НАСО́С

Рис. 2. Схема центробежного насоса: 1 – лопастное рабочее колесо; 2 – приводной вал; 3 – напорная камера; 4 – всасывающий патрубок; 5 – напорный патрубок.

Рис. 1. Схема осевого насоса: 1 – рабочее колесо (а – втулка, б – лопасть); 2 – приводной вал; 3 – нижний подшипник; 4 – верхний подшипник; 5 – выправляющий а...

НАСО́С, уст­рой­ст­во (гид­ро­ма­ши­на, ап­па­рат или при­бор) для по­вы­ше­ния энер­гии гл. обр. жид­ко­сти в ре­зуль­та­те со­об­ще­ния ей энер­гии от внеш­не­го ис­точ­ни­ка. Со­об­щён­ная энер­гия обес­пе­чи­ва­ет подъ­ём жид­ко­сти на тре­буе­мую вы­со­ту или её пе­ре­ме­ще­ние на тре­буе­мое рас­стоя­ние, а так­же вы­пол­не­ние не­об­хо­ди­мых тех­но­ло­гич. про­цес­сов. В Н. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся об­мен энер­ги­ей ме­ж­ду дви­жу­щим­ся ра­бо­чим ор­га­ном, по­лу­чаю­щим энер­гию из­вне, и ра­бо­чей сре­дой (жид­ко­стью), ко­то­рой эта энер­гия пе­ре­да­ёт­ся. Наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся два прин­ци­па дей­ст­вия Н. – ди­на­ми­че­ский и объ­ём­ный (см. табл.); ре­же встре­ча­ют­ся Н., ос­но­ван­ные на гра­ви­тац. прин­ци­пе, гид­ро­удар­ные (гид­рав­ли­че­ские та­ра­ны) и маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ские (см. в ст. Элек­тро­маг­нит­ный на­сос). В ди­на­миче­ских Н. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ак­тив­ное си­ло­вое взаи­мо­дей­ст­вие ра­бо­че­го ор­га­на с жид­ко­стью. К ним от­но­сят­ся наи­бо­лее ши­ро­ко при­ме­няю­щие­ся ло­па­ст­ные, а так­же т. н. Н. тре­ния – вих­ре­вые и струй­ные (эжек­то­ры). Ра­бо­чим ор­га­ном ло­па­ст­ных Н. яв­ля­ют­ся вра­щаю­щие­ся с дос­та­точ­но боль­шой час­то­той ло­паст­ные ра­бо­чие ко­лё­са. Ло­па­ст­ные Н. под­раз­де­ля­ют­ся на осе­вые (рис. 1), диа­го­наль­ные и цен­тро­беж­ные (рис. 2) в со­от­вет­ст­вии с на­прав­ле­ни­ем дви­же­ния жид­ко­сти в пре­де­лах ло­па­ст­ной ре­шёт­ки ра­бо­че­го ко­ле­са по от­но­ше­нию к на­прав­ле­нию оси его вра­ще­ния. Прин­цип ра­бо­ты объ­ём­ных Н. (Н. вы­тес­не­ния) ос­но­ван на из­ме­не­нии (с по­мо­щью дви­жу­ще­го­ся вра­ща­тель­но или воз­врат­но-по­сту­па­тель­но ра­бо­че­го ор­га­на) объ­ёма не­ко­то­рой замк­ну­той по­лос­ти, час­то с сис­те­мой впу­ск­ных и вы­пу­ск­ных кла­па­нов, в ко­то­рую не­пре­рыв­но или цик­ли­че­ски впус­ка­ет­ся, а за­тем под дав­ле­ни­ем вы­тал­ки­ва­ет­ся пор­ция жид­ко­сти. По фор­ме дви­же­ния ра­бо­че­го ор­га­на объ­ём­ные Н. под­раз­де­ля­ют­ся на воз­врат­но-по­сту­па­тель­ные и ро­тор­ные (вра­ща­тель­ные). Про­стей­ши­ми воз­врат­но-по­сту­па­тель­ны­ми Н. яв­ля­ют­ся плун­жер­ные и порш­не­вые (рис. 3), так­же ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся диа­фраг­мен­ные Н. К ро­тор­ным Н. от­но­сят­ся шес­те­рён­ные (рис. 4), вин­то­вые, ши­бер­ные (пла­стин­ча­тые), порш­не­вые ро­тор­ные.

