Виды и классификация насосов

Насос – тип гидравлической машины, который перемещает жидкость путем всасывания и нагнетания, используя кинетическую или потенциальную энергию. Насос необходим для использования в противопожарных технических средствах, для отвода жидкостей в жилых кварталах, при подаче топлива и многих других целях. По области применения, конструкции, принципу действия существует разные виды и типы насосов. При использовании насосов для различных целей необходимо знать, какие виды бывают и чем они отличаются.

Общая классификация

В первую очередь насосы делятся по области применения на бытовые и промышленные. Бытовые насосы используются в домашних хозяйствах, промышленные — на предприятиях и в специальных службах (пожарная). Отдельная классификация насосов по типу рабочей камеры предполагает деление на динамические и объемные насосы.

Виды насосов и их классификация

Различные классификации насосов основаны на понимании того, какие типы насосов существуют и чем они отличаются. Насосы делятся на несколько видов, те, в свою очередь, делятся на категории.

По техническим характеристикам:

• в зависимости от объема жидкости, перемещаемой в единицу времени;
• давление и напор;
• КПД.

По области применения:

Разделение насосов по сферам применения

Область применения насосов очень широкая. Сегодня их используют практически во всех сферах: строительстве, промышленности, при добыче полезных ископаемых, при разработке систем пожаротушения. В малых масштабах также используются различные типы насосов, и область их применения варьируется от бытового использования для полива, до установки в системах водоснабжения и теплопередачи. В зависимости от сферы применения выделяют типы и виды насосов. Ниже представлены описания, их характеристики и разновидности.

Типы насосов

По целевому назначению:

• погружные насосы;
• поверхностные насосы.

По способу энергопитания:

• электрические насосы;
• жидкотопливные насосы.

В зависимости от типа воды:

• для чистой воды;
• для воды средней степени загрязненности;
• для воды высокой степени загрязненности.

Типы бытовых насосов и область их применения

По области применения насосы делятся на бытовые и промышленные. Бытовые насосы бывают поверхностными и погружными. Для бытового использования чаще используют первый тип. Поверхностные насосы применяются для автономного водоснабжения частных домов, полива прилежащей территории, откачки воды из подвалов и прудов, повышения давления при автономной подаче воды в частный дом.

Существует четыре типа бытовых насосов:

Описание и характеристики насосов

Существует 2 вида насосов: поверхностные и погружные. Поверхностные насосы устанавливаются на уровне земли, в скважину или яму опускается шланг. Если насос оборудован автоматической системой включения-выключения при подаче воды, то он называется станцией. Насосы погружного типа включают в себя: дренажные насосы, фекальные, циркуляционные, насосы, установленные в колодцах и скважинах.

Разновидности насосов по конструкции

По конструкции все насосы различаются между собой. Они могут быть вертикальные и горизонтальные. Все насосы отличаются своей сборкой, в зависимости от модели в них могут быть использованы лопатки, лопасти, винты.

Классификация по принципу действия — по типу рабочей камеры

Различают типы насосов по принципу действия и конструкции. Они делятся на объемные и динамические насосы.

1. Объемные насосы — такие, в которых жидкость перемещается за счет изменения объема камеры с жидкостью под действием потенциальной энергии.
2. Динамические насосы – механизмы, в которых жидкость перемещается вместе с камерой под действием кинетической энергии.

Динамические насосы, в свою очередь, делятся на лопастные и струйные.

Отдельно выделяют виды объемных насосов по принципу действия в зависимости от конструкции:

1. Роторные насосы – это цельный корпус, с определённым числом лопаток/лопастей, приходящих в движение при помощи ротора.
2. Шестеренные насосы – самый простой тип механизма, состоящий из сцепленных между собой шестерен, приходящих в движение под принудительным изменением полости между шестернями.
3. Импеллерные – в эксцентрический корпус заключены лопасти, при вращении выдавливающие жидкость.
4. Кулачковые – насосы, в корпус которых заключены 2 ротора, которые при вращении перекачивают жидкости разной степени вязкости.
5. Перистальтические – корпус включает эластичный рукав, в котором находится жидкость. При вращении дополнительных валиков жидкость перемещается по рукаву.
6. Винтовые – насосы, состоящие из ротора и статора. При вращении ротора жидкость начинает перемещаться по оси насоса.

