Полное руководство по насосам: принцип работы, типы и ключевые преимущества

С приходом технологий было изобретено устройство «Насос» для подъема, транспортировки или сжатия жидкостей. Изобретение облегчило жизнь в современном мире — применяется для самых разных целей.

Что такое насос?

Насос — механическое устройство для перемещения жидкостей (жидкостей или газов). Работает за счет механического действия, преобразованного из электрической энергии в гидравлическую. Также можно рассматривать как устройство, расходующее энергию для подъема, транспортировки или сжатия жидкостей.

Ранние насосы использовались для подъема воды: персидские и римские водяные колеса. Насосы работают по какому-то механизму (обычно поршневым или вращательным). Потребляют энергию для выполнения механической работы (перемещения жидкости).

Могут работать от множества источников энергии: ручной привод, электричество, ветровая энергия, двигатели. Размеры: от микроскопических для медицины до крупных промышленных.

Первый насос описал Архимед в 3 веке до н.э. — архимедов винт.

Итоговое определение: Насос — машина или механическое оборудование для подъема жидкости с низкого уровня на высокий. Может перекачивать жидкость из зоны низкого давления в зону высокого давления. Служит усилителем (бустером) в трубопроводных системах.

Если корпус содержит одно вращающееся рабочее колесо — одностufenный насос. Если два и более — двух- или многоступенчатый.

Важно: Насос создает движение жидкости (расход), но не генерирует давление. Создает расход, необходимый для развития давления. Это функция сопротивления потоку жидкости в системе.

Применение насосов

Применение насосов сегодня огромно. Ранние: ветряные и водяные мельницы для перекачки воды. Сегодня: специально для орошения, бензозаправок, водоснабжения, холодильников (компрессоры), кондиционеров, перемещения химикатов, сточных вод, паводкообороны.

В биологии существуют химические и биомеханические насосы, возникшие в эволюции. Биомимикрия иногда используется для разработки новых механических насосов.

Из-за разнообразия применений насосы различаются по форме и размеру: от очень больших к очень маленьким, от газов к жидкостям, от высокого к низкому давлению, от большого к малому расходу.

Примечание: функция насоса — перемещать жидкость или газ. Жидкостной насос не может просто всасывать воздух — механизм работы другой. Объяснено ниже.

• Перекачка воды из скважин
• Фильтрация аквариумов, прудов, аэрация
• Автопром: охлаждение двигателя, впрыск топлива
• Нефтегаз: перекачка нефти и газа
• Холодильные башни и компоненты систем отопления, вентиляции, кондиционирования
• Медицина: биохимические процессы при разработке и производстве лекарств
• Искусственная замена органов: искусственное сердце, пенисные протезы

Классификация насосов

Классификация по применению, материалам, транспортируемой жидкости, пространственной ориентации. Также по принципу сообщения энергии жидкости. Все насосы делятся на две главные категории: Динамические (центробежные) и Поршневые (положительного смещения).

По способу сообщения энергии жидкости: объемное смещение, сообщение кинетической энергии, электромагнитная сила.

Жидкости смещаются механически или другой жидкостью. Кинетическая энергия сообщается через высокоскоростное вращение жидкости или импульс в направлении потока. При электромагнитном методе перекачиваемая жидкость должна быть хорошим проводником. Насосы для транспортировки/создания давления газов называются компрессорами, надувками или вентиляторами.

Насосы с механическим смещением — поршневые (положительного смещения). Кинетические насосы сообщают кинетическую энергию через быстро вращающееся рабочее колесо.

Компоненты насосов

Насосы делятся на два типа: динамические и поршневые. Основные компоненты:

• Динамические/центробежные: рабочее колесо, корпус, напорная труба, всасывающая труба
• Поршневые (различных типов): диафрагменные — две диафрагмы, распределительный клапан, шарики/обратные клапаны; шестеренные — другие детали

Спецификации

Разные цели — разные ожидания по мощности (л.с.), объемному расходу, выходному давлению в метрах (футах) напора. Всасывающий напор в футах/метрах также важен. Напор упрощенно — высота столба жидкости, которую насос может поднять/опустить при атмосферном давлении.

Инженеры используют удельную скорость (specific speed) на этапе предварительного проектирования для определения наиболее подходящего типа насоса для сочетания расхода и напора.

