DE1046408B - Runner for radial turbines or radial compressors, especially for gas turbine systems - Google Patents
Runner for radial turbines or radial compressors, especially for gas turbine systemsInfo
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- DE1046408B DE1046408B DEP7093A DEP0007093A DE1046408B DE 1046408 B DE1046408 B DE 1046408B DE P7093 A DEP7093 A DE P7093A DE P0007093 A DEP0007093 A DE P0007093A DE 1046408 B DE1046408 B DE 1046408B
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- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
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Description
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Die Erfindung betrifft Läufer für Radial-Turbinen oder Radi al-Verdichter, insbesondere von Gasturbinenanlagen, mit einem 'beschaufelten Läufer, bestehend aus einem Läuferkörper, einem Schaufelträger, welcher an einer Seite des Läuferkörpers befestigt ist, und aus Schaufeln, welche vom Schaufelträger auf der dem Läuferkörper abgewandten Seite gehalten werden, wobei der Schaufelträger in axialer Richtung vom Läuferkörper durch einen Spielraum getrennt ist, durch welchen hindurch ein Kühlmittel zum Durchströmen zu bringen ist, und wobei das in den Spielraum an radial innen gelegenen Stellen eingeführte Kühlmittel durch diesen infolge Fliehkraftwirkung förderbar ist und ein Teil des Kühlmittels an radial außen gelegenen Stellen aus dem Spielraum in den Spalt zwischen Läufer und Gehäuse austritt.The invention relates to rotors for radial turbines or radial compressors, in particular of gas turbine systems, with a 'bladed rotor, consisting of a rotor body, a blade carrier, which is attached to one side of the rotor body, and from blades, which from the blade carrier on the the side facing away from the rotor body are held, the blade carrier in the axial direction from The rotor body is separated by a clearance through which a coolant can flow through is to be brought, and the introduced into the clearance at radially inner locations Coolant can be conveyed through this as a result of the effect of centrifugal force and part of the coolant is transferred radially outside places from the clearance in the gap between the rotor and the housing emerges.
Es sind zwar Läufer für Radial-Turbinen- oder Radial-Verdichter bekanntgeworden, bei welchen auf einem Schaufelgrundkörper ein Schaufelträger aus Metallblech so angeordnet ist, daß zwischen diesen ein Zwischenraum entsteht, durch welchen Kühlluft zirkuliert, um eine Kühlung der Schaufelfüße und des S chaufel trägers zu bewirken. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art sind die am Schaufelträger sitzenden Schaufeln aus massiven Metallblechen von relativ großer Dickenabmessung hergestellt, so daß eine Kühlung der einzelnen Schaufelblätter auf ihrer gesamten Fläche nicht möglich ist.It is true that runners for radial turbine or radial compressors have become known in which on A blade carrier made of sheet metal is arranged in such a way that a blade carrier is arranged between them Gap is created through which cooling air circulates in order to cool the blade roots and the To effect shovel carrier. In the known devices of this type are those on the blade carrier seated blades made of solid sheet metal of relatively large thickness dimension, so that cooling of the individual blades over their entire surface is not possible.
Zweck der Erfindung .ist die Schaffung eines Läufers für Radial-Turbinen- oder Radial-Verdichter, welcher Schaufeln aufweist, die aus relativ dünnen Blechen hergestellt sind und ein genügend hohes Widerstandsmoment aufweisen sowie über ihre ganze Fläche hinweg möglichst gleichmäßig gekühlt werden.The purpose of the invention is to create a runner for radial turbine or radial compressor, which has blades that are made of relatively thin Sheets are made and have a sufficiently high section modulus as well as about their be cooled as evenly as possible over the entire surface.
