WO2011102014A1 - ガスタービンケーシング構造 - Google Patents

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WO2011102014A1
WO2011102014A1 PCT/JP2010/065467 JP2010065467W WO2011102014A1 WO 2011102014 A1 WO2011102014 A1 WO 2011102014A1 JP 2010065467 W JP2010065467 W JP 2010065467W WO 2011102014 A1 WO2011102014 A1 WO 2011102014A1
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half casing
casing
gas turbine
lower half
upper half
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幸弘 橋本
真也 橋本
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三菱重工業株式会社
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243Flange connections; Bolting arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/55Seals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/94Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine casing structure.
  • the gas turbine casing of the gas turbine in which components such as the rotor and nozzle diaphragm are housed is a horizontal structure with a flange structure to facilitate the installation and inspection of these components and to prevent gas leakage during operation. It is comprised by the 2 split bolt fastening structure (for example, refer the following patent document 1).
  • FIG. 3 is a schematic view showing a conventional gas turbine casing structure.
  • bolt is shown.
  • the gas turbine casing structure is divided into two parts, an upper half casing 100 and a lower half casing 101.
  • the upper half casing 100 and the lower half casing 101 are constituted by shell portions 100a and 101a and flange portions 100b and 101b.
  • the upper half casing 100 and the lower half casing 101 are coupled to each other by fastening with a bolt 102, an upper nut 103, and a lower nut 104.
  • the flange of the gas turbine casing is divided into two parts, a flange part 100b of the upper half casing 100 and a flange part 101b of the lower half casing 101, and the flange parts 100b, 101b are provided with a large number of bolt holes 100c, 101c.
  • the bolts 102 are disposed in the respective bolt holes 100 c and 101 c and fastened by the upper nut 103 and the lower nut 104.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a conventional gas turbine casing structure having a raised flange portion.
  • bolt is shown.
  • the height of the flange portion 100b of the upper half casing 100 and the flange portion 101b of the lower half casing 101 are increased, and the thickness of the shell portions 100a and 101a is increased at the center of the thickness.
  • Fastening with the bolt 102, the upper nut 103, and the lower nut 104 is advantageous because the moment at the time of applying pressure as shown by an arrow P in FIG. 5 can be reduced.
  • an object of the present invention is to provide a gas turbine casing structure that can prevent gas leakage when pressure is applied.
  • a gas turbine casing structure for solving the above-described problem is In the gas turbine casing structure in which the flange portion is divided in two horizontally into an upper half casing and a lower half casing, Bolts installed across the upper half casing and the lower half casing on the inner surfaces of the upper half casing and the lower half casing; An upper nut installed on the inner surface of the upper half casing and attached to the bolt; A gas turbine casing structure comprising: a lower nut installed on an inner surface of the lower half casing and attached to the bolt.
  • a gas turbine casing structure for solving the above problems is as follows: In the gas turbine casing structure in which the flange portion is divided in two horizontally into an upper half casing and a lower half casing, The upper half casing and the lower half casing can operate separately between the groove formed in the flange portion of the upper half casing and the groove formed in the flange portion of the lower half casing. A separate member; A seal member installed on each of the upper surface, the lower surface, the upper side surface on the inner surface side of the upper half casing, and the concave portion formed on the lower side surface on the inner surface side of the lower half casing.
  • a gas turbine casing structure characterized by that.
  • a gas turbine casing structure according to a third aspect of the present invention for solving the above problem is the gas turbine casing structure according to the second aspect of the present invention.
  • the seal member is arranged at a position where the upper half casing and the lower half casing come into contact with each other and can be sealed when pressure is applied.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a gas turbine casing structure according to this embodiment.
  • 1A is a schematic diagram showing a cross section in the axial direction of the bolt
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view taken along the arrow AA in FIG. 1A. It is a schematic diagram.
  • the gas turbine casing structure according to the present embodiment is divided into an upper half casing 10 and a lower half casing 11 in the horizontal direction at the flange portion.
  • the upper half casing 10 and the lower half casing 11 are constituted by shell portions 10a and 11a and flange portions 10b and 11b.
  • a bolt installation groove 10c for installing the bolt 12 across the inner surface of the flange portion 10b of the upper half casing 10 and the inner surface of the flange portion 11b of the lower half casing 11 is provided. 11c is formed.
