Laufrad > Mean line design > Schaufeleigenschaften > Schaufelwinkel

Das Austrittsdreieck wird bestimmt durch die geometrischen Abmessungen des Strömungskanals und den gewählten Schaufelwinkel β2B. Da dieser Winkel in starkem Maße die Arbeitsübertragung im Laufrad beeinflusst, muss dieser sehr sorgfältig gewählt werden.

Analog zum Eintrittsdreieck unterscheiden sich die Geschwindigkeitsdreiecke in den Querschnitten 2 und 3 durch die Schaufelversperrung τ2.

Für die Bestimmung von β2B muss unbedingt beachtet werden, dass die Richtung der Relativströmung w2 am Laufradaustritt nicht mit dem Schaufelwinkel β2B übereinstimmt. Vielmehr wird der Strömungswinkel β2 aufgrund der Minderumlenkung immer kleiner als der Schaufelwinkel β2B sein. Die Differenz zwischen β2B und β2 wird als Deviationswinkel δ bezeichnet:

Der Deviationswinkel sollte 10°...14° nicht überschreiten, um erhöhte Verwirbelungsverluste durch ungleichmäßige Strömungsverteilung zu begrenzen.

Der verkleinerte Strömungswinkel β2 führt zu einer geringeren Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit cu2, die nach der Eulerschen Hauptgleichung maßgebend für die Arbeitsübertragung ist. Der Schaufelwinkel β2B muss für schaufelkongruente Strömung mit Hilfe von cu2,∞ (siehe Abbildung) berechnet werden. Das macht eine Abschätzung der Minderumlenkung notwendig.

Die Minderumlenkung kann aufgrund der Komplexität der Strömung nicht mit einfachen Mitteln berechnet werden, so dass empirische Verfahren zur Abschätzung genutzt werden. Es stehen 3 alternative Möglichkeiten zur Verfügung (nicht für Radiale Gasturbinen):

¢ GÜLICH/ WIESNER

¢ AUNGIER/ WIESNER

¢ PFLEIDERER

¢ VON BACKSTROEM

¢ Spezifische Definitionen

Der Schaufelwinkel β2B wird so groß gewählt, dass unter Beachtung der Minderumlenkung die geforderte Arbeitsübertragung gewährleistet und somit die angestrebte Förderhöhe bzw. Druckdifferenz erreicht wird.

Es existieren folgende Richtwerte für gebräuchliche Schaufelwinkel β2B in Hinblick auf optimalen Wirkungsgrad:

Pumpen	15°...45°, häufig ausgeführt 20°...27°
Ventilatoren	sollte keinesfalls 50° überschreiten
Verdichter	35°...50°, halboffene Laufräder bis 70°...90°
Turbinen	radienabhängig, siehe Sinus-Regel

Bei radialen Laufrädern - mit Ausnahme der Gas- und Francis-Turbinen - mit niedriger spezifischer Drehzahl nq ergeben sich gewöhnlich sehr ähnliche Werte für β2B auf allen Schnitten. In der Regel werden die Schaufeln dann an der Hinterkante unverwunden ausgeführt (β2B=konst.). Bei radialen Gas- und Francis-Turbinen-Laufrädern sind die Radien der Austrittskante zwischen Trag- und Deckscheibe sehr unterschiedlich, so dass die Werte für β2B auf den einzelnen Schnitten sehr verschieden sind und somit die Schaufeln stark verwunden sind.

Mögliche Warnungen

Problem	Lösungsmöglichkeiten
Trailing edge blade angle ß2 < xx°
Es treten ungewöhnlich kleine Austrittswinkel auf. Das Warn-Level kann unter Preferences: Warning level festgelegt werden.	Zu kleine Werte für den Austrittswinkel deuten auf einen zu großen Austrittsquerschnitt hin. Abmessungen an der Austrittskante sollten verkleinert werden (Hauptabmessungen).
Deviation δ (slip) between blade and flow is pretty high. (nur Pumpen, Ventilatoren, Verdichter)
Es tritt eine ungewöhnlich große Minderumlenkung (Abweichung zwischen Schaufel- und Strömungsrichtung am Austritt) auf. Zu große Minderumlenkung deutet auf eine zu starke Belastung der Schaufel hin. Das Warn-Level kann unter Preferences: Warning level festgelegt werden.	Mögliche Lösungen könnten sein: Vergrößerung des Laufraddurchmessers (Hauptabmessungen), Erhöhung der Schaufelzahl, Erhöhung der meridionalen Schaufellänge (Meridianschnittkontur), Auswahl eines anderen Minderumlenkungs-Modells
Trailing edge blade angle ßB2 > xx°.
Die Schaufelwinkel am Austritt sind ungewöhnlich groß. Das Laufrad scheint überlastet zu sein. Das Warn-Level kann unter Preferences: Warning level festgelegt werden.	Abmessungen an der Austrittskante (Hauptabmessungen) bzw. slip coefficient γ sollten vergrößert werden.
A reasonable thermodynamic state could not be calculated @TE. Consider change of blade angles or thickness, main dimensions or global setup. [nur Verdichter und Gasturbinen]
Die Geometrie gestattet nicht die Ausbildung eines physikalisch validen Zustands. Z.B. kann der Massenstrom zu hoch sein.	Anpassen der Schaufelwinkel der Hinterkante oder der dortigen Schaufeldicke oder der Hauptabmessungen oder des Auslegungspunktes (z.B. Massenstrom oder Eintrittsrandbedingungen).
Calculation of TE blade angles not possible. Change blade shape or blade angles or inlet/outlet diameters.
Die Kombination aus Einstellungen im Global Setup, Hauptabmessungen und Schaufelform erlaubt nicht die Berechnung der Schaufelwinkel. Es gibt keine Schaufelwinkel, die die erwähnten Bedingungen erfüllen.	Anpassen der Hauptabmessungen oder des Global setups (z.B. Massenstrom oder Eintrittsbedingungen) oder der Schaufeleigenschaften (z.B. Schaufelform, Schaufeldicke, slip coefficient γ/ Minderleistungsmodell, Schaufelzahl).
Blade angles are not within the valid range.
Die Anwendung von CFturbo ist begrenzt auf Austrittswinkel zwischen 0° und 180°.	Die Berechnung der Schaufelwinkel ist nicht möglich (siehe unten) bzw. unpassende Eingabedaten müssen korrigiert werden.
No possibility to determine Blade angles ßB.
Die Berechnung der Schaufelwinkel ist nicht möglich.	Laufradurchmesser d2 oder Austrittsbreite b2 vergrößern bzw. slip coefficient γ erhöhen
Deviation δ (slip) between blade and flow is too high.
Die Berechnung der Minderumlenkung ergibt einen extrem großen Wert, was unrealistisch ist. Die Schaufeln sind überlastet oder ein unpassendes Minderumlenkungs-Modell wird benutzt. Das Fehler-Level kann unter Preferences: Warning level festgelegt werden.	Mögliche Lösungen könnten sein: Vergrößerung des Laufraddurchmessers (Hauptabmessungen), Erhöhung der Schaufelzahl, Erhöhung der meridionalen Schaufellänge (Meridianschnittkontur), Auswahl eines anderen Minderumlenkungs-Modells