DE1628376A1 - Axial compressor - Google Patents
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Description
.-"".. Weal /JBICfclifl; Hamburg 50. KflnTflatr. 28.- "" .. Weal / JBICfclifl; Hamburg 50th KflnTflatr. 28
'" '. Telefon:1 395314 "'"'. Phone: 1 395314"
HAMBURG . ■-■--.,.·-HAMBURG. ■ - ■ -.,. · -
162B376162B376
w. 12658/66 12/Müw. 12658/66 12 / Mü
Societe Nationale d1Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation, Paris (Frankreich) .Societe Nationale d 1 Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation, Paris (France).
Axialverdichter.Axial compressors.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Axialverdichter mit zwei ineinandergeschachtelten gleichaBiislgen Rotoren, die sich gegenläufig drehen* Die Erfindung ergibt.sich aus einleitenden allgemeinen Betrachtungen betreffender Charakteristiken von Axialverdichtern.The invention relates to an axial compressor with two nested rotors of the same size, which rotate in opposite directions * The invention results introductory general considerations of relevant characteristics of axial compressors.
Es Ist bekannt, daß mit einem klassischen Axialverdichter, der einen Rotor und einen Stator aufweist, ein Druekverhältnis von 1,25 erreicht werden kann. Dies Ergebnis wird mit einem Schallgeschwindigkeitsrοtor erhalten, dessen Umfangsgeschwindigkeit 350ra/sek. und dessen maximale relative Machzahl für das erste bewegliche Rad 1,25 beträgt. Mit einem Schallgeschwindigkeitsverdichter, dessenIt is known that with a classic axial compressor, which has a rotor and a stator, a Pressure ratio of 1.25 can be achieved. This result is obtained with a speed of sound rotor, its peripheral speed 350ra / sec. and its maximum relative Mach number for the first moving wheel is 1.25. With a sound velocity compressor, its
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Umfangsgeschwindigkeit 400 m/sek..beträgt, liegt das zu . ', erwartende maximale Druckverhältnis in der Größenordnung von Ij4-5 bei einer maximalen relativen Machzahl von 1,4, . und einem Wirkungsgrad von 0,80 bis 0,85.Circumferential speed of 400 m / sec., That is too. ', Expected maximum pressure ratio in the order of relative Ij4-5 at a maximum Mach number of 1.4. and an efficiency of 0.80 to 0.85.
Ein Axialverdichter der gleichen Art, bei welchem die maximale relative Machzahl im Überschallbereich liegt und welcher eine Umfangsgeschwindigkeit von 400 m/sek. hat, kann ein Druckverhältnis von 1,6 erzeugen mit einem Wirkungsgrad, der niedriger als bei dem vorbeschriebenen Verdichter ist und nicht über 0,78 hinausgeht»An axial compressor of the same type in which the maximum relative Mach number is in the supersonic range and which has a peripheral speed of 400 m / sec. Has, can generate a pressure ratio of 1.6 with an efficiency which is lower than the compressor described above and does not exceed 0.78 »
Ein Verdichter mit zwei gleichachsigen Rotoren, die ineinandergeschachtelt angeordnet sind und sich gegenläufig drehen, und bei dem der. gewöhnliche Rotor.eine Umfangsgeschwindigkeit von 400 m/sek. und der andere Rotor eine Umfangsgeschwindigkeit von 250 m/sek», entgegengesetzt zu der des ersten Rotors, hat, kann ein Druckverhältnis von 1,8 bei relativen Machzahlen von 1,35 bzw. 1,15 und einem Wirkungsgrad erreichen, de$>wahrscheinlich etwas niedriger als der eines klassischen Axialverdichters mit zwei Stufen und gleichem Druckverhältnis ist. ■A compressor with two coaxial rotors that are nested and rotate in opposite directions, and in which the. Ordinary rotor, a peripheral speed of 400 m / sec. and the other rotor a peripheral speed of 250 m / sec », opposite to that of the first rotor, a pressure ratio of 1.8 with relative Mach numbers of 1.35 or 1.15 and achieve an efficiency that is likely is slightly lower than that of a classic axial compressor with two stages and the same pressure ratio. ■
Es kann geschätzt werden, daß der erhaltene Gewinn wenigstens j50 bis 40 % beträgt. ;It can be estimated that the gain obtained is at least 50 to 40 % . ;
Unter diesen Bedingungen kann angenommen werden, daß die Ausführung einer Turbomaschine mit gemäß dieser Technik gegebenem Druekverhältnis zu einer Herabsetzung der Stufen»' zahl des Verdichters um jSO bis 40 % im Verhältnis zu einerUnder these conditions it can be assumed that the implementation of a turbomachine with a pressure ratio given according to this technique leads to a reduction in the number of stages of the compressor by 50 to 40 % in relation to one
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Masehine fuhrt, deren Verdichter im Hinblick auf die 'Ausführung des Rotors und des Stators nach klassischer Art ausgeführt ist.Masehine leads whose compressor in terms of '' Classical design of the rotor and stator Kind is executed.
