Типы насосов и принцип их действия

Содержание:

Водоподъёмное колесо

Винт Архимеда

Поршневой насос

Насосы Альвейера (крыльчатые)

Сильфонный насос

Шиберный насос

Шестерённый насос с наружным зацеплением шестерней

Насос кулачковый

Импеллерный (ламельный) насос

Синусоидальный насос

Шнековый (винтовой) насос

Перистальтический насос

Вихревой насос

Газлифт

Мембранный (диафрагменный) насос

Оседиагональный (шнековый) насос

Центробежный насос

Многосекционный насос

Трёхвинтовой насос

Струйный насос

Гидротаранный насос

Насос – невероятно полезная вещь, позволяющая качать воду из водоёмов для нужд населения, сельского хозяйства, промышленности и т.д. Попытки упростить и механизировать подачу воды предпринимались ещё до нашей эры. Первые документальные упоминания насосов относятся ещё к III веку до н.э. Устройства обладали своими достоинствами, недостатками и существенно облегчали жизнь.

Всё это время наука и техника не стояли на месте и сегодня на рынке можно найти множество насосов, отличающихся не только напором, КПД и другими эксплуатационными характеристиками, но и принципом действия. Специалисты компании «Электросервис» рассказали о разных типах насосов и их отличиях. Благодаря данной статье вы сможете разобраться в тонкостях, уверенно ориентироваться на рынке оборудования и выбирать именно те устройства, которые будут вам максимально полезны.

Водоподъёмное колесо

Не является насосом, зато это один из первых механизмов для забора воды из рек и озёр, известный нам ещё по работам летописцев.

Особенности устройства:

• выполняется в форме колеса, нижняя часть которого располагается в воде, а верхняя – над её поверхностью;
• по окружности закрепляются ёмкости для воды;
• вращение осуществляется благодаря речному течению или за счёт действия внешней силой;
• ёмкости наполняются водой, перемещаются по окружности и достигнув верха сливаются в приёмник.

Для поднятия воды на большую высоту применялись канаты или несколько взаимосвязанных колёс.

Винт Архимеда

Изобретение великого учёного стало настоящим прорывом в III веке до н.э.

Особенности устройства:

• вода подаётся из водоёма по трубе со встроенным внутри винтом;
• винт приводится в действие ветряным колесом или ручной силой;
• за счёт вращения винта вода проталкивается вверх по трубе;
• при отсутствии качественных уплотнителей часть жидкости сливается назад;
• КПД зависит от толщины трубы и высоты подъёма.

Винт Архимеда позволял поднимать большие объёмы воды на небольшую высоту и меньшие – на значительную.

Поршневой насос

Первое устройство подачи воды, являющееся насосом. Было изобретено в 1 веке до н.э. в Древней Греции механиком Ктесибием. Поршневой насос предназначался для тушения пожаров, представлявших в те времена серьёзную опасность.

Принцип работы:

• труба малого диаметра соединяется с источником воды;
• к ней присоединён цилиндр с подвижным поршнем с отверстием;
• поршень приводится в действие за счёт ручки и обеспечивает подачу воды;
• обратный отток воды перекрывается поплавком.

Поршневые насосы применяются и по сей день. Ими оборудуют скважины и колодцы. На производстве поршневой принцип используется для дозирования и подачи воды под высоким давлением. На сегодняшний день существует несколько видов поршневых устройств. В том числе диафрагмовые, плунжерные, (по количеству объединённых в оборудовании насосов выделяют двух-, трёх-, четырёх-, пятиплунжерные), приводные (работающие за счёт двигателя) и т.д.

Насосы Альвейера (крыльчатые)

В середине XIX века на основе поршневых насосов были изобретены крыльчатые.

Особенности механизма:

• перекачивающий воду механизм помещён в чугунный корпус;
• движение жидкости осуществляется за счёт возвратно-поступательных движений крыльчатки;
• на входе и выходе располагаются клапаны, препятствующие обратному ходу воды;
• принцип действия двухходовой (отсутствуют непродуктивные движения).

Основная сфера применения крыльчатых насосов – извлечение воды из скважин, подача топлива или масел. Устройство приводится в действие вращением соединённой с крыльчаткой рукоятки.

Сильфонный насос

Один из простейших по своему устройству насосов. Принцип действия основан на изменении объёма сильфона – ёмкости, которая складывается по типу гармошки.

Устройство:

• сильфон, изготовленный из мягкого пластика или схожего по свойствам материала;
• трубка, соединяющая сильфон с источником жидкости;
• выводная трубка.

Чтобы накачать порцию воды, достаточно сдавить сильфон рукой, а затем позволить ему принять исходное положение. Поступившая жидкость выльется из выводной трубки. Часто применяется для извлечения из ёмкостей химикатов, так как сильфон стоит недорого и может быть заменён после однократного использования.

