DE4100225C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abdichtung
eines aus zwei ineinander geschobenen, rotationssymmetrischen
Gehäuseteilen einer Gasturbine gebildeten Spaltes, in welchem
ein kolbenringartiger Dichtring angeordnet ist.
Aus der DE-OS 36 09 578 ist es bekannt, zwischen der Außenwand
eines Diffusors einer Gasturbine und dem Gasturbinengehäuse
selbst einen kolbenringartigen Dichtring zur Reduzierung der
Leckage aus dem das Verdichterturbinengehäuse verlassenden und
in den Diffusor eintretenden Gasstrom einzusetzen. Der diesen
Dichtring dennoch passierenden Leckagestrom kann jedoch z. B. im
Bereich der Arbeitsturbine wieder in die Gasströmung des
Kreisprozesses gelangen. Dabei kann es zu Störungen in der
Gasströmung, wie z. B. Wirbelbildung, kommen. Ferner muß die
wieder in den Kreisprozeß gelangende Gasströmung erneut be
schleunigt werden, was ebenso zu Verlusten bei der Nutzleistung
führt.
Aus der EP-OS 43 918 ist ferner bekannt den Leckagestrom
einer Hydraulikflüssigkeit zwischen zwei kolbenringartigen
Dichtringen abzuführen. Ein Hinweis im Hinblick auf eine
Verbesserung des Wirkungsgrades bei Gasturbinenstufen ist
dieser Schrift nicht entnehmbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenen Art zu schaf
fen,
bei welcher das Dichtungssystem derart verbessert wird,
daß die unvermeidliche Leckage nicht zu einer
Beeinträchtigung des Wirkungsgrades von Turbinenstufen
führt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn
zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.
Allgemein gilt, daß Leckageverluste bei Gasturbinen zu einer
Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades des Kreisprozesses führt.
Diese Wirkungsgradverluste sind aber dann besonders groß, wenn
dem Leckagegasstrom ein irgendeiner Stelle die Möglichkeit ge
geben ist, wieder in die am Kreisprozeß beteiligte Gasströmung
(Hauptgasströmung) einzutreten. Die Leckagegasströmung muß zum
einen wieder beschleunigt werden und zum anderen erzeugt sie in
der am Kreisprozeß teilnehmenden Gasströmung Wirbel und Turbu
lenzen, die natürlich die am Arbeitsturbinenrad abgegebene
Nutzleistung vermindern und demzufolge den Wirkungsgrad ver
ringern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt nun, daß ein
einen Dichtring passierender Leckagegasstrom nicht mehr in die
am Kreisprozeß beteiligte Gasströmung zurückgelangen kann,
sondern über die Entlüftungsleitung entweder direkt ins Freie
oder in einen Bereich im Abgastrakt gelangen kann, in welchem
keine Beeinträchtigung einer Gasströmung mehr auftreten kann.
Verluste durch Wirbel- und Turbulenzbildung etc. in der oben
beschriebenen Weise können mit der erfindungsgemäßen Vorrich
tung daher nicht mehr auftreten. Die Verluste bleiben somit
rein auf die immer vorhandene und kaum vermeidbare Leckage aus
dem am Kreisprozeß beteiligten Gasstrom beschränkt. Diese Ver
luste sind aber im Vergleich zu den mit der Rückkehr des Leckage
stromes in den Hauptgasstrom verbundenen Verlusten
vernachlässigbar. Es kann also mit der Erfindung ein maximaler
Wirkungsgrad erzielt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungs
beispieles näher erläutert.
Im einzelnen zeigt
Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung eine Gasturbine im
Bereich des Diffusors und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Fig. 1 längs der Linie
II-II.
Fig. 1 zeigt mit 1 einen zwischen einem den Verdichter an
treibenden Turbinenrad 2 und einem Arbeitsturbinenrad 3 einer
Gasturbine angeordneten Diffusor. Da der Diffusor 1 bezüglich
der Mittellängsachse 4 rotationssymmetrisch ausgebildet ist,
ist der Einfachheit halber nur der oberhalb der Mittellängs
achse 4 liegende Teil des Diffusors 1 dargestellt. Der Diffusor
1 besteht aus einer Innenwand 5 (Innendiffusor), welche mit
einer Außenwand 6 (Außendiffusor) einen Ringraum 7 begrenzt.
