JP6625427B2 - ガスタービンエンジン - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンエンジン、特には圧縮機から燃焼器へ圧縮ガスを導く通路の構造に関する。
ガスタービンエンジンにおいて、一般的に、軸流型圧縮機の出口にディフューザを設けることにより、圧縮ガスの静圧を回復させ、圧縮ガスが燃焼器へ流入するまでの圧力損失(主として動圧損失)を低減させている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2012−062900号公報
しかし、圧力損失低減のため上記のようにディフューザの軸方向寸法を大きくした場合、これに伴い、ガスタービンエンジン全体の軸方向寸法も増大する。
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、ガスタービンエンジン全体の寸法を抑えつつ、圧縮機から燃焼器に導入される圧縮ガスの圧力損失を低減することが可能なガスタービンエンジンを提供することにある。
前記した目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンは、圧縮機で圧縮した圧縮ガスを燃焼させ、得られた燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンエンジンであって、前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼させる複数の筒状の燃焼器であって、その軸心が、当該ガスタービンエンジンの回転軸心に対してタービン側から圧縮機側へ向かって径方向外側へ傾斜するように配置された複数の燃焼器と、前記圧縮機から吐出された圧縮ガスを前記燃焼器へ導く圧縮ガス供給通路の上流部を形成する環状のディフューザの外径側壁を形成するディフューザ外筒と、前記ディフューザ外筒と同心に配置されて、前記ディフューザの内径側壁を形成するディフューザ内筒と、前記各燃焼器の、前記圧縮ガス供給通路の下流部を形成するチャンバ内に配置された部分であって、燃焼ガスを前記燃焼器から前記タービンへ供給する遷移ダクト部とを備え、前記各燃焼器の遷移ダクト部が、タービン側から圧縮機側へ向かって周方向寸法が次第に小さくなる形状を有することにより、隣接する前記遷移ダクト部間に周方向隙間が形成されており、前記ディフューザ内筒および前記ディフューザ外筒の少なくとも下流側の一部が、それぞれ、下流側に向かって次第に拡径となる形状を有しており、前記遷移ダクト部の内径側における前記周方向隙間のタービン側端が、前記ディフューザ内筒の外周面に続く仮想延長円錐面の径方向内側に位置している。前記ディフューザの出口の、前記回転軸心に対する傾斜角度αは、90°以下であることが好ましい。
この構成によれば、チャンバにおける燃焼器の遷移ダクト部間に十分な周方向隙間が形成され、この周方向隙間に向けて、径方向外側に向けられたディフューザの出口から圧縮ガスが吐出される。したがって、複数の遷移ダクトが密集するチャンバ内の狭い空間内においても、ディフューザから吐出される圧縮ガスの流路が十分に確保される。これにより、ディフューザと燃焼器の軸心方向位置が重複するように配置して、ガスタービンエンジン全体の軸心方向寸法を抑えながら、圧縮機から燃焼器へ供給される圧縮ガスの圧力損失を十分に低減することが可能となる。
本発明の一実施形態において、前記燃焼器の遷移ダクト部が、燃焼ガスの供給通路を形成するダクト本体の外周を覆うダクトカバーを備えており、前記ダクトカバーに、圧縮ガスを前記燃焼器内に導入する複数の導入孔が形成されていてもよい。この構成によれば、ディフューザからの圧縮ガスが吐出される方向に位置し、かつ周方向に十分な隙間が形成されている遷移ダクト部から圧縮ガスを燃焼器内に導入する。したがって、圧縮機から燃焼器へ供給される圧縮ガスの圧力損失がより効果的に低減される。
本発明の一実施形態において、前記チャンバ内における、前記仮想延長円錐面と、当該ガスタービンエンジンの回転軸との間に形成される空間内に、当該ガスタービンエンジンの補助要素が配置されていてもよい。例として、前記ディフューザ内筒の下流側端部に、径方向内側に延びる連結フランジ面が形成されており、前記連結フランジ面に、前記チャンバの内径側壁を形成するチャンバ内筒が、前記補助要素である内筒連結部材を介して連結されていてもよいし、前記連結フランジ面に、前記圧縮機から抽気される抽気圧を調整する前記補助要素であるシール部材が、前記補助要素であるシール連結部材を介して連結されていてもよい。この構成によれば、ディフューザの出口を外向きとすることにより、ディフューザ出口から吐出された圧縮ガスが直接衝突しない部分に空間が形成され、この空間に構成部材が配置されるので、圧縮ガスが構成部材に衝突することによる圧力損失が低減される。しかも、このような空間を形成するために回転軸を細くする必要がないので、回転軸の回転振動が効果的に抑制される。