Шиберный насос

Известен также, как пластинчато-роторный. Относится к самовсасывающим устройствам.

Внутреннее устройство механизма:

• корпус в форме цилиндра;
• внутри расположен ротор с лопатками (обычно их несколько) и смещённой осью;
• радиус действия лопаток постоянно меняется и регулируется упругой пружиной.

Вращение ротора обеспечивает резкое падение давления между лопатками и корпусом в зоне подачи. В результате продукт поступает в ёмкость насоса. Затем происходит нагнетание давления на выходе из цилиндра. Это обеспечивает перемещение жидкостей и газов.

Существует два варианта исполнения шиберного насоса. В первом случае лопатки меняют угол наклона относительно ротора, а во втором они временно перемещаются вовнутрь. Пластинчато-роторный насос преимущественно применяется для перекачки газообразных веществ, а также нефтепродуктов. Может начинать работу при незаполненной системе.

Шестерённый насос с наружным зацеплением шестерней

Принцип действия шестерённых насосов основан на вращении взаимосвязанных шестерёнок с зубчиками.

Особенности устройства:

• полый корпус насоса имеет две ёмкости, одна из которых соединена с отверстием для поступления среды, другая – для вывода;
• шестерёнки вращаются в разные стороны, создавая понижение давления и обеспечивая всасывание жидкости в первой полости;
• далее зубчики проталкивают поступившую среду во вторую полость и направляют её на выход.

КПД шестерённого насоса сравнительно невысок. Оборудование предназначено для работы с умеренным давлением в сети. К преимуществам можно отнести то, что принцип действия механизма позволяет ему перемещать даже те жидкости, которые обладают смазывающим эффектом – технические масла и т.д. При этом обратный ток среды невозможен.

Шестерённый насос с внутренним зацеплением шестерней

Насосы с внутренним закреплением шестерней в чём-то схожи с предыдущим типом, но имеют и существенные отличия. Внутренние более компактны и работают тише, но требуют повышенных затрат на изготовление из-за сравнительной сложности устройства. Относительно других типов насосов шестерёнчатые сложными не считаются.

Особенности конструкции:

• механизм размещается внутри объёмного корпуса;
• перемещение среды обеспечивают 2 шестерни разного размера, со сцепленными зубцами – малая шестерня ходит внутри большой;
• там, где зубцы расходятся, образуется полость для нагнетания жидкости, а в месте, предшествующем схождению – для выталкивания.

Те и другие шестерёнчатые насосы могут быть использованы для точного дозирования перекачиваемых сред.

Насос кулачковый

Кулачковый насос также называют коловратным. Он относится к роторному оборудованию. Одним из главных преимуществ устройства является то, что оно может работать с вязкими неоднородными жидкостями без сбоев, поломок и образования засоров.

Принцип действия:

• продукт перемещается внутри полого корпуса;
• движение среды осуществляется за счёт синхронизированного разнонаправленного движения двух кулачков;
• сцепление и последующее расхождение кулачков обеспечивает изменение давления в пространстве корпуса;
• происходит всасывание жидкости на входе и проталкивание её к выводному отверстию.

Благодаря своей способности работать с различными средами, кулачковые насосы широко используются в различных сферах человеческой деятельности. Также они соответствуют действующим гигиеническим требованиям и используются при изготовлении продуктов питания в больших объёмах.

Импеллерный (ламельный) насос

Импеллерный насос – одна из вариаций роторного механизма. Принципиально отличается тем, что пластины импеллера изготавливаются из мягкого износостойкого пластика, легко деформируются и возвращают прежнюю форму во время перекачивания сред.

Конструктивные особенности:

• корпус представляет из себя круг, усечённый с одной стороны;
• при вращении импеллера возле отверстия входа его пластины расправляются, принимая продукт;
• далее они проталкивают его к выходному отверстию;
• пройдя зону выхода, пластины упираются в усечённую часть круга и сгибаются, блокируя дальнейшее перемещение продукта.

Насосы данного типа ценятся за простоту конструкции, возможность смены направления движения сред, способность перекачки неоднородных продуктов.

Синусоидальный насос

Оборудование данного типа ценится за повышенную способность к всасыванию продукта без изменения его характеристик даже при наличии в нём неоднородных добавок.

Принцип действия:

• главным элементом устройства является изогнутый в форме синусоиды диск;
• он расположен внутри двухкамерной ёмкости, в одну из которых осуществляется подача, а в другую среда поступает под давлением;
• за счёт вращения диска осуществляется забор среды на входе и перемещение её на выход;
• за один оборот насос перекачивает в четыре раза больший объём продукта, чем помещается в его ёмкость.