Auf Abstand gehalten werden die Innen- 5 und die Außenwand 6
dabei über drei über den Umfang verteilte Stützrippen 8, welche
in Führungsbohrungen 9 in der Außenwand 6 sowie in der In
nenwand 5 eingeformte Vertiefungen 10 eingesetzt sind. Zwischen
dem Boden der Vertiefungen 10 und den Unterseiten der Stütz
rippen 8 ist ein geringer Abstand 11 zum Ausgleich von Wärme
dehnungen der Stützrippen 8 vorgesehen. Die Stützrippen 8 sind
über je einen Stift 12 mit der Außenwand 6 fest verbunden. Zur
Vermeidung von Strömungsverlusten an den Stützrippen 8, besit
zen diese im Bereich des Ringkanals 7 ein strömungsgünstiges
Querschnittsprofil 13. Stromab dieser Stützrippen 8 ist in dem
Ringkanal 7 ferner ein verstellbares Strömungsleitgitter ein
gesetzt, welches aus 17 über den Umfang verteilten Leitschau
feln 14 besteht. Diese Leitschaufeln 14 sind verbunden mit
Verstellwellen 15, von denen jede in je einer von an der Au
ßenwand 6 des Diffusors 1 angeformten Führungsbuchsen 16 ein
gesetzt ist. An ihrem der Leitschaufel 14 abgewandten Ende ist
an jeder der Verstellwellen 15 ein Zahnsegment 17 mittels eines
Sicherungsstiftes 18 befestigt, welches in einem ringförmigen
Zahnkranz 19 kämmt, der den Außenring eines Drahtlagers 20
bildet. Eine Verdrehung dieses um die Mittellängsachse 4 ver
drehbaren Zahnkranzes 19 bewirkt damit über die Zahnsegmente 17
und die Verstellwellen 15 eine Verstellung der Leitschaufeln 14
im Ringkanal 7. Der Innenring 21 dieses Drahtlagers 20 ist mit
einem Lagerträger 22 verschraubt, welcher wiederum an der
Stelle 23 an dem Turbinengehäuse 24 befestigt ist. Der Lager
träger 22 ist ringförmig ausgebildet und besitzt über den Um
fang verteilt mehrere Bohrungen 25, welche zur Aufnahme der
Führungsbuchsen 16 der Außenwand 6 dienen. Diese Aufnahmeboh
rungen 25 gehen auf der Seite 26 in Aufnahmeschlitze 31 über
(s. auch Fig. 2), deren Breite b minimal größer ist als der
Durchmesser d der Führungsbuchsen 16. Über diese Aufnahme
schlitze 31 werden bei der an späterer Stelle noch näher be
schriebenen Montage des Diffusors 1 die Führungsbuchsen 16 in
die Aufnahmebohrungen 25 geschoben. Zur Zentrierung der Füh
rungsbuchsen 16 in den Aufnahmebohrungen 25 sind Haltebuchsen
27 vorgesehen, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich
dem Außendurchmesser d der Führungsbuchsen 16 und deren Außen
durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Aufnah
mebohrungen 25 ist (s. auch Fig. 2). Die axiale Lagesicherung
der Haltebuchsen 27 erfolgt über einen an deren Außenumfang
vorgesehenen Haltebund 28, welcher auf dem Lagerträger 22 auf
liegt. Um eine Verschiebung der Haltebuchsen 27 nach außen
(Pfeil 29) zu verhindern, sind zwischen den Zahnsegmenten 17
und den Haltebuchsen 27 mit geringem Spiel s (zum Ausgleich
auftretender Wärmedehnungen) zu den Haltebuchsen 27 Zwischen
scheiben 30 angeordnet. Anstelle dieser Zwischenscheiben 30
können auch die Haltebuchsen 27 so hoch ausgeführt sein, daß
sie gegen die Unterseite der Zahnsegmente 17 anlaufen. Der
Diffusor 1 ist somit axial in dem Lagerträger 22 und radial
durch die Anzahl der Führungs- bzw. Haltebuchsen 16 bzw. 27
gesichert. Sämtliche Heißgas führenden Bauteile (Innenwand 5,
Außenwand 6), auch die Leitschaufeln 14 und die Stützrippen 8
bestehen aus einem keramischen Werkstoff.
Der Einbau des Diffusors 1 in das Turbinengehäuse 24 läuft in
folgenden Schritten ab. Zuerst werden die einzelnen Leitschau
feln 14 mit ihren Verstellwellen 15 in die Führungsbuchsen 16
der Außenwand 6 eingesetzt. Hieran im Anschluß wird der zu
diesem Zeitpunkt noch vom Turbinengehäuse 24 getrennte Lager
träger 22 über die Aufnahmeschlitze 31 auf die Führungsbuchsen
16 der Außenwand 6 aufgeschoben, so daß sich nun sämtliche
Führungsbuchsen 6 in den Aufnahmebohrungen 25 des Lagerträgers
22 befinden. Die anschließende Zentrierung der Führungsbuchsen
16 in den Aufnahmebohrungen 25 erfolgt durch die Haltebuchsen
27, welche in Richtung des Pfeiles 32 über die Führungsbuchsen
16 in den Ringraum zwischen Führungsbuchsen 16 und Lagerträger
22 geschoben werden. Nach Aufsetzen der Zwischenscheiben 30
werden mittels der Sicherungsstifte 18 die Zahnsegmente 17 auf
den Verstellwellen 15 befestigt. Nun kann das Drahtlager 20,
welches schon vor dem Einsetzen der Führungsbuchsen 16 in die
Bohrungen 25 auf den Lagerträger 22 geschoben wurde, an dem
Lagerträger 22 befestigt werden. Hierzu wird dessen Innenring
21 mit dem Lagerträger 22 verschraubt und zwar so, daß der den
Außenring des Drahtlagers 20 bildende Zahnkranz 19 in die Ver
zahnung der einzelnen Zahnsegmente 17 eingreift. Erst jetzt
wird die Innenwand 5 (Innendiffusor) des Diffusors 1 eingesetzt
und über die Führungsbohrungen 9 die drei über den Umfang ver
teilten Stützrippen 8 in die Vertiefungen 10 der Innenwand 5
eingeschoben und mit den Sicherungsstiften 12 an der Außenwand
6 befestigt. Der so vormontierte Diffusor 1 samt Lagerträger 22
wird nun als ganze Einheit in das Turbinengehäuse 24 einge
setzt, d. h. an den Stellen 23 an das Turbinengehäuse 24 ange
schraubt.
Sowohl die Außenwand 6 des Diffusors 1 als auch das Gehäuse 35
des den Verdichter antreibenden Turbinenrades 2 werden im An
schlußbereich gemeinsam von einem Gasturbinengehäuseabschnitt
36 umgeben. Der Spalt 37 zwischen Verdichterturbinengehäuse 35
und Gasturbinengehäuseabschnitt 36 sowie der Spalt 38 zwischen
Außenwand 6 des Diffusors 1 und dem Gasturbinengehäuseabschnitt
36 werden von je zwei kolbenringartigen Dichtringen 39 und 40
bzw. 41 und 42 abgedichtet. Jeweils zwischen den beiden Dicht
ringen 39 und 40 bzw. 41 und 42 ist in dem Gasturbinengehäuse
abschnitt 36 je eine Entlüftungsleitung 43 bzw. 44 abgezweigt,
welche beide in eine gemeinsame Entlüftungsleitung 45 überge
hen, die in die Wandung des Gasturbinengehäuses 24 integriert
ist und an der Stelle 46 aus der Gehäusewandung ins Freie aus
mündet. Die Hauptaufgabe der Dichtringe 39-42 besteht nun dar
in, ein maximales Druckgefälle zu den Räumen 47 und 48 zwischen
den Dichtringen aufrecht zu erhalten. Ist dieses maximal, so
ist auch die Dichtwirkung maximal. An der Stelle 49 z. B. liegt
der Druck an, welcher beim Austritt aus der in der Zeichnung
nicht dargestellten Brennkammer herrscht und an der Stelle 50
der Druck nach dem Verdichterturbinenrad 2, also der Druck am
Diffusoreingang. Da die Drücke an den beiden genannten Stellen
49 und 50 aber relativ hoch sind, läßt es sich auch bei opti
maler Abdichtung über die Dichtringe 39 und 40 bzw. 41 nicht
vermeiden, daß geringe Leckgasströme über die Dichtringe 39, 40
und 41 in die Zwischenräume 47 und 48 übertreten (Pfeile 51 und
52). Da nun aber erfindungsgemäß über die Entlüftungsleitungen
43, 44 und 45 eine Verbindung mit der Umgebung hergestellt ist
und in den Zwischenräumen 47 und 48 natürlich ein höherer Druck
als Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) vorliegt, strömt das Gas
aus den Zwischenräumen 47 und 48 direkt ins Freie und kann so
mit an keiner Stelle wieder in den Hauptgasstrom eintreten.
