Насос

Насо́с — гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает её перемещение.

Условное графическое обозначение нереверсивного нерегулируемого насоса

Неполная классификация насосов по принципу действия и конструкции выглядит следующим образом:

• импеллерные (ламельные) насосы
• пластинчатые (шиберные) насосы
  • Водокольцевой насос
• шестерённые насосы
• аксиально-плунжерные насосы
• Радиально-плунжерные насосы
• центробежно-шнековые (дисковые,оседиагональные) насосы
• винтовые (шнековые)
• поршневые
• центробежные
• осевые
• вихревые
• роторные
• струйные
• диафрагменные
• перистальтические
• мембранные
• абсорбционные
• тараны
• магниторазрядные

История

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый известный поршневой насос для тушения пожара, который изобрёл древнегреческий механик Ктесибий, упоминается ещё в I веке н. э. В Средние века насосы использовались в различных гидравлических машинах. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырёхлопастным рабочим колесом был предложен французским учёным Д. Папеном. До XVIII века насосы использовались гораздо реже чем водоподъёмные машины (устройства для безнапорного перемещения жидкости), но с появлением паровых машин насосы начали вытеснять водоподъёмные машины. В XIX веке с развитием тепловых и электрических двигателей насосы получили широкое распространение. В 1838 году русский инженер А. А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил центробежный насос и работал над применением его при создании судового двигателя.

Классификация насосов по принципу действия

По характеру сил преобладающих в насосе: объёмные, в которых преобладают силы давления и динамические, в которых преобладают силы инерции.

По характеру соединения рабочей камеры с входом и выходом из насоса: периодическое соединение (объёмные насосы) и постоянное соединение входа и выхода (динамические насосы).

Объёмные насосы используются для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах одно преобразование энергии — энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости (механическая => кинетическая + потенциальная). Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочий процесс в объёмных насосах неуравновешен (высокая вибрация), поэтому необходимо создавать для них массивные фундаменты. Также для этих насосов характерна неравномерность подачи. Большим плюсом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию).

Для динамических насосов характерно двойное преобразование энергии (1 этап: механическая => кинетическая + потенциальная; 2 этап: кинетическая и потенциальная). В динамических насосах можно перекачивать загрязнённые жидкости, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объёмных насосов, они не способны к самовсасыванию.

Объёмные насосы

Процесс объёмных насосов основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. Некоторые виды объёмных насосов:

• Импеллерные насосы — обеспечивают ламинарный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, и могут использоваться в качестве дозаторов
• Пластинчатые насосы — обеспечивают равномерное и спокойное всасывание перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования. Могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми. В пластинчатых регулируемых насосах изменение подачи осуществляется за счёт изменения объёма рабочей камеры благодаря изменению эксцентриситета ротора и статора. В качестве регулирующего устройства применяются гидравлические и механические регуляторы.
• Винтовые насосы — обеспечивают ровный поток перекачиваемого продукта на выходе из насоса, могут использоваться для дозирования
• Поршневые насосы могут создавать весьма высокое давление, плохо работают с абразивными жидкостями, могут использоваться для дозирования
• Перистальтические насосы создают невысокое давление, химически инертны, могут использоваться для дозирования
• Мембранные насосы — создают невысокое давление, могут использоваться для дозирования
• Импеллерные (ламельные) насосы. Могут быть изготовлены в пищевом, маслобензостойком и кислотощёлочестойком исполнении

Общие свойства объёмных насосов:

• Цикличность рабочего процесса и связанные с ней порционность и пульсации подачи и давления. Подача объёмного насоса осуществляется не равномерным потоком, а порциями.
• Герметичность, то есть постоянное отделение напорной гидролинии от всасывающей (лопастные насосы герметичностью не обладают, а являются проточными).
• Самовсасывание, то есть способность объёмных насосов создавать во всасывающей гидролинии вакуум, достаточный для подъёма жидкости вверх во всасывающей гидролинии до уровня расположения насоса(лопастные насосы не являются самовсасывающими).
• Независимость давления, создаваемого в напорной гидролинии, от подачи жидкости насосом

Динамические насосы

Динамические насосы подразделяются на:

