Классификация насосов по принципу действия

Классификация насосов по конструктивному исполнению

Название насоса	Конструктивное исполнение и особенности
Горизонтальный	Ось вращения рабочих органов (рабочих колёс) расположена горизонтально вне зависимости от расположения оси привода или передачи
Вертикальный	Ось вращения рабочих органов расположена вертикально
Консольный	Рабочие органы расположены на консольной части вала
Моноблочный	Рабочие органы расположены на валу двигателя
С выносными опорами	Подшипниковые опоры изолированы от перекачиваемой среды
С внутренними опорами	Подшипниковые опоры контактируют с перекачиваемой жидкостью
С осевым входом	Жидкость подводится в направлении оси рабочих органов
С боковым входом	Жидкость подводится в направлении, перпендикулярном оси рабочих органов
Двустороннего входа	Жидкость подводится к рабочим органам с двух противоположных сторон
Одноступенчатый	Жидкость подаётся одним комплектом рабочих органов
Многоступенчатый	Жидкость подаётся двумя и более последовательно соединёнными комплектами рабочих органов
Секционный	Многоступенчатый насос с торцевым разъёмом каждой ступени
С торцевым разъёмом	С разъёмом корпуса в плоскости, перпендикулярной оси рабочих органов
С осевым разъёмом	С разъёмом в плоскости оси рабочих органов
Футерованный	Проточная часть футерована (облицована) материалом, стойким к воздействию перекачиваемой жидкости
Погружной	Устанавливается под уровень перекачиваемой жидкости
Полупогружной	Насосный агрегат с погружным насосом, двигатель которого расположен над поверхностью перекачиваемой жидкостью
Самовсасывающий	Обеспечивает заполнение подводящего трубопровода жидкостью непосредственно, без использования дополнительных устройств
Регулируемый	Обеспечивает в заданных пределах изменение подачи и напора
Герметичный	Полностью исключён контакт перекачиваемой жидкости с окружающей атмосферой

Области применения насосов

Краткие исторические сведения о насосах

Изобретение насоса относится к глубокой девности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрел древнегреческий механик Ктесибий, был описан в 1 в. до н. э. древнегреческим ученым Героном из Александрии в сочинении "Pneumatica", а затем М. Витувием в труде "De Architectura". Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем для подъёма воды из колодцев, вероятно, применялись еще раньше, до начала ХУIII века поршневые насосы по сравнению с водоподъёмными машинами использовались редко. В дальнейшем в связи с ростом потребностей в воде и необходимостью увеличения высоты ее подачи, особенно после появления паровой машины, насосы постепенно стали вытеснять водоподъёмные машины. Требования к насосам и условия их применения становились все более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми стали создавать вращательные насосы, а также различные устройства для напорной подачи жидкостей. Таким образом, исторически наметились три направления их дальнейшего развития: создание поршневых и вращательных насосов, а также гидравлических устройств без движущихся рабочих органов.

В начале 17-го столетия был изобретен поршневой насос англичанином Samuеlем Morland. В то время не было еще достаточно развитой металлообрабатывающей промышленности, и поэтому насосы изготовлялись из дерева чрезвычайно примитивной конструкции.

Рис. 2. Поршневой насос 18-го столетия	Рис. 3. Центробежный насос 18-го столетия

Наряду с появлением поршневых насосов в том же столетии, именно в 1680 г., был изобретен другой тип насоса, основанный на совершенно иных принципах работы. Тип этот -центробежный насос. Эти насосы на протяжении долгого времени, ввиду отсутствия быстроходных двигателей, не могли конкурировать с поршневыми насосами и уступали последним во всех отношениях.

На протяжении 18-го столетия был сделан ряд попыток, без достаточного успеха, усовершенствовать центробежные насосы. Что этот вопрос интересовал не только практиков, но и теоретиков, можно заключить из того, что знаменитый математик Эйлер в то время (1754 г.) занимался обоснованием теории центробежных машин.

Что собой представляли тогда эти насосы, иллюстрирует рис. 3.

По современным воззрениям их нельзя даже было назвать центробежными: - вода могла подниматься только на высоту стенок таких аппаратов. Тем временем идея, изложенные Эйлером в его теории, не остались без дальнейшего развития. В 1818 г. появился насос, который можно было уже действительно назвать прототипом по форме современных центробежных насосов. Несмотря на то, что уже в середине 19-го столетия были известны конструкции многоступенчатых центробежных насосов, они все же не могли заменить поршневые насосы в тех случаях, когда требовался подъем воды на более или менее значительную высоту.

Совсем новый период индустриального развития центробежных насосов начинается с 1875 г., когда Осборн Рейнольдс, путем применения специальных устройств (диффузоров), достиг существенного улучшения в их работе. К этому времени относится также появление и быстрое развитие высокооборотных электродвигателей и паровых турбин, что послужило

не менее мощным толчком к усовершенствованию центробежных насосов и расширению области их применения. Уже первые центробежные турбо- и электронасосы были предвестниками начала вытеснения поршневых насосов из ряда промышленных и хозяйственных областей. Дальнейшее улучшение качества и экономичности центробежных насосов ускорило этот процесс замены и явилось следствием более глубокого изучения работы отдельных частей насоса и новых теоретических взглядов. Особенно большие успехи

в этом направлении достигнуты были в последнем десятилетии.

