DE1932000A1 - Bucket for flow machines - Google Patents

Bucket for flow machines

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DE1932000A1 DE19691932000 DE1932000A DE1932000A1 DE 1932000 A1 DE1932000 A1 DE 1932000A1 DE 19691932000 DE19691932000 DE 19691932000 DE 1932000 A DE1932000 A DE 1932000A DE 1932000 A1 DE1932000 A1 DE 1932000A1
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Description

ΓΑΤΕ NTAN WALTEΓΑΤΕ NTAN WALTE

DIPL-ING. CURT WALLACH |9 3 20 0 0DIPL-ING. CURT WALLACH | 9 3 20 0 0

DI PL.-1N G. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACHDI PL.-1N G. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

a «uneben 2, 24. Juni 1969a «uneven 2, June 24, 1969

UNSEiMEIGHENtUNSEiMEIGHENt

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England:. Schaufel für StrömungsmaschinenRolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England :. Blade for flow machines

Die Erfindung betrifft die Kühlung von stromlinienförmig gestalteten Schaufeln zur Benutzung in Strömungsmaschinen.The invention relates to the cooling of streamlined Blades for use in turbomachines.

Die erfindungsgemäße Ausbildung kann insbesondere, aber nicht ausschließlich zur Kühlung einer Turbinenrotorschaufel dienen, wobei der Ausdruck "Schaufel" in breitestem Sinne zu verstehen ist und auch Statorschaufeln umfassen soll, die z.B. als Turbinendüs enl eits chauf ein Verwendung finden.The training according to the invention can in particular, but not serve exclusively to cool a turbine rotor blade, whereby the term "shovel" is to be understood in the broadest sense and should also include stator blades, e.g. as turbine nozzles enl e can find a use.

Es ist bekannt, hohle stromlinienförmig gestaltete Schaufeln in Strömungsmaschinen zu benutzen, die eine Grenzwandung haben, welche aus einer Mehrzahl von Blechen besteht, die miteinander verbunden und an ihren benachbarten Oberflächen so gestaltet sind, daß sie dazwischen Kühlluftkanäle bilden. Es hat sieh jedoch herausgestellt, daß diese bekannten Schaufein im Betrieb nicht hinreichend gekühlt werden.It is known to use hollow streamlined blades in To use flow machines that have a boundary wall, which consists of a plurality of metal sheets that are connected to one another and are designed on their adjacent surfaces so that they form cooling air channels in between. It has been found, however, that these known displays are insufficient in operation be cooled.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe der Kühlung dadurch erlangt, daß jedes Blech an der konkaven und/oder konvexen; Fläche der Schaufel mit Lochungen versehen ist, die sich über die'Dicke des Bleches erstrecken und mit dem Kanal derart in Verbindung stehen, daß die öffnungen benachbarter Elächen aufeinander ausgerichtet sind, so daß ein Kühlströmungsmifctel, das dem Inneren der Schaufel zugeführt wird, nach dem Äußeren der Schaufel über diese Leitung strömen kann*According to the invention, this task of cooling is achieved by that each sheet at the concave and / or convex; Area of Blade is provided with perforations that extend over the 'thickness of the Extend sheet metal and communicate with the channel in such a way that that the openings of adjacent surfaces are aligned with one another are so that a cooling flow means that the interior of the blade is fed to the outside of the blade via this line can flow *

Die Konstruktion- ist vorzugsweise derart, daß das Kühlströmungsmittel, beim Durchtritt vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel einem gewundenen Pfad folgt.The construction is preferably such that the cooling fluid, when passing from the inside to the outside of the blade follows a winding path.

Das oder Jedes Paar benachbarter Flächen weist vorzugsweise eine mit Nuten versehene und eine ungenutete Oberfläche auf. So kann die genutete Oberfläche mit einer ersten Gruppe paralleler Nuten versehen sein, die eine zweite Gruppe paralleler Nuten schneiden* Die Begrenzung besteht vorzugsweise aus einem inneren Blech, einem äußeren Blech und einem dazwischen befindlichen Zwischenblech.The or each pair of adjacent faces preferably has one grooved and a non-grooved surface. So can the grooved surface with a first group of parallel grooves that cut a second group of parallel grooves * The boundary preferably consists of an inner sheet, a outer sheet and an intermediate sheet in between.

