В современной технике машины для подачи жидкости называют насосами.

Машины для подачи газов принято подразделять в з1 висимости от развиваемого ими давления на компрессора нагнетатели и вентиляторы.

Насосы примитивных конструкций применялись еще . времена Аристотеля (IV в. до н. э.). Водоподъемные маш! ны, приводимые в действие силой людей и животных, и( пользовались в Египте за несколько тысячелетий до н. Из сочинений итальянского зодчего Витрувия следует, ч1 поршневые насосы применялись в Римской империи еще царствование цезаря Августа (I в. до н. э.). Насосы с бес конечной цепью действовали в Каире для подъема воды глубины 91,5 м в-V-VI вв. до н.э. В Александрии V-VI вв. до н.э. был построен поршневой пожарный iii сое, отлитый из бронзы.

Примерно в 1805 г. Ньюкомен (Англия) создал nopu невой насос для подъема воды в руднике, применив дл привода его паровой цилиндр с конденсацией пара, испол! зующий для создания необходимой силы на штоке ат( сферное давление.

В 1840-1850 гг. американец Вортингтон предлож.; конструкцию парового насоса, в котором поршни насоса i, парового двигателя располагались на общем штоке; дви1 жением поршней управляла специальная парораспредели] тельная система.

Широкое использование насосов в России началось i горнорудной промышленности. В XVIII в. горный масте( К. Д. Фролов построил на Змеиногорском руднике Алта несколько установок с поршневыми насосами для водоотлива из шахт и промывания россыпей. Привод насогок осуществлялся от водяных колес мельничного типа!

и П Фролов был выдающимся изобретателт. Он дал пигинальные образцы конструкций насосов и гидродвига-епей широко применявшихся им и его учениками в горной промышленности Алтая и Урала.

Со второй половины XIX в. началось развитие центробежных насосов. Установить достоверно изобретателя пентробежногонасоса невозможно. Известны рисунки Леонардо да Винчи, относящиеся к XV в., в которых великий ученый разъяснял возможность использования центробежной силы воды, вращающейся в криволинейном канале, для подачи ее на некоторую высоту. Возможно, что центробежный насос был изобретен итальянцем Жорданом, выполнившим в конце XVII в. рисунок такого насоса. Б начале XVIII в. французский физик Папен изготовил центробежный насос примитивной конструкции.-

Первой примененной в практике машиной для подачи жидкости действием центробежной силы был насос Леде-мура (Франция, 1732 г.). В этой конструкции вода, находящаяся в наклонной трубе, вращающейся вокруг вертикальной оси, перемещалась с нижнего уровня на верхний действием центробежной силы самой воды. Таким образом достигалась подача воды на некоторую высоту.

Классическая схема и конструкция одноколесного центробежного насоса, применяющегося в различных модификациях и поныне, была осуществлена Андревсом (США) в 1818 г. и существенно улучшена им в 1846 г. Исследования Андревса привели к созданию многоступенчатого центробежного насоса, однако весьма несовершенной конструкции, запатентованной в 1851 г.

Знаменитый ученый Рейнольде (Англия), исследуя конструкцию многоступенчатого насоса, ввел в нее прямой и обратный направляющие лопаточные аппараты и в 1875 г. запантентовал насос, в общих чертах аналогичный современным многоступенчатым насосам.

Широкое распространение центробежных насосов стало возможным только на основе применения электрической энергии и, в частности, при использовании электродвигателя трехфазного переменного тока, разработанного инженером В. О. Доливо-Добровольским (Россия, 1888-1889 гг.). К этому времени относится изобретение русским ин>1ен€-ром В. А. Пушечниковым специального малогабаритного насоса для подъема подземных вод с больших глубин.

