Главная О компании Обустройство скважин Водопонижение Буровое оборудование Материалы Карта глубин Фотогалерея Статьи Контакты	История и виды насосов Насос – один из самых распространенных механизмов. Обычно движущийся поршень или ротор гонит жидкость или газ по трубе. Однако в некоторых насосах вообще отсутствуют движущиеся детали. Одно из самых распространенных применений насоса – подъем воды из-под земли, из реки или озера для орошения посевов зерновых. Одно из наиболее древних устройств состояло из шеста с ведром на одном конце и противовесом – на другом. Шест опирался на ось, так что итератор» мог опустить ведро в водный поток, подвести его к берегу и опрокинуть в оросительный канал. Вода текла по каналу, постепенно впитываясь в землю и орошая ее. Это широко распространенное устройство, которое в Египте называли «шадуф», появилось еще до 1250 г. до н. э. и до сих пор применяется в некоторых регионах. Еще одним древним устройством для подъема воды является большое колесо с закрепленными вдоль обода черпаками. Колесо устанавливали вертикально, так что во время его вращения черпаки набирали воду из потока. Иногда этот механизм вращался самим потоком. Если же сила потока была недостаточной, колесо можно было соединить с механизмом, который приводили в движение ходившие по кругу животные. Использование винта Самым оригинальным из древних устройств для подъема воды был архимедов винт. Хотя утверждают, что он был изобретен греческим философом Архимедом, жившим во II в. до н. э., этот механизм, вероятно, применялся еще раньше в Египте. Он состоял из большого деревянного цилиндра с плотно подогнанным крупным шнеком, который могли вращать люди или животные. Устройство помещали на уклоне так, что его нижний конец был погружен в воду. Во время вращения шнек захватывал воду и прокачивал ее наверх. Многие используемые в настоящее время насосы работают по принципу возвратно-поступательного движения. Первый из известных насосов этого типа применялся в Римской империи в I в. до н. э. Его иногда называют насосом из Больсены, поскольку в городе Больсена (Италия) был найден почти целиком сохранившийся экземпляр. Он состоял из цилиндра со вставленными в него поршнем и клапанами на концах для управления потоком. Насос этой пожарной машины может подавать около 4550 л воды минуту. В XVII в. немецкий ученый Отто фон Герике пытался получить вакуум с помощью воздушного насоса. Ему не удалось сделать это в пивной бочке из-за того, что она пропускала внутрь воздух. В 1657 г. он сконструировал насос для создания вакуума между двумя медными полушариями. Давление наружного воздуха сжимало эти полушария настолько сильно, что их не могли разорвать даже упряжки лошадей. Нагнетание Насос из Больсены – это то, что сегодня называют нагнетательным насосом. Это значит, что с каждым ходом поршня нагнетается определенное количество текучей среды (жидкости или газа). На нем устанавливаются клапаны невозвратного типа – они называются так потому, что пропускают текучую среду только в одном направлении. Распространенным примером современного нагнетательного насоса является велосипедный насос. При каждом ходе поршня вперед воздух нагнетается в шину, а невозвратный клапан не позволяет ему выходить обратно. Во время обратного хода поршня давление внутри насоса понижается, втягивая воздух в цилиндр из атмосферы. Этот воздух нагнетается в шину при следующем ходе поршня. Поскольку воздух нагнетается в шину только во время хода вперед, такой насос называют насосом одинарного действия. Возвратно-поступательный нагнетательный насос можно сконструировать и для работы в качестве насоса двойного действия: в нем текучая среда находится с обеих сторон поршня и прокачивается во время ходов вперед и назад. Насосы такого типа имеют дополнительные клапаны для управления потоком, а также сальник для предотвращения протечки при вхождении штока поршня в цилиндр. Независимо от размера нагнетательный насос имеет клапан сброса давления, так что при возникновении закупорки текучая среда выходит из насоса, предотвращая повышение давления, которое может привести к разрыву насоса. Мембранный насос Нагнетательные насосы в основном непригодны для прокачивания грязных текучих сред, так как частицы грязи могут заклинить механизм. Примечательным исключением является мембранный насос, в котором для перемещения текучей среды поршень или соединительный шток толкает вперед-назад гибкую мембрану. Мембрана действует в качестве уплотнения между текучей средой и механизмом насо.