Центробежные насосы: устройство, принцип действия, преимущества и недостатки. Классификация и области применения насосов На какие виды делятся насосные агрегаты

Раздел первый. НАСОСЫ

ГЛАВА 1

НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАСОСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ § 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

Насосы представляют собой гидравлические машины, предназначенные для перекачивания жидкостей. Преобразуя механическую энергию приводного двигателя в механическую энергию движущейся жидкости, насосы поднимают жидкость на определенную высоту, перемещают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Выполняя одну или несколько упомянутых функций, насосы в любом случае входят в состав оборудования насосной станции, принципиальная схема которой применительно к условиям водоснабжения и канализации изображена на рис. 1. 1. В этой схеме для привода насоса исполь-

Рис. 1.1. Принципиальная схема насосной станции

1 - водоприемник; 2 - насос; 3 - приводной электродвигатель; 4- силовой понижающий трансформатор; 5- ЛЭП; 6 -валорный трубопровод; 7 -эодовыпуюк

зуется электродвигатель, подключенный к электрической сети. Вода для другая.рабочая жидкость всасывается насосом из нижнего бассейна и перекачивается по напорному трубопроводу в верхний бассейн за счет преобразования энергии двигателя в энергию жидкости. Энергия ¦" жидкости после насоса всегда больше, чем энергия перед насосом.

Основными, параметрами насосов, определяющими диапазон изменения режимов работы насосной станции, состав ее оборудования и конструктивные особенности, являются напор, подача, мощность и коэффициент полезного- действия.

Напор представляет собой разность удельных энергий жидкости & сечениях после и до насоса, выраженную в метрах. Напор, создаваемый насосом, определяет предельную высоту подъема или дальность перекачки, жидкости (соответственно Я и L; см. рис. 1.1).

П о д а ч а, т. е. объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени, измеряется обычно в л/с или м 3 /ч.

Мощность, затрачиваемая насосом, необходима для создания нужного капора и преодоления всех видов потерь, неизбежных при преобразовании подводимой к насосу механической энергии в энергию движения жидкости по всасывающему и напорному трубопроводам. Измеряемая в кВт мощность насоса определяет мощность приводного двигателя и суммарную (установленную) мощность насосной станции.

Коэффициент полезного действия учитывает все виды потерь, связанных с преобразованием механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. КПД определяет экономическую целесообразность эксплуатации насоса при изменении остальных его рабочих параметров (напора, подачи, мощности).

История возникновения и развития насосав показывает, что первоначально они предназначались исключительно для подъема воды. Однако в настоящее время область их применения настолько широка и многообразна, что определение насоса как машины для перекачки воды было бы односторонним. Помимо.водоснабжения и канализации городов, промышленных предприятий и электростанций насосы применяются для орошения и осушения земель, гидроаккумулирования энергии, "транспортирования материалов. Существуют питательные насосы котельных установок тепловых электростанций, судовые насосы, специальные насосы для нефтяной, химической, бумажной, пищевой и других отраслей промышленности. Насосы используются при производстве строительных работ (намыв земляных сооружений, водопонижение, «откачка "воды, из котлованов, подача бетона и строительных растворов к сооружениям и т.п.), при разработке месторождений и транспортировании полезных ископаемых гидравлическим способом, при гидроудалении «отходов производственных предприятий. В качестве вспомогательных устройств насосы служат для обеспечения смазки и охлаждения машин.

Таким образом, насосы являются одним из наиболее распространенных видов машин, причем их конструктивное разнообразие чрезвычайно велико. Поэтому классификация насосов по их назначению весьма затруднительна. Более логичной представляется классификация, основанная на различиях в принципе действия. С этой точки зрения все существующие в настоящее время насосы могут быть разделены на следующие ¦основные группы: лопастные насосы, объемные насосы и струйные насосы. Особую группу составляют водоподъемники некоторых специальных типов.

Лоп астные насосы преобразуют энергию за счет динамического взаимодействия потока перекачиваемой жидкости и лопастей вращающегося колеса, которое и является основным рабочим органом насоса.

Объемные насосы работают по принципу вытеснения, который заключается в создании гидравлической системы, имеющей изменяющийся объем. Если этот объем заполнить перекачиваемой жидкостью, а -затем его уменьшать, то жидкость будет вытесняться в напорный трубопровод.

Струйные насосы работают по принципу смешения потока перекачиваемой жидкости со струей жидкости, пара или газа, обладающей «большим запасом кинетической энергии.

Необходимо отметить, что, несмотря на большие различия в принципе действия, конструкции насосов всех типов, включая насосы, применяемые в системах водоснабжения и канализации, должны удовлетворять требованиям, к числу которых в первую очередь относятся:

надежность и долговечность работы;

экономичность и удобство эксплуатации;

изменение рабочих параметров в широких пределах при условии сохранения высокого КПД;

минимальные габариты и вес;

простота устройства, заключающаяся в минимальном числе деталей и полной их взаимозаменяемости;

удобство монтажа и демонтажа.

Выбор типа насоса в каждом конкретном случае производится с учетом его эксплуатационных и конструктивных качеств, наиболее полно удовлетворяющих технологическому назначению рассматриваемой насосной станции.

§ 2. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные, осевые и вихревые насосы. Как уже отмечалось ранее г работа этих насосов основана на общем принципе - силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком "Перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосо& перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Центробежные насосы. Основным рабочим органом центробежного насоса, один из возможных вариантов конструкции которого схематически изображен на рис. 1.2, является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые для нормальной работы должны быть заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждый объем жидкости массой т, находящийся в межлопастном канале на расстоянии г от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением

Рц = /ЛСй а Г, (1.1)

где ш - угловая скорость вращения вала.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части - повышенное давление. Для обеспечения непрерывного потока жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него.

Жидкость подводят через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение) ..

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Анализ уравнения (1.1) показывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой вьгсокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По числу рабочих колес различают одноступенчатые (см. рис. 1.2) и многоступенчатые насосы.

В многоступенчатых насо-сах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых

Рис. 1.2. Центробежный насос

/ - колесо; 2 - лопасти; 3 - вал; 4 - хариус; 5 - всасывающий патрубок; 6 - всасывающий трубопровод; 7 -.напорный патрубок; 8 - напорный трубопровод

каждым колесом. В" зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут быть двухступенчатыми, трехступенчатыми и т.д.

По величине создаваемого напора центробежные насосы разделяются на низконапорные (напор до 20 м), средненапорные (20-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). -

По способу подвода "жидкости к рабочему колесу различают насосы с односторонним подводом (см. рис. 1.2) и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа (рис. 1.3).

По способу отвода жидкости из рабочего колеса насосы разделяются на спиральные и турбинные.

В спиральных насосах перекачиваемая жидкость "из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральный канал корпуса и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам.

В турбинных насосах жидкость, прежде чем попасть в спиральный отвод, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосы горизонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются на приводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно "с двигателями с помощью муфты, и моноблочные, рабочее коле-СО" которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды), кислотные, грунтовые и др.

Напор одноступенчатых центробежных насосов, серийно выпускаемых промышленностью, достигает 120 м, подача - 15 м 3 /с. Серийные многоступенчатые насосы развивают напор до 2000 м при подаче 80-

100 л/с. Что касается КПД, то в зависимости от конструктивного" исполнения он меняется в широких пределах - от 0,85 до 0,9 у крупных одноступенчатых насосов до 0,4-0,45 у высоконапорных многоступенчатых. Параметры центробежных насосов специального изготовления, как одноступенчатых, так и многоступенчатых, могут быть значительно выше.

Осевые насосы. Рабочее колесо осевого насоса (рис. 1.4,а) состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закрученной передней, набегающей на поток кромкой.

Если рассматривать идеальную жидкость, движущуюся без потерь, и считать, что- давление на бесконечном расстоянии постоянно, то при вызываемом вращением рабочего колеса перемещении профиля лопасти ъ массе жидкости, согласно уравнению Бернулли, за счет изменения скорости течения давление над профилем должно повыситься, а под профилем- понизиться. Это создает силовое воздействие лопасти на поток, результирующая которого R (рис. 1. 4, б) может быть разложена на две составляющие: силу Y, нормальную к направлению набегающего потока, которую называют подъемной силой, и силу X, направленную по потоку и называемую лобовым сопротивлением.

Подъемная сила-, отнесенная к единице длины лопасти, определяется формулой, которая является частным случаем общей теореми

Рис. 1.4. Осевой насос

а -лртнцыпнальная схема устройства: 1 -

колесо; 2 - камера; 3 - выправляющий аппарат; 4 - отвод; б-силы," действующие ва

профиль лопасти

SJ R

Рис. 1.3. Проточная часть двустороннего центробежного насоса

I - всасывающий паттрубсхк; 2 - рабочее колесо; 3 - проходной >вал; 4 - ггодшиггаииен; 5 - спиральный олвод; 6 - напорный паггрубак

1 - колесо; 2 - корпус; 3 - полость; 4, б -«а/парный « всасывающий патрубки; 6 - уплотняющий аысгуп

Н. Е. Жуковского о подъемной силе, действующей на тело произвольной формы:

Y = С у р I

Где С у - коэффициент, зависящий от формы профиля и угла атаки; р - плотность среды;

I - длина хорды профиля Лопасти;

яУоо - относительная скорость набегания невозмущенного потока.

Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере, благодаря чему основная масса потока в пределах колеса движется в осевом направлении, что, кстати говоря, и определило название насоса.

Двигаясь поступательно, перекачиваемая жидкость одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом. Жидкость подводится, к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и изогнутые всасывающие трубы. относительно сложной формы.

Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями.

Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.

В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом с помощью муфты. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.

Подача серийно выпускаемых отечественной промышленностью осевых насосов колеблется от 0,6 до 45 м 3 /с при напорах от 2,5 до 27 м.Таким образом, по сравнению с центробежными осевые насосы имеют значительно большую подачу, но меньший напор. КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

Вихревые насосы. Рабочее колесо вихревого насоса (рис. 1.5) .представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопастями, расположенными на лериферии колеса. В корпусе ¦имеется кольцевая полость, в которую и входят лопасти колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопастей, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопастями и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что одна и та же частица жидкости, двигаясь по винтовой траектории, на уча-

Рис. 1.6. Диагональный насос (¦производство ГДР)

1 -.всасывающий тгатрубок; 2 - рабочее колесо; 3 -.корпус насоса; 4 - выправляющий аппарат; 5 -радиальный подшипник; 6 - отвод

стке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому вихревой насос в состоянии развить напор, в 2-4 раза больший, чем центробежный насос, при одном и том же диаметре колеса, т. е-при одной и той же окружной скорости. Это, в свою очередь, приводит к значительно меньшим габаритным размерам и весу вихревых насосов сравнении с центробежными.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий-КПД (0,25-0,5) и быстрый износ их деталей при работе на жидкостях, содержащих взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м 3 /ч и напор от 15 до 90 м.

Отечественной промышленностью выпускаются также комбинированные центробежно-вихревые насосы, у которых в одном корпусе на одно>« валу размещаются колесо центробежного типа и вихревое рабочее колесо. В этом случае центробежная ступень создает необходимый подпор" вихревой ступени и повышает общий КПД насоса. При тех же подачах, напор центробежно-вихревых насосов достигает 300 м.

К числу насосов, не освоенных еще в достаточной степени отечественной промышленностью, но нашедших широкое распространение в системах водоснабжения и канализации за рубежом, следует отнести так называемые диагональные насосы (рис. 1.6), у которых поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного из радиального и осевого направлений.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов - перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное.действие подъемной и центробежной сил.

Рабочие колеса диагональных насосов могут быть закрытого (см. рис. 1.6, а) или открытого (см. рис. 1.6, б) типа. В первом случае общая конструкция колеса приближается к центробежному, а во втором - к осевому колесу. Лопасти рабочих колес открытого типа у ряда насосов выполняются поворотными, что является их несомненным преимуществом.

Жидкость отводится от рабочего колеса диагонального насоса с помощью спирального канала, как у центробежных насосов, либо с помощью трубчатого колена, как у осевых.

По своим рабочим параметрам (подача, напор) диагональные насосы также занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми.

§ 3. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОБЪЕМНЫХ НАСОСОВ

В зависимости от конструкции, назначения и условий работы объемные насосы могут быть классифицированы следующим образом:

с возвратно-поступательным движением рабочего органа;

с вращательным движением рабочего органа.

К первой группе относятся поршневые, плунжерные и диафрагмен-ные насосы. Ко второй группе относятся шестеренные и винтовые насосы.

Поршневой насос одностороннего действия (рис. 1.7) состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочая камера с всасывающим л напорным клапанами и цилиндр с поршнем, совершающим возвратнопоступательное движение. К корпусу присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. Вращательное движение вала приводного двига-

теля преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью классического кривошипно-шатунного механизма.

При ходе поршня вправо в цилиндр засасывается объем жидкости,

V - F S,

где F - площадь поршня;

5 - ход поршня.

При ходе поршня влево этот же объем выталкивается в напорный трубопровод. Таким образом, насос одностороннего действия за один оборот кривошипа совершает один цикл всасывания и один цикл нагнетания (рабочий).

Идеальная подача насоса в этом случае составляет

Qct = F S п, (1.3)

где п. - частота вращения кривошипа, мин - ’.

Действительная подача Q меньше идеальной вследствие запаздывания закрывания напорного и всасывающего клапанов, утечек через клапаны, сальниковые и поршневые уплотнения, а также за счет выделения воздуха или газов из перекачиваемой жидкости. Поэтому действительная подача

Q = 1 lo6^ Srt , О- 4)

где т|об - объемный КПД насоса или коэффициент наполнения.

Величина коэффициента наполнения т] 0 б зависит от размеров насоса и меняется в пределах 0,9-0,99. *

Теоретически поршневой насос может развивать любой напор. Однако практически напор ограничивается прочностью отдельных деталей, а также мощностью двигателя, приводящего насос в действие.

Подача поршневого насоса одностороннего действия, подсчитанная по формуле (1.3), представляет собой осредненную по времени величину. Мгновенный объем жидкости, подаваемой насосом, равен площади поршня F, умноженной на скорость его движения v. Поскольку возврат-но-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, скорость поршня изменяется от нуля в мертвых положениях кривошипа до максимума в среднем положении. Аналогичным образом меняется во время рабочего хода поршня и подача насоса. В сочетании с полным отсутствием подачи во время цикла всасывания это обстоятельство определяет основной недостаток поршневых насосов одностороннего действия - прерывистую и неравномерную подачу.

Изменение подачи поршневого насоса за один оборот кривошипа можно изобразить графически. Подобные графики дают возможность наглядно представить последовательность процессов нагнетания и всасывания, а также оценить степень неравномерности подачи, т.е. установить, во сколько раз"максимальная подача превосходит среднюю.

Согласно теории кривошипно-шатунных механизмов можно считать, что изменение мгновенной скорости движения поршня во времени с достаточной степенью приближения следует синусоидальному закону

и = г со sin а, (1.5)

где r=S /2 - радиус кривошипа;

оз = 2лл/60 - угловая скорость;

a=f(t) -угол поворота кривошипа, представляющий собой функцию времени t.

Соответственно мгновенная подача насоса

Q = F v = F г со sin а. (1.6)

Изменение функции (1.6) за время одного оборота кривошипа показано на рис. 1.8,а.

а )

Рис. >1.8. Кривые подачи поршневых насосов

а - односггороинего действия; б -двустароанего действия; ¦прехпоршневого насоса

Ряс. "1.9. Порпшевый насос двустороннего действия

Заменим площадь, ограниченную синусоидой и осью абсцисс графика, площадью равновеликого прямоугольника, построенного на отрезке прямой длиной 2яг. Обе эти площади графически выражают объем жидкости, подаваемой насосом в напорный трубопровод за время одного оборота кривошипа. Высота h прямоугольника, таким образом, будет представлять в принятом масштабе величину средней подачи, а наибольшая высота синусоиды - величину максимальной подачи. Отношение максимальной подачи к средней (степень неравномерности подачи) будет:

QMaKc _ F

Площадь прямоугольника, согласно построению,

2itrh = FS - F -2 г,

h = - я

Омя КГ F

Qcp Fin

т. е. у поршневого насоса одностороннего действия максимальная пода-ча превосходит среднюю в 3,14 раза.

Существует несколько способов уменьшения неравномерности движения жидкости в системе, соединенной с поршневым насо,сом. Одним из них является применение поршневых насосов двустороннего действия (рис. 1.9), у которых камеры с клапанами располагаются по обе стороны цилиндра и поэтому движение поршня в любую сторону является рабочим: циклу всасывания в левой камере соответствует цикл нагнетания в правой, и наоборот.

Подача поршневого насоса двустороннего действия почти вдвое больше подачи насоса одностороннего действия тех же геометрических размеров и может быть подсчитана по формуле

Q = 1 lo6 (2F - f) Sn, (1.8)

где f - площадь сечения штока.

При построении графика изменения подачи поршневого насоса двустороннего действия, пользуясь теми же методами, получим две синусоиды (рис. 1.8,6).

В этом случае

2nrh = 2F S = 2 F-2r, я

Следовательно,

1,57, ¦ (1.9)

Q cp 2 Ff я 2

т. е. максимальная подача превосходит среднюю в 1,57 раза.

Другим весьма эффективным способом является использование многопоршневых насосов с параллельным включением цилиндров, поршни которых приводятся в движение от общего коленчатого вала. Рассмотрим, например, диаграмму подачи трехпоршневого насоса, состоящего из трех насосов одностороннего действия, кривошипы которых расположены по отношению друг к другу под углом 120°.

Для получения суммарной кривой подачи необходимо построить три синусоиды, сдвинутые на 120° одна по отношению к другой, и затем суммировать их ординаты (рис. 1.8, в). Площадь диаграммы, ограниченная сверху суммарной кривой, изображает подачу всеми тремя цилиндрами. Наибольшая ордината графика равна F, так как она получена от сложения двух отрезков ab и Ьс, каждый из которых составляет

F sin 30° = 0,5 F.

