DE2061425A1 - Geblaseanordnung fur ein Mantel strom Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Geblaseanordnung fur ein Mantel strom Gasturbinentriebwerk

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DE2061425A1 DE19702061425 DE2061425A DE2061425A1 DE 2061425 A1 DE2061425 A1 DE 2061425A1 DE 19702061425 DE19702061425 DE 19702061425 DE 2061425 A DE2061425 A DE 2061425A DE 2061425 A1 DE2061425 A1 DE 2061425A1
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Description

Gebläseanordnung für ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung betrifft eine Gebläseanordnung für ein Gasturbinentriebwerk mit einem am vorderen Ende angeordneten Mantelstromgebläse, das ein zwischen einer drehbaren Nabe und einem drehfesten Mantel angeordnete Laufrad-Beschaufelung aufweist.
Bei den bekannten Gasturbinentriebwerken dieser Bauart sind im all gemeinen - aufgrund des komplizierten konstruktiven Aufbaus der Gebläseanordnung - Montage und Wartung verhältnismäßig schwierig und aufwendig. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Geblä anordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Montage und Wartung des Gasturbinentriebwerks einfacher als bei den bekannten Gebläseanordnungen sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Gebläseanordnung als Baueinheit ausgebildet ist, die als Ganzes am Haupttriebwerk befestigbar bzw. vom Haupttriebwerk abnehmbar ist und die einen den Mantel enthaltender Statorteil sowie einen mittels Lager vom Statorteil getragenen, die Habe unjd die Laufrad-Beschaufelung enthaltenden Rotorteil aufweist. „2-
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Dadurch, daß die Gebläseanordnung als Ganzes montierbar und abnehmbar ist, werden die Herstellung und die Wartung des Gasturbinentriebwerks beträchtlich erleichtert. Die Gebläseanordnung kann ferner auch derart 'ausgelegt werden,daß sie an einem herkömmlichen Gasturbinentriebwerk ohne Mantelstrom befestigbar ist wodurch dieses Gasturbinentriebwerk in ein Mantelstromtriebwerk umgewandelt wird.
Die Schaufeln des Mantelstromgebläses sind vorzugsweise in einer einzigen Stufe angeordnet und verstellbar, wobei die Schaufelverstellung mittels einer Servoanlage gesteuert wird, die zumindest teilweise innerhalb der Nabe angeordnet ist. Bei einer bevorzugte konstruktiven Ausgestaltung der Gebläseanordnung wird der Mantel von einem Gehäusekörper des Statorteils der Gebläseanordnung ge •tragen, und zwar über einen Leitschaufelkranz, der stromabwärts von der Laufrad-Beschaufelung angeordnet ist. Der Gehäusekörper des Statorteils kann an dem vorderen Ende des Haupttriebwerks angeschraubt werden und dient ferner zur Lagerung des Rotorteils der Gebläseanordnung. Vorzugsweise ist eine Nabenhaube vorgesehen, di das vordere Ende der Nabe umgibt und zum Rotorteil der Gebläseanordnung gehört.
Das Mantelstromgebläse kann gegebenenfalls mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Mantels tr örrien versehen werden, wobei ein innerer Schaufelkranz zur Beaufschlagung des Triebwerkverdichters und ein äußerer Schaufelkranz zur Beaufschlagung des Mantelstromkanals dient. Der Statorteil der Gebläseanordnung kann einen stromabwärts von der Laufrad-Beschaufelung angeordneten
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Trennmantel aufweisen, der der. Luft strom- 'in getrennte Ströme unter teilt. Dieser Trennmantel kann im eingebauten Zustand einen Eintrittsteil des Triebwerkseinlaufs bilden, der zum Triebwerkver- dichter führt; in diesem Eintrittsteil kann ein fest angeordneter Leitschaufelkranz'vorgesehen-werden.
Wenn die Schaufeln des Mantelstromgebläses verstellbar sind, wird die Schaufelanstellung vorzugsweise umkehrbar ausgebildet. Vorzugsweise ist der Anstellwinkel beliebig-veränderbar, insbesondere zwischen Stellungen, in denen der Anstellwinkel positiv,.loO , negativ oder Null ist, damit die Luftströmung im Mantelstromkanal beliebig gesteuert werden kann. Bei einer Anordnung mit mehreren konzentrisch ineinander angeordneten Mantelströmen können die Schal, fein des auleren Stromes in dieser Weise verstellbar sein, wogegen die Schaufeln des'inneren Stromes unverstellbar sind. In vorteilhafter konstruktiver Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gebläseanordnung wird zur Schaufelverstellung ein beschaufelter Stellmotor mit zwei Abtriebsgliedern in Form von Kegelrad-Zahnrädern großen Durchmessers verwendet, die in .entgegengesetzter Richtung um die Drehachse des Gebläses drehbar sind und an gegenüber!iegenden Seiten kleiner Kegelrad-Ritzel angreifen, die an den Schaufelfüßen der einzelnen Gebläseschaufeln angreifen.
Die Gebläseanordnung kann mit dem Haupttriebwerk in dar Weise verschraubt werden, daß das Gebläse entweder von der Triebwerkswell oder einem im Triebwerk angeordneten Untersetzungsgetriebe angetrie ben wird. Alternativ hierzu kann jedoch - insbesondere, wenn die Ge blaseanOrdnung an einem bereits vorhandenen Gasturbinentriebwerk ohne Mantelstrom angebaut werden soll - 'in dem Gehäusekörper des
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SAO OStGINAL
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Statorteils der Gebläseanordnung ein Untersetzungsgetriebe angeord net werden, das das Mantelstromgebläse antreibt und vom Häupttrie werk angetrieben wird. Dieses Untersetzungsgetriebe kann auch zum Antrieb von Nebenaggregaten verwendet werden.
Anhand der Zeichnungen werden drei bevorzugte Ausführungsfcrmen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. I
Fig. 2
einen Axialschnitt durch eine Gebläseanordnung eines Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks, von dem lediglich der an die Gebläseanordnung unmittelbar angrenzende Teil angedeutet ist,
eine Vorderansicht der Gebläseanordnung nach Fig. 1, wobei die linke Hälfte dieser Figur einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 darstellt,
eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Gebläseanordnung,
die obere Hälfte eines Axialschnitts durch die dritte Ausführungsform einer Gebläseanordnung.
Die in den Zeichnungen dargestellten GeblaseanOrdnungen sind Jeweils am vorderen Ende eines Gasturbinentriebwerks angeordnet.Bei jedem der dargestellten AusfUhrungsbeispiele 1st die Gebläseanordnung A als eine Baueinheit ausgebildet, die als Ganzes am Haupttriebwerk B befestigbar und vom Haupttriebwerk B abnehmbar ist. Zur
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Verdeutlichung sind die Gebläseanordnungen mit voll ausgezogenen "Li nien dargestellt, wogegen die angrenzenden Abschnitte der Haupttriebwerke mit strichpunktierten Linien gezeichnet sind. Jeder der Gebläseanordnungen weist einen drehfest angeordneten Statorteil mit einem Gehäusekörper 10 auf. Der Gehäusekörper 10 ist mit einer Trennfläche C versehen, an der die Gebläseanordnung A mit dem vorderen Ende des Haupttriebwerks B verschraubt ist. Die Gebläseanordnung A weist ferner einen Rotorteil auf, der eine Nabe 11 und eine Laufrad-Beschaufelung 12 aufweist und mittels Wälzlager in dem dreifest angeordneten Gehäusekörper 10 gelagert ist. Die Laufradbes.chaufelung 12 ist verstellbar, wobei die Anstellung der Schaufeln umkehrbar ist, damit die Luftströmung innerhalb eines drehfösten Mantels 13, indem sich das Mantelstromgebläse befindet, umgekehrt werden kann. Der Mantel 13> der zu dem Statortell der Gebläse anordnung A gehört," wird von dem Gehäusekörper 10 über einen stromabwärts von der Laufrad-Beschaufelung 12 angeordneten Leitschaufel·^ 14 getragen.
Schaufelverstellung der Laufrad-Beschaufelung 12 erfolgt unter Steuerung einer ßervöanlage,- die einen innerhalb der Nabe 11 aia§©ordneten., doppelt wirkenden, beschaufelten StellmctDr 15 aufweii
Schaufeln l& und 17 (Fl1S-. 2) des Stellmotors 15 mtrtmmgllmu^m 18 tor. 19 befestigt, die als Kegelrad-
'Zahnräder ausgebildet wiu in entgegengesetztem Drehsinn um die B
Sfeh
iföiftte!strOin.gebl-Mses drehbar sind. Jede der veratellba 12 besitzt ein verhältnismäßig kleines •&ffl Soh'auf'elfu® befestigt ißt» Die
,geäreßüi3erlieg«n&e Seiten des Eit^ls Ιϊι ,
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Eingriff. Auf diese Weise sind sämtliche Schaufeln 12 gemeinsam verstellbar, wobei a uf die Schaufelfüße von dem Stellmotor 15 ein ausgeglichenes Drehmoment ausgeübt wird.