Третий тип насосов, так называемых осевых или пропеллерных, был заимствован из практики построения быстроходных водяных турбин, изобретенных Капланом. Обоснование теории их работы тесно связано с развитием теории воздухоплавания.

Другой путь развития насосов начался с изобретения так называемых вращающихся насосов, имевших по одному ротору, которые также были описаны Рамелли. Насос с эксцентрическим ротором является прототипом современных шиберных насосов. В 1624 году И. Лейрехон в книге "La recreation mathematiqae" описал двухроторный коловратный насос, который можно рассматривать как прообраз современных зубчатых насосов. В дальнейшем появились и другие разновидности роторных насосов, представителем которых является, например, лабиринтный насос, созданный уже в 50-е гг. ХХ века. Первый вихревой насос, названный центробежным самовсасывающим, был предложен в 1920 году в Германии инженером С. Хиншем, затем появились и другие разновидности.

Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей возникла в ХV веке еще у Леонардо да Винчи и, по-видимому, независимо от него была реализована в начале XVII века французским инженером Бланкано, построившим простейший центробежный насос для подачи воды, рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырехлопастным рабочим колесом был предложен французским ученым Д. Папеном, который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки "Hessians". В конце ХIХ века, когда появились быстроходные тепловые, а затем электрические двигатели, центробежные насосы получили более широкое применение. В 1838 году русский инженер А.А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный насос, в 1846 году американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос; в 1851 году аналогичный насос был создан в Великобритании по патенту Гуинна (насос Гуинна). В 1899 году русский инженер В.А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый насос для буровых скважин глубиной до 250 м. Этот насос, построенный в Париже на заводе Фарко (насос Фарко), предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м³/ч, КПД до 70%. В России первые центробежные насосы начали изготовлять в 1880 году на заводе Г. Листа в Москве.

Развитие осевых насосов основывалось на опыте аналогичных им гидротурбин. Проектирование и исследование осевых (пропеллерных и поворотно-лопастных) насосов относится к концу ХIХ началу ХХ вв.

Третье направление развития устройств для напорной подачи жидкостей объединяет несколько путей создания и совершенствования насосов-аппаратов. Прототипы вытеснителей, согласно свидетельству Герона, изготовлялись уже в древней Греции (устройства для вытеснения из сосуда воды подогретым воздухом или водяным паром). Первым вытеснителем производственного назначения была предложенная в 1698 году английским инженером Т. Севери паровая водоотливная установка. Это устройство можно считать прототипом изобретенного в Германии в 1871 году Халлем пульсометра, имевшего две камеры и действовавшего автоматически.

В 1698 г. Томас Севери получил патент на устройство для подъема воды при помощи движущей силы огня. Устройство работало следующим образом: когда вода полностью вытеснялась, а сосуд оказывался заполненным паром, напорную трубу перекрывали и сосуд обливали холодной водой; пар в сосуде конденсировался, возникало разрежение и через впускную трубу всасывалась следующая порция воды. Севери первым отделил рабочее тело (водяной пар) от перекачиваемой воды и сумел реализовать повторение циклов (см. рис. 4). Впоследствии машина Севери была усовершенствована Дезагюлье, предложившим охлаждать пар в сосуде путем впрыскивания в него воды. Это существенно сократило длительность конденсации и увеличило частоту рабочих циклов, т.е. производительность.

Из-за отсутствия движущихся частей машины Севери оказались очень надежными и долговечными; теперь их называют термомеханическими насосами. Это была первая машина, способная работать непрерывно.

Рис. 4. Паровой водоподъёмник Севери

Идея использования сжатого воздуха для подачи воды высказывалась в 1707 году Папеном и др. инженерами, но практически была применена значительно позже (в ХХ в.) в монжусе и в двухкамерном водоподъёмнике вытеснения для водяных скважин (конструкция инженера В.П. Савотина). Подача воды под действием давления продуктов сгорания жидкого топлива была осуществлена в Великобритании в 1911 году Н.Л. Гемфри.

Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или другого газа был применен в газлифтах, которые были предложены в середине ХIХ в., а позднее нашли и практическое применение (с 1897 г. — в России на нефтепромыслах в Баку, с 1901 г. - в США).

С изобретением братьями Монгольфье в 1796 году автоматически действующего гидравлического тарана наметился еще один путь развития устройств для напорной подачи жидкости, принцип действия которых был основан на использовании для подачи воды периодически создаваемых гидравлических ударов. В дальнейшем были предложены различные конструкции гидравлических таранов.

Одной из разновидностей насосов-аппаратов явился водоструйный насос, который как лабораторный прибор был предложен английским ученым Д. Томпсоном в 1852 году и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 году (предположительно в Германии) для удаления воды из шахт.

Позднее были созданы различные струйные насосы в виде водоводяных эжекторов, пароводяных инжекторов и многие другие.

Позднее был предложен гидропневматический водоподъёмник для скважин (В.П Сироткин, Я.С. Суреньянц), в конструкции которого объединены струйный насос и эрлифт. Одним из направлений развития насосов-аппаратов является создание магнитогидродинамических насосов. Первые такие насосы на постоянном токе были предложены Голденом (1907) и Гартманом (1919) и насосы на переменном токе - Чаббом (1915). Однако широко их стали применять только в 50—60-е гг. ХХ в., главным образом в связи с успехами атомной энергетики.

Таким образом, техника подъема и перемещения вначале только воды, а затем нефти и других жидкостей в каждую эпоху в основном соответствовала уровню развития производительных сил и производственных отношений.