Die gegenüberliegenden Flächen des Zwischenbleches können ungenutet sein, während die Flächen benachbarter innerer und äußerer Bleche genutet sind. Das Zwischenbleeh weist öffnungen auf, die mit den Nuten von innerem und äußeren Blech in Verbindung stehen, Jedoch nicht auf die öffnungen in letzterem ausgerichtet sind. Die öffnungen der inneren und äußeren Bleche sind vorzugsweise nicht aufeinander ausgerichtet. - The opposing surfaces of the intermediate plate can not be grooved while the surfaces of adjacent inner and outer sheets are grooved. The intermediate sheet has openings with the Grooves of inner and outer sheet are connected, however are not aligned with the openings in the latter. The openings in the inner and outer metal sheets are preferably not aligned with one another. -

Die Nuten in Jeder genuteten Oberfläche werden vorzugsweise durch Funkenerosionsbearbeitung hergestellt und auf die gleiche Weise werden, die öffnungen geformt.The grooves in each grooved surface are preferably through EDM machining is made and done in the same way are formed, the openings.

Die Bleche können durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden sein..The sheets can be connected to one another by diffusion soldering be..

Wie oben erwähnt, kann die Schaufel eine Turbinenrotorschaufel eines ßästurbinenstrahltriebwerks sein und die Erfindung bezieht säe h demgemäß auch auf; ein, Gasturbinenatrahltriebwerk, das mit derartigen Schaufeln ausgerüstet ist.As mentioned above, the blade can be a turbine rotor blade of a jet turbine engine and the invention relates h accordingly also sow; a, gas turbine jet engine that works with is equipped with such blades.

, Nachstehend wird ein Äusführungsbeispiei der Erfindung anhand der Zeichnung besshriebeii. Ixt der Zeichnung aeigen-sAn embodiment of the invention is illustrated below with reference to the drawing. Ixt of the drawing aeigen-s

j Fig. 1 eine schematische> teilweise? int Schnitt gezeichnete Ansicht eines Gasturbinentriebwerks, das mit Turbinenrotor5» schaufeln gemäß der Erfindung ausgestattet ist.j Fig. 1 a schematic> partially? Int section view of a gas turbine engine which is equipped with turbine rotor 5 »blades according to the invention.

i Q SfS 2/CMi Q SfS 2 / CM

Pig. 2 und 3 eine abgebrochene, auseinanöergezogene Darstellung t>zw. eine abgebrochene perspektivische Darstellung der Turbinenrotorschaufeln,Pig. 2 and 3 are a broken, exploded view t> betw. a broken away perspective view of the Turbine rotor blades,

Flg. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 3·Flg. 4 shows a section along the line 4-4 in FIG.

Das in der Zeichntang dargestellte Gasturbinenstrahltriebwerk 10 besitzt ein Triebwerks gehäuse Xl, in üem in Strömungsrichtung hintereinander ein Kompressor 12, eine Verbreniiungseinrichtung 13 und eine Turbine 14 gelagert sind»und die Turbinenabgase werden über einen Abgaskanal 15 i& die Atmosphäre ausgestoßen. Die Turbine 14 besitzt Statorschaufein 16 und Rotorschaufeln 17.The gas turbine jet engine 10 shown in the drawing has an engine housing Xl in which a compressor 12, a combustion device 13 and a turbine 14 are mounted one behind the other in the direction of flow and the turbine exhaust gases are expelled through an exhaust duct 15 i & the atmosphere. The turbine 14 has stator blades 16 and rotor blades 17.

Wie aus den Fig.2 bis 4 ersichtlich, ist jede Turbinenrotorschaufel 17 eine hohle Schaufel stit einer Begrenzung, bestehend aus einem inneren Blech 20, einem Süßeren Blech 21 und einem Mittelblech 22 dazwischen. Das Mittelblech 22 weist entgegengesetzte Oberflächen 2>,24 auf, die ungenutet sind, jedoch liegt die Fläche 23 in der Nähe einer genuteten Fläche 25 des inneren Bleches 20, während die Oberfläche 24 in der Nähe einer genuteten Oberfläche 26 des äußeren Bleches 21 liegt. Jede der Oberflächen 25,26 ist mit einer ersten Gruppe paralleler Nuten JO versehen, die sich im wesentlichen radial erstrecken, d.h. in Längsrichtung der Schaufel und diese Gruppe wird von einer weiteren Gruppe paralleler Nuten 31 gekreuzt. Die Nuten 30,31 leiten die KlShlluftströimrag zwischen benachbarte Oberflächen 23,25 der benachbarten Flächen 24,26.As can be seen from FIGS. 2 to 4, each turbine rotor blade 17 is a hollow blade with a boundary, consisting of an inner sheet 20, a sweeter sheet 21 and a middle sheet 22 in between. The middle sheet 22 has opposite surfaces 2>, 24 that are not grooved, but the surface 23 is near a grooved surface 25 of the inner sheet 20 while the surface 24 is near a grooved surface 26 of the outer sheet 21. Each of the surfaces 25, 26 is provided with a first group of parallel grooves JO which extend essentially radially, ie in the longitudinal direction of the blade, and this group is crossed by a further group of parallel grooves 31. The grooves 30,31 guide the KlShlluftströmimrag between adjacent surfaces 23,25 of the adjacent surfaces 24,26.

Das äußere Blech 21 ist mit mehreren Öffnungen 32 versehen, wobei jeder zweite Schnittpunkt der Nuten 30,31 mit einer solchen öffnung 32 ausgestattet ist, so daß diese öffnungen mit den Nuten in verbindung stehen. Das innere Blech 20 1st mit durchgehenden Offnungen 33 versehen, deren Abstand gleich ist dem Abstand zwischen den öffnungen ^2. Die öffnungen 33 stehen jedoch mit den Nuten 31 des inneren Bleches 20 an Punkten in Verbindung, die zwischen den Nuten 30 liegen und sie sind daher nicht auf die öffnungen 32 ausgerichtet.The outer plate 21 is provided with a plurality of openings 32, wherein every second point of intersection of the grooves 30,31 with such an opening 32 is equipped so that these openings with the grooves stay in contact. The inner sheet 20 1st with continuous Openings 33 provided, the distance between which is equal to the distance between the openings ^ 2. The openings 33 are, however, with the Grooves 31 of the inner sheet 20 at points in connection which lie between the grooves 30 and they are therefore not on the openings 32 aligned.

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Das Mittelblech 22 ist mit öffnungen 34 ausgestattet, deren Abstand jenem der öffnungen 33 entspricht und ebenso dem Abstand der öffnungen 32, jedoch sind die öffnungen 34 weder auf die öffnungen 33 noch auf die öffnungen 32 ausgerichtet. Die öffnungen 34 stehen mit jeweils jeder zweiten Nut 31 in Verbindung.The middle plate 22 is equipped with openings 34, the distance between them corresponds to that of the openings 33 and also to the spacing of the openings 32, but the openings 34 are not aligned either with the openings 33 or with the openings 32. The openings 34 are in communication with every second groove 31.

Demgemäß kann kühlluft, die dem Inneren der Schaufel 17 zugeführt wird, wie dies durch den Pfeil 35 in Fig.4 angedeutet ist, durch die öffnungen 33 und die Nuten 30,31 in dem inneren Blech 20 und dann über die öffnungen 34 in dem Mittelblech 22 und schließlich durch Nuten 30,31 im äußeren Blech 21 abströmen, so daß diese nach dem Äußeren der Schaufel über die öffnungen 32 gelangt. Die Kühlluft, die auf diese Weise vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel fließt, muß daher einem gewundenen Pfad durch die Nuten folgen, wodurch die Kühlung der Schaufel wirksam fortschreitet.Accordingly, cooling air supplied to the inside of the blade 17 can be allowed is, as indicated by the arrow 35 in Figure 4, through the openings 33 and the grooves 30, 31 in the inner plate 20 and then via the openings 34 in the middle plate 22 and finally flow through grooves 30, 31 in the outer sheet 21, so that it reaches the outside of the blade via the openings 32. The cooling air flowing in this way from the inside to the outside of the blade must therefore follow a tortuous path through the grooves follow, whereby the cooling of the blade proceeds effectively.

Die Nuten 30,31 und die öffnungen 32,33*34 können in den Blechen durch Funkenerosionsbearbeitung ausgebildet werden.The grooves 30,31 and the openings 32,33 * 34 can be in the metal sheets can be formed by electrical discharge machining.

Die Bleche 20,21 und 22 sind z.B. durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden. Dies kann z.B. dadurch bewerkstelligt werden, daß Jedes Blech 20,21,22 nach der Funkenbearbeitung mit einem Lötmittel besprüht wird, das z.B. aus einer Mischung einer Legierung und ,eines synthetischen Kunstharzmaterials bestehen kann, wobei das letztere so beschaffen ist, daß es verdampft werden kann und so bei der Wärmebehandlung sich verflüchtigt. Das Lötmaterial kann außerdem so beschaffen sein, daß es mit dem Werkstoff der Bleche 20,21,22 kompatibel ist und mit diesen eine Diffusionsverlötung ergibt. Wenn die Bleche 20,21,22 beispielsweise aus einer Nickellegierung, z.B. Nimonic 105 oder Nimonic 118, bestehen (eingetragenes Warenzeichen), kann das Lötmaterial aus 60 Gewichtsprozenten einer Legierung bestehen, die unter'dem Warenzeichen NICROBRAZE 4775 vertrieben wird und zu 50 Gewichtsprozent aus Acryl-Kunstharz besteht. Nachdem das Material aufgesprüht ist, werden die Bleche in einer nicht-dargestellten Form zusammengebracht, die sie nur in ihrer Lage festhält, ohne irgendeinen positiven Druck auszuüben. Es ist deshalb keineThe metal sheets 20, 21 and 22 are joined to one another, for example, by diffusion soldering tied together. This can be done, for example, in that each sheet 20,21,22 after the spark machining with a solder is sprayed, for example from a mixture of an alloy and, a synthetic resin material, the latter being such that it can be vaporized and so in the Heat treatment volatilizes. The solder can also be designed so that it is compatible with the material of the metal sheets 20, 21, 22 and results in diffusion soldering with them. if the sheets 20, 21, 22, for example, made of a nickel alloy, e.g. Nimonic 105 or Nimonic 118, consist (registered trademark), the brazing material can consist of 60 percent by weight of an alloy, which is sold under the trademark NICROBRAZE 4775 and 50 percent by weight acrylic resin. After that Material is sprayed on, the sheets are brought together in a form not shown, which only holds them in place, without exerting any positive pressure. It is therefore not a

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Kraft erforderlich, um die Bleche gegeneinander zu bringen, so daß sie nur wenig Neigung zeigen, das Lötmaterial auszuquetschen.Force required to bring the sheets against each other, so that they show little tendency to squeeze out the solder.

Die aus den Blechen 20,21 und 22 bestehende Zusammenstellung wird dann in.einem nicht-dargestellten Ofen mittels Wärme behandelt und die Bleche werden auf der erhöhten Temperatur gehalten, bis das Lötmaterial schmilzt. Diese Wärmebehandlung wird im Vakuum durchgeführt und durch Hitze und Vakuum wird der Acrylharzbinder entfernt. Die Verlötung entspricht der normalen Wärmebehandlung der Schaufel 17. Wenn letztere z.B. aus Nimonic 105 besteht, dann wird den Blecöaen. 20,21,22 und dem Lötmaterial eine fr&jsnpwttrw Lösungswärmebehandlung über 4 Stunden bei 11500C zuteil und dann eine weitere Behandlung 16 Stunden lang bei 10500C, während dann, wenn die Bleche 20,21,22 aus Nimonic 118 bestehen, die Lösungsbehandlung 1 1/2 Stunden lang bei 1190°C durchgeführt wird, wonach der Aufbau einer Abkühlung von 11900C auf 1OOO°C unterworfen wird und wobei danach eine sehr schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt. Bevor die Bleche mit Lötmaterial besprüht werden, sollte jede der Nuten 30,31 und der Öffnungen 32,33*34 mit einem Überzug versehen werden, der die Anhaftung von Lötmaterial verhindert. So kann das Überzugsmaterial beispielsweise von einem dünnen Film aus Material gebildet werden, das unter dem Warenzeichen NICROBRAZE GREEN STOP-OFF PAINT vertrieben wird und aus einer Suspension von Chromoxyden in einem organischen Träger besteht. Während der Verlötung wird diese Farbe verkohlt, so daß sich eine schwarzer Staub ergibt, über den das Lötmaterial nicht fließen kann.The assembly consisting of the sheets 20, 21 and 22 is then treated by means of heat in a furnace (not shown) and the sheets are kept at the elevated temperature until the soldering material melts. This heat treatment is carried out in a vacuum and the acrylic resin binder is removed by heat and vacuum. The soldering corresponds to the normal heat treatment of the blade 17. If the latter consists of Nimonic 105, for example, then the Blecöaen. 20,21,22 and fr & jsnpwttrw solution heat treatment for 4 hours at 1150 0 C and then given a further treatment, while when the sheets 20,21,22 are made of the solder material for 16 hours at 1050 0 C of Nimonic 118, the solution treatment after which the structure of a cooling of 1,190 0 C to 1OOO ° C is subjected, and thereafter where a very rapid cooling to room temperature is carried out at 1190 ° C for 1 1/2 hours. Before the sheets are sprayed with soldering material, each of the grooves 30, 31 and the openings 32, 33 * 34 should be provided with a coating that prevents the soldering material from adhering. For example, the coating material can be formed from a thin film of material that is sold under the trademark NICROBRAZE GREEN STOP-OFF PAINT and consists of a suspension of chromium oxides in an organic carrier. During the soldering process, this color is carbonized, so that a black dust results over which the soldering material cannot flow.

Die Verlötung ergibt eine Verbindung zwischen den verschiedenen Blechen, die so stark ist, wie das Metall der Bleche selbst unter den Schaufelarbeitstemperatüren.The soldering results in a connection between the various sheets that is as strong as the metal of the sheets itself under the paddle working temperatures.

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Claims (11)

Patentansprüche:Patent claims: ί 1. kohle,stromlinienförmig gestaltete Schaufel für Strömungsmaschinen mit einer Wandung, die aus mehreren Blechen besteht, die miteinander verbunden sind und an ihren benachbarten Flächen so ausgebildet sind, daß dazwischen Kühlluftkanäle gebildet werden, dadurch gekennzeichnet , ί 1. carbon, streamlined blade for turbo machines with a wall which consists of several metal sheets which are connected to one another and are designed on their adjacent surfaces in such a way that cooling air ducts are formed between them, characterized in that, daß jedes Blech (20,21,22) auf der konvexen und/oder konkaven Oberfläche der Schaufel (17) mit öffnungen (33,32,34) ausgestattet ist, die sich durch die Dicke der Bleche (20,21,22) hindurcherstrecken und mit den Kanälen (30,31) in Verbindung stehen, derart, daß öffnungen (32,34) und (33,3^0 auf benachbarten Flächen (24,26) und (23,25) nicht aufeinander ausgerichtet sind, so daß die Kühlströmung, die dem Inneren der Schaufel (17) zugeführt wird, nach dem Äußeren der Schaufel über die Kanäle (30,31) gelangt.that each plate (20, 21, 22) is equipped with openings (33, 32, 34) on the convex and / or concave surface of the blade (17) which extend through the thickness of the metal sheets (20,21,22) and communicate with the channels (30,31) stand in such a way that openings (32,34) and (33,3 ^ 0 on adjacent Surfaces (24,26) and (23,25) are not aligned with one another, so that the cooling flow flowing into the interior of the blade (17) is fed to the outside of the shovel via the Channels (30,31) arrives. 2. Schaufel nach Anspruch 1,2. shovel according to claim 1, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß die Konstruktion derart getroffen ist, daß Kühlmittel beim Durchtritt vom Inneren nach dem Äußeren der Schaufel (17) einem gewundenen Pfad durch die Kanäle (30,31) folgen muß.that the construction is made such that coolant when passing from the inside to the outside of the blade (17) a must follow winding path through the channels (30,31). 3· Schaufel nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,3 shovel according to claims 1 or 2,
characterized, daß jedes Paar benachbarter Oberflächen (24,26) und (23,25) eine genutete Oberfläche (25,26) und eine ungenutete Oberfläche (23,24) aufweist.that each pair of adjacent surfaces (24,26) and (23,25) have a grooved surface (25,26) and a non-grooved surface (23,24). 4. Schaufel nach Anspruch 3,4. shovel according to claim 3, dadurch g ekennzeichnet,characterized, daß die genutete Fläche (25,26) mit einer ersten Gruppe paralleler Nuten (30) ausgestattet ist, die eine zweite Gruppe paralleler Nuten (31) schneidet.that the grooved surface (25,26) is parallel to a first group Grooves (30) is equipped, which intersects a second group of parallel grooves (31). 909882/0435909882/0435 5. Schaufel nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch g e k e η η ζ ei ohne t ,5. A shovel according to claims 3 or 4, characterized in that g e k e η η ζ ei without t, daß die Begrenzungswand aus einem Innenblech (20),einem Außenblech (21) und einem Mittelblech (22) dazwischen besteht.that the boundary wall consists of an inner sheet (20), an outer sheet (21) and a middle plate (22) therebetween. 6. Schaufel nach Anspruch 5,6. shovel according to claim 5, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüberliegende Oberflächen (23,24) des Mittelbleches (22) ungenutet sind und daß die Flächen der inneren (20) und äußeren (21) Bleche benachbart zum Mittelblech (22) genutet sind und daß das Mittelblech (22) öffnungen (34) aufweist, die mit den Nuten (30,31) des Innenblechs (20) und des Außenblechs (21) in Verbindung stehen, jedoch nicht auf die öffnungen (33 von Innen- und Außenblech (20 bzw.21) ausgerichtet sind.characterized in that opposite surfaces (23,24) of the central plate (22) are not grooved and that the surfaces of the inner (20) and outer (21) plates are grooved adjacent to the central plate (22) are and that the middle plate (22) has openings (34) with the grooves (30,31) of the inner plate (20) and the outer plate (21) are connected, but not to the openings (33 of the inner and outer sheet (20 or 21) are aligned. 7. Schaufel nach Anspruch 6,7. shovel according to claim 6, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (33*32) der inneren und äußeren Bleche (20 bzw. (21) nicht aufeinander ausgerichtet sind.characterized in that the openings (33 * 32) of the inner and outer sheets (20 or (21) are not aligned with one another. 8. Schaufel nach den Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten(30,3l) in den genuteten Flächen (25,26) durch Funkenbearbeitung eingeformt sind.8. shovel according to claims 3 to 7, characterized in that that the grooves (30,3l) are formed in the grooved surfaces (25,26) by spark machining. 9. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die öffnungen (32,33,34) durch Funkenbearbeitung hergestellt sind.9. Shovel according to one of the preceding claims, characterized in that the openings (32,33,34) are produced by spark machining are. 10. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (20,21,22) durch Diffusionsverlötung miteinander verbunden sind. «10. Shovel according to one of the preceding claims, characterized in that that the sheets (20,21,22) are connected to one another by diffusion soldering. « 909882/0435909882/0435 11. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel (IT) die Turbinenrotorschaufel (17) eines Qasturbinenstrahltriebwerke (10) ist.11. Shovel according to one of the preceding claims, - characterized, that the blade (IT) the turbine rotor blade (17) of a Qasturbinenjetkraftwerke (10) is. 909882/0435909882/0435
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