DE2345816A1 - ICE PROTECTION DEVICE - Google Patents

ICE PROTECTION DEVICE

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DE2345816A1
DE2345816A1 DE19732345816 DE2345816A DE2345816A1 DE 2345816 A1 DE2345816 A1 DE 2345816A1 DE 19732345816 DE19732345816 DE 19732345816 DE 2345816 A DE2345816 A DE 2345816A DE 2345816 A1 DE2345816 A1 DE 2345816A1
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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

PATBW1TAlCWAtTPATBW 1 TALCWAtT

ing. K. HOLZEBing. K. HOLZEB

AUGSBURGAUGSBURG

PHILIPPINE-WEIS EB-STRASS* 14
τμχ.κ9ομ» PHILIPPINE-WEIS EB-STRASS * 14
τμχ.κ9ομ »

w. 638f. 638

Augsburg, den 7. September 1973Augsburg, September 7, 1973

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15 222, V.St.A.

VereisungsschutzgerätAnti-icing device

Die Erfindung betrifft ein Vereisungsschutzgerät für den Lufteinlaßkanal von Gasturbinen mit einem den Lufteinlaßkanal vor dem Eintritt ^on Fremdkörpern schützenden Siebgitter und mit einer stromauf des Siebgitters angeordneten Heizeinrichtung zum Erwärmen der einströmenden Luft.The invention relates to an anti-icing device for the air intake passage of gas turbines with the air intake passage prior to entry ^ on foreign bodies protective screen mesh with an upstream of the screen grid arranged heating means for heating the incoming air.

— Λ mm - Λ mm

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Unter gewissen atmosphärischen Bedingungen bilden sich Eis, Eiskristalle oder Schnee (im folgenden allgemein als "Eis" bezeichnet) an dem im Lufteinlaßkanal der Gasturbine angeordneten Siebgitter, wodurch der Lufteintritt zur Turbine erschwert und die Leistung der Turbine vermindert wird. Wenn sich einmal Eis gebildet hat, so ist es sehr schwierig, das Eis wieder zu schmelzen. Wenn jedoch schon der Beginn einer Vereisung festgestellt wird, können Hilfsheizeinrichtungen im Lufteinlaßkanal zum Einsatz gebracht werden, welche die Eisbildung verhindern und eventuell bereits gebildete kleine Eismengen wieder schmelzen,Under certain atmospheric conditions, ice, ice crystals or snow (in the following generally referred to as "ice") on the sieve grille arranged in the air inlet duct of the gas turbine, whereby the air inlet to the turbine and the performance of the turbine is reduced. Once ice has formed, it is very much difficult to melt the ice again. However, if the beginning of icing is already determined, you can Auxiliary heating devices are used in the air inlet duct which prevent the formation of ice and melt any small amounts of ice that have already formed,

Es werden bereits Einrichtungen zur Untersuchung des Luftzustands verwendet, welche feststellen, ob bei den jeweiligen atmosphärischen Bedingungen eine Vereisungsneigung besteht. Diese Einrichtungen sind jedoch teuer. There are already devices used to examine the state of the air, which determine whether the there is a tendency to freeze in the respective atmospheric conditions. However, these facilities are expensive.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vereisungsschutzgerät der eingangs dargelegten allgemeinen Art einfach und zuverlässig auszubilden.The invention is therefore based on the object of providing an anti-icing device of the general type set out at the beginning Kind of easy and reliable to train.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein seiches Gerät gemäß der Erfindung durch eine strouab des üiebgitters mit dem Lufteinlaßkanal und mit der Umgebungsluft in In the sense of solution of this problem a seiches device according to the invention by a strouab of üiebgitters with the air inlet channel and with the ambient air in

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Strömungsverbindung stehende Ziveigleitung und durch darin angeordnete, auf den-Luftzustand ansprechende i-Iittel zur Anzeige einer Neigung zur Vereisung des Siebgitters und zur Steuerung der Heizeinrichtung gekennzeichnet,Flow connection standing Ziveigleitung and through arranged therein, responsive to the air condition, for indicating a tendency for the sieve grille to ice up and marked for controlling the heating device,