У боль­шин­ст­ва Н. ра­бо­чий ор­ган из­го­тов­лен из твёр­до­го те­ла (как пра­ви­ло, ме­тал­ла, ре­же из пла­ст­мас­сы, де­ре­ва), од­на­ко у не­ко­то­рых Н. в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го ор­га­на вы­сту­па­ет жид­кость (эжек­то­ры) или газ (эр­лиф­ты).

Рис. 3. Схема поршневого насоса двустороннего действия: 1 – цилиндрический корпус; 2 – поршень; 3 – приводной шток; 4 – напорный (выпускной) клапан; 5 – всасывающий клапа...

Осн. тех­но­ло­гич. па­ра­мет­ра­ми всех Н. яв­ля­ют­ся рас­ход, или по­да­ча, жид­ко­сти (объ­ём, пе­ре­ка­чи­вае­мый в еди­ни­цу вре­ме­ни, дм³/с или м³/ч) и её на­пор (м во­дя­но­го стол­ба или м). Рас­ход жид­ко­сти оп­ре­де­ля­ет раз­ме­ры Н., а на­пор – его гид­рав­лич. и проч­но­ст­ные ка­че­ст­ва.

Рис. 4. Схема шестерённого насоса: 1 – ведущая шестерня; 2 – ведомая шестерня; 3 – корпус; 4 – всасывающий патрубок; 5 – напорный патрубок.

Ка­ж­до­му ти­пу Н. со­от­вет­ст­ву­ют оп­ре­де­лён­ные об­лас­ти по­да­чи и на­по­ров. В си­лу спе­ци­фи­ки кон­ст­рук­ций ло­па­ст­ных Н. они при­ме­ня­ют­ся пре­им. при боль­ших по­да­чах (от 10 дм³/с) и не­боль­ших (до 30 м) и сред­них (30–100 м) на­по­рах, а объ­ём­ные – при ма­лых по­да­чах (до 1 дм³/с) и сред­них, боль­ших и очень боль­ших на­по­рах (100 м и бо­лее). Для по­вы­ше­ния на­по­ра, соз­да­вае­мо­го цен­тро­беж­ны­ми Н., их де­ла­ют мно­го­сту­пен­ча­ты­ми.

