EP3325810A1 - Kreiselpumpen-schaufelprofil - Google Patents

Kreiselpumpen-schaufelprofil

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EP3325810A1
EP3325810A1 EP16731181.0A EP16731181A EP3325810A1 EP 3325810 A1 EP3325810 A1 EP 3325810A1 EP 16731181 A EP16731181 A EP 16731181A EP 3325810 A1 EP3325810 A1 EP 3325810A1
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EP
European Patent Office
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profile
blade
centrifugal pump
additional
section
Prior art date
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EP16731181.0A
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Original Assignee
KSB SE and Co KGaA
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Publication date
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    • F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
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    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/72—Shape symmetric

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with an impeller having at least one blade and a method for designing the profile of a blade of the impeller of a centrifugal pump.
  • the invention preferably relates to centrifugal pumps which are used for conveying solids-containing media.
  • Channel wheels are open or closed wheels with a reduced number of blades. 1, 2 or 3 blades in radial and semi-axial impellers have proven successful. Their uses are silted or solids loaded liquids.
  • the ball passage is also referred to as a free, unconstrained impeller passage and describes the largest permissible diameter of the solids to ensure a clog-free passage.
  • DE 40 15 331 A1 describes an impeller with only one blade.
  • the Einschaufelrad made by a casting process forms between a front cover plate and a rear cover plate a channel whose cross-section decreases from the inlet of the Einschaufelrades to the outlet.
  • the suction side is at the first 180 ° Drehwinkeis a concentric with the axis of rotation arranged semicircle.
  • the pick-up impeller is designed to reduce the occurrence of cavitations.
  • impellers with multiple blades are characterized by higher efficiency.
  • special requirements are also placed on such wheels with regard to the prevention of deposits of solid constituents in the conveying path.
  • special measures must be taken to avoid blockages.
  • DE 88 00 074 U1 a pump impeller is described for a centrifugal pump whose Schaufefeintrittswinkel is between 0 ° and 40 °.
  • the impeller blades are designed so that the occurrence of cavitation is reduced and yet a good absorbency is ensured in the overload range.
  • the flow lines of the rotor blades have a section in which the blade angle increases up to 25 °.
  • centrifugal pumps with high specific speeds are being used more and more often.
  • this causes the stagnation point of a blade inflow to migrate to the pressure side of the blades, in particular under partial load operation.
  • the inlet edges of the blades are flowed around from the pressure side to the suction side.
  • the stagnation point located on the pressure side presses fibers located in the wastewater onto the surface of the blades.
  • DE 10 2011 007 907 B3 relates to an impeller of a centrifugal pump for conveying solids-containing media.
  • the impeller has at least two blades.
  • the blade entry angle is less than 0 °.
  • the blade angle increases in a first section until it reaches a value of 0 °. In a second section, a further increase takes place until a maximum value is reached. In a third section, the blade angle drops off again.
  • the ball passage, the steepness of the characteristic curve, the cavitation properties and the blade load are particularly related to wastewater wheels. Unlike pure water applications, the ball passage plays a key role.
  • the blades should have a large loop.
  • the shape of the curve is determined by the grading angle of the blades.
  • the angles at the inlet and outlet essentially determine the adaptation of the design to the desired operating point or change the load distribution (pressure difference blade suction to blade pressure side) along the blade contour.
  • the load on the blade is increased to a very great extent up to the narrowest cross section defining the ball passage.
  • the ball passage is the lower the stowage angle.
  • the lower the exit angle the higher the load up to the narrowest cross section.
  • the increased load leads to increased NPSH values and, in the unfavorable case, to flow separation and thus to a loss of efficiency.
  • the blade has a profile that results from the superposition of a symmetrical profile with at least one additional profile and a skeleton line whose blade entry angle is less than 0 °.
  • a profile ensures a uniform load on the entire Schaufelfikiee. The load or circulation is limited to the respective minimum size. As a result, separation or cavitation areas are prevented on the suction side.
  • it is possible to intentionally avoid dead water or backflow regions on the pressure side.
  • a skeleton line also profile center line or curvature line or curvature line
  • a skeleton line refers to the connecting line inscribed in a profile circle centers. From the nose circle center point to the profile nose, the skeleton line runs straight. The course of the skeleton line essentially determines the flow properties. Important geometric parameters of the skeleton lines are, in addition to the blade angle, the wrap angle.
