葉輪是耐腐蝕泵輸送液體的關(guān)鍵部件。葉輪損壞會(huì)對(duì)化工泵的主要參數(shù)如流量、揚(yáng)程產(chǎn)生很大影響，不能滿(mǎn)足中開(kāi)泵的性能要求。例如耐腐蝕泵葉輪裂紋是怎么回事？如何改進(jìn)它呢？

一.渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析

耐腐蝕化工泵葉輪由前蓋板、后蓋板、葉片、輪轂等部件組成。葉片與前部蓋板之間界面的銳角設(shè)計(jì)較窄，容易造成應(yīng)力集中。在作用的相互載荷下，葉片被拉伸，在葉片和成形器蓋板之間的接合處形成過(guò)載應(yīng)力，導(dǎo)致接合處反向收縮并形成裂紋。

斷裂形態(tài)分析：從葉輪上切下一個(gè)葉片樣品，觀察裂紋從葉尖向后部蓋板以及葉片和輪轂之間的連接處擴(kuò)展。實(shí)際上，裂紋的總長(zhǎng)度為70 ~ 80毫米。從葉片截面可以觀察到垂直于裂紋擴(kuò)展方向的疲勞臺(tái)階，這是金屬疲勞斷裂的基本宏觀特征。斷口用掃描電鏡觀察，疲勞階段形成的海灘圖清晰可見(jiàn)。低滑動(dòng)系數(shù)鋼的疲勞條紋越來(lái)越短，葉輪轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，很難觀察到典型的疲勞條紋。然而葉片的斷裂面是直的，并且在斷裂面上存在由疲勞弧形成的海灘圖案。

二.改進(jìn)葉輪結(jié)構(gòu)

1.刀片和后部的厚度蓋板

化工泵的舊葉輪葉片設(shè)計(jì)厚度為5毫米，新葉輪葉片的設(shè)計(jì)厚度為7毫米，舊葉輪背蓋板的設(shè)計(jì)厚度為5毫米，新葉輪背蓋板的設(shè)計(jì)厚度為8.6毫米。

2. 耐腐蝕中開(kāi)泵葉片前緣總長(zhǎng)度

3. 為了解決上述問(wèn)題，新的兩級(jí)葉輪將葉片前緣縮短至葉輪內(nèi)徑，并將根部位置增加至前后蓋板，這使得加工困難，并且厚度和尺寸控制精度高。葉片前緣總長(zhǎng)度縮短，尖角消除，應(yīng)力集中問(wèn)題大大減少。

4. 3.葉片應(yīng)力的有限元分析

5. 由于設(shè)計(jì)方案較短，舊葉輪葉片進(jìn)口角處的峰值應(yīng)力超過(guò)了正常運(yùn)行、小流量運(yùn)行和超速運(yùn)行時(shí)葉片材料的抗拉強(qiáng)度。但優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，新葉輪葉片的局部峰值應(yīng)力大幅降低至254兆帕，遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)方案值，解決了葉片尖角抗拉強(qiáng)度不足的問(wèn)題，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)方案要求。