Существует также деление динамических насосов по принципу действия:

1. Центробежные – включает в себя рабочее колесо, внутри которого находится жидкость, при вращении колеса, частицы приобретают кинетическую энергию, начинает действовать центробежная сила, под действием которой жидкость переходит в корпус мотора.
2. Вихревые насосы – по принципу действия аналогичны центробежным, но менее габаритны и имеют более низкий КПД.
3. Струйные – основаны на переходе потенциальной энергии в кинетическую.

Вихревый тип насоса является наиболее часто используемым за счет легкости установки. В бытовых нуждах такой агрегат устанавливают в загородных домах для обеспечения подачи воды. Циркуляцию воды обеспечивает жидкость, подаваемая на лопатки, расположенные в корпусе насоса. Ключевым элементов здесь является колесо, на которое вода подается через входное отверстие. Также такой насос используют для скважин, так как создают высокое давление. Они обладают способностью самовсасывания и могут перерабатывать не только жидкость, но газо-водную смесь.

Насосы центробежного типа часто применяют в бытовых и промышленных целях:

• для организации систем водоснабжения на промышленных предприятиях;
• для организации систем водоснабжения жилых кварталов;
• для систем полива.

Эти насосы отличаются простотой эксплуатации, так как принцип работы достаточно прост. Основную нагрузку принимает колесо с лопатками, на которое и подается жидкость, однако если жидкости внутри не будет, то насос выйдет из строя. Чаще такие насосы бывают поверхностными. За счет этого снижается их производительность. Погружные насосы центробежного типа требуют герметичность корпуса высокого качества.

Классификация по назначению

По назначению различные виды насосов используют в промышленных целях (в пищевой, химической, бумажной промышленности). В бытовых целях насосы используются при строительстве, откачке воды из скважин и колодцев, для бурения колодца, для теплоснабжения. Бурение колодца требует использования насосной станции или насоса погружного типа. Насос обеспечивает подачу воды из скважины под небольшим давлением.

В автомобилях и промышленных машинах насосы являются вспомогательными устройствами.

При добыче полезных ископаемых используют различные типы насосов для бурения скважины, обустройства прилежащей к скважине территории, откачки жидкости, для переработки жидкостей. В промышленности насосы устанавливаются на предприятиях для гидроудаления отходов производства.

Насосы, применяемые в пищевой индустрии, часто имеют устройства для измельчения материалов (кроме камня и металлов), чтобы предотвратить засорение трубопровода.

Отдельно выделяют насосы для пожаротушения. Конструкция таких насосов предусматривает подачу воды под сильным давлением.

Дренажные насосы относятся к погружным, они характеризуются наличием системы измельчения и фильтрации.

Насосы, нагнетающие давление используются в системах, где требуется повышение давления при работе (теплоснабжение, водоснабжение).

Выделяют виды водяных насосов по назначению:

В зависимости от сферы использования существует классификация водяных насосов по принципу действия.

1. Водоподъемные насосы используются для экстракции жидкости из скважин или колодцев.
2. Циркуляционные виды насосов используют для перемещения жидкости в системах отопления, кондиционирования и подачи воды.
3. Дренажные насосы используют для откачивания жидкости из подвалов и канализации.

Классификация по виду перекачиваемой среды

В зависимости от того, какого типа жидкость будет проходить через насос, конструктивные и другие особенности будут различаться.

Насосы используют для перекачивания:

• чистой жидкости и жидкости малой загрязненности;
• жидкостей средней степени загрязненности с примесями легкой взвеси;
• не сильно загазованных жидкостей;
• смесей газа и жидкости;
• агрессивных жидкостей;
• жидких металлов.

