Laufrad > Mean line design > Schaufeleigenschaften

► Impeller | Blade properties

Auf der Registerseite Blade setup werden grundlegende Eigenschaften der zu entwerfenden Schaufel festgelegt.

(1) Auswahl der gewünschten Schaufelform im Bereich Blade shape

3D Typen: Schaufel ist gekrümmt in 3D

Free-form 3D	Ruled surface 3D

Radial elements 3D	Helical 3D

2D (axial) Typen: Schaufel ist gekrümmt in 2D wenn man in axiale Richtung schaut

Free-form 2D (axial)	Circular 2D (axial)

Straight 2D (axial)	Circular + Free-form 2D (axial)

Logarithmic spiral + Straight 2D (axial)

2D (radial) Typen: Schaufel ist gekrümmt in 2D wenn man in radiale Richtung schaut

Free-form 2D (radial)	Straight 2D (radial)

Die initiale Schaufelform ist abhängig vom Maschinentyp und kann in den Impeller preferences angepasst werden.

PUMPE
Radial & Halbaxial	Free-form 3D
└ Schmutzwasser (Wastewater)	Free-form 2D (axial)
└ Barske (low nq)	Straight 2D (axial)
Axial	Free-form 3D
└ Inducer	Helical 3D (Schraubenform)
VENTILATOR
Radial & Halbaxial	Circular 2D (axial)
└ Trommelläufer	Circular 2D (axial)
Axial	Free-form 3D
VERDICHTER
Radial & Halbaxial	Ruled surface 3D (Regelflächen-Schaufel)
Axial	Free-form 3D
TURBINE
Radial & Halbaxial	Radial elements 3D (Radialfaser-Schaufel)
Axial	Free-form 3D

Nur die Free-form 3D Schaufelform bietet volle Flexibilität, alle anderen Schaufelformen sind mit Einschränkungen bezüglich Schaufelwinkel-Festlegung und Skelettlinien-Entwurf verbunden.

Im Fall von "Ruled surface 3D" und gelinkten Splitter-Schaufeln (Splitter blade linked to Main blade) kann zusätzlich eine Spezialisierung der Verlinkung vorgenommen werden. Siehe Regelflächen-Schaufel.

Einschränkungen

	Schaufelform (Blade shape)	Laufradtyp	Meridianform	Zwischenschaufeln (Splitter blades)
3D	Free-form 3D	(keine Einschränkungen)
	Ruled surface 3D
	Radial elements 3D
	Helical 3D	nur axiale Laufräder		nicht verfügbar
2D (axial)	Free-form 2D (axial)	nur radial & halbaxiale Laufräder	nur verfügbar wenn die meridionale Richtung überwiegend radial ist: Deckscheibe muss in axialer Richtung von der Tragscheibe um mindestens 50% überlappt werden Tragscheibe darf im Bereich der Schaufel keinen axialen Anteil haben
	Circular 2D (axial)
	Straight 2D (axial)
	Circular + Free-form 2D (axial)			nicht verfügbar
	Logarithmic spiral + Straight 2D (axial)
2D (radial)	Free-form 2D (radial)	nur axiale Laufräder	nur verfügbar wenn die Projektion der Deckscheiben-Skelettlinie in radialer Richtung (bezüglich Vorderkantenpunkt) die Tragscheiben-Fläche trifft Deckscheibe darf im Bereich der Schaufel keinen radialen Anteil haben	nicht verfügbar
	Straight 2D (radial)

(2) Festlegung der Schaufeldicken an Vorder- (Leading edge) und Hinterkante (Trailing edge) im Bereich Blade thickness s

Die Schaufeldicken sind wichtig für die Berechnung der Schaufelwinkel, da sie den Strömungskanal einengen und somit für eine Beschleunigung der Strömung sorgen.
Durch unterschiedliche Schaufeldicken auf Trag- und Deckscheibeseite kann eine Verjüngung vom Schaufelfuß zur Schaufelspitze realisiert werden. Initiale Dickenwerte basieren auf empirischen Funktionen.

2 Laufradtypen weisen spezielle Schaufeldicken auf:

•Abwasserpumpen haben sehr hohe Dickenwerte an der Vorderkante, um Ablagerungen von Feststoffen zu vermeiden (10% von d2 bei 1 Schaufel, 5% von d2 bei mehreren Schaufeln). Der Rest der Schaufel hat eine geringere Dicke von 30% bezüglich der Maximaldicke an der Vorderkante.

•Inducer-Pumpen haben sehr geringe Dickenwerte an der Vorderkante, um die Saugfähigkeit zu erhöhen: 6%...10% der normalen Schaufeldicke.

