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Die vorliegende Erfindung betrifft eine in einer Gasturbine verwendete Brennkammer und eine Gasturbine mit der Brennkammer.
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Eine Brennkammer einer Gasturbine ist hoher Temperatur ausgesetzt, wenn die Gasturbine in Betrieb ist. Daher wird die Brennkammer mit Luft oder Gas wie beispielsweise Dampf, der als Kühlmedium verwendet wird, gekühlt. Bei solch einer Gasturbine ist eine Gasturbinenbrennkammer bekannt, die ausgestaltet ist, um eine Verbrennungskammer der Brennkammer mit dem Kühlmedium zu kühlen (z.B.
JP 2009 -
079 483 A ).
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Aus der
US 2011 / 0 247 341 A1 und der
EP 2 228 602 A2 sind Brennkammern einer Gasturbine mit einer Kühlstruktur für ein Übergangsstück bekannt. Die Kühlungsstruktur des Übergangsstücks umfasst eine Prallhülse, die das Übergangsstück unter Bildung eines ringförmigen Zwischenraums konzentrisch umgibt und den Strömungsweg für ein Kühlmedium bildet. Das Kühlmedium tritt über mehrere in Axialrichtung angeordnete Einlassöffnungen in diesen Strömungsweg ein und strömt stromauf bezogen auf die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases in Richtung des Einlasses des Übergangsstücks. Im Bereich des Übergangs von dem Brennkammerkorb zum Übergangsstück wird dieser Strömungsweg durch einen weiteren Strömungsweg ergänzt, der in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases stromab gerichtet ist, aber am stromabwärtigen Endabschnitt der Brennkammerauskleidung endet.
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Generell umfasst eine Brennkammer ein Übergangsstück zum Eintragen von Verbrennungsgas in eine Turbine. Da das Übergangsstück auch einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, wird das Übergangsstück durch ein Kühlmedium gekühlt, wenn eine Gasturbine in Betrieb ist. In einem Fall, in dem Luft oder Gas wie beispielsweise Dampf als das Kühlmedium verwendet wird, um das Übergangsstück zu kühlen, kann es nötig sein, einen Abschnitt in einem Kühlabschnitt des Übergangsstücks, wo das Kühlmedium eingebracht wird, zu begrenzen, da auch andere Elemente in der Gasturbine vorgesehen sind. In solch einem Fall kann eine Kühlleistung des Kühlmediums hinsichtlich des Übergangsstücks verschlechtert sein.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verschlechterung der Kühlleistung in einem Fall eines Kühlens des in der Brennkammer der Gasturbine enthaltenen Übergangsstücks mit dem Kühlmedium zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennkammer die Merkmale des Patentanspruches 1.
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Bei dieser Brennkammer kann ein Kühlmedium einer Kühlmedium-Eintrageinheit von Abzweigabschnitten zu einer Strommitte eines Kühlabschnitts strömen. Dementsprechend kann, hinsichtlich einem Abschnitt, der weit von einem Kühlmediumeinlass entfernt ist, wo eine Temperatur des Kühlmediums ansteigt und sich eine Kühlleistung verschlechtert, das Kühlmedium, das eine geringe Temperatur und eine hohe Kühlleistung hat, in solch einen Abschnitt hineinströmen. Daher kann eine Verschlechterung der Kühlleistung an dem Abschnitt, wo die Kühlleistung sich verschlechtert hat, verhindert werden. Somit kann eine Verschlechterung der Kühlleistung, in einem Fall des Kühlens des in der Brennkammer der Gasturbine enthaltenen Übergangsstücks mit dem Kühlmedium verhindert werden.
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In der Brennkammer ist der Abzweigabschnitt zumindest an einer Seite einer Mittelachse der Rotation der Turbine des Übergangsstücks vorgesehen. Der Kühlmediumeinlass ist häufig an einer Außenseite des Übergangsstücks in einer radialen Richtung vorgesehen, das heißt an einem Abschnitt, der von einer Mittelachse einer Drehung einer Turbine separiert bzw. beabstandet ist. Daher ist ein Abstand von dem Kühlmediumeinlass in einer Mittelachse der Rotationsseite des Übergangsstücks so groß, dass sich die Kühlleistung leicht verschlechtert. Durch Vorsehen der Abzweigabschnitte in der Mittelachse der Rotationsseite des Übergangsstücks, kann eine Verschlechterung der Kühlleistung in der Mittelachse der Rotationsseite des Übergangsstücks verhindert werden.
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Bevorzugt teilt bei der Brennkammer der Kühlabschnitt das Kühlmedium, das von dem Verbindungabschnitt strömt, und das Kühlmedium, das von dem Abzweigabschnitt strömt, auf und ermöglicht, dass diese durch den Kühlabschnitt hindurchtreten können. Auf diese Weise kann es einfach sein, eine Menge der Strömung des Kühlmediums, die durch die Abzweigabschnitte in den Kühlabschnitt hineinströmt und eine Menge der Strömung des Kühlmediums, die durch einen Verbindungsabschnitt in den Kühlabschnitt hineinströmt, zu steuern.
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Bevorzugt mischt bei der Brennkammer der Kühlabschnitt das Kühlmedium, das von dem Verbindungsabschnitt strömt, und das Kühlmedium, das von dem Abzweigabschnitt strömt, an dem Abzweigabschnitt, und ermöglicht, dass diese durch den Kühlabschnitt hindurchtreten können. Auf diese Art und Weise ist es einfach die Temperatur des Kühlmediums, das in einem Abschnitt strömt, der näher an einem stromabwärtigen Strom als die Abzweigabschnitte des Kühlabschnitts ist so zu vereinheitlichen, dass eine Kühleffizienz verbessert ist.
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Bevorzugt umfasst bei der Brennkammer die Kühlmedium-Eintrageinheit eine erste Kühlmedium-Eintrageinheit, die so ausgestaltet ist, dass das Kühlmedium von dem Verbindungsabschnitt zu dem Kühlabschnitt strömen kann, und eine zweite Kühlmedium-Eintrageinheit, die so ausgestaltet ist, dass das Kühlmedium von dem Abzweigabschnitt zu dem Kühlabschnitt strömen kann. Auf diese Art und Weise kann die Kühlmedium-Eintrageinheit flexibler angeordnet werden bzw. sein.
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Bevorzugt sind bei der Brennkammer die zweite Kühlmedium-Eintrageinheit und die erste Kühlmedium-Eintrageinheit in der genannten Reihenfolge in einer radialen Richtung zu einer Außenseite des Übergangsstücks gestapelt. Auf diese Art und Weise kann ein Bereich verkleinert sein, wo eine zweite Kühlmedium-Eintrageinheit mit der Umgebungsluft mit hoher Temperatur in Kontakt ist. Daher kann ein Temperaturanstieg des Kühlmediums im Inneren der zweiten Kühlmedium-Eintrageinheit verhindert werden.
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Bevorzugt weist bei der Brennkammer die Kühlmedium-Eintrageinheit eine thermische Barriereschicht in einer Außenfläche auf. Auf diese Art und Weise reduziert eine thermische Barriereschicht eine Menge von Wärme, die zu dem Kühlmedium im Inneren der Kühlmedium-Eintrageinheit von einer Luft, mit der ein Innere einer Gehäuseaufnahme gefüllt ist, übertragen wird. Daher kann ein Temperaturanstieg des Kühlmediums im Inneren der Kühlmedium-Eintrageinheit verhindert werden.
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Bevorzugt weist bei der Brennkammer die Kühlmedium-Eintrageinheit eine innere Wand, die ausgestaltet ist, um einen Abschnitt zu umgeben, wo das Kühlmedium eingetragen wird, und eine äußere Wand, die außerhalb der inneren Wand in einem vorbestimmten Intervall vorgesehen ist, auf. Auf diese Art und Weise reduziert eine Luftschicht zwischen einer inneren Wand und einer äußeren Wand die Menge von Wärme, die zu dem Kühlmedium im Inneren der Kühlmedium-Eintrageinheit von der in das Innere der Gehäuseaufnahme gefüllten Luft, übertragen wird. Daher kann ein Temperaturanstieg des Kühlmediums im Inneren der Kühlmedium-Eintrageinheit verhindert werden.
