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► IMPELLER | Blade mean lines 
Der Entwurf der Schaufelskelettlinien (Schaufelspuren) erfolgt auf der Anzahl von Meridianstromflächen, die in den Schaufel-Eigenschaften festgelegt worden sind.
Je nach gewählter Schaufelform (siehe Schaufel-Eigenschaften) wird die Gestaltung der Schaufelskelettlinien mehr oder weniger eingeschränkt.
Die Beschaufelung eines Laufrades stellt ein Verzögerungsgitter für die Relativgeschwindigkeit dar und ist daher ablösegefährdet. Demnach ist auf eine gleichmäßige Richtungsänderung der Strömung und einen möglichst stetigen Querschnittsverlauf der Strömungskanäle zu achten.
Die Darstellung der Zwischenschaufeln erfolgt auf einer separaten Registerkarte (Splitter blade).
Die zur Verfügung stehenden Gestaltungsmöglichkeiten hängen davon ab, ob eine Kopplung zwischen Haupt- und Zwischenschaufel in den Blade properties aktiviert wurde. Ist dort Splitter blade linked to Main blade aktiviert worden, so entspricht die Zwischenschaufel einer verkürzten Hauptschaufel. Die Schaufelwinkel βB ergeben sich automatisch durch die Werte der Hauptschaufel auf den entsprechenden Radien, ebenso die Umschlingung Δφ.
Die relative Startposition der Schaufel zwischen den benachbarten Hauptschaufeln kann verändert werden. Im Falle der gekoppelten Zwischenschaufel ist nur ein einzelner Wert einstellbar, wohingegen bei ungekoppelten Zwischenschaufeln die volle Flexibilität verfügbar ist.
Falls keine Kopplung zwischen Haupt- und Zwischenschaufeln gewählt wurde, sind die Zwischenschaufeln frei gestaltbar.
Weitere Schaufel-Informationen werden zur Kontrolle des Entwurfs und zur Information in Tabellen und Diagrammen dargestellt:
¢ Siehe Zusätzliche Darstellungen
Die derzeit möglichen Modi zur Gestaltung der Schaufelskelettlinien:
¢ Siehe Design mode
Um eine stetige Veränderung der Schaufelspuren und damit der Schaufelfläche quer zur Strömungsrichtung zu erzwingen, werden die zusammengehörigen Punkte eines jeden Schnittes durch eine Verbindungsgerade linear gekoppelt. Wird diese Option deaktiviert, so können die einzelnen Skelettlinien inklusive der einzelnen Umschlingungswinkel Δφ vollkommen unabhängig voneinander verändert werden.
Ist die lineare Kopplung aktiv, so kann die Verbindungsgerade verschoben und gedreht werden. Die Bezierpunkte der einzelnen Skelettlinien werden dementsprechend verschoben und damit alle Profile gleichmäßig verändert. Wird ein Punkt der inneren Schnitte ausgewählt, so kann die gesamte Verbindungsgerade verschoben werden.
Der aktuelle mittlere Umschlingungswinkel aller Skelettlinien wird angegeben. Wenn design mode = conformal mapping, kann dieser Wert verändert oder auf den Standardwert zurückgesetzt werden, wodurch ein gemeinsamer Wert für alle Skelettlinien genutzt wird. In der Tabelle werden die Umschlingungswinkel Δφ aller Skelettlinien dargestellt.
Die Stacking-Position ist die Relativposition, an der die Skelettlinie aufgefädelt ist. Sie kann nur für Schaufeln gesetzt werden, die mehr als 1 aktive Skelettlinie haben, d.h. Schaufeln mit der Form Freeform 3D oder Ruled surface 3D. Wenn design mode = conformal mapping, ist die Stacking-Position Null und kann gegenwärtig nicht verändert werden.
Der Ort der Stacking-Kurve, an dem die Stacking-Position angewendet wird, wird durch die φ-Position bestimmt, die in der Tabelle gegeben ist. Der Ort bestimmt damit und mit der Stacking-Position die Lage von Leading edge / Trailing edge. Falls die Schaufelform es zulässt, können benutzerdefinierte Werte angegeben werden, entweder direkt in der Tabelle oder mittels des Progression Dialogs (Schalter oberhalb der Spalten).