  • the skeleton line which is used for superimposition, preferably has a scrolling gradient, in which initially the negative blade entry angle increases until it reaches a value of zero. In a second section, the bucket angle then rises to a maximum value and finally drops off again in a third section. In a preferred embodiment of the invention, the blade angle of the skeleton line remains constant in a subsequent fourth section. Up to the narrowest cross-section, a region increasing with decreasing number of blades is available, in which the load (circulation) can be made variable. According to the invention this load variation is made with additional profiles. According to the invention, the profiles in each blade calculation step are varied in length and thickness separately on the suction and pressure sides in order to reduce the load and thus avoid cavitation or detachment on the suction side and dead water or backflow on the pressure side.
  • the required profile is built up from a characteristic skeleton line, a symmetrical basic profile and additional profiles on the suction side as well as additional profiles on the pressure side.
  • the symmetrical base profile is preferably a DC profile with an elliptical profile nose.
  • the additional profiles can be provided on the basis of catalog profiles. For example, NACA profiles (National Advisory Committee for Aeronautics). The superimposition takes place in a just imaging system of the Kaplan method see.
  • the profile shapes according to the invention result from the superimposition of the characteristic skeleton line, which has a negative blade entry angle, together with a thickness distribution or a profile drop.
  • the finished profile is then positioned under the necessary angle of attack ß m in a conformal figure.
  • the overall blade is generated by conformal mapping of the one blade sections present in the plane into the flood surfaces present as axisymmetric surfaces of revolution.
  • the provision of the blade profile is preferably carried out by superposition of an asymmetric profile drop and the characteristic skeleton line.
  • FIG. 1 shows an axial section through an impeller
  • FIG. 2 shows variable droplets on three streamlines as plan view
  • FIG. 3 shows a meridian section
  • FIG. 4a shows a profile of the vane angle
  • FIG. 4b shows a conformal image of the skeleton line
  • FIG. 5 shows a variable range for a thickness variation
  • FIG. 6 shows a profile structure in the conformal image before superposition with the skeleton line
  • FIG. 7 shows an overlay profile using the example of a NACA professional
  • Figure 8 shows variable drops on three streamlines in the conformal image
  • Figure 9 is a perspective view of an impeller according to the invention.
  • FIG. 1 shows an axial section through a radial impeller.
  • the permeated with solid admixtures liquid enters the suction port 1 of the impeller.
  • the blades 4 arranged between cover disk 2 and support disk 3 accelerate the liquid.
  • the liquid flows radially outward from the axis of rotation 5.
  • the impeller is operated in particular at specific speeds of more than 70 1 / min.
  • a low ratio of blade outlet radius R 2 to blade inlet radius Ri proves to be particularly favorable.
  • the ratio of blade outlet radius R2 to blade inlet radius R1 is less than 1.3.
  • FIG. 3 shows the three streamlines as a meridian section.
  • FIG. 4b shows a conformal image of the skeleton line.
  • the wrap angle ⁇ is plotted.
  • the blade angle ß of the skeleton lines is plotted.
  • the blade entry angle ⁇ i is less than 0 °.
  • the blade angle ß increases steadily until it reaches a value of 0 °.
  • a steady drive until the blade angle ß reaches a maximum value.
  • the gradient of the increase of the blade angle ⁇ is the same in the first section 6 and in the second section 7.
  • the blade angle ß reaches its maximum value at the inflection point of the skeg line.
  • the blade angle ⁇ drops steadily until it reaches the value of the blade angle ⁇ 2 .
  • the blade angle ⁇ remains constant at the value of the blade outlet angle ⁇ 2 .
  • the conformal image of the skeleton line shows that, starting from the blade radius Ri, the radius initially drops to a minimum value R m m and then increases further up to the value of the blade exit radius R 2 .
  • Figure 5 shows a variable range for a thickness variation. Up to a narrowest section, there is an increasing range with decreasing number of blades, in which the load (circulation) can be made variable. This variable range is shown as ⁇ in Figure 5.
  • the stagger angle ß m is drawn.
  • the loading variation is carried out with additional profiles, which are varied in length and thickness separately on the suction and pressure side in each blade calculation step, in order to limit the load (circulation) to the respective minimum dimensions and thus detachment or cavitation zones (on the suction side). page) and dead water or remindström whiche (on the pressure side) to avoid.
  • FIG. 6 shows a profile structure in the conformal image before superposition with the skeleton line with a base profile 10 of the pressure side and a base profile 11 of the suction side.