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Bevorzugt umfasst bei der Brennkammer die Kühlmedium-Eintrageinheit eine Vielzahl von Kühlmediumeinlässen. Auf diese Art und Weise kann ein Abstand zu einer Position, die sich am Weitesten von jeder der Kühlmedium-Eintrageinheiten befindet, wo die Temperatur am höchsten ist, verringert sein. Daher kann die Menge der Wärme, die aufgebracht wird, während das Kühlmedium strömt bis es die Position erreicht, wo die Temperatur am höchsten ist, verringert werden. Somit kann ein Temperaturanstieg an der Position, wo die Temperatur am höchsten ist, effizient verhindert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Gasturbine: einen Verdichter, die Brennkammer gemäß einer der obigen, die ausgestaltet ist, um Brennstoff und durch den Verdichter verdichtete Luft so zu verbrennen, dass Verbrennungsgas erzeugt wird, und eine Turbine, die durch Zuführen des Verbrennungsgases von der Brennkammer angetrieben wird. Die Gasturbine umfasst die zuvor genannte Brennkammer, so dass eine Verschlechterung der Kühlleistung in einem Fall des Kühlens des Übergangsstücks mit dem Kühlmedium verhindert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung kann Verschlechterung einer Kühlleistung in einem Fall des Kühlens eines in einer Brennkammer einer Gasturbine enthaltenen Übergangsstücks mit einem Kühlmedium verhindern.
- 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Gasturbine mit einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform darstellt.
- 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Brennkammer.
- 3 ist eine Schnittansicht eines Übergangsstücks, das in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthalten ist.
- 4 ist eine Ansicht entlang der Linie in einer Richtung eines Pfeils A-A aus 3.
- 5 ist eine Ansicht, die eine Temperaturverteilung eines in einer geschlossenen Zone des Übergangsstücks vorgesehenen Kühlmediums im Inneren eines Mantels darstellt.
- 6 ist ein Teil einer Schnittansicht, die einen Kühlabschnitt und den Mantel des in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthaltenen Übergangsstücks darstellt.
- 7 ist eine Draufsicht, die den Kühlabschnitt und den Mantel des in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthaltenen Übergangsstücks darstellt.
- 8 ist eine Ansicht entlang der Linie in einer Richtung eines Pfeils B-B aus 7.
- 9 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel einer ersten Modifikation darstellt.
- 10 ist ein Teil einer Schnittansicht, die einen Kühlabschnitt und einen Mantel eines in einer Brennkammer gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform enthaltenen Übergangsstücks darstellt.
- 11 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Mantels gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform.
- 12 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Mantels gemäß der dritten Modifikation der Ausführungsform.
- 13 ist eine Ansicht, die ein Übergangsstück gemäß einer vierten Modifikation der Ausführungsform darstellt.
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Eine Art (Ausführungsform) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Gasturbine mit einer Brennkammer gemäß der Ausführungsform darstellt. Wie in 1 dargestellt umfasst eine Gasturbine 1 einen Verdichter 11, eine Brennkammer für die Gasturbine (im Folgenden Brennkammer genannt) 12, eine Turbine 13 und eine Abgaskammer 14 in der genannten Reihenfolge von einer stomaufwärtigen Seite in einer Fluidströmungsrichtung. Die Turbine 13 ist beispielsweise mit einem Generator gekoppelt. Die Gasturbine umfasst einen Rotor (Turbinenwelle) 24, der um eine Mittelachse der Rotation L drehbar ist.
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Der Verdichter 11 umfasst einen Lufteintrag 15, der ausgestaltet ist, um Luft einzutragen. Eine Vielzahl von Statorleitschaufeln 17 und Rotorlaufschaufeln 18 sind abwechselnd im Inneren eines Verdichtergehäuses 16 angeordnet. Die Brennkammer 12 führt Brennstoff der durch den Verdichter 11 verdichteten Luft (Verbrennungsluft) zu und entzündet den Brennstoff mit einem Brenner so, dass ein Gemisch des Brennstoffs und der Verbrennungsluft verbrannt und Verbrennungsgas erzeugt wird. Die Turbine 13 ist mit einer Vielzahl von Statorleitschaufeln 21 und Rotorlaufschaufeln 22 im Inneren eines Turbinengehäuses 20 versehen, die abwechselnd zu einer stromabwärtigen Seite von der stomaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases als das Fluid vorgesehen sind.
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Die Abgaskammer 14 umfasst einen Abgasdiffusor 23, der mit der Turbine 13 gekoppelt ist. Der Rotor 24 ist so vorgesehen, dass er jeweils die Mitte in einer radialen Richtung des Verdichters 11, der Brennkammer 12, der Turbine 13 und der Abgaskammer 14 durchdringt. Ein Ende des Rotors 24 ist an einer Seite des Verdichters 11 drehbar durch einen Lagerabschnitt 25, der an der Mittelachse der Rotation L zentriert ist, getragen bzw. gelagert. Ein Ende des Rotors 24 ist an einer Seite der Abgaskammer 14 drehbar durch einen Lagerabschnitt 26, der an der Mittelachse L zentriert ist, getragen bzw. gelagert. Eine Vielzahl von Scheibenplatten ist an dem Rotor 24 befestigt und jede der Rotorlaufschaufeln 18,22 ist mit dem Rotor 24 gekoppelt.
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In solch einer Gasturbine 1 tritt die von dem Lufteintrag 15 des Verdichters 11 eingetragene Luft durch die Vielzahl von Statorleitschaufeln 21 und Rotorlaufschaufeln 22 so hindurch, dass sie in verdichtete Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck verdichtet ist. In der Brennkammer 12 wird vorbestimmter Brennstoff der verdichteten Luft so zugeführt, dass das Brennstoff-Luftgemisch gebildet ist. Das Brennstoff-Luftgemisch wird in der Brennkammer 12 verbrannt und geht in Verbrennungsgas über. Das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck ist ein in der Brennkammer 12 erzeugtes Arbeitsfluid und tritt durch die Vielzahl von Statorleitschaufeln 21 und Rotorlaufschaufeln 22, die in der Turbine 13 enthalten sind, hindurch und dreht den Rotor 24. Wenn sich der Rotor 24 dreht, wird ein mit dem Rotor 24 gekoppelter Generator so angetrieben, dass elektrische Energie erzeugt wird. Abgas, das durch den Rotor 24 hindurchtritt, wird zu der Luft als Abgas ausgetragen.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht der Brennkammer. Die Brennkammer 12 umfasst ein Brennkammergehäuse 30. Das Brennkammergehäuse 30 umfasst einen inneren Zylinder 32, der im Inneren eines externen Zylinders 31 angeordnet ist, und ein Übergangsstück 33, das mit einem Kopf des inneren Zylinders 32 gekoppelt ist. Das Brennkammergehäuse 30 erstreckt sich entlang einer hinsichtlich der Mittelachse der Rotation L geneigten Mittelachse S.
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Der externe Zylinder 31 ist an einer Gehäuseaufnahme 27 befestigt. Ein Basisende des inneren Zylinders 32 ist durch den externen Zylinder 31 getragen und der innere Zylinder 32 ist im Inneren des externen Zylinders 31 in einem vorbestimmten Intervall, das von dem externen Zylinder 31 verbleibt, vorgesehen. Ein Pilotbrenner 40 ist in einer Mitte des inneren Zylinders 32 entlang der Mittelachse S vorgesehen. Um den Pilotbrenner 40 herum ist eine Vielzahl von Hauptbrennern 42 parallel zu dem Pilotbrenner 40 in gleichmäßigen Intervallen so vorgesehen, dass sie den Pilotbrenner 40 umgeben. Ein Basisende des Übergangsstücks 33 hat eine zylindrische Form und ist mit dem Kopf des inneren Zylinders 32 gekoppelt. Wenn ein Kopf des Übergangsstücks 33 erreicht wird, ist das Übergangsstück 33 geneigt bzw. gebogen und weist eine geringere Querschnittsfläche auf. Das Übergangsstück 33 hat eine Öffnung, die der Rotorleitschaufel 21 in einer ersten Reihe bzw. Stufe der Turbine 13 zugewandt ist. Eine Verbrennerkammer ist im Inneren des Übergangsstücks 33 enthalten.