Чис­ло ви­дов ло­па­ст­ных Н., вы­пус­кае­мых пром-стью, очень ве­ли­ко; их при­ня­то под­раз­де­лять на две груп­пы: Н. об­ще­го при­ме­не­ния и спец. Н. об­ще­го при­ме­не­ния пред­на­зна­че­ны для пе­ре­кач­ки чис­той во­ды (до­пус­ка­ет­ся не­боль­шое со­дер­жа­ние при­ме­сей, но не аг­рес­сив­ных; темп-ра во­ды не вы­ше 70–100 °С); бы­ва­ют кон­соль­ные, дву­сто­рон­не­го вхо­да, вер­ти­каль­ные осе­вые, диа­го­наль­ные и мно­го­сту­пен­ча­тые. Спе­ци­аль­ные Н. раз­ли­ча­ют­ся по ро­ду пе­ре­ка­чи­вае­мой жид­ко­сти, по спо­со­бу ус­та­нов­ки и по па­ра­мет­рам. Для пе­ре­кач­ки жид­ко­стей, со­дер­жа­щих боль­шое ко­ли­че­ст­во аб­ра­зив­ных час­тиц (гид­ро­сме­си с твёр­ды­ми вкра­п­ле­ния­ми: грунт, пе­сок, зо­ла, шлак, из­мель­чён­ная ру­да), при­ме­ня­ют­ся грун­то­вые Н. (для лёг­ко­го и тя­жё­ло­го ре­жи­ма ра­бо­ты); для пе­ре­кач­ки фе­каль­ных и др. за­гряз­нён­ных жид­ко­стей – фе­каль­ные Н.; для пе­ре­кач­ки хи­ми­че­ски ак­тив­ных жид­ко­стей – ки­слот­ные Н. и др. К спе­ци­аль­ным от­но­сят­ся и Н., пред­на­зна­чен­ные для от­кач­ки во­ды из сква­жин и шахт, – сква­жин­ные и по­груж­ные. К спе­ци­аль­ным мож­но так­же от­не­сти Н., па­ра­мет­ры ко­то­рых вы­хо­дят за пре­де­лы, ха­рак­тер­ные для Н. об­ще­го при­ме­не­ния: Н. круп­ных ир­ри­га­ци­он­ных ус­та­но­вок, гид­ро­ак­ку­му­ли­рую­щих элек­тро­стан­ций (ГАЭС) или цир­ку­ля­ци­он­ных сис­тем круп­ных те­п­ло­вых элек­тро­стан­ций (ТЭС). Пи­та­тель­ные Н. для по­да­чи во­ды в па­ро­вые кот­лы долж­ны раз­ви­вать очень вы­со­кий на­пор – до 2000–3500 м и ра­бо­тать на во­де с тем­пературой до 160 °С и вы­ше. Кон­ден­сат­ные Н. для от­кач­ки кон­ден­са­та долж­ны ра­бо­тать в ус­ло­ви­ях глу­бо­ко­го ва­куу­ма с температурой во­ды до 120 °C.

Иног­да Н. на­зы­ва­ют уст­рой­ст­ва не толь­ко для на­гне­та­ния жид­ко­стей, но и для соз­да­ния ва­куу­ма и от­са­сы­ва­ния воз­ду­ха и тех­нич. га­зов (см. Ва­ку­ум­ный на­сос).

Н. яв­ля­ют­ся од­ни­ми из са­мых рас­про­стра­нён­ных ма­шин, при­ме­няе­мых се­го­дня че­ло­ве­ком. Вме­сте с ком­прес­со­ра­ми и вен­ти­ля­то­ра­ми Н. (точ­нее, их при­во­ды – элек­тро­дви­га­те­ли) по­треб­ля­ют ок. 20% всей про­из­во­ди­мой ми­ро­вой элек­тро­энер­гии. Раз­ви­тие пром-сти, энер­ге­ти­ки, транс­пор­та, ком­му­наль­но­го и с. х-ва тре­бу­ет соз­да­ния но­вых кон­ст­рук­тив­ных ти­пов Н., рас­ши­ре­ния диа­па­зо­на их ра­бо­чих па­ра­мет­ров, уве­ли­че­ния их еди­нич­ных мощ­но­стей. В энер­ге­ти­ке при­ме­ня­ют­ся уни­каль­ные гер­ме­тич­ные Н. с по­да­чей 500 м³/ч и на­по­ром 250 м. Для бло­ков ТЭС мощ­но­стью до 800 МВт соз­дан весь ком­плекс на­сос­но­го обо­ру­до­ва­ния; раз­ра­бо­та­ны пи­та­тель­ные Н. для бло­ка ТЭС 1200 МВт с мощ­но­стью при­во­да 25 МВт. Для транс­пор­та неф­ти по тру­бо­про­во­дам соз­да­ны Н. с еди­нич­ной по­да­чей 24 000 м³/ч с при­во­дом мощ­но­стью 20 МВт. Для с.-х. во­до­снаб­же­ния и оро­си­тель­ных сис­тем при­ме­ня­ют­ся уни­каль­ные ло­па­ст­ные Н. с ра­бо­чи­ми ко­лё­са­ми диа­мет­ром до 3 м. Для ГАЭС соз­да­ны на­сос-тур­би­ны мощ­но­стью до 250 МВт на на­по­ры до 1400 м. В тех­ноло­гич. про­цес­сах хи­мич. и пи­ще­вой пром-сти на­хо­дят ши­ро­кое при­ме­не­ние Н. ори­ги­наль­ной кон­ст­рук­ции из не­ме­тал­лич. ма­те­риа­лов и Н. со спец. по­кры­тия­ми по­верх­но­стей про­точ­ной час­ти.