Для работы с разными типами жидкости используют насосы объемного типа. Этот вид насосов работает по принципу изменения объема камеры, что приводит к переходу энергии двигателя в энергию субстанции. Такие насосы способны работать с любыми средами, однако следует учитывать высокий уровень вибрации.

Динамические насосы могут также работать с любыми типами жидкостей, однако они не обладают способностью к самовсасыванию. В зависимости от конструктивных особенностей насосов существуют различные способы переработки перемещаемой жидкости. Например, вихревые насосы динамического типа не предназначены для работы с загрязненной жидкостью, включающей абразивные вещества. Для таких агрегатов жидкость с примесями является разрушающей, приводя к истончению стенок насоса.

Виды промышленных насосов

В промышленности используются насосы разных типов. Основные виды насосов, используемые на различных предприятиях:

• многоступенчатые;
• маслонасосы шестеренные;
• насосы химические погружные;

Промышленные насосы используются в различных областях

• в легкой промышленности;
• в химической промышленности;
• в строительстве;
• в машиностроении;
• при добыче полезных ископаемых.

Вид и тип насоса выбирается в зависимости от нужд предприятия, свойств и качества перекачиваемой жидкости.

К наиболее популярным относятся глубинные насосы, так как широко используются в бытовых и промышленных целях. Их легко монтировать при установке систем водоснабжения и отопления, они используются для забора воды из скважин, в отопительных системах.

Основные виды насосов по типу подводимой энергии:

• насосы, работающие за счет механической энергии;
• водоструйные насосы;
• насосы, работающие за счет сжатого пара или газа.

К насосам, работающим за счет механической энергии, относятся поршневые насосы, пропеллерные, винтовые, центробежные и ротационные. Несмотря на одинаковый принцип действия, эти насосы сильно отличаются по конструкции. Водоструйные насосы – элеваторы, эжекторы, работают за счет подачи жидкости на лопасти колеса.

Насосы для систем пожаротушения

Основным требованием к насосам системы пожаротушения является подача воды под высоким давлением. Наиболее часто используемыми являются центробежные насосы, так как они позволяют быстро закачать воду за счет центробежной силы. Важными пунктами при выборе насоса для пожаротушения являются:

• напор;
• частота вращения колеса;
• КПД;
• высота всасывания;
• объем перемещаемой воды.

В зависимости от количества колес с лопастями насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Многоступенчатые агрегаты позволяют создать более высокое давление, что в свою очередь, влияет на напор и высоту подаваемой жидкости. При установке систем пожаротушения в зданиях стоит учитывать, что оборудование необходимо периодически проверять, так как застой может вызвать затруднения при запуске. На пожарных машинах устанавливают центробежные насосы и вспомогательные агрегаты. Вспомогательные насосы заполняют корпус центробежного насоса жидкостью и отключаются автоматически.

Масляные и топливные насосы

Среди промышленных типов насосов выделяют масляные и топливные устройства, устанавливаемые на двигателях автомобилей и машин и двигателях внутреннего сгорания.

Масляные насосы обеспечивают снижение силы трения между взаимодействующими частями двигателя. Они бывают регулируемыми и нерегулируемыми. В двигателях автомобиля устанавливаются роторные или шестеренные насосы для перекачивания масла.

Топливные насосы устанавливаются в автомобилях в обязательном порядке. Они обеспечивают доставку топлива из бака в камеру сгорания. В зависимости от конструкции топливные насосы бывают: механические и электрические.

Погружные насосы

Погружные насосы применяются при работе на глубине более восьми метров. Все типы погружных насосов обладают системой охлаждения, а также выполнены из прочного материла, помогающего избежать деформации под давлением. Погружные насосы бывают центробежными и вибрационными. В насосах второго типа жидкость всасывается с помощью вибрационного или электромагнитного механизма.

При выборе насоса важно учитывать большое количество факторов:

• цель использования;
• место использования;
• необходимость установки вспомогательных агрегатов;
• габариты насоса;
• способ работы насоса.

Как выбрать поверхностный насос

Любая человеческая деятельность, так или иначе, связана с водой. Вода нужна для питья, для приготовления пищи, для отопления, для мытья, для смыва отходов, для полива и т.д.