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3 ist eine Schnittansicht des Übergangsstücks, das in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthalten ist. 4 ist eine Ansicht entlang der Linie in einer Richtung eines Pfeils A-A aus 3. Das Übergangsstück 33 ist ein zylindrisches Element, das einen Einlass 331 für das Verbrennungsgas G, der an einem Ende angeordnet ist, und einen Auslass 33E für das Verbrennungsgas G, der an dem anderen Ende angeordnet ist, umfasst. Das Übergangsstück 33 erlaubt dem Verbrennungsgas G, das von dem Einlass 331 strömt, aus dem Auslass 33E auszuströmen und trägt das Verbrennungsgas F in die in 1 dargestellte Turbine 13 hinein ein. Das Übergangsstück ist mit akustischen Auskleidungen 36 versehen, die an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G oder des Arbeitsfluides vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind die akustischen Auskleidungen 36 in einem äußeren Umfangsabschnitt des Einlasses 331 angeordnet. Dieser Abschnitt wird als eine akustische Auskleidungszone 33L bezeichnet. Wenn hinsichtlich des Übergangsstücks 33 eine untere stromabwärtige Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G oder wenn von einem Auslass der akustischen Auskleidungszone 33L der Auslass 33E erreicht wird, nimmt die Querschnittsfläche eines Durchgangs, durch welchen das Verbrennungsgas G hindurchtritt, graduell bzw. allmählich ab. Dieser Abschnitt wird als eine geschlossene Zone 33C bezeichnet. Die Querschnittsfläche des Durchgangs, durch welchen das Verbrennungsgas G hindurchtritt ist eine Querschnittsfläche, wenn das Übergangsstück 33 in einer Ebene geschnitten wird, die rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases ist, das durch das Übergangsstück 33 hindurchtritt. Eine axiale Linie, die einen Schwerpunkt von jedem Querschnitt des Übergangsstücks 33 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G verbindet, ist eine Mittelachse Z des Übergangsstücks 33.
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Das Übergangsstück 33 wird durch ein Kühlmedium a gekühlt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Kühlmedium a Luft, es sollte aber nicht darauf begrenzt sein. Das Kühlmedium a kann beispielsweise Dampf sein. Das Übergangsstück 33 umfasst einen Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C und einen Kühlabschnitt LLP in der akustischen Auskleidungszone 33L. Der Kühlabschnitt CLP und der Kühlabschnitt LLP umfassen beide eine Vielzahl von Kühlmediumdurchgängen, die sich von dem Auslass 33E des Übergangsstücks 33 zu dem Einlass 331 erstrecken. Das Kühlmedium a strömt in die Vielzahl von Kühlmediumdurchgängen so hinein, dass es das Übergangsstück 33 kühlt.
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Der Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C ist durch die gesamte geschlossene Zone 33C in einer Umfangsrichtung vorgesehen, das heißt in einem Bereich von dem Auslass 33E des Übergangsstücks 33 zu einer vorbestimmten Position zu dem Einlass 33I. Bei der vorliegenden Ausführungsform stellt die vorbestimmte Position einen Endanschluss der akustischen Auskleidungszone 33L dar, das heißt einen Anfangsanschluss der geschlossenen Zone 33C (ein Abschnitt der geschlossenen Zone 33C, der sich am nächsten an dem Einlass 331 befindet). Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt das Kühlmedium a durch den Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C von der Seite des Auslasses 33E zu der Seite des Einlasses 331 des Übergangsstücks 33 oder zu der akustischen Auskleidungszone 33L, so dass die geschlossene Zone 33C des Übergangsstücks 33 gekühlt ist. Das Kühlmedium a, welches von dem Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C geströmt ist und das Übergangsstück 33 gekühlt hat, wird von der Seite des Einlasses 331 der geschlossenen Zone 33C in die in 2 dargestellte Gehäuseaufnahme 27 hinein ausgetragen.
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Wie in 4 dargestellt hat die geschlossene Zone 33C eine Struktur, in welcher vier Seitenabschnitte 33ST, 33SI, 33SS, 33SS kombiniert sind und deren äußerer Durchmesser im Wesentlichen wie ein quadratischer Zylinder geformt ist. Daher ist eine Querschnittsform der geschlossenen Zone 33C wenn sie in einer zu der Mittelachse Z rechtwinkligen Ebene geschnitten wird, im Wesentlichen eine Sektorform bzw. sektorförmig („sector form“). Der Seitenabschnitt 33SI ist an einer Seite der Mittelachse der Rotation L der Gasturbine 1, die in 1 dargestellt ist, angeordnet. Der Seitenabschnitt 33ST, der dem Seitenabschnitt 33SI gegenüberliegt ist, ist an einer Position, die weiter von der Mittelachse der Rotation L entfernt ist als der Seitenabschnitt 33SI angeordnet. Der Seitenabschnitt 33SS und der Seitenabschnitt 33SS, die einander gegenüberliegen, verbinden den Seitenabschnitt 33SI und den Seitenabschnitt 33ST.
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Um Positionen im Querschnitt der geschlossenen Zone 33C darzustellen, ist ein Koordinatensystem X-Y als ein zweidimensionales Koordinatensystem in einer Ebene definiert, die rechtwinklig zu der Mittelachse Z des Übergangsstücks 33 ist, welche den Querschnitt bestimmt. Der Ursprung des Koordinatensystems X-Y ist die Mittelachse Z des Übergangsstücks 33. Die Positionen in dem Querschnitt der geschlossenen Zone 33C sind durch Verwendung eines Winkels θ, der auf dem Ursprung des Koordinatensystems X-Y oder der Mittelachse Z basiert, dargestellt. Hier ist eine positive Y-Richtung 0° und der Winkel θ steigt von einem ersten Quadranten des Koordinatensystems X-Y zu einem vierten Quadranten, einem dritten Quadranten und einem zweiten Quadranten an.
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Zumindest ein Abschnitt in der Umfangsrichtung eines äußeren Abschnitts 33os an der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33 ist mit einem Mantel 50 als eine Kühlmedium-Eintrageinheit versehen, zu welcher das Kühlmedium a zum Kühlen des Übergangsstücks 33 eingetragen wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Mantel 50 an dem äußeren Umfangsabschnitt 33os der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33 vorgesehen und grenzt an den Auslass 33E an. Wie in 4 dargestellt ist der Mantel 50 an dem gesamten Umfang des äußeren Umfangsabschnitts 33os der geschlossenen Zone 33C vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Mantel 50 hier an Abschnitten mit dem Winkel θ, der von 0° bis 360° reicht, vorgesehen. Jedoch ist wie oben erwähnt der Mantel 50 bevorzugt an zumindest einem Abschnitt des Übergangsstücks 33 in der Umfangsrichtung vorgesehen.
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Der Mantel 50 ist mit einem Kühlmediumeinlass 51 versehen, der ausgestaltet ist, um das Kühlmedium a in den Mantel 50 hinein einzutragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlmediumeinlass 51 an dem Seitenabschnitt 33ST der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33 vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Kühlmediumeinlass 51 an der in 2 dargestellen Gehäuseaufnahme 27 vorgesehen. Wie in 4 dargestellt ist ein Winkel einer Position, wo der Kühlmediumeinlass 51 angeordnet ist, θi. Wie in 6 dargestellt strömt das Kühlmedium a, das von dem Kühlmediumeinlass 51 in den Mantel 50 hinein eingetragen wird, von der Seite des Einlasses 331 des Übergangsstücks 33, das in 3 dargestellt ist, zu der Seite des Auslasses 33E. Dann strömt das Kühlmedium a in den Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C hinein und kühlt die geschlossene Zone 33C, während es zu der in 3 dargestellten akustischen Auskleidungszone 33L strömt. Der Kühlmediumeinlass 51 kann nicht an einer Endfläche an der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33 vorgesehen sein, da andere Elemente, die in der Gasturbine 1 enthalten sind, an demselben Ort vorgesehen sind. Daher ist der Kühlmediumeinlass 51 an der Seite des Einlasses 33I vorgesehen, aber nicht an der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Kühlmediumeinlass 51, welcher das Kühlmedium a in den Mantel 50 hinein einträgt, an einem einzelnen Abschnitt der geschlossenen Zone 33C in der Umfangsrichtung. Daher gibt es, unter Berücksichtigung der gesamten Umfangsrichtung der geschlossenen Zone 33C, einen Abschnitt nahe an dem Kühlmediumeinlass 51 und einen Abschnitt entfernt von dem Kühlmediumeinlass 51. Der Abschnitt, der am weitesten von dem Kühlmediumeinlass 51 entfernt ist, ist ein Abschnitt HT, dessen Winkel θ von dem Kühlmediumeinlass 51 180° ist. Der Winkel des Abschnitts HT ist θc und θc ≈ θi + 180°.
