Насосы используются во всем обществе для самых разных целей. Раннее применение включает использование ветряной или водяной мельницы для перекачки воды. Сегодня насос используется для орошения, водоснабжения, подачи бензина, систем кондиционирования воздуха, охлаждения (обычно называемого компрессором), перемещения химических веществ, перемещения сточных вод, борьбы с наводнениями, морские услуги и т.д.
Благодаря широкому спектру применений насосы имеют множество форм и размеров: от очень больших до очень маленьких, от перекачки газа до перекачки жидкости, от высокого давления до низкого давления и от большого объема до малого объема.
Насос — это устройство, используемое для перемещения жидкостей, газов или суспензии.
Устройство вытесняет объем с помощью физического или механического воздействия.
Типы насосов
Делятся на типы:
- динамические использующие силу инерции
- объемные использующие силу давления.
Объемные насосы
Объемный насос заставляет жидкость двигаться, захватывая ее фиксированное количество, а затем вытесняя этот захваченный объем в выпускную трубу.
Объемный насос имеет расширяющуюся полость на всасывающей стороне и уменьшающейся полостью на стороне нагнетания. Жидкость поступает в насос, когда полость на стороне всасывания расширяется, и жидкость вытекает из нагнетательного отверстия, когда полость сжимается. Количество постоянно при каждом цикле работы.
Объемный насос может быть дополнительно классифицирован в соответствии с механизмом, используемым для перемещения жидкости:
- Объемные роторные насосы перемещают жидкость, используя принципы вращения. Вакуум, создаваемый вращением насоса, захватывает и всасывает жидкость. Роторные насосы очень эффективны, поскольку они естественным образом удаляют воздух из трубопроводов, устраняя необходимость отвода воздуха из трубопроводов вручную.
Объемные роторные насосы также имеют свои недостатки. Из-за особенностей насоса зазор между вращающимся насосом и внешним краем должен быть очень близким, что требует, чтобы насосы вращались со скоростью медленно. Если роторные насосы работают на высоких скоростях, жидкости вызовут увеличение зазора. У роторных насосов у которых появляется увеличенный зазор снижается эффективность.
Объемные роторные насосы можно разделить на три основных типа.
Шестеренчатые
Шестеренчатые представляют собой простейший тип роторных, состоящий из двух шестерен, расположенных бок о бок со сцепленными зубьями. Шестеренки отворачиваются друг от друга, создавая толкая жидкость между зубьями шестерен и внешним корпусом, в конечном итоге высвобождая жидкость на стороне нагнетания насоса, когда зубья сцепляются и снова вращаются. Множество мелких зубьев поддерживают постоянный поток жидкости, в то время как меньшее количество более крупных зубьев создает тенденцию для насоса выпускать жидкости короткими пульсирующими потоками.
При этом используются две зацепленные шестерни, вращающиеся в плотно подогнанном корпусе. Жидкость прокачивается по внешней периферии, попадая в промежутки между зубами. Он не перемещается назад по зацепленной части, так как зубья плотно зацепляются в центре.
Широко используется на масляных насосах автомобильных двигателей. он также используется в различных гидравлических силовых агрегатах.
Винтовые
Винтовые насосы представляют собой более сложный тип роторных насосов, оснащенных двумя или тремя винтами с противоположной резьбой, то есть один винт вращается по часовой стрелке, а другой против часовой стрелки. Каждый винт установлен на валах, которые проходят параллельно друг другу; на валах также есть шестерни, которые сцепляются друг с другом, чтобы поворачивать валы вместе и удерживать все на месте. Поворот винтов и, следовательно, валов, на которых они установлены, вытягивает жидкость через насос. Как и в случае с другими типами роторных насосов, зазор между движущимися частями и корпусом насоса должен быть минимален.
Насосы с подвижными лопастями представляют собой третий тип роторных насосов, состоящий из цилиндрического ротора, заключенного в корпус аналогичной формы.
Когда ротор вращается, лопасти улавливают жидкость между ротором и корпусом, протягивая жидкость через устройство.