  • a recess 10d for installing the upper nut 13 is formed above the bolt installation groove 10c on the inner surface of the flange portion 10b of the upper half casing 10, and a bolt installation groove 11c on the inner surface of the flange portion 11b of the lower half casing 11 is provided.
  • a recess 11d for installing the lower nut 14 is formed in the upper part.
  • the lower wall surface of the recess 10d for installing the upper nut 13 of the upper half casing 10 is a seat surface 10e of the upper nut 13, and the lower half
  • the upper wall surface of the recess 11 d for installing the lower nut 15 of the casing 11 is a seat surface 11 e of the lower nut 14.
  • the upper half casing 10 and the lower half casing 11 are joined by fastening the bolt 12 and the upper nut 13 on the inner surface of the upper half casing 10 and fastening the lower nut 14 on the inner surface of the lower half casing 11. is doing.
  • the bolts 12 are arranged on the inner surfaces of the upper half casing 10 and the lower half casing 11 so as to be outside the flange portion as in the conventional gas turbine casing structure. Compared with the case where the bolt is arranged, the moment force at the time of pressure load can be minimized. Thereby, the opening amount of the flange part 10b of the upper half casing 10 and the flange part 11b of the lower half casing 11 can be made small.
  • the bolt holes 100c and 101c penetrate the flanges 10b and 11b as in the conventional gas turbine casing structure. Therefore, leakage of gas from the bolt holes 100c and 101c can be eliminated.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of the gas turbine casing structure according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section in the axial direction of the bolt.
  • the gas turbine casing structure includes an upper half casing 20 and a lower half casing 21.
  • the upper half casing 20 and the lower half casing 21 are configured by shell portions 20a and 21a and flange portions 20b and 21b.
  • a bolt hole 20 c is formed in the flange portion 20 b of the upper half casing 20, and a bolt hole 21 c is formed in the flange portion 21 b of the lower half casing 21.
  • the upper half casing 20 and the lower half casing 21 are coupled to each other by fastening with bolts 22, upper nuts 23 and lower nuts 24 installed in the bolt holes 20c and 21c.
  • the groove 20d is formed inside the flange portion 20b of the upper half casing 20
  • the groove 21d is formed inside the flange portion 21b of the lower half casing 21, and the flange portion 20b. , 21b, and a separate member 24 that can operate separately.
  • the separate member 25 has a recess 25 a formed on the upper surface, a recess 25 b formed on the lower surface, a recess 25 c formed on the upper side surface on the inner surface side of the upper half casing 20, and the inner surface side of the lower half casing 21. Concave portion 25d is formed on the lower side surface.
  • Seal members 26 are installed in the recesses 25a, 25b, 25c, and 25d of the separate member 25, respectively. In this embodiment, a metal E seal is used as the seal member 26.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross section of the gas turbine casing structure according to this embodiment when pressure is applied.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section in the axial direction of the bolt. Further, in FIG. 3, for the sake of understanding, the expression is exaggerated from the actual one.
  • the separate member 25 inserted between the groove 20d and the groove 21d is subjected to the flange portion 20b when pressure is applied as indicated by an arrow P in FIG. , 21b, and the seal member 26 comes into contact with the upper half casing 20 and the lower half casing 21 to perform sealing. That is, the seal member 26 is disposed at a position where it can be sealed in contact with the upper half casing 20 and the lower half casing 21 in advance when pressure is applied.
  • the sealing of the gas can be reliably performed by installing the sealing member 26 in the concave portion of the separate member 25 inserted between the groove 20d and the groove 21d. it can.
  • the gas turbine casing structure of the present invention it is possible to provide a gas turbine casing structure that can prevent gas leakage when pressure is applied.
  • the present invention can be used for a gas turbine casing structure of a gas turbine, for example.