Размер частиц, которые может переместить насос без повреждения, сильно разнится в зависимости от модели и зависит от объёма полостей. Данную особенность широко используют в пищевой промышленности и в некоторых других сферах производства.

Другими причинами популярности синусного насоса являются простота устройства и обслуживания. Оборудование содержит минимум элементов, которые изнашиваются, повреждаются и могут потребовать замены.

Шнековый (винтовой) насос

Данная разновидность насосного оборудования известна под разными названиями, среди которых шнековые и червячные. Устройства применяются на производстве, в пищевой, косметической, химической промышленности и даже в виноделии. Способны создавать сильный напор на выходе и отличаются хорошей производительностью.

Особенности конструкции:

• имеют вытянутый корпус;
• работают за счёт электрического двигателя;
• вал двигателя вращает редуктор;
• за счёт специальным образом настроенных зубцов редуктор снижает частоту оборотов, одновременно увеличивая крутящий момент;
• далее вращение передаётся на карданный вал и приводит в действие ротор;
• в зависимости от конструкции насос может включать один или несколько последовательно скрепленных между собой винтов.

Таким образом, червячные насосы состоят из двух основных частей. Первая необходима для того, чтобы оборудование работало. Она состоит из двигателя и редуктора. Вторая часть приводится в действие первой и отвечает за тот объём продукта, который может пропустить через себя насос. Она же создаёт необходимое давление.

Винтовые насосы имеют широкий диапазон характеристик. От модели к модели существенно отличаются мощность, объём перекачиваемых жидкостей, вес и габариты самого оборудования. Есть погружные насосы (к примеру, бочковые) и те, которые не имеют внешнего контакта с перекачиваемой средой. Стационарные модели и мобильные – позволяют работать поочерёдно с несколькими ёмкостями.

Одной из интересных функций шнекового насоса является способность дозировать перекачиваемый продукт. На производстве также может быть полезна способность устройства работать в реверсивном движении. Оборудование перекачивает различные среды – жидкие, вязкие, насыщенные газами, – не изменяя при этом их характеристики.

Перистальтический насос

Данный тип насосного оборудования имеет нестандартный принцип действия, из которого проистекают как достоинства, так и недостатки. К минусам можно отнести низкую производительность насоса. К плюсам – способность к точному дозированию продукта и перемещению без перемешивания и каких-либо других изменяющих структуру продукта эффектов.

Принцип действия:

• продукт подаётся в шланг;
• крутящиеся ролики полностью пережимают шланг и вместе с продуктом двигаются по направлению к выводному отверстию;
• когда шланг высвобождается, он сам всасывает следующую порцию продукта.

КПД перистальтического насоса ограничивается толщиной трубки и скоростью вращения роликов.

Вихревой насос

Вихревой насос работает за счёт жёсткого импеллера. Он получил своё название за то, что под действием центробежной силы продукт закручивается, вступает в вихревое движение. Особенности оборудования в том, что оно способно перекачивать жидкости и газы с большой производительностью, усиливает напор, но не создаёт при этом высокого разряжения среды на входе и не пульсирует.

Особенности конструкции:

• продукт перемещается силой, за счёт вращения металлического импеллера;
• импеллер всасывает среду на входе и транспортирует к выходу;
• рабочее колесо крепится непосредственно к валу электродвигателя.

Конструкция вихревого насоса проста, отсутствуют валы, редукторы, трущиеся детали. Износу подвергаются только подшипники. Это делает устройство экономичным и долговечным, простым в установке и обслуживании. Вихревой насос может использоваться для работы с агрессивными средами. На сегодняшний день существует множество различных модификаций вихревого насоса, в том числе, с повышенной герметичностью для работы с газообразными средами, аэрации жидкостей. Некоторые модели предназначены для сыпучих веществ.

Газлифт

Газлифт принципиально отличается от других видов насосов. Он не перекачивает жидкость, а поднимает её вверх за счёт насыщения различными газами (в зависимости от вида установки).

Особенности оборудования:

• трубопровод, по которому поднимается жидкость, погружается в неё;
• на некотором расстоянии от входа в трубопровод по отдельному каналу подаётся воздух (эрлифт), природный газ или углеводород (газлифт);
• продукт насыщается пузырьками до состояния эмульсии и устремляется вверх;
• по мере освобождения трубы от эмульсии в неё естественным путём всасываются новые порции продукта;
• для подачи газа устанавливается компрессор, в некоторых случаях поступление газа обеспечивается другими способами.

Данная особенность позволяет газлифту выкачивать продукт даже с большой глубины – в таких условиях большинство насосов не эффективны. В частности, газлифты применяются для добычи нефти из скважин.

Мембранный (диафрагменный) насос

Мембранный насос циклично изменяет объём рабочей полости. Правильное направление тока продукта обеспечивается за счёт системы клапанов на пути следования среды.