本発明の一実施形態において、当該ガスタービンエンジンのハウジングの、前記チャンバを形成する部分の内壁面が、前記各燃焼器の外周形状に沿った凹面を有しており、隣接する前記凹面間に位置する連結部が、隣接する前記燃焼器間に突出していてもよい。この構成によれば、圧縮ガスが、ケーシングの凹面間の連結部によって周方向に均等に供給され、その後、凹面によって燃焼器表面へガイドされ、スムーズに燃焼器内へ導入される。したがって、一層効果的に圧力損失が低減される。
以上のように、本発明に係るガスタービンエンジンによれば、ガスタービンエンジン全体の寸法を抑えながら、圧縮機から燃焼器に導入される圧縮ガスの圧力損失を低減することが可能となる。
本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンの概略構成を示す部分破断側面図である。 図1のガスタービンエンジンのディフューザの周辺部分を拡大して示す縦断面図である。 図1のガスタービンエンジンのディフューザの周辺部分を拡大して示す縦断面図である。 図1のガスタービンエンジンに使用される隣接する2つの燃焼器の位置関係を模式的に示す斜視図である。 図1のガスタービンエンジンに使用されるハウジングの形状を模式的に示す断面図である。
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジン(以下、単にガスタービンと称する。)GTの一部を破断した側面図である。ガスタービンGTは、外部から導入した空気Aを圧縮機1で圧縮して燃焼器3に導き、燃焼器3内で燃料Fを圧縮空気CAとともに燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスGによりタービン5を駆動する。本実施形態では、複数のキャン型の燃焼器3が、ガスタービンGTの周方向に沿って等間隔に配置されている。なお、以下の説明において、ガスタービンGTの回転軸心C1方向における圧縮機1側を「前方」と呼び、タービン5側を「後方」と呼ぶ場合がある。実施形態を構成する要素の名称に付する「前」,「後」も同様の意味である。また、以下の説明において、「軸心方向」,「周方向」および「径方向」とは、特に示した場合を除き、ガスタービンGTの軸心C1方向,周方向および径方向を意味する。
本実施形態では、圧縮機1として軸流型のものを用いている。この軸流型の圧縮機1は、ガスタービンGTの回転部分を構成する回転軸7の外周面に配置された多数の動翼11と、ガスタービンGT全体のハウジング13の内周面に多数配置された静翼15との組み合わせにより、外部から吸入した空気Aを圧縮する。図2に示すように、圧縮機1で圧縮された圧縮空気CAは、圧縮機1の出口1aに接続する圧縮空気供給通路17を介して燃焼器3に供給される。燃焼器3で発生した燃焼ガスGは、タービン5の入口5aとなる第1段のタービン静翼からタービン5内に流入する。
圧縮空気供給通路17は、その上流部分を形成するディフューザ19内の流路23と、ディフューザ19の下流に位置してディフューザ19を通過した圧縮空気CAを燃焼器3に導くチャンバ21とを有する。ディフューザ19は、圧縮機1の出口1aから吐出された圧縮空気CAを軸心方向後方へ導く。ディフューザ19は、圧縮機出口1aに連なるディフューザ19の入口19aから後方に向かうにしたがって、次第に流路面積が拡大する前記ディフューザ流路23を有している。圧縮機出口1aから吐出された圧縮空気CAは、ディフューザ流路23を通過することにより、静圧が回復される。
本実施形態では、互いに同心状に配置された2つの筒状部材、すなわちディフューザ内筒25とディフューザ外筒27とによってディフューザ19が形成されている。ディフューザ内筒25が、ディフューザ19の内径側壁を形成し、その径方向外側に配置されたディフューザ外筒27が、ディフューザ19の外径側壁を形成する。ディフューザ内筒25とディフューザ外筒27との間の環状空間が、圧縮空気CAが流れるディフューザ流路23を形成している。