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Abstract

 圧力付加時のガスの漏れを防止することができるガスタービンケーシング構造を提供する。 フランジ部において水平方向に上側半ケーシング10と下側半ケーシング11とに2分割されるガスタービンケーシング構造において、前記上側半ケーシング10と前記下側半ケーシング11の内面に前記上側半ケーシング10と前記下側半ケーシング11に亘って設置されるボルト12と、前記上側半ケーシング10の内面に設置され前記ボルト12に取り付けられる上側ナット13と、前記下側半ケーシング11の内面に設置され前記ボルト12に取り付けられる下側ナット14とを備えた。

Description

ガスタービンケーシング構造
 本発明は、ガスタービンケーシング構造に関する。
 ロータやノズルダイヤフラム等の部品が内部に収納されるガスタービンのガスタービンケーシングは、これらの部品の据付や点検を容易にし、かつ、運用時のガスの漏れを防止するために、フランジ構造による水平2分割ボルト締結構造により構成されている(例えば、下記特許文献1参照)。
 図3は、従来のガスタービンケーシング構造の示した模式図である。なお、図3においては、ボルトの軸方向における断面を示している。
 図3に示すように、ガスタービンケーシング構造は、上側半ケーシング100と下側半ケーシング101とに2分割されている。上側半ケーシング100及び下側半ケーシング101は、シェル部100a,101aとフランジ部100b,101bとにより構成されている。上側半ケーシング100と下側半ケーシング101との結合は、ボルト102と上側ナット103及び下側ナット104とにより締結して行われる。
 すなわち、ガスタービンケーシングのフランジは、上側半ケーシング100のフランジ部100bと下側半ケーシング101のフランジ部101bとに2分割され、フランジ部100b,101bには多数のボルト穴100c,101cが設けられ、各々のボルト穴100c,101cにボルト102を配置して上側ナット103及び下側ナット104で締結される。
特開2007-120462号公報
 近年、ガスタービンの大容量化・大出力化により、大型化・高圧化が図られており、これに伴い運用時のガスの漏れや運用時にガスタービンケーシングに作用する圧力も増大してきている。そして、図4に示した従来のガスタービンケーシング構造では、図4中に矢印Pで示すような圧力付加時にモーメントが増大して、図4中に破線で示すように上側半ケーシング100のフランジ部100bと下側半ケーシング101のフランジ部101bの開き量が大きくなり、図4中に矢印Gで示すようにボルト穴100c,101cからガスが漏れる虞があった。
 図5は、従来のフランジ部を高くしたガスタービンケーシング構造を示した模式図である。なお、図5においては、ボルトの軸方向における断面を示している。
 図5に示すように、ガスの漏れを防ぐためには、上側半ケーシング100のフランジ部100bと下側半ケーシング101のフランジ部101bの高さを高くし、シェル部100a,101aの肉厚中央でボルト102と上側ナット103及び下側ナット104により締結する方が図5中に矢印Pで示すような圧力付加時のモーメントを小さくすることができるため有利である。
 しかしながら、上側半ケーシング100のフランジ部100bと下側半ケーシング101のフランジ部101bの高さを高くした場合、フランジ部100b,101bの熱容量が大きくなって、起動時の温度が高くなる過程において、フランジ部100b,101bとシェル部100a,101aの温度差が大きくなることから、図5中に矢印Sで示すフランジ部100b,101bとシェル部101a,102aの境目に熱応力が発生し、疲労による強度の低下が懸念される。
 以上のことから、本発明は、圧力付加時のガスの漏れを防止することができるガスタービンケーシング構造を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するための第1の発明に係るガスタービンケーシング構造は、
 フランジ部において水平方向に上側半ケーシングと下側半ケーシングとに2分割されるガスタービンケーシング構造において、
 前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングの内面に前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングに亘って設置されるボルトと、
 前記上側半ケーシングの内面に設置され前記ボルトに取り付けられる上側ナットと、
 前記下側半ケーシングの内面に設置され前記ボルトに取り付けられる下側ナットと
を備える
ことを特徴とするガスタービンケーシング構造。
 上記の課題を解決するための第2の発明に係るガスタービンケーシング構造は、
 フランジ部において水平方向に上側半ケーシングと下側半ケーシングとに2分割されるガスタービンケーシング構造において、
 前記上側半ケーシングのフランジ部に形成された溝と、前記下側半ケーシングのフランジ部に形成された溝との間に、前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングと別々に動作することができる別体部材と、
