НАСОСЫ

НАСОСЫ, машины для подъёма и перекачки жидкостей посредством всасывания и нагнетания. В с. х-ве насосы применяют при водоснабжении, орошении, осушении (см.), а также для перекачки молока, нефтепродуктов (горючих и смазочных), навозной жижи и др. жидкостей. Рабочий процесс в Н. разбивается на 2 последовательно или одновременно совершаемые операции - всасывание и нагнетание. Обе операции производятся в рабочей камере Н. посредством спец. рабочего органа (поршня, колеса, крыла и т. п.). В зависимости от конструкции рабочего органа и его действия различают 3 основных типа Н.: поршневые, центробежные и ротационные.

Поршневые насосы (рис. 1). Рабочая камера поршневого Н. представляет цилиндр, в к-ром вперёд и назад движется поршень. На поверхности поршня имеется уплотнение 0 (рис. 1, а) или уплотняется место входа поршня в камеру (рис. 1, б). Поршень 2-го типа называется плунжером. С полостью рабочей камеры соединяются всасывающая и нагнетательная трубы. Входное и выходное отверстия закрыты клапанами, причём всасывающий клапан открывается внутрь камеры, а нагнетательный наружу. Поршень совершает возвратно-поступательное движение посредством кривошипно-шатунного механизма. При ходе поршня вправо объём рабочей камеры увеличивается без доступа воздуха; давление в камере становится ниже атмосферного, вследствие чего жидкость проникает во всасывающую трубу, а затем в рабочую камеру. При ходе поршня влево всосанная в камеру жидкость выталкивается поршнем через нагнетательный клапан в нагнетательную трубу. Н., действующие по описанной схеме, называются Н. простого действия. Их недостаток заключается в неравномерной нагрузке на двигатель, вследствие чего они применяются, гл. обр., с ручным приводом. Распространённый в сельских местностях колодезный насос с коромыслом (см. Колодец) представляет собой разновидность Н. простого действия. При ходе поршня вниз, когда коромысло поднимается, нет ни всасывания, ни нагнетания (холостой ход), а происходит только переливание жидкости из пространства под поршнем в пространство над поршнем, через осевой канал в поршне (нагнетательный клапан открыт); при ходе вверх поршень поднимает столб жидкости, находящейся над ним, и в то же время создаёт в нижней камере разрежение (в этот период нагнетательный клапан закрыт); происходит как всасывание, так и нагнетание. Особенность этих Н. заключается в том, что нагнетательный клапан помещён на поршне.

Рис. 1. Схема поршневого насоса: а - с дисковым поршнем, б - с плунжером: 1 - всасывающая труба; 2 - нагнетательная труба; 3 - всасывающий клапан; 4 - нагнетательный клапан; 5 - цилиндр; 6 - поршень; 7 - шток; 8 - ползун; 9 - шатун; 10 - кривошип; 11 - уплотнение

Рис. 2. Ручной насос РН-100: 1 - цилиндр; 2 - камера; 3 - поршень; 4 - всасывающие клапаны; 5 - нагнетательные клапаны; 6 - воздушный колпак

Н. двойного действия РН-100 (рис. 2) и НПП-3¹/₂ (рис. 3) имеют две рабочие камеры. В то время как в камеру (цилиндр)1 жидкость всасывается, из камеры 2 она нагнетается. Оба Н. применяют для подъёма воды из шахтных колодцев. Н. снабжены воздушным колпаком б, т. е. закрытым сосудом с воздухом, выравнивающим движение воды в нагнетательной трубе и нагрузку на двигатель.

Подъём воды из буровых колодцев производят штанговыми насосами (рис. 4), где для загрузки нижнего хода поршня 3 применён второй поршень 5, расположенный на штоке при входе в нагнетательную трубу. Второй поршень производит нагнетание при ходе штока вниз. Н. этого типа изготовляет Новосибирский завод буровой техники с диам. цилиндров до 8".

Высота всасывания воды поршневым Н. не превышает 6 м. Она тем меньше, чем длиннее всасывающая труба и выше темп-pa жидкости. Высота нагнетания зависит от усилия, передаваемого штоком на поршень, и от конструкции насоса. Производительность поршневого Н. определяется размерами рабочей камеры и числом ходов поршня по формуле

где F - площадь поршня (в дм²); S - ход поршня (в дм); n - число двойных ходов поршня в 1 мин.; i - кратность действия насоса (у Н. простого действия i = 1; двойного действия i = 2 и т. д.); т)η₀ - объёмный к. п. д., т. е. отношение объёма жидкости, подаваемого в нагнетательную трубу, к объёму рабочей камеры. Значение η₀ - от 0,8 до 0,98. Нормальное число оборотов в минуту на кривошипном валу обычно принимается от 20 до 60. Поршневые Н. работают экономично (с высоким к. п. д.) даже при таких неблагоприятных условиях, как малая подача при большой высоте подъёма. Полный к. п. д. у поршневых Н., т. е. отношение полезной мощности к мощности на валу, равен 0,7 - 0,9, в зависимости от размеров Н., совершенства его конструкции и исполнения. Мощность на валу Н. определяется по формуле

где Q - производительность насоса (в л/сек); γ - вес 1 л жидкости (в кг); Н - полная высота подачи насоса (в м); η - к. п. д. насоса.

