So optimieren Sie das Design des Kreiselpumpenlaufrads

Jan 21, 2026

Wenn Sie das Design von Kreiselpumpenlaufrädern optimieren möchten. Daher ist es notwendig, den Zweck der Optimierung zu klären: die Inhalationsleistung zu verbessern? Den Wirkungsgrad der Pumpe verbessern? Passen Sie die Anstiegsamplitude der Q-H-Kurve an... und optimieren Sie sie dann entsprechend den spezifischen Anforderungen. Die wichtigste hydraulische Komponente, die die Leistung von Kreiselpumpen beeinflusst, ist das Laufrad, zusätzlich zu den darauf abgestimmten Strömungskomponenten wie Spiralen/Leitschaufeln.
Die Strömungsmechanik ist eine halbtheoretische und halbempirische Disziplin, und es gibt immer noch viele Bereiche, die nicht genau entworfen, simuliert und vorhergesagt werden können, wie zum Beispiel die Unfähigkeit, den wahren Strömungszustand von Flüssigkeiten und deren Auswirkungen auf die Pumpenleistung bei unterschiedlichen Strukturen, Temperaturen und Pumpmedien genau zu simulieren. Daher kann dieser Artikel aus qualitativer Sicht, kombiniert mit Erfahrung, nur kurz erläutern, wie das Laufrad einer Kreiselpumpe optimiert werden kann, um deren Saug- und Hydraulikleistung zu verbessern. Nur als Referenz.

 

1. Verbessern Sie die Inhalationsleistung

Es gibt zwei Arten des Biegens von Laufradschaufeln: Vorwärtsbiegen und Rückwärtsbiegen. Aufgrund ihrer Wirksamkeit bei der Maximierung der Leistung, der Übertragung einer hohen Rotationskraft auf die Flüssigkeit und der Verhinderung einer Strömungsablösung verwenden Kreiselpumpen typischerweise hintere Laufräder mit gekrümmten Schaufeln.
Beim Pumpenkörper werden das Kavitationsverhalten und die Saugleistung der Pumpe maßgeblich von der geometrischen Form und der Fläche des Laufradeintritts beeinflusst. Viele geometrische Faktoren am Einlass des Laufrads können die Kavitation beeinflussen, wie z. B. Einlass- und Nabendurchmesser, Schaufeleinlasswinkel und Einströmwinkel der vorgeschalteten Strömung, Schaufelanzahl und -dicke, Schaufelhalsfläche, Oberflächenrauheit, Schaufelvorderkantenprofil usw. Darüber hinaus hängt sie auch vom Außendurchmesser der Laufradschaufeln und der Spaltgröße zwischen den Leitschaufeln (bei Leitschaufelpumpen) oder Spiralen (bei Spiralpumpen) ab.

1) Einlassdurchmesser/Einlassfläche des Laufrads

Um die Saugleistung von Kreiselpumpen zu verbessern, erreichen Konstrukteure dies im Allgemeinen durch die Vergrößerung des Einlassdurchmessers des Laufrads. Diese Konstruktionsmethode wird auch heute noch bei der Konstruktion von Kreiselpumpen verwendet.
Bei gleichem Wellendurchmesser und gleichem Durchmesserspiel am Laufradmündungsring ist die Saugleistung umso größer (je größer die Laufradeinlassfläche, desto höher der spezifische Ansauggeschwindigkeitswert), desto größer ist das Spiel am Laufradmündungsring, was bedeutet, dass die Leckagemenge größer und der Pumpenwirkungsgrad geringer ist.
Bei der Methode zur Verbesserung der Saugleistung durch Vergrößerung des Einlassdurchmessers des Laufrads muss jedoch besonderes Augenmerk auf Folgendes gelegt werden:
Der Wert der saugspezifischen Drehzahl darf die in den einschlägigen Normen und Spezifikationen angegebenen Werte nicht wesentlich überschreiten, da dies sonst zu einem engen stabilen Betriebsbereich der Pumpe führt.

2) Form der Blattvorderkante

Unter Berücksichtigung der mechanischen und fertigungstechnischen Einschränkungen durch die Dicke der Vorderkantenschaufeln kann die Verwendung eines parabolischen Profils die Saugleistung des Laufrads verbessern. An zweiter Stelle steht die Saugleistung der elliptischen Kontur, und diese Form ist die Standardkonturauswahl für die Vorderkante, da sie die mechanischen und fertigungsbedingten Einschränkungen der Blattvorderkantendicke problemlos erfüllen kann.

