DE2731289A1 - Gestaltung des schmutzgaseinlasses fuer einen zyklonabscheider - Google Patents

Description

Α. GRUNECKER

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K. SCHUMANN

P. H. JAKOB

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8 MÜNCHEN 22

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11. Juli 1977 P 11 715

AMERICAN AIR FILTER COMPANY, INC.

Central Avenue, Louisville, Kentucky 40201, USA

Gestaltung des Schmutzgaseinlasses für einen
Zyklonabscheider

Die Erfindung bezieht sich auf die Gasabscheidung und insbesondere auf die Gestaltung des Schmutzgaseinlasses für einen Zyklonabscheider für teilchenförmige Materie enthaltendes Gas.

Zyklonabscheider weisen gewöhnlich ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse mit an einem Ende vorgesehenem Schmutzgaseinlass auf. Der Schmutzgaseinlass besitzt eine Einrichtung, um den eintretenden Schmutzgasstrom in eine Dreh- oder Wirbelbewegung zu versetzen, so dass das teilchenförmige Material Zentrifugalkräften unterworfen wird. Desweiteren weisen

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Zyklonabscheider eine Einrichtung auf, um den gereinigten Gasstrom aus dem Gehäuse durch einen Gasauslass zu führen, während die abgeschiedene teilchenförmige Substanz das Gehäuse über einen gesonderten Auslass verlässt.

Der Zentrifugaleffekt auf den durch den Abscheider fliessenden Schmutzgasstrom ist eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit. Daher ist es wichtig, die angemessene Strömungsgeschwindigkeit des Schmutzgases unabhängig von dem Durchsatzvolumen an in den Abscheider gelangende Schmutzgase aufrecht zu erhalten. Eine Möglichkeit diese Aufgabe zu erfüllen besteht darin, die Querschnittsfläche des Schmutzgaseinlasses in den Abscheider zu verändern.

Eine bekannte Vorrichtung mit Mitteln zur Einstellung der Querschnittsfläche des Schmutzgaseinlasses ist in der US-Patentschrift 3 707 830 erwähnt. Diese Vorrichtung schafft ein zylindrisches Gasabscheidergehäuse mit einem konisch gestalteten konvergierenden Einlassende und einer zylindrischen Führungsschaufel, die axial in dem konischen Einlassende versetzbar angeordnet ist, wobei sich eine Vielzahl von Gasleitschaufeln vom (Anfang des zylindrischen führenden Schaufelkörpers erstreckt. Zur Anpassung an niedrige Schmutzgasdurchsatzvolumina wird der zylindrische Körper weiter in den konvergierenden Schmutzgaseinlass axial geschoben, so dass die Geschwindigkeit des durch die kreisförmige Fläche gelangenden Gasstromes bei einem bestimmten Wert bleibt. In gleicher Weise wird zur Anpassung an höhere Schmutzgasdurchsatzvolumina der zylindrische Schaufelkörper axial aus dem konvergierenden konischen Gehäuseeinlass herausbewegt, was zu einer Vergrösserung der kreisförmigen Fläche führt und daher die Geschwindigkeit des durch die kreisförmige Fläche gelangenden Gasstromes auf dem bestimmten Wert gehalten werden kann.

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Diese Vorrichtung weist jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Da der zylindrische führende Schaufelkörper axial aus dem konischen Gehäuseauslass verschiebbar ist, entsteht zwischen den freien Enden der Gasleitschaufeln und der Wand des konischen konvergierenden Gehäuseeinlasses ein Raum. Der durch diesen Raum in den Abscheider gelangende SchmutE-gasstrom erfährt keine Verwirbelung. Ferner wird der Teil des Schmutzgasstromes, der durch diesen Raum strömt, durch den konischen konvergierenden Einlass zur Mitte des Abscheidergehäuses abgelenkt. Da Zyklonabscheider die Aufgabe haben, die teilchenförmige Substanz durch Zentrifugalwirkung aus dem Gasstrom in Richtung auf die Wand des Abscheidergehäuses zu schleudern,bringen wenigstens diese beiden Gegebenheiten keinen Beitrag zu der gewünschten Funktion des Abscheiders. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung liegt darin, dass die sichere Befestigung des führenden Schaufelkörpers als auch die Schaffung einer axialenBewegungsmöglichkeit desselben in dem konischen konvergierenden Einlass schwierig ist. Die sichere Befestigung des Schaufelkörpers ist deshalb wichtig, da zwischen dem Schaufelkörper und der Wand des konische^ Einlasses ein gleichförmiger Ringraum eingehalten werden muss. Daher ist der Aufbau und der erforderliche Mechanismus zum sicheren Halt und zur axialen Bewegung des Schaufelkörpers in und aus dem konischen Gehäuseeinlass relativ kompliziert und teuer. Die Befestigungskonstruktion und der Mechanismus werden noch komplizierter, wenn eine Vielzahl von solchen Abscheidern zur Bildung einer Abscheiderreihe miteinander verbunden wird, wie dies bei der Reinigung von grossen Luftvolumina üblich ist.