Bei Anwendung der Erfindung werden die Läuferschaufelblätter als Hohlschaufeln ausgebildet, wobei deren Hohlraum mit dem Hohlraum zwischen Läuferkörper und Schaufelträger in Strömungsverbindung steht, derart, daß von dem Kühlmittelstrom ein Kühlmittelteil zwischen Läufer und Gehäuse austritt und sich dann gemäß dem wesentlichen Erfindungsvorschlag in den Arbeitsmittelstrom abströmend mit diesem vermischt, während der andere Teil des Kühlmittels aus dem Spielraum zunächst in die als an sich bekannte Hohlschaufeln ausgebildeten Schaufeln eintritt. Dabei kann in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens auf jader Seite des Läuferkörpers ein Schaufelträger befestigt sein.When applying the invention, the rotor blades are designed as hollow blades, wherein whose cavity is in flow connection with the cavity between the rotor body and the blade carrier stands in such a way that a coolant part emerges from the coolant flow between the rotor and the housing and then, according to the essential proposal of the invention, flowing out into the working medium flow with the latter mixed, while the other part of the coolant from the clearance initially into the than per se Known hollow blades formed blades enters. This can be done in a further development of the inventive concept A blade carrier can be attached to each side of the rotor body.
Gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal kann der oder jeder Schaufelträger als ringförmiger Leitbauteil aus Blech hergestellt sein, der auf einer seiner Flächen Hohlschaufeln aus gleichem Werkstoff trägt, wobei der Leitbauteil Öffnungen aufweist, durch welche Läufer für Radial-TurbinenAccording to another feature of the invention, the or each blade carrier can be used as an annular guide component be made of sheet metal carrying hollow blades made of the same material on one of its surfaces, with the guide component has openings through which runners for radial turbines
oder Radial-Verdichter,
insbesondere von Gasturbinenanlagenor radial compressor,
in particular of gas turbine systems
Anmelder:Applicant:
Power Jets (Research. & Development)
Limited, LondonPower Jets (Research & Development)
Limited, London
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen (Westf.), Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney,
Siegen (Westphalia), Oranienstr. 14th
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 15. Februar 1951Claimed priority:
Great Britain February 15, 1951
John Constantine Grey, London,
ist als Erfinder genannt wordenJohn Constantine Gray, London,
has been named as the inventor
hindurch ein Teil des Kühlmittels in die Schaufel einzufließen vermag.a part of the coolant is able to flow through it into the blade.
Die Erfindung kann weiterhin darin bestehen, daß der Läuferkörper mit Durchlässen oder Bohrungen versehen ist, welche von einem in der Nabe vorgesehenen axialen Durchgangsweg oder einer Bohrung nach dem Spielraum führen, um das Kühlmittel dorthin zu übermitteln.The invention can also consist in that the rotor body with passages or bores which is provided by an axial passage or bore provided in the hub lead to the clearance to deliver the coolant there.
Dabei ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung möglich, daß die Durchlässe vom axialen Durchgangs weg her radial nach außen führen und daß Löcher in der Nähe des Umfanges des Läuferkörpers vorgesehen sind, so daß gasförmiges Kühlmittel, welches dem Durchgangsweg zugeführt wird, durch die Durchlässe hindurchfließt und durch die vorerwähnten Löcher in den Gasstrom austritt.It is possible according to a further feature of the invention that the passages from the axial Passage lead away radially outward and that holes near the circumference of the rotor body are provided so that gaseous coolant which is supplied to the passageway through the Passages flows through and exits through the aforementioned holes into the gas stream.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schaufeln am Schaufelträger angeschweißt sind und dieser am Läuferkörper ebenfalls durch Schweißen befestigt ist sowie darin, daß jede Schaufel einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und aus zwei Metallblechen hergestellt ist, welche in geeigneter Weise gebogen sind und durch Schweißen an der Grundfläche des »U« miteinander verbunden werden.Another feature of the invention is that the blades are welded to the blade carrier are and this is also attached to the rotor body by welding and in that each blade has a substantially U-shaped cross-section and is made from two metal sheets, which are suitably bent and welded together at the base of the "U" get connected.