са, не давая грязи, присутствующей в текучей среде, забивать механизм насоса. Однако жидкость все же проходит через клапаны насоса, и поэтому такие насосы должны пропускать твердые частицы, не забиваясь при этом. Роторный насос Обычные роторные насосы также являются нагнетательными, но, в отличие от возвратно-поступательных, они не имеют клапанов. Текучая среда попадает в насос на входе, проталкивается вращающимися лопастями, зубчатыми колесами или кулачками и выталкивается на выходе. Количество нагнетаемой текучей среды зависит от объема, захватываемого между вращающимися деталями. Роторными бензонасосами оборудуются заправочные станции. Перистальтический насос – это роторный насос, в котором механизм не вступает в контакт с текучей средой. Эта среда находится внутри гибкой трубы, непрерывно сдавливаемой в результате вращательного движения насоса. Действие насоса подобно проталкиванию воды по резиновой трубке путем нажатия на нее снаружи пальцем. Такой тип насоса применяется для перемещения крови в аппарате «сердце-легкие». Первые центробежные насосы появились в середине XIX в. Такой насос состоит из корпуса, внутри которого расположено рабочее колесо с лопастями или лопатками. Рабочее колесо установлено на валу, охватываемом сальником на входе в корпус. Текучая среда вводится в «глаз» или центр рабочего колеса через впускное отверстие. При вращении этой среды колесом давление, создаваемое центробежной силой, выталкивает среду через боковое выпускное отверстие. В большинстве крупных насосов площадь поперечного сечения канала увеличивается по направлению к выпускному отверстию для замедления потока и повышения создаваемого давления. В отличие от нагнетательного насоса, центробежный не требует наличия устройства для сброса давления. Это связано с тем, что при определенном диаметре рабочего колеса и скорости вращения достигается заданное максимальное давление. Техническое определение такого механизма – гидродинамический насос. Три типа современных нагнетательных насосов. В перистальтическом насосе три коротких рычага продавливают жидкость по гибкой трубе подобно работе нашего кишечника. В центробежном насосе рабочее колесо (ротор) проталкивает текучую среду по окружности корпуса, выталкивая ее наружу. Впускная труба расширяется, преобразуя быстрый поток низкого давления в медленный поток высокого давления. В роторном насосе ротор проталкивает текучую среду от одного конца корпуса к другому. Самовсасывающие насосы Во многих случаях насос должен заполнять себя сам. Если уровень жидкости расположен ниже впускного отверстия насоса, то для того, чтобы начать нормальное прокачивание жидкости, можно использовать нагнетательный насос для первоначального удаления воздушного столба из всасывающей трубы. Обычный центробежный насос, если он не заполнен, не сможет удалить воздух из всасывающей трубы, но если это сделать каким-либо другим способом, то насос заполняется и начинает прокачивать жидкость. Для решения этой проблемы предназначен «мокрый», самозаполняющийся центробежный насос, широко используемый в строительстве с целью прокачивания воды. Корпус насоса заполнен водой, которая не может вытечь из-за наличия в нем невозвратного клапана. Циркуляция этой воды приводит к удалению воздуха из всасывающей трубы и позволяет воде подниматься в насос. Насосы высокого давления Давление, создаваемое центробежным насосом, примерно пропорционально квадрату окружной скорости конца лопасти. Таким образом, для достижения заданного давления диаметр рабочего колеса может быть большим, а скорость низкой, или наоборот. Однако существуют ограничения, одним из которых является прочность материалов, из которых изготовлен насос. Еще более важное ограничение состоит в том, что превышение определенного значения диаметра рабочего колеса приводит к быстрому увеличению потерь па трение и в результате к снижению кпд. Дчя работы при давлении, значительно превышающем 7 бар, или 7-кратное атмосферное давление, большинство центробежных насосов делают ступенчатыми – в них на одном общем валу установлены несколько рабочих колес. Жидкость попадает с выхода одной ступени на вход следующей. В других конструкциях используется одна ступень с зубчатым или ременным приводом для достижения частоты вращения ротора до 30000 об/мин. При этом может быть достигнуто давление до 140 бар. Специальные насосы Некоторые насосы не относятся к нагнетательным, или центробежным. Например, в воздушном эжекторе, или струйном насосе поток воздуха проходит через струю, направленную поперек отверстия. При этом в камере, соединенной с отверстием, создается частичный вакуум. Струйный насос иногда используют для первоначального удаления воздуха из насосов для прокачивания жидкостей. Его можно применять и для подъема жидкостей. Гидравлический плунжер применяют для подъема небольшого количества воды с одного уровня на другой. Быстрое движение клапана создаст в воде всплески высокого давления, которые повышают давление воздуха в герметичном контейнере. Это давление используется для получения относительно устойчивого потока воды в трубе, идущей на более высокий уровень. Пневматический насос Пневматический насос – это простое устройство, в котором для подъема жидкости используется сжатый воздух или газ. Газ барботируют в нижнюю часть вертикальной трубы, погруженной в жидкость. Находящаяся в трубе смесь газа с жидкостью, плотность которой ниже чем плотность жидкости снаружи трубы, поднимается па поверхность. В некоторых ядерных реакторах в качестве теплоносителя используют жидкие металлы. Электромагнитный насос обеспечивает циркуляцию этих жидкостей за счет пропускания через них электрического тока в присутствии магнитного поля. Эти мобильные установки могут справиться с самыми тяжелыми осадками сточных вод. Они работают от дизельных двигателей и содержат центробежные насосы, а также вакуумные насосы для заливки (удаления воздуха во время пуска).

