JPH0861002A - 蒸気タービンのダイヤフラム - Google Patents
蒸気タービンのダイヤフラムInfo
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- JPH0861002A JPH0861002A JP19947094A JP19947094A JPH0861002A JP H0861002 A JPH0861002 A JP H0861002A JP 19947094 A JP19947094 A JP 19947094A JP 19947094 A JP19947094 A JP 19947094A JP H0861002 A JPH0861002 A JP H0861002A
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- Japan
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- diaphragm
- moving blade
- wake
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ノズルウェーク振動数を動翼の固有振動数か
ら離れたものにして、動翼に作用するノズルウェーク励
振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェークとの共振
が発生しない特に、高周波の固有振動数を持つ短い動翼
を備える蒸気タービンのダイヤフラムを提供する。 【構成】 ダイヤフラムの円周方向に配設されるノズル
４，５，６を、複数の異るピッチＡ，Ｂ，Ｃの組合せに
して、配列し、ダイヤフラムに取り付けることにより、
ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によって生じるノズル
ウェークが上記ピッチの違いによる振動数の混在したも
のとなり、一定周波数のノズルウェーク励振力が発生し
ないようにして、動翼の固有振動数と共振するのを防止
した。これにより蒸気タービンの耐振強度設計において
は、ノズルウェーク励振力の１／１０の励振力しかな
い、ハーモニック励振力のみを考慮すれば良く、設計が
きわめて容易になった。
ら離れたものにして、動翼に作用するノズルウェーク励
振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェークとの共振
が発生しない特に、高周波の固有振動数を持つ短い動翼
を備える蒸気タービンのダイヤフラムを提供する。 【構成】 ダイヤフラムの円周方向に配設されるノズル
４，５，６を、複数の異るピッチＡ，Ｂ，Ｃの組合せに
して、配列し、ダイヤフラムに取り付けることにより、
ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によって生じるノズル
ウェークが上記ピッチの違いによる振動数の混在したも
のとなり、一定周波数のノズルウェーク励振力が発生し
ないようにして、動翼の固有振動数と共振するのを防止
した。これにより蒸気タービンの耐振強度設計において
は、ノズルウェーク励振力の１／１０の励振力しかな
い、ハーモニック励振力のみを考慮すれば良く、設計が
きわめて容易になった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は原動機製品の蒸気タービ
ンに適用され、蒸気の熱エネルギを運動エネルギに変換
するノズル（静翼）を動翼（ブレード）の上流側の適正
な位置に設置するとともに、蒸気タービン段落間の圧力
差を維持するための蒸気タービンのダイヤフラム（仕切
板、diaphragm)に関する。
ンに適用され、蒸気の熱エネルギを運動エネルギに変換
するノズル（静翼）を動翼（ブレード）の上流側の適正
な位置に設置するとともに、蒸気タービン段落間の圧力
差を維持するための蒸気タービンのダイヤフラム（仕切
板、diaphragm)に関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気を加速するノズルを、蒸気の熱エネ
ルギを回転エネルギに変換する動翼の上流側の適正な位
置に配置するとともに、タービン段落間の圧力差を維持
するためのダイヤフラム０１は、図２に示すように、車
室内部の溝に挿入されて車室軸方向の位置決めを行う外
輪０１０、ロータとの間隙からの蒸気漏洩を低減するラ
ビリンスパッキンを内周面に具える内輪０１１とからな
り、外輪０１０の内周面と内輪０１１の外周面との間
に、動翼０２に対して適正な配置になるようノズル０３
をセットするようにしている。ダイヤフラム０１へのノ
ズル０３の配置は、従来、図２の矢視Ａ−Ａの円周方向
の展開図である、図３に示されるように、ノズル０３が
円周方向に同一のピッチＡで配設されている。
ルギを回転エネルギに変換する動翼の上流側の適正な位
置に配置するとともに、タービン段落間の圧力差を維持
するためのダイヤフラム０１は、図２に示すように、車
室内部の溝に挿入されて車室軸方向の位置決めを行う外
輪０１０、ロータとの間隙からの蒸気漏洩を低減するラ
ビリンスパッキンを内周面に具える内輪０１１とからな
り、外輪０１０の内周面と内輪０１１の外周面との間
に、動翼０２に対して適正な配置になるようノズル０３
をセットするようにしている。ダイヤフラム０１へのノ
