Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Насос (технич.)

Насос (далее Н) 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 Н (технич.) обычно не называют и относят к водоподъемным машинам.

  Основной параметр Н (технич.) — количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т. е. осуществляемая объемная подача Q. Для большинства Н (технич.) важнейшими техническими параметрами также являются: развиваемое давление p или соответствующий ему напор , потребляемая мощность и кпд h.

  Терминология. Названия большинства устройств, применяемых для всасывания и нагнетания жидкостей, состоят из слова "Н (технич.)" 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 Н (технич.) (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 Н (технич.); гидроэлеватор, инжектор и эжектор, являющиеся разновидностями струйного Н (технич.) Под названием Н (технич.) известны также устройства совершенно иного назначения, например: вакуумные насосы, предназначенные для удаления газов из замкнутых объемов; тепловой насос — установка для передачи теплоты из окружающей среды (воздуха или воды), имеющей низкую температуру, к объекту с более высокой температурой (например, к воде отопительной системы); Н (технич.) потока, осуществляющий периодические изменения 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). Н (технич.) можно также условно разделить на 2 группы: насосы-машины, приводимые в действие от двигателей, и насосы-аппараты, которые действуют за счет иных источников энергии и не имеют движущихся рабочих органов. Н (технич.)-машины бывают лопастные (центробежные, осевые, вихревые), поршневые, роторные (шестеренные, коловратные, пластинчатые, винтовые и др.). К Н (технич.)-аппаратам относятся струйные (жидкостно-жидкостные и газожидкостные), газлифты (в том числе эрлифты), вытеснители (в том числе паровые и газовые), гидравлические тараны, магнитогидродинамические насосы и др.

  Н (технич.) всех типоразмеров в СССР имеют условные обозначения (марки), состоящие обычно из букв и цифр.

  Историческая справка. Изобретение Н (технич.) относится к глубокой древности. Первый Н (технич.) для тушения пожаров (рис. 1), который изобрел древнегреческий механик Ктесибий, был описан в 1 в. до н. э. древнегреческим ученым Героном из Александрии в сочинении "Pneumatica", а затем М. Витрувием в труде "De Architectura". Простейшие деревянные Н (технич.) с проходным поршнем для подъема воды из колодцев, вероятно, применялись еще раньше. До начала 18 в. поршневые Н (технич.) 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, Н (технич.) постепенно стали вытеснять водоподъемные машины. Требования к Н (технич.) и условия их применения становились все более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми Н (технич.) стали создавать вращательные Н (технич.), а также различные устройства для напорной подачи жидкостей. Т. о., исторически наметились три направления их дальнейшего развития: создание поршневых Н (технич.), вращательных Н (технич.) и гидравлических устройств без движущихся рабочих органов.

  Подъем в развитии поршневых Н (технич.) наблюдался в конце 18 в., когда для их изготовления стали применять металл и использовать привод от паровой машины. С середины 19 в. начали широко внедряться в производство паровые прямодействующие поршневые Н (технич.) К этому периоду относится создание крыльчатых насосов, прообразом которых является поршневой Н (технич.) с кольцевым цилиндром, описанный французским инженером А. Рамелли в 1588 ("Le diverse et articiose machine"). Развитие теории поршневых Н (технич.) 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 Н (технич.) были широко использованы также при создании поршневых компрессоров, гидравлических прессов и др. устройств, но сами поршневые Н (технич.) начиная с 20—30-х гг. 20 в. стали заметно вытесняться из ряда областей центробежными, роторными и др.

  Другой путь развития Н (технич.) начался с изобретения так называемых вращающихся Н (технич.), имевших по одному ротору, которые также были описаны Рамелли. Н (технич.) с эксцентрическим ротором является прототипом современных шиберных насосов. В 1624 И. Лейрехон в книге " rеcrеation mathеmatiqae" описал двухроторный коловратный насос (рис. 2), который можно рассматривать как прообраз современных зубчатых Н (технич.) В дальнейшем появились и др. разновидности роторных Н (технич.), представителем которых является, например, лабиринтный насос, созданный уже в 50-е гг. 20 в. Первый вихревой Н (технич.), названный центробежным самовсасывающим, был предложен в 1920 в инженером С. Хиншем, затем появились и др. разновидности.

  Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей возникла в 15 в. еще у Леонардо да Винчи и, по-видимому, независимо от него была реализована в начале 17 в. французским инженером Бланкано, построившим простейший центробежный Н (технич.) для подачи воды (рис. 3), рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных Н (технич.) со спиральным корпусом и четырехлопастным рабочим колесом (рис. 4, а) был предложен французским ученым Д. Папеном, который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки "Hessians" (рис. 4, б). В конце 19 в., когда появились быстроходные тепловые, а затем электрические двигатели, центробежные Н (технич.) получили более широкое применение. В 1838 русский инженер А. А. Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный Н (технич.), в 1846 американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный Н (технич.), в 1851 аналогичный Н (технич.) был создан в Великобритании по патенту Гуинна (насос Гуинна), в 1899 русский инженер В. А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый Н (технич.) для буровых скважин глубиной до 250 м. Этот Н (технич.), построенный в Париже на заводе Фарко (насос Фарко), предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м3, кпд до 70%. В России первые центробежные Н (технич.) начали изготовлять в 1880 на заводе Г. Листа в Москве.

  Развитие осевых Н (технич.) основывалось на опыте аналогичных им гидротурбин. Проектирование и исследование осевых (пропеллерных и поворотно-лопастных) Н (технич.) относится к концу 19 — началу 20 вв. В СССР эти Н (технич.) разрабатываются начиная с 1932 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 на опытной установке в г. Дмитрове (под руководством И. Н (технич.) Вознесенского). Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых Н (технич.) сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, Н (технич.) Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера и др. ученых.

  Третье направление развития устройств для напорной подачи жидкостей объединяет несколько путей создания и совершенствования Н (технич.)-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 английским инженером Т. Севери паровая водоотливная установка. Это устройство можно считать прототипом изобретенного в в 1871 Халлем пульсометра, имевшего 2 камеры и действовавшего автоматически.

  Идея использования сжатого воздуха для подачи воды высказывалась в 1707 Папеном и др. инженерами, но практически была применена значительно позже (в 20 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 Н (технич.) Л. Гемфри (см. в ст. Вытеснитель).

  Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или др. газа был применен в газлифтах, которые были предложены в середине 19 в., а позднее нашли и практическое применение (с 1897 в России на нефтепромыслах в Баку, с 1901 в США).

  С изобретением Монгольфье в 1796 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 Н (технич.)-аппаратов явился водоструйный насос, который как лабораторный прибор был предложен английским ученым Д. Томпсоном в 1852 и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 (предположительно в для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные Н (технич.) в виде водо-водяных эжекторов, паро-водяных инжекторов и многие др. Основы теории струйных Н (технич.) были заложены в работах Г. Цейнера и У. Ранкина во 2-й половине 19 в. и получили существенное развитие в 30-х гг. 20 в. благодаря исследованиям американских инженеров О"Брайена и Гослина и советских специалистов Л. Д. Бермана, К. К. Баулина, А. Н (технич.) Ложкина, Е. Я. Соколова, Н (технич.) М. Зингера и др. Позднее предложен гидропневматический водоподъемник для скважин (В. П. Сироткин, Я. С. Суреньянц), в конструкции которого объединены струйный насос и эрлифт. Одним из направлений развития Н (технич.)-аппаратов является создание магнитогидродинамических насосов. Первые такие Н (технич.) на постоянном токе были предложены Голденом (1907) и Гартманом (1919) и Н (технич.) на переменном токе — Чаббом (1915). Однако широко их стали применять в СССР и за рубежом только в 50—60-е гг. 20 в., главным образом в связи с успехами энергетики. Т. о., техника подъема и перемещения вначале только воды, а затем нефти и др. жидкостей в каждую эпоху в основном соответствовала уровню развития производительных сил и производственных отношений.