В насосе мощность сообщается жидкости для увеличения энергии на единицу объема. Соотношение мощности между механической энергией механизма и элементами жидкости внутри насоса. Общеуправляется системой одновременных дифференциальных уравнений — уравнения Навье-Стокса. Уравнение Бернулли — упрощенная версия, связывающая только энергии жидкости.

Типы насосов

Динамические насосы

Центробежные, вертикальные центробежные, горизонтальные центробежные, погружные, пожарные гидрантные системы.

Центробежный насос

Самые распространенные во всем мире. Простая работа, хорошо изучена, тщательно протестирована. Прочные, эффективные, относительно дешевые и простые в изготовлении. Давление жидкости растет от входа к выходу. Изменение давления движет жидкость по системе.

Электродвигатель передает механическую мощность жидкости через вращающееся рабочее колесо. Поток входит в центр колеса и выходит по лопаткам. Важно: мощность увеличивает скорость жидкости, кинетическая энергия преобразуется в силу.

Вертикальный центробежный насос

Также консольные насосы. Используют исключительный вал, спроектированный так, что объем попадает в яму, так как подшипники снаружи ямы. Наполняемая емкость не используется для покрытия вала. Применяется газовая втулка (throttle bushing).

Горизонтальный центробежный насос

Минимум два и более рабочих колес. Широко используются в качающих службах за эффективность. Каждая ступень — раздельный насос. Все ступени в общем корпусе на общем валу. На одном горизонтальном валу — минимум 8 и более ступеней. На каждой ступени напор увеличивается на одинаковую величину. Многоступенчатые могут быть одно- или двухсасывающими на первом колесе.

Погружной насос

Также: дождевые, сточные, септические насосы. Применение: бытовые, промышленные, коммерческие, муниципальные, переработка дождевой воды. Подходят для дождевой воды, сточных вод, грунтовых вод, черных/серых вод. Промышленные отходы, химикаты, артезианская вода, пищевые продукты. Разные рабочие колеса: закрытые, вихревые, контра-блок, многоступенчатые, одноканальные, режущие/измельчающие. Выбор под высокий/низкий расход, высокий/низкий напор.

Пожарные гидрантные системы

Также: гидрантные усилители, пожарные насосы, насосы пожарной воды. Высоконапорные насосы для повышения пожаротушения за счет повышения давления в гидрантной сети. Применение: орошение и перекачка воды.

Поршневые насосы (положительного смещения)

Пять типов: диафрагменные, шестеренные, перистальтические, лобовые, поршневые.

Диафрагменный насос

AOD — пневматические диафрагменные насосы. Для непрерывных применений: общие заводы, промышленность, горное дело. Там, где нет энергии или нестабильные/воспламеняющиеся зоны. Пищевое производство, подземные угольные шахты, перекачка химикатов.

Две диафрагмы приводятся сжатым воздухом. Распределительный клапан обеспечивает всасывание, поочередно направляя воздух к диафрагмам. У каждой диафрагмы — шариковые или обратные клапаны.

Шестеренные насосы

Вращающиеся поршневые насосы. Принудительно перемещают постоянный объем жидкости за оборот. Жидкость движется за счет вступления зубьев внутри и снаружи — без пульсаций. Высокие давления, отлично перекачивают высоковязкие жидкости.

Нет клапанов, вызывающих потери (трение, высокие скорости рабочего колеса). Способны перекачивать густые жидкости: топливо, масла. Не подходят для твердых частиц и агрессивных жидкостей.

Перистальтические насосы

Трубчатые насосы. Поршневые для химической, пищевой, водоочистной промышленности. Стабильный расход для дозирования и смешивания. Перекачивают разные жидкости: зубную пасту, химикаты.

Лобовые насосы

Надежность, коррозионная стойкость, высокий КПД, гигиеничность. Перекачивают высоковязкие жидкости и твердые частицы без разрушения. Работа похожа на шестеренные, но лобы не контактируют. Превосходные камеры для суспензий. Из высокополированной нержавейки.

Поршневой насос

Орошение, высокое надежное давление, системы доставки шоколада, выпечки, красок.

Как работает насос

Из описания типов очевидно, что работа различается. Базовый принцип: использование механических сил для продвижения материала — физическим подъемом или силой сжатия.

Заключение

Насосы — механические устройства, описанные Архимедом. Для перекачки жидкостей или газов. Могут работать от множества источников энергии. В статье: определение, применение, классификация, типы насосов и принцип работы (видео).