JP5721945B2 - 遠心圧縮機からのタービン冷却空気 - Google Patents

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Description

本発明は、全体的に遠心圧縮機を有するガスタービンエンジンに関し、より具体的には、遠心圧縮機からのタービン冷却空気の供給に関する。
従来のガスタービンエンジンは通常、圧縮機、燃焼器、及びタービンを含み、ブレード、ディスク及びリテーナなどの回転タービン構成部品、並びにベーン、シュラウド及びフレームなどの静止タービン構成部品の両方は、高温ガスによる加熱に起因して冷却を必要とするのが一般的である。タービン、特に回転構成部品の冷却は、エンジンを適正に機能させ且つ安全に運転させるために重要である。例えば、供給圧力、体積流量、又は温度マージンに欠けた冷却空気を提供することでタービンディスク及びその翼配列を十分に冷却できない場合、タービンの寿命及び機械的完全性に悪影響を及ぼす可能性がある。冷却不全の性質及び範囲によっては、エンジン運転に及ぼす影響は、エンジン出力の低下及びブレードの使用可能寿命の短縮を生じる比較的害の少ないブレード先端損傷から、予定外のエンジン運転停止を生じるタービンディスクの破断にまで及ぶことがある。
タービンを十分に冷却する必要性と釣り合いをとることは、低燃料消費及び低運転コストにつながる高レベルのエンジン運転効率に望ましいことである。タービン冷却空気は通常、圧縮機の1つ又はそれ以上の段から引き出されて、パイプ、ダクト及び内部通路などの種々の手段によって所望の構成部品に送られるので、このような空気は、燃料と混合し、燃焼器内で点火して、更にタービンの1次ガス流路内で仕事を抽出するのには利用できない。圧縮機から抽気される全冷却流れは、エンジン運転サイクルでの損失であり、このような損失を最小限に維持することが望ましい。
幾つかの従来のエンジンは、清浄な空気抽気システムを利用して、General Electric CFE739エンジンで行われるような、軸遠心圧縮機を用いたガスタービンのタービン構成部品を冷却する。タービン冷却供給空気は、ディフューザ出口とデスワーラ内側シュラウドとの間の小間隙を通って遠心ディフューザから出る。次いで、この空気は、内側燃焼ケースの内部への高価な一体型キャスト通路によって半径方向内向きに通され、次いで、険しい経路を介して加速器にダクト内を通され、この険しい経路では、空気流は加速器に通り抜けるまでに複数回の90度転回をする必要があり、損失を発生する(従って、冷却空気の温度が上昇する)。この冷却空気は、加速器から離れた後に、第1段タービンディスクに沿って第1段タービンブレードに進む。冷却空気の種々の転回はエンジン運転サイクルにおける損失であり、このような損失を最小限に維持することが望ましい。
米国特許第3,979,903号公報 米国特許第4,462,204号公報 米国特許第4,576,550号公報 米国特許第5,555,721号公報 米国特許第6,190,123号公報 米国特許第6,585,482号公報 米国特許第7,287,384号公報
ガスタービンエンジンタービン冷却システムは、高圧ロータの環状遠心圧縮機インペラと、インペラの直ぐ下流側にあるディフューザとを含む。抽気位置から清浄冷却空気を抽気するための冷却空気抽気は、ディフューザの出口の下流側に配置される。1つ又はそれ以上のチャンネルが冷却空気抽気手段と流体連通し、チャンネルの各々は、ほぼ半径方向に延びるセクションと、これに続くほぼ軸方向後方に延びるセクションとを有する。チャンネルは、1つ又はそれ以上の加速器と流体連通した環状冷却空気プレナムで終端し且つこれと流体連通している。
本システムの例示的な実施形態は、ディフューザの出口の下流側にある抽気位置と、圧縮機吐出圧空気がデスワールカスケードにその内側半径部分に沿って流入する抽気位置とに流体連通した環状マニホルドを有する冷却空気抽気手段を含む。本システムは更に、内側燃焼器ケーシングから半径方向外向きに延び且つこれに接合された半径方向に延びる前方端壁を含む環状燃焼器ステータ組立体と、ディフューザの後方壁である前方端壁の半径方向外側部分と、インペラ及び環状キャビティ間に配置され且つこれらと流体連通したステータプレナムとを更に備える。ステータプレナムは、前方端壁の半径方向内側部分と、該前方端壁の半径方向内側部分の軸方向後方に間隔を置いて配置された環状カバーとによって部分的に境界付けられる。冷却チャンネルの各々は、前方端壁の半径方向外側部分、環状カバー、及び内側燃焼器ケーシングに沿って延びるチャンネル内側壁を有する。