Schließlich kann gemäß der Erfindung der Schaufelträger an einer in radialer Richtung innen gelegenen Scheibe und in einem in radialer Richtung außen ge-Finally, according to the invention, the vane carrier can be located on an inside in the radial direction Disc and in a radial direction on the outside
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legenen Ring angeschweißt sein, wobei die Scheibe an hergestellt sein, da sie nicht in Kontaktberührung mitattached ring to be welded, the disc to be manufactured, since it is not in contact with
der Nabe oder am Vorderende des Läuferkörpers und den heißen Gasen kommen.the hub or at the front end of the rotor body and the hot gases come.
der Ring am Umfang des Lauferkörpers befestigt sind. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich,the ring are attached to the circumference of the runner body. From the above description it can be seen
Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- daß der teuere hitzebeständige austenitische WerkstoffThe invention should now be based on both of them being the expensive, heat-resistant austenitic material
spielsweise wiedergegebenen Zeichnung ausführlicher S nur für die Metallblechteile in Betracht kommt, wäh-For example, the drawing reproduced in more detail S only comes into consideration for the sheet metal parts, while-
erläutert werden, und zwar zeigt rend der relativ gedrungene Körper 2 aus ferritischembe explained, namely rend shows the relatively compact body 2 made of ferritic
Fig. 1 einen Längsteilschnitt durch eine einflutige Stahl bestehen kann und gut schmiedbar ist, da erFig. 1 can be a partial longitudinal section through a single-flow steel and is easy to forge because it
zentripetale Radial-Turbine, keine aus einem Stück mit ihm geformte Schaufelncentripetal radial turbine, no blades molded in one piece with it
Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines ringförmi- zu tragen braucht.Fig. 2 is a three-dimensional representation of a ring-shaped needs to wear.
gen Schaufelträgers mit einer Hohlschaufel, die in io Der Schaufelträger 4 ist mit in radialer Richtunggene blade carrier with a hollow blade, which is in io The blade carrier 4 is with in the radial direction
ihrer Arbeitsstellung angeschweißt ist, und einer an- verlaufenden Reihen von Löchern 15 versehen, welchetheir working position is welded, and a running rows of holes 15 are provided, which
deren Hohlschaufel, die getrennt dargestellt ist, von den Schaufeln 3 überdeckt werden, wenn diesethe hollow blade, which is shown separately, are covered by the blades 3 when these
Fig. 3 einen Schnitt nach der Schnittlinie IH-III angebracht sind, so daß diese Löcher eine VerbindungFig. 3 is a section along the line IH-III attached, so that these holes are a connection
in Fig. 1, zwischen dem Raum 7 und dem hohlen Innern einerin Fig. 1, between the space 7 and the hollow interior of a
Fig. 4 einen Schnitt nach der Schnittlinie IV-IV in 15 jeden Schaufel herstellen. Es mag erwähnt werden,Fig. 4 produce a section along the section line IV-IV in 15 each blade. It may be mentioned
Fig. 2, während daß die Reihenfolge des Zusammenbaus gegenüberFig. 2, while that the order of assembly opposite
Fig. 5 einen Axial teilschnitt durch eine doppel- dem Vorerwähnten geändert werden kann; beispiels-FIG. 5 shows a partial axial section that can be changed by a double that mentioned above; FIG. exemplary
flutige zentripetale Radial-Turbine wiedergibt. . weise kann der Schaufelträger 4 am Körper 2 befestigtflooded centripetal radial turbine reproduces. . the blade carrier 4 can be attached to the body 2
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte zentripetale werden, bevor die Schaufeln 3 angesetzt werden.
