離心泵介紹

泵(pump)也稱為泵浦,是一種提供流體能量,使流體獲得壓力和速度的一種機械裝置。泵在管路系統的功能就像是人體的心臟促使血液循環般的重要。泵浦產品的應用場合多元,舉凡家庭用水、各式建物供水、污廢水處理、空調用水、工業製程等泵的型式很多,因應各用途對於泵浦需求不同,衍生出多種不同型式。泵浦,依照作功對象不同,簡單可分為對空氣作功的真空泵浦,以及對水、化學藥劑、石油等液體作功的液體泵浦。液體泵浦依其工作原理,可分成離心泵正位移泵特殊泵等三大類。

離心泵的特點是輸送率大,價廉,低揚程 。正位移式的往復泵是用來產生高壓 ,旋轉泵則是用來輸送高黏性的液體。特殊式酸蛋泵和氣升泵是用來輸送腐蝕性、危險性液體。以下就以離心泵浦的分類、原理、基本構件、特性、操作原則、流體的性質對離心泵的影響以及Nikuni離心泵作一個介紹;

一、離心泵的分類

1.離心泵的型式有許多種,視實際需要而設計。

2.依葉輪型式分類,如下;

徑流式 (radial flow type) 流體從葉輪的直徑方向流出。流量較小,揚程較高。

軸流式 (axial flow type) 葉片的方向呈螺旋槳狀,使流體從葉輪的軸心方向流出。流量較大,揚程較低。

混流式 (mixed flow type) 介於徑流式與軸流式之間的型式。

3.依主軸方向可分為垂直式與水平式。

4.依葉輪數目可分為單級式與多級式。

5.依吸入口的不同可分為單吸式與雙吸式。

二、離心泵的原理

1.離心泵由一組含有三至六片葉片的葉輪(impeller),置於一扁圓形的外殼(casing)內構成。

2.離心泵的葉輪與馬達連接作高速旋轉。液體自葉輪的中心處吸入泵內,隨葉輪轉動而獲得動能後,因離心力被葉片掃入渦形室。渦形室是葉輪與外殼間的空隙,其空隙愈近出口處愈大,使液體的流速愈小,但是壓力則愈大。

3.一般型式的離心泵稱為渦形泵(volute pump),其能量的轉換是由動能轉變成壓力,依流體力學的原理歸類為動力式泵(kinetic pump)。

4.渦形泵的渦流損失較大,改進的方法是在葉輪的外圍裝置一導流器(diffuser),引導流體有秩序的進入渦形室,稱為導流泵(diffuser pump)。

三、離心泵的基本構件

離心泵的基本構件包括葉輪、外殼、主軸、填料箱、軸承及外架等,如圖一範例。

離心泵浦結構

圖一 離心泵浦的基本構件

葉輪帶動液體作高速轉動,以產生離心力使流體獲得動能。 外殼扁圓形,與葉輪間空隙為渦形室,引導流體流動,並使流體的動能轉變成壓力。 主軸連接馬達及葉輪,使馬達帶動葉輪轉動。軸承減少主軸的摩擦,並且使主軸的位置精確的固定。 外架將泵的各部分構件,牢固的固定在基地上。

NIKUNI 提供不同類型的離心泵,以滿足各種工業應用的需求。NIKUNI離心泵的設計符合國際領先標準(ISO、API、GB、JIS等),採用先進的液壓模式和結構。每系列泵的基本性能、工作效率和性能穩定性均與國內外領先泵製造商生產同類產品相同或優於同類產品。NIKUNI 一直盡力在其離心泵中利用正確的材料,如濕件、軸密封件和密封保護計劃,根據應用條件,確保長時間使用壽命,避免泵故障,以免造成給使用者帶來不便。NIKUNI 最新的機器和強大的加工能力保證了產品的精度。嚴格的品質管制體系和完善的售前售後服務體系,也使使用者能夠放心地選擇NIKUNI產品。

NIKUNI 擁有強大的產品設計能力和豐富的產品應用經驗,能夠滿足最終使用者的各種應用和需求,並為他們提供量身定制的產品和解決方案。

四、離心泵的特性

1.離心泵的揚程

(1)泵浦的揚程(head):也稱為水頭、高差,是泵浦對每單位重量流體  所作的功,單位是公尺。

(2)泵浦的揚程可分為兩種:

(a)理論揚程(virtual head):由葉輪的轉速,依物理公式計算出的揚程。

(b)發生揚程(developed head):理論揚程扣除泵浦內部的摩擦,亦即實際為流體所獲得的揚程。

(3)揚程與流體的密度無關。若一泵浦具有20公尺的揚程,則在不考慮摩擦損失的情況下,可將任何流體輸送至20公尺高。

  1. 離心泵的輸送率

(1)泵輸送率:單位時間泵所輸送的流量。

(2)輸送率的單位

公制:立方公尺/小時(m3/h)或公升/秒(L/s)

英制:加侖/分(gal/min,GPM)。

(3)離心泵的輸送率:與葉片寬度及葉輪轉速成正比。

  1. 離心泵的功率

(1)功率(power):每單位時間所作的功。

(2)流體功率(fluid power,Pf):或稱流體馬力(fluid horsepower),是泵對流體作功,而為流體實際獲得的功率。流體功率是發生揚程與質量輸送率的乘積。

(3)制動功率(brake power,Pb):或稱為制動馬力(brake horsepower),是電動機(馬達)施加給泵浦的功率。

(4) 制動功率扣除泵浦內部因摩擦造成的功率損失,即為流體功率。

(5)泵效率(pump efficiency,ηp):流體功率與制動功率的比值。

  1. 吸入揚程

(1)吸入揚程(suction head):泵的入口處的總能量(壓力能與動能)。

當離心泵的葉輪轉動時,一方面將葉片間的液體趕入渦形室,另一方面則在吸入處造成真空。此時若入口附近管子內的液體擁有較 高的能量(壓力能與動能),則液體可順利的被吸入泵內。但是,若入口處液體的壓力更低於液體的蒸汽壓時,則泵內液體將激烈氣化,產生許多成氣泡,使液體無法順利的吸入泵內,稱為空動現象(cavitation)。

空動現象不但無法使泵浦正常運轉,且因氣泡在快速移動時破裂而撞 擊葉輪,使葉輪表面受沖蝕(erosion)而產生麻點,嚴重者會使葉片破裂。

(2)泵浦要正常抽吸時,最少需具有的入口處揚程,稱為淨正吸揚程需求值(net positive suction head required,NPSHR),其理論值可由蒸汽壓推算,但實際值則需視泵浦的摩擦及滲漏情況,而須增多數公尺。

  1. 離心泵浦的特性曲線

(1)泵浦的特性曲線,是將發生揚程、制動馬力、泵效率與所需的淨正吸揚程對泵輸送率的關係繪成的圖形。

(2)離心泵的特性曲線,如圖二範例。

離心泵的特性曲線

圖二 離心泵的特性曲線

五、 離心泵的操作原則

  1. 離心泵內部若有空氣積存時會使葉輪空轉,而無液體輸出,稱為氣結現象 (air binding) ,這是因為氣體的密度太小(約液體的數百分之一),無法產生足夠壓力將液體排出的緣故。離心泵若長久空轉,會因摩擦所產生的熱量無法藉由排水散熱,而造成泵浦的損壞。排解積存空氣的操作稱為引動(priming),是將泵浦上方的透氣閥打開,灌水趕出空氣;也可連接一自動引動管路將空氣排除。
  2. 離心泵的啟動順序是,先將出口閥關閉,入口閥啟開,待起動馬達後再將出口閥慢慢啟開,調到適當流量。停止離心泵則按相反次序,先關閉出口閥,再關馬達電源。

六、流體的性質對離心泵的影響

  1. 黏性液體:由於離心泵為動力式泵浦,對黏度大於40cP的流體會有揚程降低、馬力增大及流量減少的不良影響。而若黏度更大於100cP則影響非常嚴重,而不適合輸送,此時應改用旋轉泵。
  2. 揮發性流體:汽油、煤油、酒精等揮發性液體的蒸氣壓很高,必須考慮是否會發生空洞現象。
  3. 懸浮性固體粒子的液體:為避免懸浮固粒與泵殼之間發生摩擦而損壞,一般以橡皮被覆的方式,將泵殼與葉輪之表面包覆。
  4.  腐蝕性液體:酸鹼等腐蝕性液體須選用鎳合金、石墨或碳化矽內襯的離心泵。

七、Nikuni離心泵

NIKUNI 提供不同類型的不鏽鋼離心泵,以滿足各種工業應用的需求。可用的型號包括用於常見工業應用的CL(D)系列中型負荷泵、用於石化和化工工業的重型泵CT(D)系列、用於自吸應用的CPFD系列self priming以及用於高腐蝕性或爆炸性液體的磁驅動電機泵等。

NIKUNI 離心泵的設計符合採用先進液壓模式和結構的主導JIS 標準。每個系列泵的基本性能、工作效率和性能穩定性均等於或優於國內或國外領先泵製造商製造的同類產品。

NIKUNI一直盡力在離心泵中採用合適的材料,如濕零件、軸密封件和密封件保護計劃,根據應用條件確保使用壽命長,不會泵發生故障,從而不給用戶帶來不便。