Ein Laufrad ist ein mit Schaufeln ausgestattetes rotierendes Bauteil, das in Strömungsmaschinen (z. B. Kreiselpumpen) eingesetzt wird. Durch die Umlenkung der Strömung an den Laufradschaufeln wird die mechanische Leistung (Energie an den Schaufeln) in eine Pumpenleistung umgewandelt.
In Anlehnung an EUROPUMP TERMINOLOGY und DIN 24250 wird zwischen linksdrehenden und rechtsdrehenden Laufrädern, in Anströmrichtung gesehen, unterschieden.
Abhängig von der Strömungsform bei mehrstufigen Pumpen und der Anordnung der Laufräder auf der Pumpenwelle unterscheidet man zwischen einstufiger, mehrstufiger, ein-, zwei- oder mehrgängiger, in Reihe (Tandem) oder Rücken-an-Rücken-Anordnung. Typische Laufradanordnungen sind in Abb. 17 bis 19 Laufrad dargestellt.
Abhängig vom Strömungslinienverlauf im Laufrad (insbesondere im Bereich des äußeren Laufraddurchmessers) werden Laufräder in folgende Typen unterteilt:
Laufradtypen
- RadiallaufradSiehe Abb. 1, 2 Laufrad
- MischstromlaufradSiehe Abb. 3, 4, 6 Laufrad
- AxiallaufradSiehe Abb. 5 Laufrad
- PeripherallaufradSiehe Abb. 15 Laufrad
Abb. 1 Laufrad: Radiallaufrad mit rein radialen Schaufeln, Staupunkt S (dargestellt mit abgenommener Frontabdeckung) Abb. 2 Laufrad: Radiallaufrad mit in das Ansaugauge hineinragenden Schaufeln (dargestellt mit abgenommener Frontabdeckung) Abb. 3 Laufrad: Mischstromlaufrad (Diagonallaufrad) (dargestellt mit abgenommener Frontabdeckung) Abb. 4 Laufrad: Mischstromlaufrad (Mischstrompropeller)
Abb. 5 Impeller: Axial-Laufrad (Axial-Propeller) Abb. 6 Laufrad: Varianten eines Freistromlaufrads mit dem Unterschied zwischen geschlossenem und offenem Laufrad, ein- und zweiströmigem Laufrada) geschlossenes, einströmiges Laufradb) offenes, einströmiges Laufradc) geschlossenes, zweiströmiges Laufrad
Zur Aufnahme der Schaufeln sind alle Laufräder mit einem hinteren Deckband, bei geschlossenen Laufrädern auch mit einem vorderen Deckband ausgestattet (siehe Scheibenreibung); Je nach Betrachtungsweise können diese auch als Innenmantel und bei geschlossenen Laufrädern als Außenmantel angesehen werden. Hat ein Laufrad keinen vorderen (äußeren) Deckring, spricht man von einem offenen Laufrad.
Um optimale Pumpenwirkungsgrade und minimale NPSHr-Werte zu erreichen, muss das Laufrad mit einer bestimmten Anzahl von Schaufeln versehen werden. Der Einsatz einer geringen Schaufelanzahl vergrößert den freien, ungehinderten Strömungsquerschnitt durch das Laufrad. Dadurch können Laufräder mehr oder weniger verschmutzte Flüssigkeiten (Abwasserpumpen, Zellstoffpumpen) und Feststoffe (Feststoffförderung) fördern.
In der Praxis wird die Schaufelzahl von Radial- und Mischstromlaufrädern, die schlamm- oder feststoffhaltige Flüssigkeiten fördern, auf eine, zwei oder drei Schaufeln reduziert. Diese Laufräder werden als Kanallaufräder oder Einschaufelräder bezeichnet und können entweder offene oder geschlossene Laufräder sein.