Eine bevorzugte' Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beispielsweise beschrieben. In der Zeichnung stellen dar:A preferred 'embodiment of the invention described below with reference to the accompanying drawings, for example. In the drawing show:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine GasFig. 1 is a plan view of a gas

turbine mit einem Vereisungsschutzgerät nach der Erfindung,turbine with an anti-icing device according to the invention,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht desFig. 2 is an enlarged view of the

erfindungsgemäßen Vereisungsschutζgeräts, anti-icing device according to the invention,

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische3 is an enlarged perspective view

Ansicht einer Heizeinrichtung des erfindungsgemäßen Vereisungsschutzgeräts, undView of a heating device of the anti-icing device according to the invention, and

Fig. 4 . ein Schaltungsdiagramm desFig. 4. a circuit diagram of the

erfindungsgemäßen Vereisungsschutzgeräts. anti-icing device according to the invention.

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" Fig. 1 zeigt eine Gasturbine 1 mit einem Verdichter 3 und einem Lufteinlaßkanal 5, durch welchen Luft in den Verdichter 3 gelangt. Der Lufteinlaßkanal 5 weist einen Schalldämpferabschnitt 7 und einen stromab desselben gelegenen Übergangsabschnitt 9 auf. Am stromaufseitigen Ende des übergangsabschnitts 9 ist im Lufteinlaßkanal 5 ein Siebgitter 11 oder dgl. angeordnet, welches den Eintritt von Fremdkörpern in den Verdichter 3 verhindert."FIG. 1 shows a gas turbine 1 with a compressor 3 and an air inlet duct 5 through which air enters the compressor 3. The air inlet duct 5 has a Silencer section 7 and a transition section 9 located downstream thereof. At the upstream end of the The transition section 9 is a sieve grille in the air inlet duct 5 11 or the like. Arranged, which prevents the entry of foreign bodies into the compressor 3.

An der Eintrittsöffnung des Lufteinlaßkanals 5 ist eine Heizeinrichtung 13 angeordnet, welche einen Hilfsbrenner 14 zur Erwärmung der einströmenden Luft aufweist· Stromab des Siebgitters 11 ist im übergangsbschnitt 9 des Lufteinlaßkanals 5 eine Eisfühlervorrichtung 15 zum Feststellen einer Vereisung des Siebgitters 11 angeordnet.At the inlet opening of the air inlet channel 5 is a Heating device 13 is arranged, which has an auxiliary burner 14 for heating the inflowing air · Downstream of the sieve grille 11 is in the transition section 9 of the air inlet duct 5, an ice sensor device 15 for detecting icing of the sieve grid 11 is arranged.

Wie in Fig.. 2 dargestellt, weist die Eisfühlervorrichtung eine mit dem Übergangsabschnitt 9 des Lufteinlaßkanals 5 und mit der Umgebungsluft, in Strömungsverbindung stehende Zweigleitung 17 auf. In der Zweigleitung 17 und quer zu derselben ist ein Sieb 19 angeordnet und schwenkbar angelenkt, so daß das Sieb 19 in der Leitung 17 in axialer Richtung schwenkbar ist. Das Sieb 19 befindet sich in einer ersten Stellung, wenn sich kein Eis daran gebildet hat, und in einer zweitenAs shown in Fig. 2, the ice sensing device one with the transition section 9 of the air inlet duct 5 and with the ambient air, in flow connection branch line 17 on. In the branch line 17 and transversely to the same a screen 19 is arranged and pivotably articulated so that the sieve 19 is pivotable in the line 17 in the axial direction. The sieve 19 is in a first position, if no ice has formed on it, and in a second

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Stellung, wenn es zu vereisen beginntp Mit'dem schwenkbar montierten Sieb 19 wirkt eine Feder 21 zusammen und drängt das Sieb entgegen der Luftströmungsrichtung in seine erste Stellung. Mit dem Sieb 19 ist ferner ein Schalter 23 gekuppelt, der geöffnet ist, wenn sich das Sieb 19 in seiner ersten Stellung befindet, und geschlossen ist, wenn das Sieb 19 seine zweite Stellung eingenommen hat.Position when it starts to freeze p Can be swiveled with it mounted screen 19, a spring 21 acts together and urges the screen against the air flow direction in its first Position. A switch 23 is also coupled to the sieve 19 and is open when the sieve 19 is in its first position is, and is closed when the screen 19 has assumed its second position.

