前言

無論是與協(xié)助泵選型的應(yīng)用工程師的電話，還是泵投標(biāo)用的規(guī)格文件，或者是本學(xué)習(xí)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(jī)（通常是電機(jī)）產(chǎn)生的動力傳遞到流體運動中的關(guān)鍵零件。

雖然所有葉輪的共同任務(wù)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(yīng)用的要求。要在眾多選擇中進(jìn)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(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(jī)）和動力輸出（流體運動）的紐帶。泵送過程開始時，驅(qū)動機(jī)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(dǎo)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(yīng)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(shè)計通常用于污水和廢水處理應(yīng)用。

另一種常見的固體處理葉輪是旋渦式，也稱為凹進(jìn)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(yīng)用非常有利。

切割和切碎泵

對于容易堵塞的應(yīng)用，有一些葉輪設(shè)計用于處理這些麻煩的固體。切割泵（cutter pump）就是這樣一種設(shè)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(shè)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(dāng)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(jī)時間。這些切割后的固體可以在泵的下游進(jìn)行過濾。

另一種用于易堵塞應(yīng)用的葉輪設(shè)計是切碎泵（chopper pump）。切碎泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)。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(yīng)用

有些應(yīng)用需要較高的壓力，例如泵送到高海拔或在系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(yīng)用。研磨泵的吸入口外側(cè)有一個研磨葉片。當(dāng)這個鋒利的葉片旋轉(zhuǎn)時，會將固體粉碎成細(xì)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(yáng)程的葉輪將磨細(xì)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(jié)構(gòu)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(jì)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(xué)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(yīng)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(xué)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(wù)必將此信息告知泵供應(yīng)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(jī)械工程專業(yè)，現(xiàn)在Tsurumi美國公司工作。