叶轮

定义
GB/T7021-1986《离心泵名词术语》
（离心泵的）叶轮——把能量传给液体的具有叶片的旋转体。
HG/T3186-1987《化工用离心式压缩机名词术语》
（离心式压缩机）叶轮——是集中作功的元件，它由叶片、轮盘、轮盖等零件所构成；气体在其流道中获得能量。
GB/T3858-1993《液力传动术语》
（液力偶合器）叶轮——具有一列或多列叶片的工作轮。分离心叶轮、向心叶轮、轴流叶轮。
（轴流式压缩机）叶轮——由动叶栅和轮盘组成的组合件，是转子的主要部分。它是轴流式压缩机中直接向气体传递能量的部件。
HG/T3160-1987《搅拌设备名词术语》
搅拌设备(叶轮）——现用，搅拌器。不再使用叶轮，搅拌轮。
叶轮分类
离心泵叶轮主要有以下4种形式,（a）闭式；（b）前半开式；（c）后半开式；（d）开式
1—叶轮；2—后盖板；3—轮毂；4—前盖板；5—叶轮密封环；6—加强筋
闭式叶轮
由叶片与前、后盖板组成。闭式叶轮的效率较高，制造难度较大，在离心泵中应用最多。适于输送清水,溶液等黏度较小的不含颗粒的清洁液体。
半开式叶轮
一般有两种结构：其一为前半开式，由后盖板与叶片组成，此结构叶轮效率较低，为提高效率需配用可调间隙的密封环；另一种为后半开式，由前盖板与叶片组成，由于可应用与闭式叶轮相同的密封环，效率与闭式叶轮基本相同，且叶片除输送液体外，还具有(背叶片或副叶轮的)密封作用。半开式叶轮适于输送含有固体颗粒、纤维等悬浮物的液体。半开式叶轮制造难度较小，成本较低，且适应性强，在炼油化工用离心泵中应用逐渐增多，并用于输送清水和近似清水的液体。
开式叶轮
只有叶片及叶片加强筋，无前后盖板的叶轮（开式叶轮叶片数较少2-5 片 )。叶轮效率低,应用较少，主要用于输送黏度较高的液体，以及浆状液体。
离心泵叶轮的叶片一般为后弯式叶片。叶片有圆柱形和扭曲形两种，应用扭曲叶片可减少叶片的负荷，并可改善离心泵的吸入性能，提高抗汽蚀能力，但制造难度较大，造价较高。
炼油化工用离心泵要求叶轮为铸造或全焊缝焊接的整体叶轮。焊接叶轮发展起来，多用于铸造性能差的金属材料（如铁及其合金）制造的化工用特种离心泵。焊接叶轮的几何精度和表面光洁度均优于铸造叶轮，有利于提高离心泵的效率。
形状分类
离心式叶轮类
离心通风机叶轮的叶片形状有单板型、圆弧型和机翼型等几种。机翼型叶片具有良好的空气动力学特性，效率高、强度好、刚度大。其缺点是，制造工艺复杂，并且当输送含尘浓度高的气体时，叶片容易磨损，叶片磨穿后，杂质进入叶片内部，使叶轮失去平衡而产生振动。平板型直叶片制造简单，但流动特性较差，而平板曲线后向叶片与翼型叶片相比，除最高效率点附近效率低些外，其它工况点的效率是相当接近的。
前向叶轮类
前向叶轮一般都采用圆弧型叶片，后向叶轮中，大型风机多采用翼型叶片，对于除尘效率较低的燃煤锅炉引风机可采用圆弧型或平板型叶片。采用平板型叶片的离心风机较多。
图1 叶片形状
（a）平板叶片；（b）圆弧窄叶片；（c）圆弧叶片；（d）机翼型叶片；（e）平板曲线后向叶片
压缩叶轮