Eine solche Lösung korinteÄ trotzdem sie seit langem bekannt ist, aus zwei Hauptgründen nicht verwirklicht werden, die" sich aus Schwierigkeiten hinsichtlich der Aerodynamik der Gitter der Schallgeschwindlgkeits- bzw. Überschällgeschwindigkeltsschaufeiri und aus der Technologie des Rotors ergebene Indessen ermöglichen die neueren Fortschritte" in der Aerodynamik der für Schallgeschwindigkeit ausgelegten Axialverdichter und bei den Gittern von Überschällgeschwindigkeitsschaufeln die Annahme, daß ein Axialverdichter mit zwei ineinandergeschachtelten sich gegenläufig drehenden Rotoren einwandfrei arbeitet, und zwar mit hohem Wirkungsgrad bei hohen Stufendruckverhältnisöen*Such a solution korinte Ä but she has long been known, will not be realized for two main reasons, the "stay out of trouble in terms of aerodynamics the lattice of Schallgeschwindlgkeits- or Überschällgeschwindigkeltsschaufeiri and devoted from the technology of the rotor Meanwhile enable recent advances" in the Aerodynamics of axial compressors designed for the speed of sound and the assumption that an axial compressor with two nested rotors rotating in opposite directions, with high efficiency at high stage pressure ratios *
Die Technologie moderner Äxlalverdlehterrotoren hat sich als Funktion des Vorhandenseins neuer Materialien "(Stähle, mit hohen mechanischen Charakteristiken,, Titanlegierungen) und als Funktion- neuer HerstellungsFerfahren entwickelt^ beispielsweise Schweißung durch Elektronenstrahlen., Schmieden von Schaufeln mit fertigen bzw* genauen-.Kanten, Präzisionsguß von Legierungen, mit hohen bzw« guten mechanischen Charakteristiken usxf» Die Entwicklung ■ermöglicht zur· Zeit die Verwirklichung von Ausführungen, die vor ^irrigen Jahren utopisch erschienen, ' ·The technology of modern axial twisting rotors has developed as a function of the availability of new materials (steels, with high mechanical characteristics, titanium alloys) and as a function of new manufacturing processes such as electron beam welding, forging blades with finished or precise edges, precision casting of alloys with high or "good mechanical characteristics usxf" the development ■ allows for time · the realization of designs which seemed utopian ago ^ erroneous years' ·
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Schließlieh ermöglichen das Bekanntsein von Materialien «mit großem mechanischen Widerstand und die neuen Herstellungstechniken das Erreichen vernünftiger Umfangsgeschwindigkeit.en> ohne welche die Anordnung von ineinandergeschachtelten sich gegenläufig drehenden Rotoren keinen Portschritt mit. Bezug auf die klassische Lösung bringt, wobei neue technolOgische Lösungen angewendet werden.Finally, enable materials to be known «With great mechanical resistance and the new manufacturing techniques to achieve reasonable peripheral speed. En> without which the arrangement of nested counter-rotating rotors do not have a port step. Relates to the classic solution, using new technological solutions.
Die Erfindung schafft eine Lösung für die technologischen Probleme, die durch einen Axialverdichter mit zwei ineinandergeschachtelten sich gegenläufig drehenden Rotoren aufgeworfen werden.The invention creates a solution to the technological problems caused by an axial compressor two nested rotors rotating in opposite directions are thrown up.
Gemäß der Erfindung werden die Schaufeln des einen Rotors in Umfangsrichtung von außen mittels einer Einrichtung angetrieben* die eine Anordnung dieser Schaufeln zwischen den Schaufeln des anderen Rotors ermöglicht, welche auf übliche Weise von Innen angetrieben werden können, wobei diese Einrichtung Schaufelverbindungsansätze am Umfang zur Bildung eines kreisförmigen Reifens für den entsprechenden Rotor Jeder Stufe und eine Reihe von Yerbindungsteilen aufweist, die in zweckmäßiger Weise richtig profiliert sind., um die tangentialen Antriebskräfte zu übertragen, deren Moment ma ein Ende des betreffenden Rotors angelegt wird.. ."'.".According to the invention, the blades of one rotor are driven in the circumferential direction from the outside by means of a device which allows these blades to be arranged between the blades of the other rotor, which can be driven in the usual way from the inside, this device blade connection lugs on the circumference to form a circular tire for the respective rotor. Each step and a series of connecting parts, which are appropriately profiled correctly. To transmit the tangential driving forces, the moment of which is applied ma one end of the respective rotor ... "'.".
Gemäß einer. itasfUhrungeform der Erfindung ^iä^äBg ist.. Jedes-Verbindungsstück an einer Kante mit dem Schmufelansats einer Stufe verschweißt und stützt sioh an der anderen Kante ta«o Seit© an üem Inneren an einerAccording to a. itasfUhrungeform the invention ^ ^ iÄ äBg is welded .. Each connector on one edge with the Schmufelansats one stage and supports SiOH on the other edge ta 'o Since © to üem inside on a
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Schaufel der folgenden Stufe ab, Biese Abetützyrig der— \ Verbindungsstücke erfolgt: mittels Verbindung 4ür ch V · ; ■ ν Öffnungen, die an einer Kante des Verbindungsstuckes und an der benachbarten Kante des Sehauf einsatzes; ge- : ; bildet sind. Vorzugsweise hat diese Verbindung in; axir _f aler und in radialer Hichtung"Spiel, so daß derZusammenbau für alle Betriebsbedingungen- der Vorrichtung 'iso- : statisch bleibt. : ·' . .Shovel of the following stage, the tuck Abetützyrig the - \ connecting pieces is done: by means of connection 4 for ch V ·; ■ ν openings that insert on one edge of the connecting piece and on the adjacent edge of the Sehauf; ge:; forms are. Preferably this compound has in; axir _ f aler and in radial direction "play, so that the assembly remains iso-: static for all operating conditions of the device.: ·".
Die Verbindungsstücke'können vollständig rund um den Rotor nebenelnanderllegend angeordnet sein>: so daß sie eine fortlaufende Krone bilden derart, daß die'Verbindungsstücke und^ die Schaufeäansätze denAhbliek einer fortlaufenden Trommel bieten. Öemäß einer abgeänderten Ausfüh:- rungsform der Erfindung können die Verbindungsstücke in tangentialer Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sein, wobei die Verbindung zwischen^ den aufeinanderfolgenden Krönen der SchaufelverbiidungsansEtze lediglich durch Brücken erfolgt, so daß der Zusammenbau den Anblicle eines Elchhörnehenkäfigs bietet»The connectors' can be completely around the rotor be arranged next to each other>: so that they form a continuous crown in such a way that the connecting pieces and the scoop attachments form the edge of one continuous drum offer. According to a modified version: - Approximation form of the invention, the connectors in arranged in the tangential direction at a distance from each other be, the connection between the successive crowns of the blade connecting lugs merely is done by bridges, so that the assembly of the anblicle of a moose cage offers »
Zwecke ynd Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor„ in welcher die Erfiräing anhand der g^ioimung beispielsweise .-erläutert: lst0 Purposes and advantages of the invention emerge from the following description in which the experience is explained, for example, on the basis of the optimization: lst 0
Fige 1 ist eine söh^psrfelsöh©--axiale" Setoittansicht - ©iaer Turbosaa.seh-iBe mit einem ?©x*diehter ge- .Fig. 1 is a so ^ psrfelsöh © --axiale "setoitt view - © iaer Turbosaa.seh-iBe with a? © x * diehter ge.