Историческая справка

Пер­вые Н., изо­бре­тён­ные че­ло­ве­ком, бы­ли гра­ви­та­ци­он­ны­ми (во­до­подъ­ём­ны­ми), они не соз­да­ва­ли в жид­ко­сти до­пол­нит. дав­ле­ния и не пе­ре­ме­ща­ли её по на­пор­ным тру­бам, а под­ни­ма­ли с по­мо­щью во­дя­но­го ко­ле­са (но­рии) в отд. при­кре­п­лён­ных к ко­ле­су ём­ко­стях из во­до­ис­точ­ни­ка на вы­со­кие от­мет­ки, от­ку­да че­рез сис­те­мы без­на­пор­ных лот­ков и ка­на­лов во­да по­да­ва­лась на по­ля для по­ли­ва. Во­до­подъ­ём­ные ко­лё­са вра­ща­лись мус­куль­ной си­лой че­ло­ве­ка и до­маш­них жи­вот­ных. На та­кой сис­те­ме во­до­подъ­ё­ма ос­но­вы­ва­лось прак­ти­че­ски всё зер­но­вое хо­зяй­ст­во Древ­не­го Егип­та за 2–3 тыс. лет до н. э. Позд­нее поя­ви­лось изо­бре­тён­ное Ар­хи­ме­дом во­до­подъ­ём­ное уст­рой­ст­во в ви­де на­клон­но­го шне­ка (Ар­хи­ме­дов винт), ещё позд­нее в Ср. Азии и в Ев­ро­пе – чё­точ­ные во­до­подъ­ём­ни­ки (за­хват жид­ко­сти осу­ще­ст­в­ля­ет­ся дви­жу­щей­ся по тру­бе це­пью с за­кре­п­лён­ны­ми на ней т. н. чёт­ка­ми – ко­жа­ны­ми дис­ка­ми и др.) и мно­гие др. по­доб­ные уст­рой­ст­ва. Про­то­ти­пы гид­рав­лич. ма­шин, имею­щих в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го ор­га­на жид­кость или газ, в т. ч. вы­тес­ни­те­лей, со­глас­но сви­де­тель­ст­ву Ге­ро­на, из­го­тов­ля­лись уже в Древ­ней Гре­ции (уст­рой­ст­ва для вы­тес­не­ния из со­су­да во­ды по­дог­ре­тым воз­ду­хом или во­дя­ным па­ром). Впер­вые порш­не­вой Н. для ту­ше­ния по­жа­ра изо­брёл др.-греч. ме­ха­ник Кте­си­бий в 1 в. до н. э. Про­стей­шие де­ре­вян­ные Н. с про­ход­ным порш­нем для подъ­ё­ма во­ды из ко­лод­цев, ве­ро­ят­но, при­ме­ня­лись ещё рань­ше. До нач. 18 в. порш­не­вые Н. по срав­не­нию с во­до­подъ­ём­ны­ми уст­рой­ст­ва­ми ис­поль­зо­ва­лись ред­ко. Позд­нее, в свя­зи с рос­том по­треб­но­стей в во­де и не­об­хо­ди­мо­стью уве­ли­че­ния вы­со­ты её по­да­чи, осо­бен­но по­сле по­яв­ле­ния па­ро­вой ма­ши­ны, Н. по­сте­пен­но ста­ли вы­тес­нять во­до­подъ­ём­ные ма­ши­ны. На­ря­ду с порш­не­вы­ми Н., ста­ли соз­да­вать ло­па­ст­ные вра­ща­тель­ные Н. Идея ис­поль­зо­ва­ния цен­тро­беж­ной си­лы для по­да­чи жид­ко­стей воз­ник­ла в 15 в. у Ле­о­нар­до да Вин­чи и бы­ла реа­ли­зо­ва­на во Фран­ции в нач. 17 в. Ж. Блан­ка­но. Один из пер­вых цен­тро­беж­ных Н. со спи­раль­ным кор­пу­сом и 4-ло­па­ст­ным ра­бо­чим ко­ле­сом был пред­ло­жен Д. Па­пе­ном. В 1838 рос. инж. А. А. Саб­лу­ков по­стро­ил цен­тро­беж­ный Н. и ра­бо­тал над при­ме­не­ни­ем его при соз­да­нии су­до­во­го дви­га­те­ля. В 1846 амер. инж. У. Г. Джон­сон пред­ло­жил мно­го­сту­пен­ча­тый го­ри­зон­таль­ный Н., в 1851 ана­ло­гич­ный Н. соз­дан в Ве­ли­ко­бри­та­нии по па­тен­ту Дж. С. Гу­ин­на, в 1899 В. А. Пу­шеч­ни­ков раз­ра­бо­тал вер­ти­каль­ный мно­го­сту­пен­ча­тый Н. для бу­ро­вых сква­жин глу­би­ной до 250 м. Про­ек­ти­ро­ва­ние и ис­сле­до­ва­ние осе­вых (про­пел­лер­ных и по­во­рот­но-ло­па­ст­ных) Н. от­но­сит­ся к кон. 19 – нач. 20 вв. Боль­шую роль в соз­да­нии тео­рии и со­вер­шен­ст­во­ва­нии кон­струк­ций цен­тро­беж­ных и осе­вых Н. сыг­ра­ли тру­ды Л. Эй­ле­ра, О. Рей­нольд­са, Н. Е. Жу­ков­ско­го, С. А. Ча­п­лы­ги­на, К. Пфлей­де­ре­ра и др. учё­ных.