In Anbetracht der vorgenannten Nachteile der bekannten Einlassgestaltung für Zyklonabscheider zum Abscheiden von teilchenförmiger

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Substanz aus Gas, wird durch die Erfindung eine Lösung geschaffen,die unkompliziert ist und sowohl bei der Herstellung als auch Wartung geringe Kosten verursacht.

Insbesondere wird durch die Erfindung eine Schmutzgas-Einlassgestaltung für einen Zyklonabscheider für teilchenförmige Substanz enthaltendes Gas geschaffen, die aufweist: eine Einrichtung, die einen äusseren, ringförmigen konvergierenden Schacht bildet, um einen Schmutzgasstrom in den Abscheider zu leiten und zu beschleunigen, eine einen inneren ringförmigen konvergierenden Schacht bildende Einrichtung, die konzentrisch in dem äusseren ringförmigen konvergierenden Schacht angeordnet ist und einen Schmutzgasstrom in den Abscheider leitet und beschleunigt, und einedie Gasströmung ausrichtende Einrichtung, die in dem äusseren ringförmigen Schacht angeordnet ist, um den durch den äusseren ringförmigen Schacht in den Abscheider fliessenden Gasstrom in eine Wirbelbewegung zu versetzen.

Zusammengefasst wird durch die Erfindung eine Schmutzgaseinlassgestaltung für einen Zyklonabscheider mit zwei ringförmigen konzentrisch angeordneten konvergierenden Schmutzgasschächten geschaffen. Der äussere ringförmige Schacht besitzt eine Vielzahl von den Gasfluss ausrichtenden Schaufeln, die in dem äusseren Schacht so angeordnet sind, dass sie den Schmutzgasstrom,der in den Abscheider durch den äusseren ringförmigen Schacht von der Aussenseite des Abscheiders gelangt, in eine Dreh- oder Wirbelbewegung versetzen. Der innere ringförmige Schacht besitzt einen einstellbaren Schmutzgaseinlass, um das in den Abscheider durch den inneren ringförmigen Schacht von der Aussenseite des Abscheiders gelangende Schmutzgasdurchsatzvolumen zu verändern. Die aus dem äusseren

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und inneren ringförmigen konvergierenden Schacht austretenden Schrautzgasströme werden in einer ringförmigen Mischkammer miteinander vermischt, die abstromseitig von äusserem und innerem ringförmigen Schacht und koaxial dazu angeordnet ist. Während des Vermischens verleiht der verwirbelte Gasstrom aus dem äusseren Schacht dem Schmutzgasstrom aus dem inneren ringförmigen Schacht eine Wirbelbewegung. Der vermischte verwirbelte Gasstrom tritt dann aus der ringförmigen Mischkammer aus und bewegt sich im Gasabscheider zur weiteren Behandlung, d.h. zur Abscheidung von teilchenförmiger Substanz in Abstromrichtung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der Zeichnung gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht von einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine Vorderansicht von einem Bauteil der Erfindung,

Fig. 4 eine Seitenansicht von einem weiteren Bauteil der Erfindung, und

Fig. 5 eine Vorderansicht von noch einem weiteren Bauteil der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Teil von einem Abscheider für in einem Gas enthaltene teilchenförmige Materie nach Bauart eines

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Zyklons. Der Abscheider weist ein zylindrisches Gehäuse 10 mit einem offenen Einlassende, welches das allgemeine Bezugszeichen 12 trägt, auf, und dieses Einlassende dient der Einführung von einem zu reinigenden verschmutzten Gasstrom. Eine hohle, grundsätzlich glockenförmig gestaltete Nabe 14 ist konzentrisch in dem offenen Einlassende 12 für den verschmutzten Gasstrom angeordnet. Die Seitenwand 16 der Nabe 14 befindet sich in radialem Abstand von der Wand des Gehäuses 10 und wirkt mit dieser dergestalt zusammen, dass ein äusserer ringförmiger konvergierender Schacht 18 gebildet wird. Ein glockenförmiger Körper 20 ist weiter konzentrisch in der hohlen Nabe 14 angeordnet, wobei seine Seitenwand 22 in radialem Abstand von der Wand 16 der Nabe 14 steht, so dass dazwischen ein innerer ringförmiger konvergierender Schacht 24 vorliegt.

