叶轮叶片角度和转动方向：叶轮叶片型式及其对理论性能的影响
叶轮叶片角度和转动方向：叶轮叶片型式及其对理论性能的影响符合相似条件的两台水泵，以下各式成立：（b）水泵相似定律·几何相似—两台水泵在结构上完全相仿，对应尺寸的比值相同，叶片数、对应角相等；·运动相似—两台水泵内对应点的液体流动相仿，速度大小的比值相同、方向一致（即速度三角形相似）；·动力相似—两台水泵内对应点的液体惯性力、黏性力等的比值相同
本期标题：叶轮叶片型式及其对理论性能的影响
一 内容提要与基础知识汇总：
首先学习叶轮的车削定律，结合车削定律的3个公式，运用一下相似定律和比转速关系来确定
（1）相似定律
( a ) 水泵相似条件
·几何相似—两台水泵在结构上完全相仿，对应尺寸的比值相同，叶片数、对应角相等；
·运动相似—两台水泵内对应点的液体流动相仿，速度大小的比值相同、方向一致（即速度三角形相似）；
·动力相似—两台水泵内对应点的液体惯性力、黏性力等的比值相同
（b）水泵相似定律
符合相似条件的两台水泵，以下各式成立：
Q2/Q1 = n2/n1（D2/D1）³
H2/H1 = (n2/n1)² (D2/D1)²
P2/P1 = (n2/n1)³ (D2/D1)5 (p2/p1)
式中 Q1，Q2 —泵1、泵2的流量；n1，n2 —泵1、泵2的泵轴转速；
D1、D2 —泵1、泵2叶轮外径；P1，P2 —泵1、泵2的轴功率；
p1、p2 —泵1、泵2输送介质的密度
（两相似泵可以近似地认为其容积率、水力效率、机械效率相等。）
（2）比转数
( a ) 水泵比转数定义和公式
定义公式
在设计制造泵时，为了将具有各种各样流量、扬程的水泵进行比较，将某一台泵的实际尺寸，几何相似地缩小为标准泵，此标准泵应该满足流量为75L/s，扬程为1m。此时标准泵的转数就是实际水泵的比转数。比转数是从相似理论中引出来的一个综合性有因次量的参数，它说明了流量、扬程、转数之间的相互关系。无因次量的比转数称为形式数，用K表示 比转数ns = 3.65n√Q
H 0.75
双吸泵Q取Q/2；
多吸泵H取单级扬程；
如i级H取H/i 。
式中 n —转速（r / min）
Q —流量（m3 / s）；
H —扬程（m）。
型式数 K = 2 π n √Q60 (gH) 0.75
( b ) 水泵比转数的特性
·同一台泵 在不同的工况下具有不同的比转数；一般是取最高效率工况时的比转数作为水泵的比转数；
·大流量、低扬程的泵，比转数大；小流量、高扬程的泵，比转数小；
·低比转数的水泵，叶轮出口宽度较小，随着比转数的增加，叶轮出口宽度逐渐增加，这适应于大流量的情况；
·比转数标志了流量、扬程、转速之间的关系，也决定了叶轮的制造形状；
·离心泵比转数较低，零流量时轴功率小；混流泵和轴流泵比转数高，零流量时轴功率大；因此离心泵应关闭出口阀起动，混流泵和轴流泵应开启出口阀起动；
·型式数K = 0.0051759ns
二 叶轮叶片型式及其对理论性能的影响（正文）
在设计泵或风机时，总是使进口绝对速度v1与圆周速度u1间的工作角α1=90°。这时流体按径向进入叶片间的流道，理论扬程方程式就简化为
. . (2-12)
要使流体径向地进入叶片间的流道，可以适当设计叶片的进口方向来保证，因叶片的方向是取决于安装角。当叶片进口安装角在设计流量下保证流体径向进入流道后，剩下的问题是以式(2-12)表达的理论扬程HT与出口安装角β2有什么样的关系？
将图2-4(e)所示的速度三角形按叶片出口2处的参数进行讨论，可得：
代入式(2-12)，就有：
. . (2-13)
就叶轮直径固定不变的某一设备而论，在相同的转速下，从式(2-13)可以发现叶片出口安装角β2的大小对理论扬程HT是有直接影响的。
图2-7绘有三种不同出口安装角的叶轮叶型示意图。
. .图2-7叶轮叶型与出口安装角 (a)后向叶型 （b)径向叶型（c)前向叶型