Innerhalb des Stellmotors 15, und zwar koaxial dazu, ist ein Folge ventil (nicht gezeigt) angeordnet, das die Schaufelverstellung steuert. Das Folgeventil kann von herkömmlicher Bauart sein und ist beispielsweise mit einem nach hinten ragenden Schaufelverstellungs-Steuerglied verbunden, das. sich in der Mitte aus der Gebläseanordnung A heraus erstreckt und von außen zur Schaufelverstellung betätigbar ist. Alternativ hierzu kann das Folgeventil mittels Hydraulikdruck gesteuert werden, der über eine in der Mitte der Gebläseanordnung befindliche Steuerleitung zugeführt wird, wobei eine Rückführungsverbindung, die sich von dem Folgeventil nach hinten zu der Steuereinrichtung erstreckt, den hydraulischen Steuerdruck liefert. Als weitere Alternative kann die Schaufelverstellung durch einen Drehzahlregler gesteuert werden; in diesem Fall wird der hydraulische Steuerdruck des Drehzahlreglers an das Steuerventil innerhalb der Nabe 11 abgegeben.
line Nabenhaube 24, die zu dem Rotorteil gehört, umgibt das vordere Ende der Nabe 11, und ein Sicherungsring 25» der in dem Mantel
eingebaut ist (Fig. 1), umgibt die Schaufelspi'tzen der Laufrad-Beachaufelung 12. Dies schützt den Mantel im" Fall eines Schauf©!- bruchs.
Bei ä®m Ausführungsbeispiel nach &©n Flgn. 1 und 2 trägt &@ Nabe Ii täl« Laufrad-Beschaufelung 12 lediglich ©ines fein&igsn H
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ORIGINAL INSPECTED
stroms,. mit dem sowohl der Triebwerksverdichter (nicht gezeigt) als'auch der Mantelstromkanal beaufschlagt werden. Der Gehäusekörper 10 der Gebläseanordnung A ist an dem vorderen Ende des Triebwerksgehäuses 26 unmittelbar vor dem Einlauf 27 des Triebwerkverdichters angeschraubt. Ein hohler mittlerer Abschnitt 28 der Nabe, der sich rückwärts von der Laufrad-Beschaufelung 12 in dem Gehäusekörper 10 erstreckt, ist in den bereits erwähnten, im Abstand angeordneten Lagern 29 gelagert und wird über eine Kupplungsmuffe JO angetrieben, die - über eine Keilnut- oder Paßfederverbindung - einerseits mit dem Nabenabschnitt 28 und andererseits mit einem vorderen Hohlabschnitt 3I der Triebwerkswelle dreh fest verbunden ist. Der Nabenabschnitt 28 trägt den Rest des Rotor teils und ist unmittelbar durch die Lager 29 im Gehäusekörper 10 gelagert.
Bei den in den Fign. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen sind zwei beschaufelte Mantelstromkanäle vorgesehen. Der äußere Mantelstromkanal ist mit der verstellbaren Laufrad-Beschaufelung 12 versehen und dient zur Beaufschlagung des Mantelstromkanals innerhalt des Mantels 13* wogegen die Laufrad-Beschaufelung 32 des inneren Mantelstroms den Triebwerksverdichter über den Einlauf 27 beaufschlagt. Ein Kanal 33* der Innerhalb des Geh&usekörpers 10 gebildet ist, führt von der inneren Laufrad-Beschaufelung 32 zum Einlauf 27 des Triebwerkverdichters. Lediglich die äußere Laufrad-Beschaufelung 12 ist verstellbar, und zu diesem Zweck sind die Schaufelfüße dieser Beschaufelung mittels Lager 34 in einer·Ringhülse 35 gelagert, die die Schaufelspitzen der inneren Laufrad-Beschaufelung 32 umgibt und mit diesen verbunden ist. Die Ringhülse 35 ge-
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hört somit zu dem Rotorteil der Gebläseanordnung, und die Schaufelr 32 des inneren Mantelstroms sind hohl, damit sich die Schaufelfüße der äußeren Schaufeln 12 durch die Schaufeln 32 in die Nabe 11 er strecken können, in der die Ritzel 20 zur Schaufelverstellung, wie bereits beschrieben, angeordnet sind.
Ein sich nach außen erweiternder Trennmantel 41, der Teil des dreh fest angeordneten Gehäusekörpers 10 bildet, trennt die beiden Luft ströme, von denen der eine zum Verdichtereinlauf 27 und der andere zum Mantelstromkanal innerhalb des Mantels I3 führt] der Trennmant' 4l stellt - im aerodynamischen Sinn - eine Verlängerung der Ringhülse 35 dar. Der Trennmantel 4l, der die Außenwand des Kanals 3J bildet, trägt nicht nur den Leitschaufelkranz 14 im Außenkanal,der seinerseits den Mantel I3 der Gebläseanordnung A trägt, sondern stellt eine Verlängerung des Verdichtereinlaufes 27 nach vorne bis zu der Laufrad-Beschaufelung 32 des Innenstromes dar. Der Treni mantel 4l bildet somit einen Eintrittsabschnitt des Verdichtereinτ laufes, und innerhalb dieses Eintrittsabschnittes ist ein weitere] Leitschaufelkranz 36 vorgesehen, der in dem Kanal 33 fest angeordnet ist.
Bei der Gebläseanordnung A nach den Fign. 3 und 4 befindet sich in dem drehfesten Gehäusekörper 10 ein Untersetzungsgetriebe 37, das koaxiale Eingangs- und Ausgangsglieder 38 bzw. 39 aufweist.Das Eingangsglied 38 wird von der Triebwerkswelle 14 angetrieben, und das Abtriebsglied 39 ist unmittelbar mit dem mittleren Hohlabschnitt 42 (Pig. 3) der Nabe gekuppelt. Der Gehäusekörper 10 erstreckt sich nach vorne in die Nabe 11 und dient somit als Lagerträger für die Nabe, die mittels im Abstand zueinander angeordnete]'
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Lager 43 (Fie· 3) vor dem Untersetzungsgetriebe 37 gelagert ist» Dies erfordere, da-3 der Stellmotor 1.5 innerhalb der Nabenhaube 24 (Fig· 3) vor der Beschaufelung 12 und der Beschaufelung 32 angeordnet wird; die als Abtriebsglieder dienenden Kegelrad-Zahnräder haben entsprechend gekröpfte Stege, so da?, sie sich nach hinten um den nach vorne ragenden Laßerabschnitt 44 (Fig. 3) erstrecken, um mit den Rlbzeln 20 der Schaufeln 12 des Aur-on,sfcrorns kämmen zu können.
Die A--isführun-:;sb3ispi3lö der Fign. 3 und 4 sind im wesentlichen gleich, abgesehen davon, da!3 bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4 das Untersetzungsgetriebe 37 zusätzlich als Antrieb für Hilfsaggr gate dient, und zwar über eine vertikal angeordnete Antriebswelle 45, die sich nach ouen durch eine der Leitschaufeln yo in den Treni mantel 4l erstreckt, wo sie über eine rechtwinklige Kegelrad-Verzahnung 46 ein mit Innennuten versehenes, hohles Antriebsglied 47 antreibt. Wenn die Gebläseanordnung A und das Haupttriebwerk B zusammen gebaut sind, erfolgt der Hi If sab trieb vom Antriebsglied 47 eine mit Nuten versehene Hilfnwelle 43, die sich in das vordere Triebwerksgehäuse und, falls sie gegenüber der Triebwerkswello 4o vernetzt ist, oberhalb des Verdichterelnlaufs 27 erstreck
Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen stellt der Mantel IJ der Gebläseanordnung A den gesamten Mantelstromkanal des Gasturbinentriebwerks dar. Wenn jedoch ein Mantelstrom größerer Länge erforderlich ir;t, kann das Haupttriebwerk B ebenfalls mit einem statiaiären Mantelteil versehen werden, der
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als rückwärtige Verlängerung des Mantels I^ der Gebläseanordnung-A ausgebildet wird, wobei die Gebläseanordnung A immer noch als Einheit am Haupttriebwerk B montierbar bleibt.
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Claims (1)

  1. ί 1J Gebläseanordnung für ein Gasturbinentriebwerk mit einem am vorderen Ende angeordneten Mantelstromgebläse, das eine zwischen einer drehbaren Nabe und einem drehfesten Mantel angeordnete Laufradbeschaufelung aufweist,- dadurch gekennzeichnet, .da?., die Gebläseanordnung als Baueinheit (A) ausgebildet ist, die als Ganzes am Haupttriebwerk (B) befestigbar bzw. vom Haupttriebwerk abnehmbar ist und die einen den Mantel (13) enthaltenden Statorteil sowie einen mittels Lager (29) vom Statorteil getragenen, die Nabe (11) und die Laufrad-Beschaufelung (12) enthaltenden Rotorteil aufweist.
    2. Gebläseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrad-Beschaufelung (12) in einer einzigen Stufe angeordnet ist.
