DE10306820A1 - Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen, insbesondere in Gasturbinen - Google Patents

Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen, insbesondere in Gasturbinen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen, insbesondere in Gasturbinen. DOLLAR A Eine Gasturbine (10) verfügt über eine rotierende erste Baugruppe (11), nämlich eine Innenwelle. Weiterhin ist eine festehende zweite Baugruppe (16), ein Gehäuse, vorhanden. Zwischen der ersten Baugruppe (11) und der zweiten Baugruppe (16) ist eine rotierende dritte Baugruppe (14, 17), nämlich Laufschaufeln und den Laufschaufeln zugeordnete Scheiben, angeordnet, wobei die erste Baugruppe (11) und die dritte Baugruppe (14, 17) um eine gemeinsame Achse (12) und reltaiv zueinander rotieren. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der ersten rotierenden Baugruppe (11), der Innenwelle, mindestens eine Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
  • Gasturbinen, die zum Beispiel in Flugzeugen als Triebwerke verwendet werden, umfassen in der Regel mehrere in axialer Richtung der Gasturbine hintereinander angeordnete, rotierende Laufschaufeln. Die rotierenden Laufschaufeln sind von einem feststehenden Gehäuse umgeben. Zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse ist ein Spalt ausgebildet, der zur Vermeidung von Wirkungsgradverlusten der Gasturbine möglichst gering bemessen sein soll.
  • Die rotierenden Laufschaufeln und das feststehende Gehäuse verfügen über ein unterschiedliches thermisches Zeitverhalten. Bei Wärmentwicklung im Betrieb der Gasturbine dehnen sich demnach die rotierenden Laufschaufeln und das feststehende Gehäuse, insbesondere im instationären Betriebsbereich der Gasturbine, unterschiedlich stark aus. Hierdurch kann es zu einer Vergrößerung des Spalts zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse kommen.
  • In rotierenden Einrichtungen wie zum Beispiel Gasturbinen sollen die unterschiedlich starken Ausdehnungen von feststehenden Baugruppen und rotierenden Baugruppen ausgeglichen werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Wärmeübergang zwischen den feststehenden Baugruppen und den rotierenden Baugruppen verbessert wird. Ein verbesserter Wärmeübergang zwischen den feststehenden Baugruppen und den rotierenden Baugruppen sorgt für eine Angleichung des thermischen Zeitverhaltens, eine angeglichene Erwärmung und damit letztendlich ausgeglichene Ausdehnung von feststehenden Baugruppen und rotierenden Baugruppen. Für Gasturbinen würde dies bedeuten, dass es auch im instationären Betriebsbereich der Gasturbine zu einer ausgeglichenen bzw. gleichmäßigen Ausdehnung von Laufschaufeln und Gehäuse kommt, wodurch die Größe des Spalts zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse im Idealfall keinen Schwankungen mehr unterliegt.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen zu schaffen. Weiterhin liegt es im Sinne der Erfindung, eine entsprechende Gasturbine zu schaffen.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die Eingangs genannte Anordnung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
  • Erfindungsgemäß ist der ersten rotierenden Baugruppe mindestens eine Einrichtung zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs in der rotierenden Einrichtung zugeordnet. Das unterschiedliche thermische Zeitverhalten der Baugruppen kann hierdurch verbessert werden.
  • Die erfindungsgemäße Gasturbine ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 6 gekennzeichnet.
  • Die Gasturbine weist eine rotierende Innenwelle, ein feststehendes Gehäuse und einen Rotorverband, bestehend aus mehreren Scheiben mit jeweils mehreren Laufschaufeln auf, wobei die Laufschaufeln und die Innenwelle um eine gemeinsame Achse und mit unterschiedlicher Drehzahl und z.T. Drehrichtung relativ zueinander rotieren. Erfindungsgemäß ist der Innenwelle mindestens eine Einrichtung zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet. Die Laufschaufeln und das Gehäuse dehnen sich demzufolge auch während des instationären Betriebs der Gasturbine gleichmäßiger aus. Dadurch wird der Radialspalt zwischen den Laufschaufeln und dem Gehäuse verringert. Hierdurch werden Einbußen im Wirkungsgrad der Gasturbine verkleinert.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in axialer Richtung der Gasturbine mehrere rotierende Laufschaufeln hintereinander angeordnet. Jeder Laufschaufel ist ein sich zwischen den Laufschaufeln und der Innenwelle erstreckendes Bauteil, nämlich eine Scheibe, zugeordnet. Jeweils zwei benachbarte Scheiben begrenzen eine rotierende Kammer. Der Innenwelle sind mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Einrichtung zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet, wobei sich die Einrichtungen ausgehend von der Innenwelle radial in die von den Scheiben begrenzten Kammern erstrecken. Die Einrichtungen zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs sind als flexible Körper ausgebildet, die bei Rotation ihre äußere Form verändern. Die Einrichtungen sorgen für eine bessere bzw. stärkere Durchströmung der Kammern und damit für eine Erhöhung des konvektiven Wärmeübergangs in den rotierenden Kammern.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1: einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Gasturbine im schematisierten Querschnitt, und
  • 2: ein Detail der 1 in einem gegenüber 1 um 90° aus der Zeichenebene gedrehten Querschnitt.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Gasturbine 10. Die Gasturbine 10 verfügt über eine rotierende Innenwelle 11, wobei 1 eine Drehachse 12 der Innenwelle 11 und eine Wandung 13 derselben zeigt. Weiterhin verfügt die Gasturbine 10 über mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete, rotierende Laufschaufeln 14. Zwischen jeweils zwei benachbarten Laufschaufelreihen 14 ist eine feststehende Leitschaufelreihe 15 positioniert. An die Laufschaufel 14 sowie Leitschaufeln 15 grenzt ein Gehäuse 16 an, welches feststehend ausgebildet ist und die Gasturbine 10 nach außen begrenzt.
  • Die rotierenden Laufschaufeln 14 rotieren um dieselbe Drehachse 12 wie die Innenwelle 11. Wie bereits erwähnt, sind die Leitschaufeln 15 und das Gehäuse 16 feststehend und damit nicht-rotierend. Bei einer Gasturbine mit einer rotierenden In nenwelle 11 handelt es sich um eine Mitteldruck- oder um eine Hochdruckkomponente.
  • Wie 1 entnommen werden kann, ist jeder rotierenden Laufschaufel 14 eine sich in Richtung auf die Innenwelle 11 erstreckende Scheibe 17 zugeordnet. Die Scheiben 17 sind mit den Laufschaufeln 14 fest verbunden und rotieren zusammen mit den Laufschaufeln 14 um die Drehachse 12. Die Scheiben 17 sind durch einen Mantel 18 (shroud) miteinander fest verbunden. Auch der Mantel 18 rotiert zusammen mit den Laufschaufeln 14 und den Scheiben 17 um die Drehachse 12.
  • Jeweils zwei benachbarte, rotierende Scheiben 17 begrenzen eine zwischen der Innenwelle 11 und dem Mantel 18 verlaufende Kammer. Eine solche Kammer ist in 1 mit der Bezugsziffer 19 gekennzeichnet. Die Kammern 19 begrenzen demnach ein definiertes Volumen. Die Kammern 19 rotieren um die Drehachse 12.
  • Bei einer solchen Gasturbine 10 ist zwischen einer äußeren Wandung 20 der rotierenden Laufschaufeln 14 und dem Gehäuse 16 ein Spalt ausgebildet. Dieser Spalt soll zur Vermeidung von Wirkungsgradverlusten möglichst gering ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist von Bedeutung, dass der Spalt zwischen den Laufschaufeln 14 und dem Gehäuse 16 während des gesamten Betriebs der Gasturbine 10 möglichst geringe Abmessungen aufweisen soll. Da jedoch die rotierenden Baugruppen der Gasturbine 10, insbesondere die rotierenden Laufschaufeln 14 und die rotierenden Scheiben 17, über ein unterschiedliches thermisches Zeitverhalten wie die feststehenden Baugruppen, insbesondere das feststehende Gehäuse 16, verfügen, unterliegt bei Gasturbinen nach dem Stand der Technik der Spalt zwischen den Laufschaufeln 14 und dem Gehäuse 16 einer Veränderung.
  • So dehnt sich nämlich nach dem Stand der Technik bei Beschleunigung infolge von Wärmeeinwirkung das Gehäuse 16 schneller aus als die rotierenden Laufschaufeln 14. Insbesondere während einer Beschleunigung der Gasturbine 10 vergrößert sich demnach der thermische Anteil des Spalts zwischen den Laufschaufeln 14 und dem Gehäuse 16. Ein vergrößerter Spalt beeinträchtigt jedoch den Wirkungsgrad der Gasturbine. Eine Vergrößerung des Spalts soll demnach vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß sind der rotierenden Innenwelle 11 der Gasturbine 10 Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs innerhalb der Kammern 19 und damit zwischen den rotierenden Laufschaufeln 14 und dem feststehenden Gehäuse 16 zugeordnet. Die Einrichtungen 21 sind mit der Innenwelle 11 fest verbunden und rotieren zusammen mit der Innenwelle 11 um die Drehachse 12. Gemäß 1 ragen die Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs in die von Scheiben 17 begrenzten Kammern 19 hinein.
  • An dieser Stelle soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass die Scheiben 17 zusammen mit den Laufschaufeln 14 um die Drehachse 12 rotieren. Die Laufschaufeln 14 und die Scheiben 17 verfügen demnach relativ zur Drehachse 12 über eine einheitliche Drehrichtung sowie Drehzahl. Die Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs sind mit der Innenwelle 11 fest verbunden. Somit rotieren die Einrichtungen 21 zusammen mit der Innenwelle 11 um die Drehachse 12. Die Innenwelle 11 und die Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs rotieren demnach bezüglich der Drehachse 12 auch mit einer gleichen Drehzahl und gleichen Drehrichtung.
  • Die rotierende Innenwelle 11 verfügt jedoch gegenüber den rotierenden Leitschaufeln 14 und damit gegenüber den rotierenden Scheiben 17 bzw. rotierenden Kammern 19 über eine unterschiedliche Drehzahl und/oder unterschiedliche Drehrichtung. Die Innenwelle 11 rotiert demnach zusammen mit den Einrichtungen 21 relativ zu den Laufschaufeln 14 und damit relativ zu den von den Scheiben 17 begrenzten, rotierenden Kammern 19.
  • Bedingt dadurch, dass die Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs in die rotierenden Kammern 19 hineinragen und relativ zu den rotierenden Kammern 19 mit einer unterschiedlichen Drehrichtung und/oder unterschiedlichen Drehzahl rotieren, wird für eine intensive Durchströmung der rotierenden Kammern 19 gesorgt. Dies bewirkt eine Erhöhung des konvektiven Wärmeübergangs in den rotierenden Kammern 19 und damit letztendlich ein schnelleres thermisches Zeitverhalten der rotierenden Scheiben 17. Damit kann das gegenüber dem feststehenden Gehäuse 16 unterschiedliche thermische Zeitverhalten der rotierenden Laufschaufeln 14 und damit das unterschiedliche Dehnungsverhalten zwischen dem feststehenden Gehäuse 16 und den rotierenden Schaufeln 14 besser ausgeglichen werden. Die rotierenden Laufschaufeln 14 und das feststehende Gehäuse 16 dehnen sich dann über den gesamten Betriebsbereich der erfindungsgemäßen Gasturbine 10 hinweg gleichmäßiger aus. Insbesondere während des instationären Betriebsbereichs der Gasturbine 10 wird eine Änderung des Spalts zwischen den Laufschaufeln 14 und dem Gehäuse 16 verringert. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Gasturbine 10 insbesondere während des instationären Betriebsbereichs merklich verbessert werden, was zu Kraftstoffeinsparungen sowie zu einer Verbesserung des sogenannten Pumpgrenzabstands des Verdichters in der Gasturbine 10 führt.
  • Die mit der rotierenden Innenwelle 11 verbundenen Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs können als beliebig geformte Körper ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch die in 2 wiedergegebene Ausgestaltung der Einrichtungen 21.
  • So handelt es sich bei den Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs beim Ausführungsbeispiel der 2 um flexible Körper aus zum Beispiel flexiblem Metall. Kunststoff. Mit einem ersten Abschnitt 22 sind die Einrichtungen 21 fest in der Wandung 13 der Innenwelle 11 verankert. Mit einem dem ersten Abschnitt 22 gegenüberliegenden zweitem Abschnitt 23 ragen die Einrichtungen 21 in die rotierenden Kammern 19 hinein. Da die Einrichtungen 21 im hier gezeigten Ausführungsbeispiel als flexible Körper ausgebildet sind, können sich dieselben unter Einwirkungen einer Zentrifugalkraft strecken. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die als flexible Körper ausgebildeten Einrichtungen 21 bei Rotation ihre äußere Form verändern. Die Einrichtungen 21 können auch als Metallstreifen oder Metalldrähte oder beliebig geformte Metallkörper ausgebildet sein. Auch können die flexiblen Körper unterschiedlich tief in die Kammern 19 hineinragen. Durch einen in der Welle integrierten Mechanismus könnte die Länge der beschriebenen Einrichtung verändert bzw. angepasst werden. Es sind auch starre Körper denkbar, die geeignet sind, die axial strömende Luft auf Grund ihrer Form in die Kammer zu lenken und in ihrer radialen Erstreckung nicht größer als die Naben der Scheiben sind, so dass die Welle montierbar ist, also durch die Naben geschoben werden kann.
  • Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, in rotierenden Kammern einer Gasturbine oder eines Triebwerks oder einer sonstigen rotierenden Einrichtung den konvektiven Wärmeübergang in den rotierenden Kammern zu erhöhen. Bei einer Gasturbine 10 kann hierdurch das unterschiedliche thermische Zeitverhalten von rotierenden Baugruppen, nämlich der rotierenden Laufschaufeln 14 sowie der mit den Laufschaufeln 14 verbundenen rotierenden Scheiben 17, und feststehenden Baugruppen, nämlich dem feststehenden Gehäuse 16, ausgeglichen werden. Der Innenwelle 11 der Gasturbine 10 sind hierzu die bereits erwähnten Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet.
  • Die Einrichtungen 21 rotieren zusammen mit der Innenwelle 11 um die Drehachse 12. Die Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs und die Innenwelle 11 rotieren demnach mit derselben Drehzahl und Drehrichtung. Die den Laufschaufeln 14 zugeordneten Scheiben 17 bilden Kammern 19. Die Laufschaufeln 14 und Scheiben 17 rotieren ebenfalls mit einer gemeinsamen Drehzahl und Drehrichtung um die Drehachse 12, jedoch relativ zu der Innenwelle 11 und den Einrichtungen 21. Die Rotationsbewegung der Einrichtungen 21 und der von den Scheiben 17 begrenzten Kammern 19 unterscheidet sich durch die Drehzahl und/oder Drehrichtung. Die in die Kammern 19 hineinragenden Einrichtungen 21 zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs bewegen sich demnach relativ zu den Kammern 19 bzw. relativ zu den Scheiben 17. Hierdurch wird eine intensive Durchströmung der Kammern 19 gewährleistet. Letztendlich wird hierdurch der konvektive Wärmeübergang in den rotierenden Kammern erhöht.
  • Obwohl die Erfindung am Beispiel einer Gasturbine beschrieben worden ist, soll die Erfindung auf diesen konkreten Anwendungsfall nicht beschränkt sein. Die Erfindung ist vielmehr überall dort einsetzbar, wo der Wärmeübergang in rotierenden Einrichtungen beeinflusst werden soll. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist also nicht auf Gasturbinen oder sonstige Antriebe in der Luftfahrttechnik beschränkt, obwohl diese Verwendung bevorzugt und besonders vorteilhaft ist.
    • 10
    Gasturbine
    11
    Innenwelle
    12
    Drehachse
    13
    Wandung
    14
    Laufschaufel
    15
    Leitschaufel
    16
    Gehäuse
    17
    Scheiben
    18
    Mantel
    19
    Kammer
    20
    Wandung
    21
    Einrichtung
    22
    Abschnitt
    23
    Abschnitt

Claims (11)

  1. Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen, insbesondere in Gasturbinen, mit einer rotierenden ersten Baugruppe (11), einer feststehenden zweiten Baugruppe (16) und einer zwischen der ersten Baugruppe (11) und der zweiten Baugruppe (16) angeordneten, rotierenden dritten Baugruppe (14, 17), wobei die erste Baugruppe (11) und die dritte Baugruppe (14, 17) um eine gemeinsame Achse (12) und relativ zueinander rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten rotierenden Baugruppe (11) mindestens eine Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs sich ausgehend von der ersten rotierenden Baugruppe (11) radial nach aussen erstreckt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs als flexibler Körper, der bei Rotation seine äußere Form verändert, insbesondere sich bei Rotation streckt, oder als starrer Körper ausgebildet ist.
  4. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende dritte Baugruppe (14, 17) mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Kammern (19) bildet, dass der rotierenden ersten Baugruppe (11) mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet sind, und dass jeweils eine der Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs in jeweils eine der Kammern (19) hineinragt.
  5. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende erste Baugruppe (11) als Innenwelle ausgebildet ist, dass die rotierende dritte Baugruppe (14, 17) die Innenwelle rotationssymmetrisch umschließt, und dass die erste Baugruppe (11) und die dritte Baugruppe (14, 17) mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder unterschiedlicher Drehzahl relativ zueinander rotieren.
  6. Gasturbine, mit einer rotierenden Innenwelle (11), einem feststehenden Gehäuse (16) und einem Rotorverband einschließlich mehrerer rotierender Laufschaufeln (14), wobei die Laufschaufeln (14), der Rotorverband und die Innenwelle (11) um eine gemeinsame Achse (12) und relativ zueinander rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwelle (11) mindestens eine Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet ist.
  7. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung mehrere rotierende Laufschaufeln (14) hintereinander angeordnet sind, dass vorzugsweise jeder Laufschaufel (14) ein sich zwischen den Laufschaufeln (14) und der Innenwelle (11) erstreckendes Bauteil (17) zugeordnet ist, wobei jeweils zwei benachbarte Bauteile (17) eine rotierende Kammer (19) bilden, und dass der Innenwelle (11) mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zugeordnet sind, wobei sich die Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs ausgehend von der Innenwelle (11) radial in die von den Bauteilen (17) begrenzten Kammern (19) erstrecken.
  8. Gasturbine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Einrichtung (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs als flexibler Körper, der bei Rotation seine äußere Form verändert, insbesondere sich bei Rotation streckt, oder als starrer Körper ausgebildet ist.
  9. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs in radialer Richtung unterschiedlich weit in die Kammern (19) hineinragen.
  10. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs zusammen mit der Innenwelle (11) und die Bauteile (17) zusammen mit den Laufschaufeln (14) rotieren.
  11. Gasturbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (21) zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs und die den Laufschaufeln (14) zugeordneten Bauteile (17) mit unterschiedlicher Drehrichtung und/oder unterschiedlicher Drehzahl relativ zueinander rotieren.
DE10306820A 2003-02-19 2003-02-19 Anordnung zur Beeinflussung des Wärmeübergangs in rotierenden Einrichtungen, insbesondere in Gasturbinen Withdrawn DE10306820A1 (de)

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9670780B2 (en) 2013-03-11 2017-06-06 United Technologies Corporation Tie shaft flow trip
WO2015050680A1 (en) 2013-10-02 2015-04-09 United Technologies Corporation Gas turbine engine with compressor disk deflectors

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2505660A (en) * 1950-04-25 Augmentor fob jet propulsion hav
FR933000A (fr) 1941-10-14 1948-04-07 Vickers Electrical Co Ltd Perfectionnements aux, ou concernant les turbines à combustion interne, pour la propulsion aérienne
US2998099A (en) * 1957-11-20 1961-08-29 Hollingsworth R Lee Gas impeller and conditioning apparatus
US3080824A (en) * 1961-02-27 1963-03-12 James A Boyd Fluid moving device
FR1514932A (fr) * 1965-06-24 1968-03-01 Snecma Compresseur axial à double rotor contrarotatif
US3538657A (en) * 1968-12-26 1970-11-10 Lawrence Macrow Gas-liquid contact apparatus
US4274261A (en) * 1978-09-25 1981-06-23 United Technologies Corporation Closed cycle contrarotating gas turbine power plant utilizing helium as the working medium
GB8423045D0 (en) * 1984-09-12 1984-10-17 Ici Plc Gas-moving device
US4790133A (en) * 1986-08-29 1988-12-13 General Electric Company High bypass ratio counterrotating turbofan engine
GB2207191B (en) * 1987-07-06 1992-03-04 Gen Electric Gas turbine engine
GB2207465B (en) * 1987-07-18 1992-02-19 Rolls Royce Plc A compressor and air bleed arrangement
JP2630701B2 (ja) 1991-10-21 1997-07-16 陸郎 野津 対称翼型タービンのタービンロータブレード
US5993158A (en) * 1997-10-17 1999-11-30 Dbs Manufacturing, Inc. Method and apparatus for aeration using flexible blade impeller
JP4040773B2 (ja) 1998-12-01 2008-01-30 株式会社東芝 ガスタービンプラント

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