7 泵浦基本原理

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泵浦基本原理泵浦基本原理泵浦基本原理泵浦基本原理
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離心泵工作原理
離心泵啟動前應在泵殼內灌滿所輸送的液體，或使用真空泵排除
泵殼內的氣體，使入口管路與泵殼都充滿水泵殼內的氣體使入管路與泵殼都充滿水
葉輪的旋轉(轉速一般為1000～3600rpm)一方面迫使葉片間的液
體在隨葉輪作等角速旋轉的同時，另一方面，由於受離心力的作
用使液體向葉輪外緣作徑向運動。在液體被甩出的過程中，流體
通過葉輪獲得了能量，並以3～10m/s的速度進入泵殼。在渦卷中
由於流道面積與直徑加大的逐漸擴散減速作用，又將大部分動能由於流道面積與直徑加大的逐漸擴散減速作用又將大部分動能
轉變為靜壓能，使壓力進一步提高，最終以較高的壓力沿切向進
入排出管道，實現輸送的目的。
當液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了低壓。在質
量守恆與管路壓力差的作用下，液體經入口管路進入泵的葉輪內，
源源不斷以填補液體。只要葉輪旋轉不停，液體就被源源不斷地源源不斷以填補液體。只要葉輪旋轉不停，液體就被源源不斷地
吸入和排出，這就是離心泵的工作原理。

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流體在葉輪內流動的情形流體在葉輪內流動的情形

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若離心泵在啟動前泵殼內不是充滿液體而是空氣，由於空氣的密度
離心泵的自吸能力
遠小於液體的密度，離心葉片無法對空氣產生足夠的離心力使空氣
加壓與排出，因而葉輪中心區將被停留的空氣佔住形成氣室, 並且
葉輪中心區域無法產生低壓區下，比泵入口更低水位的貯槽或管路葉輪中心區域無法產生低壓區下，比泵入口更低水位的貯槽或管路
中的液體將因壓力不足而無法流入泵內，此時離心泵雖啟動但卻不
能夠輸送液體，這是一般離心泵無自吸能力的原因。因此在啟動泵
前一定要使泵殼與入口管路內充滿液體。通常若貯槽液面位於吸入
口下方時，在吸入管路中安裝一單向底閥和濾網，以防止停機時液
體從泵內流出和吸入雜物，不利於下次的啟動。體從泵內流出和吸入雜物不利於下次的啟動
自吸式離心泵的基本原理是類似水封式真空泵的原理, 保留部份的
液體在泵殼內用來捕捉入口管路中的空氣並由出口排出，其結構在
入口處有一液體回流孔能使保留在泵殼內的液體不斷回流，出口處
的泵殼有加大的空間作為氣液分離之用，而且入口管路中心位於葉
輪中心的上方，使得泵殼內保有更多的液體來捕捉管路空氣。
輪中心的上方，使得泵殼內保有更多的液體來捕捉管路空氣。

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自吸式離心泵原理自吸式離心泵原理

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泵浦相似定律
泵性能修正---葉輪轉速變化泵性能修正葉輪轉速變化
當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉速變
化小於20%時，泵的流量、揚程、軸功率與轉速的
近似關係可按比例定律進行計算近似關係可按比例定律進行計算：
32 3
1
bhp
1bhp
2
1111
n
n
W
W
,
n
n
H
H
,
n
n
Q
Q
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
22bhp2222 nWnHnQ ⎠⎝⎠⎝

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泵浦相似定律
泵性能變化---葉輪外徑修正
當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉
速變化小於20%時，泵的流量、揚程、軸功率
與轉速的近似關係可按比例定律進行計算：與轉速的近似關係可按比例定律進行計算
32
''W'''' ⎞⎛⎞⎛ DDHDQ
3
bhp
bhp '
W
'W
,
''
,
''
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
D
D
D
D
H
H
D
D
Q
Q
bhpW ⎠⎝⎠⎝ DDHDQ

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泵浦型式---效率---比速度(ns)

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CNS11327 深井用沉水電動機泵

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CNS B4004 小型渦卷泵

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CNSB4004規範小型渦卷泵CNS B4004 小型渦卷泵