В этом случае имеем:

Степень неравномерности подачи

=-?- = -= 1,047. (МО)

Qcp 3 F (тс 3

Для обеспечения, возможно более" равномерной подачи поршневых насосов и предотвращения инерционных действий масс жидкости, заполняющей систему, практикуется также устройство воздушных колпаков. Благодаря большой упругости воздуха, находящегося в колпаке, во время цикла нагнетания происходит его-сжатие и поглощение части жидкости, превышающей среднюю подачу. ,Во время цикла всасывания воздух расширяется, и процесс вытеснения жидкости в напорный трубопровод продолжается.

Плунжерные насосы отличаются от поршневых конструкцией вытесняющего тела. Вместо поршня- сыч имеют плунжер, представляющий собой полый цилиндр, движущийся в уплотняющем сальнике не касаясь внутренних стенок рабочей камеры. По гидравлическим параметрам поршневые и плунжерные насосы одинаковы. В эксплуатации плунжерные насосы несколько проще, так как у них меньше изнашиваемых деталей (отсутствуют поршневые кольца, манжеты и пр.).

Диафрагменные насосы имеют вместо поршня гибкую диафрагму (мембрану) из кожи, прорезиненной ткани или из синтетического материала.

Подача серийно выпускаемых поршневых насосов меняется от 1 до 150 м 3 /ч при напорах до 2000 м.

Шестеренный насос схематически изображен на рис. 1.10. Рабочим органом насоса являются две шестерни: ведущая и ведомая, размещенные в корпусе с небольшими радиальными и торцовыми зазорами. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, жидкость поступает из полости всасывания во впадины между зубьями и перемещает в напорную полость.

Подача шестеренного насоса, состоящего из двух колес одинакового размера,"определяется выражением

Q = 2 f I z п т]об, (1.11),

где f - площадь поперечного сечения впадины между зубьями;

1 - длина зуба шестерни;

2 - число зубьев.

Объемный КПД шестеренного насоса учитывает частичный перенос жидкости обратно в полость всасывания, а также протекание жидкости через зазоры. В среднем он составляет 0,7-0,9.

Шестеренные насосы обладают реверсивностью, т. е. при изменении направления вращения шестерен они изменяют направление потока а трубопроводах, присоединенных к насосу.

Винтовые насосы (рис. 1.11) имеют винты специального профиля, линия зацепления между которыми обеспечивает полную герметизацию области нагнетания от области всасывания. При вращении-винтов эта линия перемещается вдоль оси. Длина винтов для обеспечения герметичности при всех их положениях должна быть несколько больше шага винтов. Жидкость, расположенная во впадинах винтов и ограниченная корпусом и линией защемления винтов, при вращении их вытесняется в область нагнетания. В большинстве случаев винтовые насосы выполняются с тремя винтами: средний - ведущий и два боковых- ведомые. Подача винтового насоса с циклоидным зацеплением определяется выражением

Q = 0,0691 д 4, (1.12)-

где d B - диаметр начальной окружности винтов.

Винтовые насосы обеспечивают равномерный график подачи жидкости во времени.

Теоретически подача ротационных насосов, как и всех объемных насосов, не зависит от напора, ими создаваемого. В действительности наблюдается незначительное уменьшение подачи с увеличением напора, определяемое возрастанием протекания жидкости через зазоры внутри насоса. Вытеснение жидкости из насоса в наьпорный трубопровод принципиально не зависит от встречаемого сопротивления. Поэтому напор объемных насосов определяется сопротивлением внешней сети.

§ 4. СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТРУЙНЫХ НАСОСОВ-И ВОДОПОДЪЕМНИКОВ

Действие струйных насосов основано на принципе передачи кинетической энергии от одного потока к другому, обладающему меньшей кинетической энергией. Создание напора у насосов этого типа происходит путем непосредственного смешения обоих потоков, без каких-либо-промежуточных механизмов. В зависимости от назначения насоса рабочая и перекачиваемая среды (жидкость, пар, газ) могут быть одинаковыми или разными.

Рассмотрим рабочий процесс струйного насоса и найдем соотношения, определяющие его основные параметры, на примере водоструйного насоса (гидроэлеватора), у которого рабочей и перекачиваемой средой является вода.

Водоструйный насос. В водоструйном насосе.. (рис. 1.12, а) вода под большим давлением по трубе, заканчивающейся соплом, подается в подводящую камеру. Вытекая из сопла с большой скоростью в виде струи, она увлекает за собой воду, заполняющую камеру смешения*. давление в котопой атмосферного. Из камеры смеше-

Рис. 1.12. Водоструйный насос

1 - всасывающий трубопровод; 2 - труба; 3 - сопло; 4 -подводящая камера; 5 - камера смеше ния; 6 - диффузор; 7 - напорный трубопровод

кия общий поток направляется в диффузор, где за счет уменьшения скорости течения создается давление, необходимое для движения жидкости по напорному трубопроводу. Постоянное заполнение подводящей камеры перекачиваемой водой происходит из приемного резервуара по всасывающему трубопроводу.

Напор, развиваемый водоструйным насосом, согласно определению, данному в § 1, представляет собой разность удельных энергий в выходном сечении III-III и во входном /-I. Без учета потерь он может быть приравнен приращению энергии на участке между сечениями II -// и I-I камеры смешения.

Используя уравнение Бернулли для этих двух сечений и вводя безразмерные параметры s = F K .Jf c и q - Q/Qc, где F K . C и f c -соответственно площади поперечного сечения камеры смешения и струи; Q c - расход сопла (струи), после ряда преобразований можно получить следующее выражение:

я= - 2 g

Действительный напор водоструйного насоса будет, конечно, меньше подсчитанного по уравнению (1.13), так как из него необходимо вычесть потери в приемной камере, камере смешения и диффузоре. Тем ие менее выражение (1.13) позволяет проанализировать изменение основных параметров водоструйных насосов. Прежде всего оно ясно показывает, что

развиваемый насосом напор пропорционален -, т.е. напору Н с, с

которым вода подводится к соплу. Кроме того, напор определяется относительной подачей q и геометрическим параметром s.

На рис. 1.12, б эти соотношения построены для s== 1,5; 2,5 и 4. На графике видно, что с увеличением подачи напор, развиваемый водоструйным насосом, уменьшается; увеличение параметра s также вызывает уменьшение напора.

КПД водоструйного насоса определяется отношением полезной энергии жидкости к подведенной. Подведенную энергию можно выразить следующим образом:

^ПОДВ ~ Qc Р § Hz" (1*14)

Полезная энергия определяется напором и полезной подачей. Последнюю можно определять по-разному. Если водоструйный насос используется для откачки воды, то полезным является только расход Q, поступающий в подводящую камеру. В этом случае

9 n = Q?gH, и К)ПД водоструйного насоса будет:

Действительные значения К"ПД, достигаемые на практике в подобных условиях, не превышают 0,25-0,3.

Если же водоструйный насос используется для водоснабжения или для охлаждения, то полезной является суммарная подача Q + Qc, и тогда

3 n = (Q + Qc)pgtf. а выражение для КПД будет иметь вид:

, (Q + Qc)# п 1П

¦ 11 “ Q"H" ¦ (1Л6)

В этом случае, естественно, КПД выше и может достигать 0,6-0,7.

Водоструйный насос (гидроэлеватор) по своему устройству весьма прост и доступен для изготовления в местных условиях. Следует, однако, иметь в виду, что для обеспечения его хорошей работы требуется правильный подбор размеров и тщательное изготовление. Существенное значение имеет форма сопла, расстояние от сопла до камеры смешения, форма камеры смешения и диффузора.

Для транспортирования и подъема жидкостей используется также ряд устройств, которые нельзя назвать насосами в строгом понимании

этого слова. Некоторые из них применяются в сооружениях систем водо

снабжения и канализации. К ним в первую очередь относятся воздушные водоподъемники, гидравлические тараны и шнековые насосы.

Воздушный подъемник (эрлифт) состоит из вертикальной трубы, нижний конец которой погружен под уровень йоды в приемном резервуаре (рис. 1.13). Внутри трубы проходит воздуховод, по которому сжатый воздух подается компрессором и распыляется с помощью форсунки, находящейся на глубине Н п. Плотность образующейся при этом воздушно-водяной смеси р см значительно меньше плотности воды,р, в результате чего смесь поднимается по трубе над уровнем воды в резервуаре на высоту. Н.

По принципу сообщающихся "сосудов в условиях равновесия

Н п р = [Н а Н ) Pcjj.

Отсюда находим высоту подъема Н (напор) эрлифта:

И = н а Р ~- Рс - . (1.17)

Зависимость между подачей и остальными рабочими параметрами воздушного подъемника можно найти на основе следующих рассуждений.