Hier sind drei Beispiele mit geraden Stacking-Kurven dargestellt, die einen Stackingwinkel von 45° haben. Wenn jede Skelettlinie einen anderen Stackingwinkel hat, ist die Stacking-Kurve nicht linear. Die Skelettlinien sind an dieser Kurve an der entsprechenden Stacking-Position aufgefädelt.
0% = Vorderkante |
50% = Mitte |
100% = Hinterkante |
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Der rake angle α ist der Winkel zwischen meridionaler Ebene und der Vorder- bzw. Hinterkante. Die folgenden Bilder zeigen eine Schaufel mit einem rake angle von Null (links) und α = -20° (rechts).
Schaufel mit rake angle α = 0° |
Schaufel mit rake angle α = -20° |
Der rake angle ist bestimmt mit (siehe nächstes Bild):
Der Rake angle kann nur direkt gesetzt werden, wenn die Schaufelform Free-form 3D oder Ruled Surface 3D ist. Im Fall von Design mode = conformal mapping können beide Winkel an Vorder- und Hinterkante gesetzt werden. Für die anderen Design Modi ist der Winkel nur an einer Kante definierbar. Der Rake angle an der anderen Kante ergibt sich aus der geometrischen Beschreibung der Skelettlinie.
Problem |
Lösungsmöglichkeiten |
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Blade angles and blade extensions could lead to unusual blade shapes. |
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Blade angles and blade extensions could lead to non-feasible blade shapes. |
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Die Werte für die Schaufelwinkel βB1, βB2 und die meridionale und tangentiale Erstreckung der Schaufeln führen höchstwahrscheinlich zu ungewöhnlichen bzw. entarteten Schaufelformen. Um Folgeprobleme zu vermeiden, wird vor solchen Skelettlinien gewarnt bzw. sie werden vollständig blockiert. |
In diesen Fällen ist die Schaufel sehr stark gekrümmt oder hat eine S-Form. Um eine vernünftige Schaufel zu entwerfen darf der Umschlingungswinkel weder zu klein noch zu groß sein. Sie können |
ΔβB1/2 (leading/trailing edge) is higher than warning level |
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Die Differenz zwischen den Schaufelwinkeln auf den einzelnen Skelettlinien überschreitet das Warnungs-Niveau. Die resultierende Schaufel könnte stark verwunden sein. |
Die resultierende Schaufelform sollte geprüft werden und hohe Winkeldifferenzen zwischen den einzelnen Skelettlinien vermieden werden. |
ΔβB1/2 (leading/trailing edge) is higher than error level |
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Die Differenz zwischen den Schaufelwinkeln auf den einzelnen Skelettlinien überschreitet das Fehler-Niveau. Ein Schaufelentwurf basierend auf diesen Extremwerten macht keinen Sinn. |
Hohe Winkeldifferenzen zwischen den einzelnen Skelettlinien müssen vermieden werden. |
Blade calculation failed due to boundary conditions and constraints. |
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Die Projektion der Entwurfs-Skelettlinie auf die anderen Stromflächen schlägt für den Schaufeltyp fehl.