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Allgemein ist eine Temperatur des Kühlmediums a geringer als eine Temperatur der Luft, die in einem inneren Abschnitt 34 (siehe 2) der Gehäuseaufnahme 27, die um den Mantel 50 herum angeordnet ist, welcher das Kühlmedium a zu dem Kühlabschnitt CLP in der geschlossenen Zone 33C zuführt, gefüllt ist. Daher wird Wärme von der Luft im Inneren des inneren Abschnitts 34 der Gehäuseaufnahme 27 zu dem Mantel 50 übertragen, was die Temperatur des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50 anhebt. Dementsprechend kann das Kühlmedium a mit geringer Temperatur und hoher Kühlleistung in dem Abschnitt nahe an dem Kühlmediumeinlass 51 verwendet werden, wogegen nur das Kühlmedium a mit hoher Temperatur und geringer Kühlleistung in dem Abschnitt entfernt von dem Kühlmediumeinlass 51 verwendet werden kann.
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5 ist eine Ansicht, die eine Temperaturverteilung des Kühlmediums im Inneren des in der geschlossenen Zone des Übergangsstücks vorgesehenen Mantels darstellt. In 5 ist die Temperatur T entlang der Ordinate und der Winkel θ entlang der Abszisse aufgetragen. Wie oben erwähnt ist der Kühlmediumeinlass 51 an dem einzelnen Abschnitt. Daher ist die Temperatur des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50 wie in 5 dargestellt in dem Kühlmediumeinlass 51 am geringsten. Umso größer der Abstand von dem Kühlmediumeinlass 51 ist, desto höher steigt die Temperatur an. Die Temperatur des Kühlmediums a ist in dem Abschnitt HT (θ ≈ θc) am höchsten, welcher am weitesten von dem Kühlmediumeinlass 51 entfernt ist.
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Auf diese Art und Weise unterscheidet sich die Temperatur des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50 abhängig von den Positionen von dem Kühlmediumeinlass 51. Daher variiert die Kühlleistung des Kühlmediums a, das von dem Mantel 50 in den Kühlabschnitt CLP hineinströmt abhängig von den Positionen von dem Kühlmediumeinlass 51 des Mantels 50. Die Kühlleistung des Kühlmediums a verschlechtert sich insbesondere an der Position, die weit von dem Kühlmediumeinlass 51 (in der Nähe des Abschnitts HT) entfernt ist.
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Das Kühlmedium a, das in den Kühlabschnitt CLP des Übergangsstücks 33 hineinströmt, kühlt das Übergangsstück 33, während es durch den Kühlabschnitt CLP hindurch strömt und erhöht seine Temperatur. Daher wird in dem Übergangsstück 33 oder in der Richtung der Mittelachse Z der geschlossenen Zone 33C die Temperatur des Kühlmedium a in einem Abschnitt HE in der Nähe eines Auslasses, wo das Kühlmedium a von dem Kühlabschnitt CLP ausgetragen wird, am höchsten.
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In dem Querschnitt, der in der zu der Mittelachse Z rechtwinkligen Ebene geschnitten ist, ist die Temperatur des Übergangsstücks 33 in dem Abschnitt entfernt von dem Kühlmediumeinlass 51 am höchsten (ein Abschnitt in der Nähe des entfernten Abschnitts HT). In der Richtung der Mittelachse Z ist die Temperatur in dem Abschnitt HE in der Nähe des Auslasses des Kühlabschnitts CLP am höchsten. Daher hängt eine Lebenserwartung des Übergangsstücks 33 von der Kühlleistung des im Querschnitt am weitesten entfernten Abschnitts HT und des Abschnitts HE nahe an dem Auslass des Kühlabschnitts CLP in der Richtung der Mittachse Z ab. Dementsprechend kann, wenn die Kühlleistung in dem Abschnitt HT in dem Querschnitt des Übergangsstücks 33 und dem Abschnitt HE in der Richtung der Mittelachse Z verbessert werden kann, eine Lebenserwartung der Brennkammer 12, insbesondere die Lebenserwartung des Übergangsstücks 33 erweitert oder eine Menge der Strömung des Kühlmediums a reduziert und die Leistung der Gasturbine 1 verbessert werden.
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6 ist ein Teil einer Schnittansicht, die den Kühlabschnitt und den Mantel des in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthaltenen Übergangsstücks darstellt. 7 ist eine Draufsicht, die den Kühlabschnitt und den Mantel des in der Brennkammer gemäß der Ausführungsform enthaltenen Übergangsstücks darstellt. 8 ist eine Ansicht entlang der Linie in einer Richtung eines Pfeils B-B aus 7. Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst, um die Kühlleistung des Abschnitts HT im Querschnitt des Übergangsstücks 33 und die Kühlleistung des Abschnitts HE in der Richtung der Mittelachse Z zu verbessern, das Übergangsstück 33 Abzweigabschnitte 53, die ausgestaltet sind, um das Kühlmedium a im Inneren des Mantels 50 an Abschnitten, die sich näher an dem Einlass 33I des Übergangsstücks 33 befinden als ein Verbindungsabschnitt 52 des Kühlabschnitts CLP und der Mantel 50, in den Kühlabschnitt CLP hineinströmen zu lassen. Aufgrund der Abzweigabschnitte 53 kann das Kühlmedium mit niedriger Temperatur und hoher Kühlleistung in den Abschnitt HE und den Abschnitt HT hineinströmen, wo die Temperatur des Kühlmediums angestiegen ist und sich die Kühlleistung verschlechtert hat. Somit kann eine Verschlechterung der Kühlleistung an dem Abschnitt HE und dem Abschnitt HT verhindert werden. Daher kann eine Leistungsverbesserung aufgrund der Reduktion der Menge der Strömung des Kühlmediums a oder eine Lebenserwartungsverlängerung aufgrund der Reduktion des Temperaturabstiegs des Übergangsstücks 33 erreicht werden. Im Folgenden werden Ausgestaltungen des Mantels 50, des Kühlabschnitts CLP und der Abzweigabschnitte 53 im Detail beschrieben.
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Wie in 6 und 7 dargestellt umfasst zwischen einer inneren Wand 33WI und einer äußeren Wand 33WE des in der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33 umfassten Kühlabschnitts CLP eine Vielzahl von Durchgängen 55A, Durchgängen 55B und Durchgängen 55C, durch welche das Kühlmedium a hindurchtritt. Im Folgenden werden zur Vereinfachung die Durchgänge 55A erste Durchgänge 55A, die Durchgänge 55B zweite Durchgängen 55B und die Durchgänge 55C dritte Durchgänge 55C genannt. Wie in 6 und 7 dargestellt erstrecken sich die ersten Durchgänge 55A, die zweiten Durchgänge 55B und die dritten Durchgänge 55C in der Richtung der Mittelachse Z des Übergangsstücks 33. Die ersten Durchgänge 55A sind an der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33, das in 3 dargestellt ist, vorgesehen. Die zweiten Durchgänge 55B und dritten Durchgänge 55C sind an der Seite des Einlasses 33I des Übergangsstücks 33 vorgesehen.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Querschnittsform von jedem der ersten Durchgänge 55A wie in 8 dargestellt rund bzw. kreisförmig. Eine Querschnittsform von jedem der zweiten Durchgänge 55B und jedem der dritten Durchgänge 55C ist gleich wie jede der ersten Durchgänge 55A rund bzw. kreisförmig. Die Querschnittsform von jedem der ersten Durchgänge 55A, der zweiten Durchgänge 55B und der dritten Durchgänge 55C sollte nicht auf die runde Form begrenzt sein, sondern kann auch rechteckig oder ähnliches sein.
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Die ersten Durchgänge 55A sind mit dem Mantel 50 an dem Verbindungabschnitt 52 verbunden, und das Kühlmedium a im Inneren des Mantels 50 strömt in die ersten Durchgänge 55A hinein. Eine Vielzahl von zweiten Durchgänge 55B und dritten Durchgänge 55C sind an der Seite des Einlasses 33I des in 3 dargestellten Übergangsstücks vorgesehen. Eine Seite eines ersten Durchgangs 55A von jedem der zweiten Durchgänge 55B ist durch ein Blockier- bzw. Verschlusselement 57 blockiert bzw. verschlossen. Jeder der dritten Durchgänge 55C hat eine Öffnung in der Seite des ersten Durchgangs 55A. Ein Zwischenraum 56 ist zwischen der Vielzahl der ersten Durchgänge 55A und der Vielzahl der zweiten Durchgänge 55B und der dritten Durchgänge 55C entlang der Umfangsrichtung der geschlossenen Zone 33C vorgesehen.
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Aufgrund dieser Ausgestaltung strömt das Kühlmedium a, das von dem Mantel 50 durch den Verbindungsabschnitt 52 hindurchtritt und in die ersten Durchgänge 55A hineinströmt, aus den ersten Durchgängen 55A hinaus und strömt in den Zwischenraum 56 hinein, wodurch es von dem Zwischenraum 56 in die dritten Durchgänge 55C hineinströmt. Während dem Hindurchtreten durch die ersten Durchgänge 55A und die dritten Durchgänge 55C kühlt das Kühlmedium a die geschlossene Zone 33C des Übergangsstücks 33.
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Wie in 6 und 7 dargestellt sind die Abzweigabschnitte 53 an der äußeren Wand 33WE des Übergangsstücks 33 vorgesehen, wo die zweiten Durchgänge 55B angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abzweigabschnitte 53 Durchgangslöcher, welche die äußere Wand 33WE durchdringen und einen inneren Abschnitt des Mantels 50 und die zweiten Durchgänge 55B verbinden. Die Abzweigabschnitte 53 sind an Abschnitten näher an dem Einlass 33I des in 3 dargestellten Übergangsstücks 33 vorgesehen als der Verbindungsabschnitt 52. Aufgrund solch einer Ausgestaltung können die Abzweigabschnitte 53 dem Kühlmedium a in einem Strom der Strömungsrichtung des Kühlmediums a oberhalb des Verbindungsabschnitts 52 erlauben an dem Strom oberhalb des Verbindungsabschnitts 52 in die zweiten Durchgänge 55B hineinzuströmen.
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Das Kühlmedium a, das in die zweiten Durchgänge 55B hineinströmt, kühlt die geschlossene Zone 33C des Übergangsstücks 33, während es durch die zweiten Durchgänge 55B hindurchtritt. Das Kühlmedium a, das durch die zweiten Durchgänge 55B und die dritten Durchgänge 55C hindurchtritt, strömt aus den Kühlmediumauslässen 54 aus, die an der äußeren Wand 33WE der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33 vorgesehen sind, und strömt in den inneren Abschnitt 34 der Gehäuseaufnahme 27, die in 2 dargestellt ist, hinein.
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Die Kühlmediumauslässe 54 sind an einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung des Kühlmediums a, das durch die zweiten Durchgänge 55B und die dritten Durchgänge 55C hindurch strömt, vorgesehen, das heißt zu der Seite des Einlasses 33I des in 3 dargestellten Übergangsstücks 33.
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Die Abzweigabschnitte 53 erlauben einem Teil des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50 an den Abschnitten näher an dem Einlass 33I des Übergangsstücks 33 als der Verbindungsabschnitt 52 in die zweiten Durchgänge 55B des Kühlabschnitts CLP hinein zu strömen. Daher können die Abzweigabschnitte 53 dem Kühlmedium a mit geringer Temperatur und hoher Kühlleistung erlauben, von den zweiten Durchgängen 55B in die Abschnitte in dem Übergangsstück 33 hineinzuströmen, wo die Temperatur am höchsten ist bzw. wird (der Abschnitt HE, der in 3 dargestellt ist, und der Abschnitt HT, der in 4 dargestellt ist, im Folgenden als Abschnitte mit maximaler Temperatur bezeichnet). Somit können die Abzweigabschnitte 53 eine Verschlechterung der Kühlleistung in den Abschnitten mit maximaler Temperatur verhindern.
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Die Abzweigabschnitte 53 können die Menge der Strömung des Kühlmediums a bei der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33 verringern, wo die Temperatur des Übergangsstücks 33 relativ in einer zulässigen Toleranz ist und die Abzweigabschnitte 53 können die Temperatur des gesamten Übergangsstücks 33 vereinheitlichen (insbesondere in der geschlossenen Zone 33C). Dementsprechend ist ein extremer Temperaturanstieg des Kühlmediums a verhindert, so dass die Menge der Strömung des Kühlmediums a verringert und die Leistung der Gasturbine 1 verbessert ist. Wenn die Menge der Strömung des Kühlmediums a eingestellt ist, um einem Äquivalent zu einem Wert der Strömung in einem Fall des Nichtvorsehens der Abzweigabschnitte 53 zu entsprechen, kann der Temperaturanstieg des gesamten Übergangsstücks 33 verhindert werden und die Lebenserwartungserweiterung des Übergangsstücks 33 kann erreicht werden. Das Übergangsstück 33 erlaubt dem Kühlmedium a nur im Inneren des Mantels 55 von den Abzweigabschnitten 53 in die zweiten Durchgänge 55B hineinzuströmen, und die Formen der ersten Durchgänge 55A, der zweiten Durchgänge 55B und der dritten Durchgänge 55C, die in dem Kühlabschnitt CLP enthalten sind, sollten nicht geändert werden. Daher kann ein Druckverlust in dem Kühlabschnitt CLP nicht vergrößert sein, was eine Leistungsverschlechterung der Gasturbine 1, welche den Kühlabschnitt CLP umfasst, verhindert.
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Die Abzweigabschnitte 53 sind bevorzugt an zumindest vorbestimmten Bereichen in der Umfangsrichtung des Übergangsstücks 33, die die Abschnitte am weitesten von dem Kühlmediumeinlass 51 des Mantels 50 entfernt umfassen, das heißt die Abschnitte mit maximaler Temperatur. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Abschnitte mit maximaler Temperatur der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33 in dem Seitenabschnitt 33SI bei der Seite der Mittelachse der Rotation L, die in 4 dargestellt ist. Daher sind die Abzweigabschnitte 53 an zumindest dem Kühlabschnitt CLP, der an dem Seitenabschnitt 33SI vorgesehen ist, vorgesehen. Auf diese Art und Weise kann die Anzahl der Abzweigabschnitte 53 so minimiert werden, dass eine Menge der Reduktion der Menge der Strömung des Kühlmediums a bei der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33 verhindert werden kann, wo die Temperatur des Übergangsstücks 33 relativ in der zulässigen Toleranz ist.
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Die Abzweigabschnitte 53 können in der gesamten Umfangsrichtung der geschlossenen Zone 33C, das heißt der Seitenabschnitte 33SI, 33SI, 33SS, 33SS, vorgesehen sein. Wenn angenommen wird, dass die Abzweigabschnitte 53 an jedem dieser Abschnitte vorgesehen sind, ist der Seitenabschnitt 33SI, der die Bereiche mit maximaler Temperatur umfasst, zu bevorzugen. In einem Fall, dass kein Abzweigabschnitt 53 vorgesehen ist, können die Blockierelemente 57, die in den zweiten Durchgängen 55B, die in 6 dargestellt sind, enthalten sind, nicht vorgesehen sein. In solch einem Fall ist auch der Zwischenraum 56 nicht vorgesehen und die ersten Durchgänge 55A, die zweiten Durchgänge 55B und die dritten Durchgänge 55C können zu einem kontinuierlichen Durchgang kombiniert sein.
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Zumindest wenn die Anzahl und/oder die Größe der Abzweigabschnitte 53 geändert ist, ist ein Bereich, wo das Kühlmedium a durch die Abzweigabschnitte 53 hindurchtritt geändert (im Folgenden Abzweigabschnittsbereich genannt). Die Änderung bei dem Abzweigabschnittsbereich ändert auch die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die Abzweigabschnitte 53 hindurchtritt und die Menge der Reduktion der Menge der Strömung des Kühlmediums a bei der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33. Auf diese Art und Weise ändert die Änderung zumindest der Anzahl und/oder der Größe der Abzweigabschnitte 53 auch ein Verhältnis zwischen der Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die zweiten Durchgänge 55B strömt und die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die ersten Durchgänge 55A strömt. Durch eine Änderung von zumindest der Anzahl und/oder der Größe der Abzweigabschnitte 53 abhängig von einer Spezifikation und ähnlichem der Gasturbine 1, kann die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die zweiten Durchgänge 55B strömt und die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die ersten Durchgänge 55A strömt, geeignet so eingestellt bzw. ausgewählt werden, dass das gesamte Übergangsstück 33 geeignet gekühlt ist.
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Die Abzweigabschnitte 53 können auch konzentrisch zu einem Abschnitt in dem Übergangsstück 33, welcher gekühlt werden sollte, in der Umfangsrichtung des Übergangsstücks 33 angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Abzweigabschnitte 53 konzentrisch zu dem in 4 dargestellten Abschnitt HT vorgesehen sein. Darüber hinaus können die Abzweigabschnitte 53, die an dem Abschnitt in dem Übergangsstück 33, welcher gekühlt werden sollte, vorgesehen sind, in der Umfangsrichtung des Übergangsstücks 33 größer sein als andere Abschnitte oder die Anzahl der Abzweigabschnitte 53 pro Einheit Fläche kann größer sein. Auf diese Art und Weise kann das Kühlmedium a mit hoher Kühlleistung und niedriger Temperatur sicher und effizient den Abschnitten mit maximaler Temperatur zugeführt werden. Daher können die Abschnitte mit maximaler Temperatur sicher und effizient gekühlt werden. Die Abzweigabschnitte 53 können in einer Vielzahl von Positionen in der Richtung der Mittelachse Z des Übergangsstücks 33 vorgesehen sein.
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Hinsichtlich der Abschnitte, wo die zweiten Durchgänge 55B und die dritten Durchgänge 55C abwechselnd vorgesehen sind, erlauben die zweiten Durchgänge 55B dem Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53 strömt, nur durch die Abschnitte hindurchzutreten und die dritten Durchgänge 55C erlauben dem Kühlmedium a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 in die ersten Durchgänge 55A hineinströmt und aus den ersten Durchgängen 55A hinausströmt, durch die Abschnitte hindurchzutreten. Mit anderen Worten separiert bzw. trennt der Kühlabschnitt CLP das Kühlmedium a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 in die ersten Durchgänge 55A hineinströmt, und das Kühlmedium a, das in die zweiten Durchgänge 55B von den Abzweigabschnitten 53 hineinströmt, und der Kühlabschnitt CLP erlaubt diesen Kühlmedien a durch den Kühlabschnitt CLP hindurchzutreten. Auf diese Art und Weise kann die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die ersten Durchgänge 55A hindurchtritt, und die Menge der Strömung des Kühlmediums a, das durch die zweiten Durchgänge 55B hindurchtritt, einfach gesteuert werden.
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Der Kühlabschnitt CLP bei der zuvor genannten Ausführungsform trennt das Kühlmedium a, das in die ersten Durchgänge 55A hineinströmt, und das Kühlmedium a, das in die zweiten Durchgänge 55B hineinströmt, und der Kühlabschnitt CLP erlaubt diesen Kühlmedien a durch den Kühlabschnitt CLP hindurchzutreten. Jedoch können das Kühlmedium a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 strömt, und das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53 strömt, an dem Abzweigabschnitt 53 so gemischt werden, dass sie durch den Kühlabschnitt CLP hindurchtreten. In solch einem Fall umfassen die zweiten Durchgänge 55B keine Blockierelemente 57, die in 6 und 7 dargestellt sind. Aufgrund solch einer Ausgestaltung strömt das Kühlmedium a, das aus den ersten Durchgängen 55A, die in Positionen, die den zweiten Durchgängen 55B gegenüberliegen angeordnet sind, in die zweiten Durchgänge 55B hinein. Das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53 strömt, strömt in die zweiten Durchgänge 55B hinein. Daher werden das Kühlmedium a, das von den ersten Durchgängen 55A strömt, und das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53 strömt, an den Abzweigabschnitten 53 gemischt und treten durch die zweiten Durchgänge 55B hindurch.
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9 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel einer ersten Modifikation darstellt. Ein Kühlabschnitt CLPa, der in 9 dargestellt ist, umfasst erste Durchgänge 55Aa und zweite Durchgänge 55Ba. Alle zweiten Durchgänge 55Ba haben Öffnungen in Abschnitten, die Auslässen der ersten Durchgänge 55Aa gegenüberliegen. Auslässe 55AEa der ersten Durchgänge 55Aa und Einlässe 55BIa der zweiten Durchgänge 55Ba, die einen Zwischenraum 56 dazwischen eingefügt haben, einander gegenüberliegen. Aufgrund solch einer Ausgestaltung strömt ein Kühlmedium a, das von einem Verbindungsabschnitt 52 zu den ersten Durchgängen 55A strömt und aus den Auslässen 55AEa zu dem Zwischenraum 56 strömt, von den Einlässen 55BIa von allen zweiten Durchgängen 55Ba.
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Der Kühlabschnitt CLPa umfasst Abzweigabschnitte 53a an Positionen, die dem Zwischenraum 56 gegenüberliegen. Die Abzweigabschnitte 53a erlauben einem Teil des Kühlmediums a, das von dem in 6 dargestellten Mantel 50 strömt, in den Zwischenraum 56 hineinzuströmen. Das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53a strömt, wird an den Abzweigabschnitten 53a mit dem Kühlmedium a, das von den ersten Durchgänge 55A strömt, gemischt und strömt dann von den Einlässen 55BIa der zweiten Durchgänge 55Ba in die zweiten Durchgänge 55Ba hinein.
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Hinsichtlich des Kühlabschnitts CLPa können anstatt der Abzweigabschnitte 53a, die an den Abschnitten, die dem Zwischenraum 56 gegenüberliegen, vorgesehen sind, Abzweigabschnitte 53b, die angrenzende zweite Durchgänge 55Ba, 55Ba überschreiten, vorgesehen sein. Auf diese Art und Weise wird das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53b zu den zweiten Durchgängen 55Ba strömt, an den Abzweigabschnitten 53b mit dem Kühlmedium a, das durch die ersten Durchgänge 55Aa strömt, gemischt und tritt dann durch die zweiten Durchgänge 55Ba hindurch. In einem Fall des Vorsehens der Abzweigabschnitte 53b, die über die angrenzenden zweiten Durchgänge 55Ba, 55Ba hinwegschreiten, können die ersten Durchgänge 55Aa und die zweiten Durchgänge 55Ba kontinuierlich ohne Einbezug des Zwischenraums 56 vorgesehen sein.
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Bei der vorliegenden Modifikation sind das Kühlmedium a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 strömt und das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53, 53a, 53b strömt, an den Abzweigabschnitten 53, 53a, 53b kombiniert und tritt dann durch die Kühlabschnitte CLP, CLPa hindurch. In solch einem Fall ist es nicht nötig, das Kühlmedium a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 strömt, und das Kühlmedium a, das von den Abzweigabschnitten 53, 53a, 53b strömt, zu separieren bzw. zu trennen. Daher können Strukturen der Kühlabschnitte CLP, CLPa vereinfacht sein. Darüber hinaus können durch Mischen des Kühlmediums a, das von dem Verbindungsabschnitt 52 strömt, und des Kühlmediums a, das von den Abzweigabschnitten 53, 53a, 53b strömt, an den Abzweigabschnitten 53, 53a, 53b, Temperaturen dieser Kühlmedien einfach vereinheitlicht werden. Vereinheitlichung der Temperaturen der Kühlmedien a ist ein solcher Vorteil, dass die Kühleffizienz verbessert ist.
