МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
РЕФЕРАТ
На тему: «Насосы. Вакуумные насосы»
Выполнил
Мельниченко Максим
Студент гр. ГМ-30(в)
Одесса 2019
Вступление
Насосы - гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение. Насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.
Насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Их применяют для различных целей, начиная от водоснабжения населения и предприятий и кончая подачей топлива в двигателях ракет. Насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя.
Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу. По принципу действия различают насосы следующих типов:
· Динамические
· Объемные
· Лопастные
· Насосы трения
· Поршневые
· Шестерные
· Центробежные
· Осевые
· Вихревые Струйные
· Плунжерные
· Пластинчатые
· Диафрагмовые
· Винтовые
В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается с входом в насос и выходом из него. В лопастных насосах энергия передаётся жидкости при обтекании лопастей вращающегося рабочего колеса насоса в центробежных насосах давление создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес. Жидкость движется от центра колеса к периферии в осевых насосах жидкость движется в направлении оси колеса при вращении в ней устройства типа гребного винта. В насосах трения жидкость перемещается под воздействием сил трения в вихревых насосах в энергию давления трансформируется энергия вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса в струйных насосах перемещение жидкости производится движущейся струей воздуха, пара или воды. В объемных насосах разность давлений возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращающимися. К машинам этого типа относятся поршневые и ротационные шестеренчатые, пластинчатые и винтовые насосы в поршневых, плунжерных, диафрагмовых насосах жидкость вытесняется телом, движущимся возвратно-поступательно в шестерных, пластинчатых, винтовых насосах жидкость вытесняется телом, совершающим вращательные движения.
История развития насосов
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 водоснабжения 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 водопровод (20 кгс/см2) за Пергамоном. Если вначале решались проблемы капотажных 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
Водоподъемное колесо - древнейший известный нам водоподъёмный механизм. Величина напора этого устройства составляла 3-4 м, максимальная подача 8-10 м3/ч. А так называемые 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. Считается, что его изобрели Египтяне. Водоподъемная машина представляла собой колесо, по окружности которого были прикреплены кувшины. Нижний край колеса был опущен в воду. При вращении колеса вокруг оси, кувшины зачерпывали воду из водоема, а затем в верхней точке колеса , вода выливалась из кувшинов в специальный приемный лоток. для вращения устройства применялась мускульная сила человека или животных.
насос двухроторный вакуумный винтовой
Винт Архимеда
Архимед (287-212 гг. до н. э.), великий ученый древности, изобрел винтовое водоподъемное устройство, позже названное в его честь. Это устройство поднимало воду с помощью вращающегося внутри трубы винта, но некоторое количество воды всегда стекало обратно, т. к. в те времена эффективные уплотнения были неизвестны. В результате, была выведена зависимость между наклоном винта и подачей. При работе можно было выбрать между большим объемом поднимаемой воды или большей высотой подъема. Чем больше наклон винта, тем больше высота подачи при уменьшении производительности.
Первый поршневой насос для тушения пожаров, изобратенный древнегреческим механиком Ктесибием, был описан еще в 1 веке до н. э. Эти насосы, по праву, можно считать самыми первыми насосами. До начала 18 века насосы этого типа использовались довольно редко, т.к. изготовленные из дерева они часто ломались. Развитие эти насосы получили после того, как их начали изготавливать из металла.
С началом промышленной революции и появлением паровых машин, поршневые насосы стали использовать для откачки воды из шахт и рудников.
В настоящее время, поршневые насосы используются в быту для подъема воды из скважин и колодцев, в промышленности - в дозировочных насосах и насосах высокого давления.
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.
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 архимедовы винты (около 1000 лет до н.э.). Еще и сегодня для орошения или осушения полей встречаются такие насосы с приводам от ветродвигателя. Наклонно расположенный вал с винтовой нарезкой вращается в полуоткрытом лотке и обеспечивает 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 конструкций 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.
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 подводящими каналами. От этого насоса Рейнольдса до современных многоступенчатых центробежных насосов высокого давления 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.
В нынешнее время одним из самых распространенных видов насоса является агрегат работающий при помощи системы напора чего -либо, это обычно сжатый воздух. Предложившего это решение ученого звали Папеном, происходило это в 1707 году, но воплотить эту идею в те времена не могли и потому забыли ее. И только в 20-м веке об этой идее вспомнили, а инженеры и механики воплотили в жизнь.. Потом появились насосы у которых жидкое топливо служило напором, оно сгорало постепенно. Придумал этот аппарат англичанин Н.Л. Гемфри, в нефтедобывающей промышленности такие насосы сыграли огромную роль.
Водоструйный насос тоже один из популярных видов насоса, его использование началось в 50-60 годы 20-го века, хотя английский ученый Д. Томпсон еще в середине 19-го века создал первый образец. Применяются такие насосы для откачки в определенных помещениях воздуха или воды. Их применяют в различных отраслях промышленности, хотя когда только создали использовали в основном в шахтах, но со временем появились разные виды таких насосов, к примеру пароводяные инжекторы, водо -- водяные инжекторы и магнитогидродинамические насосы.
Технологии, которые применялись раньше в насосной технике, в 20-м веке бурно развивались. К примеру в создании поршневых компрессоров и гидравлических прессов применялись технологии поршневых насосов, однако появившиеся позже технологии их вытеснили.