И, конечно же, намного удобнее, если воду не нужно таскать ведрами, и она течет сама собой.

На вопрос «как этого добиться» ответит, пожалуй, каждый – «поставить насос».

А вот какой насос поставить, и какие у него должны быть характеристики?

На этот вопрос ответить уже не так просто – различия в условиях работы насосов привели к узкой специализации их типов и громадному их разнообразию. Режим работы насоса, чистота воды, требуемое давление, прокачиваемые объемы – все это оказывает прямое влияние на тип используемого насоса.

Неправильно подобранный насос не даст желаемого результата – и это в лучшем случае. В худшем случае он просто выйдет из строя, и вернуть за него деньги не получится – у любого насоса гарантия прекращается при несоответствии условий эксплуатации его параметрам. Поэтому перед покупкой насоса следует тщательно определиться с его назначением и требуемыми характеристиками. И, разумеется, надо понимать, какой параметр за что отвечает.

Погружной или поверхностный?

В некоторых случаях условия эксплуатации четко определяют тип насоса – так, циркуляционный насос бывает только поверхностным, а дренажные насосы практически все погружные.

А вот для забора воды из колодца или скважины уже можно использовать оба вида насосов. И, выбирая поверхностный насос для полива или водоснабжения, следует обратить внимание на его плюсы и минусы в сравнении с погружным.

— Насос всегда доступен, его проще обслуживать и проще заменить.

— Производительные (более 30 л/мин) поверхностные насосы дешевле погружных с аналогичными параметрами.

— Небольшая глубина забора – большинство моделей не могут забирать воду с глубины больше 9 м, а на глубинах 5-8 метров их производительность будет много ниже паспортной.

— Высокая шумность – без дополнительной шумоизоляции работу насоса будет слышно в любой точке дома, даже если он расположен в подвале.

— Если насос расположен вне дома, нельзя допускать его замерзания. Помещение, в котором он расположен в холодное время года, придется отапливать

— Малейший подсос воздуха на входе поверхностного насоса с центробежным механизмом приводит к значительному падению производительности.

Таким образом, поверхностный насос будет необходим для организации отопления; удачным решением будет использование его и для полива; для налаживания водоснабжения поверхностный насос имеет смысл использовать только с неглубокими колодцами. Во всех остальных случаях лучше выбирать среди погружных насосов.

Характеристики поверхностных насосов

Вид насоса определяет его область назначения.

— Насосные станции представляют собой комплект из поверхностного насоса, гидроаккумулятора и реле давления.

Поверхностная насосная станция позволяет максимально быстро и просто организовать водоснабжение с постоянным давлением в сети и разбором из нескольких точек.

— Садовые насосы применяются в основном для полива, хотя мощные садовые насосы вполне можно использовать в системе водоснабжения частного дома – если позволит глубина забора воды.

— Поверхностные фекальные насосы позволяют перекачивать бытовые сточные воды в тех случаях, когда невозможно организовать канализацию самотеком.

— Циркуляционный насос применяется для обеспечения циркуляции теплоносителя в системах отопления.

Применение циркуляционного насоса позволяет значительно снизить стоимость системы отопления за счет применения труб меньшего диаметра и упрощения их прокладки.

Механизм насоса

Увихревых и центробежных насосов двигатель вращает рабочее колесо с лопатками, помещенное в цилиндрический корпус.

Особенностями вихревых насосов являются расположения входного и выходного патрубков (по касательной к колесу) и малое (до 0,2 мм) расстояние между корпусом и лопатками. Во время вращения крыльчатки на входном патрубке создается разрежение, под действием которого жидкость попадает внутрь насоса, движется вместе с лопатками колеса по кругу и выбрасывается из выходного патрубка.

Вихревой насос создает на выходе большое давление при небольшом расходе, поэтому вихревые насосы часто применяются при организации систем водоснабжения частных домов: расход в таких системах невелик, а высокое давление позволяет создать хороший напор на втором и даже третьем этаже.