  • the sought profile builds up.
  • the additional profiles 12, 13 can be provided on the basis of catalog profiles, for example an overlay profile (NACA 65010) shown in FIG.
  • the superimposition takes place in a planar imaging system according to the Kaplan method.
  • FIG. 9 The result of the design is shown in FIG. 9 on the basis of a double-shell sewage frame.
  • the method can be used for open or closed wheels.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das mindestens eine Schaufel (4) aufweist, sowie ein Verfahren zur Gestaltung des Profils einer Schaufel (4). Die Schaufel (4) weist ein Profil auf, das sich durch Überlagerung eines symmetrischen Profils (10, 11) mit mindestens einem Zusatzprofil (12, 13) und einer Skelettlinie ergibt, deren Schaufeleintrittswinkel kleiner 0° wird.

Description

Beschreibung
Kreiselpumpen-Schaufeiprofil
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das mindestens eine Schaufel aufweist sowie ein Verfahren zur Gestaltung des Profils einer Schaufel des Laufrads einer Kreiselpumpe.
Vorzugsweise betrifft die Erfindung Kreiselpumpen, die zur Förderung von feststoffhalti- gen Medien eingesetzt werden. Dabei können als Laufräder Kanairäder, Freistromräder oder Einschaufelräder zum Einsatz kommen. Bei Kanalrädern handelt es sich um offene oder geschlossene Laufräder mit reduzierter Schaufelzahl. Bewährt haben sich 1 , 2 bzw. drei Schaufeln in radialen und halbaxialen Laufrädern. Ihre Einsatzgebtete sind verschlammte oder mit Feststoffen beladene Flüssigkeiten.
Ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung der Einsatzfähigkeit solcher Pumpen zur Förderung von festen Beimengungen ist der Kugeldurchgang. Der Kugeldurchgang wird auch als freier, unverengter Laufraddurchgang bezeichnet und beschreibt den größten zulässigen Durchmesser der Feststoffe, um einen verstopfungsfreien Durchgang zu gewährleisten.
Die DE 40 15 331 A1 beschreibt ein Laufrad mit nur einer Schaufel. Das durch ein Gießverfahren hergestellte Einschaufelrad bildet zwischen einer vorderen Deckscheibe und einer hinteren Deckscheibe einen Kanal, dessen Querschnitt vom Einlauf des Einschaufelrades zum Austritt hin abnimmt. Die Saugseite bildet auf den ersten 180° des Drehwinkeis einen konzentrisch zur Drehachse angeordneten Halbkreis. Das Einschaufellaufrad ist so gestaltet, dass ein Auftreten von Kavitationen vermindert wird.
Im Gegensatz zu Einschaufelrädern zeichnen sich Laufräder mit mehreren Schaufeln durch einen höheren Wirkungsgrad aus. Allerdings werden an solche Laufräder auch besondere Anforderungen bezüglich der Verhinderung von Anlagerungen fester Bestandteile im Förderweg gestellt. Bei mehrschaufligen Laufrädern müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um Verstopfungen zu vermeiden. In der DE 88 00 074 U1 wird ein Pumpenlaufrad für eine Kreiselpumpe beschrieben, dessen Schaufefeintrittswinkel zwischen 0° und 40° liegt. Die Laufradschaufeln sind dabei so gestaltet, dass das Auftreten von Kavitation verringert wird und dennoch eine gute Saugfähigkeit im Überlastbereich gewährleistet ist. Dazu weisen die Stromlinien der Laufradschaufeln einen Abschnitt auf, in welchen der Schaufelwinkel bis zu 25° an- steigt.
In der Abwassertechnik werden immer häufiger Kreiselpumpen mit hohen spezifischen Drehzahlen eingesetzt. Bei herkömmlichen Laufrädern führt dies dazu, dass von einer Schaufelanströmung deren Staupunkt, besonders bei Teillastbetrieb, auf die Druckseite der Schaufeln wandert. Die Eintrittskanten der Schaufeln werden von der Druckseite zur Saugseite umströmt. Der auf der Druckseite liegende Staupunkt presst im Abwasser befindliche Fasern auf die Oberfläche der Schaufeln.