  Основные типы современных насосов. Центробежные Н (технич.) являются наиболее распространенными и предназначаются для подачи холодной или горячей ( > 60°) воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным каменным углем и т.п. Их действие основано на передаче кинетической энергии от вращающегося рабочего колеса (рис. 5) тем частицам жидкости, которые находятся между его лопастями. Под влиянием возникающей при этом центробежной силы Р частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус Н (технич.) и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу Н (технич.)

  Рабочие колеса Н (технич.) могут быть не только с односторонним подводом жидкости (см. рис. 5), но и с двухсторонним, что позволяет почти полностью уравнивать давление жидкости на внешние боковые поверхности колеса. Одной из важных практических характеристик рабочих колес центробежных и некоторых др. Н (технич.) является коэффициент быстроходности ns — число оборотов в 1 мин такого рабочего колеса, которое геометрически подобно рассматриваемому и при подаче Q = 75 л/сек развивает напор Н = 1 м. Классификация рабочих колес центробежных Н (технич.) по быстроходности представлена в табл. 1, в которой каждый тип колеса характеризуется отношением внешнего диаметра Dвн к диаметру его входного отверстия Doтв.

Табл. 1. — Классификация рабочих колес центробежных насосов по коэффициенту 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 ns < 50 имеют вихревые Н (технич.), а область ns = 400—1500 об/мин соответствует осевым, а также диагональным Н (технич.), занимающим промежуточное положение между центробежными и осевыми Н (технич.)

  Для создания больших напоров применяют многоступенчатые Н (технич.), в которых жидкость проходит последовательно несколько рабочих колес, получая от каждого из них соответствующую энергию. Важнейшей особенностью центробежных Н (технич.) является непосредственная зависимость напора, а также мощности, кпд и допустимой высоты всасывания от подачи, которая для каждого типа Н (технич.) выражается соответствующими графиками, называемыми характеристиками (рис. 6). Кпд центробежного Н (технич.) при определенном режиме его работы достигает максимального значения, а затем с увеличением подачи снижается. Крупнейшие центробежные Н (технич.) отечественного производства могут обеспечить подачу воды до 65 000 м3 при напоре 18,5 м, потребляя мощность 7,5 Мвт, максимальный кпд равен 88—92%. В США для насосной станции Гранд-Кули создан вертикальный одноступенчатый центробежный Н (технич.) с подачей 138 000 м3 и напором 95 м при мощности 48 Мвт.

  Осевые Н (технич.) предназначаются главным образом для подачи больших объемов жидкостей. Их работа обусловлена передачей той энергии, которую получает жидкость при силовом воздействии на нее лобовой поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса (рис. 7). Частицы подаваемой жидкости при этом имеют криволинейные траектории, но, пройдя через выправляющий аппарат, начинают перемещаться от входа в Н (технич.) до выхода из него, в основном вдоль его оси (откуда и название).

  Существуют 2 основных разновидности осевых Н (технич.): жестколопастные с лопастями, закрепленными неподвижно на втулке рабочего колеса, называемые пропеллерными, и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей. Н (технич.) обеих разновидностей строят обычно одноступенчатыми, реже двухступенчатыми.

  Изменением наклона лопастей рабочего колеса достигается регулирование подачи с поддержанием кпд на высоком уровне в широких пределах. Рабочие колеса осевого Н (технич.) имеют очень высокий коэффициент быстроходности (ns от 500 до 1500 об/мин). При малых подачах характеристики НQ и Q круто снижаются. Максимальные значения Н и соответствуют режиму холостого хода. Крупнейший отечественный осевой поворотно-лопастной Н (технич.) рассчитан на Q = (45¸50)´103 м3 при от 13 до 10 м, = 2 Мвт и 11 = 86%. Марка этого Н (технич.): ОП2-185. где ОП — осевой поворотно-лопастной, 2 — тип рабочего колеса и 185 — диаметр рабочего колеса (по концам лопастей, в см).