Идея ис­поль­зо­ва­ния сжа­то­го воз­ду­ха для по­да­чи во­ды пред­ло­же­на в 1707 Д. Па­пе­ном и др., но прак­ти­че­ски бы­ла при­ме­не­на толь­ко в кон. 19 в. С изо­бре­те­ни­ем бр. Мон­голь­фье в 1796 ав­то­ма­ти­че­ски дей­ст­вую­ще­го гид­рав­лич. та­ра­на на­ме­тил­ся ещё один путь раз­ви­тия Н., ос­но­ван­ных на ис­поль­зо­ва­нии пе­рио­ди­че­ски соз­да­вае­мых гид­рав­ли­че­ских уда­ров. Во­до­струй­ный Н. (эжек­тор) был пред­ло­жен как ла­бо­ра­тор­ный при­бор для от­са­сы­ва­ния во­ды и воз­ду­ха англ. инж. Д. Томп­со­ном в 1852. Пер­вый пром. об­ра­зец струй­но­го Н. при­ме­нил инж. На­гель в 1866 пред­по­ло­жи­тель­но для уда­ле­ния во­ды из шахт. Позд­нее бы­ли со­зда­ны струй­ные Н. в ви­де во­до-во­дя­ных эжек­то­ров, па­ро­во­дя­ных ин­жек­то­ров и др. Пер­вый вих­ре­вой Н., на­зван­ный цен­тро­беж­ным са­мо­вса­сы­ваю­щим, пред­ло­жен в 1920 нем. инж. С. Хин­шем.