Bei Umströmung der Eintrittskanten der Schaufeln gibt es seinen Bereich hoher Ge- schwindigkeit. Bei Laufrädern, deren Eintrittskante einen kleineren Krümmungsradius aufweist, sind in diesem Bereich die Geschwindigkeiten besonders groß. Sinkt aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck unter den Dampfdruck, so bilden sich Dampfblasen, die zu Kavitationsschäden führen. An den Hochgeschwindigkeitsbereich schließt sich ein Bereich mit geringerer Geschwindigkeit an. Dort entsteht Totwasser. An der Eintrittskante haftende Fasern neigen dazu, dieses Totwassergebiet auszufüllen. Durch die Umströmung werden die Fasern auf die Schaufelkontur gepresst, wobei die Belegung mit Fasern stark ansteigen kann.
Die DE 10 2011 007 907 B3 betrifft ein Laufrad einer Kreiselpumpe zur Förderung von feststoffhaltigen Medien. Das Laufrad weist mindestens zwei Schaufeln auf. Der Schau- feleintrittswinkei ist dabei kleiner als 0°. Der Schaufelwinkel steigt in einem ersten Abschnitt an bis er einen Wert von 0° erreicht. In einem zweiten Abschnitt erfolgt ein weiterer Anstieg bis ein maximaler Wert erreicht wird. In einem dritten Abschnitt fällt der Schaufelwinkel wieder ab.
Der Kugeldurchgang, die Steilheit der Kennlinie, die Kavitationseigenschaften und die Schaufelbelastung stehen bei Abwasserrädern in einem speziellen Zusammenhang. Anders als bei Anwendungen für reines Wasser spielt der Kugeldurchgang dabei eine zentrale Rolle.
Zudem wird bei Laufrädern auch eine Kavitationsfreiheit bis zu einem praktisch vorhandenen NPSH-Wert und eine Laufruhe der Räder gefordert. Beide Forderungen können durch eine geringe Schaufelbelastung (Förderhöhe/Schaufeifläche) unter der Rahmenbedingung eines hydraulisch stoßfreien Designs erfüllt werden.
Bei Anwendungen für hohe Drehzahlen sind steile Kennlinien gewünscht. Diese Kennlinienform erreicht man mit geringen Schaufelzahlen (1 oder 2). Zudem sollten die Schaufeln eine große Umschlingung aufweisen. Die Kennlinienform wird vom Staffelungswinkel der Schaufeln bestimmt. Die Winkel am Ein- und Austritt bestimmen im Wesentlichen die Anpassung des Designs an den gewünschten Betriebspunkt bzw. ändern die Belastungsverteilung (Druckunterschied Schaufelsaug- zur Schaufeldruckseite) entlang der Schaufelkontur. Kombiniert man geringe Staffelungswinkel bzw. geringe, zum Teil negative, Eintrittswinkel mit sehr geringen Austrittswinkeln wird die Belastung der Schaufel bis zum engsten, den Kugeldurchgang bestimmenden Querschnitt, in sehr starkem Maße erhöht. Je grö- ßer der Kugeldurchgang ist, desto geringer ist der Staffeiungswinkel. Je geringer der Austrittswinkei ist, desto höher ist die Belastung bis zum engsten Querschnitt. Die erhöhte Belastung führt zu erhöhten NPSH-Werten und im ungünstigen Fall zur Strömungsablösung und damit zu einem Wirkungsgradverlust.
Vorliegend ein Laufrad, bei dem für die Feststoffförderung große Kugeldurchgänge in Kombination mit einer steilen Kennlinie gefordert werden. Die daraus resultierenden geringen Staffelungswinkel kombiniert mit zum Teil negativen Eintrittswinkeln und sehr geringen Austrittswinkeln ergeben eine extreme Belastung der Schaufel bis zum engs- ten, den Kugeldurchgang bestimmenden Querschnitt. Diese Belastung führt zu Ablösung auf der Saug- und Rückströmung auf der Druckseite.
Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad anzugeben, bei dem die Belastung der Schaufeln minimiert wird. Dabei sollen Ablöse- bzw. Kavitationsgebiete vermieden werden. Ebenso soll die Bildung von Totwassergebieten bzw. Rückströmgebieten vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren zur Gestaltung des Profils einer Schaufel des Lauf- rads einer Kreiselpumpe gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Varianten sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Erfindungsgemäß weist die Schaufel ein Profil auf, das sich durch Überlagerung eines symmetrischen Profils mit mindestens einem Zusatzprofil und einer Skelettlinie ergibt, deren Schaufeleintrittswinkel kleiner als 0° ist. Ein solches Profil gewährleistet eine gleichmäßige Belastung der gesamten Schaufelfiäche. Die Belastung bzw. Zirkulation wird dabei auf das jeweilige Mindestmaß beschränkt. Dadurch werden auf der Saugseite Ablöse- bzw. Kavitationsgebiete verhindert. Auf der Druckseite können durch das erfindungsgemäße Profil gezielt Totwasser- bzw. Rückströmbereiche vermieden wer- den. Als Skelettlinie (auch Profilmittellinie oder Wölbungslinie oder Krümmungslinie) bezeichnet man die Verbindungslinie der in ein Profil einbeschriebenen Kreismittelpunkte. Vom Nasenkreismittelpunkt bis zur Profilnase verläuft die Skelettlinie gerade. Der Verlauf der Skelettlinie bestimmt die Strömungseigenschaften wesentlich mit. Wichtige ge- ometrische Kenngrößen der Skelettlinien sind neben dem Schaufelwinkel der Um- schlingungswinkel.
Die Skelettlinie, die zur Überlagerung herangezogen wird, weist dabei vorzugsweise einen Winkeiverlauf auf, bei dem zunächst der negative Schaufeleintrittswinkel ansteigt bis er einen Wert von 0 erreicht. In einem zweiten Abschnitt steigt der Schaufelwinkel dann bis zu einem maximalen Wert an und fällt schließlich in einem dritten Abschnitt wieder ab. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bleibt der Schaufelwinkel der Skelettiinie in einem sich anschließenden vierten Abschnitt konstant. Bis zum engsten Querschnitt steht ein mit abnehmender Schaufelzahl steigender Bereich zur Verfügung, in dem die Belastung (Zirkulation) variabel gestaltet werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Belastungsvariation mit zusätzlichen Profilen vorgenommen. Erfindungsgemäß werden die Profile in jedem Schaufelberechnungsschritt hinsichtlich Länge und Dicke getrennt auf Saug- und Druckseite variiert, um die Belastung zu reduzieren und somit auf der Saugseite Kavitation bzw. Ablösung und auf der Druckseite Totwasser bzw. Rückströmung zu vermeiden.
Dabei baut sich das gesuchte Profil aus einer charakteristischen Skelettlinie, einem symmetrischen Grundprofilen und zusätzlichen Profilen auf Saugseite sowie zusätzli- chen Profilen auf der Druckseite auf.
Bei dem symmetrischen Grundprofil handelt es sich vorzugsweise um ein Gleichdickprofil mit elliptischer Profilnase. Die Zusatzprofile können auf Basis von Katalogprofilen bereitgestellt werden. Beispielsweise können dazu NACA-Profile (National Advisory Committee for Aeronautics). Die Überlagerung erfolgt dabei in einem eben Abbildungssystem der Kaplan sehen Methode.
Die erfindungsgemäßen Profilformen ergeben sich durch die Überlagerung der charak- teristischen Skelettlinie, die einen negativen Schaufel-Eintrittswinkel aufweist, gemeinsam mit einer Dickenverteilung oder einem Profiltropfen. Das fertige Profil wird dann unter dem notwendigen Anstellwinkel ßm in konformer Abbildung positioniert.
Die Gesamtschaufel wird durch konforme Abbildung der in der Ebene vorliegenden ein- zeinen Schaufelschnitte in den als axialsymmetrische Rotationsflächen vorliegenden Flutflächen erzeugt. Vorzugsweise kommen dabei 1 bis 3 Flutflächen, jedoch maximal 7, zum tragen.
Durch Abgleich der die Tropfen beschreibenden Parameter über die Stromlinienradien ergibt sich eine ausreichend glatte Oberfläche. Die Bereitgestellung des Schaufelprofils erfolgt vorzugsweise mittels Überlagerung eines asymmetrischen Profiltropfens und der charakteristischen Skelettlinie.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt:
Figur 1 einen Axiaischnitt durch ein Laufrad,
Figuren 2 variable Tropfen auf drei Stromlinien als Draufsicht, Figur 3 einen Meridianschnitt, Figur 4a einen Verlauf des Schaufelwinkeis,
Figur 4b ein konformes Abbild der Skelettlinie, Figur 5 ein variabler Bereich für eine Dickenvariation,
Figur 6 ein Profilaufbau im konformen Abbild vor Überlagerung mit der Skelettlinie,
Figur 7 ein Überlagerungsprofil am Beispiel eines NACA-Profiis
Figur 8 variable Tropfen auf drei Stromlinien im konformen Abbild, Figur 9 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laufrades.