История и виды насосов

Насос – один из самых распространенных механизмов. Обычно движущийся поршень или ротор гонит жидкость или газ по трубе. Однако в некоторых насосах вообще отсутствуют движущиеся детали.

Одно из самых распространенных применений насоса – подъем воды из-под земли, из реки или озера для орошения посевов зерновых. Одно из наиболее древних устройств состояло из шеста с ведром на одном конце и противовесом – на другом. Шест опирался на ось, так что итератор» мог опустить ведро в водный поток, подвести его к берегу и опрокинуть в оросительный канал. Вода текла по каналу, постепенно впитываясь в землю и орошая ее. Это широко распространенное устройство, которое в Египте называли «шадуф», появилось еще до 1250 г. до н. э. и до сих пор применяется в некоторых регионах.

Еще одним древним устройством для подъема воды является большое колесо с закрепленными вдоль обода черпаками. Колесо устанавливали вертикально, так что во время его вращения черпаки набирали воду из потока. Иногда этот механизм вращался самим потоком. Если же сила потока была недостаточной, колесо можно было соединить с механизмом, который приводили в движение ходившие по кругу животные.

Использование винта

Самым оригинальным из древних устройств для подъема воды был архимедов винт. Хотя утверждают, что он был изобретен греческим философом Архимедом, жившим во II в. до н. э., этот механизм, вероятно, применялся еще раньше в Египте. Он состоял из большого деревянного цилиндра с плотно подогнанным крупным шнеком, который могли вращать люди или животные. Устройство помещали на уклоне так, что его нижний конец был погружен в воду.

Во время вращения шнек захватывал воду и прокачивал ее наверх. Многие используемые в настоящее время насосы работают по принципу возвратно-поступательного движения. Первый из известных насосов этого типа применялся в Римской империи в I в. до н. э. Его иногда называют насосом из Больсены, поскольку в городе Больсена (Италия) был найден почти целиком сохранившийся экземпляр. Он состоял из цилиндра со вставленными в него поршнем и клапанами на концах для управления потоком.