    3. Gebläseanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, . daß der Mantel (13) über einen stromabwärts von der Laufrad-Be-
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    schaufelung (12) angeordneten Leitschaufelkranz (l4) von einem J
    ♦ j
    Gehäusekörper (10) des Statorteils getragen ist, und daß der j Gehäusekörper (10) an dem vorderen Ende des Hanpttriebwerks (B); anschraubbar ist und den Rotorteil trägt.
    4. Gebläseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorteil eine Nabenhaube (24) aufweist, die den vorderen Teil der Nabe (11) umgibt.
    5. Gebläseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelstromgebläse eine innere Laufrad-Beschaufelung (32) zur Beaufschlagung des Triebwerkverdichters und eine äußere Laufrad-Beschaufelung (12) zur Beaufschlagung des Mantelstromkanals innerhalb des Mantels (I3) aufweist (Fig. 3,4).
    6. Gebläseanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daq. der Statorteil einen Trennmantel (41) aufweist, der stromabwärts von der Laufrad-Beschaufelung (12) angeordnet ist und die Luftströme der inneren und äußeren Laufrad-Beschaufelung vonein ander trennt.
    7· Gebläseanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daS der Trennmantel (41) im eingebauten Zustand einen Eintrittsabschnitt des Triebwerkeinlaufs bildet, der zum Triebwerkverdichter führt.
    8. Gebläseanordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß in dem Eintrittsabschnitt des Triebwerkeinlaufs ein Leitschaufel
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    kranz (36)fest angeordnet ist.
    9· Gebläseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln der Laufrad-Beschaufelung (12) durch eine Servoanlage (15-20), die zumindest teilwel· innerhalb der Nabe (11) angeordnet ist, verstellbar sind.
    10.Gebläseanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8 und Anspruch S dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Laufrad-Beschaufelung (12) verstellbar und die innere Laufrad-Beschaufelung (32) unverstellbar ist.
    11.Gebläseanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet da'3 die Anstellung der Laufrad-Beschaufelung (12) umkehrbar ist.
    ^.Gebläseanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufrad-Beschaufelung (12) zwischen Stellungen verstellbar ist, in denen der Anstellwinkel der Schaufeln positiv, Null oder nahezu Null, negativ oder l80° ist, um die Luftströmung im Mantelstromkanal beliebig steuern zu können.
    .Gebläseanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch-gekennzeichnet, daß die Servoanlage einen beschaufelten Stellmotor (15) mit zwei Abtriebsgliedern (18,19) in Form von Kegelrad-Zahnrädern großen Durchmessers aufweist, die in entgegengesetztem Drehsinn um die Drehachse des Mantelstromgebläses drehbar sind und mit kleinen, an den Schaufelfüßen befestigten Kegelrad-Ritzeln (20), und zwar an gegenüberliegenden Seiten derselben, in Eingriff stehen, -14-
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    ■ϊ. Gebläseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- \ durch gekennzeichnet, da3 die Baueinheit (A) derart mit dem : Haupttriebwerk (B) verschraubbar ist, daß der Rotorteil entweder von der Welle oder von einem im Haupt triebwerk angeord- '■ neten Untersetzungsgetriebe antreibbar ist.
    15· Gebläseanordnung nach Anspruch Ih3 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Statorteil ein Untersetzungsgetriebe (37) angeordnet ist, das den Rotorteil antreibt und seinerseits vor der Triebwerkswelle antreibbar ist (Fig. 3th).
    ΐβ. Gebläseanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, da" das Untersetzungsgetriebe (37) ferner zum Antrieb von Nebenaggregaten dient.
    17· Gebläseanordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Statorteil nach vorne in die Nabe erstreckt,! um als Lagerträger für den Rotorteil dienen zu können.
    l8. Gebläseanordnung nach Anspruch 13 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kegelrad-Zahnräder ausgebildeten Abtriebsglieder (l8,19) mit gekröpften bzw. umgebogenen Stegen oder Armen versehen sind, die Platz für den nach vorne ragenden Stator-
    h-e. >
    teil freiggh, und daß der Stellmotor (15) im wesentlichen vor der Laufrad-Beschaufelung (12) angeordnet ist (Fig. 3).
    9· Gebläseanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (13) des Rotorteils den
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    gesamten Mantelstromkanal des Gasturbinentriebwerks bildet e-n. 1-4).
    20. Gebläseanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis IQ1 dadurch ge kennzeichnet, da3 das Haupttriebwerk einen fest angeordneten Mantel abschritt aufweist, der mit dem Mantel des Statorteils der Gebläseanordnung fluchtet und eine rückxtfärtige Verlängerun zu dein Mantel bildet.
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