Полезные статьи

История появления и развития насосной техники.

Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первые попытки цивилизованных поселений людей наладить водоснабжение относятся еще к V в до н. э. Такие древние развитые цивилизации, как Египет, Китай, Вавилон, располагали большими площадями при сухом климате, поэтому орошение территории было первоочередной сельскохозяйственной проблемой. Горожане также сталкивались с проблемой подачи питьевой воды — так появлялись первые водопроводы, например римские акведуки. При этом неизбежно возникал вопрос преодоления водой разности высот.

Известным водоподъемным механизмом древности стало водоподъемное колесо величиной около 3,5 м. Максимальная подача им жидкости составляла 8–10 кубометров в час. Конструкции же, которые можно назвать цепными насосами (это цепи с прикрепленными ковшами) применялись примерно 1700 лет до н. э. Так, в Каире находился глубокий колодец (91,5 м), воду из которого доставали посредством такого на

                                                                             

Механик Ктесибий из Древней Греции придумал насос для тушения огня. В I в. до н. э. он был описан александрийским ученым Героном, впоследствии М. Витрувием в их трудах. По сути, это был простейший поршневой агрегат, поскольку конструкция Ктесибия содержала в себе все его элементы: плунжер, откидные клапаны и эксцентриковый плунжерный привод. Вполне возможно, что элементарные деревянные конструкции с поршнем, поднимающим воду, использовались и ранее.

                                                                                    

Для получения плавного бесперебойного потока жидкости опять-таки еще в древние времена знаменитый Архимед изобрел винты (I в. до н. э.). Эту конструкцию можно считать прототипом современных винтовых насосных устройств. Кстати, и в наши дни для осушения и орошения с/х территорий используются подобные насосы, имеющие привод от ветродвигателя: вал с винтовой нарезкой, находящийся под наклоном, вращается в полуоткрытой камере и поднимает воду на 2–5 м.

                                                                                                  

   Возвращаясь к поршневым насосным устройствам, следует отметить, что до XVIII в. они применялись редко, если сравнивать с водоподъемными машинами. В связи же с возросшей потребностью в воде, необходимостью подъема ее на высоту насосные установки стали востребованы (к тому времени появились паровые машины).

Требования к данным агрегатам и условия их работы менялись, потому, помимо поршневых установок, были придуманы вращательные насосные аппараты и прочие устройства, подающие воду под напором. Исторически выделились три пути последующего развития насосного оборудования:

• поршневых установок;
• вращательных;
• гидравлических установок, не содержащих движущихся рабочих элементов.

Развитие поршневых насосов

Скачок в развитии поршневых аппаратов произошел на исходе XVIII в., когда в их конструкции стал использоваться металл, а также привод от паровой машины.

Первым балансирным насосом стал аппарат Ньюкомена. Здесь поршень совершал движение от балансира после наполнения цилиндра паром и следующим за этим впрыском воды. Энергия рабочего хода возникала благодаря атмосферному давлению, оно и воздействовало на поршень. Чтобы повысить мощность такого насоса, стали использовать цилиндры больших размеров. Наибольший балансирный насос, который давал напор в 52 м и имел суточную производительность 1365 кубометров в час, был монтирован в 1869 г. на насосной станции Лондона.

                                                                                                      

В 40–50 гг. XIX в. американец Вортингтон сконструировал паровые насосы с одним и двумя цилиндрами, что позволило отказаться от балансирного привода в поршневых аппаратах. Для таких установок характерно противоположное расположение насосных и паровых цилиндров, а поршни их установлены на одном общем штоке.

Теорию применения поршневых устройств развивали российские ученые. Однако с 20–30 гг. XX в. данные установки стали вытесняться другими (а именно центробежными).

Идея центробежного насоса

По некоторым данным, в XV веке у Леонардо да Винчи возникла идея центробежного насоса, в котором вода при взаимодействии с вращающимися лопастями движется от центра к краям. Это было одним из первых представлений о применении центробежных сил для подачи жидкостей.

Леонардо да Винчи (1452–1519) заложил основы для развития насосной техники, в том числе заложил идею использования центробежных сил для перемещения жидкостей. Его работы в этой области стали важным этапом в истории развития насосов.