 前記別体部材の上面と、下面と、前記上側半ケーシング内面側の上部側面と、前記下側半ケーシングの内面側の下部側面とに形成された凹部とにそれぞれ設置されるシール部材と
を備える
ことを特徴とするガスタービンケーシング構造。
 上記の課題を解決するための第3の発明に係るガスタービンケーシング構造は、第2の発明に係るガスタービンケーシング構造において、
 前記シール部材は、圧力付加時に前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングと接触してシールが可能となる位置に配置される
ことを特徴とする。
 本発明によれば、圧力付加時のガスの漏れを防止することができるガスタービンケーシング構造を提供することができる。
第1の実施例に係るガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。 第2の実施例に係るガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。 第2の実施例に係るガスタービンケーシング構造の圧力付加時の断面を示した模式図である。 従来のガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。 従来のフランジ部を高くしたガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。
 以下、本発明に係るガスタービンケーシング構造について、図面を参照しながら説明する。
 以下、本発明に係るガスタービンケーシング構造の第1の実施例について説明する。
 図1は、本実施例に係るガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。なお、図1(a)は、ボルトの軸方向における断面を示した模式図であり、図1(b)は、図1(a)中に矢印A-Aで示す断面における矢視図を示した模式図である。
 図1(a)に示すように、本実施例に係るガスタービンケーシング構造は、フランジ部において水平方向に上側半ケーシング10と下側半ケーシング11とに2分割されている。上側半ケーシング10及び下側半ケーシング11は、シェル部10a,11aとフランジ部10b,11bとにより構成されている。
 本実施例に係るガスタービンケーシング構造においては、上側半ケーシング10のフランジ部10bの内面と下側半ケーシング11のフランジ部11bの内面とに亘ってボルト12を設置するためのボルト設置溝10c,11cが形成されている。
 また、上側半ケーシング10のフランジ部10bの内面のボルト設置溝10cの上部には上側ナット13を設置するための凹部10dと、下側半ケーシング11のフランジ部11bの内面のボルト設置溝11cの上部には下側ナット14を設置するための凹部11dとが形成されている。
 図1(a),(b)に示すように、上側半ケーシング10の上側ナット13を設置するための凹部10dの下側の壁面は上側ナット13の座面10eとなっており、下側半ケーシング11の下側ナット15を設置するための凹部11dの上側の壁面は下側ナット14の座面11eとなっている。
 そして、上側半ケーシング10の内面においてボルト12と上側ナット13を締結し、下側半ケーシング11の内面において下側ナット14を締結することにより、上側半ケーシング10と下側半ケーシング11とを結合している。
 なお、本実施例に係るガスタービンケーシング構造においては、上側半ケーシング10の凹部10dと下側半ケーシング11の凹部11dを形成することにより生ずる欠損部の強度を確保するため、上側半ケーシング10のフランジ部10bと下側半ケーシング11のフランジ部11bの高さ方向及び厚さ方向に最低限必要となる補強を行う。
 したがって、本実施例に係るガスタービンケーシング構造によれば、上側半ケーシング10と下側半ケーシング11の内面にボルト12を配置することにより、従来のガスタービンケーシング構造のようにフランジ部の外側にボルトを配置する場合に比べ、圧力負荷時のモーメント力を最小化することができる。これにより、上側半ケーシング10のフランジ部10bと下側半ケーシング11のフランジ部11bとの開き量を小さくすることができる。
 また、上側半ケーシング10と下側半ケーシング11の内面にボルト12を配置することにより、従来のガスタービンケーシング構造のようにボルト穴100c,101c(図4参照)がフランジ10b,11bを貫通していないため、ボルト穴100c,101cからのガスの漏れをなくすことができる。
 また、上側半ケーシング10と下側半ケーシング11の内面にボルト12を配置することにより、モーメント力により上側半ケーシング10のフランジ部10bの外側と下側半ケーシング11のフランジ部11bの外側との間に作用する面圧を高くすることができるため、ガスのシールを確実に行うことができる。
 以下、本発明に係るガスタービンケーシング構造の第2の実施例について説明する。
 図2は、本実施例に係るガスタービンケーシング構造の断面を示した模式図である。なお、図2は、ボルトの軸方向における断面を示した模式図である。