• Лопастные насосы, рабочим органом у которых служит лопастное колесо или мелкозаходный шнек . В них входят:
  • Центробежные, у которых преобразование механической энергии привода в потенциальную энергию потока происходит вследствие центробежных сил, возникающих при взаимодействии лопаток рабочего колеса с жидкостью. Центробежные насосы подразделяют на:
    • Центробежно-шнековый насос — вид центробежного насоса с подводом жидкости к рабочему органу выполненному в виде мелкозаходного шнека большого диаметра (дисков), расположенному по центру, с выбросом по касательной вверх или бок от корпуса. Такие насосы способны перекачивать карамелизующиеся и склеивающиеся массы, типа клея
    • Консольный насос — вид центробежного насоса с односторонним подводом жидкости к рабочему колесу, расположенному на конце вала, удалённом от привода.
    • Осевые (пропеллерные) насосы, рабочим органом которых служит лопастное колесо пропеллерного типа. Жидкость в этих насосах перемещаются вдоль оси вращения колеса. Быстроходные насосы с высоким коэффициентом быстроходности, характеризуются большими значениями подач, но низких значениях напора.
    • Полуосевые (диагональные, турбинные) насосы, рабочим органом которых служит полуосевое (диагональное, турбинное) лопастное колесо.
    • Радиальные насосы, рабочими органами которых служат радиальные рабочие колеса. Тихоходные одноступенчатые и многоступенчатые насосы с высокими значениями напора при низких значениях подач.
  • Вихревые насосы — отдельный тип лопастных насосов, в которых преобразование механической энергии в потенциальную энергию потока (напор) происходит за счёт вихреобразования в рабочем канале насоса.
• Струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счёт энергии потока вспомогательной жидкости, пара или газа (нет подвижных частей, но низкий КПД).
• Тараны (гидротараны), использующие явление гидравлического удара для нагнетания жидкости (минимум подвижных частей, почти нет трущихся поверхностей, простота конструкции, способность развивать высокое давление на выходе, низкие КПД и производительность)

Вихревые насосы

Вихревые насосы — динамические насосы, жидкость в которых перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении. Преобразование механической энергии привода в потенциальную энергию потока (напор) происходит за счёт множественных вихрей, возбуждаемых лопастным колесом в рабочем канале насоса. КПД идеального вихревого насоса не превышает 45 %  КПД реальных насосов обычно не превышает 30 %.

Применение вихревого насоса оправдано при значении коэффициента быстроходности . Вихревые насосы в многоступенчатом исполнении значительно расширяют диапазон рабочих давлений при малых подачах, снижая коэффициент быстроходности до значений, характерных для насосов объёмного типа.

Вихревые насосы сочетают преимущества насосов объёмного типа (высокие давления при малых подачах) и динамических насосов (линейная зависимость напора насоса от подачи, равномерность потока).

Вихревые насосы используются для перекачки чистых и маловязких жидкостей, сжиженных газов, в качестве дренажных насосов для перекачки горячего конденсата.

Вихревые насосы обладают низкими кавитационными качествами. Кавитационный коэффициент быстроходности вихревых насосов .

Классификация насосов по реализации

• Механические
  • Поршневые
  • Роторно-поршневые
  • Диафрагменные
  • Пластинчатые
  • Винтовые
  • Рутса
  • Золотниковые
  • Спиральные
  • Турбомолекулярные
• Магниторазрядные
• Струйные
  • Водокольцевые
  • Паромасленные дифузионные
  • Паромасленные бустерные
• Сорбционные
• Криогенные

Классификация насосов по типу перекачиваемой среды

Химические насосы

Химические насосы предназначены для перекачки различных агрессивных жидкостей, поэтому основными областями их применения являются химическая и нефтехимическая промышленность (перекачивание кислот, щелочей, нефтепродуктов), лакокрасочная промышленность (краски, лаки, растворители и др.) и пищевая промышленность.

Химические насосы перекачивают кислоты и щёлочи, органические продукты, сжиженные газы и т. п., которые характеризуются взрывоопасностью, различной температурой, токсичностью, склонностью к полимеризации и налипанию, содержанием растворенных газов. Характер перекачиваемых жидкостей обуславливает то, что химические насосы изготавливаются полностью из химостойких полимеров или коррозионно-стойких сплавов.

Фекальные насосы

Фекальные насосы используются для перекачки легко загрязненных жидкостей и сточных вод. Они рассчитаны на большую вязкость и содержание малых и средних амбразивных частиц. Фекальные насосы могут быть погружными или полупогружными, также их конструкция может снабжаться режущим механизмом. Современные модели имеют поплавок автоматического включения/выключения насоса.

Основная среда применения - канализационные станции.