Wlgo-2 wia 3 sind! seftaiibil-dlieiie Teilechnittansi-ohten Wlgo-2 wia 3 are! seftaiibil-dlieiie Teilechnittansi-ohten
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eines Teilesdes Verdicht.ergehäuses. Fig. Λ und 5 sind schematische schaubildliche Ansichten zweier abgeänderter Ausfuhrungsformen der Erfindung, ■ Die in Fig« 1 dargestellte Turbomaschine weist zwei ineinandergeschachtelte gleichachsige sich gegenläufig drehende Rotoren 1 und 2 auf, Der eine Rotor 1, der gegebenenfalls für einen Zweistrom-Turboreaktor ein Verdünnungsgebläse 5. aufweisen kann., ist unter Zwischenschaltung einer Welle 5 von einer Niederdruckturbine 4 angetrieben. Der andere ¥erdichterrotor 2 wird in seiner gleichachsigen Stellung», in welcher seine Schaufeln zwischen denen des ersten Rotors 1 liegen, vom Umfang aus angetrieben, und zwar unter Zwischenschaltung einer Welle 7's wobei, die erforderliche Energi© von einer Hochdruckturbine 6 erzeugt wird. Die Hochdruekturbine 6 kann gleichfalls eine zusätzliche Stufe 8 des Yeraünnungsgebläses antreiben, welches den Nebenkanal 9 speist. Die Antriebsgase werden der Turbinengruppe 4S 6 über'eine Brennkammer zugeführt«part of the compressor housing. Fig. Λ and 5 are schematic perspective views of two modified embodiments of the invention, ■ The turbomachine shown in FIG "1 comprises two nested coaxial counter-rotating rotors 1 and 2 which a rotor 1, which, if appropriate, for a twin-flow turbo reactor, a dilution fan 5. Can have. Is driven by a low-pressure turbine 4 with the interposition of a shaft 5. The other ¥ erdichterrotor 2 is in its coaxial position "in which its blades between which the first rotor 1 are driven from the periphery, and with the interposition of a shaft 7 's wherein the required Energi © is generated by a high-pressure turbine 6 . The high-pressure turbine 6 can also drive an additional stage 8 of the expansion blower, which feeds the secondary duct 9. The drive gases are fed to the turbine group 4 S 6 via a combustion chamber "
Bei dem Rotor 2 können die Abgrenzungen der Schaufel» in Zentrifugalrichtung gebildet sein 4iaroh einen Außenring, jNObei dann die -Schaufeln unter. Dpuokbeansprucbwig arbeiten und die erreichbaren 0mfaagsgrenis€S©ht'ilnaigkeiteB für Stahl. 180 ra/seko und für Titan 250 n/eek« bet'räseä.«- durch wie b©i dei1 klassischen Löauiig^ wobei die S©hataf@lm unterIn the case of the rotor 2, the boundaries of the blades in the centrifugal direction can be formed with an outer ring, with the blades underneath. Dpuokbeansprucbwig work and the achievable 0mfaagsgrenis € security for steel. 180 ra / seko and for Titan 250 n / eek "bet'räseä." - by how b © i dei 1 classic Löauiig ^ with the S © hataf @ lm under
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Zugbeanspruchung stehen "and die erreichbaren tßnfangsgesehwindigkeiten für Stahl 250 m/sek* "und für 3?Itan 550 m/sek. betragen,- oder durch eine Kombination beider gebildet sein, und zwar in einer Art, dal die Ausfunrung isostatisch bleibt.Tensile stress is related to the achievable initial speed for steel 250 m / sec * "and for 3? Itan 550 m / sec. - or a combination of both, in such a way that the fillet remains isostatic.
In dem ersten Fall sind die Behäufeln in dem Außenring befestigt -und werden mit ihm angetrieben, im Gegensatz hierzu- müssen die Schaufeln bei der Scheibenänordnung - hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeiten άίέ günstigste sowie die einfachste und leichtesteι Ausführmg -- von außen vörx Stelle zu Stelle angetrieben werden* um ihre Anordnung zwischen den Schaufeln des änderen Ho tors 1 zu ermöglichen..In the first case, the pods are fixed in the outer ring - and are driven with it, in contrast to this - the blades must be in the disk arrangement - cheapest in terms of peripheral speeds as well as the simplest and easiest execution - from the outside vörx place to place are driven * to their arrangement to allow between the blades of the other Ho tor 1 ..