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10 ist ein Teil einer Schnittansicht, die einen Kühlabschnitt und einen Mantel eines in einer Brennkammer gemäß einer zweiten Modifikation dieser Ausführungsform umfassten Übergangsstücks darstellt. Ein Mantel 50c, der in einer geschlossenen Zone 33Cc eines Übergangsstücks 33c vorgesehen ist, umfasst einen ersten Mantel 50c1 als eine erste Kühlmedium-Eintrageinheit und einen zweiten Mantel 50c2 als eine zweite Kühlmedium-Eintrageinheit. Andere Ausgestaltungen sind gleich dem Mantel 50 gemäß der in 6 dargestellten Ausführungsform. Hinsichtlich Strukturen eines Kühlabschnitts CLPc und eines Abzweigabschnitts 53c sind die Strukturen bei der zuvor genannten Ausführungsform oder die der ersten Modifikation anwendbar.
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Der erste Mantel 50c1 erlaubt einem Kühlmedium a von einem Verbindungsabschnitt 52c zu dem Kühlabschnitt CLPc zu strömen. Der zweite Mantel 50c2 erlaubt dem Kühlmedium a, von dem Abzweigabschnitt 53c zu dem Kühlabschnitt CLPc zu strömen. Der erste Mantel 50c1 und der zweite Mantel 50c2 sind angrenzend vorgesehen. Zwischen dem ersten Mantel 50c1 und dem zweiten Mantel 50c2 ist ein Partitionierungsabschnitt bzw. Trennabschnitt 58 vorgesehen, welcher diese Mäntel partitioniert bzw. trennt. Der Partitionierungsabschnitt 58 ist mit einem Kühlmediumdurchgang 58H versehen, welcher den Partitionierungsabschnitt 58 durchdringt und den ersten Mantel 50c1 und den zweiten Mantel 50c2 verbindet.
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Der erste Mantel 50c1 ist mit einem Kühlmediumeinlass 51c versehen. Das Kühlmedium a, das von dem Kühlmediumeinlass 51c eingetragen wird, strömt in den ersten Mantel 50c1 hinein. Ein Teil des Kühlmediums a tritt durch den Verbindungsabschnitt 52c hindurch und strömt in einen ersten Durchgang 55A hinein und ein Teil davon tritt durch den Kühlmediumdurchgang 58H hindurch und strömt in den zweiten Mantel 50c2 hinein.
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Der zweite Mantel 50c2 ist an einer äußeren Wand 33WEc der geschlossenen Zone 33Cc des Übergangsstücks 33c vorgesehen. Der Abzweigabschnitt 53c ist an einem Abschnitt der äußeren Wand 33WEc vorgesehen, die von dem zweiten Mantel 50c2 umgeben ist. Der Abzweigabschnitt 53c durchdringt die äußere Wand 33WEc und verbindet den zweiten Durchgang 55B und den zweiten Mantel 50c2. Das Kühlmedium a im Inneren des zweiten Mantels 50c2 tritt durch den Abzweigabschnitt 53c hindurch und strömt in den zweiten Durchgang 55B hinein.
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Wie in 10 dargestellt sind der zweite Mantel 50c2 und der erste Mantel 50c1 in der genannten Reihenfolge zu einer Außenseite des Übergangstücks 33c in einer radialen Richtung gestapelt. Hinsichtlich des ersten Mantels 50c1 sind eine außenseitige Fläche des Übergangstücks 33c in der radialen Richtung und eine Seitenfläche, die rechtwinklig zu der Mittelachse Z des Übergangstücks 33 ist, in Kontakt mit der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 der Gehäuseaufnahme 27, die in 12 dargestellt ist, gefüllt ist. Demgegenüber ist hinsichtlich des zweiten Mantels 50c2 nur eine Seitenfläche, die rechtwinklig zu der Mittelachse Z des Übergangstücks 33 ist, in Kontakt mit der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 der Gehäuseaufnahme 27 gefüllt ist. Daher ist hinsichtlich des zweiten Mantels 50c2 ein Bereich in Kontakt mit der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 des Gehäuseaufnahme 27 gefüllt ist, geringer bzw. kleiner als der erste Mantel 50c1. Somit kann ein Temperaturanstieg des Kühlmediums a im Inneren des zweiten Mantels 50c2 verglichen mit dem Kühlmedium a im Inneren des ersten Mantels 50c1 verhindert werden.
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Bei der vorliegenden Modifikation kann das Kühlmedium a mit einer niedrigeren Temperatur als das Kühlmedium a im Inneren des ersten Mantels 50c1 von dem zweiten Mantel 50c2 durch den Abzweigabschnitt 53c dem Kühlabschnitt CLPc zugeführt werden. Daher versorgen der Mantel 50c, der Abzweigabschnitt 53c und der Kühlabschnitt CLPc die Abschnitte mit maximaler Temperatur mit dem Kühlmedium a mit hoher Kühlleistung und niedriger Temperatur, so dass die Abschnitte mit maximaler Temperatur effizienter gekühlt werden.
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Bei der vorliegenden Modifikation sind der erste Mantel 50c1 und der zweite Mantel 50c2 zu der Außenseite des Übergangsstücks 33c in der radialen Richtung geschichtet. Jedoch kann der erste Mantel 50c1 an der Seite des Auslasses 33E des Übergangsstücks 33c vorgesehen sein und der zweite Mantel 50c kann an der Seite des Kühlmediumauslasses 54 vorgesehen sein. In solch einem Fall können der erste Mantel 50c1 und der zweite Mantel 50c2 jeweils mit dem Kühlmedium a versorgt werden. Alternativ können der erste Mantel 50c1 und der zweite Mantel 50c2 durch ein Rohr oder ähnliches gekoppelt sein und einer davon kann mit dem Kühlmedium a versorgt werden, so dass beide mit dem Kühlmedium a versorgt werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Mantel 50c in zwei unterteilt, das heißt in den ersten Mantel 50c1 und in den zweiten Mantel 50c2. Jedoch sollte die Anzahl der Unterteilungen des Mantel 50c nicht auf zwei begrenzt sein. In einem Fall, wo es schwierig ist, den Mantel 50c an dem Übergangsstück 33c vorzusehen, da andere Elemente an derselben Stelle vorgesehen sind, kann der Mantel 50c in mehrere Teile unterteilt sein, so dass er flexibler angeordnet werden kann.
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11 und 12 sind Ansichten zum Beschreiben eines Mantels gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform. Ein Mantel 50d, der in 11 dargestellt ist, umfasst eine thermische Barriereschicht 59 in einer Außenfläche 50ds. Die thermische Barriereschicht 59 ist beispielsweise eine keramische Anstrichschicht. Auf diese Art und Weise kann eine Menge einer Wärme, die zu einem Kühlmedium a im Inneren des Mantels 50d von der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 der in 2 dargestellten Gehäuseaufnahme 27, gefüllt ist, übertragen wird, verringert werden. Daher kann ein Temperaturanstieg des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50d verhindert werden. Somit versorgt der Mantel 50d Abschnitte mit maximaler Temperatur mit dem Kühlmedium a mit hoher Kühlleistung und niedriger Temperatur, so dass die Abschnitte mit maximaler Temperatur effizienter gekühlt werden.
