前言

無論是與協(xié)助泵選型的應用工程師的電話，還是泵投標用的規(guī)格文件，或者是本學習系列，圍繞泵的許多討論都是從葉輪開始的。葉輪是將驅(qū)動機（通常是電機）產(chǎn)生的動力傳遞到流體運動中的關鍵零件。

雖然所有葉輪的共同任務都是移動流體，但它們有不同的形狀、尺寸和材料，以滿足特定應用的要求。要在眾多選擇中進行區(qū)分似乎很難，但了解葉輪的基本原理將對正確選擇泵具有很大的幫助。

葉輪幾何形狀

了解典型離心葉輪的剖面結構非常重要。葉輪的中心被稱為葉輪吸入孔（eye）。從中心向外延伸的是葉輪的葉片。葉輪的葉片是彎曲的（通常是后彎曲的），在葉輪旋轉(zhuǎn)時捕捉并移動流體。葉片后面的大型圓形部分是葉輪的輪轂。輪轂為葉片提供支撐，同時將所有葉片連接到葉輪組件。輪轂的外徑是可以找到葉輪蓋板的地方。半開式葉輪有一個覆蓋葉輪葉片頂部的蓋板。閉式設計是指具有覆蓋葉輪葉片頂部和底部蓋板的葉輪?；蛘?，葉輪可能沒有蓋板，這種類型被稱為開式葉輪。

葉輪的設計可能會有所不同，但一些基本原理在所有葉輪中都是不變的。葉片的外徑?jīng)Q定了泵所能產(chǎn)生的壓力。與直徑較大的類似葉輪相比，較小的外徑將產(chǎn)生較低的壓力。葉輪葉片的高度決定了泵產(chǎn)生的流量。與具有較高葉片的葉輪相比，較低的葉輪葉片將產(chǎn)生較少的流量。這些葉輪幾何特征提供了葉輪樣式設計的背景。

葉輪的物理表征

葉輪是連接泵的動力輸入（驅(qū)動機）和動力輸出（流體運動）的紐帶。泵送過程開始時，驅(qū)動機通過軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。葉輪轉(zhuǎn)動時，水從中心沿葉片邊緣向外推，壓力隨之增加。高壓水從葉片的末端釋放到泵的蝸殼（或?qū)~）中。沿著蝸殼/導葉的路徑，水以葉輪幾何形狀決定的流量和壓力排出。水沿著葉輪葉片加速，在葉輪吸入孔處形成低壓。大氣壓力大于葉輪吸入孔的低壓，對被泵送流體的表面產(chǎn)生作用力，使流體持續(xù)流向葉輪吸入孔。

固體處理

許多應用都需要泵送含有固體的流體。對于潛水泵來說，這種情況很常見，因為潛水泵位于用于收集徑流和廢物的蓄水池中的較低位置。一種以其固體處理能力而聞名的葉輪類型是通道式葉輪（channel impellers）。通道式葉輪允許固體有效通過葉輪葉片之間。這種葉輪設計通常用于污水和廢水處理應用。

另一種常見的固體處理葉輪是旋渦式，也稱為凹進式葉輪（recessed impeller）。這種葉輪位于蝸殼內(nèi)，在葉輪和吸入口之間形成一個較大的開放空間。與其它依靠葉片推動水流的葉輪不同，這種葉輪會在蝸殼的開放空間中產(chǎn)生渦流。葉輪快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流使流體和固體在與葉輪接觸最小的情況下移動。泵送流體與葉輪之間沒有接觸，這對含有磨料或大顆粒固體的應用非常有利。

切割和切碎泵

對于容易堵塞的應用，有一些葉輪設計用于處理這些麻煩的固體。切割泵（cutter pump）就是這樣一種設計。切割泵的葉輪有一個鋒利的前緣，通常由碳化鎢等硬質(zhì)材料制成。這種鋒利的邊緣在設計上與帶有鋒利鋸齒邊緣的配套吸板之間有一個緊密的間隙。當葉輪吸起固體時，固體的一部分會被吸板上的固定鋸齒狀邊緣卡住，使旋轉(zhuǎn)的切割葉輪能夠切割固體。切割泵可減少各種固體和碎屑（如抹布、“可沖洗”濕巾甚至衣物）造成的堵塞，從而減少泵的停機時間。這些切割后的固體可以在泵的下游進行過濾。

另一種用于易堵塞應用的葉輪設計是切碎泵（chopper pump）。切碎泵的機械結構類似于切割泵。固體物質(zhì)在葉輪鋒利的前緣和吸入口的鋒利靜止邊緣之間撕裂。

與在吸入板上使用鋸齒狀邊緣的切割泵不同的是，切碎泵具有一個安裝在葉輪吸入孔外部的切割刀機構。切碎泵葉片與葉輪吸入孔、葉片與吸入板之間保持緊密的公差。這些緊密的公差提供了整個葉片的切割，防止整個蝸殼的堵塞。

高壓應用

有些應用需要較高的壓力，例如泵送到高海拔或在系統(tǒng)設計需要小直徑管道的情況下。為了實現(xiàn)這種高壓，可以通過幾種方法改變?nèi)~輪的設計。增加壓力的一種方法是增大葉輪的外徑。

另一種增加壓力的方法是在葉輪葉片的上方和下方加裝蓋板。閉式葉輪葉片之間的區(qū)域可減少流動再循環(huán)（內(nèi)部回流），從而實現(xiàn)更有效的高壓輸出。雖然閉式葉輪能有效地增加壓力，但卻限制了葉輪處理固體的能力。

高壓泵通常配有過濾器，以防止閉式葉輪出現(xiàn)堵塞。但是，如果存在大量固體，研磨泵（grinder pump）可能更適合這種應用。研磨泵的吸入口外側(cè)有一個研磨葉片。當這個鋒利的葉片旋轉(zhuǎn)時，會將固體粉碎成細小的碎片，經(jīng)吸入濾網(wǎng)流入泵中。然后，通常通過一個高揚程的葉輪將磨細的固體送出泵。在地形不平坦的地區(qū)，城市污水收集中經(jīng)常會用到研磨泵。這些地區(qū)依靠小口徑、高壓管道輸送污水。研磨泵不僅能提供所需的高壓，還能減少固體物質(zhì)，從而減少對較小管道的堵塞。

葉輪材料

選擇合適的結構材料與選擇葉輪樣式同樣重要。葉輪可采用各種材料，如不同等級的鑄鐵、不銹鋼、青銅和樹脂塑料。鑄鐵具有良好的耐磨性和經(jīng)濟性。但是，鑄鐵可能無法承受高磨損性或腐蝕性流體。為了防止葉輪因腐蝕而過早失效，可能需要使用不銹鋼葉輪。雖然不銹鋼比鑄鐵昂貴，但它通常能更好地抵御腐蝕性化學品。

青銅是另一種耐腐蝕材料，經(jīng)常在沿海地區(qū)使用。在近海應用或輸送鹽水的流程中，青銅可防止鹽水侵蝕。一些較小的泵可能使用塑料葉輪。與不銹鋼或青銅替代品相比，這些模制葉輪具有優(yōu)異的耐化學性和高耐磨性，并且具有成本效益。

泵送的流體以及系統(tǒng)條件將決定所需的葉輪類型。請務必將此信息告知泵供應商，以確保葉輪和泵的正確選擇。

作者簡介：Pat Donahue畢業(yè)于Purdue University機械工程專業(yè)，現(xiàn)在Tsurumi美國公司工作。