ディフューザ内筒25の少なくとも下流側の一部、およびディフューザ外筒27の少なくとも下流側の一部は、それぞれ、下流側に向かって次第に拡径となる形状を有している。より具体的には、図示の例では、ディフューザ内筒25およびディフューザ外筒27は、それぞれ、ディフューザ入口19aを形成する各前端部から、ディフューザ出口19bを形成する後端部にかけて、縦断面視における軸心方向に対する傾斜角度が次第に増加するように湾曲する形状を有している。ディフューザ外筒27およびディフューザ内筒25をこのような形状に形成することにより、ディフューザ出口19bにおいて、ディフューザ流路23が軸心方向に対して径方向外側に傾斜する。
チャンバ21は、ほぼ環状の空間であり、この環状空間内に複数の燃焼器3が周方向に離間して配置されている。チャンバ21は、ガスタービンGT全体のハウジング13の一部を構成する、圧縮空気供給通路17の径方向外方に設けられたチャンバケーシング31の内方に形成されている。また、ディフューザ内筒25の後部に連結されたチャンバ内筒33によって、チャンバ21の内径側壁が形成されている。チャンバ21の後端部はタービン隔壁34によってタービン5の外径側の空間から区画されている。図3に示すように、チャンバ内筒33の外周面には、径方向に突出するストラット35が周方向に複数設けられている。図示の例では、チャンバケーシング31とストラット35によってディフューザ外筒27が支持されている。
本実施形態において、各燃焼器3は、その軸心C2が、ガスタービンGTの回転軸心C1に対して後方(タービン5側)から前方(圧縮機1側)へ向かって径方向外側へ傾斜するように配置されている。
各燃焼器3の、チャンバ21内に配置された部分は、圧縮空気CAを燃焼器3内に導入する複数の圧縮空気導入孔37が形成された圧縮空気導入部47として形成されている。
この例では、各燃焼器3は、図1に示すように、逆流缶型であり、圧縮空気CAが、燃焼器ハウジング39と、内部に燃焼室41を形成する燃焼器内筒43との間の通路を燃焼器3の頭部に向かって流れる。燃焼器3に設けられた燃料ノズル44から燃焼室41内に燃料Fが供給される。各燃焼器3には、燃焼室41で生成された高温の燃焼ガスGを軸心方向後方のタービン5に供給する遷移ダクト部45が設けられている。図2に示すように、遷移ダクト部45は、内部に燃焼ガスGの供給通路を形成するダクト本体46と、ダクト本体46の外周を隙間を介して覆うダクトカバー47とを有している。遷移ダクト部45の全体は、チャンバ21内に配置され、チャンバケーシング31に覆われている。
ダクトカバー47には、そのほぼ全面に渡って、圧縮空気CAを燃焼器3内へ導入するための多数の圧縮空気導入孔37が形成されている。つまり、ダクトカバー47は、圧縮空気CAを燃焼器3内へ導入する前記圧縮空気導入部として機能する。なお、燃焼器3の種類、構造によっては、ダクトカバー47を省略し、ダクトカバー以外の部分や部材を圧縮空気導入部として利用してもよい。
本実施形態では、燃焼器3の遷移ダクト部45が、後側(タービン5側)から前側(圧縮機1側)へ向かって周方向寸法Wが次第に小さくなる形状を有している。より具体的には、複数の遷移ダクト部45は、遷移ダクト部45のタービンへの出口に対応する部分である後端部45aにおいて、周方向に実質的に隙間なく並べられており、各遷移ダクト部45は、後端部から前方へ向かって、周方向寸法Wが滑らかに減少する形状を有している。なお、ここでの「複数の遷移ダクト部45は、…実質的に隙間なく並べられており」には、複数の遷移ダクト部45が熱伸び分の隙間を介して並べられている場合を含む。
燃焼器3のチャンバ21内に配置される部分であり、かつ図示の例では圧縮空気導入部でもある遷移ダクト部45を、タービン5側から圧縮機1(図1)側へ向かって周方向寸法Wが次第に小さくなる形状に形成することにより、チャンバ21内において隣接する燃焼器3,3の遷移ダクト部45,45間に周方向隙間49が形成される。ディフューザ19は、その出口19bが、前記周方向隙間49に向けて圧縮空気CAを吐出するように径方向外側に傾斜している。具体的には、遷移ダクト部45の内径側における周方向隙間49のタービン側端Pが、ディフューザ内筒25の外周面に続く仮想延長円錐面COの径方向内側に位置している。なお、前記「仮想延長円錐面CO」は、ディフューザ内筒25の外周面の下流側端における傾斜角度に沿って延長した仮想の円錐面である。また、図示の例では、周方向隙間49のタービン側端Pの位置が、遷移ダクト部45の後端部45aの位置と一致しているが、周方向隙間49のタービン側端Pの位置は後端部45aよりも前側であってもよい。
図3に示すように、チャンバ21における、ディフューザ内筒25の外周面に続く仮想延長円錐面COと、回転軸7との間に形成される、空気流域外の空間となる流域外空間51内に、ガスタービンGTの補助要素ELが配置されている。本明細書でいう「流域外空間51」の軸心方向範囲は、圧縮機出口1aからタービン入口5aまでである。また、本明細書における「ガスタービンGTの補助要素EL」とは、この流域外空間51を画する燃焼器3、回転軸7、圧縮機1およびタービン5を除く、ガスタービンGTの機械的構造およびエンジン性能を確保するために設けられた構成要素のことであり、ガスタービンGTの機械的強度確保や部材間の連結のための構造部材および構造機構や、ガスタービンGTのエンジン性能向上のための機能部材および機能機構を含む。
図示の例では、補助要素ELとして、構造部材である連結部材,および機能部材であるシール機構等が流域外空間51内に配置されている。例えば、ディフューザ内筒25とチャンバ内筒33とを連結するための内筒連結部材53(図2)が設けられている。より具体的には、ディフューザ内筒25の下流側端部に、径方向内側に延びる連結フランジ面25aが形成されており、この連結フランジ面25aに、チャンバ内筒33が、内筒連結部材53を介して連結されている。さらに、シール部材57(例えば、ラビリンスシールを形成する部材)が、圧縮機1の抽気部分59からの抽気圧を調整するために、抽気通路の途中に設けられている。シール部材57は、ディフューザ内筒25の連結フランジ面25aに、シール連結部材60を介して連結されている。なお、これらの連結部材53,60およびシール部材57は、流域外空間51内に配置可能な補助要素ELの例にすぎず、これらの補助要素に代えて、または追加して、他の任意の補助要素を流域外空間51内に配置することができる。
上述のように、ディフューザ19の出口19bを外向きとすることにより、ディフューザ出口19bから吐出された圧縮空気CAが直接衝突しない部分に流域外空間51が形成され、この流域外空間51に補助要素ELが配置されるので、圧縮空気CAが補助要素ELに衝突することによる圧力損失が低減される。しかも、このような空間を形成するために回転軸7を細くする必要がないので、回転軸7の回転振動が効果的に抑制される。
図示の例では、より具体的には、流域外空間51内でも、特に、ディフューザ内筒25の外周面およびこの外周面の後端から軸心方向に平行に延びる仮想円筒面CYと回転軸7との間に形成される空間内に、上記の各補助要素ELを配置している。このように構成することにより、ディフューザ出口19bから吐出された圧縮空気CAの流れからより内径側(すなわち、燃焼器3と反対側)に離れた位置に補助要素ELを配置することになり、一層確実に圧力損失を低減できる。圧力損失を低減する効果を得るためには、図示したように、ディフューザ内筒25の下流側端部から径方向内側に延びる連結フランジ面25aに補助要素ELを配置することが特に好ましい。
さらに、図5に示すように、ガスタービンGTのハウジング13の一部である、チャンバケーシング31の内壁面が、燃焼器3(この例ではダクトカバー47)の外周形状に沿った凹面61を有する。より具体的には、図示の例では、チャンバケーシング31の燃焼器3を覆っている周方向部分が、チャンバケーシング31のそれ以外の周方向部分に対して、径方向外側に膨出するように湾曲する湾曲部31aとして形成されており、この湾曲部31aの内壁面が前記凹面61として形成されている。チャンバケーシング31の、隣接する湾曲部31a,31a間(凹面61,61間)をつなぐ連結部31bは、隣接する燃焼器3,3間(遷移ダクト部45,45間)に突出している。各連結部31bの内壁面は、ガスタービンGTの周方向に沿った平滑な環状の周壁面として形成されている。
次に、このように構成されたガスタービンGTの作用を説明する。
図2に示すように、圧縮機出口1aから吐出された圧縮空気CAは、圧縮空気供給通路17のディフューザ19に流入し、ディフューザ19からチャンバ21を通って、燃焼器3のダクトカバー47に形成された複数の圧縮空気導入孔37へ導かれる。ディフューザ19のディフューザ流路23は、圧縮空気流の進行方向である軸心方向後方へ向かって、流路面積が次第に拡大するように形成されているので、圧縮空気CAの静圧が回復される。しかも、図5に示すように、チャンバ21における遷移ダクト部45,45間に十分な周方向隙間49が形成され、この周方向隙間49に向けて、径方向外側に向けられたディフューザ19の出口19bから圧縮空気CAが吐出される。