Blockage mode
Grundsätzlich ist es umstritten, ob die Versperrungswirkung der Schaufeldicke bei der Berechnung der Schaufelwinkel berücksichtigt wird oder nicht. Genau an der Schaufelkante ist die Schaufeldicke wegen der Abrundung gleich 0. Unmittelbar hinter der Vorderkante (oder vor der Hinterkante) der Schaufel wird die Strömung in einer bestimmten Art versperrt. Diese Versperrung hängt von der Schaufeldicke, den Schaufelwinkeln und der Schaufelwinkelverteilung ab und ist damit ein relativ komplexes geometrisches Problem. Man kann die Versperrung durch folgendene Modi berücksichtigen:

•Tangential: Schaufeldicke wird tangential projiziert σ = s / sin(βBl)

•Orthogonal: Schaufeldicke wird nicht projiziert σ = s

•None: Schaufeldicke wird nicht berücksichtigt σ = 0

Diese Optionen haben Einfluss auf die Berechnung der meridionalen Geschwindigkeitskomponente cm und damit auf die Schaufelwinkel Berechnung, wenn Calculate βB betätigt wird, oder wenn die Checkbox Automatic aktiviert ist. Darüber hinaus beeinflussen sie auch die Meridianströmungs-Berechnung.

(3) Angabe des Incidence-Winkels an der Vorderkante (Abweichung von stoßfreier Zuströmung) im Bereich ß1: Incidence

Pumpe, Ventilator, Verdichter		Turbine
aus Verhältnis Q für stoßfreie Zuströmung / Q für max. Wirkungsgrad		vollautomatisch durch eine von Aungier adaptierte Theorie von WIESNER
oder direkt als Incidence-Winkel i (RQ=100% bzw. i=0° entspricht stoßfreier Zuströmung)		oder direkt als Incidence Winkel i (i=0° entspricht stoßfreier Zuströmung)
oder aus Verhältnis Incidence-Winkel i / Schaufel-Winkel βB	iRel = i / βB

Für Inducer-Pumpen gibt es eine zusätzliche Überprüfung, ob bei großen Förderströmen (Überlast) der Incidence-Winkel > 1° ist, um Druckseiten-Kavitation zu verhindern.

Trommelläufer-Ventilatoren haben typischerweise hohe Incidence-Winkel, die Schaufeleintrittswinkel β1B≈ 80° zur Folge haben.

[ nur für Pumpen-, Ventilator, Verdichter-Laufräder ]

(4) Abschätzung der Minderumlenkung im Bereich β2: Slip

Folgenden Modelle zur Abschätzung der Minderumlenkung stehen zur Verfügung:

Minderumlenkungs- Theorie	Hinweise
GÜLICH/ WIESNER	geschlossenes empirisches Modell, Erweiterung der Wiesner-Theorie
AUNGIER/ WIESNER
VON BACKSTROEM	geschlossenes empirisches Modell
PFLEIDERER	Eingabe des Koeffizienten a
User-defined	manuelle Vorgabe der Winkelabweichung ß2B-ß2 bzw. des Geschwindigkeitsverhältnisses cu2/cu2,∞
Spezielle Definitionen	spezielle Modelle für den Entwurf spezieller Laufradtypen

Mit Hilfe des Schalters Show calculation details können spezifische Informationen über die βB2-Berechnung angezeigt werden.

