Воздушный тепловой насос: принцип действия

Виды самовсасывающих насосов

Производители выпускают самовсасывающие насосы с встроенным или выносным эжектором. В данном виде насосного оборудования всасывание и подъем жидкости происходит за счет ее разряжения. Во время работы эжекторные установки издают слишком много шума, поэтому для их размещения на участке подбирается специальное помещение, находящееся на достаточном расстоянии от жилого дома. Главное достоинство самовсасывающих насосов с эжектором заключается в их способности поднимать воду с большой глубины, в среднем составляющей около 10 метров. При этом в источник водозабора опускается подающая труба, а сам насос устанавливается на некотором расстоянии от него. Такое расположение позволяет свободно контролировать работу оборудования, что сказывается на продолжительности срока его использования.

Ко второму виду оборудования относят самовсасывающие насосы, обеспечивающие подъем воды без эжекторов. В моделях данного типа насосов всасывание жидкости обеспечивается гидравлическим устройством, имеющим специальную многоступенчатую конструкцию. Гидравлические насосы работают бесшумно в отличие от эжекторных моделей, но по глубине забора жидкости они им уступают.

Устройство и принцип действия центробежного насоса

На рисунке представлено устройство самовсасывающего насоса центробежного типа. В корпусе, имеющем спиральную форму, расположено жестко закрепленное колесо, которое состоит из пары дисков с лопастями, вставленными между ними. Лопасти отогнуты в противоположную сторону от направления вращения рабочего колеса. С помощью патрубков определенного диаметра обеспечивается соединение насоса с напорным и всасывающим трубопроводом.

Так схематично можно представить устройство самовсасывающего центробежного насоса для перекачки воды, используемого в частных домах и на дачах

Принцип действия центробежных самовсасывающих насосов выглядит следующим образом:

После наполнения водой корпуса и всасывающего трубопровода рабочее колесо начинает вращаться.
Центробежная сила, возникающая при вращении колеса, вытесняет воду от его центра и отбрасывает ее на периферийные участки.
За счет создаваемого при этом повышенного давления происходит вытеснение жидкости с периферии в напорный трубопровод.
В это время в центре рабочего колеса давление наоборот понижается, что вызывает поступление жидкости через всасывающий водопровод в корпус насоса.
По данному алгоритму происходит непрерывная подача воды самовсасывающим насосом центробежного типа.

Принцип работы самовсасывающего вихревого насоса

Воздух, показанный на рисунке желтым цветом, всасывается в корпус насоса за счет вакуума, который создается путем вращения импеллера (рабочего колеса). Далее происходит смешивание воздуха, попавшего внутрь насоса, с рабочей жидкостью, содержащейся в корпусе агрегата. На рисунке данная жидкость изображена голубым цветом.

На данном рисунке изображено устройство и принцип работы вихревого самовсасывающего насоса для подъема жидкости на высоту не более восьми метров

После поступления смеси воздуха и жидкости в рабочую камеру происходит отделение этих компонентов друг от друга, основанное на разности их плотностей. При этом отделившийся воздух выводится через подающую магистраль, а жидкость рециркулирует в рабочей камере. Когда из всасывающей линии происходит удаление всего воздуха, то насос наполняется водой и начинает работать в режиме центробежной установки.

Возможные варианты исполнения вихревых самовсасывающих водяных насосов, выпускаемых производителями для бытового использования владельцами частных домов и загородных коттеджей

На всасывающем фланце устанавливается обратный клапан, который предназначен для того, чтобы не допускать обратного попадания воздуха в трубопровод, а также для обеспечения постоянного присутствия в камере насоса рабочей жидкости. Благодаря такому устройству и принципу действия вихревые самовсасывающие насосы способны с залитой камерой обеспечивать подъем жидкости с глубины, не превышающей восьми метров, без установки донного клапана.

Воздушные устройства для велосипеда

Насос для велосипеда – главный аксессуар после велошлема, без которого не стоит выезжать даже с целью обкатки нового «коня».

