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.
Рис. 1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС
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.
Рис. 2. ВОДОПОДЪЕМНАЯ МАШИНА. Поршень поднимается (слева) и создает разрежение. Вслед за поршнем поднимается вода. Поршень опускается (в центре), открывается верхний клапан и закрывается нижний, вода остается в цилиндре. Поршень поднимается (справа), сливая воду (при закрытом верхнем клапане) через сливное отверстие и засасывая новую порцию в цилиндр через открывшийся нижний клапан.
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".
Рис. 3. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ НАСОС. 1 - корпус насоса; 2 - клапаны; 3 - гибкая диафрагма; 4 - пружина; 5 - шток толкателя.
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.
Рис. 4. ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС
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.
Рис. 5. РОТОРНЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ НАСОС
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.
Грошковский Я. Техника высокого вакуума. М., 1975 Жабо В.В. Гидравлика и насосы. М., 1976 Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., 1984 Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции. М., 1986