.Die in den Fig* 2.und j5 dargestellte Ausführung gemäß der Erfindung-weist Yerbindungsansätze 11 an dem umfang der Verdiehterschaufeln auf derart 9 daß diese einen Krölsring bilden«. Diese Anordnung ist für die aufeinanderfolgenden Stufen mb'glich^ Die Verbindung einer Stufe mit einer anderen für die tJbertra.gung der tangentialen Antriebskräfte deren Moment vor dem Rotor öder hinter ihm angelegt wird,. ist durch eine,Reihe voa.Verbindungsstücken 12 besonderer■'' Formgebung gewährleistetο · ;.The in FIGS * j5 2.and illustrated embodiment according to the invention-has Yerbindungsansätze 11 on which the Verdiehterschaufeln circumference such that they form a 9 Krölsring ". This arrangement is possible for the successive stages. The connection of one stage with another for the transmission of the tangential driving forces whose moment is applied in front of the rotor or behind it. is guaranteed by a series of connecting pieces 12 of special shape o ·;
Ein Verbindungsstuel 12 ist an einer Seite bzw» Kante bei 13 mit dem Ansatz Jl einer Schaufel einer Stufe verschweißt und stützt sieh an äer anderem Kante an dem Inneren der Schaufel der folgenden.Stufe ab« Die Abstützung des Verbindungsstückes 12 wird durch Ausnehmungen 14 · erhalten? die in dem Verbindungsstück 12 und in dem entsprechenden Radkranz der in Drehung && versetzenden Stufe gebildet sind«A connecting rod 12 is welded on one side or edge at 13 to the extension J1 of a blade of one stage and is supported on the other edge on the inside of the blade of the following stage. The support of the connecting piece 12 is obtained by recesses 14 ? which are formed in the connecting piece 12 and in the corresponding wheel rim of the rotation && setting "
Die Ausnehmungen l4 sind derart gebildet., daß ein Steckteil des Verbindungsstückes 12 einem Hohlteil des Radkranzes entspricht und umgekehrt.The recesses 14 are formed in such a way that a plug-in part of the connecting piece 12 is a hollow part of the wheel rim corresponds and vice versa.
Die Anordnung weist Spiel auf, damit sie dauernd isostatisch bleiben kann, und zwar unter allen Betriebsbedingungen (Temperaturen und Drehgeschwindigkeiten), trotz Verlängerung der Schaufeln (thermisch und mechanisch) und/oder axialer Dehnung des Rotors.The arrangement has play so that it can remain isostatic at all times, under all operating conditions (Temperatures and rotational speeds), despite the extension of the blades (thermal and mechanical) and / or axial expansion of the rotor.
Das Spiel ist an der Verbindung der Verbindungsstücke 12 mit dem durch die Schaufelansätze 11 gebildeten Radkranz in tangentialer Richtung an der mit den Ausnehmungen 14 versehenen Kante (Ausnehmungen und Planken der Ausnehmungen) und in radialer Richtung vorhanden (Versetzung der. Ausnehmungen in Richtung der Längsachse der Maschine). Die Versetzung in Längsrichtung der Ausnehmungen aufweisenden Kurve oder Kante ermöglicht das Aufrechterhalten der Spiele bei minimalem Entweichen von Arbeitsmittel»The game is at the joint of the connectors 12 with the wheel rim formed by the blade attachments 11 in the tangential direction on the one with the recesses 14 provided edge (recesses and planks of the recesses) and in the radial direction (offset the. Recesses in the direction of the longitudinal axis of the machine). The offset in the longitudinal direction of the recessed curve or edge enables this to be maintained the games with minimal leakage of work equipment »
Um die zusätzliche Zentrifugalbegrenzung bzw. -einschnürung (contrainte) der Schaufeln zufolge des Vorhandenseins der Verbindungsstücke maximal herabzusetzen, können diese aus einer hochwiderstandsfähigen Legierung gegossen sein* Ihr Querschnitt hat ein maximales Querträgheit sisoment, wobei in der Gießerei vorteilhafte Aussparungen vorgesehen werätsn* um die Stücke so leiöhfc wie mögliöhgü machen.About the additional centrifugal limitation or constriction (contrainte) the blades according to the presence of the connecting pieces can be made from a high-strength alloy be cast * Their cross-section has a maximum transverse inertia sisoment, with advantageous recesses in the foundry intended to lease the pieces as make mögliöhgü.