Насосы для амортизатора и воздушной вилки

Устройства для вилок (аппараты высокого давления) – это незаменимая вещь для профессиональных велосипедистов. Главным заданием насоса является подкачивание воздушной вилки или амортизатора. Владельцы такой техники утверждают, что при помощи таких устройств можно изменить жесткость амортизаторов велосипеда для своего стиля езды.

Насосы для амортизатора и воздушной вилки

Большинство видов имеют манометр, по шкале которого весьма удобно рассчитать давление, в итоге вилка накачается до необходимой отметки.

Огромным плюсом устройства является то, что при необходимости его вполне можно использовать для накачивания покрышек.

Ручной насос

Ручные устройства делятся на два вида: с интегрированной головкой и со шлангом.

Устройство со шлангом оборудовано отдельной трубкой для соединения с ниппелем камеры. Преимущество насоса – низкая стоимость, а вот главный недостаток – соединения, которые могут пропускать воздух.

Аппараты с интегрированной головкой оборудованы резиновой вкладкой в боковом отверстии, которая служит уплотнителем ниппеля по кругу. Часто при соединении эта вкладка сжимается рычажком на головке. Так как резинка надежно уплотняет и крепко соединяет, данный тип изделий делает работу качественно.

Ручной воздушный насос

Простой ручной аппарат состоит из войлочного или пластмассового поршня чашевидной формы. Двигая поршень вперед, воздух прижимает стенки так же, как запорный клапан. Таким устройством воздух толкать можно лишь вперед до противоположного конца.

Эффективными считают устройства двойного действия. Их поршень герметичен с обеих сторон в цилиндре и нагнетает воздух, как помпа, при обоих ходах – вперед и назад.

Коротко о главном

Использование вакуумного насоса в бытовых целях может быть реализовано двумя путями. В первом случае, на базе любого компрессора можно собрать прибор, который будет откачивать воздух. Его можно применить в разных сферах. И самая распространенная – это создание вакуумной упаковки для продуктов или вещей.

Во втором случае можно осуществлять условно бесплатный полив на приусадебном участке. Причем способов воплощения великое множество. Можно сделать ручную помпу, от самой простой и дешевой, но малоэффективной конструкции до вполне продуктивного насоса.

Для этого придется собрать устройство с поршнем, который будет создавать вакуум в камере. А отсутствие воздуха в системе позволит замещать его водой, которая сразу же начнет притягиваться, заполняя трубопровод.

Можно проявить смекалку и позволить природе работать вместо себя. Конструкции, использующие солнечную или тепловую энергии, сами заставят воду поступать в емкость. Также можно продуктивно найти применение для энергии набегающей на берег волны.

Оценок 0

Преимущества и особенности мембранных пневмонасосов

Простой и надежный принцип работы пневматического насоса позволяет быстро перекачивать вещества повышенной вязкости. Так, насосы итальянского производителя SEKO, в зависимости от модели, перекачивают жидкость с вязкостью до 55000 cPs (55 Па*с). На практике это означает, что 210 л сливочного масла (50000 cPs) можно перекачать за 1 минуту.

Износостойкость

С советских времен нам достался стереотип о том, что надежный насос обязательно должен иметь металлический корпус. А значит — быть громоздким, тяжелым, подверженным коррозиям, и дорого стоить. Появление новых полимерных материалов позволило избавиться от большинства недостатков металла. Корпуса из полимеров делают мембранные пневмонасосы универсальными, надежными, долговечными, мобильными, химически стойкими. Их можно устанавливать в суровых условиях: на улице или непосредственно в перекачиваемой жидкости. Мастер по установке легко может перевозить пневмонасос на тележке.

Основной рабочий элемент пневматических насосов — мембраны. Они изготовлены из сверхустойчивых материалов — Hytrel, Santoprene, NBR, EPDM. Также для повышения химической износостойкости насоса используются дополнительные тефлоновые мембраны, что обеспечивает двойную защиту насоса (при повреждении тефлоновой мембраны резиновая мембрана продолжает работать). В зависимости от условий работы (температура окружающей среды, давление воздуха, интенсивность использования), параметров жидкости (вязкость, температура, агрессивность, вместимость твердых включений) и материалов, мембраны могут выдерживать от 15 до 25 млн. рабочих циклов.