Энергия, передаваемая компрессором в 1 с объему Q B .arM, м 3 , воздуха, отнесенному к атмосферно.му давлению, при сжатии его от атмосферного давления р а тм до давления р, под которым он подводится к форсунке, при изотермическом процессе будет:

, N == РатмФв.атм ^ _

Р атм

Производимая сжатым воздухом полезная работа заключается в подъеме Q, м 3 , воды-в 1 с, на высоту Я:

Nn = Р g О. Н¦

Учитывая неизбежные потери путем введения КПД эрлифта rj, можно написать:

N n ~ N т)

?gQH = T\p arM Q B aTM In -- . (1.18)

P атм

Выражая давление p в Па при р в =ЮОО кг/м 3 и Ратм=ОД МПа, из уравнения (1.18) после ряда преобразований получим искомую зависимость:

Q==T] 1п (0.1Я„ + 1). (1.19)

Из формулы (=1.19) следует, что подача эрлифта уменьшается с увеличением высоты подъема Н. При постоянных напоре и заглублении эрлифта она возрастает с увеличением Q B .aTM- Казалось бы, здесь кроются неограниченные возможности увеличения Q. Однако оказывается, что при слишком большом расходе воздуха среда в водоподъемной трубе перестает быть однородной, что резко снижает эффективность эрлифта и приводит к уменьшению Q и Я.

В табл. 1.1 приводятся ориентировочные значения необходимого погружения форсунки и объема подаваемого воздуха, обеспечивающие оптимальный режим работы эрлифта.

ТАБЛИЦА.1.1

Что касается КПД воздушного подъемника, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3-0,4, а с учетом потерь в компрессоре общий КПД установки составляет обычно 0,1-0,2. Таким образом, по q энергетическим показате

лям это не очень эффективный способ подъема воды.

Н п п

Рис. 1.13. подъемник

1 - приемный бачок; 2 - воздушная тгрубка от тсом-ггрессора; 3 - водоподъемная "пруба; 4 - обсадная труба скважины; 5 - форсунка

В то же время устройство эрлифта чрезвычайно просто, он не имеет подвижных частей и поэтому не боится попадания взвешенных частиц. Он достаточно удобен для подъема воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос. Воздушный подъемник легко собрать на любом объекте, использовав для подачи воздуха передвижной компрессор. Диаметр водоподъемной трубы может быть определен по скорости движения смеси непосредственно над форсункой от 2,5 до 3 м/с я

Воздушный

I - шнек; 2 - лоток; 3 -передача; - 2

4 - электродвигатель

по скорости излива от б до 8 м/с; диаметр воздушной трубы принимают по скорости движения воздуха 5-10 м/с.

Гидравлический т а р а н. В гидравлическом таране подъем воды осуществляется энергией гидравлического удара, который периодически повторяется вследствие резкого закрывания клапана под действие ем естественного потока. Непременным условием для работы тарана является расположение его ниже уровня воды в источнике.

Таранная установка (рис. 1.14) состоит из питательной трубы, ударного и нагнетательного клапанов, воздушного колпака, напорной трубы и напорного бака.

При пуске таранной установки в действие вода из источника поступает по питательной трубе к ударному клапану и под напором Яi вытекает из него наружу с возрастающей скоростью. При повышении скорости до некоторого предела давление в зазорах над клапаном уменьшается, а давление на клапан снизу возрастает настолько, что общая сила давления преодолевает вес клапана и резко закрывает его, преградив путь для выхода воды. При этом происходит гидравлический удар, вследствие чего давление в питательной трубе на некоторый короткий промежуток времени поднимается выше давления в воздушном колпаке, нагнетательный клапан открывается и вода поступает через него в воздушный колпак, а затем по напорному трубопроводу в верхний бак, поднимаясь на высоту Я 2 . В течение последующей фазы гидравлического удара в питательной трубе создается разрежение, и ударный клапан под действием атмосферного давления и частично собственного веса (или пружины) вновь открывается. Одновременно под давлением воды в воздушном колпаке закрывается нагнетательный клапан и таранная установка вновь приходит в исходное положение. После этого цикл повторяется автоматически. Число гидравлических ударов зависит от регулировки тарана и колеблется от 20 до 100 в 1 мин.

Напор Н\ выбирают в зависимости от местных топографических условий- от 1 до 20 м. Длину питательной трубы принимают равной (5...

8)Я Ь Максимальная высота подъема Я 2 достигает 100-120 м.

Шнековый насос (рис. 1Л5). Основным рабочим органом водоподъемников этого типа является шнек, представляющий собой вал с навитой на него спиралью. Как правило, шнек выполняют с трехзаход-ной спиралью, что обеспечивает подачу воды и равнопрочность шнека при любом угле поворота. Шнек, установленный наклонно, вращается в лотке, выполняемом обычно из бетона. Окружная скорость шнека 2-

5 м/с соответствует частоте вращения 20-100 мин -1 в зависимости от диаметра шнека. Для получения такой частоты вращения приводной электродвигатель соединяют с валом шнека через редуктор или через клиноременную передачу.

Угол наклона шнека принимают 25-"30°, что при обычной длине шнека 10-15 м обеспечивает высоту подъема 5-8 м. Чем больше подача подъемника, тем больше должно быть поперечное сечение шнека, что увеличивает его жесткость. Поэтому при большей подаче можно принимать большую длину шнека, увеличивая тем. самым высоту подъема.

Подач-а серийно выпускаемых за рубежом шнековых насосов колеблется от 15 до 5000 л/с при высоте подъема 6-7 м. Средний КПД шнекового насоса составляет около 0,7-0,75 и остается практически постоянным в большом диапазоне изменения подачи.

§ 5. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ НАСОСОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Если говорить о возможной подаче, то по мере ее возрастания насосы располагаются в следующем порядке (рис. 1Л6): объемные насосы, центробежные насосы и осевые насосы. Если же в качестве основного параметра рассматривать максимально возможное значение напора, то порядок будет обратным. Что касается водоподъемников специальных типов, то все они, включая струйные насосы, в поле Я-Q занимают области, прилегающие к осям координат и характеризуемые малыми значениями либо напора, либо подачи. Таким образом, практически весь диапазон напоров от 1-2 до 10 000 м и подач от нескольких литров до 150 000 м 3 в 1 ч перекрывается большим числом типоразмеров, хорошо освоенных промышленностью насосов.

В то же время при решении вопроса об использовании какого-либо насоса в той или иной технологической установке решающее" значение, помимо рабочих параметров, приобретают его эксплуатационные качества, о которых, в частности, творилось в § 1.

Проанализируем в этой связи достоинства и недостатки рассмотренных нами насосов и определяющие области их возможного применения в сооружениях систем водоснабжения и канализации.

^.Лопастные насосы. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно несложное устройство обеспечивает высокую их надежность и достаточную долговечность. Конструкция проточной части лопастных насосов и отсутствие поверхностей трения допускает возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Простота непосредственного соединения с высо-

1 10 100 1000 10000 100000 Orfft

Рис. 1Л6. Пределы изменения параметров насосов различных типов

кооборотными приводными двигателями способствует компактности насосного агрегата и повышению его КПД.

Все эти положительные качества центробежных и осевых насосоз привели к тому, что они являются, по существу, основными насосами всех сооружений водоснабжения и канализации. Центробежные и осевые насосы широко используют также в системах оборотного движения жидкостей, в судоподъемных сооружениях, на оросительных и осушительных насосных станциях.

К недостаткам центробежных насосов следует отнести ограниченность их применения в области малых подач и высоких напоров, что объясняется снижением КПД при увеличении числа ступеней. Известные сложности в эксплуатации насосных установок с центробежными насосами возникают также из-за необходимости их заполнения перекачиваемой жидкостью перед включением в работу.

Эти недостатки отсутствуют у вихревых и центробежно-вихревых насосов. Однако вследствие невысокого КПД они находят применение лишь в небольших автономных системах водоснабжения и, кроме того, используются в качестве вспомогательных (см. § 44) на крупных водопроводных и канализационных насосных станциях.

Объемные насосы. Несомненными достоинствами поршневых и плунжерных насосов являются высокий КПД и возможность подачи незначительных объемов жидкости под сколь угодно большим давлением. В то же время неравномерность подачи, сложность соединения с приводным двигателем, наличие легко изнашивающихся клапанов, тихоход-ность, а следовательно, большие размеры и.масса исключают возможность их применения на современных высокопроизводительных насосных станциях систем водоснабжения и канализации. Лишь чрезвычайно редко вертикальные поршневые насосы еще применяются для подъема воды из скважин "Малого диаметра (до 200 мм). Модифицированные поршневые насосы предназначены для подачи бетона и растворов при производстве строительных работ (см. § 36).

Объемные насосы с вращательным движением рабочего органа конструктивно более просты и обеспечивают плавную подачу перекачиваемой жидкости. Однако очень маленькие подачи шестеренных и винтовых насосов в сочетании с их способностью перекачивать вязкие жидкости определяли область их применения в качестве питательных насосов систей гидропривода, автоматики и смазки.

¦Водоструйные насосы. Достоинствами гидроэлеваторов являются небольшие размеры, простота устройства, способность перекачивать жидкости с большим содержанием взвешенных наносов и высокая надежность работы. Водоструйные насосы находят широкое применение при производстве земляных работ способом гидромеханизации. Их применяют также для откачки воды из глубоких колодцев, артезианских скважин, котлованов, траншей, для понижения уровня грунтовых вод э иглофильтровых установках. На канализационных очистных сооружениях водоструйные насосы применяют для подъема шлама, осевшего в песколовках песка и для перемешивания ила в метантенках. На крупных насосных станциях водоструйные насосы используются в качестве вспомогательных для отсасывания воздуха из основных насосов перед их запуском и для повышения всасывающей способности центробежных насосов.

К недостаткам водоструйных насосов относятся низкий КПД и необходимость подачи большого объема рабочей воды под давлением. Поэтому применение гидроэлеватора в каждом конкретном случае должно быть обосновано экономическими расчетами.

Воздушный подъемник. Простота устройства, легкий уход и надежность работы эрлифтов позволяют им при определенных условиях успешно конкурировать с центробежными насосами при подъеме воды из глубоких скважин, подаче химических реагентов и ила на водопроводных и канализационных очистных сооружениях. Однако необходимость "большого заглубления форсунки и малый КПД установки заставляют каждый раз обосновывать принимаемое решение технико-экономическим сравнением вариантов с использованием насосов различных типов.

Гидравлические тараны, характеризуемые небольшими подачами, находят применение в небольших установках автономного водоснабжения с сезонным, как правило, режимом работы.

Шнековые насосы могут оказаться весьма эффективными при перекачке сточных вод и осадка-на небольшую высоту (5-8 м).

Насосы и способы их классификации

Насос ― это приспособление для перемещения жидкостей или газов за счёт создаваемой им разницы давлений на входе и выходе. Цели применения насосов, объёмы перекачивания, разнообразные химический состав и свойства перекачиваемого вещества требуют разновидности в конструкциях и принципах действия насосов. Разнообразие устройств в свою очередь требует создания классификаций. Их много, ведь в каждой их них за основу берутся разные критерии. Насосы классифицируются по:

• - сфере применения;
• - принципу действия;
• - разнице в конструкции;
• - назначению и месту использования.

Так вот, каждая конкретная модель насоса не относится к какой-то одной классификации, наоборот, её можно охарактеризовать в каждой из классификаций.

Разделение насосов по сферам применения

Тут всё просто: насосы бывают бытовыми и промышленными. То есть, часть насосов служит для нас, обывателей, в повседневной жизни, другая же, более значительная, обслуживает все хозяйственные отрасли: промышленность, сельское хозяйство и транспорт.

Бытовые насосы применяют в индивидуальном водоснабжении, в нецентрализованных системах отопления и канализации, для нужд личного транспорта и т.д. Естественно, мощность их намного ниже, нежели у промышленных.

Промышленные насосы применяются в системах подачи воды и охлаждения для промышленных установок, в водоочистных системах, в системах смазки и подачи топлива, а также для повышения давления и промывки узлов и деталей под давлением, для перекачки нефтепродуктов и продуктов питания, для обеспечения котлов водой. В химической отрасли, где нежелательно присутствие человека из-за агрессивности некоторых веществ и т.п. От производительности таких насосов зависит рентабельность заводов и предприятий сферы услуг, потому на мощности (читай, стоимости) этих насосов не экономят.

Классификация насосов по принципу действия

Вот два главных направления в такой классификации: насосы объёмного типа и динамические насосы.

Объёмные насосы работают за счёт изменения объёма камеры и, как следствие, изменяющейся благодаря этому величине давления. Вот это изменившееся давление и понуждает перемещаться жидкости или газы. Все насосы объемного типа способны к самовсасыванию. Это способность насоса всасывать воздух и воду за счёт разряжения в камере после того, как из неё ушла жидкость.

Наиболее известны из насосов объёмного типа является поршневые. Рабочим органом у них служит плунжер или поршень. Перемещаясь в цилиндрической камере, поршень создаёт избыточное давление. Для впуска (выпуска) рабочего вещества из камеры нагнетания служат нагнетательный и всасывающий клапаны. Внешний их вид зависит от объектов применения. Они могут быть вертикальными и горизонтальными, многоцилиндровыми и одноцилиндровыми, одноразовыми и многократного действия. Эти насосы имеют разный объём цилиндра, разную скорость перемещения поршня, следовательно, и разную производительность.

К роторным насосам относятся зубчатые, шестерённые, шиберные, винтовые, лабиринтные и тому подобные насосы. Хотя они довольно разные по устройству, их объединяет общий принцип работы: внутри зафиксированного корпуса перемещают

(продавливают) жидкость либо роторы, либо винты, либо кулачки, либо лопасти, либо другие детали, способные выполнять такие функции. Интересны импеллерные насосы: в эксцентрическом корпусе гибкие лопасти, находящиеся на колесе, сгибаются при его вращении и вытесняют жидкость. Конструкция роторных насосов значительно проще поршневых, отсутствуют даже всасывающий и нагнетательный клапаны, потому применяются эти насосы гораздо чаще поршневых.

Многие вакуумные насосы тоже относятся к роторным, главное, чтобы между деталями роторов, работающими на нагнетание, соблюдалась полная герметичность. Этот тип насосов работает исключительно на самовсасывание.

Перистальтические насосы в работе выглядят несколько экзотично. Они представляют собой многослойный гибкий рукав, изготовленный из эластомера. Вал с расположенными на нём роликами, вращаясь, пережимает роликами рукав, протискивая жидкость дальше по рукаву.

Динамические насосы работают за счёт динамических сил, то есть сил движения. Им недоступно самовсасывание, зато у них уравновешен процесс работы, благодаря чему практически отсутствует вибрация, и подача вещества происходит равномерно. Также они два или более раз преобразуют энергию. К ним относятся центробежные, вихревые и струйные насосы.

Центробежные насосы имеют внутри рабочее колесо, которое, проходя через жидкость, увеличивает кинетическую энергию двигающейся жидкости. Эта энергия благодаря увеличению скорости водотока увеличивает кинетическое, а затем и потенциальное давление воды, заставляя её перемещаться.

Вихревые насосы своей работой похожи на центробежные, но увеличение водотока здесь вызывается завихрениями жидкости. Они создаются благодаря эксцентричности корпуса, из-за чего регулярно изменяются зазоры между кожухом и лопастями. Такие насосы мобильны (из-за малой массы) и компактны, но их недостаток ― КПД менее 50%.

Струйные насосы ― это гидроэлеваторы и эрлифты. Первые перекачивают нужное вещество благодаря кинетической энергии рабочей жидкости, вторые работают в паре с компрессором ― смесь воздуха и перекачиваемого вещества перемещается из-за подъёмной силы воздушных пузырьков.

Классификация насосов по разнице в конструкции

Конструкционные особенности часто видимы даже на глаз: мы же не раз сталкивались с такой ситуацией, когда какой-то механизм нельзя поставить на нужное нам место (не подходят соединения, резьбы, несовместимость по размерам). Помимо этого, даже внутри одного типа насосов конструкции не совпадают. Для примера хватит взгляда на роторные насосы: роторы у них есть у всех, но рабочие детали у всех их разные (у одних кулачки, у других ― винты, у третьих ― лопатки или лопасти). По конструкции насосы могут быть изготовлены и в вертикальном, и в горизонтальном исполнении.

Классификация насосов по назначению

Начнём с наиболее часто используемых водяных насосов. Они бывают поверхностными и погружными. Как следует из самого определения, поверхностные находятся не ниже уровня земли, в скважину к воде опускается шланг или труба, забор воды происходит благодаря всасыванию. Часто такие насосы снабжаются автоматикой, срабатывающей от изменения давления при включении-выключении любого крана в этой водонапорной системе, и тогда они называются уже не насосами, а станциями. В колодцах и скважинах же чаще применяются погружные насосы, находящиеся непосредственно в самой воде. Иногда они снабжаются поплавками, которые отключают насос при отсутствии воды.

Дренажные насосы практически всегда являются погружными. Их цель ― откачивать воду из погребов, подвалов, прудов, систем индивидуальной канализации, бассейнов. Дренажные насосы перекачивают загрязнённую воду, потому в них должно быть как можно меньше трущихся деталей, соприкасающихся с водой.

Циркуляционные насосы наиболее часто применяются в отопительных системах домов для быстрейшей циркуляции теплоносителя (воды или антифриза). Они обычно бесшумны, компактны и встраиваются непосредственно в трубопровод. Правильный выбор такого насоса прост: за час он должен троекратно прогнать через себя теплоноситель.

Фекальные насосы предназначаются для перекачки грязных и сточных вод, в том числе и канализационных, где содержатся во взвешенном состоянии довольно крупные частицы. Они попадают в воду не только после туалетов, но и после септиков, из моечного оборудования и стиральных машин, из канализации спортивных клубов и предприятий общепита, гостиниц. В таких местах с большой вероятностью в сбросовые и канализационные системы попадают разные крупные и волокнистые предметы, способные забить трубопроводы. Потому многие фекальные насосы снабжаются режуще-измельчающим механизмом, которым не по силам только металл и камни, но кто же будет бросать их в канализацию.