ズル０３の配置は、従来、図２の矢視Ａ−Ａの円周方向
の展開図である、図３に示されるように、ノズル０３が
円周方向に同一のピッチＡで配設されている。
【０００３】このため、ノズル０３で加速される蒸気に
より動翼０２に作用する励振力は、円周方向の蒸気の不
均一流れによるハーモニック励振力のほか、ノズル数で
定まる振動数のノズルウェーク励振力が作用することと
なる。
より動翼０２に作用する励振力は、円周方向の蒸気の不
均一流れによるハーモニック励振力のほか、ノズル数で
定まる振動数のノズルウェーク励振力が作用することと
なる。
【０００４】特に、固有振動数の高い短翼の動翼０２に
ついて、ノズルウェーク励振力についての耐振強度設計
を行う場合、従来、動翼０２の或るモードの固有振動数
と、ノズルウェーク励振力との共振を避けるために、ノ
ズル０３の配設ピッチＡを小さく、あるいは大きくし
て、ノズルウェークの振動数を動翼０２の固有振動数か
ら離れた振動数に変えたり、動翼０２の翼巾を大きなも
のとしたり、隣接する動翼０２の先端を連結するシュラ
ウドの厚さを厚くしたり、又はつづり枚数を変える等に
より耐振強度を増し、ノズルウェーク励振力に耐える、
安全率の大きい頑丈なものにすることが行われている。
また、動翼０２を強度上必要な安全率を有する状態とす
るためには、いくつかのくり返し計算が必要であり、そ
の結果によっては、例えば、翼巾をさらに大きなものと
する必要が生じたりしていたため、これらの検討に要す
る時間を多く必要とし、また翼巾の耐振強度の増強等の
ためには、材料費が多額になる不具合があった。
ついて、ノズルウェーク励振力についての耐振強度設計
を行う場合、従来、動翼０２の或るモードの固有振動数
と、ノズルウェーク励振力との共振を避けるために、ノ
ズル０３の配設ピッチＡを小さく、あるいは大きくし
て、ノズルウェークの振動数を動翼０２の固有振動数か
ら離れた振動数に変えたり、動翼０２の翼巾を大きなも
のとしたり、隣接する動翼０２の先端を連結するシュラ
ウドの厚さを厚くしたり、又はつづり枚数を変える等に
より耐振強度を増し、ノズルウェーク励振力に耐える、
安全率の大きい頑丈なものにすることが行われている。
また、動翼０２を強度上必要な安全率を有する状態とす
るためには、いくつかのくり返し計算が必要であり、そ
の結果によっては、例えば、翼巾をさらに大きなものと
する必要が生じたりしていたため、これらの検討に要す
る時間を多く必要とし、また翼巾の耐振強度の増強等の
ためには、材料費が多額になる不具合があった。
【０００５】なお、固有振動数が１０００〜１５００Hz
以上の、高い振動数の動翼０２に対する励振力は、ハー
モニック励振力に比べノズルウェーク励振力の方が格段
に大きいため、この励振力を低減することが特に望まれ
ていた。
以上の、高い振動数の動翼０２に対する励振力は、ハー
モニック励振力に比べノズルウェーク励振力の方が格段
に大きいため、この励振力を低減することが特に望まれ
ていた。
【０００６】また、耐振強度設計が確立したといわれる
現在においても、ノズルウェーク励振力によるものとみ
られる、動翼の損傷トラブルが希に発生しており、より
確実な回避策の実現が望まれているのが現状である。
現在においても、ノズルウェーク励振力によるものとみ
られる、動翼の損傷トラブルが希に発生しており、より
確実な回避策の実現が望まれているのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の不具
合を解消するため、ノズルウェーク振動数を動翼の固有
振動数から離れたものにして、動翼に作用するノズルウ
ェーク励振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェーク
との共振が発生しない蒸気タービンのダイヤフラムを提
供することを課題とする。
合を解消するため、ノズルウェーク振動数を動翼の固有
振動数から離れたものにして、動翼に作用するノズルウ
ェーク励振力を低減し、若しくは動翼とノズルウェーク
との共振が発生しない蒸気タービンのダイヤフラムを提
供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の蒸気
タービンのダイヤフラムは、次の手段とした。・ダイヤ
フラムの円周方向に配設されるノズルを複数の異るピッ
チで配設した。
タービンのダイヤフラムは、次の手段とした。・ダイヤ
フラムの円周方向に配設されるノズルを複数の異るピッ
チで配設した。
【０００９】ここで「複数の異るピッチでノズルを配設
する」とは、例えば円周方向に配設するノズルの、隣接
するノズルとの間隔であるピッチに、Ａ，Ｂ，Ｃの３つ
の異るピッチで採用した場合、（１）Ａ，Ｂ，Ｃ、又は
Ａ，Ｃ，Ｂの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同
数になるようにしても良く、（２）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，
Ａ、又はＡ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ａ、若しくはＡ，Ｂ，Ａ，
Ｃ，Ａの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同数に
ならないような、ノズル配列にしても良いものである。
する」とは、例えば円周方向に配設するノズルの、隣接