又称工作轮。离心式压缩机中惟一对气流作功的元件。转子上的最主要部件。一般由轮盘、轮盖和叶片等零件组成。气体在叶轮叶片的作用下，随叶轮作高速旋转，气体受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使它通过叶轮后的压力得到提高。
对叶轮的要求
(1)能给出较大的能量头；(2)气体流过叶轮的损失要小，即气体流经叶轮的效率要高；(3)气体流出叶轮时各参数合宜，使气体流过后面固定元件时的流动损失较小；(4)叶轮型式能使级或整机性能曲线的稳定工况区及高效区范围较宽。常分为闭式、半开式和开式叶轮。
在风力发电机组中，叶轮由轮毂和叶片组成。风经过叶轮，带动叶轮转动，从而带动发电机转动，将风能转化为电能。此时，要求叶轮转动时有足够大的迎风面，以从风中提取足够多的能量；同时，在风速过大时，要能够自动调整叶片迎风角度，避免因受力过大而损坏机械。
叶轮的常用材料
铸铁，青铜，不锈钢，锰青铜，蒙乃尔合金，INCONEL, 及非金属材料。
非金属材料成分
PPS塑料，酚醛树脂等等。
磨损防止
风机叶轮的磨损与磨料的成分、粒度、浓度、形状、冲击速度、冲击角度、气体的化学成分、性质、温度及湿度等因素有关。而叶轮内部气体流动的不均匀性又加速了磨损。作为防止叶轮磨损的措施:一是减少进入风机的粉尘和腐蚀性气体,为此必须得对风机运行系统进行改造;二是设法使局部磨损趋于均匀磨损,这就需要提高叶轮的耐磨性。 若提高叶轮的耐磨性可采用高硬度和耐磨性好的材料。这不仅会给叶轮制造工艺带来困难,而且从经济角度来看也不合理。因此提高风机叶轮的表面质量,对叶轮磨损严重部位堆焊或喷焊(喷涂)耐磨层以及在叶片上加一层衬板以求达到耐磨是一种经济合理的解决办法。
涂覆防磨涂料
目主要防磨涂料有树脂防腐耐磨涂料,橡胶防腐耐磨涂料,石英加水玻璃和陶瓷防腐耐磨材料等。
890耐磨化合物是一种用于修补和保护遭受磨蚀的金属表面的陶瓷复合材料,这种化合物的耐磨性及与母材的结合力均较好。但890耐磨化合物涂覆厚度必须得达到6mm或再厚一些,这对一些窄流道或启动要求较严格的转子是不合适的,同样,在叶片上加一层耐磨衬板来解决风机叶轮磨损也存在此类问题。
叶片表面堆焊
表面堆焊就是选用一定的堆焊焊条(或焊丝),手工电弧(或自动焊)堆焊在叶片易磨损的部位,来提高叶片表面质量,以保护叶片和提高叶片寿命。叶片堆焊焊条一般选用D217、D237、D317B、D707和D717等,D217和D237堆焊金属属于马体钢,有一定的抗磨损能力,但堆焊裂纹倾向较大。D317B堆焊材料是由大量碳化钨(WC)颗粒分布在金属基体上构成的一种堆焊合金,由于WC熔点和硬度都很高,所以焊道金属硬度也很高而且耐冲击,硬度HRC≥60,堆焊金属裂纹倾向较小。
表面喷焊(喷涂)
喷焊工艺是用热源将自熔合金粉末喷射和熔融于工件表面并使其形成致密的喷焊层的工艺。各喷焊耐磨粉末基本上都是采用Ni-Cr-B-Si系列的镍基喷焊粉末。它们的喷焊层基本组织是Ni-Cr-Fe的固溶体,同时存在着大量硼的化合物和碳化钨,这些WC颗粒均匀分布在Ni基喷层中,这些颗粒是均匀而不连续,但可以形成一个硬度达HRC70的骨架。Ni基材料则填充在骨架中,在经受磨粒冲刷时,可以承受高度磨粒的磨损。喷焊表面硬度为HRC55～70,其基本成分为Ni60%+WC35%。