В тетрадях Леонардо да Винчи найден эскиз гидравлического устройства, которое можно рассматривать как прототип вечного двигателя. Конструкция состояла из двух связанных между собой устройств:

• Архимедов винт подавал воду из нижнего резервуара в чашу.
• Водяная турбина вращалась под действием воды, сливающейся из чаши, и через систему передач приводила в движение архимедов винт. Отработанная вода сливалась обратно в резервуар.

                                     

При этом Леонардо да Винчи понимал, что такая система не будет работать на практике. Он объяснял это тем, что в отсутствии разности уровней вода работать не может. Такую воду он называл «мёртвой» (aqua morta). Кроме того, да Винчи осознавал, что даже при идеальных условиях падающая вода может совершить лишь такую работу, которая смогла бы только поднять наверх тот же объём жидкости. На практике же часть работы тратилась на трение в опорах конструкции. 

Идея применения центробежных сил для перемещения жидкой среды зародилась еще в XV столетии у знаменитого Леонардо да Винчи. Так, прототипом роторного (то есть вращательного) насоса считается пластинчатый аппарат Рамелли, изобретенный примерно в 1588 г.

                                                                                                        

Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей, зародившаяся у Леонардо да Винчи, была реализована позже смог реализовать инженер Бланкано из Франции на заре XVII столетия. Он соорудил элементарный центробежный агрегат, подающий жидкость. Его рабочим элементом являлось колесо, вращающееся в открытом виде.

                                                                                                        

Центробежный аппарат, уже оснащенный спиральным корпусом, а также колесом с 4 лопастями предложил Д. Папен (Франция) путем усовершенствования воздуходувки Hessians. Первым центробежным аппаратом, который опробовали на практике, было устройство Ле Демура (1732 г.). К вертикальному валу под углом была присоединена прямая труба, ее нижний конец погружался в воду. При вращении вала труба также начинала вращаться. Центробежные силы приводили к движению в ней жидкости.

                                                                            

Классическую же радиальную форму, как у современных центробежных насосных агрегатов, рабочему колесу придал ученый Андреас в 1818 г. в Бостоне. Вначале лопасти были прямыми, но в 1846 г. изобретатель обосновал, что криволинейные лопасти являются эффективными для нагнетания жидкости.

На исходе XIX столетия с появлением быстроходных тепловых, а после и электродвигателей центробежные насосные агрегаты стали применяться очень широко. Так, в 1838 г. русский ученый А. Саблуков, основываясь на конструкции разработанного им вентилятора, соорудил одноступенчатый центробежный агрегат. В 1846 г. Джонсон (инженер из США) разработал горизонтальную многоступенчатую конструкцию, в 1851 г. аналогичная установка появилась в Великобритании — это насос Гуинна (он был улучшен О. Рейнолдсом).

В 1899 г. инженер из России В. Пушечников изобрел вертикальный многоступенчатый насос, который предназначался для буровых скважин. Его построили на французском заводе и использовали для снабжения водой Москвы. При этом подача жидкости агрегатом составляла 200 кубометров в час, КПД достигал 70 %.

В России же центробежные насосные установки впервые стали выпускать на московском предприятии Г. Листа в 1880 г.

В начале XX столетия лопастные насосы продолжили совершенствоваться. В частности, профессор Пфлейдерер установил зависимость между количеством лопастей и гидравлическими показателями оборудования.

Современное применение

• Очистные сооружения. Подъём осадка и шлака в процессе очистки сточных вод. 
• Сельское хозяйство. Ирригация, особенно в регионах с низким уровнем воды.
• Пищевая промышленность. Перемещение сыпучих продуктов (зерно, мука, сахар). 
• Производство строительных материалов. Подача цемента, песка и других сыпучих материалов в смесители. 
• Гидроэнергетика. Использование в качестве альтернативного способа выработки электроэнергии на небольших реках и каналах (архимедовы винтовые турбины). 
• Рыбоводство. «Пескалаторы» — архимедовы винты для безопасного подъёма рыбы из прудов на рыбоводных заводах.