Пневматика

Принцип работы пневматического насоса заключается в преобразовании энергии сжатого воздуха в возвратно поступательные движения мембраны. Чтобы запустить насос, его достаточно подключить к компрессору. Раньше использовали в основном гидравлические и электроприводные насосы, но сейчас на большинстве предприятий есть пнемнолинии, к которым можно без особых трудностей подключить пневмонасос.

В пневматических насосах отсутствует электропривод, в нем нет деталей, которые вращаются на большой скорости. Это позволяет:

использовать мембранные насосы во взрывоопасных зонах;
работать на сухом ходу;
погружать насос в откачиваемую жидкость;
минимизировать техническое обслуживание насосов в виду отсутствия электродвигателей, подшипниковых групп, торцевых уплотнений, сальников и прочих деталей, требующих регулярной смазки.

Новая инженерная парадигма

В то время как предприятия Европы и США повсеместно используют пневматические насосы в различных сферах промышленности, страны бывшего СССР оценили эту технологию только недавно. До недавнего времени инженеры старой школы по привычке использовали стандартные кулачковые, шестеренчатые и центробежный насосы под все задачи, даже не задумываясь, насколько это неэффективно.

С появлением на отечественном рынке пневматических насосов из современных износостойких материалов большинство предприятий начало массовую замену старого оборудования. Начиная с 2015 года спрос на пневмонасосы вырос в 10 раз. К примеру за год купили 3 насоса такой-то марки, а в 2017 уже 30!

Это вовсе не означает, что другие виды насосов (импеллерный, центробежный, мембранный насос с электроприводом) не способны справляться с нетипичными задачами. Но практика показывает, что в таких случаях установка и работа мембранного пневмонасоса обойдется гораздо дешевле.

Консервативное недоверие к пневмонасосам постепенно уступает место здравому прагматизму.

6 задач, которые можно решить при помощи мембранных пневматических насосов

Пневмонасос может перекачивать:

Вещества с повышенной вязкостью: масла, клеи, сиропы, нефтепродукты;
Агрессивные вещества: кислоты, щелочи, антиоксиданты;
Вещества с абразивными включениями до 10 мм;

Кроме того, при помощи пневмонасосов можно:

Создать высокую степень разреженности (высота сухого всасывания до 6 м).
Перекачать плотное вещество, не разрывая его структуру.
Убрать завоздушенность, прокачать систему от воздуха, воздушных пробок.

Разновидности

В зависимости от принципа работы вакуумные насосы делят на несколько типов:

пластинчато-роторные;
центробежные;
водокольцевые;

диафрагменные (мембранные);
Рутса;
турбомолекулярные.

Рассмотрим каждый вид более подробно.

Пластинчато-роторные

Главный элемент конструкции этого типа приборов – ротор, который вращается внутри рабочей камеры и тем самым создает отрицательное давление. Чтобы оно поддерживалось на постоянном уровне, конструкция предусматривает наличие лопатки, которая также вращается и время от времени перекрывает отверстие, по которому в насос поступает газ.

Все части прибора смазываются маслом. Оно не только облегчает их вращение, но и служит герметиком, перекрывая доступ атмосферного воздуха к системе. Также существуют безмасляные насосы. Как понятно из названия, они не предусматривают использование масла. Однако в силу этого такие устройства не могут обеспечить высокие значения отрицательного давления, поэтому их применяют для создания низкого и среднего вакуума.

Пластинчато-роторные насосы всегда оборудуются выходным клапаном. Также на них может быть установлен входной, но он предусмотрен не на всех моделях.

Центробежные

Понижение давления и откачивание газа в этом типе оборудования обеспечивается компрессором, который вращается внутри рабочей камеры. Он представляет собой крыльчатку с расположенными под углом лопастями.

Водокольцевые

Схема ВВН простого действия: 1 – рабочее лопаточное колесо; 2 – цилиндрический корпус; 3 – рабочие ячейки; 4 – водяное кольцо; 5 – окно всасывания; 6 – окно нагнетания; 7 — мертвый объем.

Принцип работы этих насосов напоминает таковой у пластинчато-роторных. Однако в данном случае ротор наполовину залит рабочей жидкостью. При вращении она принимает на себя энергию последнего и за счет центробежной силы прижимается к стенкам камеры, образуя своеобразное кольцо (отсюда и название). Это создает пониженное давление, позволяющее откачивать газ из системы.

Водокольцевые насосы обычно обеспечивают низкий вакуум. Однако при использовании более эффективных рабочих жидкостей с высокой точкой кипения и охлаждению откачиваемого газа можно добиться и более низкого давления.

Диафрагменные (мембранные)

Схема мембранного вакуумного насоса: 1 – эксцентрик; 2 – шатун; 3 – винт; 4 – поддерживающий диск мембраны; 5 – мембрана; 6 – зажимной диск мембраны; 7 – рабочая камера; 8 – крышка; 9 – выпускной клапан; 10 – впускной клапан; 11 – картер; 12 — корпус.

Главным элементом устройств этого типа является диафрагма. Она представляет собой закругленную по краям и способную сильно изгибаться мембрану, которую приводит в движение электрический привод. При откачивании воздуха из системы диафрагма отгибается назад, тем самым обеспечивая понижение давление.

Благодаря компактным размерам диафрагменные вакуумные насосы широко применяются в медицинских и химических лабораториях, аналитических системах на химической промышленности. Современные модели имеют интеллектуальное автоматизированное управление, которое существенно упрощает работу оператора.

Рутса

Насосы рутса представляют собой разновидность пластинчато-роторных. Они отличаются тем, что:

Главные преимущества этого типа устройства – это высокая эффективность и тихая работа. А недостаток – высокая температура во время функционирования. Она достигается из-за отсутствия в конструкции полноценного выпускного клапана, из-за чего в рабочей камере создается высокое давление и, как следствие, перегрев.

Турбомолекулярные

Принцип работы этого типа приборов заключается в придании молекулам откачиваемого газа дополнительного ускорения. Эта задача выполняется с помощью системы роторов-крыльчаток, смонтированных на одной продольной оси. Их число может достигать нескольких десятков.

Мнение эксперта
Куликов Владимир Сергеевич

Турбомолекулярные насосы требуют для работы применение форвакуумных. Они создают низкий вакуум, который впоследствии усиливает основное устройство. В качестве форвакуумного насоса может быть использован любой низковакуумный.

Как устроен центробежный пожарный агрегат

Без чего совершенно не будет работать центробежный пожарный насос, так это без колеса с лопастями. Вращаясь, лопасти загребают воду, она движется по кругу и вследствие действия центробежной силы ускоряется, прижимается к стенкам и засасывается. Затем проходит по спирали, попадает на площадку и направляется в конусный диффузор, расширяющий и замедляющий поток.

Чтобы поток воды на входе не закручивался, установлен разделитель. А для увеличения скорости предусмотрен переход большего сечения отверстия в меньшее. Такое устройство называется конфузером.

Пожарный насос снабжают пеносмесителем, который позволяет создавать пену, путем смешивания воды и специального вещества (пенообразователя). Для распределения жидкости в рукава предназначен коллектор.

Насосные агрегаты, установленные на пожарных автомобилях, состоят непосредственно из насосов, коллекторов, запорной арматуры, приборов, создающих вакуум, и подающих вещество для образования пены. Температура тушащего вещества должна составлять не более 30 °C. Максимальный размер частиц, которые могут присутствовать в воде, составляет 3 мм, а их концентрации по массе не должна превышать 0,5%.

Вода в таких насосах не должна замерзать, поэтому их устанавливают в отделениях пожарной техники, где поддерживается температура выше 0 °C.

Если установлено одно колесо, то устройство называют одноступенчатым, если колес больше – многоступенчатым. Многоступенчатые противопожарные насосы применяют для создания высокого давления. Число колес в них может достигать 10. Колеса соединяют последовательно, размещая на валу.

Жидкость к рабочему колесу может подаваться с одной стороны (правой или левой) или с двух сторон. Правым называется вращение по часовой стрелке, если наблюдать со стороны привода.

Если насос берет воду из открытого водоема, то вначале включают вакуумный аппарат, который откачивает воздух, что заставляет воду затекать внутрь. После заполнения водой работа по созданию вакуума прекращается, и включают режим вращения лопастей. Когда манометр покажет избыточное давление, открывают клапаны, и пускают воду в пожарный рукав.

Преимущества и недостатки

Поршневой жидкостный насос характеризуется достаточно большим количеством достоинств и недостатков. К плюсам можно отнести:

Простота конструкции. Как ранее было отмечено, подобные поршневые насосы были изготовлены еще несколько десятилетий назад и конструктивно они изменились несущественно.
Высокая надежность, которую можно связать с простотой механизма и применением высококачественных материалов. Износостойкие материалы могут выдерживать длительное механическое воздействие.
Возможность работы с различными носителями. Широкая область применения определена тем, что применяемые материалы не реагируют на воздействие различных химических веществ.

Есть и несколько серьезных недостатков. Примером можно назвать невысокую производительность. Подобные модели в меньшей степени подходят для перекачивания большого количества жидкости. Кроме этого, конструкция не подходит для продолжительной работы, так как активные элементы быстро изнашиваются и теряют свои эксплуатационные характеристики.

Деление по способу создания вакуумной камеры

Механизм работы этого типа устройств основывается на реакции вытеснения. Процесс откачки осуществляется под действием изменения размеров рабочей камеры. Величина образующегося вакуума напрямую зависит от степени герметичности рабочей камеры.

Величина вакуума может подвергаться регулировке. За счет этого давление в отдельных местах системы может увеличиваться, либо же, напротив, уменьшаться.

Вакуумные насосы в большинстве конфигураций имеют форму цилиндра, внутри которого встроен оснащенный рабочим колесом вал или импеллер

Вал – ведущий рабочий инструмент механизма. Оснащенное лопастями рабочее колесо выполняет вращательные движения. Под действием движущихся по кругу лопастей осуществляется захват находящейся в рабочей камере жидкости. По мере вращения формируется центробежная сила. Она же и приводит к формированию жидкостного кольца. Образующееся внутри кольца незаполненное пространство и представляет собой вакуум.

В зависимости от способов, с помощью которых создается вакуумная камера, насосы высокого давления для воды бывают центробежные, вибрационные и вихревые.

Устройства центробежного типа

Центробежные насосные насосы – самый распространенный вид перекачивающих устройств, способных обеспечивать высокое давление в системе. Они перекачивают воду за счет вращения закрепленного внутри спиралеобразного корпуса рабочего колеса. Рабочее колесо представляет собой два скрепленных диска, между которыми зафиксированы лопасти в направлении противоположном потоку поступаемой жидкости.

Центробежные станции оснащаются гидробаками, обеспечивающими запас воды на случай нехватки и перепадов давления, и устройствами автоматического управления

В процессе вращения формируется центробежная сила, которая и стимулирует вытеснение потоков воды из центра камеры, откидывая ее в дальние участки. За счет этого уровень давления в центре вращающегося рабочего колеса понижается, а вода начинает поступать во внутренности корпуса.

Центробежные приборы в большинстве исполнений снабжаются гидроаккумуляторами. С напорными трубопроводами они соединяются с помощью патрубков разных диаметров.

Если объема гидробака насосной станции недостаточно, она может быть применена как агрегат, поставляющий воду в накопительную емкость

Оборудование центробежного типа способно обеспечивать бесперебойную подачу воду при высоком напоре. Единственное условие эксплуатации – при запускании агрегата необходимо заполнение корпуса водой. У центробежной разновидности есть ограничения: качать воду они не могут с глубины более 8 м, но в качестве дополнения в системе повышения давления из нескольких насосов и накопителей вполне пригодны.

Вибрационные электромагнитные насосы

Принцип работы вибрационных насосов основан на способности магнита за счет действия переменного тока поочередно притягивать к себе, а затем отпускать тандем якорь-поршень. Изменение полярности якорь совершает чередующиеся движения. В течение одной секунды положение якоря может меняться несколько десятков раз.

Благодаря отсутствию в электромагнитных устройствах вибрационного типа вращающихся деталей они считаются самыми надежными и долговечными

В результате вибрационных колебаний вода сначала всасывается в рабочую камеру, а затем выталкивается через клапан в напорный патрубок. Вибрационный агрегат может работать в паре центробежным собратом или нагнетать запас воды в накопительную емкость.

Вихревые модели помп

В полости корпуса таких агрегатов расположен плоский диск, оснащенный радиально зафиксированными лопатками. Вращение колеса с периферическими лопатками и создает вакуум.

Под действием вращения диска жидкость попадает в специально обустроенную полость корпуса, а затем, пройдя сквозь камеру, выталкивается наружу

Вихревые устройства славятся высокой силой всасывания. Им не страшно присутствие в воде воздушных пузырьков. Но они уязвимы к наличию в жидкости взвешенных частиц и потому имеют ограниченную область применения. Поскольку вихревые устройства быстро ломаются при перекачивании грязных вод, их не рекомендуется использовать при обустройстве песчаных скважин и колодцев.

Принцип работы

В соответствии с традиционной схемой, начинается рабочий процесс от патрубка, к которому подключается воздуховод. Нагнетаемый воздух по каналу зольника направляется в сторону пневмопривода, после чего поршень активизирует функцию всасывания насоса. Через патрубок жидкость всасывается и передается в нагнетательную камеру. Попеременно открывающиеся и закрывающиеся пилотные клапаны обеспечивают стабильную циркуляцию жидкости под оптимальным давлением. В зависимости от реализации управляющей инфраструктуры, насос пневматический может работать в автоматическом или механизированном режиме. В современных производственных линиях и вовсе задействуются контроллеры с датчиками, позволяющие программировать рабочий процесс. Датчики фиксируют показатели температуры, степень вязкости, интенсивность подачи жидкости и т. д. Сигналы от чувствительных сенсоров направляются на центральный пульт управления, который, опять же, в зависимости от заложенной программы и настроек может корректировать отдельные характеристики рабочего процесса.

Принцип работы пластинчатого роторного насоса

Пластинчато-роторные вакуумные насосы, принцип работы которых заключается в вытесняющем действии, представляет собой оборудование с масляным уплотнением. Система имеет в составе:

корпус;
лопасти;
внецентренно установленный ротор;
вход и выход.

Масляное уплотнение устанавливается на выпускной клапан, который разработан по подобию вакуумного предохранительного клапана. В процессе работы он находится в открытом состоянии. Рабочая камера располагается внутри корпуса, а лопасти ротора разделяют камеру на два отсека, разные по объему. Как только устройство будет включено, газ поступит в расширяющую камеру, пока его не перекроет второй лопастью.

4 Где используется вакуумный насос для откачки воздуха?

Использование воздушно-вакуумных насосов помогает справляться со многими задачами, недоступными для других видов насосов. Вакуумные агрегаты применяются повсеместно, это объясняется их универсальностью. Подобные устройства также называют компрессорами, с помощью которых можно уменьшать значения атмосферного давления с целью образования вакуума высшего порядка.

Ручной воздушный насос

Принцип действия вакуумных насосов для воздуха заключается в необходимости принудительно откачивать воздух из рабочей камеры путем его сжатия и последующего передвижения к патрубку, посредством которого он выводится наружу. Для создания форвакуума необходимы условия, когда абсолютное давление воздуха в герметичном пространстве становится равным минимуму на атмосферном столбике.

При выборе вакуумного насоса необходимо учитывать место их непосредственной работы, так как атмосферное давления может разниться в зависимости от местоположения, а это напрямую влияет на показатели мощности. Откачка воздуха из рабочей камеры может происходить разными путями, это зависит от выбранного потребителем типа аппарата.

В конструкции любого вакуумного аппарата присутствует фильтр, который проводит очистку поступающего воздуха от абразивных частиц, способных нарушить герметичность рабочей камеры. Очищение происходит обычно в 3 этапа, для каждого из них требуется использовать свое приспособление.