В быту есть множество задач, которые требуют перекачивания воды. Решить их можно с помощью водяного наcoca. Какого именно насоса и как выбрать подходящий тип насоса - рассказывает эта статья.

Разнообразие видов и конструкций водяных насосов позволяет добывать воду практически из любого искусственного (скважина, колодец) или природного (озеро, речка) источника, а также перекачивать технические жидкости и нечистоты. Современные системы водоснабжения надежны, просты в эксплуатации и даже могут выполнять свои функции без контроля человека. Прежде всего насосы отличаются друг от друга расположением относительно перекачиваемой жидкости. Они бывают:

• погружные (погружаются в воду)
• поверхностные (располагаются на суше и качают жидкость с помощью шланга, погруженного в воду).

Погружные насосы

Погружные насосы работают при частичном или полном погружении в перекачиваемую среду. Для подвода энергии к их электродвигателям спускается специальный электрический кабель. Постоянная работа под водой требует надежной изоляции проводки и управляющей электроники от контакта с водой. В конструкциях погружных насосов используют материалы, не боящиеся воды (нержавеющую сталь и различные полимеры). Двигатель охлаждается перекачиваемой водой, поэтому возможность перегрева при длительной работе практически исключена.

Для водоснабжения индивидуального хозяйства можно использовать два типа погружных насосов: скважинные и колодезные. Еще два типа - дренажные (для откачки воды с крупными механическими примесями) и фекальные (для нечистот) - предназначены для выполнения специфических функций. О них и других специальных насосах мы поговорим в другой раз, сейчас же сосредоточимся на насосах для воды.

Скважинные или глубинные насосы служат для подъема воды из глубоких артезианских скважин , поэтому отличаются большим напором. Условия эксплуатации таких систем существенно ограничивают размеры и форму корпуса, а также материалы, из которых он изготовлен. Как правило, корпусы скважинных насосов имеют форму цилиндра и сделаны из нержавеющей стали диаметром не более 10 см. Чтобы обеспечить большой напор и высокую производительность, в конструкции приходится использовать многоступенчатую систему всасывания. Скважинные насосы незаменимы там, где воду можно качать только с большой глубины. В этих случаях обычный бытовой агрегат, установленный на суше, не в состоянии обеспечить подачу воды. Действие глубинных насосов основано на том, что гораздо проще создать достаточное для подъема давление воды снизу, чем пытаться, откачивая воздух, тянуть ее сверху.

Колодезные насосы предназначены для отбора воды из колодцев , специальных резервуаров и естественных водоемов. Они не имеют таких жестких ограничений по габаритам, как скважинные, что позволяет им эффективнее использовать возможности двигателя. Системы комплектуют регулируемым поплавковым выключателем, обеспечивающим работу в автономном режиме (если уровень воды опускается ниже места расположения насоса, поплавковый механизм выключает двигатель, чтобы избежать перегрева и работы «всухую»). Следует помнить, что для эффективной работы колодезного насоса под ним должна быть глубина не меньше метра, иначе он начнет всасывать со дна ил и песок, которые быстро выведут его из строя.

Поверхностные насосы

Поверхностные насосы устанавливаются на суше и могут поднимать воду из неглубокого колодца, речки или озера. Собственная высота всасывания у таких насосов не превышает 7-8 м. Однако их можно использовать и для подъема воды с больших глубин, если оснастить агрегат внешним эжектором - специальным устройством, которое надевают на конец всасывающего шланга и опускают в воду вместе с ним. Во время работы насоса часть поднятой жидкости по дополнительному каналу поступает обратно в эжектор, тем самым повышая давление на входе. Благодаря этому вода дополнительно подталкивается снизу. Но у такой системы есть и недостатки: по мере заглубления ее производительность уменьшается, а потребляемая мощность и сложность конструкции, наоборот, увеличиваются. Это приводит к тому, что при глубине более 25 м цена поверхностного насоса с эжектором достигает цены скважинного.

Поверхностные насосы, предназначенные для забора воды из источника, называют самовсасывающими (бывают еще так называемые насосы с нормальным всасыванием, которые используют для повышения давления внутри водопровода). Самовсасывающие насосы перед запуском необходимо заполнять водой. Для этого предусмотрено специальное отверстие с пробкой.

Садовые поверхностные насосы с электрическим приводом обычно конструктивно просты, а значит, недороги. Их используют для перекачивания воды как для питья, так и для различных хозяйственных нужд. Недостаток таких насосов заключается в том, что они не могут работать в автономном режиме. Их нужно включать и выключать вручную. А кроме того, приходится постоянно контролировать давление в системе (например, если поливочный шланг будет передавлен, вода перестанет по нему проходить).

Автоматические поверхностные насосы с электроприводом изначально оснащены необходимой автоматикой, которая выключает их, если давление в системе достигло заданного значения. При перегибе шланга и остановке водотока такой насос отключается автоматически, предотвращая перегрузку двигателя. Когда помеха будет устранена и давление в системе упадет, автоматика снова включит агрегат. Автоматический насос, используемый для водоснабжения дома, реагирует на положение водопроводного крана. Как только кран будет открыт, насос сразу начнет работать и автоматически выключится, когда кран закроют. Таким образом достигается бесперебойное водоснабжение в любом необходимом объеме.

Насосные станции обеспечивают бесперебойное водоснабжение в небольшом объеме. Они состоят из простого садового насоса, реле давления и гидроаккумулятора емкостью не менее 20 л.

Представляет собой герметичный баллон, внутренняя полость которого разделена резиновой диафрагмой на два отсека. В один из них закачивают воздух, а в другой отсек насос закачивает воду, сжимая тем самым камеру с воздухом и создавая в баке избыточное давление. Когда давление воды в системе достигает заданного значения, реле выключает насос.

Как только где-то открывают водопроводный кран, сжатый воздух начинает выталкивать воду из емкости. Ну а если давление воды падает ниже определенной отметки, реле снова включает насос. Таким образом, в гидроаккумуляторе всегда будет некоторый запас воды, и насос прослужит дольше, так как уменьшится частота его включений и выключений.

Автоматика удорожает стоимость системы, но делает
ее более долговечной и экономичной в эксплуатации

Принцип действия насосов

Бытовые насосы делят на центробежные и вибрационные.

Центробежные насосные станции составляют самую многочисленную группу. Главная деталь их рабочего механизма - вращающееся колесо, закрепленное на валу внутри корпуса (в многоступенчатом насосе таких колес несколько). Колесо состоит из двух дисков, соединенных находящимися между ними лопастями. Каждая лопасть изогнута в сторону, противоположную направлению вращения рабочего колеса. Во время работы насоса полости между лопастями заполняются водой. При вращении рабочего колеса на жидкость действует центробежная сила, создающая область пониженного давления в центре и повышенного - на периферии. Благодаря разности давлений вода извне поступает в эпицентр этого своеобразного урагана; и выбрасывается через выходной патрубок наружу.

Вибрационные (мембранные) насосы имеют рабочую емкость, разделенную гибкой мембраной. По одну сторону от мембраны находится полость, заполненная водой, а по другую - механизм, приводящий мембрану в движение (вибратор). Он попеременно изгибает диафрагму в обе стороны. В зависимости от направления ее изгиба рабочий объем полости увеличивается или уменьшается, что приводит к уменьшению или увеличению давления внутри полости. В момент уменьшения давления в полости создается разряжение, открывается впускной клапан, и вода из входящего патрубка всасывается в полость насоса. Затем вибратор выгибает мембрану в обратную сторону, создавая избыточное рабочее давление, в результате чего вода выталкивается через выпускной клапан в систему водоснабжения.

В производительности вибрационные насосы значительно уступают центробежным. Как правило, они намного быстрее выходят из строя (правда, и ремонт их намного дешевле). Главное преимущество этого типа бытовых насосов - относительно низкая цена.

Правила выбора насоса

Чтобы купить подходящий насос, прежде всего нужно определиться с его типом. Если воду можно добыть только из глубокой скважины, то выбора нет: в этом случае подойдет только скважинный насос. Если же глубина залегания воды небольшая (до 8 м), можно использовать как погружной, так и поверхностный агрегат. Ну а когда нужно перекачать грязную воду или нечистоты, необходимы соответствующие системы.

Расчет требуемых параметров насоса

Насос выбран правильно, если его мощности достаточно для удовлетворения всех потребностей. Оценивают аппарат по двум параметрам: производительности (объему жидкости, которую насос может перекачать за единицу времени) и напору (высоте, на которую насос может доставить эту жидкость). Каждый объект требует своего решения, но общий принцип расчета можно проиллюстрировать на примере обеспечения водой дома и прилегающего участка.

Производительность насоса

• бытовые и хозяйственные нужды;
• поливку газонов и огорода.