Das stromabwärtige Ende der Außenwand 6 des Diffusors 1 ist
zwischen dem am Turbinengehäuse 24 befestigten Lagerträger 22
und dem an den Diffusor 1 angrenzenden Arbeitsturbinengehäuse
53 angeordnet. Dabei ist der Spalt 54 zwischen Lagerträger 22
und Außenwand 6 über die beiden kolbenringartigen Dichtringe 55
und 56 und der weitere Spalt 57 zwischen der Diffusoraußenwand
6 und dem Arbeitsturbinengehäuse 53 über die beiden weiteren
kolbenringartigen Dichtringe 58 und 59 abgedichtet. Von dem
durch die beiden Dichtringe 55 und 56 gebildeten Zwischenraum
60 aus ist in dem Lagerträger 22 ein Entlüftungskanal 61 abge
zweigt, welcher an der Befestigungsstelle des Lagerträgers 22
an dem Turbinengehäuse 24 in eine Entlüftungsleitung 62 über
geht, die wiederum in die vom stromaufwärtigen Ende des
Diffusors 1 kommende Entlüftungsleitung 45 einmündet, so daß
auch der Zwischenraum 60 mit der Umgebung in Verbindung steht.
Leckgase, die also aus dem Kreisprozeß z. B. über den Dichtring
56 in den Zwischenraum 60 gelangen (Pfeil 63), können damit
ungehindert ins Freie abfließen. In der Außenwand 6 des
Diffusors 1 ist ferner eine Verbindungsbohrung 64 vorgesehen,
welche den Raum 65 zwischen den beiden Dichtringen 58 und 59
mit dem Raum 60 zwischen den beiden Dichtringen 55 und 56 ver
bindet. Somit können also auch Leckgase, welche z. B. den
Dichtring 58 (Pfeil 66) oder den Dichtring 59 (Pfeil 67) pas
sieren, über die Verbindungsbohrung 64, den Zwischenraum 60 und
die Entlüftungsleitungen 61 und 62 direkt ins Freie gelangen,
ohne zuvor wieder in den am Kreisprozeß der Gasturbine betei
ligten Gasstrom zu gelangen.
Sämtliche Dichtringe bestehen aus einem keramischen Werkstoff.