  Вихревые Н (технич.) обладают хорошей способностью самовсасывания, т. е. возможностью начинать действие без предварительного заполнения всасывающей трубы подаваемой средой, если она имеется в корпусе Н (технич.) Благодаря этому они применяются для подачи легкоиспаряющихся или насыщенных газами капельных жидкостей и в комбинации с центробежными Н (технич.) Существуют 2 разновидности вихревых Н (технич.): закрытого и открытого типа. В вихревом Н (технич.) закрытого типа (рис. 8) частицы жидкости из ячеек, расположенных по периферии рабочего колеса, под влиянием центробежных сил будут переходить в канал корпуса Н (технич.) и затем, передав часть своей кинетической энергии находящейся там среде, возвратятся в др. ячейки. Совершая винтообразное вихревое перемещение, каждая частица за время ее нахождения в Н (технич.) несколько раз побывает в ячейках ротора и получит от него определенную энергию. В результате такого многоступенчатого действия вихревые Н (технич.) по сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными Н (технич.) развивают в 3—7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2—3 раза) кпд. В вихревых Н (технич.) открытого типа жидкость подводится вблизи вала Н (технич.), проходит между лопатками рабочего колеса и отводится к выходному отверстию в корпусе из открытого (без перемычки) периферийного канала. В зарубежной литературе вихревые Н (технич.) называются фрикционными, регенеративными, турбулентными, самовсасывающими и др. Характеристики вихревого насоса показаны на рис. 9.

  Поршневые Н (технич.) отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения. Действие поршневых Н (технич.) состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, которые осуществляются в цилиндре Н (технич.) при соответствующем направлении движения рабочего органа — поршня или плунжера. Эти процессы происходят в одном и том же объеме, но в различные моменты времени. По способу сообщения рабочему органу поступательно-возвратного движения Н (технич.) разделяют на приводные (обычно с коленчатым валом и шатунным механизмом) и прямодействующие. Чтобы периодически соединять рабочий объем то со стороной всасывания, то со стороной нагнетания, в Н (технич.) предусмотрены всасывающий и нагнетательные клапаны. Во время работы Н (технич.) жидкость получает главным образом потенциальную энергию, пропорциональную давлению ее нагнетания. Неравномерность подачи, связанная с изменением во времени скорости движения поршня или плунжера, уменьшается с увеличением кратности действия Н (технич.) и может быть почти полностью устранена применением воздушно-гидравлического компенсатора. Поршневые Н (технич.) классифицируют на горизонтальные и вертикальные, одинарного (рис. 10) и многократного действия, одно- и многоцилиндровые, а также по быстроходности, роду подаваемой жидкости и др. признакам. По сравнению с центробежными Н (технич.) поршневые имеют более сложную конструкцию, отличаются тихоходностью, а следовательно, и большими габаритами, а также массой на единицу совершаемой работы. Но они обладают сравнительно высоким кпд и независимостью (в принципе) подачи от напора (рис. 11), что позволяет использовать их в качестве дозировочных. Поршневые Н (технич.) могут создавать при нагнетании жидкости давления порядка 100 Мн/м2 (1000 кгс/см2) и более.

  Роторные Н (технич.) получили распространение главным образом для осуществления небольших подач жидкости. По особенностям конструкции рабочих органов роторные Н (технич.) можно подразделить на зубчатые (в том числе шестеренные), винтовые, шиберные, коловратные, аксиально- и радиально-поршневые, лабиринтные и др. Каждый из них имеет свои разновидности, но объединяющий их признак — общность принципа действия, в основном аналогичного действию поршневых Н (технич.) Роторные Н (технич.) отличаются отсутствием всасывающего и нагнетательного клапанов, что является их большим преимуществом и упрощает конструкцию.

  Зубчатый Н (технич.) с внешним зацеплением двух шестерен (рис. 12) — наиболее распространенный — всасывает жидкость при выходе зубьев одного колеса из впадин другого (на рис. 12 — слева) и нагнетает ее при входе зубьев одной шестерни в зацепление с другой (на рис. 12 — справа, при вращении верхней шестерни по часовой стрелке). Зубчатые Н (технич.) снабжаются предохранительным клапаном, который при достижении максимально допустимого давления перепускает жидкость со стороны нагнетания на сторону всасывания. Характеристика одного из шестеренных Н (технич.) показана на рис. 13. Зубчатые Н (технич.) используют для подачи нефтепродуктов и др. жидкостей без абразивных примесей.