Согласно СНиП суточное потребление воды на человека равно 200 л. Поэтому легко подсчитать необходимое количество воды: достаточно умножить количество людей, постоянно проживающих в доме, на 200 л в сутки. Дополнительный показатель - максимальный расход. Он зависит от возможности одновременного пользования несколькими точками потребления воды. Например, если три человека могут одновременно пользоваться душем или ванной (8-10 л/мин), краном на кухне (6 л/мин) и туалетом (6 л/ мин), то максимальный расход воды составит 22 л/мин.

Согласно СНиП для полива 1 м² газона и огорода требуется 3-6 л воды в сутки. Какое именно значение выбрать для расчета, зависит от влажности почвы, климатических условий и потребности во влаге конкретных растений (некоторые из них требуют до 10 л в сутки).

Напор

Напор (высота, на которую насос способен доставить перекачиваемую жидкость). Выбирая минимальный необходимый напор насоса, нужно вычислить два значения: высоту, на которую потребуется поднять воду, и длину горизонтального трубопровода, по которому ее придется провести. Высота определяется как разница между самой высокой точкой водоподачи и местом расположения насоса (для поверхностного агрегата это будет уровень земли, для погружного - глубина его расположения). Расчет горизонтального участка трубопровода обусловлен тем, что на каждых 10 м его длины теряется примерно 1 м напора.

Пример расчета: погружной насос установлен на глубине 6 м, дом удален от колодца на 30 м, воду нужно поднять на второй этаж, высота которого — 3 м. Необходимый минимальный напор насоса будет равен: 6 + 3 + 3 = 12 м. За подробной консультацией лучше обратиться на фирму, занимающуюся водоснабжением и продажей насосов. Обычно такие компании делятся информацией бесплатно. Чтобы определиться с выбором насоса достаточно предоставить исходные данные.

Важно: грязная вода!

Решая вопрос о перекачивании воды, крайне важно учитывать ее чистоту. Максимальный размер частиц примесей зачастую указывают в характеристиках. Если игнорировать требования и, например, перекачивать грязную воду садовым насосом для чистой воды, он сломается. Более того, халатность сделает недействительными гарантийные обязательства.

Тип всасывающего шланга для поверхностных насосов также имеет значение, поскольку диаметр и форма его внутреннего сечения могут уменьшить производительность агрегата. Чем шире шланг, тем меньше его гидравлическое сопротивление.

Кроме того, нужно обратить внимание на форму поверхности. Более прочными считаются шланги с гофрированной поверхностью, однако такой должна быть только внешняя сторона. Внутренняя должна быть гладкой. Желательно установить на насос армированный всасывающий шланг. Многие производители даже включают его в базовую комплектацию.

Одним из наиболее популярных видов насосного оборудования, используемого как в различных отраслях промышленности, так и для оснащения систем бытового водоснабжения, является насос центробежного типа. Используя такое оборудование, представленное на современном рынке множеством разных моделей, можно успешно откачивать жидкую среду из скважин и колодцев даже большой глубины и затем транспортировать ее по трубопроводу на значительные расстояния. Чтобы центробежный насос демонстрировал высокую эффективность и работал без сбоев, важно знать, как правильно подбирать его для решения определенных задач, и точно следовать рекомендациям по его техническому обслуживанию.

Сферы применения

Благодаря своей универсальности, высокой эффективности и надежности центробежные насосы сегодня успешно применяются практически везде. Если говорить о наиболее популярных областях использования насосов центробежного типа, то сюда следует отнести:

• организацию технического водоснабжения на предприятиях, работающих в различных отраслях промышленности;
• перекачивание и транспортировку технических жидкостей различного типа между объектами производства;
• оснащение систем полива растений и подачу воды на животноводческие фермы;
• организацию системы водоснабжения населенных пунктов;
• оснащение автономных систем водоснабжения, используемых собственниками загородных домов и дач для бытовых нужд и организации полива растений на приусадебном участке.

Для того чтобы понять, в чем состоит причина универсальности и высокой эффективности гидромашин центробежного типа, следует разобраться в том, из каких конструктивных элементов состоит и как работает такое оборудование.

Особенности конструкции и принцип действия

Если рассмотреть устройство центробежного насоса в разрезе, то в конструкции такого оборудования можно выделить следующие элементы.

• Электродвигатель в устройстве центробежного насоса играет роль приводного элемента. Та часть внутренней конструкции центробежного насоса, где располагается его приводной электродвигатель, тщательно герметизируется, что необходимо для защиты силового агрегата от контакта с перекачиваемой жидкой средой.
• Вал насоса передает вращение от электродвигателя рабочему колесу.
• Конструкция центробежного насоса обязательно включает в себя рабочее колесо, на внешней цилиндрической поверхности которого расположены лопатки, перемещающие перекачиваемую жидкую среду по внутренней камере устройства.
• Подшипниковые узлы обеспечивают легкое вращение вала с зафиксированным на нем рабочим колесом.
• Уплотнительные элементы защищают узлы внутренней конструкции гидромашины от контакта с перекачиваемой жидкой средой.
• Корпус насоса, как правило, выполнен в форме улитки и оснащен двумя патрубками – всасывающим и напорным.

Конструктивная схема центробежного насоса, кроме вышеперечисленных деталей, может включать в себя ряд дополнительных элементов:

1. шланг, по которому перекачиваемая жидкая среда поступает в напорную магистраль;
2. шланг, по которому жидкость поступает во внутреннюю камеру устройства;
3. обратный клапан, препятствующий перемещению уже перекачанной жидкой среды в обратном направлении;
4. фильтр грубой очистки, не дающий твердым включениям, содержащимся в составе жидкой среды, попадать во внутреннюю часть помпы;
5. вакуумметр, при помощи которого осуществляется контроль за степенью разреженности воздуха в рабочей камере;
6. манометр, посредством которого можно контролировать давление потока жидкой среды, создаваемого насосным оборудованием;
7. элементы запорной арматуры, позволяющей регулировать параметры потока жидкой среды, поступающей в насос и выходящей из него.

Устройство и принцип действия любых центробежных насосов отличаются простотой. Так, принцип действия центробежного насоса заключается в следующем.

• Жидкая среда, попадающая во внутреннюю рабочую камеру, захватывается лопатками рабочего колеса и начинает перемещаться вместе с ними.
• Под воздействием центробежной силы жидкая среда отбрасывается к стенкам рабочей камеры, где создается избыточное давление.
• Находясь под избыточным давлением, жидкая среда выталкивается через напорный патрубок.
• В тот момент, когда жидкая среда из центральной части рабочей камеры отбрасывается к стенкам, создается разрежение воздуха, что и обеспечивает всасывание новой порции жидкости через входной патрубок.

Принцип работы центробежного насоса, описанный выше, относится к моделям как поверхностного, так и погружного типа. Основную функцию центробежного насосного оборудования выполняет рабочее колесо с лопатками. В соответствии с описанным выше принципом действия центробежных насосов такие устройства обеспечивают всасывание перекачиваемой жидкой среды и ее выталкивание в напорную магистраль в постоянном режиме, что гарантирует стабильность параметров создаваемого потока.

Следует иметь в виду, что центробежный насос нельзя эксплуатировать, если в его внутренней рабочей камере отсутствует жидкая среда. Если пренебречь этим важным требованием, то центробежный насос просто выйдет из строя.

Основные разновидности

На современном рынке предлагаются центробежные электронасосы различных типов, отличающиеся друг от друга как конструктивными особенностями, так и техническими характеристиками. Классификация центробежных насосов проводится по целому ряду параметров, что следует учитывать, выбирая такое оборудование для определенных целей.

В зависимости от расположения оборудования относительно перекачиваемой им жидкой среды различают следующие типы центробежных насосов:

• поверхностное насосное оборудование;
• насосы погружного типа.

Центробежные поверхностные насосы, как следует из их названия, устанавливаются на поверхности земли, в непосредственной близости к обслуживаемой таким устройством скважине. Откачивание жидкой среды при использовании насосов данного типа осуществляется через специальный шланг или трубу, которые опускаются в подземный источник.

Основное преимущество центробежных поверхностных насосов заключается в том, что их расположение значительно упрощает их техническое обслуживание и ремонт. Недостатки центробежных насосов поверхностного типа немногочисленны, но в некоторых ситуациях имеют решающее значение. Сюда чаще всего относят:

• не слишком высокую мощность, что не позволяет использовать такие устройства для откачивания жидкой среды из подземных источников, глубина которых превышает 10 метров;
• большой риск работы на холостом ходу;
• меньшая, чем у погружных помп, производительность.

Погружные центробежные насосы, принцип работы которых практически ничем не отличается от функционирования устройств поверхностного типа, при эксплуатации располагаются в толще перекачиваемой жидкой среды. Для фиксации погружных насосов в подземном источнике на требуемой глубине используется трос, нижний конец которого привязывается к корпусу устройства, а верхний крепится к специальной перекладине, располагаемой на поверхности земли. Тот факт, что гидравлический погружной насос в процессе эксплуатации находится в толще жидкой среды, объясняет высокие требования, предъявляемые к герметичности корпуса такого оборудования.