ほぼ半径方向に延びるセクション及びほぼ軸方向後方に延びるセクションは、冷却空気チャンネルの湾曲セクションを介して接続することができ、ほぼ軸方向後方に延びるセクションは、湾曲セクションから冷却空気プレナムまで角度が付けられて半径方向内向きに延びることができる。円周方向に離間して配置されたチャンネル側壁は、チャンネル内側壁から外向きに延び且つこれに取り付けることができ、チャンネル外側壁は、チャンネル内側壁から外向きに間隔を置いて配置され且つチャンネル側壁に取り付けることができる。冷却チャンネルの各々は、環状冷却空気プレナムと冷却チャンネルとの間の内側燃焼器ケーシングの後方円錐セクションで終端することができる。冷却空気アパーチャは、環状冷却空気プレナムと冷却チャンネルとの間の後方円錐セクションを貫通して配置される。
遠心圧縮機インペラ前方スラスト装置を有するガスタービンエンジンの断面図。 図1に示すガス発生器の拡大断面図。 図2に示す遠心圧縮機及び前方スラスト装置の拡大断面図。 図3に示す前方スラスト装置及びタービン冷却システムの拡大断面図。 図4に示すガス発生器内のディフューザ及び内側燃焼器ケーシングの斜視図。 図4に示すガス発生器においてプレナムが間に形成されたディフューザ及び内側燃焼器ケーシングを覆うカバーの斜視図。 図3に示すプレナムにインペラ後方抽気が拡散された円錐拡散孔の斜視図。 インペラとディフューザとの間で図4に示す前方スラスト装置内にインペラ先端後方抽気流れを抽気する拡大断面図。
図1に示すように、タービンエンジン8は、最終圧縮機段として単一段の遠心圧縮機18を有する高圧ガス発生器10と、高圧ガス発生器10全体を通じて高圧ロータ12とステータとの間のクリアランス又は間隙を維持又は制御可能にするために、高圧ロータ12上で前方スラストを維持する軸方向前方スラスト装置34とを備える。図2を更に参照すると、高圧ガス発生器10は、下流側への流れ関係で、高圧圧縮機14、燃焼器52、及び高圧タービン16を含む高圧ロータ12を有する。ロータ12は、前フレーム22内の前側軸受20と、タービンフレーム26内に高圧タービン16の下流側に配置された後側軸受24とによってエンジン中心線28の周り回転可能に支持される。
本明細書に示す圧縮機14の例示的な実施形態は、5段軸方向圧縮機30と、その後に、環状遠心圧縮機インペラ32を有する単一段の遠心圧縮機18とを有する。出口ガイドベーン40は、5段軸方向圧縮機30と単一段の遠心圧縮機18との間に配置される。更に図3〜5を参照すると、圧縮機吐出圧(CDP)空気76がインペラ32から出て、ディフューザ42を通過し、次いでデスワールカスケード44を通り、燃焼器52内の燃焼室45内に入る。燃焼室45は、環状の半径方向外向き及び内向き燃焼ケーシング46、47によって覆われる。空気76は、従来的には、複数の燃料ノズル48により提供される燃料と混合されて点火され、環状の半径方向外向き及び内向き燃焼ライナ72、73によって境界付けられる環状燃焼ゾーン50内で燃焼される。
燃焼は、高温の燃焼ガス54を発生し、該燃焼ガスは、高圧タービン16を通って流れて高圧ロータ12の回転を引き起こし、続いて下流側に流れて低圧タービン78で更に仕事が抽出されて、従来知られているように最終的には排気ガスになる。本明細書で説明される例示的な実施形態では、高圧タービン16は、下流側直列流れの関係で、第1及び第2段ディスク60、62を有する第1及び第2の高圧タービン段55、56を含む。高圧ロータ12の高圧シャフト64は、高圧タービン16を回転駆動係合でインペラ32に接続する。第1段ノズル66は、第1の高圧タービン段55の直ぐ上流側にあり、第2段ノズル68は、第2の高圧タービンの直ぐ上流側にある。環状キャビティ74は、内側燃焼器ケーシング47と高圧ロータ12の高圧シャフト64との間に半径方向に配置される。
図3を参照すると、圧縮機吐出圧(CDP)空気76が遠心圧縮機18のインペラ32から吐出され、これを用いて、燃焼器52内の燃料の燃焼、並びに高温燃焼ガス54に曝されるタービン16の構成部品、すなわち第1段ノズル66、第1段シュラウド71、及び第1段ディスク60の冷却を行う。圧縮機14は、図1及び2でより完全に示されるように、前方ケーシング110と後方ケーシング114とを含む。前方ケーシング110は、一般に軸方向圧縮機30を囲み、後方ケーシング114は一般に、遠心圧縮機18を囲み、該遠心圧縮機18の直ぐ上流側にあるディフューザ42を支持する。圧縮機吐出圧(CDP)空気76は、遠心圧縮機18のインペラ32からディフューザ42に直接吐出される。