Насос этой пожарной машины может подавать около 4550 л воды минуту.

В XVII в. немецкий ученый Отто фон Герике пытался получить вакуум с помощью воздушного насоса. Ему не удалось сделать это в пивной бочке из-за того, что она пропускала внутрь воздух. В 1657 г. он сконструировал насос для создания вакуума между двумя медными полушариями. Давление наружного воздуха сжимало эти полушария настолько сильно, что их не могли разорвать даже упряжки лошадей.

Нагнетание

Насос из Больсены – это то, что сегодня называют нагнетательным насосом. Это значит, что с каждым ходом поршня нагнетается определенное количество текучей среды (жидкости или газа). На нем устанавливаются клапаны невозвратного типа – они называются так потому, что пропускают текучую среду только в одном направлении.

Распространенным примером современного нагнетательного насоса является велосипедный насос. При каждом ходе поршня вперед воздух нагнетается в шину, а невозвратный клапан не позволяет ему выходить обратно. Во время обратного хода поршня давление внутри насоса понижается, втягивая воздух в цилиндр из атмосферы. Этот воздух нагнетается в шину при следующем ходе поршня. Поскольку воздух нагнетается в шину только во время хода вперед, такой насос называют насосом одинарного действия.

Возвратно-поступательный нагнетательный насос можно сконструировать и для работы в качестве насоса двойного действия: в нем текучая среда находится с обеих сторон поршня и прокачивается во время ходов вперед и назад. Насосы такого типа имеют дополнительные клапаны для управления потоком, а также сальник для предотвращения протечки при вхождении штока поршня в цилиндр.

Независимо от размера нагнетательный насос имеет клапан сброса давления, так что при возникновении закупорки текучая среда выходит из насоса, предотвращая повышение давления, которое может привести к разрыву насоса.

Мембранный насос

Нагнетательные насосы в основном непригодны для прокачивания грязных текучих сред, так как частицы грязи могут заклинить механизм. Примечательным исключением является мембранный насос, в котором для перемещения текучей среды поршень или соединительный шток толкает вперед-назад гибкую мембрану. Мембрана действует в качестве уплотнения между текучей средой и механизмом насо.са, не давая грязи, присутствующей в текучей среде, забивать механизм насоса. Однако жидкость все же проходит через клапаны насоса, и поэтому такие насосы должны пропускать твердые частицы, не забиваясь при этом.

Роторный насос

Обычные роторные насосы также являются нагнетательными, но, в отличие от возвратно-поступательных, они не имеют клапанов. Текучая среда попадает в насос на входе, проталкивается вращающимися лопастями, зубчатыми колесами или кулачками и выталкивается на выходе. Количество нагнетаемой текучей среды зависит от объема, захватываемого между вращающимися деталями. Роторными бензонасосами оборудуются заправочные станции.

Перистальтический насос – это роторный насос, в котором механизм не вступает в контакт с текучей средой. Эта среда находится внутри гибкой трубы, непрерывно сдавливаемой в результате вращательного движения насоса. Действие насоса подобно проталкиванию воды по резиновой трубке путем нажатия на нее снаружи пальцем. Такой тип насоса применяется для перемещения крови в аппарате «сердце-легкие».

Первые центробежные насосы появились в середине XIX в. Такой насос состоит из корпуса, внутри которого расположено рабочее колесо с лопастями или лопатками. Рабочее колесо установлено на валу, охватываемом сальником на входе в корпус. Текучая среда вводится в «глаз» или центр рабочего колеса через впускное отверстие. При вращении этой среды колесом давление, создаваемое центробежной силой, выталкивает среду через боковое выпускное отверстие.

В большинстве крупных насосов площадь поперечного сечения канала увеличивается по направлению к выпускному отверстию для замедления потока и повышения создаваемого давления.

