EP1077310A1 - Vaned stator - Google Patents

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EP1077310A1
EP1077310A1 EP99116287A EP99116287A EP1077310A1 EP 1077310 A1 EP1077310 A1 EP 1077310A1 EP 99116287 A EP99116287 A EP 99116287A EP 99116287 A EP99116287 A EP 99116287A EP 1077310 A1 EP1077310 A1 EP 1077310A1
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EP
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blades
row
blade
vanes
different
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EP99116287A
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Inventor
Bernhard Dipl.-Ing. Küsters
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F01D5/146—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of blades with tandem configuration, split blades or slotted blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F04D29/544—Blade shapes

Definitions

  • the present invention relates to a vane grill for a Turbomachine, in particular a tandem vane grille for a compressor with at least one row of blades that has a number of blades.
  • Such a blade grille is known from EP 0 839 259 B1. This document suggests using one blade uneven division in the rear row of blades To arrange tandem vane grids. For every row of blades exactly one blade profile is provided here. Disadvantageous in the known vane grille is that different dynamic loads on the individual blades during operation occur. Part of the blades must therefore be oversized become. Next are some of the blades regarding Loss coefficient and pressure build-up in less favorable positions.
  • the object of the present invention is therefore a vane grille Provide a more even load the blades in operation and a favorable loss coefficient and pressure build-up can be achieved.
  • the blades advantageously have a different curvature, Thickness and / or a different angle of attack on. By varying one or more of these criteria can each bucket with a customized profile be provided.
  • the number is the blades in the second row of blades are twice as large is like the number of blades in the first row of blades.
  • the number of the blades in the second row of blades is an integer Multiple of the number of blades in the first row of blades, and the number of different profiles in the second row of blades corresponds to this integer multiple. This results in an even sequence of blades with different profiles in the second row of blades compared to the blades of the first row of blades.
  • the aerodynamic resilience of the second row of blades is increased accordingly, and the loss coefficient and pressure build-up are optimized.
  • the second row of blades has an uneven division of the blades. Along with the different profiles of the blades in the second Row of blades allows the uneven division another Improvement of loss coefficient and pressure build-up as well a reduction in the burden.
  • FIG. 1 A flow machine is shown schematically in FIG. 1 using the example a compressor 10 shown.
  • the compressor 10 includes a housing 11 and a rotor 12 and blades 13 and Guide vanes 14. It is in the direction of flow 15 by one Working medium, especially a hot gas or steam flows through.
  • Both the rotor blades 13 and the guide blades 14 each have two rows of blades 21, 22.
  • the lengths of the Row of blades 21, 22 are different.
  • FIG. 2 shows a schematic top view of a blade grille 20 which can be arranged both on a rotor blade 13 and on a guide blade 14.
  • the blade grid 20 comprises the two rows of blades 21, 22, each of which has a row of blades 23, 24, 25.
  • the blades 23 of the first row of blades are identical and have a division S.
  • two blades 24, 25 with different profiles are provided in the second row of blades 22.
  • the outside 26 of the blade 24 is curved differently than that of the blade 25. Accordingly, the blade 24 has a greater thickness than the blade 25.
  • the two blades 24, 25 also have different angles of attack ⁇ 1 , ⁇ 2 with respect to the flow direction 15.
  • the blades 24, 25 can be optimized with regard to aerodynamic loading, loss coefficient and pressure increase by a suitable choice of the curvature, the thickness and the angle of attack ⁇ .
  • the second Blade row 22 more blades 24, 25 than in the first Row of blades 21 provided.
  • the number of blades 24, 25 is twice the number of blades 23.
  • the blades 24, 25 have an irregular division.
  • the overall pitch S corresponds to the second row of blades 22 however, that of the first row of blades 21. Because of the uneven Division of the blades 24, 25 together with the different profiles will be largely optimized the second row of blades 22 is reached.
  • the number of blades 24, 25 of the second blade row 22 can choose three times or four times as large like the number of blades 23 of the first row of blades 21.
  • the number of blades 24, 25 in the second row of blades is an integer multiple of the number of the blades 23 in the first row of blades correspondingly many different profiles in the second Blade row 22 used.
  • two different profiles are used because the Number of blades 24, 25 in the second blade row 22 is twice the number of blades 23 in the first row of blades 21.
  • the two rows of blades 21, 22 stand still relative to each other.
  • One for each position Blade 24, 25 in the second blade row 22 can therefore an optimal profile can be provided. According to the Division S of the first row of blades 21 and the second row of blades 22 this profile is along the circumference of the blades 13 and the guide vanes 14 are used.
  • Blades 24, 25 of the second provided according to the invention Blade row 22 reduce the load and improve Loss coefficient and pressure build-up.
  • An oversizing of individual Buckets 24, 25 are made by optimizing each provided profile prevented.