図2、3及び4を参照すると、インペラ32は、ロータディスク部分82から半径方向に延びる複数の遠心圧縮機ブレード84を含む。圧縮機ブレード84の反対側の軸方向前方には、環状ブレード先端シュラウド90がある。シュラウド90は、間に環状ブレード先端クリアランス80を定める圧縮機ブレード84のブレード先端86に隣接する。ブレード先端クリアランス80は、エンジン中心線28から測定して半径方向Rにおいて軸方向幅Wで変化する。エンジン運転サイクル中にブレード先端クリアランス80を最小にし、特に低温バースト中などのエンジン加速中にシュラウド90と圧縮機ブレード84のブレード先端86との間の摩擦を排除又は最小限にすることが望ましい。
十分な前方ロータスラストを提供してインペラ32を適正に動作させ、一般にエンジン運転サイクル中にブレード先端クリアランス80を最小限にし、高圧ガス発生器10全体を通じて高圧ロータ12とステータとの間のクリアランスを維持又は制御することは公知である。前方スラスト装置34は、この前方ロータスラストを提供するように設計され、図4〜7により詳細に例示されている。
図3及び4を参照すると、環状燃焼器ステータ組立体94は、半径方向に延びる環状前方端壁96を含み、該端部壁96は、環状湾曲部98により内側燃焼器ケーシング47に隣接し且つこれから半径方向外向きに延びている。本明細書に示す例示的な環状燃焼器ステータ組立体94は、単一又は一体部品鋳造から作られた単体構造の一体部品である。前方端壁96の半径方向外側部分は、ディフューザ42の後方壁100を形成する。インペラ抽気手段101は、インペラ32とディフューザ42との間からインペラ先端後方抽気流れ102を抽気し、図8により詳細に示すように、後方抽気流れ102を環状燃焼器ステータ組立体94の環状ステータプレナム104内に流すようにする。ステータプレナム104は、図5及び6に更に示すように、前方端壁96の半径方向内側部分108と環状カバー120とによって境界付けられる。環状カバー120は、平坦な環状壁セクション127と、これに続く円錐壁セクション131とを有するカバー後方壁123を含む。環状カバー120は、前方端壁96及び内側燃焼器ケーシング47に取り付けられ、金属板で作ることができる。
インペラ先端後方抽気流れ102は、図7に更に示すように、前方端壁96の内側部分108において円周方向に配列された複数122の円錐拡散孔124を通して拡散される。円錐拡散孔124は、円錐形として本明細書で例示されているが、他の形状であってもよい。円錐拡散孔124はまた、軸方向又は円周方向、或いは、軸方向且つ円周方向に角度が付けられているように本明細書では示されており、より大きな拡散量を目的として大きな孔を設け、孔を通る空気流の損失を少なくしている。
図3及び4をより具体的に参照すると、内側燃焼器ケーシング47と高圧ロータ12の高圧シャフト64との間に半径方向に配置された環状キャビティ74は、前方及び後方スラストバランスシール126、128によって軸方向にシールされる。環状カバー120は、前方スラストバランスシール126の後方の内側燃焼器ケーシング47に取り付けられる点に留意されたい。前方スラストバランスシール126は、インペラ32のインペラボラ132の直ぐ後方にある、ロータ12のインペラ32の後方円錐アーム130の半径方向外側表面135上に配置される。前方スラストバランスシール126は、内側燃焼器ケーシング47の半径方向内側表面136上に装着された前方スラストバランスランド134に接してシールする。後方スラストバランスシール128は、ロータ12の高圧シャフト64の半径方向外側表面135上に配置され、高圧タービン16を冷却するのに使用されるプレナムケーシング158に装着され且つ半径方向外向きに延びる後方スラストバランスランド138に接してシールする。回転前方スラストバランスシールをロータ12のインペラ上に直接組み込むと、より効率的なステータアーキテクチャ設計が得られ、タービンを冷却するための低損失の清浄空気抽気回路を可能にする。
ステータプレナム104内の高圧空気は、インペラ先端後方抽気流れ102を前方端壁96の内側部分108内の円錐拡散孔124に通して拡散させることによって生成される。ステータプレナム104内の高圧空気は、内側燃焼器ケーシング47における正確な大きさにされた角度付き調整孔139(図5にも示される)によって流量調整されて、環状キャビティ74内に流入し、これがインペラ32上で前方向Fの正の軸方向スラストをもたらす。ステータプレナム104内のこの比較的高い静圧空気は、内側燃焼器ケーシング47と高圧ロータ12の高圧シャフト64(ステータ及びロータ)との間、及び前方スラストバランスシール126と後方スラストバランスシール128との間の環状キャビティ74を加圧し、インペラ32を前方に押し出して、必要量の前方ロータスラストを提供する。
図4及び5を参照すると、角度付き調整孔139の大きさの設計は、前方ロータスラスト量を正確に制御するのに使用される。調整孔139は円周方向に角度が付けられている。前方端壁96の内側部分108内の円錐拡散孔124を通して抽気することにより、インペラ先端後方抽気流れ102の量が増大し、インペラ先端後方抽気流れ102が経験的に導かれるその最適流量を得ることができるようになり、結果として、遠心圧縮機効率が向上する。
極めて低い転回損失を有するタービン冷却システム137が図3に示されている。タービン冷却システム137を使用して、清浄冷却空気97で第1段ディスク60の高圧タービン(HPT)第1段ブレード92を冷却し、HPTブレード冷却通路に取り込まれる砂及び/又は土を最小限に抑え、従って、小さなブレード冷却通路の閉塞及びその後のブレード故障を防ぐようにする。このようにして抽気される清浄冷却空気97は、第1段ディスク60の第1段ブレード92における細い冷却通路を塞ぐ可能性がある粒子状物質が実質的に存在しない。
図3〜5を参照すると、清浄冷却空気97は、環状マニホルド148内に抽気されて集められ、少なくとも1つ又はそれ以上の冷却空気チャンネル150を通って半径方向内向きに流れる。本明細書で示されるタービン冷却システム137の例示的な実施形態は、2つの冷却空気チャンネル150を含む。冷却空気チャンネル150の各々は、前方端壁96の半径方向外側部分156、環状カバー120、及び内側燃焼器ケーシング47に沿って形成されて延びたチャンネル内側壁152を有する。チャンネル内側壁152は、ほぼ軸方向前方に延びる軸方向壁セクション155に湾曲壁セクション159を介して接続されたほぼ半径方向に延びる半径方向壁セクション153を含む。
円周方向に離間して配置されたチャンネル側壁160が、チャンネル内側壁152から外向きに延びる。チャンネル内側壁152から外向きに間隔を置いて配置されたチャンネル外側壁154は、チャンネル側壁160に取り付けられ、従って、冷却空気チャンネル150をシールする。チャンネル内側及び外側壁152、154は金属板から作ることができる。冷却空気チャンネル150は、内側燃焼器ケーシング47の後方円錐セクション161で終端している。従って、冷却空気チャンネル150は、ほぼ半径方向に延びるセクション162と、これに続いて、ほぼ軸方向後方に延びて後方円錐セクション161で終端するセクション163とを含む。冷却空気チャンネル150の湾曲セクション173は、ほぼ半径方向に延びるセクション162をほぼ軸方向後方に延びるセクション163に接続する。ほぼ軸方向後方に延びるセクション163は、湾曲セクション173から後方円錐セクション161及び冷却空気プレナム164まで僅かに角度が付けられて半径方向内向きに延びる。これにより、燃焼器52を通じて最小の流れ転回損失量を有する清浄冷却空気97用のほぼ直線状の流路がもたらされる。これは、前方端壁96の半径方向外側部分156、環状カバー120、及び内側燃焼器ケーシング47に沿って延びる浄冷却空気97用冷却通路147を提供する。冷却通路147は、転回損失が無い燃焼器52全体を通じた直線状の貫通連続流路を提供する。
後方円錐セクション161内の冷却空気アパーチャ157により、清浄な冷却空気97がプレナムケーシング158内の環状冷却空気プレナム164に直接流入できるようになる。清浄冷却空気97は、冷却空気プレナム164の後方端部でプレナムケーシング158に取り付けられた1つ又はそれ以上の加速器165により加速される。チャンネル150は、環状冷却空気プレナム164で終端し、これと流体連通しており、該環状冷却空気プレナム164は、1つ又はそれ以上の加速器165と流体供給連通している。加速器165は、加速器165の半径方向位置で第1段ディスク60のホイール速度に近い高接線速度で、清浄冷却空気97を1段ディスク前方キャビティ166内に噴射する。次いで、清浄冷却空気97は、段ディスク60及び第1段ブレード92を流れてこれらを冷却する。冷却空気チャンネル150は、冷却空気プレナム164を直接境界付ける後方円錐セクション161で終端し、このことは、燃焼器52全体を通じて最小の流れ転回損失量を有する実質的に直線状の清浄冷却空気97用流路を提供するのに役立つ。