ディフューザ19からの圧縮空気CAは、遷移ダクト部45,45間の広い周方向隙間49を通って、各燃焼器3に均一に到達する。このようにして、複数の遷移ダクトが密集するチャンバ21内の狭い空間内においても、ディフューザ19から吐出される圧縮空気CAの流路が十分に確保される。しかも、本実施形態においては、圧縮空気CAは、ダクトカバー47の表面に設けられた多数の圧縮空気導入孔37から燃焼器3内へ流入する。したがって、ディフューザ19から吐出された圧縮空気CAの動圧を散逸させることなく、圧縮空気CAがスムーズに燃焼器3内に導入されるので、圧力損失が大幅に低減される。
さらに、遷移ダクト部45,45間の周方向隙間49に流入した圧縮空気CAは、燃焼器3を覆うチャンバケーシング31の内壁面に形成された凹面61によって、燃焼器3の表面(特に径方向外方を向く面)へガイドされて、スムーズに燃焼器3内に導入される。しかも、本実施形態では、上述のように、隣接する湾曲部31a,31a間(凹面61,61間)をつなぐ連結部31bが、隣接する燃焼器3,3間(遷移ダクト部45,45間)に突出しているので、周方向に並ぶ複数の燃焼器3に対して均等に圧縮空気CAが供給される。このようにして、圧縮空気CAの流れが、燃焼器3の圧縮空気導入部であるダクトカバー47の全面にその周方向に均一に供給されて燃焼器3内へ導入されることにより、極めて効果的に圧力損失を低減することが可能になる。
なお、図2に示す、ディフューザ出口19bにおけるディフューザ19の、回転軸心C1に対する傾斜角度αは、90°以下であることがこのましく、60°以下であることがより好ましい。図示の例ではα=45°としている。ディフューザ19の傾斜角度αは、ディフューザ流路23の縦断面におけるディフューザ流路23に沿った通路中心線C3とガスタービンGTの回転軸心C1とのなす角度である。傾斜角度αが90°を超えると、ディフューザ流路23の曲りが過大となって、ディフューザ流路23内での圧力損失が増大する。
このように、本実施形態に係るガスタービンGTでは、ディフューザ19と燃焼器3の軸心方向位置が重複するように配置して、ガスタービンGT全体の軸心方向寸法を抑えながら、圧縮機1から燃焼器3へ供給される圧縮空気CAの圧力損失を十分に低減することが可能となる。
なお、本実施形態では、ガスタービンGTとして、空気を作動ガスとするガスタービンエンジンを例として説明したが、二酸化炭素のような空気以外の作動ガスを使用するガスタービンエンジンであってもよい。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
なお、本発明の範囲には含まれないが、各燃焼器3の遷移ダクト部45が、タービン側から圧縮機側へ向かって周方向寸法が次第に小さくなる形状を有することにより、隣接する前記遷移ダクト部45,45間に周方向隙間が形成されていない構成であっても、ディフューザ内筒25の外周面に続く仮想延長円錐面COの径方向内側に補助要素ELを配置すること、および/または、燃焼器3を覆うチャンバケーシング31の内壁面に凹面61を形成し、凹面61,61間をつなぐ連結部31bを隣接する燃焼器3,3間に突出させることにより、圧力損失低減の効果が得られる。
1 圧縮機
3 燃焼器
5 タービン
17 圧縮空気供給通路
19 ディフューザ
21 チャンバ
23 ディフューザ流路
25 ディフューザ内筒
27 ディフューザ外筒
37 圧縮空気導入孔
45 遷移ダクト部
47 ダクトカバー
α ディフューザの傾斜角度
C1 ガスタービンエンジンの回転軸心
C2 燃焼器の軸心
CA 圧縮空気(圧縮ガス)
GT ガスタービンエンジン

Claims (6)

  1. 圧縮機で圧縮した圧縮ガスを燃焼させ、得られた燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンエンジンであって、
    前記圧縮機で圧縮された圧縮ガスを燃焼させる複数の筒状の燃焼器であって、その軸心が、当該ガスタービンエンジンの回転軸心に対してタービン側から圧縮機側へ向かって径方向外側へ傾斜するように配置された複数の燃焼器と、
    前記圧縮機から吐出された圧縮ガスを前記燃焼器へ導く圧縮ガス供給通路の上流部を形成する環状のディフューザの外径側壁を形成するディフューザ外筒と、
