EKB-20251125-認識磁力泵浦-Jack

Page2.無軸封磁力泵浦的應用及作動原理

應用:

泵 (pump) 又稱泵浦、幫浦，是一種用來輸送移動液體、氣體或特殊化學流體介質的機械設備。泵浦是屬於轉動機械設備，本身並不具任何轉動的動力，而是需要由馬達來提供泵浦的動力，這就是「泵浦」與「馬達」的差別。而泵浦須具備兩種能力：吸上與推上能力，簡單來說就是將吸上來的水量增加流體的壓力進而將流體給揚升上去的能力。泵浦的應用範圍十分廣泛，從工業到日常生活都有，像是半導體產業、廢水處理、鋼鐵業、電子產業、化工產業，以及食品醫療等。

作動原理:

磁力無軸封泵浦(sealless magnetic drive pump)作動原理是由馬達驅動外磁鐵與接於葉輪上內磁鐵間的扭力傳遞，當馬達帶動驅動外磁鐵旋轉時，與葉輪上的被動內磁鐵結合而產生耦合轉矩，提供動力來驅動葉輪旋轉來進行化學流體的輸送。因間接式驅動，後蓋(隔離罩)完全將化學流體密封於流體腔室內，達到泵浦完全性的密封，達到不會洩漏的特點。因不會洩漏的特性，無軸封泵浦可以處理易燃、易爆、強酸、強鹼，或具有毒性的化學液體，不會因為洩漏問題造成操作人員危險及周遭環境汙染。

無軸封泵浦與機械軸封式泵浦比較表

無軸封泵浦與機械軸封式泵浦

無軸封泵浦
無軸封泵浦(sealless magnetic drive pump)設計結構是利用後蓋將內磁鐵，葉輪及其他接液部件完全封閉在流體腔裡，再利用驅動電機轉動外磁鐵進而牽引內磁鐵轉動帶動葉輪的旋轉將流體輸送出去，因使用後蓋將流體完全與外界隔離，達到完全密封及無洩漏疑慮。

機械軸封式泵浦
機械軸封式泵浦(mechanical seal pumps)結構一樣是利用驅動電機來帶動葉輪的轉動，將流體輸送出去，唯一不同的地方是驅動電機的軸心為直接貫穿泵浦的後蓋直接帶動葉輪轉動，在後蓋貫穿的部分需要由機械軸封來做密封，防止流體洩漏。因機械軸封為消耗品，長時間使用是需要保養或更換，如無定時保養及更換，流體常常會經由軸封的位置洩漏造成危險。

Page3.泵浦性能曲線圖

說明如何看懂「泵浦性能曲線(H-Q曲線)」，每一台泵浦的性能都不同，須根據泵浦性能規格及客戶提供的操作條件，來挑選最合適的泵浦。

如性能曲線圖所示，橫軸為流量CAPACITY(Q)，縱軸左側為揚程HEAD(H)，縱軸右側為效率EFFICIENCY(%)與軸功(shaft power)。

圖中上方第一條灰色直虛線為葉輪最大直徑下的軸功表現，第二條灰色直虛線為葉輪最小直徑下的軸功表現，紅色POWER直線為符合客戶提供操作條件的泵浦軸功表現。
圖中下方第一條灰色曲虛線為葉輪最大直徑下的性能曲線，第二條灰色曲虛線則為葉輪最小直徑下的性能曲線，紅色TDH曲線為符合客戶提供操作條件的泵浦需求的性能曲線，也就是我們透過調整葉輪尺寸所得出來的，即呈現流量與揚程的關係。綠色EFF曲線則為泵浦的運轉效率。

橫軸根據需求流量，向上對照紅色曲線，便能尋找到操作點(duty point)。由操作點向左和右側縱軸對照，即可得出揚程及效率；向上對照紅色直線，由交點(shaft power)向右側縱軸對照，即可得知此操作條件下的軸功為多少。

泵浦的效率取決於操作點，而操作點的改變也會對現場製程連帶很大的影響，因此泵浦正確選型是很重要的。

Page4.溫度影響泵浦選型

溫度
溫度是指氣體，液體或固體中所存在的熱量，在泵浦的選型中，我們同時需考慮大氣溫度和泵浦輸送介質的溫度。

溫度與壓力

溫度不僅會影響運行的穩定性和效率，更會影響泵浦輸送系統的壓力。當氣體的溫度接近零時，會變成液體，隨著溫度持續升高，氣體的壓力也會隨著升高。由於不同的介質以不同的方式產生壓力，因此必須考量到溫度變化與壓力的關係來設計一個泵浦輸送介質的系統，如無考量到溫度與壓力的變化因素，系統則可能會發生故障，從而影響延遲生產排程。

零度的環境

當泵浦安裝在室外或是移至室外操作，並且溫度在一夜之間下降，泵浦內部的流體介質可能會結冰或固化。當泵浦在重新啟動時，可能會出現零部件的損壞，因此類似環境的操作系統，需要考慮到戶外環境的溫度變化，泵浦系統可以加裝加熱夾套或絕緣層來保持內部的介質溫度一致，避免流體介質結冰或固化。

溫度影響你的泵浦

泵浦本體接液材質選擇，化學流體可能會根據溫度的變化產生不同程度的腐蝕，與溫度較低的流體相比，高溫的液體對材料的腐蝕作用會較大，因此溫度及材質適應相容性是泵浦選型時所需考量的關鍵因素。