Radial-Turbine besteht aus einem Gehäuse 1, inner- 20 Der Läuferkörper 2 ist bei 16 mit einer Mittelhalb dessen ein einflutiger Läufer drehbar angeordnet aussparung versehen, und dieser Bohrung wird ein
ist. Der Läufer besteht aus einem verhältnismäßig Kühlluftstrom zugeführt, welcher, wenn die Turbine
gedrungenen Scheibenkörper 2 aus ferritischem Metall einen Teil einer Gasturbinenanlage bildet, vom Kom-
oder einem ähnlichen Werkstoff und aus hohlen Metall- pressor einer solchen Anlage abgenommen werden
schaufeln 3, welche an einem ringförmigen Schaufel- 25 kann, da, wie unten näher ausgeführt werden wird,
träger 4 aus Metall angeschweißt sind, welcher selbst die Kühlluft einen höheren Druck als das Arbeitsam
Körper 2 mittels einer nachfolgend näher beschrie- mittel zwischen den Läuferschaufeln aufweisen soll,
benen Befestigung gehalten wird. Das heiße Acbeits- Durchlässe 17 strahlen in radialer Richtung von der
mittel tritt durch die Düsenleitbleche 5 ein und strömt Bohrung 16 aus und führen in den Raum 7 hinein,
in im allgemeinen radialer Einwärtsrichtung durch 30 während der Umfangsring 12 mit einer Ringreihe von
die Durchlässe hindurch, welche von den Schaufeln 3 Löchern 18 versehen ist, welche den Raum 7 in Vergebildet
werden, um dann in im allgemeinen axialer bindung mit der Rückseite des Läuferkörpers bringen.
Richtung bei 6 ausgeblasen zu werden. Die Schau- Auf diese Weise fließt die Kühlluft, unterstützt durch
fein 3 und der Schaufelträger 4, welche die Hauptteile die Fliehkraft, nach oben durch die Durchlässe 17 und
des Läufers sind, welche von den heißen Gasen über- 35 durch den Raum 7, derart, daß der Körper 2 thermisch
strömt werden, sind aus hitzewiderstandsfähigem gegenüber dem Schaufelträger 4 isoliert ist. Etwas
austenitischen Werkstoff hergestellt. Der Schaufel- Kühlluft gelangt durch die Umfangslöcher 18 hinträger
hat eine derjenigen des Körpers 2 angepaßte durch, und von dieser Luft strömt etwas um die Kante
Form und ist daran in solcher Weise befestigt, daß des Ringes 12 herum und vermischt sich dort mit dem
ein kleiner Spielraum 7, von beispielsweise etwa 3 mm 40 Arbeitsmittel, während andere Luft radial nach innen
Mindestwert bei einem kleinen Läufer, zwischen über die Rückfläche des Läufers in Richtung auf die
Schaufelträger und Scheibenkörper vorhanden ist. Labyrinthdichtung 19 strömen kann. Etwas Luft trittThe centripetal shown in Figs. 1 to 4 before the blades 3 are attached.
Radial turbine consists of a housing 1, inside 20 The rotor body 2 is provided at 16 with a central portion of which a single-flow rotor is rotatably arranged recess, and this bore is a is. The rotor consists of a relatively cooling air flow supplied which, when the turbine compact disk body 2 made of ferritic metal forms part of a gas turbine system, are removed from the compressor or a similar material and from a hollow metal pressor of such a system blades 3, which are attached to a ring-shaped blade 25 can, since, as will be explained in more detail below, supports 4 made of metal are welded on, which even the cooling air should have a higher pressure than the working on the body 2 by means of a fastening between the rotor blades, which will be described in more detail below will. The hot Acbeits- passages 17 radiate in the radial direction from the medium enters through the nozzle guide plates 5 and flows out of bore 16 and lead into the space 7, in a generally radial inward direction through 30 while the circumferential ring 12 with a row of rings of the passages through , which is provided by the blades 3 holes 18, which the space 7 are formed in order to then bring in generally axial connection with the rear side of the rotor body. Direction to be blown out at 6. In this way, the cooling air, supported by fine 3 and the blade carrier 4, which are the main parts of the centrifugal force, flows upwards through the passages 17 and the rotor, which is covered by the hot gases through the space 7, in such a way that the body 2 is thermally flowing are made of heat-resistant against the blade carrier 4 is insulated. Made some austenitic material. The blade cooling air passes through the circumferential holes 18 has one of those of the body 2 adapted through, and of this air flows somewhat around the edge shape and is attached to it in such a way that the ring 12 around and mixes there with the smaller one Clearance 7, for example about 3 mm 40 working medium, while other air radially inward minimum value in the case of a small runner, between over the rear surface of the runner in the direction of the blade carrier and disk body is present. Labyrinth seal 19 can flow. Some air enters