Wie in Pig, 3 dargestellt, weist die Eisfühlervorrichtung 15 auch eine Vorrichtung zur Erwärmung der in den Zweigkanal 17 einströmenden Luft auf. Diese Heizeinrichtung befindet sich in einem Kasten 25» der an der Eintrittsöffnung des Zweigkanals 17 angeordnet ist. Der Kasten ist durch eine Trennplatte 27 in zwei Kammern 29 und 31 unterteilt. Die eine Kammer 29 enthält die Eintrittsöffnung des Zweigkanals 17 und öffnungen 33» durch welche Umgebungsluft in die Kammer eintritt. Die andere Kammer 31 enthält ein Gebläse 35» eine Heizung 39 und eine Vielzahl von öffnungen 4l. Das Gebläse 35 weist ein durch die Trennplatte 27 hindurchragendes Düsenrohr 47 und eine darin befindliche Heizwicklung 49 auf, so daß warme Luft in den Zweigkanal 17 gelangen kann und auf dem schwenkbar montierten Sieb 19 gebildetes Eis schmilzt.As shown in Pig, 3, the ice sensing device 15 also has a device for heating the in the Branch channel 17 inflowing air. This heating device is located in a box 25 'which is arranged at the inlet opening of the branch channel 17. The box is divided into two chambers 29 and 31 by a partition plate 27. One chamber 29 contains the inlet opening of the branch channel 17 and openings 33 »through which ambient air enters the chamber. The other chamber 31 contains a fan 35 »a heater 39 and a large number of openings 41. The fan 35 has a through the partition plate 27 protruding nozzle tube 47 and one located therein Heating coil 49 on, so that warm air in the Branch channel 17 can reach and ice formed on the pivotably mounted sieve 19 melts.

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Die Heizung 39 erwärmt die Kammer 31, in welcher das Gebläse 35 angeordnet ist, und verhindert so eine Vereisung des Gebläseeinlasses.The heater 39 heats the chamber 31 in which the Fan 35 is arranged, and thus prevents icing of the fan inlet.

Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Vereisungsschutzgeräts, welches zwei Leitungen Ll und L2 für die Stromversorgung und eine Masseleitung G aufweist. Zwischen die Leitung Ll und den Masseleiter G sind unter sich parallele Leitungen 6l, 63 und 65 geschaltet. Der Schalter liegt in der Leitung 61 und mit der Spule 67C eines Relais 67R in Reihe. Die Kontakte 67a des Relais 67R sind geschlossen, wenn das Relais 67H erregt ist, und erzeugen ein Signal, welches die Heizeinrichtung 13 einschaltet. In der Leitung 63 sind normalerweise geöffnete Kontakte 67b des Relais 67R in Reihe mit dem Motor 69M eines Zeitgebers 69T geschaltet. Wenn der Motor 69M erregt ist, sind Kontakte 69a des Zeitgebers SST geschlossen und halten das Relais 67R über eine Leitung 70 während einer ersten vorgebbaren Zeitspanne erregt. In der Leitung 65 sind Kontakte 69b in Reihe mit der Spule 71C eines Startrelais 71S geschaltet. Die Spule 71C ist, beginnend mit der Erregung des Motors 69M, während einer zweiten vorgebbaren Zeitspanne erregt. Diese zweite Zeitspanne ist viel kürzer als die erste Zeitspanne und beträgt etwa ein Drittel derselben,4 shows a circuit diagram of the anti-icing device, which has two lines L1 and L2 for the power supply and a ground line G. Between the line Ll and the ground conductor G, parallel lines 6l, 63 and 65 are connected. The switch is on line 61 and in series with coil 67C of relay 67R. The contacts 67a of the relay 67R are closed when the relay 67H is energized and generate a signal which turns the heater 13 on. On line 63 normally open contacts 67b of relay 67R are connected in series with motor 69M of timer 69T. When the motor 69M is energized, contacts 69a of the timer SST are closed and keep the relay 67R energized via a line 70 for a first predeterminable period of time. In the line 65 contacts 69b are connected in series with the coil 71C of a start relay 71S. The coil 71C is, beginning with the excitation of the motor 69M, excited during a second predeterminable period of time. This second time span is much shorter than the first time span and is about a third of the same,

