Насосное оборудование

 

Предшественники современных гидравлических машин появились в глубокой древности. Освоение плодородных земель, уровень которых выше уровня воды ближайших водоемов, а так же необходимость водообеспечения поселений потребовали создания водоподъемных средств.

 

Древнейший известный нам механизм – водоподъемное колесо – поднимал 8-10 м3 воды в час на высоту3-4 метра. В 1700 г. до н.э. в Каире для подъема воды из колодца глубиной 90 м использовали т.н. цепной насос (бесконечная цепь с прикрепленными ковшами). Архимедов винт стали применять для орошения полей за 1000 лет до н.э. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращался в полуоткрытом лотке и обеспечивал подъем воды на высоту до 5 м.

 

Первым насосом был поршневой. Изобретателем его считают древнегреческого механика Ктезибия (II-I в. до н.э.). Описан насос был Героном Александрийским в I в. до н.э. в его труде «Пневматика». Насос был изготовлен из бронзы. Имел все основные элементы современного насоса (плунжер, цилиндры, клапаны, эксцентриковый привод плунжеров) и предназначался для тушения пожаров.

 

Постепенно в процессе трудовой деятельности люди накапливали знания о закономерностях движения жидкости и газов. Это нашло отражение в трудах древнегреческого философа Аристотеля (384-322 до н.э.). Некоторые законы гидравлики были сформулированы величайшим механиком Древней Греции Архимедом (277-212 до н.э.).

 

Отсутствие приводного двигателя тормозило развитие гидравлических машин. Поэтому на протяжении почти 2000 лет водоподъемное оборудование практически не изменилось. Только благодаря разделению труда и развитию мануфактуры в 16-18 вв. были созданы условия для широкого использования водяного колеса, а затем паровой машины в качестве двигателей. Эти же условия вызвали появление гидравлических машин. В 1588 г. французский инженер А. Раммели в своем сочинении «Различные искусные машины» описал четыре разновидности вращательных насосов. Среди них прототип шестеренного насоса и довольно точное описание пластинчатого насоса однократного действия. Идея использования центробежной силы для подачи жидкости возникла в 15 в. у Леонардо да Винчи. В 1689 г. французский физик Д. Папен (1647-1714) изобрел центробежный насос для откачки грунтовых вод. В начале насос имел двухлопастное колесо и кольцевой кожух постоянного сечения. Позднее Папен усовершенствовал свой насос: применил многолопастное колесо и спиральный кожух. Однако при отсутствии мощных и быстроходных двигателей использование роторного и центробежного насосов оказалось неэффективным. Эти насосы на протяжении долгого времени не могли конкурировать с поршневыми насосами и уступали последним во всех отношениях.

 

В России уже в 14-15 вв. было множество водяных мельниц. В 16-17 вв. водяные колеса использовались на заводах. Так, на семи тульских заводах в 1690 г. 30 водяных колес приводили в движения мехи, молоты, сверлильные устройства и т. д. На Екатеринбургском заводе в начале 18 в. Имелось более 50 колес. В России широкому внедрению насосов способствовал выдающийся русский гидротехник и изобретатель К.Д. Фролов (1726-1800). Работая с 1763 г. на Змеиногорском руднике (Алтай), он создал систему заводских гидросиловых установок для привода рудоподъемных машин и поршневых насосов, использовавшихся при водоотливе из шахт и промывке россыпей.

 

Важнейшим достижением в области создания теории насосов ознаменовался 18 в. В 1738 г. действительный член Российской академии наук Д. Бернулли в труде «Гидродинамика, или Записи о силах движения жидкости», дал свое знаменитое уравнение, которое и сегодня служит теоретической основой для решения многих вопросов гидромашиностроения. В 1750 г. академик Л. Эйлер вывел основное уравнение рабочего процесса турбомашин. Однако отсутствие приводящего двигателя затормозило использование этих работ почти на 150 лет.

 

Появление паровых машин в 18 в. обусловлено, прежде всего, необходимостью привода насосов для откачки воды из шахт. Неглубокие выработки к этому времени уже истощились, а основной проблемой было удаление грунтовых вод из глубоких шахт, которые не позволяли вести добычу полезных ископаемых.

В начале 18 в. английский изобретатель Т. Ньюкомен (1663-1729) создал поршневой насос для подъема воды в руднике, применив для его привода паровой цилиндр, необходимая сила на штоке которого создавалась за счет атмосферного давления.

 

В 1763 г. гениальный русский изобретатель И. И. Ползунов (1728-1766) разработал проект универсального парового двигателя непрерывного действия (проект был осуществлен в 1766 г.). Непрерывность его работы достигалась принципиально новым методом – применением двух цилиндров, связанных механизмом с одним валом. Принцип работы двигателя И.И. Ползунова – суммирование на одном валу мощности несколько цилиндров - положен в основу современных многоцилиндровых двигателей.

 

В 1784 г. выдающийся английский изобретатель Д. Уатт (1763-1819) создал универсальную паровую машину с цилиндром двухстороннего действия, в котором применил передачу от штока цилиндра к балансиру в виде параллелограмма.

С развитием паровых машин и с общим технологическим прогрессом в машиностроении тесно связанно совершенствование конструкций поршневых насосов, появление и совершенствование гидравлических двигателей.

В конце 19 в. для перекачки воды и нефти стали применять паровые прямодействующие насосы. У этих насосов поршень гидравлического цилиндра соединен общим штоком с поршнем парового цилиндра. Исчерпывающая теория и метод расчета таких насосов был предложен русским инженером В. Г. Шуховым (1853-1939). Он изложил результаты своих исследований в работе «Насосы прямого действия» В. Г. Шухов разработал конструкцию инерционного поршневого насоса с одним клапаном и гибким шатуном, предназначенного для откачки воды из артезианских скважин. Шатун при опускании остается всегда натянутым вследствие воздействия пружины на поршневую штангу. При этом значительно возросла рабочая скорость перемещения поршня.

 

Что касается центробежных насосов, то на протяжении 18-го столетия был сделан ряд попыток, без достаточного успеха, усовершенствовать центробежные насосы. Что этот вопрос интересовал не только практиков, но и теоретиков, можно заключить из того, что знаменитый математик Эйлер в то время (1754 г.) занимался обоснованием теории центробежных машин. По современным воззрения насосы того времени с трудом можно было назвать центробежными, например, вода могла подниматься только на высоту стенок таких аппаратов. Теория Эйлера продолжала развиваться, в направлении центробежных насосов, и в 1818 г. появился насос, который можно было действительно назвать прототипом по форме современных центробежных насосов. Не смотря на то, что уже в середине 19-го столетия были известны конструкции многоступенчатых центробежных насосов, они все же не могли заменить поршневые насосы в тех случаях, когда требовался подъем воды на боле или менее значительную высоту.

 

Совсем новый период индустриального развития центробежных насосов начинается с 1875 г., когда Осборн Рейнольдс, путем применения специальных устройств (диффузоров), достиг существенного улучшения в их работе. К том времени так же относится появление и развитие высокооборотных электродвигателей и паровых турбин, что послужило не менее мощным толчком к усовершенствованию центробежных насосов и расширению области их применения. Уже первые центробежные турбо и электронасосы были предвестниками начала вытеснения поршневых насосов из ряда промышленных и хозяйственных отраслей. Дальнейшее улучшение качества и экономичности центробежных насосов ускорило этот процесс и явилось следствием более глубокого изучения работы отдельных частей насоса и новых теоретических взглядов. Особенно большие успехи в этом направлении достигнуты были в последних десятилетиях.

 

Развитие данного направление не прекращается, постоянно развиваются отдельные части насоса, гидравлические, механические, электрические, расширяется область применения.

 

опубликовано: 
21.01.2013