    前記ディフューザ外筒と同心に配置されて、前記ディフューザの内径側壁を形成するディフューザ内筒と、
    前記各燃焼器の、前記圧縮ガス供給通路の下流部を形成するチャンバ内に配置された部分であって、燃焼ガスを前記燃焼器から前記タービンへ供給する遷移ダクト部と
    を備え、
    前記各燃焼器の遷移ダクト部が、タービン側から圧縮機側へ向かって周方向寸法が次第に小さくなる形状を有することにより、隣接する前記遷移ダクト部間に周方向隙間が形成されており、
    前記ディフューザ内筒および前記ディフューザ外筒の少なくとも下流側の一部が、それぞれ、下流側に向かって次第に拡径となる形状を有しており、
    前記遷移ダクト部の内径側における前記周方向隙間のタービン側端が、前記ディフューザ内筒の外周面に続く仮想延長円錐面の径方向内側に位置しており、
    当該ガスタービンエンジンのハウジングの、前記チャンバを形成する部分の内壁面が、前記各燃焼器の外周形状に沿った凹面を有しており、隣接する前記凹面間に位置する連結部が、隣接する前記燃焼器間に突出している、
    ガスタービンエンジン。
  2. 請求項1に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記燃焼器の遷移ダクト部が、燃焼ガスの供給通路を形成するダクト本体の外周を覆うダクトカバーを備えており、前記ダクトカバーに、圧縮ガスを前記燃焼器内に導入する複数の導入孔が形成されているガスタービンエンジン。
  3. 請求項1または2に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記ディフューザの出口の、前記回転軸心に対する傾斜角度が90°以下であるガスタービンエンジン。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記チャンバ内における、前記仮想延長円錐面と、当該ガスタービンエンジンの回転軸との間に形成される空間内に、当該ガスタービンエンジンの補助要素が配置されているガスタービンエンジン。
  5. 請求項4に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記ディフューザ内筒の下流側端部に、径方向内側に延びる連結フランジ面が形成されており、前記連結フランジ面に、前記チャンバの内径側壁を形成するチャンバ内筒が、前記補助要素である内筒連結部材を介して連結されているガスタービンエンジン。
  6. 請求項4または5に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記ディフューザ内筒の下流側端部に、径方向内側に延びる連結フランジ面が形成されており、前記連結フランジ面に、前記圧縮機から抽気される抽気圧を調整する前記補助要素であるシール部材が、前記補助要素であるシール連結部材を介して連結されているガスタービンエンジン。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11021977B2 (en) * 2018-11-02 2021-06-01 Chromalloy Gas Turbine Llc Diffuser guide vane with deflector panel having curved profile
JP7489759B2 (ja) 2018-11-20 2024-05-24 三菱重工業株式会社 燃焼器及びガスタービン
US11802523B2 (en) * 2020-12-12 2023-10-31 Rohr, Inc. Multi-lobed bullnose ramp
US11940151B2 (en) * 2022-01-12 2024-03-26 General Electric Company Combustor with baffle
JP2024049797A (ja) * 2022-09-29 2024-04-10 本田技研工業株式会社 ガスタービン

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3657883A (en) * 1970-07-17 1972-04-25 Westinghouse Electric Corp Combustion chamber clustering structure
JPS539266B2 (ja) * 1973-07-02 1978-04-04
