Что такое насос — виды, типы, принцип работы и история

Терминология, классификация, историческая справка, основные типы современных насосов, области применения — выдержки из энциклопедии.

Насос — это устройство (гидравлическая машина) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической). Устройства для безнапорного перемещения жидкости насосами обычно не называют и относят к водоподъёмным машинам.

Основные параметры насосов

Основной параметр насоса — количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т. е. осуществляемая объёмная подача Q. Для большинства насосов важнейшими техническими параметрами также являются: развиваемое давление p или соответствующий ему напор H, потребляемая мощность N и КПД.

Терминология

Названия большинства устройств, применяемых для всасывания и нагнетания жидкостей, состоят из слова «насос» и соответствующего определения, характеризующего, как правило, либо принцип его действия (например, центробежный, электромагнитный), либо особенности конструкции (горизонтальный, зубчатый, шиберный), либо подаваемую среду (например, грунтовой насос). Иногда определительное слово фиксирует назначение или область применения насоса (например, лабораторный, дозировочный), тип привода (ручной, с электроприводом), а также автора конструкции или название фирмы.

Некоторые из рассматриваемых устройств получили особые названия, например: газлифт, монжус (пневматический насос), гидроэлеватор, инжектор и эжектор (разновидности струйного насоса). Под названием «насос» известны также устройства совершенно иного назначения, например: вакуумные насосы, тепловой насос, насос магнитного потока и др.

Классификация насосов

Устройства для напорного перемещения жидкостей разделяют на виды и разновидности по различным признакам, например по принципу действия и конструкции. Такой признак положен в основу классификации, представленной в Государственном стандарте СССР (ГОСТ 17389-72). Насосы можно также условно разделить на 2 группы:

• Насосы-машины — приводимые в действие от двигателей (лопастные, поршневые, роторные);
• Насосы-аппараты — которые действуют за счёт иных источников энергии и не имеют движущихся рабочих органов (струйные, газлифты, вытеснители, гидравлические тараны, магнитогидродинамические насосы).

Историческая справка

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий, был описан в I в. до н. э. древнегреческим учёным Героном из Александрии в сочинении Pneumatica, а затем М. Витрувием в труде De Architectura. Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем для подъёма воды из колодцев, вероятно, применялись ещё раньше.

До начала XVIII в. поршневые насосы по сравнению с водоподъёмными машинами использовались редко. В дальнейшем в связи с ростом потребностей в воде и необходимостью увеличения высоты её подачи, особенно после появления паровой машины, насосы постепенно стали вытеснять водоподъёмные машины.

В России первые центробежные насосы начали изготовлять в 1880 на заводе Г. Листа в Москве. Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и др. учёных.

Основные типы современных насосов

Центробежные насосы

Центробежные насосы являются наиболее распространёнными и предназначаются для подачи холодной или горячей воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком и т.п. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями.

Крупнейшие центробежные насосы отечественного производства могут обеспечить подачу воды до 65 000 м³/ч при напоре 18,5 м, потребляя мощность 7,5 МВт, максимальный КПД равен 88-92%.

Осевые насосы

Осевые насосы предназначаются главным образом для подачи больших объёмов жидкостей. Их работа обусловлена передачей той энергии, которую получает жидкость при силовом воздействии на неё лобовой поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса.

Существуют 2 основные разновидности осевых насосов: жестколопастные (пропеллерные) и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей. Крупнейший отечественный осевой поворотно-лопастной насос рассчитан на Q = (45-50) × 10³ м³/ч при H от 13 до 10 м.

Вихревые насосы

Вихревые насосы обладают хорошей способностью самовсасывания, т. е. возможностью начинать действие без предварительного заполнения всасывающей трубы подаваемой средой, если она имеется в корпусе насоса. Благодаря этому они применяются для подачи легкоиспаряющихся или насыщенных газами капельных жидкостей.

По сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными насосами вихревые насосы развивают в 3-7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2-3 раза) КПД.

Поршневые насосы

Поршневые насосы отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения. Действие поршневых насосов состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осуществляются в цилиндре насоса при соответствующем направлении движения рабочего органа — поршня или плунжера.

По сравнению с центробежными насосами поршневые имеют более сложную конструкцию, отличаются тихоходностью, а следовательно, и большими габаритами. Но они обладают сравнительно высоким КПД и независимостью (в принципе) подачи от напора, что позволяет использовать их в качестве дозировочных. Поршневые насосы могут создавать при нагнетании жидкости давления порядка 100 МН/м² (1000 кгс/см²) и более.

Роторные насосы

Роторные насосы получили распространение главным образом для осуществления небольших подач жидкости. По особенностям конструкции рабочих органов роторные насосы можно подразделить на зубчатые (в том числе шестерённые), винтовые, шиберные, коловратные, аксиально- и радиально-поршневые, лабиринтные и др.

Роторные насосы отличаются отсутствием всасывающего и нагнетательного клапанов, что является их большим преимуществом и упрощает конструкцию.

Струйные насосы

Струйные насосы из числа насосов-аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие конструкций. Действие состоит из трёх процессов — преобразования потенциальной энергии рабочей жидкости в кинетическую (в коническом сходящемся насадке), обмена количеством движения между частицами рабочей жидкости и подаваемой среды (в камере смешения), а также перехода кинетической энергии смеси в потенциальную (в диффузоре).

Струйные насосы просты по устройству, надёжны и долговечны в эксплуатации, но их КПД не превышает 30%.

Классификация рабочих колёс центробежных насосов по быстроходности

Тип колеса	ns, об/мин	Dвн/Dотв
Тихоходное	50–80	3–2,5
Нормальной быстроходности	80–150	2
Быстроходное	150–350	1,8–1,4

Значения n_s < 50 имеют вихревые насосы, а область n_s = 400–1500 об/мин соответствует осевым, а также диагональным насосам, занимающим промежуточное положение между центробежными и осевыми.

Области использования основных типов насосов

Параметры	Поршневой	Центробежный	Осевой
Подача Q, м³/ч	1–200	1–100 000	100–100 000
Напор Н, м	10–10 000	1–4 500	1–20

что такое насос, виды насосов, типы насосов, центробежный насос, поршневой насос, осевой насос, роторный насос, струйный насос, вихревой насос, история насосов, принцип работы насоса, классификация насосов, насосное оборудование