Насосы - история развития насосостроения.

Первые попытки людей сознательно упорядочить водоснабжение в цивилизованных поселениях относятся к пятому тысячелетию до н. э.

В древних культурно развитых странах, например, в Египте, Вавилоне и Китае, которые имели большие территории с резко выраженным сухим климатом, орошение площадей, используемых для сельского хозяйства, было первостепенным жизненным вопросом. Первые большие общины людей в населенных пунктах и городах неизбежно сталкивались с проблемой питьевого водооснабжения и потребностью в водоснабжении вообще. Доказательством этого важного этапа развития человеческого общества могут служить известные акведуки (водопроводы) в Сицилии (450 лет до н. э.), первый (примерно 312 лет до н.э.) римский акведук (16,6 км), акведук 91,7 км Марсия в Риме (примерно 144 года до н.э.), а также первый (около 160 лет до н.э.) напорный водоопровод (20 кгс/см2) за Пергамоном. Если вначале решались проблемы каптажных источников и безнапорного подвода воды потребителям, то затем - проблемы преодоления разности высот. Начиная с этого момента, т.е. с первого пуска водоподъемного механизма, можно говорить о начале эры развития насосов.

Водоподъемное колесо - древнейший известный нам водооподъемный механизм. Величина напора этого устройства состаавляла 3-4 м, максимальная подача 8-10 м3/ч. А так называаемые цепные насосы (бесконечные цепочки с прикрепленными ковшами) использовались до 1700 лет до н.э. В это время в Каире уже был колодец глубиной 91,5 м, из которого добывалась питьевая вода при помощи цепного насоса.

Пожарный насос из Александрии, построенный примерно за 200 лет до н.э., можно рассматривать по египетским письменам как первый прототип поршневоro насоса.

Трудно себе представить, что все элементы классического поршневого насоса (плунжер, откидные клапаны и экксцентриковый привод плунжера) были использованы в этом насосе, созданнном вероятно Ктцебиусом.

В первую очередь с ростом значения горного дела и для общей индустриализации возникла объективная необходимость добычи воды из больших глубин на поверхность земли. От «водяных искусств» средневекового горного дела, какие описал Агрикола, до первых водяных насосов с паровым приводом (около 1805 г.), разработанных и построенных англичанином Ньюкоменом, ощущается сильное влияние горного дела на развитие насосостроения. Насос Ньюкомена.

Так называемый насос Ньюкомена, схема которого приведена на рис., является первым представителем балансирных насосов. В нем рабочий ход поршня осуществляется от балансира не в стадии расширения пара или наполнения парового цилиндра, а скорее всего после заполнения цилиндра паром и следующим за ним впрыском воды, который вызывает конденсацию пара, а это означает, следовательно, что энергия рабочего хода получается исключительно за счет атмосферного давления, действующего на паровой поршень. Поэтому со стороны привода необходимо было предусматривать цилиндры больших диаметров для того, чтобы увеличить, мощность насоса. Вскоре появились балансирные насосы, в которых для перемещения поршня использовалась энергия расширения или давления пара. Самый большой балансирный насос этого вида с суточной производительностью 32700 м3 (1365 м3/ч) и напором примерно 52 м был установлен в 1860 г. на одной лондонской насосной станции.

Изобретение американцем Вортингтоном (1840-1850 гг.) одноцилиндровых и двухцилиндровых паровых насосов дало возможность отказаться от балансирного привода для поршневых насосов. Для этих насосов характерно, как известно, противоположное расположение насосных и паровых цилиндров, поршни которых установлены на общем штоке. Стремление уменьшить капитальные затраты при постоянно возрастающей мощности поршневых насосов привело в конечном результате к преобладающему распространению в настоящее время горизонтальных или вертикальных многоцилиндровых поршневых, насосов с паровым, дизельным или электрическим приводами.
Чтобы получить плавный, непрерывный поток воды, стали применять архимедовые винты (около 1000 лет до н.э.). Еще и сегодня для орошения или осущения полей встречаются такие насосы с приводам от ветродвигателя. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращается в полуоткрытом лотке и обесспечивает высоту подъема жидкости от 2 до 5 м.

Классическим прообразом роторного насоса, представленным в настоящее время в модифицированной форме в виде шестеренных, винтовых, пластинчатых и коловратных насосов, можно считать пластинчатый насос Рамелли - около 1588 г.

В течение 19-го столетия было принято много попыток разработать пригодный для эксплуатации роторный насос. При этом многие из разработанных коннструкций разрушались на практике в связи с тем, что невозможно было обеспечить водяную смазку вращающихся деталей. Так называемый роторный насос с отсекающей пластиной, изготовляемой иногда из древесины, представлял основной тип роторного насоса, используемого с 17-го по 19-е столетие. Недостатки насоса этого вида - в частности большие протечки, значительный износ и низкий КПД - способствовали созданию в конце 19-го столетия двухвальных насосов. Уплотнение в них между полостями всасывания и нагнетания осуществляли при помощи вращающейся управляемой шайбы или взаимно перекатывающихся роторов одинакового размера (шестеренные или винтовые насосы). Происхождение лопастного (центробежного) насоса трудно определить. Существуют эскизы, выполненные Леонардо да Винчи, по которым можно предположить об использовании центробежной силы во вращаающемся канале для перекачки воды. Центробежный насос.

Известный французский физик Денис Папин, тоже высказывал идею использования центробежного эффекта для перекачиивания жидкостей. Первым центробежным насосом, опробованным на практике, является устройство, разработанное ле Демуром в 1732 г. На рис. 24 представлено это устройство: под углом К вертикальному валу прикреплена прямая труба, которая нижним концом погружена в жидкость; при вращении валa эта труба, жестко связанная с валом соединительным стержнем, приводится во вращение. Центробежные силы вызывают перемещение жидкости во вращающейся трубе. Классическая форма рабочего колеса радиального типа, присущая современным центробежным нaсocaм, была использована уже в 1818 г. в Бостоне в так называемом «Массачусетс-насосе» Андреасом. В то время речь шла о двухпоточном спиральном насосе с полуоткрытым рабочим колесом и радиальными прямыми лопастями. В 1846 Г. Андреас доказал, что криволинейные лопасти обеспечивают лучший эффект нагнетания, чем прямые.

Английский промышленник Джон Гвинне примерно в 1850 г. поставил на рынок первый двухпоточный спиральный насос с закрытым рабочим колесом и изогнутыми лопастями, созданный на основании опытов Андреаса. В то время одноступенчатые насосы имели небольшие величины создаваемого напора. Конечным результатом исследований было создание первого многоступенчатого центробежного насоса, который был запатентован в 1851 г. Этот насос без направляющих обратных подводящих лопаток был значительно улучшен Осборном Рейнолдсом, которому был выдан патент на многоступенчатый центробежный насос с направляющим аппаратом и обратными поддводящими каналами. От этого насоса Рейнольдса до современнных многоступенчатых центрообежных насосов высокого даввления сделан относительно небольшой шаг, который заключается по существу лишь в улучшении конструкции деталей и гидравлических характеристик проточной части насоса.

Усовершенствование лопастных насосов в 20 и 30-х гг. нашего векa тесно связано с именем профессора Пфлейдерера. После того как им была установлена зависимость между конечным числом лопастей и гидравлическими характеристиками насоса, лопастные насосы получили дальнейшее развитие.