 図2に示すように、本実施例に係るガスタービンケーシング構造は、上側半ケーシング20と下側半ケーシング21とにより構成されている。上側半ケーシング20及び下側半ケーシング21は、シェル部20a,21aとフランジ部20b,21bとにより構成されている。
 上側半ケーシング20のフランジ部20bには、ボルト穴20cが形成されており、下側半ケーシング21のフランジ部21bには、ボルト穴21cが形成されている。上側半ケーシング20と下側半ケーシング21との結合は、ボルト穴20c,21cに設置されたボルト22と上側ナット23及び下側ナット24とにより締結して行われる。
 本実施例に係るガスタービンケーシング構造においては、上側半ケーシング20のフランジ部20bの内部に溝20dを形成し、下側半ケーシング21のフランジ部21bの内部に溝21dを形成し、フランジ部20b、21bと別々に動作することができる別体部材24を挿入する。
 また、別体部材25には、上面に凹部25aが形成され、下面に凹部25bが形成され、上側半ケーシング20の内面側の上部側面に凹部25cが形成され、下側半ケーシング21の内面側の下部側面に凹部25dが形成されている。別体部材25の凹部25a、25b,25c,25dには、それぞれシール部材26が設置されている。なお、本実施例においては、シール部材26として、金属製のEシールを用いた。
 図3は、本実施例に係るガスタービンケーシング構造の圧力付加時の断面を示した模式図である。なお、図3は、ボルトの軸方向における断面を示した模式図である。また、図3においては、理解のため実際よりも誇張して表現するものとする。
 図3に示すように、本実施例に係るガスタービンケーシング構造においては、溝20dと溝21dの間に挿入した別体部材25が図3中に矢印Pで示すような圧力付加時にフランジ部20b、21bと別の動きをし、シール部材26が上側半ケーシング20及び下側半ケーシング21と接触することによりシールが可能となる。すなわち、シール部材26は、予め圧力付加時に上側半ケーシング20及び下側半ケーシング21と接触してシールが可能となる位置に配置される。
 したがって、本実施例に係るガスタービンケーシング構造によれば、溝20dと溝21dの間に挿入した別体部材25の凹部にシール部材26を設置することにより、ガスのシールを確実に行うことができる。
 以上説明したように、本発明に係るガスタービンケーシング構造によれば、圧力付加時のガスの漏れを防止することができるガスタービンケーシング構造を提供することができる。
 本発明は、例えば、ガスタービンのガスタービンケーシング構造に利用することが可能である。
10 上側半ケーシング
10a シェル部
10b フランジ部
10c ボルト設置溝
10d 凹部
10e 座面
11 下側半ケーシング
11a シェル部
11b フランジ部
11c ボルト設置溝
11d 凹部
11e 座面
12 ボルト
13 上側ナット
14 下側ナット
20 上側半ケーシング
20a シェル部
20b フランジ部
20c ボルト穴
20d 溝
21 下側半ケーシング
21a シェル部
21b フランジ部
21c ボルト穴
21d 溝
22 ボルト
23 上側ナット
24 下側ナット
25 別体部材
25a、25b,25c,25d 凹部
26 シール部材

Claims (3)

  1.  フランジ部において水平方向に上側半ケーシングと下側半ケーシングとに2分割されるガスタービンケーシング構造において、
     前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングの内面に前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングに亘って設置されるボルトと、
     前記上側半ケーシングの内面に設置され前記ボルトに取り付けられる上側ナットと、
     前記下側半ケーシングの内面に設置され前記ボルトに取り付けられる下側ナットと
    を備える
    ことを特徴とするガスタービンケーシング構造。
  2.  フランジ部において水平方向に上側半ケーシングと下側半ケーシングとに2分割されるガスタービンケーシング構造において、
     前記上側半ケーシングのフランジ部に形成された溝と、前記下側半ケーシングのフランジ部に形成された溝との間に、前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングと別々に動作することができる別体部材と、
     前記別体部材の上面と、下面と、前記上側半ケーシング内面側の上部側面と、前記下側半ケーシングの内面側の下部側面とに形成された凹部とにそれぞれ設置されるシール部材と
    を備える
    ことを特徴とするガスタービンケーシング構造。
  3.  前記シール部材は、圧力付加時に前記上側半ケーシングと前記下側半ケーシングと接触してシールが可能となる位置に配置される
    ことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンケーシング構造。
PCT/JP2010/065467 2010-02-19 2010-09-09 ガスタービンケーシング構造 WO2011102014A1 (ja)

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