Рис. 3. Приводной насос НПП-3¹/₂: 1 - цилиндр; 2 - камера; 3 - поршень; 4 - всасывающие клапаны; 5 - нагнетательные клапаны; 6 - воздушный колпак

Рис. 4. Штанговый насос для буровых колодцев: 1 - цилиндр; 2 - всасывающий клапан; 3 - поршень с осевым клапаном; 4 - штанга; 5 - второй поршень (плунжер)

Полная или манометрическая высота подачи складывается из геодезической высоты и высоты, соответствующей теряемому напору при движении жидкости во всасывающей и нагнетательной трубах. Геодезическая высота определяется непосредственным измерением высоты уровня в приёмном баке над уровнем в источнике, откуда всасывается жидкость; теряемый напор вычисляется по спец. формулам. Изготовляют не только вертикальные поршневые Н., но и горизонтальные двойного действия, к-рые применяют для подачи воды из поверхностных источников.

К типу поршневых относят крыльчатые Н. (рис. 5). Поршень выполнен в виде крыла, к-рое приводится в качательное движение рукояткой, посаженной на одну ось с крылом. Два нагнетательных клапана расположены на крыле, а два всасывающих - на неподвижной перегородке в корпусе. Насос устроен по принципу Н. двойного действия, применяется для подъёма воды, перекачки горючих и смазочных. Поршневые Н. работают хорошо и долговечны, но требуют тщательного ухода. Необходимо наблюдать за уплотнениями, клапанами и смазкой. Масло д. б. чистым; раз в месяц трущиеся части следует промывать керосином и смазку возобновлять. В воздушных колпаках необходимо поддерживать нормальный запас воздуха. При нормальной работе не д. б. слышно шумов и стуков. После 500 - 1000 час. работы следует произвести текущий осмотр и при необходимости - ремонт и смену клапанов, сальниковой набивки, поршневых колец.

Рис. 5. Крьльчатый насос: 1 и 2 - всасывающий и нагнетательный патрубки; 3 и 4 - всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 - крыло

Центробежные насосы (рис. 6). Простейший центробежный одноступенчатый Н. состоит из улиткообразного корпуса 1 и вращающегося в нём колеса 2. Колесо имеет внутренние каналы, проходящие от центра к внешней окружности. Жидкость притекает к колесу по всасывающей трубе 3, далее проходит по внутренним каналам колеса, выбрасывается под действием центробежной силы в окружающий колесо отливной канал и по нему отводится в нагнетательную трубу 4. При вращении колеса устанавливается внутри Н. непрерывный ток жидкости, причём у центра колеса всё время поддерживается вакуум, а в корпусе создаётся повышенное давление, тем большее, чем быстрее вращается колесо. Перед пуском в ход Н. должен быть залит перекачиваемой жидкостью; без этого колесо не создаст нужного вакуума. В с. х-ве центробежные насосы находят широкое применение при оборудовании водопроводных и мелиоративных насосных станций (см. Насосные станции). Они применяются также при перекачке загрязнённых и вязких жидкостей - фекалий, глинистых растворов, нефти, мазута, масел, патоки, молока и пр.

Центробежные Н. различают по конструкции колеса. Колёса высоконапорных Н. делают с длинными радиальными каналами; колёса низконапорных, но высокопроизводительных Н. - с короткими наклонными (полуосевые Н.) или с осевыми (пропеллерные Н.) каналами. Если при малом расходе воды требуется получить высокий напор, то Н. делают многоступенчатыми. В этих Н. поток воды последовательно проходит через неск. колёс, посаженных на общем валу. На рис. 7 показан разрез трёхступенчатого центробежного Н. Корпус Н. состоит из отдельных секций. Рабочее колесо каждой ступени окружено направляющим аппаратом 4; пройдя направляющий аппарат, вода поступает в каналы 5, по к-рым подводится к центру след. колеса. В каждом колесе поток получает приращение напора.

