| 11652078 12288 3054 948 1а), в 1899 рус. инж. В. А. Пушечников разработал вертикальный многоступенчатый H. для буровых скважинглуо. до 250 м. Этот H., построенный в Париже на з-де Фарко (насос Фар-ко), предназначался для водоснабжения Москвы, имел подачу 200 м3/ч, кпд до 70%. В России первые центробежные H. начали изготовлять в 1880 на з-де Г. Листа в Москве.
Развитие осевых H. основывалось на опыте аналогичных им гидротурбин. Проектирование и исследование осевых (пропеллерных и поворотно-лопастных) H. относится к кон. 19 - нач. 20 вв. В СССР эти H. разрабатываются начиная с 1932 на з-де "Борец" (под рук. M. Г. Кочнева), во Всесоюзном н.-и. ин-те гидромашиностроения (С. С. Руднев и др.), в харьковском ин-те "Промэнергетика" (Г. Ф. Про-скура и др.), а с 1934 на опытной установке в г. Дмитрове (под рук. И. H. Вознесенского). Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых H. сыграли труды Л. Эйлера, О. Рейнольдса, H. E. Жуковского, С. А. Чаплыгина, К. Пфлайдерера и др. учёных.
Третье направление развития устройств для напорной подачи жидкостей объединяет неск. путей создания и совершенствования H.-аппаратов. Прототипы вытеснителей, согласно свидетельству Герона, изготовлялись уже в Др. Греции (устройства для вытеснения из сосуда воды подогретым воздухом или водяным паром). Первым вытеснителем производств, назначения была предложенная в 1698 англ. инж. T. Севери паровая водоотливная установка. Это устройство можно считать прототипом изобретённого в Германии в 1871 Халлем пульсометра, имевшего 2 камеры и действовавшего автоматически.
Идея использования сжатого воздуха для подачи воды высказывалась в 1707 Папеном и др. инженерами, но практически была применена значительно позже (в 20 в.) - в монжусе и в двухкамерном водоподъёмнике вытеснения для водяных скважин (конструкция инж. В. П. Савотина, СССР). Подача воды под действием давления продуктов сгорания жидкого топлива была осуществлена в Великобритании в 1911 H. Л. Гемфри (см. в ст. Вытеснитель).
Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или др. газа был применён в газлифтах, к-рые были предложены в сер. 19 в., а позднее нашли и практич. применение (с 1897 в России на нефтепромыслах в Баку, с 1901 в США).
С изобретением Монгольфье в 1796 автоматически действующего гидравлич. тарана наметился ещё один путь развития устройств для напорной подачи жидкости, принцип действия к-рых был основан на использовании для подачи воды периодически создаваемых гидравлич. ударов. В дальнейшем были предложены различные конструкции гидравлич. таранов. В СССР нашли распространение установки инж. Д. И. Трембовельского (1927) и др.
Одной из разновидностей H.-аппаратов явился водоструйный насос, к-рый как лабораторный прибор был предложен англ, учёным Д. Томпсоном в 1852 и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый пром. образец струйного аппарата применил инж. Нагель в 1866 (предположительно в Германии) для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные H. в виде водо-водяных эжекторов, паро-водяных инжекторов и MH. др. Основы теории струйных H. были заложены в работах Г. Цейнера и У. Ран-кина во 2-й пол. 19 в. и получили существенное развитие в 30-х гг. 20 в. благодаря исследованиям амер. инж. О'Брайена и Гослина и сов. специалистов Л. Д. Бер-мана, К. К. Баулина, A. H. Ложкина, E. Я. Соколова, H. M. Зингера и др. Позднее предложен гидропневматич. водоподъёмник для скважин (В. П. Сироткин, Я. С. Суреньянц), в конструкции к-рого объединены струйный насос и эрлифт. Одним из направлений развития H.-аппаратов является создание магнитогидро-динамических насосов. Первые такие H. на постоянном токе были предложены Голденом (1907) и Гартманом (1919) и H. на переменном токе - Чаббом (1915). Однако широко их стали применять в СССР и за рубежом только в 50-60-е гг. 20в., гл. обр. в связи с успехами атомной энергетики. T. о., техника подъёма и перемещения вначале только воды, а затем нефти и др. жидкостей в каждую эпоху в основном соответствовала уровню развития производит, сил и производств, отношений.