防腐措施
风机叶轮的腐蚀磨损主要是风机输送介质中含有腐蚀性气体引起的腐蚀及应力腐蚀。由于输送介质不同引起的腐蚀种类也不同。为了防止腐蚀及叶轮腐蚀磨损的发生,通常采用以下措施:选用耐蚀作用强的不锈钢做叶轮材料;在叶轮表面上涂镀或喷涂防腐层和提高叶轮表面质量以解决腐蚀磨损问题。
耐腐蚀磨损材料
奥氏体不锈钢(如1Cr18Ni9Ti)屈服强度低,不适宜制造转速高的叶轮,适用于作为一般的低速风机防腐叶轮材料。在含有CO2等带腐蚀性气体及烟雾的介质时主要用Cr13类不锈钢,但应注意应力腐蚀,而要求耐蚀性强转速高的风机叶轮则广泛使用了马氏体沉淀不锈钢,如0Cr17Ni4Cu4Nb及FV520B等。
叶轮耐蚀层的涂镀
非晶镀镍—磷(Ni-P)合金是当今比较成功的一种表面防腐涂镀方法。由于理想的非晶态结构和镀层的合金特性,避免了晶界腐蚀和晶界缺陷,镀层硬度为HRC50～70的Ni-P合金镀层耐腐蚀、耐磨损及对盐酸、硫酸、磷酸和烧碱的耐蚀性强。
风机叶轮表面涂镀非晶镀镍—磷(Ni-P)合金作为一种良好的耐腐蚀工艺方法。
叶轮耐蚀层的喷涂
风机叶轮耐蚀性喷涂有表面热喷涂及等离子喷涂等。喷涂材料有镍及镍合金丝、粉;不锈钢丝、粉等。镍及镍合金喷涂层对氢硫酸、磷酸、氰化氢酸、氢氟酸、醋酸、硫酸亚铁溶液和干燥气等介质,耐腐蚀性较好,但对盐酸、硝酸、醋酸钾、亚硫酸等介质,耐腐蚀性则不好。
不锈钢中的奥氏体不锈钢用于热喷涂较多，如1Cr18Ni9Ti，具有良好的工艺性，在多数氧化性介质和某些还原性介质中有较好的耐蚀性。
风机叶轮耐蚀性还有其他一些方法，比如橡胶防腐涂料，环氧树脂涂料等。风机叶轮的耐磨与防腐方法较多，受风机运行系统工况条件及叶轮制造工艺方法不同的限制，风机叶轮的耐磨与防腐方法各企业也有差异。
副叶轮
所谓的副叶轮流体动力密封是指在泵的叶轮后盖板背面附近同轴反方向安装一开式叶轮。当泵工作时，副叶轮随泵主轴一起旋转，副叶轮中的液体也会一起旋转，转动的液体会产生一个向外的离心力，这个离心力一方面顶住流向机械密封处的液体，降低了机械密封处的压力。另一方面阻止介质中的固体颗粒进入机械密封的摩擦副中，减少机械密封磨块的磨损，延长了其使用寿命。
副叶轮除了起到密封作用外，还可以起到降低轴向力的作用，在潜污泵中轴向力主要是由液体作用在叶轮上的压差力和整个转动部分的重力所组成，这两个力的作用方向是相同的，合力是由两个力相加而成。可以看出，在性能参数完全相同的情况下，潜污泵的轴向力比一般卧式泵要大，而平衡难度比立式泵要难。所以在潜水排污泵中，轴承容易损坏其原因也是与轴向力大有着很大的关系。
而如果安装了副叶轮，液体作用在副叶轮上压差力的方向是与上述两力的合力相反的，这样可以抵消一部分轴向力，也就起到了延长轴承寿命的作用。但是使用副叶轮密封系统也有一个缺点，那就是在副叶轮上要消耗一部分能量，一般在3%左右，但是只要设计合理，完全可以把这部分损失降低到最低限度。


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