するノズルとの間隔であるピッチに、Ａ，Ｂ，Ｃの３つ
の異るピッチで採用した場合、（１）Ａ，Ｂ，Ｃ、又は
Ａ，Ｃ，Ｂの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同
数になるようにしても良く、（２）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，
Ａ、又はＡ，Ｃ，Ｂ，Ｃ，Ａ、若しくはＡ，Ｂ，Ａ，
Ｃ，Ａの繰返しでノズルを配設し、異るピッチが同数に
ならないような、ノズル配列にしても良いものである。
【００１０】
【作用】本発明の蒸気タービンのダイヤフラムは、上述
の手段により、ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によっ
て生じるノズルウェークは、ノズルを配設したピッチの
違いによる振動数の混在したものとなり、一定のノズル
ウェーク振動数の励振力が作用しなくなるため、動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、ハ
ーモニック励振力に比べ、約１０倍もの励振力で動翼に
過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励振力
を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が容易
となり、これらの要する時間を短縮できるとともに、動
翼の耐振強度の増強のために要していた材料費を低減で
きる。
の手段により、ノズル後縁の蒸気流れの遅い部分によっ
て生じるノズルウェークは、ノズルを配設したピッチの
違いによる振動数の混在したものとなり、一定のノズル
ウェーク振動数の励振力が作用しなくなるため、動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、ハ
ーモニック励振力に比べ、約１０倍もの励振力で動翼に
過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励振力
を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が容易
となり、これらの要する時間を短縮できるとともに、動
翼の耐振強度の増強のために要していた材料費を低減で
きる。
【００１１】また、高い固有振動数の高圧段に使用され
る短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
る短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の蒸気タービンのダイヤフラム
の実施例を図面にもとづき説明する。
の実施例を図面にもとづき説明する。
【００１３】図１は、図３と同様にノズルを切断して円
周方向に展開した、本発明の蒸気タービンのダイヤフラ
ムの一実施例を示す展開図である。
周方向に展開した、本発明の蒸気タービンのダイヤフラ
ムの一実施例を示す展開図である。
【００１４】本実施例は、蒸気タービンの衝動式段落に
おいて、回転数の整数倍（ハーモニック励振力）とのTu
ningが困難な短翼（有効部翼長が約２００mm以下）とな
る全ての段落に実施するもので、１３０MWクラスの再熱
蒸気タービンの高中圧タービン全段落、および全ての中
小型蒸気タービンに実施されるものである。
おいて、回転数の整数倍（ハーモニック励振力）とのTu
ningが困難な短翼（有効部翼長が約２００mm以下）とな
る全ての段落に実施するもので、１３０MWクラスの再熱
蒸気タービンの高中圧タービン全段落、および全ての中
小型蒸気タービンに実施されるものである。
【００１５】図に示すように、本実施例は異ったピッチ
Ａ，Ｂ，Ｃを有するノズル４，５，６を、ダイヤフラム
１の外輪内周と内輪外周との間の円周上に適当に配列し
て、一定の振動数で動翼に作用するノズルウェーク励振
力による共振の発生を解消したものである。
Ａ，Ｂ，Ｃを有するノズル４，５，６を、ダイヤフラム
１の外輪内周と内輪外周との間の円周上に適当に配列し
て、一定の振動数で動翼に作用するノズルウェーク励振
力による共振の発生を解消したものである。
【００１６】この場合、ノズル４，５，６の配列は基準
ピッチを中心に前後ピッチが振り分けられるように配列
すれば、段落効率への影響を無くすることができる。
ピッチを中心に前後ピッチが振り分けられるように配列
すれば、段落効率への影響を無くすることができる。
【００１７】また、ノズル４，５，６のピッチの違いを
必要とする標準ノズルは、２〜３種類でよく、従来のよ
うな励振々動数を倍または半分とするための多くの種類
の標準ピッチノズルを必要としない。
必要とする標準ノズルは、２〜３種類でよく、従来のよ
うな励振々動数を倍または半分とするための多くの種類
の標準ピッチノズルを必要としない。
【００１８】本実施例のように、ダイヤフラム１の円周
方向に異なったピッチでノズルを配置することにより、
ピッチＡで配置されたノズル４、およびノズル５の間を
通過した蒸気は、（Ｄｍ×π）／Ａの振動数ＮＦＷ１の
ノズルウェークをピッチＢで配置されたノズル５および
ノズル６の間を通過した蒸気は、（Ｄｍ×π）／Ｂの振
動数ＮＦＷ２のノズルウェークを、さらにピッチＣで配
置されたノズル６とノズル５の間を通過した蒸気は、
（Ｄm ×π）／Ｃの振動数ＮＦＷ３のノズルウェークを