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CNS B4004 小型渦卷泵小渦泵

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離的格離心泵的規格
為了正確地選擇和使用離心泵，就必須熟悉其參為了正確地選擇和使用離心泵，就必須熟悉其參
數稱為性能參數，性能參數有：
轉速(rpm)、流量(Q)、揚程(H)、軸功(kW hp)和轉速(rpm) 流量(Q) 揚程(H) 軸功(kW, hp)和
效率(%)、氣蝕餘量(NPSHr)等。離心泵一般由電
機帶動，因而轉速是由馬達極數決定的，以上性機帶動因而轉速是由馬達極數決定的以上性
能參數通常會在離心泵的銘牌或說明書中標明。

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離心泵的特性曲線
效率隨流量增大而上
升，達到一最大值後
隨流量增加而下降。隨流量增加而下降。
說明在一定轉速下，
離心泵存在一最高效
率點稱為設計點率點，稱為設計點。
離心泵在與最高效率
點相對應的Q和H下工點相對應的Q和H下工
作最為經濟，效率最
高點對應的參數Q、H、
Wbhp 稱為最佳效率Wbhp 稱為最佳效率
點。

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流量Q
離心泵在單位時間內送出的液體體積，也就是輸送量，用Q表
示，常用單位有m3／h(cmh), m3/min(cmm), Gallium /min(gpm),
l/min(lpm)等。離心泵的使用流量與泵型式、尺寸(葉輪直徑和流l/min(lpm)等離心泵的使用流量與泵型式尺寸(葉輪直徑和流
道寬度)、轉速、管路阻抗有關，選用泵的流量(Q)必須大於管
路需求流量(Qs)。

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揚程H(水頭)
指離心泵對單位重量的液體所提供的有效能量，又稱
為揚程，用H表示，單位為m。泵的揚程與泵的結構尺
寸轉速流量等有關流的揚程係用來克服管路系寸、轉速、流量等有關。流的揚程係用來克服管路系
統阻抗，因此揚程愈高時與流量會變少，選用泵的揚
程(H)必須比預計的管阻(H )需求高才行程(H)必須比預計的管阻(Hs)需求高才行。

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效率效率
指泵提供的有效輸出液體功與泵軸輸入的指泵提供的有效輸出液體功與泵軸輸入的
功之比值，稱為泵的總效率，用η%表示。
它的大小反映泵在工作時能量損失的大小，它的大小反映泵在工作時能量損失的大小，
泵的效率與泵的大小、類型、製造精密程
度工作條件等有關，由性能測試台測定度、工作條件等有關，由性能測試台測定
之。　

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(1)容積損失：由於泵的內部洩漏、迴流等所造成，
使得部分獲得能量的高壓液體迴流到葉使得部分獲得能量的高壓液體迴流到葉
輪入口而使排出量減少浪費的能量。容
積損失用容積效率η 表示。積損失用容積效率ηV表示。
％100%100
理論流量
實際流量
×=×= a
V
Q
Q
η
理論流量 T
V
Q
η

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(2)機械損失：由於泵軸與軸承間、填料間、
葉輪入口密封環機械軸封等葉輪入口密封環, 機械軸封等,
以及液體與葉輪側板間的摩擦
等機械原因引起的能量損失等機械原因引起的能量損失。
機械損失用機械效率ηm表示。
％100
Na
%100
有效功率
×=×=η ％100
N
%100
理論功率 T
××mη

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(3)水力損失：由於液體具有粘性，在葉輪與泵殼內流
動時流體會因表面粗造度流速擴散動時流體會因表面粗造度、流速擴散、
攻角與滑移係數及分離流等因素, 導
致引起的局部的流動能量損失。水力致引起的局部的流動能量損失水力
損失用水力效率ηh表示。
％100
H
H
%100
理論揚程
實際揚程 a
h ×=×=η
H理論揚程 T
hη
ηηηη泵效率： hmv ηηηη ××=pump泵效率：
小泵：η= 50～70％大泵：η>80％

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軸功與流功軸功與流功軸功與流功軸功與流功
軸功：指泵軸轉動時所需要的功率，亦即電機提供的功
率BHP，用Wbhp表示，單位Kw或hp。率BHP，用Wbhp表示，單位Kw或hp。
流功：泵輸出流體所具有的能量，包含流體的流功與壓
力能的功，單位Kw 。流體在管路系統內流動時力能的功單位Kw 流體在管路系統內流動時
所需的能量是管路消耗流功。
QP QH管路消耗流功 W s QP
ρ
ρ
gHQ泵輸出流功：W
QgH管路消耗流功：W
f
ssss
=
=⋅=
f
pump
W ρ
η
W
gHQ
W
泵效率：
bhpbhp
==
motorpumptotal ηηη .wire)：總效率(water/ =

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離心泵選用注意事項離心泵選用注意事項
用途:冷卻 / 空調 / 水處理 …….
水量 : 平時 / 最大 / 最小(m3/h or l/min )水量 : 平時 / 最大 / 最小(m /h or l/min ...)
揚程( 壓力 ) M,Ft,(Kg/cm2,Psi,Mpa)
頻率 : 50 or 60hz
溫度－影響泵的允許吸上高度
入口壓力最大 / 最小
供應電壓 110/220/380/480V供應電壓: 110/220/380/480V
啟動方式:YD/變頻/軟啟動/直接
傳送之流體 : 溫度 / 濃度 / 比重 /是否會結晶傳送之流體 : 溫度 / 濃度 / 比重 /是否會結晶
安裝地點: 陸上/沉水
ρHQ
η
ρ
102
HQ
Wbhp =
η102

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徑向葉輪 β2=90

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離離
心
泵
性
能
曲曲
線

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柏努力定律
2
2
221
2
11 gZV
2
1
PgZV
2
1
P
柏努力定律
ρ+ρ+=ρ+ρ+
2
st gZV
2
1
P全壓P
22
ρ+ρ+=
2
s
V
1
P動壓
P靜壓
2
=
2
d V
2
P動壓 ρ==
在理想狀態下，流體的流線總壓力能量會守恆不變，但流體能量的
形式會互相改變，壓力能量的形式可分為：
靜壓(P)：流體的壓力可以用壓力錶量測，可分為錶壓力值與絕對壓力值，
錶壓力值在一大氣壓時壓力值為零，單位Nt/m2。
形式會互相改變，壓力能量的形式可分為：
動壓(1/2ρV2)：流體流速所具有的動量所產生的壓力能，單位Nt/m2
位能(ρgH)：流體所處的位置高度產生的水柱高度壓力，單位Nt/m2

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柏努力定律與泵浦加壓
2
2
221
2
11 gZV
2
1
PgHgZV
2
1
P ρ+ρ+=ρρ+ρ+ +
柏努力定律與泵浦加壓
22
流體在管路內經由泵浦加壓後會使流體的
能量增加，使流體由低能量改變為高能量
的狀態

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柏努力定律與泵浦揚程
22
gZV
1
PgHgZV
1
P ρ+ρ+ρρ+ρ+
柏努力定律與泵浦揚程
2
2
221
2
11 gZV
2
PgHgZV
2
P ρ+ρ+=ρρ+ρ+ +
泵浦全壓泵浦出口全壓泵浦入口全壓泵浦全壓泵浦出口全壓泵浦入口全壓
1
2
112
2
22 )gZV
2
1
P()gZV
2
1
P(gH ρ+ρ+−ρ+ρ+=ρ
2
2
222t...........1
2
111t
12
gZV
2
1
PPgZV
2
1
PP
)g
2
()g
2
(g
ρ+ρ+=ρ+ρ+=
ρρρρρ
1t2t.t
21
PPP
g
2
g
2
−Δ =
ρρρρ

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△泵浦揚程泵浦出口揚程泵浦入口揚程
22
1
2
1
1
2
2
2
2
t )Z
g2
V
g
P
()Z
g2
V
g
P
(H ++
ρ
−++
ρ
=Δ
1
2
1
1
1t Z
VP
H
g2gg2g
++=
ρρ
2
2
11t
VP
Z
g2g
H ++
ρ
2
2
2
2t Z
g2
V
g
P
H ++
ρ
=
1t2tt HHH −=Δ

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泵浦揚程計算泵浦揚程計算

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離心泵性能曲線比較離心泵性能曲線比較

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離心泵的工作點
當離心泵安裝在一管路
中時泵所提供的揚程中時，泵所提供的揚程
與流量，必然和管路所
要求的揚程與流量相一
致才能作因此同時致才能工作，因此同時
滿足管路特性和泵特性
的點稱為泵的工作點。
在Hs-Qs圖中即為管路
特性曲線和泵特性曲線
的交點M，M點表示了的交點M M點表示了
離心泵在特定管路中實
際能輸送的流量和提供
的揚程。的揚程