В отличие от нагнетательного насоса, центробежный не требует наличия устройства для сброса давления. Это связано с тем, что при определенном диаметре рабочего колеса и скорости вращения достигается заданное максимальное давление. Техническое определение такого механизма – гидродинамический насос.

Три типа современных нагнетательных насосов. В перистальтическом насосе три коротких рычага продавливают жидкость по гибкой трубе подобно работе нашего кишечника. В центробежном насосе рабочее колесо (ротор) проталкивает текучую среду по окружности корпуса, выталкивая ее наружу. Впускная труба расширяется, преобразуя быстрый поток низкого давления в медленный поток высокого давления. В роторном насосе ротор проталкивает текучую среду от одного конца корпуса к другому.

Самовсасывающие насосы

Во многих случаях насос должен заполнять себя сам. Если уровень жидкости расположен ниже впускного отверстия насоса, то для того, чтобы начать нормальное прокачивание жидкости, можно использовать нагнетательный насос для первоначального удаления воздушного столба из всасывающей трубы. Обычный центробежный насос, если он не заполнен, не сможет удалить воздух из всасывающей трубы, но если это сделать каким-либо другим способом, то насос заполняется и начинает прокачивать жидкость. Для решения этой проблемы предназначен «мокрый», самозаполняющийся центробежный насос, широко используемый в строительстве с целью прокачивания воды. Корпус насоса заполнен водой, которая не может вытечь из-за наличия в нем невозвратного клапана. Циркуляция этой воды приводит к удалению воздуха из всасывающей трубы и позволяет воде подниматься в насос.

Насосы высокого давления

Давление, создаваемое центробежным насосом, примерно пропорционально квадрату окружной скорости конца лопасти. Таким образом, для достижения заданного давления диаметр рабочего колеса может быть большим, а скорость низкой, или наоборот.

Однако существуют ограничения, одним из которых является прочность материалов, из которых изготовлен насос. Еще более важное ограничение состоит в том, что превышение определенного значения диаметра рабочего колеса приводит к быстрому увеличению потерь па трение и в результате к снижению кпд.

Дчя работы при давлении, значительно превышающем 7 бар, или 7-кратное атмосферное давление, большинство центробежных насосов делают ступенчатыми – в них на одном общем валу установлены несколько рабочих колес. Жидкость попадает с выхода одной ступени на вход следующей. В других конструкциях используется одна ступень с зубчатым или ременным приводом для достижения частоты вращения ротора до 30000 об/мин. При этом может быть достигнуто давление до 140 бар.

Специальные насосы

Некоторые насосы не относятся к нагнетательным, или центробежным. Например, в воздушном эжекторе, или струйном насосе поток воздуха проходит через струю, направленную поперек отверстия. При этом в камере, соединенной с отверстием, создается частичный вакуум. Струйный насос иногда используют для первоначального удаления воздуха из насосов для прокачивания жидкостей. Его можно применять и для подъема жидкостей.

Гидравлический плунжер применяют для подъема небольшого количества воды с одного уровня на другой. Быстрое движение клапана создаст в воде всплески высокого давления, которые повышают давление воздуха в герметичном контейнере. Это давление используется для получения относительно устойчивого потока воды в трубе, идущей на более высокий уровень.

Пневматический насос

Пневматический насос – это простое устройство, в котором для подъема жидкости используется сжатый воздух или газ. Газ барботируют в нижнюю часть вертикальной трубы, погруженной в жидкость. Находящаяся в трубе смесь газа с жидкостью, плотность которой ниже чем плотность жидкости снаружи трубы, поднимается па поверхность.

В некоторых ядерных реакторах в качестве теплоносителя используют жидкие металлы. Электромагнитный насос обеспечивает циркуляцию этих жидкостей за счет пропускания через них электрического тока в присутствии магнитного поля.

Эти мобильные установки могут справиться с самыми тяжелыми осадками сточных вод. Они работают от дизельных двигателей и содержат центробежные насосы, а также вакуумные насосы для заливки (удаления воздуха во время пуска).