Достоинства насосов погружного типа, как уже говорилось выше, заключаются в том, что даже при меньших габаритах корпуса такие устройства способны создавать более высокий напор перекачиваемой ими жидкой среды, чем поверхностное насосное оборудование. Естественно, есть у погружных центробежных насосов и недостатки, наиболее значимым из которых является сложность технического обслуживания и ремонта: для осуществления этих процедур следует сначала извлечь гидромашину из подземного источника.

На различные типы насосы центробежного типа разделяются и по такому параметру, как количество рабочих колес. Так, в зависимости от данного параметра различают:

• центробежные одноступенчатые насосы, которые оснащены одним рабочим колесом;
• устройства многоступенчатого типа, которые, соответственно, имеют несколько рабочих колес, фиксируемых на одном вращающемся валу.

Особенности устройства и принципа работы центробежных насосов многоступенчатого типа заключаются в том, что жидкая среда в процессе ее перекачивания таким оборудованием последовательно перемещается между его ступенями, что способствует значительному увеличению значения ее напора на выходе. Значение напора насоса, состоящего из нескольких ступеней, является суммой значений напора, создаваемого каждым рабочим колесом такого устройства.

Насосы центробежного типа классифицируют и по конструктивному исполнению ротора. Так, в зависимости от данного параметра различают:

• насосное оборудование с «мокрым» ротором;
• центробежные устройства с «сухим» ротором.

Конструкция центробежного насоса с ротором «мокрого» типа

В насосах первого типа как рабочее колесо, так и ротор постоянно находятся в контакте с перекачиваемой жидкой средой, которая обеспечивает смазывание и охлаждение движущихся частей насоса. За счет такой конструктивной особенности сделать элементы внутренней конструкции насосов с «мокрым» ротором большими не представляется возможным, поэтому оборудование данного типа, как правило, характеризуется невысокой мощностью.

В центробежных насосах с «сухим» ротором, принцип действия которых практически ничем не отличается от особенностей функционирования любого другого центробежного насосного оборудования, с перекачиваемой жидкой средой контактирует только рабочее колесо, вращение на которое передается от ротора и приводного электродвигателя, расположенных в герметичном отсеке. Центробежное насосное оборудование с «сухим» ротором отличается более высокой мощностью и, соответственно, потребляет значительно больше электроэнергии, чем устройства, оснащенные «мокрым» ротором.

Циркуляционный центробежный насос с ротором «сухого» типа

Выбирая насос центробежного типа, следует обращать основное внимание не на фото такого устройства на сайте интернет-магазина, а на технические параметры приобретаемой гидромашины. Сначала следует четко сформулировать, для чего вы планируете использовать такое оборудование, то есть определиться с назначением центробежного насоса в конкретной ситуации. В зависимости от того, для чего необходимо насосное оборудование, его подбирают по ряду параметров, среди которых:

1. глубина, с которой насос в состоянии откачивать жидкую среду из подземного источника (данный параметр характеризует расстояние, измеряемое между корпусом оборудования и нижней отметкой подземного источника, на которой располагается жидкая среда);
2. коэффициент полезного действия, по которому можно определить, насколько эффективным является выбираемое насосное оборудование;
3. производительность, по которой можно определить, какое количество жидкой среды насос способен перекачать в единицу времени;
4. напор жидкой среды, который способен сформировать насос (данный параметр, измеряемый в метрах водяного столба, представляет собой разницу между давлением потока жидкой среды, поступающей в насос через входной патрубок, и давлением потока, создаваемого таким устройством в напорной магистрали);
5. гидравлический показатель обслуживаемой насосом трубопроводной системы, который указывает на то, насколько снизится давление потока жидкой среды, перекачиваемой насосным оборудованием, при ее транспортировке по системе;
6. мощность приводного электродвигателя, которая, соответственно, передается на вал устройства с закрепленным на нем рабочим колесом;
7. максимальное давление потока жидкой среды, при котором насос в состоянии функционировать в штатном режиме;
8. энергоэффективность устройства, которая указывает на то, какое количество электрической энергии насос затрачивает на то, чтобы перекачать определенный объем жидкой среды.

Насосами называются гидравлические машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им механической энергии.

Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей гидравлических машин. Они применяются для наружного водоснабжения (в том числе и противопожарного) населенных пунктов и предприятий, внутреннего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, для подачи воды на пожаротушение автонасосами, мотопомпами, для подачи воды и огнетушащих составов в установках пожаротушения, в системах смазки, топливоподачи и гидропривода пожарных автомобилей и для многих других целей. Насосы подразделяются на две основные группы: объемные и динамические . Объемными называются насосы, в которых жидкость перемещается путем периодического изменения объёма камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. Динамическими называются насосы, в которых под воздействием гидродинамических сил перемещается с камерой (незамкнутом объеме) жидкость, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. К ним относятся струйные и лопастные насосы.

Весьма наглядной является классификация насосов по принципу действия, вне зависимости от вида перемещаемой жидкости (рис. 9.1).

Действие объемных насосов основано на изменении потенциальной энергии перемещаемой жидкости, а струйных и лопастных - на изменении кинетической энергии.

Рис. 9.1. Классификация насосов

Насосы классифицируются не только по принципу действия, но и по конструктивному исполнению, назначению, отраслевому применению, величине подачи и напора и т.д.

Рассмотрим основные схемы насосов.

Поршневой насос (рис. 9.2) в простейшем виде представляет собой расположенный в цилиндрическом кожухе поршень, при движении которого в одну сторону жидкость через всасывающий клапан поступает в рабочую камеру, а при движении в другую сжимается и затем выталкивается через нагнетательный клапан.

Положительными качествами поршневых насосов являются: высокий КПД, возможность получения больших давлений, независимость подачи от создаваемого давления, запуск без предварительной заливки всасывающих линий (самовсасывающие). Недостатками - громоздкость и затруднитель-ность непосредственного соединения с электродвигателем, наличие клапанов, неравномерность подачи, вызывающая вибрацию, сложность регулировки. Скорость поршня таких насосов ограничена действием инерционных сил.

Рис. 9.2. Поршневой насос

К насосам возвратно-поступательного действия, кроме поршневых относятся также мембранные (диафрагменные ) насосы (рис. 9.3), которые нашли распространение в системах топливоподачи автомобилей (в том числе и пожарных).

Рис. 9.3. Мембранный насос

К роторным насосам относятся пластинчатые, зубчатые (шестеренные), винтовые, червячные и др. Они представляют собой объемные насосы с вращающимся ротором без всасывающих и напорных клапанов и вследствие отсутствия возвратно-поступательного движения их можно непосредственно соединять с высокооборотными электродвигателями.

Типичным представителем роторных насосов является пластинчатый насос (рис. 9.4).

В простейшем виде он представляет собой эксцентрично расположенный в цилиндрическом корпусе 2 ротор 1 , в пазах которого находятся пластины 3 , отжимаемые от центра к периферии действием центробежной силы. При вращении цилиндра 1 пластины 3 производят всасывание жидкости через приемный патрубок 4 , сжатие ее и нагнетание через напорный патрубок 5 . Насос является реверсивным: при изменении направления вращения его вала изменяется направление движения жидкости в трубопроводах, присоединенных к насосу.

Рис. 9.4. Пластинчатый насос роторного типа

Зубчатый насос состоит из пары сцепленных между собой шестерен, расположенных в открытом с двух сторон кожухе (рис. 9.5), с минимальным зазором между зубьями и кожухом. Зубья при вращении захватывают жидкость и переносят её со стороны всасывания в сторону нагнетания. Эти насосы получили распространение в системах смазки при перекачки вязких жидкостей (масел).

Струйные насосы используются в пожарной охране для заполнения всасывающих линий пожарных насосов, для подачи воды на пожар при расположении насоса более 7 м над уровнем воды, для уборки воды из помещений после тушения пожара. Принципиальная схема насоса струйного типа, его работа и основы расчета приведены в гл. 3.

В противопожарном водоснабжении наиболее распространены центробежные насосы. В дальнейшем мы подробно рассмотрим устройство и принцип действия центробежных насосов (рис. 9.12), их классификацию.

Рис. 9.5. Зубчатый насос

Отметим только, что их широкое распространение объясняется высоким КПД, компактностью и сравнительной простотой в конструктивном отношении, ремонтопригодностью и удобством эксплуатации. Их можно непосредственно соединять с электродвигателями, легко регулировать, они имеют плавную, без толчков, подачу.

У осевых насосов (рис. 9.6) лопасти 1 закреплены на втулке 2 под некоторым углом к плоскости, нормальной к оси. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидкости, сообщая ей энергию и перемещая её вдоль оси насоса.

Рис. 9.6. Осевой насос

На рис. 9.7 дана схема вихревого насоса . Жидкость поступает через патрубок 1 на периферию рабочего колеса с лопастями 2 и, получая от них энергию при движении по концентрическому каналу 3 , отводится в напорный патрубок 4 .

Характерной особенностью вихревого насоса являются подвод и отвод жидкости на периферии рабочего колеса по касательной к нему. Недостаток вихревых насосов - невысокий КПД. Осевые и вихревые насосы обладают реверсивностью, т.е. способностью изменять направление подачи при изменении направления вращения.

Рис. 9.7. Вихревой лопастной насос