Чтобы сделать верный выбор при покупке насоса, необходимо иметь представление о принципах работы каждого типа данных устройств. Мы рассказали об особенностях конструкции и функционировании различных видов насосов от первых изобретений древности до современных эффективных механизмов и снабдили описания наглядными анимированными изображениями. Таким образом, вы сможете не только получить полезную информацию, но и немного расширить свой кругозор.
Водоподъемное колесо
Первым механизмом для перекачивания воды считается водоподъемное колесо, изобретенное еще в Древнем Египте.
Это устройство представляло собой колесо со спицами, по всей окружности которого закреплялись кувшины. Нижний сосуд был опущен в водоем. Колесо приводилось в движение при помощи быков, волов либо просто вручную. В процессе вращения колеса вокруг оси, сосуды черпали воду, а когда они оказывались в верхней точке, содержимое кувшинов выливалось в специальный приемный желоб.
Винт Архимеда
В III веке до н. э. древнегреческий механик и математик Архимед изобрел водоподъемную машину для передачи воды из низко расположенных водоёмов в оросительные каналы. В этом механизме, который приводился в движение с помощью ветряного колеса или вручную, подъем воды осуществлялся за счет вращающегося внутри трубы винта. Часть воды при этом стекала обратно, поскольку древним грекам еще не были известны эффективные уплотнения. В результате была замечена зависимость между наклоном винта и подачей. При работе механизма была возможность выбора: поднимать больший объем воды либо увеличить высоту подачи за счет снижения производительности. Архимедов винт, как позднее было названо это устройство, стал прообразом шнека.
Поршневой насос
В I веке до н. э. древнегреческий механик-изобретатель Ктезибий создал двухцилиндровый насос для тушения пожаров. Этот механизм, который можно назвать самым первым в истории насосом, состоял из тех же деталей (плунжер, цилиндры, откидные клапаны, а также эксцентриковый привод плунжера), что ручные пожарные насосы, используемые в настоящее время.
Первоначально эти насосы были деревянными и часто ломались, поэтому использовались нечасто, но начиная с XVIII века, их начали изготавливать из металла, что привело к их распространению.
После изобретения паровых машин поршневые насосы часто стали использоваться, когда нужно было откачать воду из шахт и рудников. В наши дни поршневые насосы применяют в быту с целью подъема воды из скважин или колодцев, а также используют в промышленности в дозировочных насосах и насосах высокого давления.
Поршневые насосы различаются числом насосов и их местоположением относительно привода. По этим признакам их можно разделить на группы: двухплунжерные, трехплунжерные и т.д.
Крыльчатый насос
В середине XIX века изобрели разновидность поршневых насосов — двухходовые крыльчатые насосы. Их особенностью являлось то, что они подавали воду без холостого хода.
Конструктивно такой насос состоит из крыльчатки, которая производит возвратно-поступательные движения, а также двух впускных и двух выпускных клапанов.
Во время движения крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную, а две пары клапанов не дают жидкости перетекать обратно.
Такие устройства часто применяются как ручные насосы, предназначенные для подачи топлива, масел, а также подъема воды из скважин и колодцев.
Сильфонный насос
Частью конструкции сильфонных насосов является сильфон — деталь типа вертикальной гармошки, при сжатии и разжатии которой происходит перекачивание жидкости.
Это простые и недорогие механизмы, которые состоят всего из нескольких сделанных из пластика деталей, которые не подвержены коррозии. Их часто применяют как одноразовый инструмент для выкачивания различных агрессивных неорганических жидкостей из бочек, канистр или бутылей, а после использования утилизуют. Этот тип насосов нередко устанавливают в системах автоматической покраски.
