В соответствии с ГОСТ ISO 17769–1–2014 все насосы делятся на две большие группы:

• объемные насосы;
• динамические насосы.

Объемный насос — насос, в котором жидкая среда перемещается за счет периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Динамический насос — насос, в котором жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.

1. Объемные насосы

Объемные насосы работают по принципу механического вытеснения жидкости твердым телом. Основные типы объемных насосов:

• поступательно-поворотные насосы (зубчатые, винтовые);
• роторно-поступательные насосы (поршневые, плунжерные, диафрагменные);
• роторно-вращательные насосы (шиберные, роторно-поршневые).

Объемные насосы применяют для создания большого напора жидкой среды, который может достигать нескольких сотен метров при сравнительно малом объеме подачи жидкой среды. Эти насосы обладают высоким коэффициентом полезного действия и в большинстве случаев могут работать как самовсасывающие.

Самовсасывание — способность насоса в период пуска откачивать воздух из всасывающего трубопровода, создавая вакуум, необходимый для заполнения трубопровода жидкой средой и включения насоса в нормальную работу.

1.1. Поступательно-поворотные насосы

Поступательно-поворотный насос — возвратно-поступательный насос с возвратно-поворотным движением ведущего звена. К насосам этого типа относят зубчатые и винтовые насосы.

Зубчатый насос — роторно-вращательный насос, в котором жидкая среда перемещается в плоскости, перпендикулярной оси вращения рабочих органов. Одной из разновидностей такого насоса является шестеренный насос.

Шестеренный насос — зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен. Существует два типа шестеренных насосов:

• шестеренные насосы с внешним зацеплением (рис. 1);
• шестеренные насосы с внутренним зацеплением (рис. 2).

Рис. 1. Устройство и схема работы шестеренного насоса с внешним зацеплением: а — начало процесса всасывания жидкой среды; б — заполнение рабочей камеры насоса жидкой средой; в — начало процесса нагнетания жидкой среды

Рис. 2. Устройство и схема работы шестеренного насоса с внутренним зацеплением: а — начало процесса всасывания жидкой среды; б — заполнение рабочей камеры насоса жидкой средой; в — начало процесса нагнетания жидкой среды

Винтовой насос — роторно-вращательный насос с перемещением жидкой среды вдоль оси вращения рабочих органов.

Существуют следующие типы винтовых насосов:

• одновинтовые насосы;
• двухвинтовые насосы;
• трехвинтовые насосы;
• многовинтовые насосы.

Одновинтовой насос — винтовой насос, в котором замкнутая рабочая камера образована винтом (ротором) и неподвижной обоймой (статором) (рис. 3).

Двухвинтовой насос — винтовой насос, в котором замкнутая рабочая камера образована двумя винтами (роторами), находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой (статором).

Трехвинтовой насос — винтовой насос, в котором замкнутая рабочая камера образована тремя винтами (роторами), находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой (статором) (рис. 4).

Многовинтовой насос — винтовой насос, в котором замкнутая рабочая камера образована более чем тремя винтами (роторами), находящимися в зацеплении, и неподвижной обоймой (статором).

Рис. 3. Одновинтовой насосный агрегат: а — общий вид; б — рабочие органы

Рис. 4. Устройство трехвинтового насоса 

1.2. Роторно-поступательные насосы

Роторно—поступательный насос — роторный насос с вращательным и возвратно-поступательным движением рабочих органов. К насосам этого типа относят:

• поршневые насосы, включая плунжерные;
• диафрагменные насосы.

Поршневой насос — возвратно-поступательный насос, у которого рабочий орган выполнен в виде поршня (рис. 5).

Рис. 5. Устройство поршневого насоса

При движении поршня из крайнего левого положения вправо за счет разрежения открывается всасывающий клапан, и жидкая среда поступает в цилиндр. Нагнетательный клапан в это время закрыт (прижат к седлу избыточным давлением в напорном трубопроводе). Обратное давление поршня вызывает возрастание давления, вследствие чего всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкая среда из цилиндра поступает в напорный трубопровод.

Разновидностью поршневых насосов являются плунжерные насосы.

Плунжерный насос — возвратно-поступательный насос, у которого рабочий орган выполнен в виде плунжера (рис. 6).

Рис. 6. Устройство плунжерного насоса

Диафрагменный насос — возвратно-поступательный насос, у которого рабочий орган выполнен в виде упругой перегородки — диафрагмы (рис. 7).

Рис. 7. Диафрагменный насос: а — устройство рабочей камеры; б — общий вид насосного агрегата с одной рабочей камерой; в — общий вид насосного агрегата с двумя рабочими камерами

В таких насосах используется упругость диафрагмы, выполненной из специального материала. При всасывающем ходе плунжера вследствие разрежения, создаваемого в цилиндре, диафрагма выгибается в сторону цилиндра; в рабочей камере также создается разрежение, и жидкая среда всасывается. При обратном ходе плунжера происходит выталкивание жидкой среды в напорный трубопровод.

1.3. Роторно-вращательные насосы

Роторно-вращательный насос — роторный насос с вращательным движением рабочих органов. К насосам этого типа относят шиберные насосы.

Шиберный насос — роторно-вращательный насос с рабочими органами в виде шиберов. Существует два типа таких насосов:

• фигурно-шиберные насосы;
• пластинчатые насосы (рис. 8).

Рис. 8. Устройство и схема работы пластинчатого насоса: а — начало процесса всасывания жидкой среды; б — заполнение рабочей камеры насоса жидкой средой; в — начало процесса нагнетания жидкой среды

2. Динамические насосы

Динамические насосы по виду сил, действующих на перекачиваемые жидкие среды, делят на следующие группы:

• лопастные насосы;
• насосы трения;
• электромагнитные насосы.

2.1. Лопастные насосы

Лопастный насос — машина для передачи механической энергии через вращающееся лопастное колесо к перекачиваемой жидкой среде с целью придания ей вектора скорости и давления.

К лопастным насосам относят:

• центробежные насосы;
• осевые насосы;
• диагональные насосы.

Центробежный насос — лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от его центра к периферии.

Насосный агрегат — устройство, состоящее из насоса и привода совместно с элементами трансмиссии, опорной плитой и другим вспомогательным оборудованием.

Современные центробежные насосы и насосные агрегаты можно разделить на группы по следующим признакам:

• по расположению оси вращения ротора насоса — горизонтальные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, а–в; рис. 11, а), вертикальные насосные агрегаты (см. например, рис. 10, а, б; рис. 11, в, д) и насосные агрегаты, у которых в зависимости от способа их установки на насосной станции ось вращения ротора может быть расположена либо горизонтально, либо вертикально (см., например, рис. 9, г; рис. 10, в; рис. 11, б, г);
• по способу соединения насоса с электродвигателем — консольные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, а; рис. 10, а) и моноблочные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, в; рис. 10, в);
• по количеству комплектов рабочих органов — одноступенчатые насосные агрегаты (см., например, рис. 9, 10) и многоступенчатые насосные агрегаты (см., например, рис. 11);
• по количеству подводов жидкой среды к рабочим органам насоса — насосы одностороннего входа (см., например, рис. 9, а, в, г) и насосы двустороннего входа (см., например, рис. 9, б; рис. 10, б; рис. 11, д);
• по возможности погружения насосного агрегата в перекачиваемую жидкую среду — насосные агрегаты, которые не допускается погружать в перекачиваемую жидкую среду (см., например, рис. 9, а–в); полупогружные насосные агрегаты (см., например, рис. 10, а); погружные насосные агрегаты (см., например, рис. 9, г; рис. 11, б); насосные агрегаты, которые в зависимости от способа их установки на насосной станции могут быть размещены либо без погружения, либо с погружением в перекачиваемую жидкую среду (см., например, рис. 9, г; рис. 11, б).

Ротор — узел насоса, представляющий собой вал с установленными на нем рабочим колесом (колесами), защитными втулками и другими закрепленными на валу деталями.

Консольный насосный агрегат — насосный агрегат, у которого рабочее колесо закреплено на консольном участке вала насоса. При этом соединение вала насоса с валом электродвигателя осуществляется специальной муфтой.

Моноблочный насосный агрегат — насосный агрегат, у которого рабочее колесо насоса закреплено непосредственно на валу электродвигателя. При этом корпус насоса крепится к электродвигателю с помощью фланцевого соединения.

Полупогружной насосный агрегат — насосный агрегат, который устанавливают с погружением корпуса насоса под уровень перекачиваемой жидкой среды и с размещением электродвигателя над поверхностью этой жидкой среды.

Погружной насосный агрегат — насосный агрегат, погружаемый под уровень перекачиваемой жидкой среды.