泵浦零組件選擇

隨著流體溫度的升高，熱量會傳遞整個泵浦系統，包含內部軸心，軸承或電機上的軸承，長時間的運轉可能會導致使用壽命縮短，所以在於零件的選擇，也需要考量耐溫的等級。

流體黏度的變化

溫度會影響流體在泵浦輸送過程中的黏度變化，例如蜂蜜在加熱後會變得更稀化及更容易流動，因此在選型中需要了解流體因溫度而影響黏度的改變，確保選擇正確的泵浦。

零件膨脹及收縮

在高溫或低溫下，零件會以不同的速度膨脹或收縮，泵浦在選型時也需要考量使用耐高溫或耐低溫零件，以確保泵浦運轉時的穩定性。

介質恆溫或保冷

在特定的操作應用條件下，介質需要保持一定的溫度，讓介質保持流動的條件，系統設計時可考慮使用夾套泵浦來實現，或利用絕緣層來保持低溫。

NPSH淨正吸水頭(汽蝕餘量)

泵浦系統設計時，需要考慮流體的溫度和蒸氣壓力，以確保泵浦具有正確的NPSHa。

Page5.馬達選用時的考慮因素

泵浦為一般轉動機械，其運轉動力來源於馬達。在泵浦的種類上包含著無軸封磁力泵浦、機械式軸封泵浦或其他形式的離心泵浦等，全部皆須連結馬達來達到流體輸送的目的。

馬達可分為一般馬達、變頻馬達與防爆馬達，根據用途及使用環境的不同，馬達的規格也有所差異。以下介紹使用泵浦時，如何依照需求條件挑選出合適的馬達。針對不同用途，可依據馬達規格，像是極數(Pole)、轉速(RPM)、頻率(Hz)、電壓(V)、安裝位置(install location)、防護等級(IP Rating)、能效等級(energy efficiency index)，來決定選用的機型。

極數(Pole)、轉速(RPM)、頻率(Hz)
極數(Pole)代表著馬達定子磁場磁極的個數，依照定子線圈繞組的連接形式不同，可產生定子磁場的不同極數。馬達的極數會影響到馬達的轉速。

轉速(RPM)意思為每分鐘迴轉數，英文為Revolutions Per Minute, 例如馬達的轉速為3,600RPM，表示該馬達每分鐘可以轉3,600圈。

頻率(Hz) 指電網中交流電的頻率，頻率是電流每秒改變方向的速率，國際計量單位為Hz，一般通用國家使用50Hz或60Hz頻率。

轉速的公式：轉速(RPM)= 頻率(Hz) x 60(sec/min) x 2 ÷ 極數
因此正常情況，在頻率為60Hz時，2P轉3600 rpm、4P轉1800rpm、6P轉1200rpm，以此類推。由公式可看出，極數、頻率和轉速，三者之間是互相緊密影響的。

電壓(V)
電壓與馬達轉速成正比，也就是說，輸入電壓越高，馬達轉速越快；輸入電壓越低，馬達轉速越慢。

防護等級(protection)&安裝位置(install location)
防護等級(IP等級)通常以IPXX來標示，像是IP54、IP55、IP56等，後面第一個數字代表對固態異物碰觸、侵入的防護能力，第二個數字代表對液體滲透的保護能力。
馬達可根據IP等級，視其是否能夠抵抗風吹、日曬、雨淋，以及客戶端操作需求、噪音問題等條件，決定馬達的安裝位置在室內或室外。

能效等級(energy efficiency index)
馬達額定效率(International Efficiency)由國際電工委員會(IEC)所定義，能效等級分為IE1、IE2、IE3、IE4，數字越大表示效率越好，也越省電。

Page6.選擇泵浦時的考量因素

在泵浦的選型過程中，應依據以下幾個因素，來選擇合適的泵浦。

一、首先，需要確認流體的來源—例如地下桶槽或地上桶槽，桶槽位置有多遠、管路配置等條件。建議泵浦安裝位置要盡量靠近流體的來源，且吸水管要盡可能短，減少彎曲或其他的配件，以減少配管摩擦損失(簡稱管損—流體通過管路時的阻力)

二、流量，亦稱揚水量(Q)：此為一個重要指標，指單位時間內通過泵浦的液體量，單位為m³/h、L/min、L/sec。流量的多寡會影響到泵浦的尺寸大小，以及配管的粗細。管徑若太細將造成多餘的摩擦損失，也會產生噪音問題。

三、總揚程(H)：指泵浦能將液體提升到什麼高度，也就是從流體來源面到最終出口的垂直高度。總揚程=吸入揚程+壓水揚程，單位為m。揚程的高低取決於輸送液體的密度、葉輪的直徑大小和葉輪的級數等。

四、流體性質：流體腐蝕性、流體的溫度、黏度、濃度、比重和雜質等亦是選定泵浦的關鍵。

◆ 腐蝕性—根據流體的PH值及其腐蝕性的差異，適用的泵浦材質也有所不同。

◆ 溫度—當處理水時，溫度對吸上能力的影響很大，其他液體達一定溫度後會氣化，油脂類會因為溫度大幅改變其黏度；熱媒等在高溫狀態下須考慮到材料的膨脹；化學流體亦會隨著溫度高低的不同，改變腐蝕性的強弱。

◆ 黏度、濃度、比重—液體黏度及濃度改變時，將影響對金屬及其他材料的腐蝕性，且比重會跟著變化，泵浦性能也隨之改變。

◆ 雜質—泥水中含的砂粒、化學液體中的結晶體等，依其硬度及含有量來選定泵浦的構造，同時須使用耐磨耗的材質。