Wie dargestellt, ist die Nabe 14 ein Kegelstumpf mit einem teilweise geschlossenen Verjüngungsende, das eine aufstromseitige Stirnfläche 26 mit einer Vielzahl von Einlassöffnungen 28 (vgl. Fig. 5) für das verschmutzte Gas bildet, die in der Stirnfläche in kreisförmiger Aneinanderreihung ausgebildet sind. Eine mit einer gleichen Anzahl an öffnungen 32 (vgl. Fig. 3), die ebenfalls in einer kreisförmigen Aneinanderreihung vorgesehen sind, ausgebildete einlasseitige Drosselplatte 30 ist anliegend an die aufstromseitige Fläche 26 der Nabe 14 angeordnet. Die Drosselplatte 30 ist drehbar an der aufstromseitigen Stirnfläche 26 der Nabe 14, mittels beispielsweise einer Schraubenmutteranordnung 34, befestigt. Die Mutter der Anordnung 34 ragt durch geeignete, die Schraube aufnehmende Bohrungen 36 und 38, welche in der aufstromseitigen Fläche 26 der Nabe 14 bzw. in der Platte 30 ausgebildet sind. Die Drosselplatte 30 lässt sich daher gezielt verdrehen, so dass die in ihr ausgebildeten öffnungen 32 in und aus einer

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ausgerichteten Lage zu den öffnungen 28 in der aufstromseitigen Fläche 26 der Nabe 14 kommen. Die bewegliche Drosselplatte 30 mit ihren öffnungen 32 stellt zusammen mit der aufstromseitigen Fläche 26 und deren öffnungen 28 eine einfache jedoch wirksame Einrichtung dar, um den Durchsatz an verschmutztem Gasstrom durch den inneren kreisförmigen konvergierenden Schacht 24 zu verändern.

Der glockenförmige Körper 20 ist, wie dargestellt, ein Konus und mit seinem Scheitel 40 an der Abstromseite der aufstromseitigen Fläche 26 mittels der Mutter-und Schraubenanordnung 34 befestigt. Dabei erstreckt sich die Schraube durch eine geeignete in der Scheitelfläche 40 ausgebildete Bohrung 42. Der konische Körper 20 ragt axial in Abstromrichtung um eine bestimmte Wegstrecke über die glockenförmige Nabe 14 hinaus. Der Teil der Seitenwand 22 des Körpers 20, der über die Nabe 14 hinausragt, befindet sich in Abstand von der Wand des Gehäuses 10, so dass zwischen dem Seitenwandbereich 20 und der Wand des Gehäuses 10 ein ringförmiger Mischschacht 44 gebildet ist. Der Körper 20 weist ferner einen zylindrischen Flansch 46 auf, der sich abstromseitig vom Umfang der Basis des Körpers 20 erstreckt und den ringförmigen Mischschacht 44 verlängert, ohne dass eine weitere Konvergenz in Richtung auf die Wand des Gehäuses 10 vorliegt.

Die Strömung an verschmutztem Gas leitende Einrichtungen, wie z.B. eine Vielzahl von gekrümmten Leitschaufeln 48, sind in dem äusseren ringförmigen konvergierenden Schacht 18 angeordnet. Die Schaufeln 48 erstrecken sich zwischen der Seitenwand 16 der Nabe 14 und der benachbarten Wand des Gehäuses 10. Jede Schaufel 48 ist an einer Kante mit der Wand 16 der Nabe 14 und mit ihrer gegenüberliegenden Kante mit der Wand des Gehäuses 10 verbunden. In Fig. 1 ist das Mittel zum Verbinden

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der Schaufeln 48 mit der Wand der Nabe 14 und des Gehäuses 10 in Form einer Heftschweissung 50 wiedergegeben. Es können jedoch irgendwelche andere konventionelle oder zweckmässige Befestigungsmittel verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine etwas modifizierte Einlasskonfiguration, die . der Einlasskonfiguration nach Fig. 1

entspricht, sich jedoch von dieser dadurch unterscheidet, dass das Abscheidergehäuse 10 ein offenes Einlassende aufweist, das einen konvergierenden konisch geformten Einlassbereich 52 hat und nicht wie bei Fig. 1 in Form eines durchgehenden Zylinders ausgebildet ist.

Beim Betrieb gelangt ein zu reinigendes Gas in den Abscheider über den äusseren ringförmigen konvergierenden Schacht 18 (wie durch die Pfeile "A" angedeutet) und ein ausgewähltes Volumen in den inneren kreisförmigen konvergierenden Schacht 24 (wie durch den Pfeil "B" angedeutet). Das durch den äusseren Schacht 18 strömende Gas wird aufgrund der Konvergenz des Schachtes 18 beschleunigt und gleichzeitig aus dem im wesentlichen geradlinigen Bewegungsweg durch die ausrichtenden im äusseren Schacht 18 angeordneten Schaufeln in eine Wirbelbewegung versetzt. Der verwirbelte Schmutzgasstrom wird nachfolgend von dem äusseren Schacht 18 in den ringförmigen Mischschacht 44 (angedeutet durch den Pfeil ¹¹C") abgegeben. Gleichzeitig wird das ausgewählte Volumen an zu reinigendem Schmutzgas, das in den Abscheider durch die offenen öffnungen 28 in der aufstromseitigen Stirnfläche 26 der Nabe 14 und in den inneren ringförmigen konvergierenden Schacht 24 eintritt, ebenfalls aufgrund der Konvergenz der inneren Kammer 24 beschleunigt. Wegen der Konstruktion des inneren ringförmigen konvergierenden Schachtes 24 zwischen der Wand 16 der Nabe 14 und der Wand des Körpers 20, gibt der innere

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Schacht 24 notwendigerweise das dadurch strömende Schmutzgas in den Mischschacht 44 längs einer nach aussen auf die Wand des Gehäuses 10 weisenden Richtung und in den verwirbelten Schmutzgasstrom ab, der aus dem äusseren Schacht 18 austritt (vgl. Pfeil "D"). Wenn die Gase in den Mischschacht 44 gelangen, trifft das von dem inneren Schacht 24 austretende Schmutzgas auf das verwirbelte aus dem äusseren Schacht 24 austretende Gas, so dass diese Gase sich miteinander, vermischen. Aufgrund von Reibung versetzt das verwirbelte Gas von dem äusseren Schacht 14 das Gas aus dem inneren Schacht 24 in eine ähnliche Wirbelbewegung. Das nunmehr homogene verwirbelte Gas verlässt die Mischkammer 44 (angedeutet durch den Pfeil "E") und wird abstromseitig im Abscheider weiter-behandelt, indem teilchenförmiges Material aus dem Gas durch irgendeine bekannte zweckmässige oder noch zu erfindende Einrichtung abgeschieden wird.

Das in den inneren Schacht 24 eintretende Gasdurchsatzvolumen lässt sich gezielt und stufenlos von Null bis auf einen bestimmten Maximalwert verändern, der eine Funktion der Querschnittsfläche der öffnungen 28 in der aufstromseitigen Stirnfläche 26 der Nabe 14 ist. Um das in den inneren Schacht 24 gelangende Gasdurchsatzvolumen einzustellen, wird die einlasseitige Drosselplatte 30 um die Achse der Schraube gedreht, so dass die öffnungen 32 in der Platte in und aus einer ausgerichteten Lage zu den öffnungen 28 in der aufstromseitigen Fläche der Nabe 14 gelangen, bis das gewünschte Gasdurchsatzvolumen durch die öffnungen 28 erreicht ist. Um die gesamte Gasströmung in den inneren Schacht 24 abzusperren, wird die einlassseitige Drosselplatte 30 natürlich so eingestellt, dass die öffnungen 28 vollständig aus einer ausgerichteten Lage zu den öffnungen 26 kommen.

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Die vorausgehende detaillierte Beschreibung dient primär einem klaren Verständnis der Erfindung und stellt keine unnötige Einschränkung derselben dar, da Modifikationen anhand der gegebenen Lehre vom Fachmann ohne weiteres vorgenommen werden können, ohne dass hierdurch vom Wesen und Schutzbereich der Erfindung abgewichen wird.

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Claims (11)

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER an. imo 2731289 S„K1NKELDEY W. STOCKMAIR Ot-NQ JUEICMJKH K. SCHUMANN P. H. JAKOB α«, »β G. BEZOLO 8 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRAS9· 43 P 11 715 PATENTANSPRÜCHE

1. Gestaltung des Schmutzgaseinlasses für einen Zyklonabscheider für teilchenförmige Materie enthaltendes Gas, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (10, 14), die einen äusseren ringförmigen Schacht (18) bildet, der von der Aussenseite zum Inneren des Abscheiders konvergiert und einen ersten Schmutzgasstrom in den Abscheider leitet und beschleunigt;

eine Einrichtung (14, 20), die einen inneren ringförmigen Schacht (24) bildet, der konzentrisch zum äusseren Schacht (18) angeordnet ist und von der Aussenseite ins Innere des Abscheiders konvergiert und einen zweiten Schmutzgasstrom

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TELEFON (OSO) 23 28 09 TELEX 06 20360 TELEGRAMME MONAPAT IELEKORIERSf?