Основной недостаток этой конструкции – её требовательность к чистоте перекачиваемой жидкости: при наличии в воде песка колеса и стенки корпуса быстро изнашиваются, и производительность насоса падает в разы. Кроме того, КПД вихревых насосов ниже, чем у центробежных.

У центробежных насосов жидкость поступает в центр вращающегося колеса, разгоняется лопатками и выбрасывается через выходной патрубок под действием центробежной силы.

Центробежные насосы менее требовательны к чистоте воды, поэтому могут использоваться для забора воды из естественных водоемов. Центробежные насосы используются для полива и для организации водоснабжения, если вода в колодце или скважине недостаточно чистая.

Основной недостаток поверхностных центробежных насосов – повышенные требования к герметичности водозабора. Если входной патрубок будет подсасывать воздух, производительность насоса сильно упадет. Кроме того, перед включением поверхностного центробежного насоса, в его корпус обязательно следует залить воду через заливную горловину. Если этого не сделать, возможен выход насоса из строя.

Потребляемая мощность определяет основные характеристики насоса: его производительность, давление, высоту забора и т.д. Но выбирать насос только по этому параметру не стоит – два насоса с одинаковой мощностью могут сильно отличаться в производительности и создаваемом давлении.

Подбирать насос следует в соответствии с условиями эксплуатации, а мощностью пользоваться как индикатором «честности» производителя: если при схожих с другими моделями параметрах выбранная модель имеет заметно меньшую мощность, то к такой модели следует отнестись с подозрением – особенно, если она выпущена малоизвестным производителем.

Производительность определяет, какой объем воды насос способен прокачать за определенное время. Для разных типов насосов применяются различные способы расчета требуемой производительности, зависящие от множества параметров: глубины забора, дебета скважины, архитектуры и протяженности системы, количества точек разбора, диаметра труб и т.д. Для приблизительной же оценки требуемой производительности можно воспользоваться следующими величинами:

— Для водоснабжения требуемую производительность можно ориентировочно посчитать, умножив количество одновременно открытых кранов на 10 и добавив 20-30% запаса. Так, если допустить, что в доме могут быть одновременно открыты три крана, то производительность насоса должна быть не менее 3*10*1,2 = 36 л/мин.

— Для полива следует просуммировать расход одновременно работающих поливальных устройств и добавить запас 20-30%. Приблизительную оценку здесь давать сложно, потому что расход поливальных устройств может колебаться от единиц литров в минуту в небольших капельных системах до десятков литров в минуту в дождевателях.

Если очень грубо, то производительности до 20 литров в минуту хватит для одновременной работы одного-двух дождевателей, такой насос больше пригоден для ручного полива.

Для одновременной работы нескольких дождевателей, поливающих площадь 3-5 соток, потребуется производительность около 30 литров в минуту.

Для полива площади в 10 соток потребуется производительность в 60-80 литров в минуту.

Для полива больших площадей используются системы автоматического полива, включающие дождеватели по очереди, что снижает требуемую производительность насоса.

Здесь следует отметить, что указываемая в характеристиках насоса производительность дается для нулевой высоты подъема и нулевой высоты забора. И для полива, и для водоснабжения, чем с большей глубины забирается вода и чем на большую глубину она поднимается, тем производительность насоса ниже. В руководстве по эксплуатации насоса обычно даются графики её зависимости от высоты подъема.

Если графиков нет, можно примерно оценить производительность на нужной высоте, приняв, что на максимальной высоте подъема производительность равна 0.

-Для отопления подсчет производительности производится с помощью теплотехнических расчетов, и пренебрегать ими не стоит: для одной и той же площади отапливаемых помещений потребная производительность насоса может меняться в десятки раз в зависимости от среднегодовой температуры, архитектуры системы отопления, диаметра и протяженности труб, количества и размера радиаторов и т.д.

Для очень грубой оценки можно оценить потребную производительность (в л/мин), поделив площадь помещения на 10 для радиаторного отопления и на 3 – для отопления теплым полом.

Глубина погружения определяет, каково максимальное расстояние от насоса до поверхности воды, т.е., с какой максимальной глубины насос способен забирать воду. Но следует иметь в виду, что при заборе воды с максимальной глубины, его производительность и давление на выходе будут намного ниже.

Насос всегда следует подбирать со значительным запасом по глубине забора и с учетом того, что любая глубина, отличная от 0, снижает производительность насоса – графики зависимости производительности от глубины забора обычно приводятся в руководстве.

Допустимая температура жидкости важна, если предполагается откачка горячих жидкостей. Также на неё следует обратить внимание при выборе циркуляционного насоса. Большинство циркуляционных насосов рассчитано на температуру до 110°С, чего вполне достаточно для любых жидкостных систем отопления. Но встречаются модели с допустимой температурой 60°С – такие рекомендуется устанавливать на системах теплого пола, где температуры редко превышают 30°С.

Подъем воды определяет, какое давление создается на выходе насоса и на какую высоту он способен поднять воду. Так же, как и в случае с глубиной забора, высота подъема, например, в 40 метров, не означает, что на высоте в 40 метров будет течь вода. Высота подъема в 40 метров означает, что выше этой высоты вода течь уже не будет вообще, а на 40 метрах если и будет, то буквально каплями.

Поэтому высоту подъема надо подбирать с запасом. Для ориентировочного расчета подъема воды используется следующая формула: H = 10P + ΔP + ΔH, где P – минимальное давление в верхней точке разбора, для водоснабжения это 2,5-3 бара. ΔP – потери давления на горизонтальных участках трубопровода, примерно считается как 10% от суммарной длины горизонтальных участков. ΔH – перепад высоты между уровнем установки насоса и высотой самой верхней точки разбора.

Например, если длина горизонтальных участков трубопровода составляет 10м, насос установлен на высоте 1 м от земли, а верхняя точка разбора – кран на втором этаже – расположен в 6 м от земли, то требуемый подъем воды будет: Н=10*3+0,1*10+5 = 36 м.

Но имейте в виду, что подъем воды насосов приводится для забора с нулевой глубины. Чем с большей глубины насос забирает воду, тем сильнее падает высота подъема. Если в руководстве насоса приведены графики зависимости выходного давления от глубины забора, следует скорректировать требуемую высоту по ним.

Если графика нет, то для оценки к требуемой высоте можно добавить глубину забора в метрах, умноженную на 1,5. Но учтите, что такой метод расчета довольно груб и неприменим, если глубина забора близка к максимальной (более 80%).

Для вышеприведенного примера, если добавить условие забора с глубины 2 м, расчет будет выглядеть так: Н = 2*1,5+10*3+0,1*10+5 = 39 м. Для лучшего напора воды и для предотвращения падения напора с износом деталей насоса, имеет смысл предусмотреть запас в 20-30%.

Автоматический контроль уровня воды (датчик сухого хода) необходим для любого насоса, особенно, если предполагается его использование в автоматическом режиме. Если датчик сухого хода отсутствует в комплектации насоса, его следует докупить отдельно и подключить насос через него. Пренебрегать датчиком сухого хода не стоит, даже если вы уверены, что вода для насоса никогда не кончится. Всегда возможно повреждение всасывающего шланга, которое – при отсутствии датчика сухого хода – быстро приведет к поломке насоса.

Варианты выбора поверхностных насосов

Если вам нужен недорогой насос для организации полива дачного участка в ручном режиме, выбирайте среди маломощных садовых насосов.

Если чистота перекачиваемой воды оставляет желать лучшего, выбирайте среди центробежных садовых насосов.

Насосная станция поможет вам быстро и просто организовать в частном доме (или на приусадебном участке) водопровод.

Если вам нужно сливать сточные воды в точке, удаленной от ближайшей канализационной трубы – или если вход в канализацию расположен выше точки слива, вам потребуется поверхностный фекальный насос.

Отопление с естественной циркуляцией в современных домах давно уже не используется, и для движения теплоносителя по трубам в системе отопления должен присутствовать циркуляционный насос.