Рис. 9. Устройство некоторых одноступенчатых горизонтальных центробежных насосов и насосных агрегатов: а — консольный насос одностороннего входа; б — насос двустороннего входа; в — самовсасывающий моноблочный насосный агрегат; г — погружной моноблочный насосный агрегат, установленный горизонтально без погружения в перекачиваемую жидкую среду

 

Рис. 10. Устройство некоторых одноступенчатых вертикальных центробежных насосов и насосных агрегатов: а — консольный полупогружной насосный агрегат; б — насос двустороннего входа; в — линейный (бесфундаментный) моноблочный насосный агрегат, установленный вертикально

Рис. 11. Устройство некоторых многоступенчатых центробежных насосов и насосных агрегатов: а — горизонтальный секционный насос; б — погружной моноблочный насосный агрегат, установленный горизонтально без погружения в перекачиваемую жидкую среду; в — скважинный вертикальный секционный насосный агрегат погружного типа; г — линейный моноблочный насосный агрегат, установленный вертикально; д — вертикальный конденсационный насос двустороннего входа

Приведенный вариант деления центробежных насосов на группы не является исчерпывающим. Возможны классификации этих насосов и по другим признакам.

Осевой насос — лопастный насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо в направлении его оси.

Рабочее колесо осевого насоса похоже на винт корабля (рис. 12). Оно состоит из втулки, на которой закреплено несколько лопастей. Осевой направляющий аппарат служит отводом насосу. С его помощью устраняется закрутка жидкой среды, в результате чего ее кинетическая энергия преобразуется в энергию давления.

Рис. 12. Схема осевого насоса

Осевые насосы применяют, когда необходимо обеспечить подачу большого объема воды в единицу времени с малым напором.

Разновидностью осевого насоса является диагональный насос.

Диагональный насос — насос, который создает напор как за счет центробежной силы, так и за счет подъемной силы лопастей рабочего колеса. В диагональном насосе жидкая среда входит в рабочее колесо в осевом направлении, а выходит под углом к оси насоса. По конструкции диагональный насос похож на осевой, основное его отличие — в форме рабочего колеса.

Ряд осевых и диагональных насосов и насосных агрегатов представлен на рис. 13.

Рис. 13. Устройство некоторых осевых и диагональных насосов и насосных агрегатов: а — горизонтальный диагональный насос; б — горизонтальный осевой насос; в — вертикальный полупогружной диагональный насос; г — погружной диагональный насосный агрегат; д — погружной осевой насосный агрегат

2.2. Насосы трения

Насос трения — динамический насос, в котором жидкая среда перемещается под воздействием сил трения. К насосам этого типа относят шнековые насосы и вихревые насосы.

Шнековый насос — насос трения, в котором жидкая среда перемещается через винтовой шнек в направлении его оси (рис. 14).

Рис. 14. Устройство шнекового насоса

Вихревой насос — насос трения, в котором жидкая среда перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении (рис. 15).

Рис. 15. Устройство вихревого насоса

2.3. Электромагнитные насосы

Электромагнитный насос — динамический насос, в котором жидкая среда перемещается под воздействием электромагнитных сил (рис. 16).

Рис. 16. Устройство электромагнитного насоса

Из всех рассмотренных в главе типов насосов самыми распространенными в мире являются центробежные насосы: их продажи занимают около 90 % мирового рынка насосов.

В жилищно-коммунальном хозяйстве и системах водного хозяйства промышленных предприятий центробежные насосы применяют для подачи воды, сточных вод и осадков.

Осадок — многокомпонентная смесь органического, минерального или смешанного состава, образующаяся при очистке сточных вод и водоподготовке в песколовках, отстойниках или других сооружениях.

Кроме центробежных насосов, в системах водоснабжения и водоотведения используют и другие насосы:

• винтовые, поршневые, плунжерные, диафрагменные, зубчатые насосы — для подачи осадков на различных стадиях их переработки; для подачи (дозирования) в воду, очищаемую на сооружениях водоподготовки и очистки сточных вод, коагулянтов, флокулянтов и других реагентов;
• осевые насосы — для обеспечения циркуляции воды в оборотных системах водяного охлаждения технологических агрегатов в различных отраслях промышленности (преимущественно за рубежом);
• шнековые насосы — для подачи больших объемов бытовых и поверхностных сточных вод на очистные сооружения (только за рубежом).