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Eine hohe Umschlingung der Schaufel sollte vermieden werden. |
Very high tangential leading edge sweep angle. |
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Die Vorderkanten-Pfeilung (tangentiale Differenz zwischen Tragscheiben- und Deckscheiben-Skelettlinie an der Vorderkante) ist sehr hoch. Das kann zu einer ungewöhnlichen oder seltsamen Schaufel führen. |
Anpassung der Schaufeleigenschaften, z.B. Schaufelwinkel. In einigen Situationen kann die Erhöhung der Anzahl der Schnitte (Spans) hilfreich sein, sofern möglich. |
Too high tangential leading edge sweep angle. |
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Die Vorderkanten-Pfeilung (tangentiale Differenz zwischen Tragscheiben- und Deckscheiben-Skelettlinie an der Vorderkante) ist zu hoch. Es ist nicht möglich eine sinnvolle Schaufel zu erzeugen. |
Anpassung der Schaufeleigenschaften, z.B. Schaufelwinkel. |
Blade edge exceeds the meridional boundaries. |
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Die Skelettlinien der inneren Schnitte (Spans) schneiden die meridionalen Grenzen an der Vorder- oder Hinterkante. Dies ist nur möglich bei Regelflächen-Schaufeln mit mehr als 2 Schnitten. |
Änderung der meridionalen Position der Vorder-/ Hinterkante oder Reduzierung der Anzahl der Schnitte (Spans) auf 2. |
Meridional extension mTE is different compared to meridional design. |
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Die aktuellen meridionalen Koordinaten (m) der Hinterkante weichen von der meridionalen Erstreckung ab, die im Entwurfsschritt "Meridianschnittkontur" definiert wurde. Dies ist in der Regel nur möglich, wenn Geometrie importiert wurde (Polylinien). |
Anpassung der importierten m,t-Kurven, um die meridionale Erstreckung zu treffen. Es ist komfortabler, den Kurvenmodus der Skelettlinien umzustellen von "Polyline" zu "Bezier curve", bevor in vorangegangenen Entwurfsschritten Änderungen vorgenommen werden. |
Blade angles βB1 and/or βB2 are different compared to blade properties. |
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Die aktuellen Schaufelwinkel weichen von denen ab, die in den Blade properties definiert wurden. Dies ist in der Regel nur möglich, wenn Geometrie importiert wurde (Polylinien). |
Überprüfung der importierten m,t- oder β-Kurven und Vergleich mit den β-Werten an Vorder- und Hinterkante. Die Werte, die sich aus der aktuellen Skelettlinien-Geometrie ergeben, werden dargestellt in "Additional views/ Informational values/ Blade angle βB". |
Overlapping of adjacent blades might be too low/ high. |
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Ungewöhliche Schaufel-Überlappung, die durch den Überlappungsfaktor F = Umschlingungswinkel Δφ/ Schaufelteilung t (t = 360°/ Schaufelzahl) definiert ist. Das min./ max. Warnungs-Level ist definiert unter Preferences: Warning level. |
Veränderung des Umschlingungswinkels φ der Schaufeln oder der Schaufelzahl (siehe Schaufelwinkel). |
Coupling partially deactivated. |
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Die Skelettlinien sind momentan nicht linear gekoppelt. Dies kann zu deformierten Schaufelflächen führen. Entweder wurde die lineare Kopplung deaktiviert oder sie ist nicht möglich wegen stark voneinander abweichender Schaufelwinkel. Die Warnung ist darauf zurückzuführen, dass für eine oder mehrere Skelettlinien der Schnittpunkt von βB2 -Linie und Kopplungslinie nicht bestimmt werden kann. Dies hat in der Regel eine der folgenden Ursachen: a)Es ist geometrisch nicht möglich, diesen Schnittpunkt zu bestimmen (näherungsweise parallele Linien). b)Der Schnittpunkt liegt nicht zwischen den Punkten der Hub- und Shroud-Skelettlinie. c)Der Schnittpunkt liegt zu dicht an den Endpunkten der Skelettlinie (näher als 5%). |
Lineare Kopplung (Coupled mean lines) aktivieren. βB2 Schaufelwinkel (siehe Schaufel-Eigenschaften)gleichmäßig verteilen. |
Curvature very high. Swirl change might not be as high as intended. |
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Eine oder mehrere Skelettlinien ändern ihre Richtung im m,t-Koordinatensystem nicht gleichmäßig genug, so dass Bereiche mit hoher Krümmung (βB-Gradient) entstehen. Die Strömung kann dieser örtlich hohen Krümmung nicht folgen und deshalb wird die Dralländerung deutlich geringer als beabsichtigt sein. Außerdem kann bei der Schaufel-Profilierung diese hakenförmige Skelettlinien-Form oftmals nicht berücksichtigt werden. |
Der Skelettlinienverlauf zwischen Vorder- und Hinterkante muss gleichmäßiger entworfen werden, durch Veränderung der Lage der inneren Kontrollpunkte bzw. des Umschlingungswinkels. Insbesondere sollte der Schaufelwinkel-Verlaug überprüft werden. Eine sehr große Abweichung von βB1 und βB2 kann die Lösung des Problems sehr erschweren und größere Umschlingungswinkel erforderlich machen. |