Пластинчато-роторный насос
Пластинчато-роторные (шиберные) насосы являются самовсасывающими и принадлежат к насосам объемного типа — перекачивание жидкости в них происходит за счет изменения объема в рабочей камере устройства. Такие механизмы применяются в работе с вязкими жидкостями, маслами, смолами, дизельным топливом, то есть веществами, которые способны загустевать при изменении температуры. Корпус пластинчато-роторного насоса имеет термоизоляцию, что не дает перекачиваемой жидкости изменять свои свойства. Такой насос не требует предварительного заполнения корпуса рабочей жидкостью.
Работает шиберный насос следующим образом: в его корпусе размещен эксцентрично расположенный ротор, у которого имеются продольные радиальные пазы. В этих пазах скользят плоские пластины (шиберы), которые прижимаются к статору центробежной силой. За счет эксцентричного расположения ротора в процессе вращения шиберы, которые постоянно соприкасаются со стенкой корпуса насоса, то задвигаются в ротор, то выходят из него. Во время работы механизма на стороне всасывания образуется разрежение, и перекачиваемая жидкость заполняет пространство между шиберами, после чего вытесняется в нагнетательный патрубок.
Пластинчато-роторные насосы имеют высокую мощность всасывания и могут производить перекачку в двух направлениях.
Шестеренный насос с наружным зацеплением
Этот тип механизмов с наружным зацеплением шестерен используется для перекачивания вязких сред маслянистого типа. Шестеренные насосы являются самовсасывающими (чаще всего не более 4-5 метров).
Принцип их действия обусловлен конструкцией. Ведущая шестерня в этом механизме находится в постоянном зацеплении с ведомой. При вращении, она активирует движение ведомой шестерни в противоположном направлении. Вращение приводит к тому, что у входного отверстия образуется вакуум, за счет чего в зону всасывания поступает жидкость. Она заполняет впадины между зубьями обеих шестерен, перемещается вдоль стенок корпуса насоса и таким образом переносится из области всасывания в область нагнетания, после чего под напором выталкивается в нагнетательный трубопровод. За счет того, что между зубьями шестерен образуется плотный контакт, жидкость не может попасть обратно в полость всасывания.
Шестеренный насос с внутренним зацеплением
По принципу работы данный тип насосов аналогичен шестеренному насосу с наружным зацеплением, однако имеет более компактные размеры и более сложен в изготовлении.
Принцип действия этого типа насосов таков: ведущая шестерня запускается посредством электродвигателя. За счет захвата зубьями ведущей шестерни происходит вращение внешнего зубчатого колеса. В процессе вращения проемы между зубьями шестерен освобождаются, повышая давление в рабочей камере, что обеспечивает всасывание перекачиваемой среды и ее перемещение в пространствах между зубьями к нагнетательному патрубку. В роли уплотнителя между зонами нагнетания и всасывания выступает специальный серп. Когда зуб внедряется в межзубное пространство, происходит уменьшение объема и жидкость вытесняется к выходу из насоса.
Шестеренный насос с внутренним зацеплением используется для работы с разными типами жидких сред.
Кулачковый насос с серпообразными роторами
Кулачковые (коловратные или роторные) насосы используются в случаях, когда нужно бережно перекачать продукты высокой вязкости, содержащие твердые частицы.
Особая форма роторов, применяемых в насосах данного типа, дает возможность перекачивать жидкости с крупными включениями (к примеру, шоколад с цельными орехами и др.).
Частота вращения рабочего вала обычно не превышает 200-400 оборотов. Низкая скорость нужна для сохранения структуры перекачиваемых продуктов. Кулачковые насосы с серпообразными роторами находят применение в пищевой и химической промышленности.
В работе с различными типами продуктов используются двух- и трехлепестковые роторы. Насосы с трехлепестковыми роторами задействуют на пищевых предприятиях для бережной перекачки жидкостей, которые могут менять свои свойства: сливки, сметана, майонез и т.п. Тогда как применение механизмов других типов, таких как центробежный насос со скоростью вращения колеса 2900 оборотов в минуту, могут повредить структуру жидкости, к примеру, сливки взобьются в масло.
Импеллерный насос
Импеллерный насос (ламельный, насос с мягким ротором) относится к типу самовсасывающих насосов (до 5 м), отличается простой конструкцией и представляет собой разновидность пластинчато-роторного насоса.
Рабочим органом в таком насосе выступает специальное изготовленное из плотной резины колесо — импеллер, который оснащен гибкими лопастями.
Рабочая камера импеллерного насоса представляет собой окружность, суженную с одной стороны. Через всасывающий патрубок транспортируемая жидкость попадает внутрь насоса, она движется по окружности между лопастями по направлению к выходному отверстию. При прохождении точки сужения рабочей камеры лопасти импеллера сгибаются, и пространство между ними сужается, что позволяет вытолкнуть перекачиваемую жидкость в выпускающий патрубок.
Импеллерные насосы имеют простую конструкцию и могут перекачивать высоковязкие жидкости, а также среды с содержанием газов, поэтому используются в самых разных областях промышленности: нефтеперерабатывающей, химической, фармакологической, пищевой и др.
Синусный насос
Главным элементом конструкции синусного насоса является диск, выгнутый по синусоиде (отсюда и название механизма). Данный тип насосов отличается способностью бережно транспортировать продукты, которые содержат крупные включения, не повреждая их.
Синусные устройства способны перекачивать такие нежные структуры, как компот из персиков, содержащий половинки плодов, или измельченные помидоры. При выборе устройства необходимо обращать внимание на объем рабочей камеры — пространства между диском и корпусом насоса, чтобы частицы могли перекачиваться без повреждений.
Клапанов в таких насосах нет, их конструкция очень простая, поэтому обычно они работают долго и безотказно.
Принцип функционирования синусных насосов таков: на валу устройства внутри рабочей камеры, сверху разделенной на две части шиберами, находится диск в форме синусоиды. Шиберы свободно перемещаются в перпендикулярной к диску плоскости, за счет чего происходит герметизация части камеры, что не позволяет жидкости перетечь со входа насоса на выход.
Во время вращения диска в рабочей камере создается волнообразное движение, в результате которого и происходит транспортировка перекачиваемой среды из всасывающего патрубка в нагнетательный. Поскольку камера наполовину разделяется шиберами, происходит мягкое проталкивание жидкости в нагнетательный патрубок.
Винтовой насос
Винтовой насос перекачивает жидкость за счет нагнетания напора винтовыми роторами (одним либо несколькими). Роторы в корпусе насоса вращаются внутри статора.
Перекачиваемая жидкость в таком устройстве при вращении ротора движется вдоль его оси по канавкам, образованным самим винтом и корпусом механизма. За счет того, что винтовые выступы соприкасаются с корпусом насоса или заходят в канавки находящегося здесь же смежного ротора, внутри статора создаются замкнутые герметичные полости на протяжении всей оси вращения, что не дает жидкости двигаться в обратном направлении.
От объема каждой полости зависит производительность агрегата, а число замкнутых полостей определяет конечное давление насоса.
Главное преимущество такого оборудования — способность бережно перекачивать даже высоковязкие среды, в том числе содержащие абразивные частицы, не разрушая структуру продукта, а также пар или газ. Данный тип насосов широко используется в нефтедобывающей отрасли и пищевой промышленности.
Винтовые насосы являются самовсасывающими (до 7-9 м). Корпус насоса и статор могут быть изготовлены из разных материалов, поэтому существуют модели, способные перекачивать агрессивные жидкости. К плюсам этого вида устройств также можно отнести хорошую ремонтопригодность и высокую мощность всасывания.
Перистальтический насос
Перистальтические насосы используются для перекачивания вязких жидкостей, содержащих твердые частицы. Рабочим органом этих устройств является толстостенный шланг.
Транспортировка жидкости в перистальтическом насосе осуществляется благодаря движению роликов (башмаков), которые скользят по шлангу, расположенному по окружности внутри корпуса насоса. Ролики пережимают шланг, тем самым выдавливая жидкость на выход насоса. За башмаком шланг обретает прежнюю форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы не повреждают шланг, так как в процессе работы насоса они вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, после чего выталкиваются в поток.