US4719748A (en) * 1985-05-14 1988-01-19 General Electric Company Impingement cooled transition duct
US20020157400A1 (en) * 2001-04-27 2002-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Gas turbine with combined can-type and annular combustor and method of operating a gas turbine
JP2004037035A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器
JP4025172B2 (ja) * 2002-10-30 2007-12-19 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
EP1508680A1 (de) * 2003-08-18 2005-02-23 Siemens Aktiengesellschaft Diffusor zwischen Verdichter und Brennkammer einer Gasturbine angeordnet
US7870739B2 (en) * 2006-02-02 2011-01-18 Siemens Energy, Inc. Gas turbine engine curved diffuser with partial impingement cooling apparatus for transitions
US7600370B2 (en) * 2006-05-25 2009-10-13 Siemens Energy, Inc. Fluid flow distributor apparatus for gas turbine engine mid-frame section
KR101190941B1 (ko) 2008-02-28 2012-10-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 가스 터빈 및 가스 터빈의 차실 개방 방법
US9234431B2 (en) * 2010-07-20 2016-01-12 Siemens Energy, Inc. Seal assembly for controlling fluid flow
JP5731915B2 (ja) * 2011-06-22 2015-06-10 川崎重工業株式会社 タービン用ロータおよびその製造方法ならびにNi基超合金材と鋼材の接合方法および構造
JP5222384B2 (ja) * 2011-09-09 2013-06-26 三菱重工業株式会社 ガスタービン
US9133722B2 (en) * 2012-04-30 2015-09-15 General Electric Company Transition duct with late injection in turbine system
US9127554B2 (en) * 2012-09-04 2015-09-08 Siemens Energy, Inc. Gas turbine engine with radial diffuser and shortened mid section
US20140150452A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 General Electric Company Transition piece for a gas turbine system
US9528706B2 (en) * 2013-12-13 2016-12-27 Siemens Energy, Inc. Swirling midframe flow for gas turbine engine having advanced transitions
CA2950558C (en) * 2014-05-30 2020-10-20 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Combustor for gas turbine engine

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