Рис. 6. Схема центробежного насоса

Рис. 7. Трёхступенчатый центробежный насос: 1 и 2 - всасывающий и нагнетательный патрубки; 3 - рабочие колёса; 4 - направляющие аппараты; 5 - подводящие каналы; 6 - отводной канал; 7 - сальники

Для с. х-ва представляют интерес след. марки центробежных насосов. Центробежные одноколёсные Н. типа К и НД, многоступенчатые Н. типа НМГ, артезианские центробежные Н. марки НА, предназначенные для установки в буровых колодцах (рис. 8), самовсасывающие Н. типа ЛК и пропеллерные насосы. Колесо пропеллерного насоса по своей форме напоминает гребной винт. Жидкость через такое колесо проходит в направлении оси его вала без поворотов в сторону. Это позволяет строить пропеллерные Н. с большой производительностью. Они находят в с. х-ве применение на крупных мелиоративных станциях. Пропеллерные насосы относятся к низконапорным. В производстве имеется вертикальный пропеллерный насос марки ВП-60 производительностью 3400 м³/час при напоре 6,6 м. Насосом типа ЛК в непосредственном соединении с электродвигателем укомплектована безбашенная автоматическая электроводокачка.

Центробежные Н. просты по конструкции, надёжны и удобны в эксплуатации. В соединении с быстроходными двигателями (напр., электродвигателем) они образуют лёгкий и занимающий мало места агрегат. Центробежные Н. чаще, чем другие Н., применяют для перекачки загрязнённых и вязких жидкостей. Производительность водяного центробежного Н. ориентировочно м. б. определена по диам. нагнетательного патрубка

где d - диам. патрубка (в дм); к'= 13-18 для насосов с патрубком до 100 мм и к'=20-25 для насосов с патрубком больше чем 100 мм. Напор центробежного Н. зависит от диам. колеса и числа оборотов.

где n - число оборотов в 1 мин.; D - диам. колеса (в м); к" - 0,00010 до 0,00015. Максимальная геометрическая выс. всасывания составляет для воды нормальной темп-ры (10 - 15°) величину порядка 5 м. Предельное значение вакуумметрической высоты всасывания указывается заводом-изготовителем для каждого насоса. При определении по приведённой формуле полного напора многоступенчатого насоса полученное значение Н надо ещё помножить на число ступеней. Мощность на валу центробежного Н. определяется по формуле, приведённой выше для мощности на валу поршневого насоса. Коэффициент полезного действия центробежного Н. несколько ниже, чем для поршневого, и в зависимости от состояния Н., размеров и качества исполнения достигает значения 0,65 - 0,80.

Рис. 8. Вертикальный центробежный насос для бурового колодца: 1 - насос; 2 - всасывающая труба; 3 - напорная труба; 4 - корпус; 5 - опорное кольцо; 6 - электродвигатель

Основными техническими данными, характеризующими центробежный Н., являются производительность Q, полный напор II, мощность N, к. п. д. η, число оборотов n и высота всасывания Н_вс Номинальные значения этих величин, относящиеся к режиму работы с наибольшим значением к. п. д., приводятся в каталоге насосов. Насосы могут работать и при режимах, отклоняющихся от номинального. На этот случай завод снабжает Н. характеристиками, определяющими взаимную зависимость между перечисленными выше величинами. Основными являются HQ; ηQ; NQ характеристики. Это - кривые, показывающие, как изменяются Н, η и N. в зависимости от изменения Q при постоянном числе оборотов.

Уход за центробежным Н., при условии правильной установки, ограничивается периодически повторяющейся разборкой для чистки, промывкой подшипников керосином, смазкой их и наблюдением за сальником. Регулирование подачи можно производить изменением числа оборотов или задвижкой, установленной на напорной трубе. Прикрывание задвижки уменьшает подачу, открывание увеличивает её.

Ротационные насосы. Рабочий орган ротационных Н., как и у центробежных, находится во вращательном движении, но по принципу действия они ближе к поршневым. Наиболее распространён насос этой группы шестерёнчатый (рис. 9). При вращении одной из шестерён вторая вращается в обратном направлении. В той части камеры, где шестерни выходят из зацепления, образуется вакуум; с противоположной стороны, где шестерни входят в зацепление, происходит нагнетание. Шестерёнчатый Н. даёт высокий напор (пожарная мотопомпа), но плохо перекачивает загрязнённые жидкости; их применяют в качестве масляных Н. (гидравлический привод, централизованная смазка).

А. Лаврентьев

Рис. 9. Шестерёнчатый ротационный насос

Литература: Горшков А., Насосы, М.-Л., 1947; Знаменский Г., Насосы и компрессоры, Киев - Львов, 1948; Справочник по механизации животноводства [Отв. ред. В. С. Краснов.], 2 изд., М., 1953.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 3 (Л - П)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1953, с. 613