Как работает насос: принцип действия и устройство разных типов

Насос работает за счёт создания разности давлений: на входе давление понижается, и жидкость всасывается, на выходе — повышается, и жидкость выталкивается дальше по трубопроводу. Механическая энергия двигателя передаётся рабочему органу насоса, который и совершает это преобразование. Принцип остаётся единым для всех типов, но конструкция рабочего органа кардинально отличается.

Из чего состоит насос

Любой насос включает три ключевых элемента: привод (электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания или ручной рычаг), рабочий орган (крыльчатка, поршень, ротор, диафрагма) и корпус с патрубками всасывания и нагнетания. В бытовых насосах для водоснабжения к этому добавляется обратный клапан, который не даёт воде стекать обратно при выключении. Промышленные установки дополняются системами уплотнения вала, фильтрации и контрольно-измерительными приборами.

Основные типы насосов и как они работают

Центробежный насос — самый распространённый в промышленности и коммунальном хозяйстве. Внутри корпуса вращается крыльчатка с лопастями. Жидкость поступает в центр крыльчатки и под действием центробежной силы отбрасывается к периферии, где давление нарастает. Такие насосы подают от нескольких литров до тысяч кубометров воды в час при давлении до 10–20 атмосфер. Они просты, надёжны и дёшевы в обслуживании, поэтому встречаются в системах водоснабжения, теплоснабжения, на нефтеперекачивающих станциях.

Поршневой насос работает иначе: поршень движется возвратно-поступательно внутри цилиндра. При движении назад создаётся разрежение, открывается всасывающий клапан и жидкость заходит в цилиндр. При движении вперёд всасывающий клапан закрывается, нагнетательный открывается и жидкость выталкивается в трубопровод. Поршневые насосы создают очень высокое давление — от 100 до нескольких тысяч атмосфер — и применяются в гидравлических прессах, топливных системах высокого давления, нефтедобывающем оборудовании.

Шестерёнчатый насос относится к роторным. Две зацеплённые шестерни вращаются навстречу друг другу: зубья захватывают жидкость во впадинах между собой и корпусом и переносят её с входа на выход. Этот тип нечувствителен к вязкости перекачиваемой среды, поэтому незаменим для масел, топлива, полимеров. Давление до 20–25 атмосфер, производительность небольшая, зато стабильная.

Диафрагменный (мембранный) насос перекачивает жидкость с помощью гибкой мембраны, которая попеременно выгибается в разные стороны. Никаких вращающихся деталей, контактирующих с жидкостью, — поэтому он отлично подходит для агрессивных химических сред, суспензий и паст. Такие насосы широко используются в химической и пищевой промышленности, в системах дозирования реагентов.

Как подбирают насос для конкретной задачи

Выбор насоса определяют два главных параметра: напор (давление, которое нужно создать, в метрах водяного столба или атмосферах) и производительность (объёмный расход в кубометрах или литрах в час). Дополнительно учитывают свойства перекачиваемой среды: вязкость, химическую агрессивность, наличие твёрдых частиц, температуру. Для водяных систем коммунального масштаба применяют центробежные многоступенчатые насосы с КПД 70–85%. Для перекачки нефти на дальние расстояния строят насосные станции с агрегатами мощностью сотни и тысячи киловатт.

Насосы в российской промышленности

Производство насосного оборудования в России сосредоточено на крупных машиностроительных предприятиях Урала, Поволжья и центральных регионов. Только система магистральных нефтепроводов требует сотен перекачивающих станций, каждая из которых оснащена агрегатами суммарной мощностью десятки мегаватт. В жилищно-коммунальном хозяйстве насосы обеспечивают водоснабжение и теплоснабжение десятков миллионов квартир. Ежегодный объём рынка насосного оборудования в стране оценивается в сотни миллиардов рублей.