Изобретение поршневого воздушного насоса, прототипа современных компрессоров с одной ступенью сжатия, связано с именем физика Герике (Германия, 1640 г.). Совер-

шенствованию компрессоров в XVIII и XIX вв. способе вовало развитие горно-рудной промышленности и мета лургии. Во второй половине XVIII в. в Англии Вилькинсо запатентовал двухцилиндровый поршневой компрессор в то же время Уатт изготовил воздуходувную машину с па ровым приводом.

Компрессоры со ступенями сжатия, но без промежуточ-ных охладителей появились во Франции в ЗО-х годах пр шлого столетия. Многоступенчатый компрессор с межсту! пенными охладителями был предложен в 1849 г. Ратено (Германия).

Производство центробежных компрессоров было нача то фирмами Рато (Франция) и Парсонс (Англия) в нача ле XX в.

В России в 1832 г. нженер А. А. Саблуков предложи, конструкцию центробежного вентилятора для проветрива ния шахт и заводских помещений и указал простой спосо его расчет.а.

Широкому распространению центробежных машин промышленности сопутствовало и развитие их теории. Ос новное уравнение центробежного насоса непосредственн следует из теоретической работы акад. Л. Эйлера, член Российской академии наук, Более полная теория машин приводимых в действие силою воды , опубликованной т во второй половине XVIII в.

Теоретические работы О. Рейнольдса (Англия) Л. Прандтля (Германия) и выдающиеся научные трудь Н. Е. Жуковского (Россия), относящиеся к концу XIX i началу XX вв., привели к созданию современной научно! основы насосостроения. Особое значение имели работ! Н. Е. Жуковского Видоизменение метода Кирхгофа i Теория воздушных винтов . В первой из них дано теоре тическое обоснование метода расчета подъемной сил крыла, распространяемого ныне на лопасти насосов, вен тиляторов и компрессоров. Вторая работа содержит теорий и метод расчета пропеллеров. Эта работа легла в ос нову теории осевых вентиляторов, разработанной ученика ми Н. Е. Жуковского - К. А. Ушаковым, В. П. Ветчинки ным и др. Значение научной и организационной деятельно сти И. Е. Жуковского очень велико. Им были определен и разработаны важнейшие направления развития совре менной гидроаэромеханики.

Исключительно большое значение для развития рас сцатриваемой области машиностроения в СССР имел деятельность Центрального аэрогидродинамического инсти

ШАГИ) организованного И. Е. Жуковским в 1918 г. R этом институте в течение многих лет проводились иссле-пования воздушных и гидравлических машин. -

В настоящее время научно-исследовательская работа по насосам, вентиляторам и компрессорам в СССР ведется многими организациями, такими как ВНИИгидромаш ВНИИхиммаш, ЦАГИ им. И. Е. Жуковского, ВНИИАЭН, ВНИИкомпрессормаш.

Большие работы ведутся на специальных кафедрах вузов-Ленинградского и Харьковского политехнических, МВТУ им. И. Э. Баумана, Сумского филиала ХПИ и др.

Пользуются широкой известностью исследования и конструкторские разработки в области насосо- и компрес-соростроения, выполненные на специальных кафедрах и в лабораториях политехнических институтов на континентах Европы, Америки и в Японии. Среди деятелей этой области техники, известных своими фундаментальными исследованиями, могут быть названы: И. И. Куколевский, Г. Ф. Проскура, А. А. Ломакин, С. С. Руднев (насосострое-ние). В. И. Поликовский, М. И. Невельсон, К. А. Ушаков (вентиляторостроение), В. Ф. Рис, М. И. Френкель, К. П. Селезнев (компрессоростроение).

Из зарубежных ученых следует отметить О. Рейнольдса (Англия), проф. А. Стодола (Чехословакия), Л. Прандтля, А. И. Степанова (США).

Развитию теории насосо- и компрессоростроения и практическому применению ее в Европе и на континенте Америки в в-ысокой степени способствовали классические труды К. Пфлейдерера Лопаточные машины для жидкостей и газов , А. А. Ломакина Центробежные и пропеллерные насосы , А. И. Степанова Центробежные и осевые насосы и Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки -.и вентиляторы , опубликованные в основном в первой половине текущего столетия.