körnen diö Verbiaäungsstüofee IH :g«g#tsehen-körnen diö Verbiaäungsstüofee IH : g «g # tsehen-
falls eine fortlaufende Krone bilden, so daß der Rotor eine homogene Trommel (Fig. 4).anstelle eines Eichhörnchenkäfigs (!ig. 5) bildet.if form a continuous crown so that the rotor a homogeneous drum (Fig. 4) instead of a squirrel cage (! ig. 5) forms.
Die durch die verschiedenen Brücken gebildete Verstrebung ist durch eine einzige kreisförmige Naht mit dem durch die Ansätze 11 der Schaufeln der nachfolgenden oder vorhergehenden Stufe gebildeten Radkranz verschweißt. Nicht ,jedem Ansatz 11 entspricht demgemäß zwangsläufig eine Brücke und die Verbindungen der Brücken unter sich und der Schaufelansätze unter sich liegen sich nicht notwendigerweise gegenüber; tatsächlich ändert sich die Anzahl der . Schaufeln eines beweglichen Rades zu dem anderen. Der sieh drehende Rotor nimmt eine gleiche Gleichgewichtstemperatur an und die federung der Stellung einer Schaufel zu der benachbarten Schaufel derselben Stufe ist gering derart, daß die Verbindung eines Rädkranzes mit einer einzigen der beiden Flächen ausreichend 1st.The bracing formed by the various bridges is by using a single circular suture that by the lugs 11 of the blades of the following or previous stage formed wheel rim welded. Not, each approach 11 therefore inevitably corresponds to one The bridge and the connections between the bridges and the blade attachments below are not necessarily opposite one another; actually changes the number of . Paddling one moving wheel to the other. The see rotating rotor assumes an equal equilibrium temperature on and the suspension of the position of a shovel to the adjacent blade of the same stage is so small that the connection of a wheel rim with a single of the two surfaces is sufficient.
Bei dem Trommelrotor verläuft jede Verstrebung kontinuierlich (wobei die Brücken zwischen sich an ihrer seitliohen Fläche nicht vsrsohweißt sind). In dem Fallj, wo der &%sKäfig gebildet ist, ist die Verstrebung diskonu Das Ejitweiehen von Arbeitsmittel ist in dem l®kzt®£m, fall grdßer als in de& vorgenannten Fall, es istIn the drum rotor, each strut is continuous (the bridges between them are not welded on their side surfaces). In the Fallj where the &% is formed sKäfig, the strut is diskonu Ejitweiehen The working medium is in the l®kzt® £ m, fall grdßer as aforesaid in de & case, it is
ßehßuse es»«» -ßehßuse it »« »-
· SADOR)GiNAt · SADOR) GiNAt
c) das dynamische Gleichgewicht der Strömung sich mit geringfügig verringerten Drücken einstellt.c) the dynamic equilibrium of the flow is established with slightly reduced pressures.
In den Fig. 4 und 5 sind zylindrische Rotoren dargestellt mit Verbindungsbrücken und sich entsprechenden Schaufelansätzen.4 and 5, cylindrical rotors are shown with connecting bridges and corresponding blade attachments.
Jedoch kann der Strb'mungsverlauf wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 konisch sein. Die Verbindungen können ebenfalls, wie oben erwähnt, versetzt angeordnet sein. In diesem Fall sind Ausnehmungen nicht in allen Brücken oder Ansätzen identisch angeordnet.However, the flow can be as in the embodiment be conical according to FIG. The connections can also, as mentioned above, be arranged offset be. In this case, recesses are not in all Bridges or approaches arranged identically.
Claims (1)
bietefc»7. Compressor according to claim 4 or 5, characterized in that the connecting pieces (12) are arranged in the tangential direction at a distance from each other and a connection with the successive crowns of the So feiansät ze (Xl). formed only by bridges, the structure is the sight of a
offerefc »
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