离心泵特性

一、泵的分类

1.泵(pump)：也称泵浦、唧筒，是一种提供流体能量，使流体获得压力、速度的机械。

2.泵在管路系统的功能有若人体的心脏促使血液循环般的重要。

3.泵的型式很多，依其工作原理，可分成离心泵、正位移泵及特殊泵等三大类，如下表：

表1.6.1 泵的分类

分类型式特点

动能式离心泵输送率大，价廉，低扬程

正位移式往复泵产生高压

旋转泵输送高黏性液体

特殊式酸泵输送腐蚀性、危险性液体

气升泵输送腐蚀性、危险性液体

二、离心泵的分类

1.离心泵的型式有许多种，视实际需要而设计。

2.依叶轮型式分类，如下表：

表1.6.2 离心泵的叶轮型式

型式特点叶片形状

径流式流体从叶轮的直径方向流出。流量较小，图1.6.1

(radial flow type) 扬程较高。

轴流式叶片的方向呈螺旋桨状，使流体从叶轮的图1.6.2

(axial flow type) 轴心方向流出。流量较大，扬程较低。

混流式介于径流式与轴流式之间的型式。图1.6.3

(mixed flow type)

3.依主轴方向可分为垂直式与水平式，如图1.6.4。

4.依叶轮数目可分为单级式与多级式。

5.依吸入口的不同可分为单吸式与双吸式。

三、离心泵的原理

1.离心泵由一组含有三至六片叶片的叶轮(impeller)，置于一扁圆形的外壳(casing)内构成。

2.离心泵的叶轮与马达连接作高速旋转。液体自叶轮的中心处吸入泵内，随叶轮转动而获得动能后，复因离心力被叶片扫入涡形室。涡形室是叶轮与外壳间的空隙，其空隙愈近出口处愈大，使液体的流速愈小，但是压力则愈大，如图1.6.5。

3.一般型式的离心泵称为涡形泵(volute pump)，其能量的转换是由动能转变成压力，依流体力学的原理归类为动力式泵(kinetic pump)。

4.涡形泵的涡流损失较大，改进的方法是在叶轮的外围装置一导流器(diffuser)，引导流体有秩序的进入涡形室，称为导流泵(diffuser pump)，如图1.6.6。

四、离心泵的基本构件

离心泵的基本构件包括叶轮、外壳、主轴、填料箱、轴承及外架等，如图1.6.7，

其功能及材料如下表：

表1.6.3 离心泵的基本构件

构件名称功能材料

叶轮带动液体作高速转动，以产生离心力使流体青铜、不锈钢

获得动能。(316SS)、镍合金

外壳扁圆形，与叶轮间空隙为涡形室，引导流体铸铁

流动，并使流体的动能转变成压力。

主轴连接马达及叶轮，使马达带动叶轮转动。不锈钢

衬垫为最简单的防渗组件，适用于水泵等渗漏时石棉、

(packing) 无危险性者。特夫纶(teflon)

格兰板将衬垫加压使主轴紧密。不锈钢

填料箱(是(gland)

防止液体

渗漏的构水封或油封此种密封的内部有通孔连接水或密封油，这

件) 些密封液体压力高过泵的输送液体，所以可

阻止渗漏。

机械密封活动式的机械组件，原理是接触主轴的一面

随轴转动，另一面则静止不动。是最有效的

轴封装置。

轴承减少主轴的摩擦，并且使主轴的位置精确的钢质球轴承

固定。

外架将泵的各部分构件，牢固的固定在基地上。碳钢

五、离心泵的特性

1.离心泵的扬程

（1）泵浦的扬程(head)：也称为水头、高差，是泵浦对每单位重量流体所作的功，单位是公尺。

（2）泵浦的扬程可分为两种：

(a)理论扬程(virtual head)：由叶轮的转速，依物理公式计算出的扬程。

(b)发生扬程(developed head)：理论扬程扣除泵浦内部的摩擦，亦即实际为流体所获得的

扬程。

（3）扬程与流体的密度无关。若一泵浦具有20公尺的扬程，则在不考虑摩擦损失的情况下，可将任何流体输送至20公尺高。

2. 离心泵的泵输送率

（1）泵输送率：单位时间泵所输送的流量。

（2）输送率的单位

公制：立方公尺/小时(m3/h)或公升/秒(L/s)

英制：加仑/分(gal/min，GPM)。

（3）离心泵的泵输送率：与叶片宽度及叶轮转速成正比。

3. 离心泵的功率

（1）功率(power)：每单位时间所作的功。

（2）流体功率(fluid power,Pf)：或称流体马力(fluid horsepower)，是泵对流体作功，而为流体实际获得的功率。流体功率是发生扬程与质量输送率的乘积。

（3）制动功率(brake power,Pb)：或称为制动马力(brake horsepower)，是电动机(马达)施加给泵浦的功率。

（4）制动功率扣除泵浦内部因摩擦造成的功率损失，即为流体功率。

（5）泵效率(pump efficiency，ηp)：流体功率与制动功率的比值。

ηp = Pf / Pb [1.6.1]

4. 吸入扬程

（1）吸入扬程(suction head)：泵的入口处的总能量(压力能与动能)。当离心泵的叶轮转动时，一方面将叶片间的液体赶入涡形室，另一方面则在吸入眼处造成真空。此时若入口附近管子内的液体拥有较高的能量(压力能与动能)，则液体可顺利的被吸入泵内。

但是，若入口处液体的压力更低于液体的蒸汽压时，则泵内液体将激烈气化，产生许多成气泡，使液体无法顺利的吸入泵内，称为空动现象(cavitation)。空动现象不但无法使泵浦正常运转，且因气泡在快速移动时破裂而撞击叶轮，使叶轮表面受冲蚀(erosion)而产生麻点，严重者会使叶片破裂。

（2）一泵浦要正常抽吸时，最少需具有的入口处扬程，称为净正吸扬程需求值(net positive suction head required,NPSHR)，其理论值可由蒸汽压推算，但实际值则需视泵浦的摩