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.
|