In Figur 1 ist ein Axialschnitt durch ein radiales Laufrad dargestellt. Die mit festen Beimengungen durchsetzte Flüssigkeit tritt in den Saugmund 1 des Laufrads ein. Die zwischen Deckscheibe 2 und Tragscheibe 3 angeordneten Schaufeln 4 beschleunigen die Flüssigkeit. Die Flüssigkeit strömt von der Drehachse 5 radial nach außen.
Das Laufrad wird insbesondere bei spezifischen Drehzahlen von mehr als 70 1/min betrieben. Dabei erweist sich ein geringes Verhältnis von Schaufelaustrittsradius R2 zu Schaufeleintrittsradius Ri als besonders günstig. Im Ausführungsbeispiel ist das Ver- hältnis von Schaufelaustrittsradius R2 zu Schaufeleintrittsradius R1 kleiner als 1 ,3.
Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen variable Tropfen auf drei Stromlinien als Draufsicht. Figur 3 zeigt die drei Stromlinien als Meridianschnitt. Durch Abgleich der die Tropfen beschreibenden Parameter über den Stromlinienradius R ergibt sich eine ausreichend glatte Oberfläche. Die zusätzlichen Profiltropfen werden hervorgehoben. Das Grundprofil wird belassen.
In Figur 4a ist der Verlauf des Schaufelwinkels ß dargestellt.
Figur 4b zeigt ein konformes Abbild der Skelettlinie. Auf der Abszisse ist der Umschlin- gungswinkel ψ aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Schaufelwinkel ß der Skelettlinien aufgetragen. Der Schaufeleintrittswinkel ßi ist kleiner 0°. In einem ersten Abschnitt 6 steigt der Schaufelwinkel ß stetig an, bis er einen Wert von 0° erreicht. Dann erfolgt in einem zweiten Abschnitt 7 ein stetiger Antrieb, bis der Schaufelwinkel ß einen maximalen Wert erreicht. Der Gradient des Anstiegs des Schaufelwinkels ß ist im ersten Abschnitt 6 und im zweiten Abschnitt 7 gleich. Seinen maximalen Wert erreicht der Schaufelwinkel ß am Wendepunkt der Skeiettlinie. In einem dritten Bereich 8 fällt der Schaufelwinkel ß stetig ab bis er den Wert des Schaufelwinkels ß2 erreicht. In einem vierten Abschnitt 9 bleibt der Schaufelwinkel ß konstant beim Wert des Schaufelaustrittswinkels ß2.
Das konforme Abbild der Skelettlinie zeigt, dass ausgehend vom Schaufelradius Ri der Radius zunächst auf einen minimalen Wert Rmm sinkt und anschließend weiter bis zum Wert des Schaufelaustrittsradius R2 ansteigt. Figur 5 zeigt einen variablen Bereich für eine Dickenvariation. Bis zu einem engsten Abschnitt steht ein mit abnehmender Schaufelzahl steigender Bereich zur Verfügung, in dem die Belastung (Zirkulation) variabel gestaltet werden kann. Dieser variable Bereich ist als Γ in Figur 5 eingezeichnet. Zudem ist der Staffelungswinkel ßm eingezeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Belastungsvariation mit zusätzlichen Profilen vorgenommen, weiche in jedem Schaufelberechnungsschritt hinsichtlich Länge und Dicke getrennt auf Saug- und Druckseite variiert werden, um die Belastung (Zirkulation) auf das jeweilige Mindestmaß zu beschränken und damit Ablöse- bzw. Kavitationsgebiete (auf der Saug- seite) und Totwasser bzw. Rückströmgebiete (auf der Druckseite) zu vermeiden.
Figur 6 zeigt einen Profilaufbau im konformen Abbild vor Überlagerung mit der Skelettlinie mit einem Grundprofil 10 der Druckseite und einem Grundprofil 11 der Saugseite. Aus der Skelettlinie und einem symmetrischen Grundprofil (Gleichprofil mit elliptischer Profilnase) sowie einem zusätzlichen Profil 12 auf der Saugseite und einem zusätzlichen Profil 13 auf der Druckseite baut sich das gesuchte Profil auf. Die Zusatzprofile 12, 13 können auf Basis von Katalogprofüen, beispielsweise einem in Figur 7 dargestellten Überlagerungsprofil (NACA 65010), bereitgestellt werden. Die Überlagerung erfolgt in einem ebenen Abbildungssystem nach der Kaplan 'sehen Methode.