Jede Schaufel 3 hat einen U-förmigen Querschnitt in das Innere der Hohlschaufeln 3 durch die Löcher 15 (vgl. Fig. 3 und 4) und besteht aus zwei ähnlichen hindurch ein, wobei anzunehmen ist, daß im Betrieb Hälften, welche entlang der Linie 8 zusammenge- 45 die Luft durch die Schlitze 10 hindurchfließt und sich schweißt sind, und zwar am untersten Punkt des »U«. mit dem Arbeitsmittel am Auslaß oder Auspuff ver-Wie ersichtlich, ist die so gebildete Hohlschaufel am einigt. Die genaue Art der Luftströmung ist nicht mit Einlaßende geschlossen, und zwar dadurch, daß die Sicherheit voraussehbar, und es kann sich tatsächlich Kanten zusammengepreßt und bei 9 verschweißt sind, herausstellen, daß bessere Ergebnisse in der Praxis während am Ausgangsende die Schaufeln bei 10 offen 50 dadurch erzielbar sind, daß Schaufeln verwendet wergelassen sind, obwohl .die Kanten etwas zusammen- den, welche, ungleich den dargestellten, durch Vergepreßt sind, derart, daß die Öffnung 10 nur ein schweißen an ihren strömungsauswärts gelegenen oder Schlitz -ist, der enger als die Breitenabmessung des Ausgangskanten (d. h. an der Stelle 10) verschlossen Schaufelquerschnitts an der weitesten Stelle ist. Jede sind, während ihre strömungseinwärts gelegenen oder so hergestellte Schaufel (die mit den Auslaßkanten 55 Einlaßkanten mittels eines Schlitzes offengehalten in der erforderlichen Weise kurvenförmig ausgabildet werden. In einem solchen Falle würde die Luftströist) wird am Schaufelträger 4 mittels Schweißnaht an mung durch die Hohlschaufeln hindurch vermutlich jeder Seite entlang der Linie 11 befestigt. Die gesamte eine in radialer Richtung nach außen verlaufende hitzebeständige bauliche Einheit (d.h. Schaufelträger 4 Strömungsrichtung aufweisen, wobei die Luft sich plus Schaufeln 3) ist am Körper 2 am Umfang durch 60 mit dem Strom des heißen Arbeitsmittels an den Verschweißen an einem Ring 12 befestigt, welcher Schaufelspitzen 9 vereinigt. Es ist auch denkbar, daß über Bolzen von Körper 2 gehalten wird, wobei der die Verwendung von Hohlschaufeln, die sowohl am Ring aus austenitischem Metall hergestellt ist, da er Einlaß- als auch am Anslaßende geschlossen sind, ein Teil ist, der mit den heißen Gasen in Berührung von Vorteil sein kann.Each blade 3 has a U-shaped cross section into the interior of the hollow blades 3 through the holes 15 (See. Fig. 3 and 4) and consists of two similar through one, it being assumed that in operation Halves, which together along the line 8, the air flows through the slits 10 and each other are welded, namely at the lowest point of the "U". ver-Wie with the working fluid at the outlet or exhaust can be seen, the hollow blade formed in this way is the most united. The exact type of air flow is inconsistent Inlet ends closed, in that the security is predictable, and it can actually be Edges pressed together and welded at 9 turn out to be better results in practice while at the exit end the blades at 10 open 50 are achievable by using blades are, although the edges come together somewhat, which, unlike those shown, are pressed together are such that the opening 10 has only one weld at its or downstream Slot - which is narrower than the width dimension of the exit edge (i.e. at location 10) closed Blade cross-section is at its widest point. Each are while their instream or blade produced in this way (the one with the outlet edges 55, inlet edges held open by means of a slot be curved in the required manner. In such a case the air flow would is presumably on the blade carrier 4 by means of a weld seam to mung through the hollow blades attached to each side along line 11. The entire one extending outward in the radial direction Heat-resistant structural unit (i.e. blade carrier 4 have flow direction, whereby the air plus blades 3) is on the body 2 on the circumference through 60 with the flow of the hot working fluid to the Welding attached to a ring 12 which unites blade tips 9. It is also conceivable that is held by bolts of body 2, the use of hollow blades, which are both on Ring is made of austenitic metal, because the inlet and outlet ends are closed, is a part that can be beneficial in contact with the hot gases.
