Новости и статьи


Фотографии насосов


Насосы: терминология, классификация, история

Насосы: терминология, классификация, история

Насос – устройство (гидравлическая машина, аппарат или прибор) 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 водоподъемным машинам. Основной параметр насоса – количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т.е. осуществляемая объемная подача Q. Для большинства насосов важнейшими техническими параметрами также являются: нагнетаемое давление Р или соответствующий ему напор H, потребляемая мощность N и КПД η.

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 (например, насос Гемфри) или название фирмы (насос СИХИ – по первым буквам слов Simen Hinsch; насос Фарко – по имени владельца завода). Некоторые из рассматриваемых устройств получили особые названия, например: газлифт, одна из конструкций которого называется маммут-насос, или насос Маммута; вытеснители, к которым относится монжус, называемый также насосом Монтежю, или пневматический насос; гидроэлеватор, инжектор и эжектор, являющиеся разновидностями струйного насоса. Под названием насос известны также устройства совершенно иного назначения, например: вакуумные насосы, предназначенные для удаления газов из замкнутых объемов; тепловые насосы – установки для передачи теплоты из окружающей среды (воздуха или воды), имеющей низкую температуру, к объекту с более высокой температурой (например, к воде отопительной системы); насосы магнитного потока, осуществляющие периодические изменения магнитного потока в замкнутой цепи, и др.

Классификация

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 две группы:

1) насосы-машины;
2) насосы-аппараты.

Насосы-машины бывают:
- лопастные (центробежные, осевые, вихревые);
- поршневые;
- роторные (шестеренные, коловратные, пластинчатые, винтовые и др.).

К насосам-аппаратам относятся:
- струйные (жидкостно-жидкостные и газо-жидкостные);
- газлифты (в том числе эрлифты);
- вытеснители (в том числе паровые и газовые); гидравлические тараны;
- магнитогидродинамические насосы и др.

Историческая Справка

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрел древнегреческий механик Ктесибий, был описан в I 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 подъема воды из колодцев, вероятно, применялись еще раньше. До начала XVIII века поршневые насосы по сравнению с водоподъемными 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 водоподъемные 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.

Подъем в развитии поршневых насосов наблюдался в конце XVIII века, когда для их изготовления стали применять металл и использовать привод от паровой машины. С середины XIX века начали широко внедряться в производство паровые прямодействующие поршневые насосы. К этому периоду относится создание крыльчатых насосов, прообразом которых является поршневой насос с кольцевым цилиндром, описанный французским инженером А. Рамелли в 1588 году («Le diverse et articiose machine»). Развитие теории поршневых насосов тесно связано с работами отечественных ученых и инженеров (К. Бах, Г. Берг, А.П. Герман, В.Г. Шухов, П.К. Худяков, И.И. Куколевский, А.А. Бурдаков и др.). Достижения в области поршневых насосов были широко использованы также при создании поршневых компрессоров, гидравлических прессов и других устройств, но сами поршневые насосы, начиная с 20–30-х гг. ХХ века стали заметно вытесняться из ряда областей центробежными, роторными и др.

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 rеcrеation mathеmatiqae» 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 XV 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 XIX в., 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 XIX – началу XX вв. В СССР эти насосы разрабатываются начиная с 1932 года на заводе «Борец» (под руководством М.Г. Кочнева), во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидромашиностроения (С.С. Руднев и др.), в харьковском институте «Промэнергетика» (Г.Ф. Проскура и др.), а с 1934 года – на опытной установке в г. Дмитрове (под руководством И.Н. Вознесенского). Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера и др. ученых.

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. 1). 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. 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 водоподъемнике вытеснения для водяных скважин (конструкция инженера В.П. Савотина, СССР). 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 XIX 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. В СССР нашли распространение установки инженера Д.И. Трембовельского (1927) и др. 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 водо-водяных эжекторов, пароводяных инжекторов и многие другие. Основы теории струйных насосы были заложены в работах Г. Цейнера и У. Ранкина во второй половине XIX в. и получили существенное развитие в 30-х гг. XX в. благодаря исследованиям американских инженеров О'Брайена и Гослина и советских специалистов Л.Д. Бермана, К.К. Баулина, А.Н. Ложкина, Е.Я. Соколова, Н.М. Зингера и др. Позднее был предложен гидропневматический водоподъемник 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 в СССР и за рубежом 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.

(И.А. Лапиков, к.т.н.)



◄ 
назад в раздел

Руководства по эксплуатации




Основные типы представленного на сайте насосного оборудования




Надёжность с нами выбрали: