История насосов насчитывает 5000 лет, но это изобретение древности относится к устройствам, без которых не обходится ни одна отрасль современной жизни, от медицины до металлургии.
Елена Иванова
Технический прогресс в Средние века и переход к Промышленной революции
Распад Западной Римской империи под напором германских племен в III веке стал причиной замедления технологического прогресса цивилизации. Две волны вторжения разрушили коммуникации и торговлю. Раздробленность и отсутствие сильного государства сказывались не только на образе жизни, но и на ведении бизнеса.
Общеевропейский рынок сформировался только в эпоху Большого XVI века, когда начали возникать крупные государства, феодализм ушел в историю, а ему на смену пришел капитализм и разделение труда.
Новый сдвиг в развитие техники и технологий начался с Промышленной революцией в конце XVIII — начале XIX веков в Англии и принес экономический рост всему континенту. Переход от ручного труда к машинному производству стал ключевым экономическим поворотом.
Фото: Журнал «Наука и образование». Роторные насосы Рамелли. Источник: Arthive.com
Роторные насосы XVI века
Фото: Эскиз насоса Леонардо да Винчи. Источник: Arthive.com
Первое описание насоса с вращательным движением основных рабочих деталей появилось в XVI веке в книге инженера французского короля Генриха III Агостино Рамелли. Автор издал ее в Париже на свои деньги. Известно, что Рамелли учился в школе Леонардо да Винчи под руководством ученика великого художника и изобретателя Маркиза Мариньяно.
Обе конструкции роторных насосов, описанных в книге, используются практически без изменений до настоящего времени. Речь идет о пластинчатом насосе, представляющем собой ротор с четырьмя вырезами в циллиндрическом корпусе, погруженном в воду. В вырезах ротора закрепляются пластины, которые при вращении прижимаются к внутренней поверхности корпуса под действием центробежной силы. Так образуются рабочие камеры. При вращении камера у входного отверстия увеличивается и заполняется водой. Камера замыкается и движется к выходному отверстию. Там вода вытесняется через отверстие в выходную трубу. Напор в таких насосах был меньше, чем в поршневых, зато они были меньше по массе и габаритам. Изготавливались такие насосы из металла.
Сейчас пластинчатые насосы применяются для подачи масла в станкостроении, авиации, системах гидроавтоматики.
Другой тип роторного насоса Рамелли имел замыкатель и ротор из дерева. На роторе было несколько выступов, и он устанавливался в корпус с внутренней цилиндрической поверхностью концентрично с малым зазором. Замыкатель мог двигаться возвратно-поступательно. Под действием своего веса он прижимался к ротору и создавал рабочую камеру.
Самый распространенный тип роторного насоса – шестеренный, который описал в своей книге «Математические задачи», изданной в 1624 году и переиздаваемой до сих пор, ректор иезуитского колледжа в Лотарингии Иоганн Лейрехон. Это зубчатый насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих передачу момента с ведущего звена на ведомое.
Центробежные насосы – от V века до Леонардо да Винчи и промышленого производства
Устройство с 10 искривленными лопастями нашли в конце XVIII века в заброшенной медной шахте Сан-Доминго в Португалии. Находка датируется V веком. Однако никто так и не смог понять, как работал этот механизм.
Об агрегатах, которые рисовал Леонардо да Винчи, известно намного больше.
Они усовершенствовались на протяжении нескольких десятилетий, пока французский врач и инженер Анри Папен не решил приспособить воздуходувку для подачи воды.
На практике стали использовать устройство Ле Демура (1732 г.). К вертикальному валу под углом была присоединена прямая труба, ее нижний конец погружался в воду. При вращении вала труба также начинала вращаться. Центробежные силы приводили к движению в ней жидкости.
Классическую же радиальную форму, как у современных центробежных насосных агрегатов, рабочему колесу придал ученый Андреас в 1818 г. в Бостоне. Вначале лопасти были прямыми, но в 1846 г. изобретатель обосновал, что криволинейные лопасти являются эффективными для нагнетания жидкости.
Над созданием своих центробежных машин работали многие ученые и инженеры. В XVIII веке приложил к ним руку математик Леонард Эйлер, который впервые сделал математический анализ рабочего процесса радиальной лопастной машины.
Название «центробежный насос» означает, что жидкость в этой машине перемещается от центра к периферии. Но основными силами являются не центробежные силы инерции, а Кориолисовы силы инерции и силы, подобные подъемной силе крыла самолета.
Фото: Вертикальный многоступенчатый насос Василия Пушечникова был использован в системе водоснабжения Москвы. Источник: Регнум.ру
От отмены крепостного права – фабрикам и заводам
В России феодализм завершился с отменой крепостного права в 1861 году. Это эпохальное политическое событие послужило толчком для бурного экономического роста Российской империи. Строящиеся фабрики и заводы требовали оборудования и людей. Население городов, где были расположены производственные мощности, выросло до 1913 года в разы. Так, население Москвы в 1861 году насчитывало 350 тыс. чел. В 1913 году в столице жили 1,8 млн чел. Петербург за это время также показал четырехкратный рост.
В 1899 г. инженер из России Василий Пушечников изобрел вертикальный многоступенчатый насос, который предназначался для буровых скважин. Его построили на французском заводе Фарко и использовали для снабжения водой Москвы. При этом подача жидкости агрегатом составляла 200 кубометров в час, КПД достигал 70 %.
В России же центробежные насосные установки впервые стали выпускать на московском предприятии Г. Листа в 1880 г.
Приход центробежных насосов в промышленность был революционным. Они изменили водоснабжение городов и обеспечили подачу воды на самые высокие этажи.
Фото: Паровая машина Уатта как символ Промышленной революции. Источник: Arthive.com
Такие насосы применяются в системах с замкнутым контуром и обеспечивают отопление и кондиционирование.
В промышленном производстве их используют для транспортировки жидкостей на химических и нефтеперерабатывающих предприятиях.