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Ein Mantel 50e, der in 12 dargestellt ist, umfasst eine innere Wand, 50e1 und eine äußere Wand 50e2. Die innere Wand 50e1 umgibt einen Abschnitt 50ei, wo das Kühlmedium a eingetragen wird, und die äußere Wand 50e2 ist außerhalb der inneren Wand 50e1 in einem vorbestimmten Intervall vorgesehen. Aufgrund solch einer Ausgestaltung ist eine Luftschicht AR zwischen der inneren Wand 50e1 und der äußeren Wand 50e2 in dem Mantel 50e ausgebildet. Die Luftschicht AR dient als eine Wärmeisolierungsschicht. Daher reduziert die Luftschicht AR die Menge von Wärme, die zu dem Kühlmedium a im Inneren des Mantels 50e von der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 der in 2 dargestellten Gehäuseaufnahme 27, gefüllt ist, übertragen wird. Dementsprechend kann der Temperaturanstieg des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50e verhindert werden. Somit versorgt der Mantel 50e die Abschnitte mit maximaler Temperatur mit dem Kühlmedium a mit hoher Kühlleistung und niedriger Temperatur, so dass die Abschnitte mit maximaler Temperatur effizienter gekühlt werden.
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Darüber hinaus kann eine Dicke des Mantels 50, der in 6 dargestellt ist, groß sein. Auf diese Art und Weise kann auch die Menge von Wärme, die zu dem Kühlmedium im Inneren des Mantels 50 von der Luft, die in den inneren Abschnitt 34 der in 2 dargestellten Gehäuseaufnahme 27 gefüllt ist, übertragen wird, reduziert werden. Daher kann der Temperaturanstieg des Kühlmediums a im Inneren des Mantels 50 verhindert werden.
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13 ist eine Ansicht, die ein Übergangsstück gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform darstellt. 13 zeigt einen Abschnitt eines Übergangsstücks 33f, der der Ansicht entlang der Linie in der Richtung des Pfeils A-A aus 3 entspricht. Eine geschlossene Zone 33Cf unterscheidet sich von der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33, das in 4 dargestellt ist, dadurch, dass die geschlossenen Zone 33Cf des Übergangsstücks 33f eine Vielzahl von Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 umfasst (die Anzahl bei der vorliegenden Modifikation ist zwei, aber sollte nicht darauf begrenzt sein). Andere Strukturen sind gleich zu denen der geschlossenen Zone 33C des in 4 dargestellten Übergangsstücks 33.
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Zwei Kühlmedium-Einlässe 51f1, 51f2 sind an einem Seitenabschnitt 33ST vorgesehen, welcher einem Seitenabschnitt 33SI gegenüberliegt und in einem Abschnitt weiter von der Mittelachse der Rotation L entfernt als der Seitenabschnitt 33SI angeordnet ist. Die Kühlmedium-Einlässe 51f1, 51f2 sind in solch einem Abschnitt in einem vorbestimmten Intervall entlang einer Umfangsrichtung der geschlossenen Zone 33Cf des Übergangsstücks 33f vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Kühlmedium-Einlässe 51f1, 51f2, die eine Y-Achse dazwischen einschieben, an Positionen vorgesehen, die jeweils einen Winkel von θi aufweisen. Mit anderen Worten sind Abstände von der Y-Achse zu jedem der Kühlmedium-Einlässe 51f1, 51f2 gleich.
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Hinsichtlich eines Kühlmediums a, das von dem Kühlmedium-Einlass 51f1 strömt, strömt ein Teil davon entlang eines Seitenabschnitts 33SS und entlang des Seitenabschnitts 33SI zu einer Richtung entfernt von dem Kühlmedium-Einlass 51f2, und das verbleibende Kühlmedium a strömt entlang des Seitenabschnitts 33ST zu einer Richtung, die sich dem Kühlmedium-Einlass 51f2 annähert. Hinsichtlich eines Kühlmediums a, das von dem Kühlmedium-Einlass 51f2 strömt, strömt ein Teil davon entlang des anderen Seitenabschnitts 33SS und entlang des Seitenabschnitts 33SI zu einer Richtung entfernt von dem Kühlmedium-Einlass 51f1, und das verbleibende Kühlmedium a strömt entlang des Seitenabschnitts 33ST zu einer Richtung, die sich dem Kühlmedium-Einlass 51f1 annähert.
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Das Kühlmedium a, das von dem Kühlmedium-Einlass 51f1 entlang eines Seitenabschnitts 33SS strömt, und das Kühlmediums a, das von dem Kühlmedium-Einlass 51f2 entlang des anderen Seitenabschnitts 33SS strömt, vereinigen sich in der Nähe eines Mittelabschnitts des Seitenabschnitts 33SI. Bei der vorliegenden Modifikation ist ein Abschnitt HT, welcher der am weitesten entfernte Abschnitt von jedem der Kühlmedium-Einlässe 51f1, 51f2 ist, ein Abschnitt, wo die Kühlmedien a, die von beiden Seiten strömen, sich vereinigen. Eine Temperatur in diesem Abschnitt ist am höchsten.
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Hinsichtlich der geschlossenen Zone 33Cf des Übergangsstücks 33f sind Abstände von den Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 zu dem am weitesten entfernten Abschnitt HT geringer als die in der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33, das in 4 dargestellt ist. Daher ist eine Menge von Wärme, die auf die Kühlmedien a, die von den Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 strömen, bis diese den entfernten Abschnitt HT erreichen, aufgebracht ist, geringer als die Menge der Wärme in der geschlossenen Zone 33c des Übergangsstücks 33, das in 4 dargestellt ist. Mit anderen Worten ist, wenn die Kühlmedien a, die von den Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 strömen, den entfernten Abschnitt HT erreichen, ein Grad des Temperaturanstiegs geringer als der in der geschlossenen Zone 33C des Übergangsstücks 33, das in 4 dargestellt ist. Somit kann die geschlossene Zone 33Cf des Übergangsstücks 33f, das die Vielzahl von Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 umfasst, den Temperaturanstieg des Abschnitts HT, der am weitesten von den Kühlmedium-Einlässen 51f1, 51f2 entfernt ist, effizient verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbine
- 11
- Verdichter
- 12
- Brennkammer
- 13
- Turbine
- 14
- Abgaskammer
- 15
- Lufteintrag
- 16
- Verdichtergehäuse
- 17, 21
- Leitschaufel
- 18, 22
- Laufschaufel
- 20
- Turbinengehäuse
- 23
- Abgasdiffuser
- 24
- Rotor
- 25, 26
- Lagerungsabschnitt
- 27
- Gehäuseaufnahme
- 30
- Brennkammergehäuse
- 31
- externer Zylinder
- 32
- innerer Zylinder
- 33, 33f
- Übergangsstück
- 33C, 33Cc, 33Cf
- geschlossene Zone
- 33L
- akustische Auskleidungszone
- 33WE, 33WEc
- äußere Wand
- 33E
- Auslass
- 33ST, 33SI, 33SS
- Seitenabschnitt
- 33WI
- innere Wand
- 33I
- Einlass
- 33, 33c
- Übergangsstück
- 33os
- äußerer Umfangsabschnitt
- 34
- innerer Abschnitt
- 36
- akustische Auskleidung
- 40
- Pilotbrenner
- 42
- Hauptbrenner
- 50, 50c, 50d, 50e, 50f
- Mantel (Kühlmedium-Eintrageinheit)
- 50c1
- erster Mantel (erste Kühlmedium-Eintrageinheit)
- 50c2
- zweiter Mantel (zweite Kühlmedium-Eintrageinheit)
- 50ds
- äußere Fläche
- 50e1
- äußere Wand
- 50e1
- innere Wand
- 50ei
- Abschnitt
- 51, 51c, 51f1, 51f2
- Kühlmediumeinlass
- 52, 52c
- Verbindungsabschnitt
- 53, 53a, 53b, 53c
- Abzweigabschnitt
- 54
- Kühlmediumauslass
- 55AEa
- Auslass
- 55A, 55Aa
- erster Durchgang
- 55B, 55Ba
- zweiter Durchgang
- 55C
- dritter Durchgang
- 55BIa
- Einlass
- 56
- Zwischenraum
- 57
- Blockierelement
- 58
- Partitionierungsabschnitt
- 58H
- Kühlmediumdurchgang
- 59
- thermische Barriereschicht
- a
- Kühlmedium
- AR
- Luftschicht
- CLP, CLPa, CLPc, LLP
- Kühlabschnitt
- G
- Verbrennungsgas
- H, HT
- Abschnitt
- L
- Mittelachse der Rotation
- S, Z
- Mittelachse
- θ, θc, θi
- Winkel