kommt. An der Nabe ist der Schaufelträger 4 bei 13 a 65 Fig. 5 zeigt eine doppelflutige Turbine, die tat-comes. On the hub is the blade carrier 4 at 13 a 65 Fig. 5 shows a double-flow turbine, the actual
an einem Ring 13 angeschweißt, welcher über Bolzen sächlich aus zwei Läufern gemäß demjenigen nachwelded to a ring 13, which by means of bolts consists of two runners according to the one after
vom Körper 2 gehalten wird, und er ist außerdem bei Fig. 1, Rücken an Rücken angeordnet und mit denis held by the body 2, and it is also in Fig. 1, arranged back to back and with the
14(7. an einem Ring oder einer Scheibe 14 angeschweißt, dadurch bedingten baulichen Abänderungen, besteht,14 (7th welded to a ring or disk 14, structural modifications required as a result, consists,
welche über Bolzen vom Teil 13 gehalten werden. Die Beispielsweise sind die Scheibenkörper 2 bei 20 mitwhich are held by part 13 via bolts. For example, the disk body 2 at 20 with
Bauteile 13 und 14 können aus ferritischem Werkstoff 7° einer Passungseindrehung versehen, wobei Bolzen 21Components 13 and 14 can be made of ferritic material 7 ° with a fitting turning, with bolts 21
die beiden Körper gegeneinaniderpressen und auf einer Welle befestigen. An der einen Seite des Läufers stellen axiale Bohrungen 22 eine Verbindung mit den radialen Durchlässen 17 her. In der übrigen Hinsicht ist die bauliche Ausbildung ziemlich die gleiche wie diejenige in den Fig. 1 bis 4, wobei in Fig. 5 die gleichen Bezugszeichen für solche Bauteile verwendet worden sind, welche den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Teilen gleichen oder entsprechen.press the two bodies against each other and on one Fasten the shaft. On one side of the rotor, axial bores 22 connect to the radial passages 17 ago. In all other respects the structural design is pretty much the same as that in FIGS. 1 to 4, the same reference numerals being used in FIG. 5 for such components have been, which are the same as or correspond to the parts shown in FIGS.
Wenn auch die Erfindung hauptsächlich in der Anwendung bei zentripetalen Radial-Turbinen beschrieben worden ist, so ist sie auch beim Bau von Zentrifugal-Kompressoren anwendbar, wenn sich Umstände ergeben (beispielsweise bei Gasturbinenanlagen für chemische Prozesse), wo es erwünscht ist, heiße Gase zu komprimieren.Although the invention is mainly described in the application in centripetal radial turbines it is also applicable to the construction of centrifugal compressors if circumstances arise result (for example in gas turbine systems for chemical processes) where it is desired, hot Compress gases.
Claims (8)
Deutsche Patentschrift Nr. 594 930;
Patentanmeldung ρ 26336 I a/27 c D (bekanntgemacht am 2. 11. 1950);
schweizerische Patentschrift Nr. 227 661;
französische Patentschrift Nr. 906 225;
USA.-Patentschrift Nr. 2 283 176.Considered publications:
German Patent No. 594,930;
Patent application ρ 26336 I a / 27 c D (published on November 2, 1950);
Swiss Patent No. 227 661;
French Patent No. 906 225;
U.S. Patent No. 2,283,176.
Deutsche Patente Nr. 869 711, 858 335, 855 021.Legacy Patents Considered:
German patents No. 869 711, 858 335, 855 021.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| DE1046408B true DE1046408B (en) | 1958-12-11 |
Family
ID=9763116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DEP7093A Pending DE1046408B (en) | 1951-02-15 | 1952-02-12 | Runner for radial turbines or radial compressors, especially for gas turbine systems |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE1046408B (en) |
| GB (1) | GB705387A (en) |
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