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Entwurf von Laufrädern


Dem Laufrad als Kern jeder Turbomaschine kommt eine zentrale Bedeutung zu. Daher finden Sie in CFturbo sehr viel Know-How und geometrische Flexibilität in dieser Komponente.

Funktionen im Überblick

  • Alle üblichen Bauformen werden unterstützt Bereich der spezifischen Drehzahl ca. 10 (radiale Bauart) bis 400 (axiale Bauart)
  • Geschlossene und halboffene Laufräder mit beliebiger Positionierung der Ein- und Austrittskante, optional mit Zwischenschaufeln (Splitter)
  • Alternative Entwurfsverfahren für Schaufeln von Axialmaschinen nach dem Airfoil- und Meanline-Ansatz
  • Beliebige Meridianformen Flexibilität durch komplexe Konturen, mit Kontrolle von geometrischen Verläufen
  • Schaufelwinkel-Berechnung unter Vorgabe von Incidence-Winkeln und mit Abschätzung der Minderumlenkung
  • Vielfältige Schaufelformen unter Berücksichtigung von Fertigungs- oder Festigkeitsanforderungen,
    mit Kontrolle des Schaufelwinkel-Verlaufes
  • Flexible Schaufelprofilierung beliebige Dickenverteilungen, optional Nutzung vordefinierter Profilformen

Entwurfsschritte für Radiale & Halbaxiale Laufräder


gilt gleichermaßen für Pumpen, Ventilatoren, Verdichter und Turbinen

1. Hauptabmessungen

  • Berechnung der Hauptabmessungen des Laufrades: Naben- und Saugmunddurchmesser, Austrittsbreite, Laufraddurchmesser
  • Anwendung interner oder nutzerdefinierter Approximationsfunktionen zur Festlegung von Laufradparametern
  • 1D-Berechnung wichtiger Strömungsgrößen

2. Meridiankontur

  • Entwurf der Meridiankontur mittels Bezier-Polynomen, Geraden und Kreisbögen oder beliebiger Polylinien
  • Positionierung der geraden oder gekrümmten Ein- und Austrittskante
  • Anzeige vielfältiger Informationen zu geometrischen Parametern
  • Berechnung der Meridianströmung mit einem Verfahren, das auf Potentialtheorie basiert; Darstellung von Geschwindigkeitsverläufen

3. Schaufelwinkel

  • Festlegung der Schaufelform: Freiform 3D, Freiform 2D, Kreisbogen 2D, Gerade 2D, Radialfasern, Regelflächen, ...
  • Schaufelentwurf auf beliebigen Meridianstromflächen (Spans)
  • Berechnung der optimalen Schaufelwinkel unter Berücksichtigung der Verengung des Strömungskanals durch die Schaufeln und Abschätzung der Minderumlenkung
  • Darstellung der Geschwindigkeitsdreiecke und tabellarische Auflistung der Geschwindigkeitskomponenten und Strömungswinkel

4. Skelettlinien

  • Definition der Skelettlinien auf rotationssymmetrischen Meridianstromflächen unter Verwendung von Bezier-Polynomen oder beliebigen Polylinien in konformer m,t-Darstellung oder per Beta-Verlauf
  • Gekoppelte oder ungekoppelte Beeinflussung der Skelettlinienform
  • Freie Wahl der Umschlingungswinkel
  • Darstellung der Schaufelwinkel- und Querschnitts-Verläufe
  • Berechnung von Geschwindigkeits- und Druckverteilungen im Schaufelkanal

5. Schaufelprofile

  • Festlegung der Schaufeldicken auf den jeweiligen Profilschnitten
  • Lineare Dickenänderung oder Freiform-Profile bei variabler Anzahl der Kontrollpunkte
  • Optional Nutzung vordefinierter Profile möglich

6. Schaufelkanten

  • Abrundung der Vorder- und/oder Hinterkanten mittels Bezier-Polynomen, Ellipsen, linearen Formen oder Cutoff
  • symmetrische und assymetrische Formen möglich

Entwurfsschritte für Axiale Laufräder


gilt gleichermaßen für Pumpen, Ventilatoren und Turbinen

1. Hauptabmessungen

  • Berechnung der Hauptabmessungen des Laufrades: Naben- und Außendurchmesser an Ein- und Austritt
  • Anwendung interner oder nutzerdefinierter Approximationsfunktionen zur Festlegung von Laufradparametern
  • 2 alternative Entwurfs-Modi: Tragflügel (Airfoil/Hydrofoil) oder Skelettlinien (Mean line)

2. Meridiankontur

  • Entwurf der Meridiankontur mittels Bezier-Polynomen, Geraden und Kreisbögen oder beliebiger Polylinien
  • Positionierung der maximalen Schaufelerstreckung innerhalb der Meridiankontur
  • Anzeige vielfältiger Informationen zu geometrischen Parametern
  • Berechnung der Meridianströmung mit einem Verfahren, das auf Potentialtheorie basiert; Darstellung von Geschwindigkeitsverläufen

3. Schaufeleigenschaften

  • Schaufelentwurf auf beliebigen Meridianstromflächen (Spans)
  • Festlegung der cu, cm-Verteilung
  • Profilauswahl und Anstellwinkel
  • Berechnung der optimalen Staffelungswinkel und Sehnenlängen
  • Darstellung der Geschwindigkeitsdreiecke und tabellarische Auflistung der Geschwindigkeitskomponenten und Strömungswinkel

4. Schaufelprofile

  • Darstellung der gedrehten und skalierten Schaufelprofile
  • Darstellung der Dickenverteilung
  • Optional radiale 2D-Schaufelform

5. Schaufelsichelung

  • 3D-Sichelung der Schaufeln nach 2 alternativen Modi
  • Auffädelung der Profile entweder im Schwerpunkt, an der Vorder- oder Hinterkante
  • Axiale Positionierung der Schaufel

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