それぞれのノズルの後流側に発生する。但し、Ｄm はノ
ズルの平均直径を示す。
方向に異なったピッチでノズルを配置することにより、
ピッチＡで配置されたノズル４、およびノズル５の間を
通過した蒸気は、（Ｄｍ×π）／Ａの振動数ＮＦＷ１の
ノズルウェークをピッチＢで配置されたノズル５および
ノズル６の間を通過した蒸気は、（Ｄｍ×π）／Ｂの振
動数ＮＦＷ２のノズルウェークを、さらにピッチＣで配
置されたノズル６とノズル５の間を通過した蒸気は、
（Ｄm ×π）／Ｃの振動数ＮＦＷ３のノズルウェークを
それぞれのノズルの後流側に発生する。但し、Ｄm はノ
ズルの平均直径を示す。
【００１９】従って、本実施例のノズル配列では１円周
上にＮＦＷ１、またはＮＦＷ２、またはＮＦＷHzの３種
類のノズルウェーク振動数が発生することとなり、一定
の振動数のノズルウェークが動翼に作用しなくなるた
め、動翼の固有振動数との共振は発生しないこととな
る。
上にＮＦＷ１、またはＮＦＷ２、またはＮＦＷHzの３種
類のノズルウェーク振動数が発生することとなり、一定
の振動数のノズルウェークが動翼に作用しなくなるた
め、動翼の固有振動数との共振は発生しないこととな
る。
【００２０】従って、動翼に作用する励振力は、円周上
の蒸気のアンバランス流れによって生じるハーモニック
ス励振力（ハーモニックス数は１回転につき１回から最
大はノズルの数だけ存在する）だけとなり、衝動翼耐振
強度計算が励振力の小さいハーモニック励振力について
のみでよいこととなり、設計が容易となり、これに要す
る時間の短縮ができる。
の蒸気のアンバランス流れによって生じるハーモニック
ス励振力（ハーモニックス数は１回転につき１回から最
大はノズルの数だけ存在する）だけとなり、衝動翼耐振
強度計算が励振力の小さいハーモニック励振力について
のみでよいこととなり、設計が容易となり、これに要す
る時間の短縮ができる。
【００２１】しかも、高サイクル振動域での励振力の大
きさで比較すると、ハーモニックス励振力はノズルウェ
ーク励振力の１／１０と極端に小さく、高圧段の動翼々
巾は全て２０mm巾とすればよく、また、中圧段の動翼々
巾は全て３０mm巾でよいため、動翼々巾の減小によりデ
ィスク巾も小さく出来、ロータ全長も短くなり、蒸気タ
ービン全長も短くなり蒸気タービンのコストダウンを図
ることができる。
きさで比較すると、ハーモニックス励振力はノズルウェ
ーク励振力の１／１０と極端に小さく、高圧段の動翼々
巾は全て２０mm巾とすればよく、また、中圧段の動翼々
巾は全て３０mm巾でよいため、動翼々巾の減小によりデ
ィスク巾も小さく出来、ロータ全長も短くなり、蒸気タ
ービン全長も短くなり蒸気タービンのコストダウンを図
ることができる。
【００２２】また、製作結果により、動翼の固有振動数
が予想値から大巾にズレた場合においても、ノズルウェ
ーク励振々動数が存在しないため、共振による動翼の損
傷トラブルは完全に無くなる。
が予想値から大巾にズレた場合においても、ノズルウェ
ーク励振々動数が存在しないため、共振による動翼の損
傷トラブルは完全に無くなる。
【００２３】さらに、既設機の動翼損傷事故対策におい
ても、本実施例のダイヤフラムと取替えることにより、
根本原因のノズルウェークが除去でき問題は解消する。
ても、本実施例のダイヤフラムと取替えることにより、
根本原因のノズルウェークが除去でき問題は解消する。
【００２４】なお、本実施例では、基準ピッチを中心に
前後に振り分けた３種類の異なるピッチＡ，Ｂ，Ｃノズ
ル４，５，６をダイヤフラム１の円周方向に配設するよ
うにしたが、必ずしも３種類のピッチである必要はな
い。
前後に振り分けた３種類の異なるピッチＡ，Ｂ，Ｃノズ
ル４，５，６をダイヤフラム１の円周方向に配設するよ
うにしたが、必ずしも３種類のピッチである必要はな
い。
【００２５】また、ピッチＡ，Ｂ，Ｃの配列も、図１の
左側からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ａの繰返しにしているが、
Ａ，Ｂ，Ｃ又はＡ，Ｃ，Ｂの繰返しでノズルを配置し、
異るピッチのものが円周上に同数になるように配置して
も良いものである。
左側からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｂ，Ａの繰返しにしているが、
Ａ，Ｂ，Ｃ又はＡ，Ｃ，Ｂの繰返しでノズルを配置し、
異るピッチのものが円周上に同数になるように配置して
も良いものである。
【００２６】要は、ダイヤフラム１円周上の蒸気のアン
バランス流れが甚しくならないようにすれば良い。
バランス流れが甚しくならないようにすれば良い。
【００２７】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明の蒸気ター
ビンのダイヤフラムによれば、特許請求の範囲に示す構
成により、一定の振動数のノズルウェーク励振力が動翼
に作用しなくなり、ノズルウェーク励振力による動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、動
翼に過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励
振力を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が
容易となり、これらの要する時間を短縮できるととも