Такие механизмы способны перекачивать жидкость без загрязнения и используются в разных отраслях промышленности и медицины. Первоначально этот тип насосов, изобретенный в конце XIX века в США, предназначался для переливания крови во время операций.
Среди преимуществ перистальтических насосов можно назвать простоту конструкции, высокую надежность в работе и самовсасывание.
Вихревой насос
Вихревые насосы представляют собой самовсасывающие устройства (после залива корпуса жидкостью), движение жидкости в которых происходит за счет сил инерции и трения.
Насосы этого типа работают следующим образом: рабочее колесо в виде плоского стального диска в корпусе вихревого насоса имеет на внешнем диаметре ямки, которые формируют лопасти разного вида. Корпус механизма имеет кольцевую полость, с которой соединены всасывающий и напорный патрубки. Их разделяет внутренний уплотняющий выступ, который плотно примыкает к наружным торцам и боковым поверхностям лопастей. В процессе вращения колеса перекачиваемая среда увлекается лопастями и закручивается за счет воздействия центробежной силы. Отсюда происходит название насоса — в полости работающего агрегата образуется кольцевое вихревое движение.
Такие насосы способны обеспечить достаточно сильный напор при малых энергозатратах и могут работать с небольшими объемами жидкости. Насосы вихревого типа применяются в небольших автоматических насосных станциях водоснабжения. Кроме жидкостей, они способны перекачивать газообразные среды, поэтому используются для транспортировки летучих жидкостей, таких как бензины, керосины в системах топливной заправки.
Кроме высокого напора, среди достоинств вихревых насосов — простота конструкции и небольшие габариты.
Газлифт
Газлифт (название устройства происходит от слов «газ» и англ. «lift» — поднимать) используется для принудительного подъема капельной жидкости за счёт энергии, которая содержится в смешиваемом с ней сжатом газе.
Газлифтные насосы применяются для подъема нефти из буровых скважин, при этом используется газ, который выходит из нефтеносных пластов. Существую также эрлифты или мамут-насосы, в них для подачи жидкости, чаще всего воды, используется атмосферный воздух.
В насосах такого типа сжатый газ либо воздух от компрессора подводится по трубопроводу, затем смешивается с жидкостью, образуя при этом газожидкостную либо водо-воздушную эмульсию, которая затем поднимается по трубе. Смешивание газа с жидкостью происходит в нижней части трубы. Принцип работы газлифта основан на известном законе сообщающихся сосудов: столб газожидкостной эмульсии уравновешивается столбом капельной жидкости. Одним из сосудов здесь выступает буровая скважина или резервуар, а в качестве второго сосуда используется труба, заполненная газожидкостной смесью.
Мембранные насосы
Мембранные (диафрагменные) насосы представляют собой устройства объемного типа и разделяются на одно- и двухмембранные. Двухмембраные чаще всего приводятся в действие сжатым воздухом.
Такие насосы являются самовсасывающими (до 9 м), также их отличает простота конструкции и возможность транспортировки химически агрессивных сред и продуктов со значительным содержанием частиц.
Принцип работы такого устройства основывается на изменении внутреннего объема камеры по время движения мембраны. Когда эластичная мембрана (диафрагма) выгибается в противоположную от камеры насоса сторону, происходит увеличение объема камеры и внутри нее образуется область пониженного давления. При этом агрегат всасывает внутрь порцию жидкости. При обратном движении мембраны объем камеры уменьшается, что приводит к выталкиванию перекачиваемой жидкости наружу с противоположной стороны.
Работа механизма обеспечивается за счет двух клапанов – впускного и выпускного. При всасывании впускной клапан открывается, чтобы жидкость попала вовнутрь рабочей камеры, при этом выпускной клапан остается закрытым, а при выталкивании жидкости, наоборот, выпускной клапан открывается, а впускной на это время закрывается. Это исключает риск возврата транспортируемой среды.