本明細書では本発明の好ましくかつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明してきたが,本発明の他の変更が本明細書の教示から当業者には明らかになるはずであり,従って,全てのそのような変更は本発明の技術思想及び技術的範囲内に属するものとして特許請求の範囲で保護されることが望ましい。この結果、合衆国特許状によって保護されるべきものは、出願人が請求する添付の請求項で定義され且つ区別される発明である。
8 ガスタービンエンジン
10 高圧ガス発生器
12 高圧ロータ
14 高圧圧縮機
16 高圧タービン
18 単一段遠心圧縮機
20 前方軸受
22 前フレーム
24 後側軸受
26 タービンフレーム
28 エンジン中心線
30 5段軸方向圧縮機
32 圧縮機インペラ
34 軸方向前方スラスト装置
40 出口ガイドベーン
42 ディフューザ
44 デスワールカスケード
45 燃焼室
46 外側燃焼器ケーシング
47 内側燃焼器ケーシング
48 燃料ノズル
50 燃焼ゾーン
52 燃焼器
54 高温燃焼ガス
55 第1高圧タービン段
56 第2高圧タービン段
60 第1段ディスク
62 第2段ディスク
64 高圧シャフト
66 第1段ノズル
68 第2段ノズル
71 第1段シュラウド
72 外側燃焼器ライナ
73 内側燃焼器ライナ
74 環状キャビティ
76 圧縮機吐出圧空気
78 低圧タービン
80 環状ブレード先端クリアランス
82 ロータディスク部分
84 遠心圧縮機ブレード
86 ブレード先端
90 シュラウド
92 第1段ブレード
94 ステータ組立体
95 抽気位置
96 前方端壁
97 清浄冷却空気
98 湾曲部
100 後方壁
101 インペラ抽気手段
102 後方抽気流れ
104 環状ステータプレナム
108 内側部分
110 前方ケーシング
114 後方ケーシング
120 環状カバー
122 配列された複数の
123 カバー後方壁
124 円錐拡散孔
126 前方スラストバランスシール
127 円形壁セクション
128 後方スラストバランスシール
130 後方円錐アーム
131 円錐壁セクション
132 インペラボア
133 内径部分
134 前方スラストバランスランド
135 外側表面
136 内側表面
137 タービン冷却システム
138 後方スラストバランスランド
139 角度付き計量孔
140 出口
147 冷却通路
148 環状マニホルド
150 冷却空気チャンネル
152 チャンネル内側壁
153 半径方向壁セクション
154 チャンネル外側壁
155 軸方向壁セクション
156 半径方向外側部分
157 冷却空気アパーチャ
158 プレナムケーシング
159 湾曲壁セクション
160 チャンネル側壁
161 後方円錐セクション
162 半径方向に延びるセクション
163 軸方向後方に延びるセクション
164 冷却空気プレナム
165 加速器
166 前方キャビティ
173 湾曲セクション
F 前方方向
R 半径方向
W 軸方向幅

Claims (5)

  1. ガスタービンエンジンタービン冷却システム(137)であって、
    高圧ロータ(12)の環状遠心圧縮機インペラ(32)と、前記インペラ(32)の直ぐ下流側にあるディフューザ(42)と、
    前記ディフューザ(42)の出口(140)の下流側にある抽気位置(95)から清浄冷却空気(97)を抽気するための冷却空気抽気手段と、
    前記冷却空気抽気手段と流体連通した1つ又はそれ以上のチャンネル(150)と、
    を備え、
    前記1つ又はそれ以上のチャンネル(150)の各々が、ほぼ半径方向に延びるセクション(162)と、これに続くほぼ軸方向後方に延びるセクション(163)とを有し、前記1つ又はそれ以上のチャンネル(150)が、1つ又はそれ以上の加速器(165)を有する環状冷却空気プレナム(164)で終端し且つこれと流体連通しており、
    前記1つ又はそれ以上のチャンネル(150)の各々の前記ほぼ軸方向後方に延びるセクション(163)が、内側燃焼器ケーシング(47)の冷却空気アパーチャ(157)を備える後方円錐セクション(161)で終端し、
