemente 4 können hierbei jeweils einzeln in axialer Rich- tung verschiebbar sein oder gruppenweise oder alle zusammen mittels eines ringförmigen Kraftübertragungselementes, wel-

ches nicht dargestellt ist, in axialer Richtung bewegt wer- den. Es ist selbstverständlich möglich, daß die Lagerfläche 14 durch ein einziges kreisringförmiges Lagerelement gebildet ist.

In Figur 6 ist in einem Längsschnitt ein Ausschnitt durch eine Strömungsmaschine 19 mit sich konisch erweiterndem Ge- häuse 20 dargestellt. Auf einem Rotor 2 ist beispielhaft eine Laufschaufel 22 dargestellt, deren Schaufelende 23 analog zur Innenwand 21 des Gehäuses mit der gleichen Schräge ausgeführt ist. Die gestrichelt dargestellte Laufschaufel 22 entspricht einem Betriebszustand der Strömungsmaschine 19, bei der eine Wärmedehnung des Rotors 2 stattgefunden hat. Durch diese Wär- medehnung ist ein relativ großer radialer Spalt 26A zwischen dem Schaufelende 23 und der Innenwand 21 entstanden, durch welchen Strömungsverluste in der Strömungsmaschine 19 auftre- ten, die eine Verringerung des Wirkungsgrades bedingen. Die durchgezogen dargestellte Laufschaufel 22 stellt einen Be- triebszustand der Strömungsmaschinde 19 dar, bei der über ein Wellenlager 1 gemäß Figur 2 oder 3 eine Verschiebung des Ro- tors 2 zur Verringerung des radialen Spaltes 26 durchgeführt wurde. Der radiale Spalt 26 ist mithin deutlich schmäler als der radiale Spalt 26A bei unverschobenem Rotor 2. Durch die Verschiebung des Rotors 2 über das Wellenlager 1 mit einem axial verschieblichen Lagerelement 5 wird eine Verringerung der Strömungsverluste in den radialen Spalten 26 der Strö- mungsmaschine 19 erreicht. Besonders wirksam ist dieses Ver- fahren zur Verringerung der Strömungsverluste bei stationär betriebenen Gasturbinen, welche über einen langen Zeitraum in einem Leistungsbetriebszustand gefahren werden.