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Abstract

The vane grid has at least one row (21,22) of vanes (24,25) contg. a number of vanes with different profiles. The vanes have different curvatures, thicknesses and/or setting angles (alpha1, alpha2). Two different vane profiles can be used in two rows in which there are more vanes in the second row, which also contains the vanes with different profiles.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Tandem-Schaufelgitter für einen Verdichter, mit mindestens einer Schaufelreihe, die eine Anzahl von Schaufeln aufweist.The present invention relates to a vane grill for a Turbomachine, in particular a tandem vane grille for a compressor with at least one row of blades that has a number of blades.

Ein derartiges Schaufelgitter ist aus der EP 0 839 259 B1 bekannt. Diese Druckschrift schlägt vor, die Schaufeln mit einer ungleichmäßigen Teilung in der hinteren Schaufelreihe eines Tandem-Schaufelgitters anzuordnen. Für jede Schaufelreihe ist hierbei genau ein Schaufelprofil vorgesehen. Nachteilig bei dem bekannten Schaufelgitter ist, daß unterschiedliche dynamische Belastungen der einzelnen Schaufeln im Betrieb auftreten. Ein Teil der Schaufeln muß daher überdimensioniert werden. Weiter befinden sich einige der Schaufeln bezüglich Verlustbeiwert und Druckaufbau in ungünstigeren Positionen.Such a blade grille is known from EP 0 839 259 B1. This document suggests using one blade uneven division in the rear row of blades To arrange tandem vane grids. For every row of blades exactly one blade profile is provided here. Disadvantageous in the known vane grille is that different dynamic loads on the individual blades during operation occur. Part of the blades must therefore be oversized become. Next are some of the blades regarding Loss coefficient and pressure build-up in less favorable positions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schaufelgitter bereitzustellen, bei dem eine gleichmäßigere Belastung der Schaufeln im Betrieb und ein günstiger Verlustbeiwert und Druckaufbau erzielt werden.The object of the present invention is therefore a vane grille Provide a more even load the blades in operation and a favorable loss coefficient and pressure build-up can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Schaufelgitter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schaufelreihe Schaufeln mit unterschiedlichen Profilen aufweist.According to the invention, this object is achieved with a vane grill of the type mentioned in that the row of blades Has blades with different profiles.

In Abhängigkeit von der Position jeder Schaufel in der Schaufelreihe wird ein optimiertes Profil ausgewählt. Hierdurch werden die Belastung der einzelnen Schaufeln minimiert und gleichzeitig der Verlustbeiwert und Druckaufbau optimiert.Depending on the position of each blade in the row of blades an optimized profile is selected. Hereby the load on the individual blades is minimized and the loss coefficient and pressure build-up are optimized at the same time.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent claims.

Vorteilhaft weisen die Schaufeln eine unterschiedliche Krümmung, Dicke und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel auf. Durch eine Variation eines oder mehrerer dieser Kriterien kann jede Schaufel mit einem individuell angepaßten Profil versehen werden.The blades advantageously have a different curvature, Thickness and / or a different angle of attack on. By varying one or more of these criteria can each bucket with a customized profile be provided.

In vorteilhafter Weiterbildung sind zwei unterschiedliche Profile für die Schaufeln vorgesehen. Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Profilen wird der konstruktive Mehraufwand im Vergleich zu konventionellen Schaufelgittern gering gehalten. Die gewünschte Minimierung der Belastung und Optimierung von Verlustbeiwert und Druckaufbau wird dennoch erreicht.In an advantageous further development, two are different Profiles provided for the blades. By using it two different profiles make the constructive one Additional effort compared to conventional vane grids kept low. The desired minimization of the burden and Optimization of loss coefficient and pressure build-up is nevertheless reached.

Vorteilhaft ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe größer ist als die Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe. Dies ermöglicht eine aerodynamisch höhere Belastung der zweiten Schaufelreihe.The number of blades in the second is advantageous Bucket row is larger than the number of blades in the first row of blades. This enables a higher aerodynamic Load on the second row of blades.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe.According to a first advantageous development, the number is the blades in the second row of blades are twice as large is like the number of blades in the first row of blades.

Nach einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist die Anzahl der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln in der ersten Schaufelreihe, und die Anzahl der unterschiedlichen Profile in der zweiten Schaufelreihe entspricht diesem ganzzahligen Vielfachen. Hierdurch wird eine gleichmäßige Abfolge der Schaufeln mit unterschiedlichen Profilen in der zweiten Schaufelreihe gegenüber den Schaufeln der ersten Schaufelreihe erreicht. Die aerodynamische Belastbarkeit der zweiten Schaufelreihe wird entsprechend erhöht, und der Verlustbeiwert und Druckaufbau werden optimiert.According to a second advantageous development, the number of the blades in the second row of blades is an integer Multiple of the number of blades in the first row of blades, and the number of different profiles in the second row of blades corresponds to this integer multiple. This results in an even sequence of blades with different profiles in the second row of blades compared to the blades of the first row of blades. The aerodynamic resilience of the second row of blades is increased accordingly, and the loss coefficient and pressure build-up are optimized.

In vorteilhafter Ausgestaltung weist die zweite Schaufelreihe eine ungleichmäßige Teilung der Schaufeln auf. Zusammen mit den unterschiedlichen Profilen der Schaufeln in der zweiten Schaufelreihe ermöglicht die ungleichmäßige Teilung eine weitere Verbesserung von Verlustbeiwert und Druckaufbau sowie eine Verringerung der Belastung.In an advantageous embodiment, the second row of blades has an uneven division of the blades. Along with the different profiles of the blades in the second Row of blades allows the uneven division another Improvement of loss coefficient and pressure build-up as well a reduction in the burden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei zeigt:

Figur 1
einen Längsschnitt durch eine Strömungsmaschine; und
Figur 2
eine schematische Darstellung eines Tandem-Schaufelgitters.
The invention is described in more detail below with the aid of an exemplary embodiment which is shown in a schematic manner in the drawing. It shows:
Figure 1
a longitudinal section through a turbomachine; and
Figure 2
a schematic representation of a tandem vane grille.

In Figur 1 ist schematisch eine Strömungsmaschine am Beispiel eines Verdichters 10 dargestellt. Dieses Beispiel ist keinesfalls einschränkend zu verstehen. Der Verdichter 10 umfaßt ein Gehäuse 11 und einen Rotor 12 sowie Laufschaufeln 13 und Leitschaufeln 14. Sie wird in Strömungsrichtung 15 von einem Arbeitsmedium, insbesondere einem heißen Gas oder Dampf durchströmt.A flow machine is shown schematically in FIG. 1 using the example a compressor 10 shown. This example is by no means to be understood restrictively. The compressor 10 includes a housing 11 and a rotor 12 and blades 13 and Guide vanes 14. It is in the direction of flow 15 by one Working medium, especially a hot gas or steam flows through.

Sowohl die Laufschaufeln 13 als auch die Leitschaufeln 14 weisen jeweils zwei Schaufelreihen 21, 22 auf. Die Längen der Schaufelreihen 21, 22 sind unterschiedlich.Both the rotor blades 13 and the guide blades 14 each have two rows of blades 21, 22. The lengths of the Row of blades 21, 22 are different.

Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Schaufelgitter 20, das sowohl auf einer Laufschaufel 13 als auch auf einer Leitschaufel 14 angeordnet werden kann. Das Schaufelgitter 20 umfaßt die beiden Schaufelreihen 21, 22, die jeweils eine Reihe von Schaufeln 23, 24, 25 aufweisen. Die Schaufeln 23 der ersten Schaufelreihe sind identisch und weisen eine Teilung S auf. Demgegenüber sind in der zweiten Schaufelreihe 22 zwei Schaufeln 24, 25 mit unterschiedlichen Profilen vorgesehen. Die Außenseite 26 der Schaufel 24 ist hierbei anders gekrümmt als die der Schaufel 25. Entsprechend weist die Schaufel 24 eine größere Dicke als die Schaufel 25 auf. Die beiden Schaufeln 24, 25 weisen weiter unterschiedliche Anstellwinkel α1, α2 gegenüber der Strömungsrichtung 15 auf. Durch eine geeignete Wahl der Krümmung, der Dicke und des Anstellwinkels α können die Schaufeln 24, 25 bezüglich aerodynamischer Belastung, Verlustbeiwert und Druckanstieg optimiert werden.FIG. 2 shows a schematic top view of a blade grille 20 which can be arranged both on a rotor blade 13 and on a guide blade 14. The blade grid 20 comprises the two rows of blades 21, 22, each of which has a row of blades 23, 24, 25. The blades 23 of the first row of blades are identical and have a division S. In contrast, two blades 24, 25 with different profiles are provided in the second row of blades 22. The outside 26 of the blade 24 is curved differently than that of the blade 25. Accordingly, the blade 24 has a greater thickness than the blade 25. The two blades 24, 25 also have different angles of attack α 1 , α 2 with respect to the flow direction 15. The blades 24, 25 can be optimized with regard to aerodynamic loading, loss coefficient and pressure increase by a suitable choice of the curvature, the thickness and the angle of attack α.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der zweiten Schaufelreihe 22 mehr Schaufeln 24, 25 als in der ersten Schaufelreihe 21 vorgesehen. Die Anzahl der Schaufeln 24, 25 ist doppelt so groß wie die Anzahl der Schaufeln 23. Weiter weisen die Schaufeln 24, 25 eine unregelmäßige Teilung auf. Die Gesamtteilung S der zweiten Schaufelreihe 22 entspricht allerdings der der ersten Schaufelreihe 21. Durch die ungleichmäßige Teilung der Schaufeln 24, 25 zusammen mit den unterschiedlichen Profilen wird eine weitgehende Optimierung der zweiten Schaufelreihe 22 erreicht.In the illustrated embodiment, the second Blade row 22 more blades 24, 25 than in the first Row of blades 21 provided. The number of blades 24, 25 is twice the number of blades 23. Next the blades 24, 25 have an irregular division. The overall pitch S corresponds to the second row of blades 22 however, that of the first row of blades 21. Because of the uneven Division of the blades 24, 25 together with the different profiles will be largely optimized the second row of blades 22 is reached.

Es ist ebenfalls möglich, die Anzahl der Schaufeln 24, 25 der zweiten Schaufelreihe 22 dreimal oder viermal so groß zu wählen wie die Anzahl der Schaufeln 23 der ersten Schaufelreihe 21. Immer dann, wenn die Anzahl der Schaufeln 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln 23 in der ersten Schaufelreihe beträgt, werden entsprechend viele unterschiedliche Profile in der zweiten Schaufelreihe 22 verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei unterschiedliche Profile verwendet, da die Zahl der Schaufeln 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe 22 doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln 23 in der ersten Schaufelreihe 21. Die beiden Schaufelreihen 21, 22 stehen relativ zueinander still. Für jede Position einer Schaufel 24, 25 in der zweiten Schaufelreihe 22 kann daher ein optimales Profil bereitgestellt werden. Entsprechend der Teilung S der ersten Schaufelreihe 21 und der zweiten Schaufelreihe 22 wird dieses Profil entlang des Umfangs der Laufschaufeln 13 sowie der Leitschaufeln 14 eingesetzt. It is also possible to change the number of blades 24, 25 of the second blade row 22 to choose three times or four times as large like the number of blades 23 of the first row of blades 21. Whenever the number of blades 24, 25 in the second row of blades is an integer multiple of the number of the blades 23 in the first row of blades correspondingly many different profiles in the second Blade row 22 used. In the illustrated embodiment two different profiles are used because the Number of blades 24, 25 in the second blade row 22 is twice the number of blades 23 in the first row of blades 21. The two rows of blades 21, 22 stand still relative to each other. One for each position Blade 24, 25 in the second blade row 22 can therefore an optimal profile can be provided. According to the Division S of the first row of blades 21 and the second row of blades 22 this profile is along the circumference of the blades 13 and the guide vanes 14 are used.

Die erfindungsgemäßen vorgesehenen Schaufeln 24, 25 der zweiten Schaufelreihe 22 verringern die Belastung und verbessern Verlustbeiwert und Druckaufbau. Eine Überdimensionierung einzelner Schaufeln 24, 25 wird durch Optimieren des jeweils vorgesehenen Profils verhindert.The blades 24, 25 of the second provided according to the invention Blade row 22 reduce the load and improve Loss coefficient and pressure build-up. An oversizing of individual Buckets 24, 25 are made by optimizing each provided profile prevented.

Claims (8)

Schaufelgitter für eine Strömungsmaschine (10), insbesondere Tandem-Schaufelgitter für einen Verdichter, mit mindestens einer Schaufelreihe (22), die eine Anzahl von Schaufeln (24; 25) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelreihe (22) Schaufeln (24, 25) mit unterschiedlichen Profilen aufweist.Blade grille for a turbomachine (10), in particular tandem blade grille for a compressor, with at least one blade row (22) which has a number of blades (24; 25),
characterized in that the row of blades (22) has blades (24, 25) with different profiles. Schaufelgitter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (24, 25) eine unterschiedliche Krümmung, Dicke und/oder einen unterschiedlichen Anstellwinkel (a) aufweisen.Blade grid according to claim 1,
characterized in that the blades (24, 25) have a different curvature, thickness and / or a different angle of attack (a). Schaufelgitter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Profile für die Schaufeln (24, 25) vorgesehen sind.Vane grille according to claim 1 or 2,
characterized in that two different profiles are provided for the blades (24, 25). Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelgitter (20) zwei hintereinander angeordnete Schaufelreihen (21, 22) aufweist, und die Schaufeln (24, 25) mit unterschiedlichen Profilen in der zweiten Schaufelreihe (22) angeordnet sind.Vane grille according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the vane grille (20) has two rows of vanes (21, 22) arranged one behind the other, and the vanes (24, 25) are arranged with different profiles in the second row of vanes (22). Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) größer ist als die Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21).Vane grille according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the number of blades (24, 25) in the second row of blades (22) is greater than the number of blades (23) in the first row of blades (21). Schaufelgitter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) doppelt so groß ist wie die Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21).Blade grid according to claim 5,
characterized in that the number of blades (24, 25) in the second row of blades (22) is twice as large as the number of blades (23) in the first row of blades (21). Schaufelgitter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schaufeln (24, 25) in der zweiten Schaufelreihe (22) ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Schaufeln (23) in der ersten Schaufelreihe (21) ist und die Anzahl der unterschiedlichen Profile in der zweiten Schaufelreihe (22) diesem ganzzahligen Vielfachen entspricht.Blade grid according to claim 5,
characterized in that the number of blades (24, 25) in the second row of blades (22) is an integral multiple of the number of blades (23) in the first row of blades (21) and the number of different profiles in the second row of blades (22 ) corresponds to this integer multiple. Schaufelgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaufelreihe (22) eine ungleichmäßige Teilung der Schaufeln (24, 25) aufweist.Vane grille according to one of claims 1 to 7,
characterized in that the second row of blades (22) has an uneven division of the blades (24, 25).
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