    前記後方円錐セクション(161)は、エンジン中心線(28)から外向きに発散し、且つ、前記1つ又はそれ以上のチャンネル(150)と前記環状冷却空気プレナム(164)との間に位置し、
    前記ガスタービンエンジンタービン冷却システム(137)は、
    内側燃焼器ケーシング(47)から半径方向外向きに延び且つこれに接合された半径方向に延びる前方端壁(96)を含む環状燃焼器ステータ組立体(94)と、
    前記ディフューザ(42)の後方壁(100)である前記前方端壁(96)の半径方向外側部分と、
    前記インペラ(32)及び前記環状キャビティ(74)間に配置され且つこれらと流体連通したステータプレナム(104)と、
    を更に備え、
    前記ステータプレナム(104)が、前記前方端壁(96)の半径方向内側部分(108)と、該前方端壁(96)の半径方向内側部分(108)の軸方向後方に間隔を置いて配置された環状カバー(120)とによって部分的に境界付けられ、
    前記冷却チャンネル(150)の各々は、前記前方端壁(96)の半径方向外側部分(156)、前記環状カバー(120)、及び前記内側燃焼器ケーシング(47)に沿って延びるチャンネル内側壁(152)を有し、
    前記環状カバー(120)が、平坦な環状壁セクション(127)と、これに続く円錐壁セクション(131)とを有するカバー後方壁(123)を含み、
    前記ガスタービンエンジンタービン冷却システム(137)は、
    前記チャンネル内側壁(152)から外向きに延び且つこれに取り付けられる円周方向に離間して配置されたチャンネル側壁(160)と、
    前記チャンネル内側壁(152)から外向きに間隔を置いて配置され且つ前記チャンネル側壁(160)に取り付けられたチャンネル外側壁(154)と、
    を更に備える
    ことを特徴とする、ガスタービンエンジンタービン冷却システム(137)。
  2. 前記冷却空気抽気手段が更に、前記ディフューザ(42)の出口(140)の下流側にある抽気位置(95)と流体連通した環状マニホルド(148)を含む、
    請求項1に記載のシステム。
  3. 前記抽気位置(95)が更に、前記ディフューザ(42)の出口(140)の下流側に配置される、
    請求項2に記載のシステム。
  4. 前記ほぼ半径方向に延びるセクション及びほぼ軸方向後方に延びるセクション(162、163)が更に、前記冷却空気チャンネル(150)の湾曲セクション(173)を介して接続され、前記ほぼ軸方向後方に延びるセクション(163)が、前記湾曲セクション(173)から前記冷却空気プレナム(164)まで角度が付けられて半径方向内向きに延びる、
    請求項1乃至のいずれか1項に記載のシステム。
  5. 前記抽気位置(95)は更に、圧縮機吐出圧空気(76)がデスワールカスケード(44)にその内側半径部分(133)に沿って流入する場所に配置される、
    請求項に記載のシステム。
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Families Citing this family (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2946687B1 (fr) * 2009-06-10 2011-07-01 Snecma Turbomachine comprenant des moyens ameliores de reglage du debit d'un flux d'air de refroidissement preleve en sortie de compresseur haute pression
FR2950656B1 (fr) * 2009-09-25 2011-09-23 Snecma Ventilation d'une roue de turbine dans une turbomachine
CH704212A1 (de) * 2010-12-15 2012-06-15 Alstom Technology Ltd Axialkompressor.
US8985944B2 (en) 2011-03-30 2015-03-24 General Electric Company Continuous ring composite turbine shroud
CH705512A1 (de) 2011-09-12 2013-03-15 Alstom Technology Ltd Gasturbine.
US8920128B2 (en) 2011-10-19 2014-12-30 Honeywell International Inc. Gas turbine engine cooling systems having hub-bleed impellers and methods for the production thereof
US9033670B2 (en) 2012-04-11 2015-05-19 Honeywell International Inc. Axially-split radial turbines and methods for the manufacture thereof
US9115586B2 (en) 2012-04-19 2015-08-25 Honeywell International Inc. Axially-split radial turbine
US9228441B2 (en) 2012-05-22 2016-01-05 United Technologies Corporation Passive thermostatic valve
EP2964898B1 (en) 2013-03-06 2019-01-16 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Gas turbine engine with soft mounted pre-swirl nozzle
EP2971673B1 (en) 2013-03-14 2021-06-30 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine turbine impeller pressurization
US9476305B2 (en) 2013-05-13 2016-10-25 Honeywell International Inc. Impingement-cooled turbine rotor
US9617917B2 (en) 2013-07-31 2017-04-11 General Electric Company Flow control assembly and methods of assembling the same
GB2510004B (en) * 2013-08-19 2015-10-14 Rolls Royce Plc Axial flow machine cooling system
WO2015026591A1 (en) 2013-08-19 2015-02-26 United Technologies Corporation Gas turbine engine duct assembly
US9134029B2 (en) 2013-09-12 2015-09-15 Siemens Energy, Inc. Radial midframe baffle for can-annular combustor arrangement having tangentially oriented combustor cans
US9528706B2 (en) 2013-12-13 2016-12-27 Siemens Energy, Inc. Swirling midframe flow for gas turbine engine having advanced transitions
US10001061B2 (en) * 2014-06-06 2018-06-19 United Technologies Corporation Cooling system for gas turbine engines
KR101765583B1 (ko) * 2014-07-29 2017-08-07 현대자동차 주식회사 공기 압축기의 냉각유닛
EP3191715A1 (en) * 2014-09-12 2017-07-19 General Electric Company Axi-centrifugal compressor with variable outlet guide vanes
EP3204616A1 (en) * 2014-10-07 2017-08-16 General Electric Company Centrifugal compressor diffuser passage boundary layer control
CN104632407B (zh) * 2015-01-30 2019-10-01 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机燃压缸结构
US10371055B2 (en) 2015-02-12 2019-08-06 United Technologies Corporation Intercooled cooling air using cooling compressor as starter
US11808210B2 (en) 2015-02-12 2023-11-07 Rtx Corporation Intercooled cooling air with heat exchanger packaging
US10731560B2 (en) 2015-02-12 2020-08-04 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air
US9850760B2 (en) * 2015-04-15 2017-12-26 Honeywell International Inc. Directed cooling for rotating machinery
US10830148B2 (en) 2015-04-24 2020-11-10 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air with dual pass heat exchanger
US10480419B2 (en) 2015-04-24 2019-11-19 United Technologies Corporation Intercooled cooling air with plural heat exchangers
US10221862B2 (en) 2015-04-24 2019-03-05 United Technologies Corporation Intercooled cooling air tapped from plural locations
US10100739B2 (en) 2015-05-18 2018-10-16 United Technologies Corporation Cooled cooling air system for a gas turbine engine
US10794288B2 (en) 2015-07-07 2020-10-06 Raytheon Technologies Corporation Cooled cooling air system for a turbofan engine
US10443508B2 (en) 2015-12-14 2019-10-15 United Technologies Corporation Intercooled cooling air with auxiliary compressor control
US10975721B2 (en) 2016-01-12 2021-04-13 Pratt & Whitney Canada Corp. Cooled containment case using internal plenum
US10247029B2 (en) * 2016-02-04 2019-04-02 United Technologies Corporation Method for clearance control in a gas turbine engine
US10683809B2 (en) * 2016-05-10 2020-06-16 General Electric Company Impeller-mounted vortex spoiler
JP6734584B2 (ja) * 2016-05-27 2020-08-05 Ysec株式会社 ガスタービンエンジン
US10400603B2 (en) * 2016-06-23 2019-09-03 United Technologies Corporation Mini-disk for gas turbine engine
US10830144B2 (en) * 2016-09-08 2020-11-10 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Gas turbine engine compressor impeller cooling air sinks
US10669940B2 (en) 2016-09-19 2020-06-02 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine with intercooled cooling air and turbine drive
US10550768B2 (en) 2016-11-08 2020-02-04 United Technologies Corporation Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine
US10794290B2 (en) 2016-11-08 2020-10-06 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine
US10961911B2 (en) 2017-01-17 2021-03-30 Raytheon Technologies Corporation Injection cooled cooling air system for a gas turbine engine
US10995673B2 (en) 2017-01-19 2021-05-04 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine with intercooled cooling air and dual towershaft accessory gearbox
US11053797B2 (en) * 2017-01-23 2021-07-06 General Electric Company Rotor thrust balanced turbine engine
US10718222B2 (en) 2017-03-27 2020-07-21 General Electric Company Diffuser-deswirler for a gas turbine engine
US10577964B2 (en) 2017-03-31 2020-03-03 United Technologies Corporation Cooled cooling air for blade air seal through outer chamber
