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1、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（fluid mechanism）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（water turbine）、气轮机（gas turbine）、蒸汽轮机（steam turbine）

2、、风力机（wind turbine）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 （hydraulic mechanism）。2. 空气机械 （air mechanism）。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（hydraulic coupling）、扭矩变速

3、器（torque converter）、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

4、性，水轮机可分为两大类：1. 冲动式水轮机 （impulse turbine）：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（Pelton turbine）为代表。2. 反动式水轮机 （reaction turbine）：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（Francis turbine）、达理斯水轮机（Deriaz turbine） ，卡普兰水轮机（Kaplan turbine）为代表。帕尔

5、登水轮机主要应用于200 m以上之高度落差，但150 m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470 m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530 m，亦使用于3080 m的中落差。

6、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（pump turbine）。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（position displacement type）与非排量式（non-position displacement type）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

7、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

8、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（reciprocating pump）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（gear pump）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（vane pump）主要构造包括一圆形壳套，内部装设一偏心转

9、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（vacuum pump）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（air turbine）、风力机（wind turbine）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0.1 kgf/cm2以下

10、者。鼓风机：鼓风机的压力范围约在0.11 kgf/cm2之间。压缩机：压缩机的压力范围在1 kgf/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（rotary blower）与回转式压缩机（rotary compressor）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（Roots blower）、螺旋压缩机（screw

11、 compressor）及滑动叶片式压缩机（sliding vane compressor）。如图4.2所示为工厂常用之鲁式鼓风机。往复式压缩机（reciprocating compressor）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（vacuum pump）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（reciprocating vacuum pump）、鲁式真空泵（Roots vacuum pump）、油回转式真空泵（oil rotary vacuum pump）。图4.3为鲁式真空泵的照片图。