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so daß auf dem schwenkbar montierten Sieb 19 gebildetes Eis schmilzt und sich wieder bilden kann, falls die eine Eisbildung hervorrufenden Bedingungen fortbestehen. Kontakte 71a und 71b sind in Reihe mit den Leitungen Ll und L2 und dem Motor 35& des Gebläses 35 und der damit parallel geschalteten Heizwicklung 49 geschaltet. Der Motor 35M und die Heizwicklung 49 werden also eingeschaltet, wenn die Spule 71C des Startrelais 71S erregt ist. Die Heizung 39 ist in Reihe mit einem Thermoschalter 75 in eine Leitung 77 geschaltet, welche zwischen den Leitungen Ll und L2 verläuft, und die Heizung 39 ist eingeschaltet, wenn die Temperatur um Kasten 25 unter einen vorgebbaren Wert absinkt.so that formed on the pivotably mounted screen 19 Ice melts and can form again if the ice-forming conditions persist. Contacts 71a and 71b are in series with lines Ll and L2 and the motor 35 & the fan 35 and the with it heating winding 49 connected in parallel. Of the Motor 35M and heating coil 49 are switched on, when the coil 71C of the start relay 71S is energized. The heater 39 is in series with a thermal switch 75 in a line 77 is connected, which runs between the lines Ll and L2, and the heater 39 is switched on, when the temperature drops by box 25 below a predeterminable value.

Das Vereisungsschutzgerät arbeitet folgendermaßen:The anti-icing device works as follows:

Durch den Zweigkanal 17 strömende Umgebungsluft · durchströmt das schwenkbar angeordnete Sieb 19, welches infolge der Federkraft der Feder 21 in seine eine Stellung gedrängt wird. Wenn sich die atmosphärischen Bedingungen · einem Zustand nähern, in welchem eine Eisbildung am Siebgitter Il beginnen würde", so beginnt wegen der verstärkten Bedingungen im Zweigkanal 17 sich Eis auf dem schwenkbar montierten Sieb 19 zu bilden. Bildet sich Eis auf dem Sieb 19,Ambient air flowing through the branch duct 17 flows through the pivotably arranged sieve 19, which due to the spring force of the spring 21 is urged into its one position. When atmospheric conditions approach a state in which ice formation on the sieve grate II would begin ", so begins because of the increased Conditions in the branch channel 17 to form ice on the pivotably mounted sieve 19. If ice forms on the sieve 19,