. (a)后向叶型 .（b)径向叶型 .（c)前向叶型
当β2＜90°时，cotβ2＞0 这时HT＜u2²/g，叶片出口方向和叶轮旋转方向相反，这种叶型叫做后向叶型，如图2-7(a)所示；
当β2=90°时，cotβ2=0 这时HT=u2²/g，叶片出口按径向装设，这种叶型称为径向叶型，如图2-7(b)所示；
当β2＞90°时，cotβ2＜0 这时HT＞u2²/g，叶片出口方向和叶轮旋转方向相同，这种叶型叫做前向叶型，如图2-7(c)所示。
根据以上分析，在流量、尺寸、转速相同的情况下，似乎可以得出以下结论:具有前向叶型的叶轮所获得的扬程最大，其次为径向叶型，而后向叶型的叶轮所获得的扬程最小，因此似乎具有前向叶型的泵与风机的效果最好。
但是，这种看法是不全面的，下面进一步分析不同叶轮型式对理论扬程组成的影响。下面首先研究分析总能中的动压头情况。
通常在离心泵和风机的设计中.除使流体径向进入流道外，常令叶片进口截面积近似等于出口截面积。以A代表这些截面积时，根据连续性原理可得出：
则将此式代入式(2-10)，并按速度三角形(图2-4(e))可得到动压头HTd与出口切向分速vu2之间的关系：
. . 2-14
由此可见，理论扬程HT中的动压水头成分HTd是与出口速度的切向分速vu2的平方成正比的。
当β2＜90°时，cotβ2＞0，vu2＝u2—vr2cotβ2＜u1所以有则HTd=
，则动压水头小于理论扬程的一半；
当β2=90°时，cotβ2=0，vu2＝u2，所以有HT=
，则HTd＝
，动压水头等于理论扬程的一半；
当β2＞90°时cotβ2＜0，vu2＝u2—vr2cotβ2所以有HT=
，则HTd＝
，动压水头大于理论扬程的一半。
如前所述，动压水头成分大，流体在蜗壳及扩压器中的流速大，从而动静压转换损失必然较大。在其他条件相同时，尽管前向叶型的泵与风机总的扬程较大，但能量损失也大，效率较低。因此，离心式水泵及大型风机，为了增加效率或降低噪声水平，也几乎都采用后向叶型。但就中小型风机而论，效率不是主要考虑因素，也有采用前向叶型的，这是因为叶轮是前向叶型的风机，在相同的压头下，轮径和外形可以做得较小。根据这个原理，在微型风机中，大多采用前向叶型的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能，由于它加工容易，出口沿径向，不易积尘堵塞，多用于污水泵、排尘风机以及耐高温风机等。
叶轮与蜗室的位置（仅供参考）
某大型厂家设计的渣浆泵叶轮
总结：
叶轮的概念：叶轮既指装有动叶的轮盘，是冲动式汽轮机转子的组成部分，又可以指轮盘与安装其上的转动叶片的总称。叶轮常见的都是铸造或者焊接的，材质根据工作介质选用。
水泵叶轮用铸铁制成。水泵叶轮上的叶片又起主要作用，水泵叶轮的形状和尺寸与水泵性能有密切关系。水泵叶轮一般可分为单吸式和双吸式两种，单吸式叶轮为单边吸水，小流量水泵叶轮多为此种型式。双吸式叶轮为两边吸水，大流量水泵叶轮均采用双吸式叶轮。
主要作用：叶轮的作用是把原动机的机械能转化为工作液的静压能与动压能。
分类
根据叶片形式分为三种：开式叶轮、闭式叶轮、半开式叶轮。
闭式叶轮由前后盖板和叶片组成；
半开式叶轮由叶片和后盖板组成；
开式叶轮只有叶片与部分后盖板或没有后盖板。
叶片式叶轮中的半开式、开式叶轮铸造方便，可输送含有一定固体颗粒的介质，但由于固体颗粒磨蚀流道，会造成泵的工作效率降低。另外，开式，半开式，一定不要吸上使用（有疑问请评论）。
闭式叶轮运行效率高、能长时间平稳的运行，泵的轴向推力较小（如AH分数渣浆泵采用的闭式叶轮），但是封闭式的叶轮不易输送含有大颗粒的或者含有长纤维的污水介质。
总之，叶轮是水泵的核心部件，是工作效率的主要影响因素。在特定工况下，如果叶轮设计不好就会在泵入口和叶片处产生水力损失和间隙损失。叶轮设计与选择是水泵设计的重要环节。
