一種提高塑料泵效率的葉輪壓塑模具

汪衛平

（安徽凱特泵業有限公司， 安徽 涇縣 242500）

引言

離心泵閉式葉輪的優點相對多一些，比如其容積效率保持性相對比較好，正是因為離心泵閉式葉輪具有這一個獨特的優點，所以該葉輪在離心泵中是經常會被使用。吸入口拐角處線型在一定程度上會影響到閉式葉輪效率，同時，兩蓋板間彎曲葉片扭曲也會對閉式葉輪效率進行影響。理想的閉式葉輪，一般都會對這兩者的扭曲度有要求的，最好是在15°～45°，如此一來流體吸入葉輪，能夠更加順暢地通過，便不會產生較大的回流、旋渦等流阻，所以具有相對比較高的效率。然而，閉式葉輪流道相對會比較復雜一些，而且其流道截面徑向是里面大外面小的，一般情況下，想要獲得理想流道的閉式葉輪，只能通過可擊碎葉輪流道塞片，如金屬鑄造葉輪或者采用熔融流動性好的塑料鑄造成型。

1 影響葉輪效率的機理及相關因素

影響泵效率的關鍵零部件如葉輪、泵體、泵蓋、導流器等，其中以葉輪最為重要，葉輪的直徑、翼形、出水角、葉片的分度、流道的形狀、光潔度等對泵效率的影響十分明顯。低比轉速離心泵葉輪多采用鑄造成型方式，葉輪內流道不易加工，表面粗糙度僅達到0.25～0.50 μm。圓盤摩擦損失與流道表面粗糙度有關，粗糙度值越大，圓盤摩擦損失越大，而低比轉速圓盤摩擦損失所占比重較大。如何降低上述損失，成為提高低比轉速離心泵效率的關鍵問題。注塑成型塑料葉輪，流道表面粗糙度可達0.16 μm，在一定程度上降低機械損失和水力損失，將其與增加葉輪出口寬度同時減小葉輪外徑這一提高效率的方法。葉輪直徑及流道寬度對泵的揚程及流量起著決定性作用，對于后彎式葉輪，出口安裝角在一定范圍內增加，會增加揚程，同時提高泵內通流部件表面光潔度，可提高泵效率3%左右；離心泵在小流量下工作，流速低，葉片入口的沖角增大，導致葉片附近形成渦流區，葉片侵蝕加劇，離心泵效率降低。泵偏離設計工況越遠，葉片區的壓力脈動越大，尤其是低流量下，壓力脈動表現在振動參數上更加顯著。葉輪的優化設計現成為提高泵效率的一種新興技術，已得到廣泛應用。

2 原有模具的設計缺陷

環保、冶金和化工行業輸送含有固體顆粒料漿，這些都是具有腐蝕性。熔融流動性相對比較好的塑料或者是金屬等材料制成的閉式葉輪的使用范圍在一定程度上會受到限制，在實際的作業當中，用于輸送料漿的閉式葉輪，基本上使用的還是各種熔融流動性比較差的工程塑料材料來制成的，同時該塑料需要滿足一定的條件和要求，比如需要高耐磨超高分子量聚乙烯等，其熔融流動性特別的差，要想成型的話，只能采用模壓方式才能夠實現。如下頁圖1 和圖2 所示，外周拔出式脫模葉輪流道塞片，因為會在一定程度上受到葉輪異型流道的限制，而且還會受到脫模限制，所以這就使得其不能像擊碎式葉輪流道塞片那樣做成扭曲塞片或者是那種里面大外面小的塞片，所以，這也就使得葉輪吸入口拐角處只能做成明顯有角度的塞片，不可以做成扭曲的塞片，這樣一來，所得流道曲線便不可以像鑄造成型葉輪那樣更好的符合要求。一直以來，模壓成型閉式葉輪也就被人們界定為低效率葉輪，又因為至今還沒有很好的技術解決模具及脫模技術問題，所以，目前還是采用低效率模壓閉式葉輪。

圖1 改進前葉輪

圖2 改進后葉輪

此外，如做易擊碎葉輪流道葉輪流道塞片為一次性模具，是不可以進行重復使用，這樣一來便在無形之中讓制造成本提高，而且因塞片較多，很難保證各塞片及批次間的一致性，而且還會在一定程度上使得流道及葉輪尺寸產生一定的誤差，誤差的產生，便會使運行時葉輪平衡性變得更差，同時還會在一定程度上對泵運行的穩定性造成不利的影響。

3 改進后模具的結構

為了解決上述出現的技術問題，經過長期的實踐和試驗，從而設計出了非金屬離心泵閉式葉輪的模具如圖3 和圖4 所示。該模具把葉輪吸入口內側的拐角處變成了如圖2 所展示的弧形結構，而且還把葉輪葉片也做成了扭曲狀彎曲，這樣一來便在一定程度上實現了高效率流道。改進后的葉輪壓塑模具，該模具模壓超高分子量聚乙烯離心泵閉式葉輪，呈流線弧形，各葉片彎曲片呈扭曲狀彎曲。

圖3 改進前葉輪壓塑模具

圖4 改進后葉輪壓塑模具

該葉輪成型和模具，葉輪塞片組合與燕尾圈、底模芯軸、定位銷定位，與底模裝配成一體，模套和壓模組合成料腔。模壓成型，先在底模上裝上底模芯軸、小芯軸，再將底模、模套、燕尾圈，在燕尾圈內進行流道塞片的裝置（定位通過燕尾槽，圖中未顯示），充填模壓料，然后再將壓模合上；通過對模具進行加熱來進行物料熔融，并加壓壓模成型，冷卻，卸壓模、模套、燕尾圈、底模，拔出疊合的流道塞片，在撥出塞片與燕尾圈裝配的兩塊之前，先將塞片最小的一塊從葉輪進口處脫下，這樣就得到了一個具有流道曲折復雜并且流道截面徑向呈內大外小的葉輪如圖5 和圖6 所示。

圖5 改進前葉輪塞片

圖6 改進后葉輪塞片

4 結語

閉式葉輪中，普通的圓柱面的葉片再加上短且相對順直的流道過于簡單而制約了泵送能力，通過提高轉速或增大葉輪外徑的方式雖可以適當提高泵送能力，但需要消耗更多功率。扭曲面葉片，其泵送能力無疑是最佳的，通過扭曲型葉片的設計而成的扭曲狀流道的葉輪，使泵輸送效率得到提高，節約了能源。介質通過順暢，產生回流小、流阻小，具有較高效率，改進后的扭曲型葉輪經過客戶現場使用，效率與圓柱型葉片葉輪相比提高了8%左右，克服了塑料泵輸送介質效率低的難題，使公司的產品品質提到提升，通過使用不同的塑料材質成型的葉輪，如F46、PPH、PVDF、PE 等，使產品可以輸送不同的介質，輸送介質溫度可以達到120 ℃，耐腐、耐磨性得到較大地提高，完全可以替代有些特殊材質的金屬泵使用（如雙相不銹鋼），給公司帶來較高的經濟效益，同時降低了客戶的使用成本，受到用戶的一致好評。