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HS=K+GQs
2
稱為管路特性曲線，它反映在特定的管路中，稱為管路特性曲線它反映在特定的管路中
液體所需揚程(Hs)與流量(Qs)的關係。這種
關係只與管路的佈置條件有關，而與泵的性關係只與管路的佈置條件有關而與泵的性
能無關。將其關係標繪在H～Q座標圖上，即
為管路特性曲線，為一拋物線型。
2
為管路特性曲線為拋物線型

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改變閥門開度　
通過改變管路特性曲線來改變泵的工作點。方法是在泵出口管路上裝
一調節閥，改變閥門開度，將改變管路的局部阻力，從而使管路特性調節閥改變閥門開度將改變管路的局部阻力從而使管路特性
曲線發生變化，導致泵的工作點隨之變化。
如閥門關小時，管路的局部阻力加大，管路特性曲線變陡，工作點由
M上移至M1點，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。M上移至M1點，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。
優點：調節流量，簡便易行，可
連續變化連續變化
缺點：關小閥門時增大了流動阻力
，額外消耗了部分能量，
濟經濟上不夠合理。

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改變泵的轉速改變泵的轉速　
改變泵的轉速，實質是改變泵特性曲線。泵轉
速增加，泵特性曲線上移，工作點隨之由M上
移至M1 流量由Q增大到Q1移至M1，流量由Q增大到Q1。
優點：較經濟，無額外能量損失。
缺點因需要變速裝置或價格昂貴的變速原動缺點：因需要變速裝置或價格昂貴的變速原動
機，故改變困難，且難以做到連續調節，一般
很少採用。
改變泵的直徑
改變泵的直徑，實質是改變泵特性曲線。
泵直徑增加，泵特性曲線上移，工作點隨之由M上移至M1，
流量由Q增大到Q1。
優點：較經濟，無額外能量損失優點：較經濟，無額外能量損失
缺點：流體調節範圍有限、不方便，難以做到連續調節，
調節不當會降低泵的效率。一般很少採用。

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離心泵原理—速度三角形
離心泵工作時，液體一方面隨著葉輪一起旋轉，同時又沿著的葉片
表面向外流。流體中任意一點i流體的絕對速度C等於葉片圓周速度U
離心泵原速度角形
和相對速度W的向量和，即：
C = U + W C = Cm + Cu
式中
C—i點流體的絕對速度，m/s;
Cm—i點流體在子午面的速度分量，子午線方向近似於徑向方向Cm i點流體在子午面的速度分量子午線方向近似於徑向方向
Cu—i點流體在切線方向的分量
U—i點處葉輪的旋轉切線速度，即圓周速度，m/s;
W—i點流體的相對旋轉葉輪的速度，m/s;
β—W與U的夾角，稱流體角度，約略等於葉片角度。β W與U的夾角稱流體角度約略等於葉片角度
出口速度三角形
W
U
C
Cm
Cu
W
Cm
入口速度三角形
U
U

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泵
浦浦
基
本本
原
理理
---
速速
度
三三
角
形
形

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Euler Equation 歐拉方程式
流量流量 Q =Q =AA1*Cm1=A2*Cm21*Cm1=A2*Cm2
Cu*U-Cu*U
揚程
1122
=
g
CuUCuU
揚程H
1122
ω= *RU 22
ω= *RU 11

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泵浦相似定律
泵性能修正---葉輪轉速變化泵性能修正葉輪轉速變化
當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉速變
化小於20%時，泵的流量、揚程、軸功率與轉速的
近似關係可按比例定律進行計算近似關係可按比例定律進行計算：
32 3
1
bhp
1bhp
2
1111
n
n
W
W
,
n
n
H
H
,
n
n
Q
Q
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
22bhp2222 nWnHnQ ⎠⎝⎠⎝

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泵浦相似定律
泵性能變化---葉輪外徑修正
當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉當液體粘度不大且假設泵的效率不變，泵的轉
速變化小於20%時，泵的流量、揚程、軸功率
與轉速的近似關係可按比例定律進行計算：與轉速的近似關係可按比例定律進行計算
32
''W'''' ⎞⎛⎞⎛ DDHDQ
3
bhp
bhp '
W
'W
,
''
,
''
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
D
D
D
D
H
H
D
D
Q
Q
bhpW ⎠⎝⎠⎝ DDHDQ

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一圓弧法葉片

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二圓弧法葉片

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