Мембранный насос можно назвать одним из наиболее универсальных типов механизмов для перекачивания жидкостей благодаря простоте эксплуатации и небольшой частоте отказов.
Оседиагональные насосы (шнековые)
Шнековый (оседиагональный насос) относится к типу погружных насосов винтового типа. Рабочим органом этого механизма является шнек.
Насосы данного типа применяют для транспортировки сред, имеющих среднюю вязкость (до 800 сСт), агрегат обладает высокой всасывающей способностью (до 9 м), также его достоинством является возможность осуществлять перекачку жидкостей с сильным загрязнением (размер частиц определяется шагом шнека).
Этот вид насосов используют для транспортировки нефтешламов, дизельного топлива, мазутов и т.п.
Обратите внимание, что шнековые насосы не являются самовсасывающими: чтобы агрегат работал в режиме всасывания необходима заливка корпуса устройства, а также всего всасывающего шланга.
Центробежный насос
Центробежные насосы — самый популярный вид насосов в мире. Широкое распространение они получили благодаря простой конструкции и невысокой стоимости изготовления.
Конструктивно насос состоит из спирального корпуса и установленного в нем рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями, которое вращается с постоянной скоростью. Перекачиваемая жидкость попадает в центр колеса и под воздействием центробежной силы (отсюда и происходит название насоса) отбрасывается к его периферии, после чего происходит ее выбрасывание через напорный патрубок.
Агрегаты этого типа обычно применяют для перекачивания жидких сред: наполнения емкостей, заполнения бассейнов, а также для подачи воды в частные дома и коттеджи. Однако существуют и модели, способные работать с химически активными жидкостями, песком и шламом.
Для насосов, предназначенных для перекачки химических жидкостей, в качестве материала корпуса служит нержавеющая сталь разных марок или пластик. Агрегаты для шламов изготавливают из износостойкого чугуна или используют покрытие из резины.
Многосекционный насос
Многосекционными называются центробежные насосы, которые оснащены несколькими размещенными последовательно рабочими колесами. Одно центробежное колесо не способно выдать давление больше 2-3 атмосфер, а такая конструкция, состоящая из серии размещенных друг за другом центробежных насосов, позволяет получить гораздо более высокие показатели напора на выходе.
Агрегаты этого типа применяют и как погружные скважинные, и в системах холодного и горячего водоснабжения, а также во многих других промышленных и хозяйственных областях.
Трехвинтовой насос
Трехвинтовые насосы представляют собой устройства объемного типа. Они применяются для перекачивания неагрессивных жидкостей, обладающих смазывающей способностью (с вязкостью до 1500 сСт), в которых не содержатся посторонние включения.
Конструктивно агрегат состоит из металлического цельнолитого корпуса, качающего узла, а также приводного и уплотнительных устройств. Внутри корпуса устройства размещаются три винта со специфическим профилем резьбы, который обеспечивает герметичность камеры. В процессе вращения трех винтов посредством внешнего электропривода, герметичная камера непрерывно перемещается со всасывающей стороны к нагнетающей.
Трехвинтовые насосы относятся к самовсасывающим. Они используются на морских и речных судах, в машинных отделениях, а также в системах гидравлики, для подачи дизтоплива и мазута на теплоэнергетических объектах и для транспортировки нефтепродуктов.
Струйный насос
Насосы струйного типа используются для перекачивания жидкостей или газов при помощи сжатого воздуха (либо жидкости и пара), который подается через эжектор.
В таком насосе нет движущихся деталей. Принцип действия механизма основан на транспортировке жидкостей, газов или их смесей по трубопроводу, в который вмонтировано суженное сопло. Как гласит закон Бернулли: чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости. Поэтому сужение повышает скорость потока.
Такие устройства применяют как вакуумные насосы, а также используют для транспортировки жидкостей, в том числе и тех, в которых содержатся включения.