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so bildet sich ein Druckabfall über dem Sieb 19 aus und vergrößert sich so lange, bis das Sieb 19 in seine andere Stellung schwenkt und den Schalter 23 schließt, so daß ein Signal zum Einschalten der Luftheizeinrichtung 13 abgegeben w,ird. Der Zeitgebermotor 69M wird ebenfalls erregt und erregt seinerseits das Startrelais 713, welches den Motor 35M des Gebläses 35 und die Heizwicklung 49 einschaltet, so daß das Gebläse 35 warme Luft in die Kammer und die Eintrittsöffnung des Zweigkanals 17 bläst, wodurch das sich auf dem Sieb 19 gebildete Eis schmilzt. Beim Schmelzen des Eises vermindert sich das Druckgefälle über dem Sieb 19 und das Sieb kehrt in seine erste Stellung zurück und öffnet den Schalter 23 wieder.Nach einem längeren Zeitintervall, etwa nach dem Dreifachen des ursprünglichen ZeitIntervalls, öffnen sich die Kontakte 67a. Falls sich auf dem Sieb 19 kein Eis mehr gebildet hat, öffnet das Relais 67R den Stromkreis des Zeitgebers 69T und schaltet die Luftheizeinrichtung 13 ab. Das System bleibt dann so lange ausgeschaltet, bis sich wieder Eis auf.dem Sieb 19 zu bilden beginnt, wonach der eben beschriebene Zyklus von neuem abläuft. Wenn sich jedoch auf dem Sieb wieder Eis gebildet hat, beginnt der Zeitgeber 69T den Heizzyklus zum Schmelzen des auf dem Sieb 19 gebildeten Eises und die Luftheizeinrichtung 13 bleibt während dera pressure drop is thus formed over the screen 19 and increases until the screen 19 enters its other Position pivots and the switch 23 closes, so that a signal for switching on the air heater 13 delivered w, ird. The timer motor 69M will also energizes and energizes the start relay 713, which switches on the motor 35M of the fan 35 and the heating coil 49, so that the fan 35 blows warm air into the chamber and the inlet opening of the branch duct 17, whereby the ice formed on the sieve 19 melts. When the ice melts, the pressure gradient decreases via the sieve 19 and the sieve returns to its first position and opens the switch 23 again.After one For a longer time interval, approximately after three times the original time interval, the contacts 67a open. If no more ice has formed on the sieve 19, the relay 67R opens the circuit of the timer 69T and turns off the air heater 13. The system then remains switched off until ice starts to form again on the sieve 19, after which the one just described Cycle expires again. However, if ice has re-formed on the sieve, the timer 69T begins the Heating cycle for melting the ice formed on the sieve 19 and the air heater 13 remains during the

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Portsetzung des Zyklus eingeschaltet.Port setting of the cycle switched on.

Das oben beschriebene Vereisungsschutzgerät verstärkt vorteilhafterweise die am Siebgitter 11 herrschenden Bedingungen so, daß sich zuerst Eis am Sieb 19 bildet, bevor eine Vereisung des Siebgitters 11 beginnt. Dadurch kann eine Vereisungsneigung festgestellt werden, bevor tatsächlich eine Vereisung des Siebgitters 11 oder der Verdichtereinlaßleitschaufeln auftritt. Das erfindungsgemäße Gerät verhindert also im Gegensatz zu Systemen, die bereits gebildetes Eis schmelzen, schon die Bildung von Eis, Die Erfahrung hat gezeigt, daß das erfindungsgemäße Gerät zur Verhinderung einer Eisbildung einem System bei weitem überlegen ist, welches bereits gebildetes Eis schmilzt, da ein solches System mehr Wärme und viel längere Zeit benötigt und die Turbine während der Zeit, während welcher der Lufteinlaß teilweise durch Eis blockiert ist, unwirksam arbeitet.The anti-icing device described above advantageously reinforces those prevailing on the sieve grid 11 Conditions such that first ice forms on the sieve 19 before the sieve grid 11 begins to freeze. Through this a tendency to icing can be determined before the sieve grid 11 or the actually icing up Compressor inlet guide vanes occurs. The device according to the invention prevents, in contrast to systems that already formed ice melt, even the formation of ice, Experience has shown that the device according to the invention to prevent ice formation is far superior to a system that melts ice that has already formed, since such a system requires more heat and much longer time and the turbine during the time during which the air inlet is partially blocked by ice does not work effectively.

