Schaufel
Die Schaufeln einer Kreiselpumpe sind fest oder einstellbar mit dem Laufrad oder Leitrad verbunden und das wichtigste Bauelement zur Übertragung mechanischer Leistung (siehe Leistungsbedarf) in Förderleistung (siehe auch hydraulischer Wirkungsgrad) bzw. zur Umsetzung von Geschwindigkeits- und Druckenergie.
Die Schaufel wird in Strömungsrichtung durch die Eintrittskante (Saugkante) und Austrittskante (Druckkante), quer zur Strömungsrichtung innen durch die Nabe (bei axialen und halbaxialen Lauf- und Leiträdern) oder durch die innere (druckseitig hintere) Deckscheibe (bei radialen und halbaxialen Laufrädern) und außen durch das Pumpengehäuse oder die äußere (saugseitig vordere) Deckscheibe (bei geschlossenen Laufrädern) begrenzt.
Eine Schaufel gilt als einstellbar (justierbar), wenn sie eingesetzt in einer gewünschten Stellung im demontierten Zustand der Pumpe bleibend festgestellt werden kann.
Handelt es sich um im Betrieb verdrehbare Schaufeln, so werden diese als verstellbare Schaufeln bezeichnet (siehe Laufschaufelverstellung). Die äußere Form der Schaufel wird meist als Zirkularprojektion im Meridianschnitt (Längsschnitt entlang der Pumpendrehachse) angegeben.
In der Kreiselpumpentechnik gibt es zahlreiche Arten von möglichen Laufschaufelformen. Bei diesen sind auch die klassischen Formen axialer, halbaxialer und radialer Schaufeln, allerdings ohne Auszeichnung einer Durchströmrichtung von innen nach außen oder von außen nach innen, vertreten. So sind bspw. bei den halbaxialen Rohrgehäusepumpen (z. B. Schraubenradpumpe) zwiebelförmige Leiträder weit verbreitet, deren halbaxiale Leitschaufeln im Eintritt vorwiegend von innen nach außen und im Austritt vorwiegend von außen nach innen durchströmt werden.
Da keine Normalkomponenten der Relativgeschwindigkeit bei Laufrädern oder der Absolutgeschwindigkeit bei Leiträdern senkrecht zur Schaufel auftreten können, stellen die Schaufeloberflächen Stromflächen dar, die sich aus unendlich nah benachbarten Stromlinien zusammensetzen.
Hinsichtlich der hydrodynamischen Strömungsumlenkung (siehe Strömungsmaschine) kann die wirkliche Form einer Schaufel daher nur längs einer Stromlinie bestimmt werden. Dies ist meist aber schwierig, da die Angabe des genauen Stromlinienverlaufes im Lauf- sowie Leitrad nur unter erheblichem Aufwand und mit einigen Prämissen möglich ist (siehe unter CFD).
Die Geschwindigkeitsdreiecke auf einer Stromlinie am Schaufelein- und -austritt legen die Form der Schaufeln unter Berücksichtigung der Schaufeldicke und eventueller Gitterrückwirkungen schon wesentlich fest. Der Verlauf der Schaufelmittellinie (bei halber Schaufeldicke) zwischen dem Schaufelein- und -austritt wird als Skelettlinie bezeichnet (siehe Strömungsprofil). Sie wird sehr oft durch einen Kreisbogen (z. B. bei der Kreisbogenschaufel), aber auch durch Parabelbogen, S-Schlag und andere analytische Kurven hergestellt.
Im Allgemeinen wird der Schaufeleintritt als stoßfreier Eintritt in eine drallfreie Zuströmung (siehe Drallströmung) ausgeführt. Eine bekannte Ausnahme stellt hier der Vorsatzläufer dar.
Der Schaufelwinkel (Laufrad) am Austritt (β2) ist abhängig u. a. von der zu verwirklichenden Förderhöhe (siehe Strömungsprofil) mehr oder weniger steil. Bei Schaufeln radialer Laufräder ist er im Regelfall kleiner als 90° (etwa 17° bis 40°). Die Schaufel wird in diesem Fall als "rückwärts gekrümmt" bezeichnet. Ein Schaufelwinkel von 90° kennzeichnet die "radial endende" Schaufel und größer als 90° die "vorwärts gekrümmte" Schaufel (mit extrem hohen Druckzahlen).
Die Schaufeldicke (Schaufelstärke) richtet sich hauptsächlich nach der Fliehkraftbeanspruchung und den Herstellverfahren. Bei profilierten Propellerschaufeln spielt auch die Dickenverteilung längs der Skelettlinie nach hydrodynamischen Gesichtspunkten eine wesentliche Rolle.
So beträgt die minimale Schaufelstärke bei Gusseisen etwa 3 mm, bei Stahlguss 4 mm und in Sonderfällen wie bei eingesetzten oder angeschweißten Blechschaufeln sind auch dünnere Schaufelstärken zu realisieren.