Основные типы современных насосов. Центробежные H. являются наиболее распространёнными и предназначаются для подачи холодной или горячей (t°>60 0C) воды, вязких или агрессивных жидкостей (кислот и щелочей), сточных вод, смесей воды с грунтом, золой и шлаком, торфом, раздробленным кам. углём и т. п. Их действие основано на передаче кинетич. энергии от вращающегося рабочего колеса (рис. 5) тем частицам жидкости, к-рые находятся между его лопастями. Под влиянием возникающей при этом центробежной силы P частицы подаваемой среды из рабочего колеса перемещаются в корпус H. и далее, а на их место под действием давления воздуха поступают новые частицы, обеспечивая непрерывную работу H.
Рабочие колеса H. могут быть не только с односторонним подводом жидкости (см. рис. 5), но и с двухсторонним, что позволяет почти полностью уравнивать давление жидкости на внешние боковые поверхности колеса. Одной из важных практических характеристик рабочих колёс центробежных и некоторых др. H. является коэффициент быстроходности ns - число оборотов в 1 мин такого рабочего колеса, к-рое геометрически подобно рассматриваемому и при подаче Q = 75 л/сек развивает
Рис. 5. Схема центробежного насоса с односторонним подводом жидкости на рабочее колесо / - отверстие для подвода жидкости, 2 - рабочее колесо; 3 - корпус; 4 - патрубок для отвода жидкости; P - центробежная сила.
напор Н=1м. Классификация рабочих колёс центробежных H. по быстроходности представлена в табл. 1, в к-рой каждый тип колеса характеризуется отношением внеш. диаметра Dвн к диаметру его входного отверстия Dотв.
Табл. 1.- Классификация рабочих колёс центробежных насосов по коэффициенту быстроходности
Тип колеса
ns , об/мин
Dвн/Dотв
Тихоходное
50-80
3-2,5
Нормальной быстроходности
80-150
2
Быстроходное
150-350
1,8-1,4
Значения ns < 50 имеют вихревые H., а область ns = 400-1500 об /мин соответствует осевым, а также диагональным H., занимающим промежуточное положение между центробежными и осевыми H.
Для создания больших напоров применяют многоступенчатые H., в к-рых жидкость проходит последовательно неск. рабочих колёс, получая от каждого из них соответствующую энергию. Важнейшей особенностью центробежных H. является непосредств. зависимость напора, а также мощности, кпд и допустимой высоты всасывания от подачи, к-рая для каждого типа H. выражается соответств. графиками, наз. характеристиками (рис. 6). Кпд центробежного H. при определ. режиме его работы достигает макс, значения, а затем с увеличением подачи снижается. Крупнейшие центробежные H. отечеств, произ-ва могут обеспечить подачу воды до 65 000 м3/ч при напоре 18,5 м, потребляя мощность 7,5 Mem, макс, кпд равен 88-92%. В США для насосной станции Гранд-Кули создан вертикальный одноступенчатый центробежный H. с подачей 138 000 м3/ч и напором 95 м при мощности 48 Mem.
Рис. 6. Характеристики центробежного насоса марки 10D-6 (10 - диаметр входного отверстия в мм/25, т. е. равный 250 мм, D - рабочее колесо с двухсторонним всасыванием жидкости, 6 = 0,lns, т. е. ns = 60 об/мин - колесо тихоходное); цлоа _ допустимая вакуумметри-ческая высота всасывания; НВак - напор; О - подача; N - мощность; - кпд; n - число оборотов рабочего колеса в 1 мин.
Осевые H. предназначаются гл. обр. для подачи больших объёмов жидкостей. Их работа обусловлена передачей той энергии, к-рую получает жидкость при силовом воздействии на неё лобовой поверхности вращающихся лопастей рабочего колеса (рис. 7). Частицы подаваемой жидкости при этом имеют криволинейные траектории, но, пройдя через выправляющий аппарат, начинают перемещаться от входа в H. до выхода из него, в основном вдоль его оси (откуда и название).