Для обеспечения работоспособности насоса нужно подвести к нему сжатый воздух или пар. Струйные насосы, которые работают от пара, называются пароструйными, а те, которые работают от воды, — водоструйными. Механизмы, которые отсасывают транспортируемую среду и создают разрежение, называют эжекторами, а насосы, которые нагнетают перекачиваемую среду под давлением — инжекторами.
Гидротаранный насос
Принцип работы гидротаранного насоса заключается в использовании энергии гидроудара, поэтому он не требует подвода электроэнергии или сжатого воздуха.
Устройство черпает энергию непосредственно от проточной воды, которая перетекает под действием силы тяжести по напорному трубопроводу в сток, расположенный на более низком уровне.
Вода, перемещаясь по всасывающей наклонной трубе, достигает определенной скорости, при которой отбойный клапан перекрывает поток, что резко повышает давление жидкости в трубе. В результате этого гидроудара открывается верхний клапан, и часть жидкости из трубы перемещается в воздушный колпак и далее в отводящую трубу. При этом воздух в колпаке сжимается и накапливает энергию.
Остановка воды в питающей трубе приводит с снижению давления и к открытию отбойного клапана, при этом верхний клапан закрывается. В этот момент вода из воздушного колпака под давлением сжатого воздуха выталкивается в отводящую трубу.
Стоит заметить, что этот вид насосов имеет довольно низкую энергоэффективность, поскольку лишь незначительная часть энергии, протекающей по трубопроводу, преобразуется в работу, поднимающую воду в резервуар. Однако такой насос может непрерывно работать продолжительное время, обеспечивая водой поселения или сельхозугодья.
Спиральный вакуумный насос
Вакуумные насосы позволяют получить высокий вакуум без каких-либо примесей и смазки. Их конструкция очень проста и надежна, работают они практически бесшумно.
Вакуум в таких устройствах образуется посредством механизма, который состоит из двух спиральных частей, размещенных друг относительно друга со смещением в 180°. Одна часть представляет собой статор устройства и остается в неподвижности, а другая спираль является ротором и эксцентрично вращается, создавая подвижные зоны захваченного газа. Перекачиваемый газ сначала поступает в спиральный механизм, после чего перемещается по периферии, где сжимается и двигается к выходному отверстию насоса.
Вакуумные насосы отличаются высокой надежностью и не нуждаются в техническом обслуживании, так как являются безмаслянными, а значит необходимость в замене масла отпадает. Они находят применение в лабораторных исследованиях и разных отраслях промышленности, например, в ускорителях частиц и синхротронах.
Ламинарный (дисковый) насос
Ламинарный (также называемый дисковым) насос — это один из видов центробежных насосов. Такой тип оборудования, так же как шестеренчатые, лопастные и полостные насосы, применяется для транспортировки жидкостей высокой вязкости, и может заменить их в работе.
В конструкции агрегата присутствует рабочее колесо, имеющее вид двух (или более), размещенных параллельно на расстоянии друг от друга дисков. От величины расстояния между дисками этого колеса зависит предел вязкости перекачиваемого вещества — чем расстояние больше, тем выше вязкость.
Перекачиваемая среда при попадании в рабочую камеру механизма создаст пограничный слой на поверхности каждого из вращающихся дисков. Во время вращения рабочего колеса данным слоям на молекулярном уровне будет передаваться энергия движения, создавая по всей ширине прохода градиенты скорости и давления. Таким образом возникает перекачивающий момент, который и позволяет направить транспортируемую среду через насос в едином потоке. При этом почти полностью отсутствует пульсация, что не позволяет вязкой жидкости изменить свои свойства.
На нашем сайте представлен широкий ассортимент различных видов современных насосов. Надеемся, эта статья оказалась для вас интересной, и почерпнутая из нее информация поможет вам с выбором нужного оборудования. При любых затруднениях звоните нам по указанным в шапке сайта телефонам. Наши специалисты ответят на все ваши вопросы и подскажут, какой из насосов подойдет для ваших задач наилучшим образом.