Experiment and Analysis of Water Pump with New Claw Rotor

本文針對新式正向容積幫浦－爪式轉子幫浦(claw rotor pump)研究，其爪式轉子機構設計上可減少洩漏量，能提供高容積效率；利用四種不同外徑尺寸的爪式轉子搭配提供不同轉子轉速的變頻器，在點出爪式轉子的優勢下，討論間隙對幫浦性能的影響、間隙與轉速對流量與效率的影響、以及幫浦搭配不同馬力馬達之幫浦性能分析、不同幫浦內部出口流道結構下比較與幫浦內部流道損耗影響、爪式轉子幫浦與多級離心幫浦效能比較、最後探討鋼轉子塑膠轉子性能比較等；內文包含四種實驗，歸納出爪式轉子幫浦運作間的物理關係、適用範圍；本論文實驗中四種不同大小間隙是指爪式轉子尖端與幫浦腔室間的距離；加上透過變頻器控制馬達運轉速度，使爪式轉子幫浦具有全面性的工作範圍，並利用馬達超頻之高轉速提高容積效率，進而藉由業界常用的PE(pump efficiency)值評估水幫浦效率。 由本文之結果可知道爪式幫浦效率曲線不脫離正向容積式幫浦特性，並且轉速50hz到70hz在揚程5bar以上可提供0.6以上的PE值；透過文中四個實驗結果與理論的搭配使探討上述物理意義，為往後相關領域研究提供爪式轉子幫浦設計、製造、應用依據；並期望能與節能減碳議題結合，回饋人群。This thesis focuses on new positive displacement pump - claw rotor pump, tries to figure out what the performance of claw rotor pump caused by different factors is, and wants to make a complete expression of the relation with the performance of claw rotor pump and these factors: (1) change the gaps below by resetting different radius of claw rotors: leakage in the gap between the rotor and the housing wall, and the gap between the conjugated claw rotor pair; (2) control the frequency converter for different rotational speeds of rotor, and observe the flow rate, volume efficiency and pressure head of claw rotor pump; (3) connect with different horsepower motors; (4) change the outlet structure of claw rotor pump, and count the pressure drop in claw rotor pump; (5) compare the performance caused by steel rotors with plastic rotors; (6) compare the pump efficiency of claw rotor pump with multiple centrifugal deep water pump. According to the analysis of the experiment data above, this thesis shows the potential of claw rotor pumps and evaluates the performance of claw rotor pump depending on pump efficiency. Finally this thesis finds the best performance range of claw rotor pump in this special case, and moreover discusses what the physical significance it is within claw rotor. This is what this thesis expects to provide for the people in this field, the backgrounds of claw rotor pump, and furthermore expects to connect with Energy Saving and Carbon Reduction. Then this entire thesis can feedback the society, and benefit crowds.目錄試委員會審定書 i謝 ii文摘要 iii文摘要 iv目錄 d目錄 e號說明 k一章 緒論 1.1 前言 1.2 文獻回顧 1.3 研究目的 2二章 研究理論基礎 4.1 幫浦系統研究理論基礎 4.1.1 基礎理論 4.1.2 幫浦總類簡介 5.1.3 離心幫浦與正向容積幫浦運作方式基礎比較 5.1.4 歸納正向容積幫浦針於離心幫浦的優點： 6.2 爪式轉子外形之設計 7.3 爪式轉子幫浦運作原理以及容積效率的計算 7.3.1 爪式轉子幫浦運作原理 7.3.2 爪式轉子幫浦容積效率計算 9.3.3 爪式轉子幫浦洩漏 9.4 爪式轉子幫浦內部管路損耗分析 10.4.1 分析原理 10.4.2 實驗一損耗理論分析 12.4.3 實驗二損耗理論分析 14.4.4 理論與實驗比較方法 17.4.5 扭力效率 17三章 實驗目的與實驗裝置 19.1 實驗量測方法 19.2 實驗一 19.2.1 實驗目的 19.2.2 實驗裝置 20.3 實驗二 22.3.1 實驗目的 22.3.2 實驗裝置 22.4 實驗三 22.4.1 實驗目的 22.4.2 實驗裝置 22.5 實驗四 22.5.1 實驗目的 22.5.2 實驗裝置 23.6 實驗系統設置 23.6.1 實驗一 23.6.2 實驗二 24.6.3 實驗三 25.6.4 實驗四 25.7 實驗步驟 25.7.1 實驗一 25.7.2 實驗二 26.7.3 實驗三 26.7.4 實驗四 26四章 實驗結果與討論 28.1 2HP-4poles馬達 不同轉子間隙比較 28.1.1 轉速對流量揚程影響 28.1.2 洩漏與轉速討論 29.1.3 理論洩漏量 29.1.3 幫浦效率(PE)與轉速討論 30.1.4 2HP-4poles馬達趨動下 間隙與轉速對流量與效率的影響31.2 1HP-4poles馬達趨動下 間隙與轉速對流量與效率的影響34.2.1 不同轉子間隙比較 34.3 不同轉速比較2HP馬達降頻與1HP馬達 幫浦性能比較 34.4 幫浦出口流道改 前後比較 (12mm&16mm) 35.5 不同幫浦比較 35.5.1 深水幫浦 36.6 塑膠轉子比較 36五章 結論與建議 37考文獻 4