Die Beschreibung der Zusatztropfen erfolgt über maximale Dicke und relative Länge getrennt für Druck- und Saugseite
Χ - χ Ί'.
Figur 8 zeigt einen variablen Tropfen auf drei Stromlinien im konformen Abbild. Es wurden drei Schaufelschnitte bei der, bei Radialpumpen üblichen konformen Abbildungsformen und x = φ dargestellt. Die Optimierung der Schaufel erfolgt durch angepasste Auslegungs- und Nachrechnungsverfahren.
Das Ergebnis des Designs ist in Figur 9 anhand eines zweischaufligen Abwasserrah- mes dargestellt. Das Verfahren kann für offene oder geschlossene Laufräder eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
Kreiselpumpen-Schaufelprofil
1. Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das mindestens eine Schaufel (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (4) ein Profil aufweist, das sich durch Überlagerung eines symmetrischen Profils (10, 11) mit mindestens einem Zusatzprofil (12, 13) und einer Skelettlinie ergibt, deren Schaufeleintrittswinkel kleiner 0° ist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das der Schaufel- winkel ß in einem ersten Abschnitt (6) ansteigt bis er einen Wert von 0° erreicht, dann in einem zweiten Abschnitt (7) bis zu einem maximalen Wert ansteigt und in einem dritten Abschnitt (8) abfällt.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung in einem ebenen Abbildungssystem erfolgt, vorzugsweise nach der Kaplan 'sehen Methode.
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das symmetrische Grundprofif ein Gleichdickprofil mit elliptischer Profilnase ist.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundprofil (12, 13) ein NACA-Profil ist.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung mit Zusatzprofilen (12) auf der Saugseite und/oder mit Zusatzprofilen (13) auf der Druckseite erfolgt.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschreibung von Zusatztropfen über eine maximale Dicke und/oder eine relative Länge getrennt für eine Druckseite und/oder Saugseite erfolgt.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Profil durch Überlagerung eines asymmetrischen ProfiStropfens mit der Skelettlinie ergibt.
9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil unter einem Anstellwinkel (ßm) in einem konformen Abbild positioniert wird.
10. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (4) durch eine konforme Abbildung der in einer Ebene vorliegenden einzelnen Schaufelabschnitte in den als axialsymmetrische Rotationsflächen vorliegenden Flutflächen erzeugt ist. . Verfahren zur Gestaltung des Profils einer Schaufel (4) des Laufrads einer Kreiselpumpe, insbesondere einer Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 0, mit folgenden Schritten:
- Auswahl und/oder Erstellung eines symmetrischen Profils (10, 11),
- Auswahl und/oder Erstellung eines Zusatzprofils (12, 13),
- Auswahl und/oder Erstellung einer Skelettlinie, deren Schaufeleintrittswinkel kleiner 0° ist,
- Überlagerung des symmetrischen Profils ( 0, 11) des Zusatzprofils (12, 13) und der Skelettlinie.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelwtnkei ß in einem ersten Abschnitt (6) ansteigt bis er einen Wert von 0° erreicht, dann in einem zweiten Abschnitt (7) bis zu einem maximalen Wert ansteigt und in einem dritten Abschnitt (8) abfällt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung in einem ebenen Abbiidungssystem erfolgt, vorzugsweise nach der Kaplan 'sehen Methode. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das symmetrische Grundprofil ein Gleichdickprofil mit elliptischer Profilnase ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzprofil (12, 13) ein NACA-Profil ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung mit Zusatzprofilen (12) auf der Saugseite und/oder mit Zusatzprofilen (13) auf der Druckseite erfolgt. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschreibung von Zusatztropfen, über eine maximale Dicke und/oder relative Länge getrennt für eine Druckseite und/oder Saugseite erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Profil durch Überlagerung eines asymmetrischen Profiltropfens mit der Skelettlinie ergibt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil unter einem Anstellwinkel (ßm) in einem konformen Abbild positioniert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (4) durch eine konforme Abbildung der in einer Ebene vorliegenden einzelnen Schaufelabschnitte in den als axialsymmetrische Rotationsflächen vorliegenden Fiutflächen erzeugt wird.
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