Mögliche Warnungen

Problem	Lösungsmöglichkeiten
Blade blockage factor of ... is larger than warning level of ... at leading/ trailing edge at hub/ shroud.
Die Schaufeldicke s versperrte einen erheblichen Anteil des Strömungskanals u = πd/ Schaufelzahl. Der Versperrungsfaktor wirr berechnet als F = s / u.	Schaufelzahl und/ oder Schaufeldicke reduzieren.
Blade blockage factor of ... is outside the valid range of 0...1 at leading/ trailing edge at hub/ shroud.
Die Schaufeldicke versperrte den Strömungskanal vollständig.	Schaufelzahl und/ oder Schaufeldicke reduzieren.
Blade number different than initially defined. [nur für Abwasserpumpen]
Die Schaufelzahl unterscheidet sich von der initial ausgewählten, die für empirische Parameter während der Berechnung der Hauptabmessungen benutzt wurde. Dies kann zu einem inkonsistenten Laufrad-Entwurf führen.	Es macht keinen Sinn, unterschiedliche Schaufelzahlen für die Berechnung der Hauptabmessungen und den eigentlichen Schaufelentwurf zu benutzen. Bevor hier die Anzahl der Schaufeln verändert wird, sollte man die Schaufelzahl in den Hauptabmessungen anpassen, die empirischen Parameter und die Hauptabmessungen aktualisieren.
Mean lines (except hub) may be extrapolated. (nur "Free-form 2D" Schaufelform)
Die Skelettlinie auf der Tragscheibe wird als Master-Kurve bei "Free-form 2D"-Schaufelformen angesehen. Für diese Schaufelform wird die Geometrie aller anderen Skelettlinien automatisch so angepasst, dass sie die Tragscheiben-Skelettlinie exakt überdecken, wenn man in z-Richtung auf das Laufrad schaut. Dadurch ist die resultierende Schaufelform zweidimensional. Wenn die anderen Kurven Punkte auf größeren/ kleineren Radien an der Austrittskante/ Eintrittskante im Vergleich zum letzten/ ersten Tragscheiben-Punkt haben, so müssen diese Kurven extrapoliert werden.	Für 2D-Schaufelformen sollte man achsparallele (konst. Radius) oder nur leicht geneigte meridionale Kanten entwerfen. Eintrittskante: Der Deckscheibenpunkt sollte einen größeren Radius als der Tragscheibenpunkt haben. Austrittskante: Der Deckscheibenpunkt sollte einen kleineren Radius als der Tragscheibenpunkt haben.
Blade shape [Radial Elements 3D]: requires the maximum Z-extension of the meridional blade area to be defined on the Hub.
Die Skelettlinie auf der Tragscheibe wird als Master-Kurve bei "Radial elements 3D"-Schaufelformen angesehen. Für diese Schaufelform wird die Geometrie aller anderen Skelettlinien automatisch so angepasst, dass eine Schaufel bestehend aus Radialfasern entsteht. Dadurch ist die resultierende Schaufelform dreidimensional. Wenn die anderen Kurven Punkte mit kleineren/größeren z-Werten an der Eintrittskante/Austrittskante im Vergleich zum ersten/letzten Tragscheiben-Punkt haben, so müssten diese Kurven extrapoliert werden. Die entstehenden Flächen werden in diesem Bereich eine schlechte Qualität haben.	Für Radialfaserschaufelform sollte man radiale (konst. axiale Position) oder geneigte meridionale Kanten entwerfen. Eintrittskante: Die Eintrittskante an der Deckscheibe sollte eine größere axiale Position haben als an der Tragscheibe. Austrittskante: Die Austrittskante an der Deckscheibe sollte eine kleinere axiale Position haben als an der Tragscheibe.
"Ruled surface" blades may export low quality surfaces when using two mean lines only. (nur für "Ruled surface 3D" Schaufelform)
Bei Laufräder mit Splittern kann es zu welligen Schaufelflächen kommen, wenn nur 2 Profilschnitte verwendet werden.	Die Anzahl der Profilschnitte erhöhen (Seite "Blade angles").
"Straight 2D (axial)" blades not possible for selected combination of meridional leading edge contour and blade angle.
Die Skelettlinie auf der Tragscheibe wird als Master-Kurve angesehen. Alle anderen Skelettlinien passen sich automatisch an, so dass sie die Tragscheiben-Skelettlinie exakt überdecken, wenn man in z-Richtung auf das Laufrad schaut. Sollten sich die weiteren Skelettlinien darüber hinaus erstrecken, werden diese automatisch extrapoliert. Bei bestimmten Kombinationen von meridionaler Eintrittskante und Schaufelwinkel βB1 ist eine Extrapolation nicht möglich.	Eintrittskante: Der Punkt auf der Deckscheibe sollte zu einem größeren Radius hin verschoben werden. βB1: Der Schaufelwinkel an der Eintrittskante sollte vergrößert werden.
"Circular + Free-form 2D (axial)" blades not possible for selected distance and angle combination.
Die Konstruktion für die gegebenen Parameter ist nicht möglich. Aus diesem Grund ist die Berechnung der Schaufel blockiert.	αLE oder aLE sollte angepasst werden. Weitere Informationen über die Parameter sind unter Zusammengesetzte Schaufelformen zu finden.
Extrapolation of "Circular + Free-form 2D (axial)" blades not possible for secondary spans.
Der kleinste innere Radius für die Spans ist durch den Kreisbogen des Schaufeltyps bestimmt, welcher unter anderem durch α3 und a3 definiert ist.	Die Extrapolation sollte durch eine Anpassung der meridionalen Vorderkante reduziert werden. Darüber hinaus kann eine Änderung der Parameter des Schaufeltyps zu gültigen Konfigurationen führen. Weitere Informationen über die Parameter sind unter Zusammengesetzte Schaufelformen zu finden.
"Straight 2D (axial)" blades not possible for selected combination of meridional trailing edge contour and blade angle.
Der Schaufelwinkel ist zu klein oder zu groß gewählt, so dass dadurch der Schaufelentwurf für die gerade Schaufelform unmöglich wird.	Austrittskante: Die Kante sollte zu einem größeren Radius hin verschoben werden. αLE/βLE: Der Schaufelwinkel an der Austrittskante sollte vergrößert werden.
"Straight 2D (radial)" blades not possible for selected combination of meridional leading edge contour and blade angle Blade angles not within a valid range.
Die Projektion der Entwurfs-Skelettlinie auf die anderen Stromflächen schlägt für den Schaufeltyp fehl.	Der Schaufelwinkel muss im gültigen Bereich liegen.