 

3) Der Krümmungsradius des Einlassteils der Laufradabdeckplatte

Aufgrund der Zentrifugalkraft, die am Wendepunkt auf den Flüssigkeitsstrom am Einlass des Laufrads wirkt, ist der Druck niedrig und die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der vorderen Abdeckplatte hoch, was zu einer ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung am Einlass des Laufrads führt. Eine entsprechende Vergrößerung des Krümmungsradius des Einlassteils der Abdeckplatte ist vorteilhaft für die Reduzierung der absoluten Geschwindigkeit an der vorderen Abdeckplatte (etwas vor dem Schaufeleinlass) und die Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeitsverteilung, wodurch der Druckabfall am Pumpeneinlassteil verringert wird, wodurch der NPSHR-Wert verringert und die Antikavitationsleistung der Pumpe verbessert wird.

4) Position der Schaufeleinlasskante und Form des Einlassteils

Die Einlasskante der Schaufel erstreckt sich seitlich in Richtung der Ansaugöffnung, wobei eine nach hinten geschwungene Schaufeleinlasskante verwendet wird (die Einlasskante liegt nicht auf derselben Achse und die Außenkante ist um einen bestimmten Winkel nach hinten versetzt), wodurch der Flüssigkeitsstrom auf der Nabenseite die Wirkung der Schaufel im Voraus empfangen und den Druck erhöhen kann.
Die Einlasskante der Schaufel erstreckt sich nach vorne und neigt sich, wodurch an jedem Punkt unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten entstehen. Im Allgemeinen ist die Axialgeschwindigkeit annähernd gleichmäßig entlang der Einlasskante verteilt, was zu unterschiedlichen relativen Strömungswinkeln an jedem Punkt der Einlasskante führt. Um dieser Strömungssituation gerecht zu werden und Stoßverluste zu reduzieren, sollte der Schaufeleinlass in eine räumlich verdrehte Form gebracht werden, weshalb viele Schaufeleinlassteile von Laufradschaufeln mit niedriger-Geschwindigkeit auch in verdrehte Schaufeln ausgeführt werden.

5) Schaufeleinlasswinkel

Die Konstruktionsbedingung sieht einen etwas größeren positiven Anstellwinkel vor, um den Einlasswinkel der Schaufeln zu vergrößern, die Biegung am Einlass der Schaufeln zu verringern, die Verschiebung der Schaufeln zu verringern, die Einlassströmungsfläche der Schaufeln zu vergrößern und so die Saugleistung zu verbessern. Gleichzeitig wird dadurch auch die Betriebsumgebung bei hohem Verkehrsaufkommen verbessert, um Verkehrsverluste zu reduzieren. Allerdings sollte der Anstellwinkel nicht zu groß sein, da er sonst die Effizienz beeinträchtigt.

6) Dicke und Glätte des Schaufeleinlaufs

Reduzieren Sie die Dicke des Schaufeleinlasses entsprechend und runden Sie ihn ab, um ihn einer stromlinienförmigen Form anzunähern. Durch die Reduzierung der Schaufeldicke wird nicht nur die Fläche des Laufrad-Saugkanals erweitert, die Strömungsgeschwindigkeit verringert und der Druck erhöht (die Form des Schaufeleinlasses reagiert sehr empfindlich auf Druckabfall), sondern auch die Oberflächenglätte des Laufrads und des Schaufeleinlasses verbessert, wodurch Widerstandsverluste reduziert werden. Alle diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Saugleistung der Pumpe zu verbessern.

7) Ausgleichsloch

Das Ausgleichsloch am Laufrad hat aufgrund von Leckagen eine gewisse zerstörerische Wirkung auf den in das Laufrad eintretenden Hauptstrom (die Fläche des Ausgleichslochs sollte nicht kleiner als das Fünffache der Dichtspaltfläche sein, um den Leckagedurchfluss zu verringern und so die Auswirkungen auf den Hauptstrom zu minimieren). Untersuchungen haben gezeigt, dass beim Öffnen eines Ausgleichslochs am Laufrad die Wirbelintensität hinter dem Laufrad abnimmt und einige Wirbel sogar verschwinden können, wodurch die Saugleistung der Pumpe verbessert wird.

8) Durchmesser des Laufradauslasses

Eine geringfügige Verringerung des Laufraddurchmessers erhöht den NPSHR-Wert nur geringfügig. Wenn der Durchmesser jedoch um 5 bis 10 % abnimmt, steigt der NPSHR deutlich an, da die Verringerung der Schaufellänge die spezifischen Schaufellasten erhöht und dadurch die Geschwindigkeitsverteilung am Einlass des Laufrads beeinflusst.

Hinweise:

1) Versuchen Sie zu vermeiden, die Einlassfläche des Laufrads zu vergrößern, um die Saugleistung zu verbessern, und vermeiden Sie eine starke Überschreitung der spezifischen Sauggeschwindigkeit, da es sonst leicht zu Einlassrückfluss kommt und der instabile Betriebsbereich der Pumpe erweitert wird.
2) Das Auftreten einer Blade-Channel-Syndrom-Kavitation sollte vermieden werden. Diese Art von Kavitationsschaden wird durch den kleinen Spalt zwischen den Leitschaufeln (bei Leitschaufelpumpen) oder Spiralen (bei Spiralpumpen) und dem Außendurchmesser der Laufradschaufeln verursacht. Wenn die Flüssigkeit durch den kleinen Kanal fließt, führt die Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit zu einem Abfall des Flüssigkeitsdrucks, lokaler Verdampfung und der Bildung von Blasen, die dann bei höheren Drücken platzen und zu Kavitation führen.

 

2. Verbessern Sie die hydraulische Leistung

Es gibt viele Faktoren, die die hydraulische Leistung von Pumpen beeinflussen, und die wichtigsten Faktoren, die die hydraulische Effizienz von Laufrädern beeinflussen, sind verschiedene Verluste. Im Einzelnen gibt es:
 

1) Anzahl der Blätter

Bei Kreiselpumpen kann eine Erhöhung der Anzahl der Schaufeln im Allgemeinen den Flüssigkeitsfluss verbessern und die Pumpenförderhöhe entsprechend erhöhen. Eine Erhöhung der Anzahl der Schaufeln verringert jedoch den Strömungsquerschnitt des Kanals, was zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und dem Reibungsverlust der Schaufeln führt.

 

 

Daher verringert eine übermäßige Erhöhung der Anzahl der Schaufeln nicht nur die Effizienz und verschlechtert die Kavitationsleistung des Laufrads, sondern kann auch zu einem Buckel in der Pumpenleistungskurve führen. Darüber hinaus wird durch eine Erhöhung der Schaufelanzahl der Aufwärtstrend der Förderhöhenkennlinie (vom Nennpunkt) bis zum kritischen Totpunkt abgeflacht; Im Gegenteil: Mit abnehmender Schaufelzahl wird die Förderhöhenkennlinie steiler. Normalerweise werden für Kreiselpumpenlaufräder mit einer großen Anzahl von Schaufeln 5–7 Schaufeln ausgewählt.
 

2) Lange und kurze Blätter

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich jede Kombination aus kurzen und langen Schaufeln in einem Pumpenlaufrad positiv auf die Verbesserung der Pumpeneffizienz auswirkt, da sie die Entwicklung einer Nachströmung, die durch eine ungleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung in der Nähe des Laufradeinlasses verursacht wird, wirksam verhindern kann.
 

3) Verdrehte Klingen

Experimente haben gezeigt, dass Pumpen mit verdrehten Schaufeln in der Nähe des Auslegungsbetriebspunkts und in Bereichen mit hohem Durchfluss einen höheren Wirkungsgrad haben als Pumpen mit gekrümmten Schaufeln. Gleichzeitig haben Pumpen mit verdrehten Schaufeln am kritischen Punkt eine höhere Förderhöhe als solche mit gebogenen Schaufeln (was den Aufwärtstrend der Förderhöhenkennlinie am kritischen Punkt verändern kann, insbesondere bei Kreiselpumpen mit niedriger spezifischer Drehzahl, wodurch Buckel effektiv verbessert/beseitigt werden können).