Существуют 2 осн. разновидности осевых H.: жёстко-лопастные с лопастями, закреплёнными неподвижно на втулке рабочего колеса, наз. пропеллерными, и поворотно-лопастные, оборудованные механизмом для изменения угла наклона лопастей. H. обеих разновидностей строят обычно одноступенчатыми, реже двухступенчатыми .
Изменением наклона лопастей рабочего колеса достигается регулирование подачи с поддержанием кпд на высоком уровне в широких пределах. Рабочие колёса осевого H. имеют очень высокий коэфф. быстроходности (ns от 500 до 1500 об/мин). При малых подачах характеристики H - Q и N - Q круто снижаются. Макс, значения H u N соответствуют режиму холостого хода.
Рис. 7. Схема осевого насоса: / - корпус; 2 - выправляющий аппарат; 3 - рабочее колесо; 4 - лопасти.
Крупнейший отечеств, осевой поворотно-лопастной H. рассчитан на Q = (45-н 50) X X 103 м3/ч при H от 13 до 10 м, N = 2 Mem и = 86%. Марка этого H.: ОП2-185, где ОП - осевой поворотно-лопастной, 2 - тип рабочего колеса и 185 - диаметр рабочего колеса (по концам лопастей, в см).
Вихревые H. обладают хорошей способностью самовсасывания, т. е. возможностью начинать действие без предварит, заполнения всасывающей трубы подаваемой средой, если она имеется в корпусе H.
Рис. 8. Вихревой насос закрытого типа: / - корпус; 2 - канал; 3 - рабочее колесо; 4 и о - отверстия для подвода и отвода жидкости; 5 - воздухоотделитель.
Рис. 9. Характеристики вихревого насоса марки 2В-1,6 (2 - диаметры отверстий для входа и выхода жидкости в мм/25, т. е. равные 50 мм, В - вихревой, 1,6 = 0,1n5, т. е. ns=16 об/мин); H - напор; О - подача; N - мощность; - кпд; п - число оборотов рабочего колеса в 1 мин.
Благодаря этому они применяются для подачи легкоиспаряющихся или насыщенных газами капельных жидкостей и в комбинации с центробежными H. Существуют 2 разновидности вихревых H.: закрытого и открытого типа. В вихревом H. закрытого типа (рис. 8) частицы жидкости из ячеек, расположенных по периферии рабочего колеса, под влиянием центробежных сил будут переходить в канал корпуса H. и затем, передав часть своей кинетич. энергии находящейся там среде, возвратятся в др. ячейки. Совершая винтообразное вихревое перемещение, каждая частица за время её нахождения в H. неск. раз побывает в ячейках ротора и получит от него определ. энергию. В результате такого многоступенчатого действия вихревые H. по сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными H. развивают в 3-7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2-3 раза) кпд.
Рис. 10. Схема приводного поршневого насоса одинарного действия; / - рабочая камера; 2 - поршень; 3 - цилиндр; 4 - шток; 5 - крейцкопф; 6 - шатун; 7 - маховик; KH - нагнетательный клапан; KB - всасывающий клапан.
В вихревых H. открытого типа жидкость подводится вблизи вала H., проходит между лопатками рабочего колеса и отводится к выходному отверстию в корпусе из открытого (без перемычки) периферийного канала. В зарубежной лит-ре вихревые H. наз. фрикционными, регенеративными, турбулентными, самовсасывающими и др. Характеристики вихревого насоса показаны на рис. 9.
Поршневые H. отличаются большим разнообразием конструкций и широтой применения. Действие поршневых H. состоит из чередующихся процессов всасывания и нагнетания, к-рые осуществляются в цилиндре H. при соответствующем направлении движения рабочего органа - поршня или плунжера. Эти процессы происходят в одном и том же объёме, но в различные моменты времени. По способу сообщения рабочему органу поступательно-возвратного движения H. разделяют на приводные (обычно с коленчатым валом и шатунным механизмом) и прямодействующие. Чтобы периодически соединять рабочий объём то со стороной всасывания, то со стороной нагнетания, в H. предусмотрены всасывающий и нагнетат. клапаны.
Рис. 11. Характеристики плунжерного прив |