ORIGINAL INSPECTED

in die Beschleunigungseinrichtung leitet, sowie den zweiten Schirmtzgasstrom beschleunigt; und

eine im äusseren ringförmigen Schacht angeordnete, den Gasstrom ausrichtende Einrichtung (48) , die den ersten durch den äusseren Schacht von der Aussenseite ins Innere des Abscheiders sich bewegenden Gasstrom in eine Wirbelbewegung versetzt.

2. Einlassgestaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum einstellbaren Verändern des Durchsatzvolumens des zweiten Schmutzgasstromes durch den inneren ringförmigen Schacht (24).

3. Einlassgestaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die einen inneren Mischschacht (44) für das Schmutzgas bildet, der koaxial zum äusseren ringförmigen Schacht (18) und inneren ringförmigen Schacht (24) angeordnet ist und sich abstromseitig der Auslassenden von äusserem Schacht und innerem Schacht befindet, um die sowohl vom äusseren als auch inneren Schacht austretenden Schmutzgasströme aufzunehmen, so dass der erste aus dem äusseren Schacht austretende und der zweite aus dem inneren Schacht austretende Gasstrom miteinander vermischt werden.

4. Einlassgestaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die den äusseren ringförmigen konvergierenden Schacht (18) bildende Einrichtung aufweist:

das Gehäuse (10) des Abscheiders mit einem offenen Einlassende (12) für den Eintritt eines Schmutzgasstromes und eine

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hohle im wesentlichen glockenförmig gestaltete Nabe (14), die koaxial im offenen Einlassende des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Seitenwand der glockenförmigen Nabe in radialem Abstand von der Gehäusewand steht und auf diese Weise der äussere ringförmige konvergierende Schacht gebildet wird.

5. Einlassgestaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den inneren ringförmigen konvergierenden Schacht (24) bildende Einrichtung aufweist:

einen im wesentlichen glockenförmig gestalteten Körper (20) der konzentrisch in der hohlen Nabe (14) angeordnet ist, wobei die Seitenwand des glockenförmigen Körpers in radialem Abstand von der Wand der Nabe steht, so dass der innere ringförmige konvergierende Schacht zwischen der Seitenwand der Nabe und der Seitenwand des glockenförmigen Körpers gebildet ist.

6. Einlassgestaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass sich der glockenförmige Körper (20) abstromseitig in Axialrichtung über eine bestimmte Weglänge über die glockenförmige Nabe (14) hinaus erstreckt, wobei die Wand des verlängerten Teils des glockenförmigen Körpers in radialem Abstand von den Wänden des Abscheiders steht, so dass dazwischen die ringförmige Mischkammer

(44) gebildet ist.

7. Einlassgestaltung nach Anspruch 6,. dadurch gekennzeichnet , dass der verlängerte Teil des glockenförmigen Körpers (20) einen zylindrischen Flansch (46) aufweist, der vom Umfang der Basis des glockenförmigen Körpers abstromseitig absteht.

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8. Einlassgestaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmige Körper (20) ein Konus ist.

9. Einlassgestaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung zum einstellbaren Verändern des Durchsatzvolumens für den durch den inneren kreisförmigen konvergierenden Schacht (24) gelangenden Schmutzgasstromes aufweist:

eine aufstromseitige Fläche (26) an der hohlen glockenförmigen Nabe (14) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten,Einlassöffnungen (28) für das Schmutzgas und eine einlasseitige Drosselplatte (30) mit einer gleichen Anzahl öffnungen (32), wobei die Einlassplatte anliegend an die aufstromseitige Fläche der Nabe angeordnet und an der Nabe beweglich befestigt ist, so dass die öffnungen in der Platte gezielt in und aus einer ausgerichteten Lage zu den Schmutzgaseinlassöffnungen in der aufstromseitigen Fläche der Nabe bewegbar sind.

10. Einlassgestaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass die öffnungen (28) in der aufstromseitigen Fläche (26) der Nabe (14) in einer kreisförmigen Aneinanderreihung angeordnet sind, die öffnungen (32) in der Drosselplatte (30) in einer kreisförmigen Aneinanderreihung angeordnet sind, die der kreisförmigen Aneinanderreihung der öffnungen In der aufstromseitigen Fläche der Nabe entspricht,und die Drosselplatte (30) an der Aufstromseite der aufstromseitigen Fläche der Nabe drehbar befestigt ist.

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11. Einlassgestaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Gasstrom ausrichtende Einrichtung eine Vielzahl von gekrümmten Schaufeln (48) umfasst.

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