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Claims (5)

PatentansprücheClaims fl.JVereisungsschutzgerät für den Lufteinlaßkanal von Gasturbinen mit einem den Lufteinlaßkanal vor dem Eintritt von Fremdkörpern schützenden Siebgitter und mit einer stromauf des Siebgitters angeordneten Heizeinrichtung zum Erwärmen der einströmenden Luft, gekennzeichnet durch eine stromab des Siebgitters (11) mit dem Lufteinlaßkanal (5) und mit der Umgebungsluft in Strömungsverbindung stehende Zweigleitung (17) und durch darin angeordnete, auf den Luftzustand ansprechende Mittel (15» 19) zur Anzeige einer Neigung zur Vereisung des Siebgitters und zur Steuerung der Heizeinrichtung (13)«fl.JFreezing protection device for the air inlet duct of gas turbines with an air inlet duct in front of Entrance of sieve grids protecting foreign bodies and with a heating device arranged upstream of the sieve grille for heating the incoming air, characterized by a downstream of the sieve grille (11) with the air inlet duct (5) and with the ambient air in flow connection branch line (17) and through air condition responsive means disposed therein (15 »19) to indicate a tendency for the sieve grid to ice up and to control the heating device (13)« 2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (49) zur Erwärmung der in die Zweigleitung (17) eintretenden Luft, welche nach einem Einschalten der Heizeinrichtung (13) des Luftexnlaßkanals (5) während einer vorgebbaren Zeitspanne eingeschaltet ist»2. Apparatus according to claim 1, characterized by means (49) for heating the in the branch line (17) incoming air, which after switching on the heating device (13) of the Luftexnlaßkanals (5) during is switched on for a specified period of time » 3· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel zur Erwärmung der in die Zweigleitung (17) eintretenden Luft eine Heizwicklung (49)3 · Device according to claim 2, characterized in that the said means for heating the in the branch line (17) incoming air a heating coil (49) - 10 40ÖÖ14/U4U2 - 10 40ÖÖ14 / U4U2 und ein Gebläse (35) mit einer Gebläsedüse (47) aufweisen, durch welch letztere Luft über die Heizwicklung und in die Eintrittsöffnung der Zweigleitung hineingeblasen wird,and a fan (35) with a fan nozzle (47), through which air is blown over the heating coil and into the inlet opening of the branch line, 4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß4. Apparatus according to claim 3 »characterized in that die genannten Mittel zur Erwärmung der in die Zweigleitung (17) eintretenden Luft ein das Gebläse (35) und die Eintrittsöffnung der Zweigleitung beherbergendes Gehäuse (25) aufweisen, und daß in dem Gehäuse ein Heizelement (39) angeordnet ist, welches eine Eisbildung am Gebläseeinlaß verhindert. .the said means for heating the air entering the branch line (17) a housing (25) accommodating the fan (35) and the inlet opening of the branch line have, and that in the housing a heating element (39) is arranged, which prevents ice formation at the fan inlet. . 5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zweigleitung (17) angeordneten und auf den Luftzustand ansprechenden Mittel ein quer in der Zweigleitung angeordnetes Sieb (19) aufweisen, welches schwenkbar montiert ist und durch Federmittel (21) in eine erste Stellung gedrängt wird, wenn sich kein Eis daran bildet, und welches in eine zweite"Stellung schwenkbar ist, wenn sich daran Eis bildet.5. Apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the means arranged in the branch line (17) and responsive to the air condition are a have a sieve (19) arranged transversely in the branch line, which is pivotably mounted and is supported by spring means (21) is urged into a first position when no ice is forming on it, and which can be pivoted into a second "position is when ice forms on it. 6; Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel zur Steuerung der Heizeinrichtung (13) einen Schalter (23) aufweisen, der durch6; Apparatus according to claim 5 »characterized in that said means for controlling the heating device (13) have a switch (23) through - 11 409814/0402 - 11 409814/0402 Schwenken des Siebes (19) aus seiner ersten in seine zweite Stellung betätigt wird.Pivoting the sieve (19) from its first to its second position is actuated. - 12 409814/0402 - 12 409814/0402
DE2345816A 1972-09-25 1973-09-11 Anti-icing device for the air inlet duct of gas turbine systems Expired DE2345816C2 (en)

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