Поршневые насосы
Типичными поршневыми насосами являются
- плунжерные насосы
- мембранные насосы
Плунжерный насос состоит из цилиндра с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. Всасывающий и нагнетательный клапаны монтируются в головке цилиндра. Во время такта всасывания плунжер втягивается, и всасывающие клапаны открываются, вызывая всасывание жидкости в цилиндр. При прямом ходе плунжер выталкивает жидкость из выпускного клапана.
При использовании только одного цилиндра расход жидкости варьируется между максимальным расходом, когда плунжер перемещается через средние положения, и нулевым расходом, когда плунжер находится в конечных положениях. При ускорении жидкости в системе трубопроводов теряется много энергии. Вибрация и «гидравлический удар» могут стать серьезной проблемой. В общем, проблемы компенсируются за счет использования двух или более цилиндров, не работающих в фазе друг с другом.
В мембранных насосах плунжер нагнетает гидравлическое масло, которое используется для изгиба мембраны в насосном цилиндре. Мембранные клапаны используются для перекачки опасных и токсичных жидкостей.
Примером поршневого вытесняющего насоса является обычный ручной мыльный насос.
Поршневые насосы — это насосы, которые заставляют жидкость двигаться с помощью одного или нескольких колеблющихся поршней, плунжеров или мембран (диафрагм).
Для насосов поршневого типа требуется система всасывающих и нагнетательных клапанов, обеспечивающая движение жидкости в положительном направлении. Насосы этой категории варьируются от «симплексных» с одним цилиндром до, в некоторых случаях, «четырехцилиндровых» с четырьмя или более цилиндрами. Большинство насосов поршневого типа являются «дуплексными» (двумя) или «триплексными» (тремя) цилиндрами. Кроме того, они могут быть либо с независимыми ходами всасывания и нагнетания «одинарного действия», либо со всасыванием и нагнетанием «двойного действия» в обоих направлениях.
Насосы могут приводиться в действие воздухом, паром или через ременную передачу от двигателя. Этот тип насоса широко использовался в первые дни паровой тяги (19 век) в качестве насосов питательной воды для котлов.
Поршневые насосы в настоящее время обычно используются для перекачки высоковязких жидкостей, включая бетон и тяжелые масла, а также для специальных применений, требующих низких скоростей потока при высоком сопротивлении.
Насосы с двойной мембраной, работающие на сжатом воздухе Одним из современных применений объемных мембранных насосов является двухмембранные насосы, работающие на сжатом воздухе. Работающие на сжатом воздухе, эти насосы являются искробезопасными.
Гидравлические насосы
Гидротаранный — это водяной насос, работающий на гидроэнергетике.
Он функционирует как гидравлический трансформатор, который забирает воду при одном «гидравлическом напоре» (давлении) и расходе и выводит воду при более высоком гидравлическом напоре и более низком расходе. Устройство использует эффект гидравлического удара для создания давления, которое позволяет поднимать часть подаваемой воды, приводящей в действие насос, до точки выше того места, где вода первоначально начиналась.
Гидравлический таран иногда используется в отдаленных районах, где есть как источник гидроэнергии с низким напором, так и потребность в перекачке воды в пункт назначения, расположенный выше по высоте, чем источник. В этой ситуации гидротаран часто бывает полезен, так как он не требует никакого внешнего источника энергии, кроме кинетической энергии текущей воды.
Центробежный насос
Центробежный насос использует вращающееся «рабочее колесо» который имеет стреловидные рычаги. В таких устройствах кинетическая энергия добавляется к жидкости за счет увеличения скорости потока.
Это увеличение энергии преобразуется в увеличение потенциальной энергии (давления), когда скорость уменьшается до или во время потока и выходит из насоса в выпускную трубу. Это преобразование кинетической энергии в давление может быть объяснено Первым законом
термодинамики или, более конкретно, принципом Бернулли.
Динамические насосы
Одним из практических различий между динамическими и объемными насосами является их способность работать в условиях закрытого клапана.
