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2.5泵轮机

第3章泵

3.1概论

3.2离心泵

3.3特性曲线

3.4轴流泵与斜流泵

3.5往复泵

3.6齿轮泵与轮叶泵

第4章空气机械

4.1概论

4.2轴流式送风机与压缩机

4.3回转式送风机与压缩机

4.4往复式压缩机

4.5真空泵

所谓流体机械（fluidmechanism）系指气体、液体或两者混合流体做为媒介而进行能量转换之机械。

如泵（pump）、压缩机（compressor）、送风机（blower）等系以外界之动力源驱动运转，对流体施加能量，使其压力、速度或位能增加。

另如水轮机（waterturbine）、气轮机（gasturbine）、蒸汽轮机（steamturbine）、风力机（windturbine）等则是以流体本身作为动力源而运转，对外界做功。

流体机械依工作流体的不同，可分为两大类：

1.液体机械（hydraulicmechanism）。

2.空气机械（airmechanism）。

流体机械依能量转换的型式，可分为三大类：

1.流体原动机械

流体原动机械是指将流体能量转换成机械能之机械，如水轮机、气轮机、蒸汽轮机、风力机等。

2.流体动力机械：

流体动力机械是指将机械能转换成流体能量之机械，如泵、风扇机、鼓风机及压缩机等。

3.流体传动机械：

流体传动机械是利用流体以达到动力传送目的之机械，如流体连轴器（hydrauliccoupling）、扭矩变速器（torqueconverter）、液压缸等。

流体机械在工程上之应用相当多，如：

1.自来水之输送、下水道排水、工厂之工作流体输送等。

2.气轮机发电系统、蒸汽发电厂、空调系统、飞机喷射引擎等。

3.水力发电厂所使用之水轮机、风力发电厂所使用之风力轮机。

4.自动控制系统中所使用之液压缸、空压缸、液压马达等。

水轮机俗称水车，将水流之动能或不同高度水之位能差转换成机械能的一种装置。

水轮机的种类很多，但其基本原理皆是利用高处的水导引流下，所产生的冲击力推动水轮机的转轮，转变为转轮之机械能。

若转能连接发电机，则可将机械能再转换成电能。

依据水力应用地点的落差高低及水量多寡的不同，并考虑其应用之经济性，水轮机可分为两大类：

1.冲动式水轮机（impulseturbine）：

冲动式水轮机的动作原理为利用喷嘴将水之位能转换动能，冲击水轮机之轮叶，使其产生旋转之机械能。

适用于高落差之水源，以帕尔登水轮机（Peltonturbine）为代表。

2.反动式水轮机（reactionturbine）：

反动式水轮机的动作原理为将水压入水轮机内，再流经叶轮，压力降低，此压力降的能量转换成动能使叶轮旋转，使其产生旋转之机械能。

适用于中低落差之水源，以法氏水轮机（Francisturbine）、达理斯水轮机（Deriazturbine），卡普兰水轮机（Kaplanturbine）为代表。

帕尔登水轮机主要应用于200m以上之高度落差，但150m之中落差在流量较小的情况下亦可使用。

主要构造包括喷嘴（nozzle）、安装于动轮（runner）上之箕斗（bucket）及流量控制器，如图2.1所示。

2.3法式水轮机

法式水轮机为反动式水轮机的一种，可应用在很大的落差范围，大约从25至470m皆可。

主要机构包括涡卷壳套、导叶片、动轮、流量控制器。

水经由压水管导入涡卷壳套、固定叶片，再流经导叶片进入叶轮，将水所具有之能量转换成机械功后，在经排水管排出水面。

如图2.2所示。

轴流式水轮机为反动式水轮机的一种，适用于大流量低落差的场所，以往使用之落差为5~30m，亦使用于30~80m的中落差。

轴流式水轮机主要以卡普兰水轮机为代表，主要构造与法式水轮机相同。

如图2.3所示。

若对水轮机之叶轮做功逆转，亦可使水流加速或扬升，使机械能转换成水流之动能或位能。

因而水轮机可同时兼具水轮机与泵之功能的机械称之为泵轮机（pumpturbine）。

如图2.4所示。

第三章泵

泵（pump）系一种由外部动力，对液体施加压力，而将液体送至较高或较远处的流体机械。

一般依动作原理可分为排量式（positiondisplacementtype）与非排量式（non-positiondisplacementtype）两大类。

所谓排量式泵是指当负荷变化时，其液体流量几乎不变；

而非排量式泵是指当负荷变化时，其液体流量则随负荷而变动。

离心泵系藉离心力使流经泵内之流体形成加压效果而产生压力能，从原理、构造及其运转性能来说，离心泵较其它种泵具较多的优点，且用途较广。

如图3.1所示。

离心泵一般依吸入口数、段数及轴的方向、导叶片等分类。

泵在一定的转速及吸入扬程下，流量Q与总扬程H、动力L及效率间有一定的关系。

通常以流量为横坐标，其余各项为纵坐标，用曲线表示其间的变化关系，此种曲线称为泵之特性曲线。

依特性曲线及管路阻力曲线的关系可求出运转点，得到运转流量与运转扬程。

并可利用特性曲线与阻力曲线的特性设计串联运转或并联运转。

串联运转可在固定流量下增加扬程，并联运转则可在固定扬程下增加流量。

轴流泵完全以叶片之升力增加水之压力及动能，水流方向与轴向方向平行，水流出叶轮后，流经叶片，使动能转变成压力能；

其流经叶轮的水之方向与轴向方向平行。

如图3.2所示。

。

斜流泵乃流经叶轮的水之方向与轴向方向倾斜而非平行。

如图3.3所示。

往复泵（reciprocatingpump）是利用活塞或柱塞的往复运动，产生汽缸中的容积变化，而将液体吸入或压出汽缸，达成传送液体的目的。

一般使用于流量较小而压力较高的地方。

如图3.4所示。

3.6齿轮泵与轮叶泵

齿轮泵（gearpump）主要构造包括一具系入口与排出口之壳套，以及与壳套相配合之一对齿轮，如图3.5所示。

轮叶泵（vanepump）主要构造包括一圆形壳套，内部装设一偏心转子，转子上有辐射沟槽，槽内安装叶片，利用弹簧压紧于壳套内壁，如图3.6所示。

第四章空气机械

空气机械分为空气动力机械与空气原动机械两大类。

空气动力机械为对空气施加能量，使其压力提高或速度增加的机械，如风扇（fan）、鼓风机（blower）、压缩机（compressor）及真空泵（vacuumpump）等。

空气原动机械则是将本身的速度及压力能，转换成动力的机械，如空气轮机（airturbine）、风力机（windturbine）等。

空气动力机械依使用压力的不同分为风扇、鼓风机、压缩机及真空泵，兹以风压适用范围不同介绍如下：

风扇：

应用于风量大而风压小的地方，压力约在0.1kgf/cm2以下者。

鼓风机：

鼓风机的压力范围约在0.1~1kgf/cm2之间。

压缩机：

压缩机的压力范围在1kgf/cm2以上者，其流体之设计需考虑压缩性。

真空泵：

真空泵乃是从低于大气压处将气体抽出，而获得真空状态之机械。

轴流式送风机与压缩机与轴流泵原理相同，空气沿叶轮的轴向进入，经叶轮叶片的升力提高压力，再由轴向流出。

如图4.1所示。

回转式送风机（rotaryblower）与回转式压缩机（rotarycompressor）系利用安装于壳套内之旋转转子，于两者之间将气体密闭，压缩后压力上升并旋转至排气口，其特征为体型轻巧及排气均匀稳定。

常见的有鲁式鼓风机（Rootsblower）、螺旋压缩机（screwcompressor）及滑动叶片式压缩机（slidingvanecompressor）。

如图4.2所示为工厂常用之鲁式鼓风机。

往复式压缩机（reciprocatingcompressor）的作用原理和往复式泵相同。

利用活塞在汽缸内的往复运动及进气、排气阀门的配合开闭，将气体吸入汽缸，进行压缩使其压力提高再予以排出。

所谓真空（vacuum）是指压力在大气压力以下的状态。

真空泵（vacuumpump）为将真空状态下的真空气体抽出，压缩至较高压后排出的一种机械。

有往复式真空泵（reciprocatingvacuumpump）、鲁式真空泵（Rootsvacuumpump）、油回转式真空泵（oilrotaryvacuumpump）。

图4.3为鲁式真空泵的照片图。