Anstelle einer Abfuhr der Leckgase direkt ins Freie ist es na
türlich ebenso denkbar, die Leckgase in den Abgastrakt der
Gasturbine einzuleiten und zwar an einer Stelle, an der eine
Wirkungsgradverschlechterung nicht mehr auftreten kann.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Abdichtung eines aus zwei ineinander ge
schobenen, rotationssymmetrischen Gehäuseteilen einer Gastur
bine gebildeten Spaltes, in welchem ein kolbenringartiger
Dichtring angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Spalt (37, 38, 54, 57) mindestens ein weiterer
kolbenringartiger Dichtring (39 oder 40, 41 oder 42, 55 oder
56, 58 oder 59) vorgesehen ist und daß zwischen zwei benach
barten Dichtringen (39 und 40, 41 und 42, 55 und 56, 58 und 59)
in einem Gehäuseteil (36, 22) eine Leckgas abführende Entlüf
tungsleitung (43, 44, 61, 64) abgezweigt ist, welche in der
Wandung des Gasturbinengehäuses (24) und/oder in der Außenwand
(6) einer Turbinenstufe (1) geführt ist und ins Freie oder in
den Abgastrakt derr Gasturbine mündet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Spalt (37) durch einen das Verdichterturbinengehäuse
(35) und das an dieses anschließende Gehäuse (6) eines
Diffusors (1) umgebenden Gasturbinengehäuseabschnitt (36) und
das Verdichterturbinengehäuse (35) gebildet ist, daß ein
weiterer Spalt (38) durch den Gasturbinengehäuseabschnitt (36)
und das Diffusorgehäuse (6) gebildet ist und daß in jedem Spalt
(37 bzw. 38) je zwei nebeneinander angeordnete kolbenringartige
Dichtringe (39 und 40 bzw. 41 und 42) vorgesehen sind, zwischen
denen in dem Gasturbinengehäuseabschnitt (36) je eine Entlüftungsleitung
(43 bzw. 44) abgezweigt ist, welche beide in dem
Gasturbinengehäuse (24) zu einer gemeinsamen Entlüftungsleitung
(45) zusammengeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Spalt (54) durch das zwischen dem Arbeitsturbinengehäuse
(53) und einem mit dem Gasturbiniengehäuse (24) verbundenen
Lagerträger (22) für den Diffusor (1) angeordnete
stromabwärtige Ende der Außenwand (6) des Diffusors (1) der
Gasturbine und den Lagerträger (22) gebildet ist, daß ein
weiterer Spalt (57) durch das stromabwärtige Ende der Außenwand
(6) des Diffusors (1) der Gasturbine und das Arbeitsturbinengehäuse
(53) gebildet ist, daß in dem Spalt (54) nebeneinander
zwei kolbenringartige Dichtringe (55, 56) angeordnet sind, daß
in dem weiteren Spalt (57) zwei weitere kolbenringartige
Dichtringe (58, 59) angeordnet sind und daß der Raum (60) zwischen
den kolbenringartigen Dichtringen (55, 56) im Spalt (54)
mit dem Raum (65) zwischen den weiteren kolbenringartigen
Dichtringen (55, 56) im weiteren Spalt (57) über eine Verbindungsbohrung (64) verbunden ist und daß zwischen den beiden
kolbenringartigen Dichtringen (55, 56) im Spalt (54) die Entlüftungsleitung
(61) in dem Lagerträger (22) abgezweigt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtringe aus einem keramischen Werkstoff bestehen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914100225 DE4100225A1 (de) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | Vorrichtung zur abdichtung eines aus zwei ineinander geschobenen, rotationssymmetrischen gehaeuseteilen einer gasturbine gebildeten spaltes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914100225 DE4100225A1 (de) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | Vorrichtung zur abdichtung eines aus zwei ineinander geschobenen, rotationssymmetrischen gehaeuseteilen einer gasturbine gebildeten spaltes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4100225A1 DE4100225A1 (de) | 1992-07-09 |
DE4100225C2 true DE4100225C2 (de) | 1993-06-03 |
Family
ID=6422619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914100225 Granted DE4100225A1 (de) | 1991-01-07 | 1991-01-07 | Vorrichtung zur abdichtung eines aus zwei ineinander geschobenen, rotationssymmetrischen gehaeuseteilen einer gasturbine gebildeten spaltes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4100225A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2466074A1 (de) * | 2010-12-15 | 2012-06-20 | MTU Aero Engines GmbH | Gasturbinentriebwerk mit Kolbenringdichtung |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3026877C2 (de) * | 1980-07-16 | 1983-06-09 | Herbert Hänchen KG, 7302 Ostfildern | Reibungsarme Dichtung |
DE3609578A1 (de) * | 1986-03-21 | 1987-08-27 | Daimler Benz Ag | Dichtung bei einer gasturbine |
-
1991
- 1991-01-07 DE DE19914100225 patent/DE4100225A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4100225A1 (de) | 1992-07-09 |
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Legal Events
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
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