Объемные насосы физически вытесняют жидкость; следовательно, закрытие клапана после объемного насоса приведет к постоянному повышению давления, что приведет к механическому повреждению трубопровода или насоса.
Динамические насосы отличаются тем, что они могут безопасно эксплуатироваться в условиях закрытого клапана.
Центробежный насос
Центробежный насос — это ротодинамический насос, который использует вращающееся рабочее колесо для увеличения давления и расхода жидкости. Центробежные насосы являются наиболее распространенным типом используемым для перемещения жидкостей по системе трубопроводов. Жидкость поступает в рабочее колесо насоса вдоль или вблизи оси вращения и ускоряется рабочим колесом, протекая радиально наружу или в осевом направлении в диффузор или спиральную камеру, откуда она выходит в систему трубопроводов ниже по потоку.
Центробежные насосы обычно используются для больших объемов нагнетания через меньшие напоры.
Центробежные насосы чаще всего ассоциируются с типом радиального потока. Однако термин «центробежный насос» может быть использован для описания всех ротодинамических насосов с рабочим колесом, включая радиальные, осевые и смешанные варианты потока.
Насосы с радиальным потоком
Часто их просто называют центробежными насосами. Жидкость поступает вдоль осевой плоскости, ускоряется рабочим колесом и выходит под прямым углом к валу (радиально). Насосы с радиальным потоком работают при более высоких давлениях и меньших скоростях потока, чем насосы с осевым и смешанным потоком.
Насосы с осевым потоком
Насосы с осевым потоком отличаются от насосов с радиальным потоком тем, что жидкость входит и выходит в одном и том же направлении параллельно
вращающемуся валу. Жидкость не ускоряется, а вместо этого «поднимается» под действием рабочего колеса. Их можно сравнить с пропеллером, вращающимся в длинной трубе. Насосы с осевым потоком работают при гораздо более низких давлениях и более высоких скоростях потока, чем насосы с радиальным потоком.
Насосы со смешанным потоком
Насосы со смешанным потоком, как следует из названия, функционируют как компромисс между насосами с радиальным и осевым потоком, жидкость испытывает как радиальное ускорение, так и подъемную силу и выходит из рабочего колеса где-то между 0-90 градусами от осевого направления. Как следствие, насосы со смешанным потоком работают при более высоких давлениях, чем насосы с осевым потоком, обеспечивая при этом более высокую производительность, чем насосы с радиальным потоком. Угол выхода потока определяет характеристику напора-расхода по отношению к радиальному и смешанному потоку.
Эжекторно-струйный насос
При этом используется струя, часто пара, для создания низкого давления. Это низкое давление всасывает жидкость и перемещает ее в область более высокого давления.
Гравитационные насосы
Гравитационные насосы включают в себя сифон и фонтан Герона, которые просто используют нисходящий поток для забора воды из глубоких подземных водоносных горизонтов в высокогорных районах потребителям на более низких высотах. Гидравлический таран также иногда называют гравитационным насосом.
Паровые насосы
Паровые насосы в настоящее время представляют в основном исторический интерес. Они включают в себя насосы любого типа, приводимые в действие паровым двигателем, а также беспоршневые насосы, такие как насос Томаса Савери и паровой насос пульсометра.
Бесклапанные насосы
Бесклапанная перекачка помогает транспортировать жидкость в различных биомедицинских и инженерных системах.
В бесклапанной насосной системе отсутствуют клапаны для регулирования направления потока. Однако эффективность перекачки жидкости в бесклапанной системе не обязательно ниже, чем в системе с клапанами.
Фактически, многие гидродинамические системы в природе и технике в большей или меньшей степени полагаются на бесклапанную перекачку для транспортировки в них рабочих жидкостей.
Например, кровообращение в сердечно-сосудистой системе в некоторой степени поддерживается даже при отказе сердечных клапанов. Между тем, эмбриональное сердце позвоночных начинает перекачивать кровь задолго до развития видимых камер и клапанов.
В области микрожидкостей изготавливаются бесклапанные импедансные насосы, которые особенно подходящие для работы с чувствительными биожидкостями.