に、安全率を過大にとり、動翼の耐振強度の増強のため
に要していた材料費を低減できる。
ビンのダイヤフラムによれば、特許請求の範囲に示す構
成により、一定の振動数のノズルウェーク励振力が動翼
に作用しなくなり、ノズルウェーク励振力による動翼の
固有振動数との共振が発生しなくなる。これにより、動
翼に過大な振動応力を発生させていたノズルウェーク励
振力を考慮することなく、耐振強度設計ができ、設計が
容易となり、これらの要する時間を短縮できるととも
に、安全率を過大にとり、動翼の耐振強度の増強のため
に要していた材料費を低減できる。
【００２８】また、高い固有振動数の高圧段に使用され
ている短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
ている短い動翼の損傷トラブルを確実に回避できる。
【図１】第１図は、本発明の蒸気タービンのダイヤフラ
ムの第１実施例を示す円周方向にダイヤフラムを展開し
たときのノズル配列図。
ムの第１実施例を示す円周方向にダイヤフラムを展開し
たときのノズル配列図。
【図２】蒸気タービンの衝動段落のダイヤフラム、動
翼、ノズルを示す図。
翼、ノズルを示す図。
【図３】従来の蒸気タービンのダイヤフラムを示すた
め、円周方向にダイヤフラムを展開したときのノズル配
列図である。
め、円周方向にダイヤフラムを展開したときのノズル配
列図である。
１ ダイヤフラム ４，５，６ ノズル Ａ，Ｂ，Ｃ ピッチ
Claims (1)
- 【請求項１】 円周方向に配設されたノズルを動翼の上
流側に配置するとともに、蒸気タービン段落間の圧力差
を維持するための蒸気タービンのダイヤフラムにおい
て、前記ノズルが複数の異るピッチで円周方向に配設さ
れていることを特徴とする蒸気タービンのダイヤフラ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19947094A JPH0861002A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 蒸気タービンのダイヤフラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19947094A JPH0861002A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 蒸気タービンのダイヤフラム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0861002A true JPH0861002A (ja) | 1996-03-05 |
Family
ID=16408343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19947094A Withdrawn JPH0861002A (ja) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | 蒸気タービンのダイヤフラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0861002A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008274961A (ja) * | 2001-05-11 | 2008-11-13 | Snecma | ロータと固定擾乱源とを備えた構造物、および該構造物の振動を低減する方法 |
| JP2012087798A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-05-10 | General Electric Co <Ge> | 流体ダイナミックスの制御用スペーサを有する回転機械 |
| JP2015519501A (ja) * | 2012-04-16 | 2015-07-09 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 軸流流体機械のための静翼リングおよび静翼リングの設計法 |
| JP2015520321A (ja) * | 2012-06-14 | 2015-07-16 | ジエ・アヴィオ・エッセ・エッレ・エッレ | フラッタリング防止手段を備えたガスタービンのための翼列 |
| JP2021521372A (ja) * | 2018-04-13 | 2021-08-26 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 一つまたは複数の内部空洞を有するタービン翼のミスチューン |
-
1994
- 1994-08-24 JP JP19947094A patent/JPH0861002A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9951648B2 (en) | 2012-04-16 | 2018-04-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Guide blade ring for an axial turbomachine and method for designing the guide blade ring |
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