Принцип действия мембранного насоса:

• мембрана приводится в движение приводом;
• она выгибается в сторону от рабочей камеры или заходит внутрь неё, что циклично увеличивает и уменьшает объём полости;
• при увеличении рабочего пространства давление понижается и продукт закачивается в полость;
• при уменьшении он выталкивается из насоса.

Существуют двухмембранные насосы, когда две диафрагмы соединены между собой и работают синхронно – одна на приёме продукта, другая на выталкивании. Клапаны также работают синхронно.

Мембранные насосы выпускаются с разными типами приводов. Распространены электромагнитный, пневматический, электромеханический. От привода зависит производительность оборудования. Мембранные насосы могут работать с химическими веществами и жидкостями с включением твёрдых частиц.

Оседиагональный (шнековый) насос

К преимуществам шнекового насоса можно отнести высокую всасываемость (до 8 метров) при заполненной системе.

Особенности конструкции:

• рабочим элементом является шнековое колесо с винтом с постоянным или переменным шагом лопастей;
• продукт захватывается винтом и перемещается по каналам, образованным лопастями и корпусом насоса;
• скорость вращен6ия шнека позволяет регулировать производительность, давление при этом остаётся прежним.

Оседиагональный насос может работать с жидкостями с различной степенью вязкости и твёрдыми включениями.

Центробежный насос

Центробежные насосы успешно применяются как в быту, так и на производстве. Они способны перекачивать жидкости из скважин, трубопроводов и направлять их под давлением в выходное отверстие.

Принцип действия:

• основным элементом является колесо с расходящимися от центра лопастями;
• вода подаётся в центр полости и при вращении колеса с усилием вытесняется на периферию, где её принимает напорный патрубок;
• в центре создаётся область низкого давления, которая всасывает новые порции продукта;
• большинство моделей центробежных насосов работают за счёт электродвигателей.

Существуют различные модификации центробежных насосов. Они бывают одно- и многоступенчатыми, это зависит от количества рабочих колёс. В зависимости от назначения есть оборудование с горизонтальным и вертикальным расположением, предназначенное для высокого и низкого давления. Чаще всего применяются для целей водоснабжения и водоотведения.

Многосекционный насос

Является усложнённой разновидностью предыдущего типа насосного оборудования.

Отличительные особенности:

• перекачивание жидкости осуществляется одновременно несколькими колёсами;
• они располагаются последовательно, каждое в своей секции;
• давление, создаваемое насосом, постепенно нарастает от секции всасывания продукта к месту его выдачи.

Благодаря своему многосекционному устройству оборудование обладает высоким КПД и позволяет получить на выходе большой напор воды. Может работать на скважинах.

Трёхвинтовой насос

Трёхвинтовой насос устроен по принципу, схожему с другими типами оборудования, перекачивающими продукты за счёт поворота винта.

Отличается:

• относительной сложностью устройства;
• высокой производительностью;
• возможностью вертикального и горизонтального размещения.

Трёхвинтовой насос способен создавать высокое давление и чаще всего применяется для работы с вязкими однородными продуктами, нефтью и другими видами топлива.

Струйный насос

Данное устройство стоит особняком от других видов насосного оборудования. В частности, оно не имеет движущихся элементов и работает за счёт кинетической энергии подаваемой в систему воды или пара.

Особенности конструкции:

• жидкость или воздух подаются в насос под напором;
• проходное отверстие постепенно сужается к выходу, принуждая воду или пар ускорять своё движение;
• продукт поступает в промежуточную камеру с пониженным давлением, захватывается потоками рабочей среды и выводится из сопла под давлением.

Производительность такого насоса достаточно низкая, а для работы требуется организация подачи воды или пара. Эти недостатки компенсируются простотой и надёжностью устройства. Популярность струйных насосов определяется и тем, что они способны работать с разнообразными продуктами, от агрессивных жидкостей до сыпучих веществ.

Гидротаранный насос

Гидротаранный насос уникален тем, что работает за счёт собственных конструктивных особенностей – без электроэнергии и применения вспомогательных сред.

Принцип действия:

• вода к насосу подводится естественным ходом по наклонной трубке или из приподнятой относительно оборудования ёмкости;
• напорный клапан останавливает движение жидкости, создавая резкий скачок (удар) давления;
• когда клапан открывается, вода собственным усилием выталкивается на выход;
• цикл повторяется необходимое количество раз.

Современные устройства могут выпускаться в более сложной конструкции. К примеру, с воздушным колпаком, предназначенным для повышения КПД насоса. Оборудование, в основном, применяется для обеспечения тока продукта вверх по трубопроводу. Используется в сельском хозяйстве для полива, ранее устройство широко использовалось при тушении пожаров.

Другие статьи