НАСОСЫ

Содержание статьи

• Лопастные насосы.
• Поршневые насосы.
• Роторные насосы.
• Струйные насосы.
• Вакуумные насосы.

НАСОСЫ, устройства для напорного перемещения главным образом жидкостей с сообщением им энергии. Обычно насосами подаются гомогенные жидкости (вода, нефтепродукты), но могут перекачиваться также двухфазные среды и газы. Насосами являются и стоящие особняком компрессоры, воздуходувки, вентиляторы, а также вакуумные насосы, но они используются только для перекачки газов. Большинство насосов можно разделить на насосы динамического типа и вытеснительные. К динамическим относятся лопастные и струйные насосы, а к вытеснительным – поршневые и роторные.

Лопастные насосы.

Лопастные (а среди них – центробежные) – основной тип насосов как с точки зрения производительности и универсальности, так и их распространенности (не менее 75% промышленных насосов). Самые маленькие можно взять в руку, а самые большие достигают нескольких метров в диаметре. Мощность центробежных насосов может составлять от долей киловатта до многих тысяч киловатт.

На рис. 1 показана схема типичного центробежного насоса. Жидкость поступает к центральной части рабочего колеса (крыльчатки). Крыльчатка установлена на валу в корпусе и приводится во вращение электрическим или другим двигателем. Энергия вращения передается крыльчаткой жидкости; жидкость перемещается на периферию крыльчатки, собирается в кольцевом коллекторе (улитке) и удаляется через выходной патрубок. Патрубок имеет расширяющуюся форму; скорость потока в нем падает, и часть кинетической энергии жидкости, приобретенной в рабочем колесе насоса, преобразуется в потенциальную энергию давления. Увеличение давления на выходе из насоса может быть достигнуто увеличением либо частоты вращения, либо диаметра крыльчатки.

При заданной частоте вращения центробежный насос, показанный на рис. 1, работает с максимальным КПД только при расчетных значениях расхода и давления. На расчетном режиме КПД центробежного насоса может превышать 90%, на худших (нерасчетных) режимах может составить менее 10%. Перекачка жидкости с минимальными затратами энергии требует правильного выбора типа насоса, тщательного проектирования и согласования его характеристик с характеристиками системы в целом.

В центробежном насосе происходит поворот потока жидкости на 90° от осевого направления к радиальному. В осевых лопастных насосах жидкость движется примерно в осевом направлении, а рабочее колесо имеет форму корабельного винта. Такие насосы наиболее эффективны при больших расходах и малых перепадах давления. Существуют конструкции лопастных насосов, промежуточные между радиальными и осевыми; они обычно используются при больших расходах и умеренных давлениях.

Ось вращения лопастного насоса может быть горизонтальной или вертикальной, входных патрубков может быть один или два; существуют и насосные агрегаты с несколькими рабочими колесами. Многоступенчатые лопастные насосы используются для откачки воды из шахт, в системах водоснабжения и канализации.

Поршневые насосы.

Поршневой насос перекачивает жидкость за счет возвратно-поступательного движения поршня или какой-то другой преграды в цилиндре (плунжера, диафрагмы). Примерами таких насосов являются промышленные насосы с паровым приводом, автомобильные топливные диафрагменные насосы и водоподъемные машины.

Самый известный тип поршневого насоса, хотя и вышедший теперь из употребления, – это простейшая водоподъемная машина (рис. 2), имеющая три основных элемента: цилиндр, или корпус, поршень и водосливную трубу.

Аналогично действует автомобильный топливный диафрагменный насос (рис. 3). При возвратно-поступательном движении толкателя определенный объем топлива засасывается в камеру, снабженную двумя подпружиненными обратными клапанами, запирается в ней, а затем выталкивается поршнем (диафрагмой) в топливопровод. Энергия подводится к жидкости импульсами, а не непрерывно, как в случае центробежного насоса. Этот способ подачи называют «вытеснительным».

Роторные насосы.

Роторные насосы тоже являются насосами вытеснительного типа, однако захват и перекачка жидкости обеспечиваются вращательным, а не возвратно-поступательным движением рабочего органа. В отличие от центробежных, в роторных насосах увеличение энергии перекачиваемой жидкости происходит не за счет центробежных сил.

Из многих образцов роторных насосов здесь проиллюстрированы два. В шестеренном насосе (рис. 4) всасывание начинается при выходе зубьев двух колес из зацепления, а при входе в зацепление происходит нагнетание.

Роторный пластинчатый насос показан на рис. 5. Ротор установлен в цилиндрическом корпусе эксцентрично и имеет две или большее количество пластинок, которые под действием пружин могут перемещаться радиально, так что всегда остаются прижатыми к корпусу. Жидкость засасывается в расширяющееся клинообразное пространство между ротором и корпусом и вытесняется пластинкой через аналогичное сужающееся пространство.

Среди других типов роторных насосов можно назвать винтовые и кулачковые. Сравнительно недавно появились роторные насосы с гибкими пластинками и с упругими трубопроводами (перистальтические).

Струйные насосы.

В струйных насосах, в отличие от описанных выше машинных, нет движущихся элементов. В этих насосах высокоскоростная струя жидкости малого расхода увлекает (эжектирует) значительный объем среды, находящейся при меньшем давлении. На рис. 6 видно, что высокоскоростная струя эжектирующего потока подается через сопло в камеру, заполненную эжектируемой средой, и истекает вместе с ней через диффузор. Такие насосы находят применение в условиях, когда требуются высокая мощность и надежность: на горных разработках, в системах откачки воды.

Вакуумные насосы.

Вакуумные насосы применяют для удаления воздуха или других газов из замкнутого объема с целью получения разрежения. См. также ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА.