一.葉輪機(jī)械結(jié)構(gòu)解析

給耐腐蝕泵葉輪由前蓋板、后蓋板、葉片、輪轂等零部件構(gòu)成。葉片與前蓋板接口的尖角設(shè)計(jì)方案狹窄，易于造成應(yīng)力集中。在各種載荷的相互作用下，葉片拉伸，其與前蓋板的連接處形成一個(gè)超負(fù)荷的應(yīng)力，造成連接處反向收縮形成裂痕。

1.斷口形貌解析

從葉輪上切下一個(gè)葉片樣品,觀察裂紋從葉片端擴(kuò)展到后蓋板和葉片與輪轂的接頭。實(shí)際上，裂紋的總長(zhǎng)度是70～80mm。從葉片斷面觀察到與裂紋擴(kuò)展方向垂直的疲勞步驟，這是金屬疲勞斷裂的基本宏觀特征。用掃描電鏡觀察了斷裂表面，清晰地觀察了疲勞階段形成的海灘圖。低滑系數(shù)鋼材的疲勞條紋越來(lái)越短、越來(lái)越小，葉輪的轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，因此很難觀察典型的疲勞條紋。但是，刀片的斷裂面是直的，斷裂面上有一個(gè)由疲勞弧形成的海灘圖案。

2.依據(jù)本文的解析，葉片形成裂痕因素匯總?cè)缦?/span>:

刀尖角的設(shè)計(jì)方案太窄，刀尖角的剛度由于制造偏差而低于設(shè)計(jì)值。在各種載荷的綜合作用下，葉片局部應(yīng)力集中。通過對(duì)斷裂形態(tài)的分析，證實(shí)了二次葉輪葉片裂紋是由脆性疲勞引起的。

二.葉輪結(jié)構(gòu)改善

1.葉片、后蓋板厚度

化工泵老葉輪葉片設(shè)計(jì)厚度為5mm，新葉輪葉片設(shè)計(jì)厚度為7mm，老葉輪背蓋板設(shè)計(jì)厚度為5mm，新葉輪背蓋板設(shè)計(jì)厚度為8.6mm。由于葉片剛度和強(qiáng)度增大，實(shí)測(cè)值高于設(shè)計(jì)值，因此在理論上葉輪強(qiáng)度應(yīng)高于設(shè)計(jì)值。

2.葉片前緣總長(zhǎng)度

為解決耐腐蝕化工泵的問題，新型二級(jí)葉輪將葉片前緣縮短到葉輪內(nèi)徑處，生根位置增加至前、后蓋板兩處，加工難度小，厚度尺寸控制精度高。縮短了葉片前緣的總長(zhǎng)度，消除了尖角，大大減輕了應(yīng)力集中問題。

3.葉片受力有限元分析

由于設(shè)計(jì)方案較短，在正常運(yùn)行、小流量運(yùn)行和超速運(yùn)行下，老葉輪葉片進(jìn)口角處的峰值應(yīng)力超過了葉片材料的拉伸強(qiáng)度。而設(shè)計(jì)方案優(yōu)化后的新型葉輪葉片局部峰值應(yīng)力大大降低，大為254MPa，遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)方案值，解決了葉片尖角處抗拉強(qiáng)度不足的問題，滿足設(shè)計(jì)方案要求。