  Шиберный пластинчатый Н (технич.) (рис. 14) действует в результате изменения рабочих объемов, заключенных между соседними пластинами и соответствующими участками поверхностей ротора и корпуса Н (технич.) В левой части Н (технич.) при вращении по часовой стрелке эксцентрично расположенного ротора этот объем увеличивается, из-за чего давление в нем понижается и создается возможность для всасывания жидкости. В другой части Н (технич.) при вращении ротора межлопаточные пространства уменьшаются, что обеспечивает нагнетание подаваемой среды. Эти Н (технич.) бывают одинарными и сдвоенными. Они предназначены для нагнетания чистых не очень вязких минеральных масел до давления 6 Мн/м2 (60 кгс/см2) и более и применяются в системах гидропривода и др. устройствах.

  Струйные Н (технич.) из числа Н (технич.)-аппаратов имеют наиболее широкую область применения и наибольшее разнообразие конструкций. Одним из них является водоструйный насос (рис. 15), действие которого состоит в основном из трех 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 рабочей и транспортируемой жидкостей в потенциальную (в диффузоре). Благодаря этому в камере смешения создается разрежение, что обеспечивает всасывание подаваемой среды. Затем давление смеси рабочей и транспортируемой жидкостей значительно повышается в результате снижения скорости движения, что делает возможным нагнетание. Струйные Н (технич.) просты по устройству, надежны и долговечны в эксплуатации, но их кпд не превышает 30%.

  Области применения. Особенности конструкции и принцип действия различных Н (технич.) определяют диапазоны подачи и напора, в пределах которых целесообразно применять Н (технич.) того или иного типа. Использование трех основных типов Н (технич.) характеризуется данными, указанными в табл. 2.

  Табл. 2.—Области использования основных типов насосов.

Параметры

Поршневой

Центробежный

Осевой

Подача Q, м3

1—200

1—100000

100—100000

Напор Н, м

10—10000

1—4500

1—20

Рассматривая области применения устройств для напорной подачи жидкостей, следует также иметь в виду, что еще в 19 в., особенно в Великобритании, Н (технич.) использовались (до внедрения электропривода) как генераторы гидравлической энергии. Эта энергия от центральных энергетических установок (с поршневыми Н (технич.) и паровыми машинами) по специальным водопроводам высокого давления передавалась на промышленные предприятия к потребителям. С начала 20 в. стали применять центробежные и роторные Н (технич.) в качестве генераторов гидравлической энергии в гидравлических передачах и системах гидропривода машин, в которых наряду с гидравлическими двигателями они являются основным элементом. О конструкции и конкретном применении Н (технич.) см. статьи Винтовой насос, Вытеснитель, Газлифт, Гидравлический таран, Глубоководный насос, Индукционный насос, Коловратный насос, Кондукционный насос, Крыльчатый насос, Лабиринтный насос, Погружной насос, Шестеренный насос, Штанговый насос.

  Лит.: Ны. Каталог-справочник, 3 изд., М.— Л., 1960; Караваев А. Е., Очерк по истории развития лопастных насосов, М.— Л., 1958; Пфляйдерер К., Лопаточные машины для жидкостей и газов, пер. с нем., 4 изд., М., 1960; Степанов А. И., Центробежные и осевые насосы, пер. с англ., 2 изд., М., 1960; Голубев А. И., Лабиринтные насосы для промышленности, М., 1961; Ломакин А. А., Центробежные и осевые насосы, 2 изд., М.— Л., 1966; Чиняев И. А., Роторные насосы, Л., 1969.

  Ю. В. Квитковский.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 22.10.2017 05:53:51


23:48 Медведева объяснила свое падение на победном Гран-при Москвы
23:41 Саакашвили заявил о пропаже троих соратников
22:49 На территории МГИМО сгорели два человека
03:29 Автобус с детской хоккейной командой попал в ДТП под Ярославлем
02:36 Парламентские выборы в Чехии выиграли «недовольные граждане» миллиардера Бабиша
00:58 На акцию в поддержку смещенного правительства вышли полмиллиона каталонцев