Из печатных изданий последнего времени особый интерес представляет труд инженера-консультанта американской корпорации Вортингтон Карассика и инженера Картера Центробежные насосы , переведенный на несколько языков.

Количество насосов, компрессоров и вентиляторов различного назначения, выпускаемых промышленностью технически развитых стран, исчисляется миллионами штук в год; электрическая энергия, используемая для привода их, составляет существенную часть в энергетическом балансе стран. Поэтому Теоретические и экспериментальные иссле-

дования, направленные на усовершенствование рабочи процессов и повышение КПД машин этого вида, имен очень большое значение.

Для современной промышленности характерно соедини ние заводов в крупные специализированные комплексы производственные объединения. В составе таких объедине НИИ, располагающих мощной финансовой базой, возможн организация специальных конструкторских бюро, крупн( масштабных испытательных стендов, исследовательски лабораторий для разработки важнейших проблем oтpacл Это относится непосредственно и к области насосного компрессорного машиностроения.

В Советском Союзе действуют крупнейшие производст венные объединения: Невский завод , Ленинградскц] металлический завод , сумские Насосэнергомаш Тяжелого компрессоростроения, Южгидромаш , Урал гидромаш и др., выпускающие насосы и компрессоры дл промышленности СССР и экспорта.

Крупнейшим объединением США является Вортинг тон - старейшая насосостроительная фирма мира, им ющая филиалы в 14 странах, выпускающая около 300 thJ пов насосов различных назначений и размеров. Насосы США изготовляют и многие другие фирмы; наиболее зт чительные из них, выпускающие насосы для энергетики Пасифик пампе и Ингерсолл Рэнд .

В Федеративной Республике Германии действуют из вестные фирмы КСБ , Рютчи Пумпэн и др., выпускаи щие насосы высокого класса, в основном на экспорт.

Особо должны быть отмечны фирмы Зульцер (Швей] цария) и Рато (Франция), выпускающие различные нг сосы и компрессоры, в совершенстве конструкций которь отражается многолетний опыт фирм (более 100 лет).

В странах СЭВ известны комбинаты Сигма и Шк:о да (ЧССР) и Пумпен унд Фердихтер (ГДР).

Последняя международная выставка Насосы и комп рессоры-75 отчетливо продемонстрировала громадные ус пехи человечества в создании машин для подачи жидко стёй и газов.

Часть I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО МАШИНАМ ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

ГЛАВА ПЕРВАЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Определения и классификация

Государственный стандарт определяет насос как машину для создания потока жидкой среды. Развитие этого определения приводит к пониманию насоса как машины, предназначенной для перемещения жидкости и увеличения ее энергии. При работе насоса энергия, получаемая им от двигателя, превращается в потенциальную, кинетическую и в незначительной мере в тепловую энергию потока жидкости.

Машины для подачи газовых сред в зависимости от развиваемого ими давления называют вентиляторами, газо-дувками, компрессорами.

Вентилятор - машина, перемещающая газовую среду при степени повышения давления до 1,15*.

Газодувка - машина, работающая при е>1,15, но искусственно не охлаждаемая.

Компрессор сжимает газ при е>1,15 и имеет искусственное (обычно водяное) охлаждение полостей, в которых происходит сжатие газа.

В современной промышленности распространены гидродвигатели - машины, превращающие энергию потока жидкости в механическую энергию (гидротурбины, гидромоторы).

В последнее время в различных технических устройствах употребляются гидропередачи - конструктивные комбинации, служащие для передачи механической энергии с вала двигателя на вал приводимой машины гидравлическим способом. Гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и системы трубопроводов с устройствами для распределения и регулирования потоков рабочей жидкости (энергоносителя). Во многих случаях все указанные эле-

I * Степень повышения давления е - отношение давления газа на выходе из машины к давлению его на входе.