US10711640B2 (en) 2017-04-11 2020-07-14 Raytheon Technologies Corporation Cooled cooling air to blade outer air seal passing through a static vane
IT201700061762A1 (it) * 2017-06-06 2018-12-06 Ansaldo Energia Spa Gruppo statorico per uno stadio di espansione radiale-assiale di turbina a vapore
US10539035B2 (en) 2017-06-29 2020-01-21 General Electric Company Compliant rotatable inter-stage turbine seal
US10738703B2 (en) 2018-03-22 2020-08-11 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air with combined features
US10808619B2 (en) 2018-04-19 2020-10-20 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air with advanced cooling system
US10830145B2 (en) 2018-04-19 2020-11-10 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air fleet management system
US10718233B2 (en) 2018-06-19 2020-07-21 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air with low temperature bearing compartment air
US11255268B2 (en) 2018-07-31 2022-02-22 Raytheon Technologies Corporation Intercooled cooling air with selective pressure dump
US11480055B2 (en) * 2018-08-21 2022-10-25 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Modular casing manifold for cooling fluids of gas turbine engine
US11143201B2 (en) 2019-03-15 2021-10-12 Pratt & Whitney Canada Corp. Impeller tip cavity
US11525393B2 (en) 2020-03-19 2022-12-13 Rolls-Royce Corporation Turbine engine with centrifugal compressor having impeller backplate offtake
US11268536B1 (en) 2020-09-08 2022-03-08 Pratt & Whitney Canada Corp. Impeller exducer cavity with flow recirculation
US11378005B1 (en) 2020-12-17 2022-07-05 Pratt & Whitney Canada Corp. Compressor diffuser and diffuser pipes therefor
US11598265B2 (en) * 2021-02-03 2023-03-07 Pratt & Whitney Canada Corp. Tangential on-board injector
JP7556833B2 (ja) * 2021-08-10 2024-09-26 本田技研工業株式会社 複合動力システム
US11732731B2 (en) 2021-10-08 2023-08-22 Honeywell International Inc. Diffuser and deswirl system with integral tangential onboard injector for engine
US11859547B2 (en) 2022-02-25 2024-01-02 General Electric Company Turbine engine having a balance cavity
US11773773B1 (en) 2022-07-26 2023-10-03 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Gas turbine engine centrifugal compressor with impeller load and cooling control
US12044170B2 (en) 2022-09-08 2024-07-23 General Electric Company Closed-loop cooling system for a gas turbine engine
US12044172B2 (en) 2022-11-02 2024-07-23 General Electric Company Air guide for a gas turbine engine
US12006879B1 (en) * 2023-02-16 2024-06-11 Honeywell International Inc. Turbomachine with compressor diffuser bleed for uniform exit flow

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3832090A (en) * 1972-12-01 1974-08-27 Avco Corp Air cooling of turbine blades
US3979903A (en) 1974-08-01 1976-09-14 General Electric Company Gas turbine engine with booster stage
GB2081392B (en) * 1980-08-06 1983-09-21 Rolls Royce Turbomachine seal
US4462204A (en) * 1982-07-23 1984-07-31 General Electric Company Gas turbine engine cooling airflow modulator
US4576550A (en) 1983-12-02 1986-03-18 General Electric Company Diffuser for a centrifugal compressor
US4697981A (en) * 1984-12-13 1987-10-06 United Technologies Corporation Rotor thrust balancing
US4907943A (en) * 1988-05-25 1990-03-13 United Technologies Corporation Method and apparatus for assessing thrust loads on engine bearings
US5555721A (en) 1994-09-28 1996-09-17 General Electric Company Gas turbine engine cooling supply circuit
US5862666A (en) * 1996-12-23 1999-01-26 Pratt & Whitney Canada Inc. Turbine engine having improved thrust bearing load control
US5996331A (en) * 1997-09-15 1999-12-07 Alliedsignal Inc. Passive turbine coolant regulator responsive to engine load
EP0961033B1 (de) 1998-05-25 2003-10-08 ABB Turbo Systems AG Radialverdichter
US6585482B1 (en) 2000-06-20 2003-07-01 General Electric Co. Methods and apparatus for delivering cooling air within gas turbines
US7287384B2 (en) * 2004-12-13 2007-10-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Bearing chamber pressurization system
JP4675638B2 (ja) * 2005-02-08 2011-04-27 本田技研工業株式会社 ガスタービンエンジンの2次エア供給装置
FR2904038A1 (fr) * 2006-07-19 2008-01-25 Snecma Sa Systeme de refroidissement de la face aval d'un rouet de compresseur centrifuge
FR2904036B1 (fr) * 2006-07-19 2008-08-29 Snecma Sa Systeme de ventilation d'une cavite aval de rouet de compresseur centrifuge
FR2904035B1 (fr) * 2006-07-19 2008-08-29 Snecma Sa Systeme de refroidissement du rouet d'un compresseur centrifuge.
FR2904048B1 (fr) * 2006-07-19 2012-12-14 Snecma Systeme de ventilation de paroi de chambre de combustion dans une turbomachine
US8177488B2 (en) * 2008-11-29 2012-05-15 General Electric Company Integrated service tube and impingement baffle for a gas turbine engine

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