Siehe Abb. 7 bis 13 Laufrad
Abb. 7 Laufrad: Geschlossenes Einschaufelrad (dargestellt mit abgenommenem Deckband) Abb. 8 Laufrad: Offenes Einkanal-Laufrad Abb. 9 Laufrad: Geschlossenes Einkanal-Laufrad (dargestellt mit abgenommener Frontabdeckung)
Abb. 10 Laufrad: Geschlossenes Zweikanal-Laufrad (dargestellt mit abgenommenem Deckband) Abb. 11 Laufrad: Offenes Zweikanal-Laufrad mit S-förmigen Schaufeln
Abb. 12 Laufrad: Geschlossenes Drei-Kanal-Laufrad (dargestellt mit abgenommenem Deckring) Abb. 13 Laufrad: Offenes Dreikanallaufrad mit zylindrischen Schaufeln
Geschlossene Einschaufelräder werden zur Förderung von Flüssigkeiten mit sehr groben Feststoffen eingesetzt. Sie zeichnen sich durch einen verstopfungsfreien freien Durchgang aus. Der Nachteil dieser Laufräder ist die sogenannte hydraulische Unwucht durch das asymmetrische Druckfeld. Siehe Abb. 7 Laufrad
Zur Förderung von gasförmigen Flüssigkeiten werden offene Kanal- oder Einschaufel-Laufräder eingesetzt. Ein Einschaufelrad wird als offenes, diagonales Einschaufelrad (D-Laufrad) bezeichnet, wenn die Strömungslinien im Laufrad diagonal nach außen verlaufen. Es ist besonders geeignet für ungeklärte, feststoffbeladene und gasförmige Abwässer sowie für Flüssigkeiten mit höherer Viskosität. Siehe Abb. 8 Laufrad
Die Schaufeln von Axial- und Mischstrompropellern (siehe Propellerpumpe) können entweder feststehend, verstellbar (im ausgebauten Zustand) oder mit verstellbarer Steigung ausgeführt sein (siehe Verstellung der Laufradschaufeln).
Bei verstellbaren oder verstellbaren Schaufeln ist die Kontur bzw. das Profil des Pumpengehäuses und der Nabe im Verstellbereich in der Regel kugelförmig. Dadurch ist gewährleistet, dass die innere und äußere Spaltweite an der Nabe für alle Schaufelverstellwinkel konstant bleibt. Siehe Abb. 4 Laufrad
Das Freistromlaufrad und das Peripherallaufrad stellen besondere Laufradtypen dar. Siehe Abb. 14 bis 15 Laufrad
Abb. 14 Laufrad: Freistromlaufrad
Abb. 15 Laufrad: Peripheres Laufrad
Bei der Auswahl einer Pumpe für einen bestimmten Förderstrom (Q) und eine bestimmte Förderhöhe (H) ist der Laufradtyp entscheidend. Die freie Wahl eines Axial-, Mischstrom-, Radial- oder Peripherallaufradtyps wird dadurch eingeschränkt, dass die Werte für die zu erwartende Drehzahl (n) und den zu erwartenden Laufraddurchmesser (D) nicht zu extrem sein dürfen. Die Möglichkeit, bei einer bestimmten Drehzahl (ns) optimale Pumpenwirkungsgrade oder Stufenwirkungsgrade zu erreichen, ist daher von bestimmten Laufradausführungen abhängig:
- Radiallaufrad ns ≈ 12 bis 80 U/min
- Mischstromlaufräder ns ≈ 80 bis 160 U/min
- Axiallaufräder ns ≈ 160 bis 400 U/min und höher
Abb. 16 Laufrad: Offenes, diagonales Einschaufelrad (D-Laufrad)
Abb. 17 Laufrad: Einströmige, in Reihe geschaltete (Tandem-)Laufradanordnunga) Einstufigb) Zweistufigc) Sechsstufig
Abb. 18 Laufrad: Zweistufige, gegenläufige Laufradanordnunga) Zweistufig, einstufigb) Viergängig, einstufigc) Zweigängig, dreistufig
Abb. 19 Laufrad: Einströmige, rückseitige Laufradanordnunga) Zweistufig (back-to-back)b) Vierstufig (crossover)c) Sechsstufig (back-to-back)