4) Laufradaustrittsdurchmesser

Der API 610-Standard erlaubt es den Pumpen nicht, den maximalen Laufraddurchmesser zu erreichen und erfordert das Zuschneiden des Laufrads, um die erforderliche Leistung der Pumpe zu erreichen. Wenn die Pumpenauswahl zu groß ist, ist das Schneiden des Laufrads eine relativ wirtschaftliche und effektive Methode, um den erzeugten Druck und Durchfluss zu reduzieren. Obwohl das Schneiden des Laufrads effizienter ist als die Verwendung einer Drosselklappe, um die erforderlichen Betriebsbedingungen zu erfüllen, ist seine Effizienz normalerweise geringer als die eines Laufrads in voller Größe, da die Laufradschaufeln kürzer sind und der Spalt zwischen den Laufradschaufeln und dem Pumpengehäuse größer wird.
Bei Radiallaufrädern sollte der Durchmesser nicht auf mehr als 70 % des maximalen Auslegungsdurchmessers reduziert werden. Durch die Verringerung des Pumpenlaufraddurchmessers ändern sich auch die Breite des Auslasskanals, der Schaufelaustrittswinkel und die Schaufellänge. Je weiter der Laufraddurchmesser vom maximalen Durchmesser abnimmt, desto mehr nimmt der Pumpenwirkungsgrad mit der Abschneidung des Laufrads ab und der Punkt mit dem höchsten Wirkungsgrad verschiebt sich zu niedrigeren Durchflussraten.

3. Der Einfluss anderer Parameter auf die Pumpenleistung

 

1) Flügelbreite des Laufrads

Mit zunehmender Schaufelbreite nimmt der Flüssigkeitsdruck ab, sodass die Förderhöhe mit zunehmender Laufradschaufelbreite abnimmt. Der Einfluss der Schaufelbreite auf die Effizienz des optimalen Effizienzpunkts ist normalerweise nicht signifikant (mit zunehmender Schaufelbreite kann sich die Effizienz des optimalen Effizienzpunkts leicht erhöhen), aber die Zone mit hoher -Effizienz verschiebt sich in Richtung niedrigerer Durchflussraten, wenn die Schaufelbreite abnimmt. Der Einfluss der Effizienz ist bei größeren Volumenströmen stärker ausgeprägt, d. h. mit zunehmender Schaufelbreite nimmt die Effizienzkurve rechts vom optimalen Effizienzpunkt schnell ab.
 

2) Winkel der Laufradauslassschaufel

Je größer der Auslassschaufelwinkel ist, desto höher ist die Förderhöhe bei einer bestimmten Geschwindigkeit, jedoch auf Kosten einer geringeren Effizienz und Verschleißleistung. Der geringere Winkel der Auslassschaufeln erhöht die Effizienz und die Schaufellänge, allerdings auf Kosten einer geringeren Förderhöhe. Daher muss der Exportblattwinkel normalerweise optimiert werden, um ein Gleichgewicht dieser Faktoren zu erreichen. Die Förderhöhe nimmt mit zunehmendem Auslassschaufelwinkel zu, was durch die Vergrößerung des Auslassquerschnitts im Verhältnis zum vergrößerten Auslassschaufelwinkel erklärt werden kann, was zu einer Verringerung des Flüssigkeitsdruckabfalls im Strömungskanal zwischen den Schaufeln führt.

 

 

Die Studie legt nahe, dass der maximale Effizienzwert mit zunehmendem Auslassschaufelwinkel abnimmt. Wenn der Auslassschaufelwinkel klein ist, nimmt der Wirkungsgrad der Pumpe auf der rechten Seite des Punktes mit dem höchsten Wirkungsgrad schnell ab.

3) Splitterblatt am Laufradauslass

Durch das Hinzufügen von Splitterblättern an der Auslassseite des Laufrads werden die Förderhöhe und der hydraulische Wirkungsgrad der Pumpe erhöht, wobei die Steigerung der Förderhöhe und des Wirkungsgrads umso größer ist, je länger die Splitterblätter sind. Die Länge der Splitterschaufeln überschreitet üblicherweise nicht das 0,5-fache der ursprünglichen Schaufellänge, abhängig von der Größe des Laufrads, der Form der Schaufeln und der Anzahl der Schaufeln.

4) Beschneiden der Austrittskante der Laufradschaufel

Durch das Schleifen der Rückseite der Laufradauslassschaufeln wird die Strömungskanalfläche des Laufradauslasses erweitert und dadurch die Durchflussrate des Laufrads erhöht. Wenn sich die Fläche des Auslasskanals vergrößert, erhöht sich auch die Förderhöhe und der optimale Effizienzpunkt der Pumpe verschiebt sich in Richtung der Seite mit hohem Durchfluss.