Техническая эксплуатация электрического и электромеханического оборудования

Введение Первые сведения, имеющиеся об искусственных сооружениях для добывания воды, относятся к третьему тысячелетию до нашей эры. В этих сооружениях использовались простейшие механизмы для транспортирования воды: вороты, водоподъемные колеса, черпаковые машины. Изобретение насоса относится к глубокой древности. Первый насос для тушения пожаров, который изобрел древнегреческий механик Ктесибий, был описан в I веке до н.э. древнегреческим ученым Героном из Александрии в сочинении « Pneumatica », а затем М.Витрувием в труде « De Architectura ». Простейшие деревянные насосы с проходным поршнем для подъема воды из колодцев, вероятно, применялись еще раньше. Известно, что в Египте с конца I века до н.э. использовали Архимедов винт для полива земель, для подачи воды на возвышенности с высотой до 4 м и для осушения низменных местностей. В Новгороде (12 век) для подъема воды использовали поршневые насосы, выполненные из дерева. В летописи Пскова отмечено, что в 1519 году был построен водопровод с подъемом воды на холм Кремля. В 1631 году в Московском Кремле был построен водопровод, который подавал воду при помощи «водовзводной машины» в водонапорную башню. До начала 18 века поршневые насосы по сравнению с водоподъемными машинами использовались редко. В дальнейшем в связи с ростом потребности в воде и необходимостью увеличения высоты ее подъема, особенно после появления паровой машины, насосы постепенно стали вытеснять водоподъемные машины. Требования к насосам и условия их применения становились все более разнообразными, поэтому наряду с поршневыми насосами стали создавать вращательные насосы и различные устройства для напорной подачи жидкостей. Таким образом, исторически наметились три направления дальнейшего развития насосов: создание и совершенствование поршневых насосов, вращательных насосов и гидравлических устройств без движущихся рабочих органов. Подъем в развитии поршневых насосов наблюдался в конце 18 века, когда для их изготовления стали применять металл и использовать привод от паровой машины. С середины 19 века начали широко внедряться в производство паровые прямодействующие поршневые насосы. К этому периоду относится создание крыльчатых насосов, прообразом которых является поршневой насос с кольцевым цилиндром, описанный французским инженером А.Рамелли в 1588 году в работе « Le diverse et articiose machine ». Развитие теории поршневых насосов тесно связано с работами таких ученых и инженеров, как К.Бах, Г.Берг, А.П.Герман, В.Г.Шухов, П.К.Худяков, И.И.Куколевский, А.А.Бурдаков и др. Достижения в области поршневых насосов были широко использованы также при создании поршневых компрессоров, гидравлических прессов и других устройств. Но сами поршневые насосы, начиная с 20 ? 30-х годов 20 века, стали заметно вытесняться во многих отраслях деятельности центробежными, роторными и другими видами насосов. Другой путь развития насосов начался с изобретения так называемых «вращающихся насосов», имевших один ротор, которые первоначально также были описаны французским инженером А.Рамелли. Насос с эксцентрическим ротором является прототипом современных шиберных насосов. В 1624 году И.Лейрехон в книге « La recreation mathematiqae » описал двухроторный коловратный насос, который можно рассматривать как прообраз современных зубчатых насосов. В дальнейшем появились и другие разновидности роторных насосов, представителем которых является, например, лабиринтный насос, созданный уже в 50-е годы 20 века. Первый вихревой насос, названный центробежным самовсасывающим, был предложен в 1920 году в Германии инженером С.Хиншем. В дальнейшем разрабатывались другие разновидности насосов такого типа. Идея использования центробежной силы для подачи жидкостей возникла в 15 веке еще у Леонардо да Винчи и, по-видимому, независимо от него была реализована в начале 17 века французским инженером Бланкано, построившим простейший центробежный насос для подачи воды, рабочим органом которого служило открытое вращающееся колесо. Один из первых центробежных насосов со спиральным корпусом и четырехлопастным рабочим колесом был предложен французским ученым Д.Папеном, который усовершенствовал конструкцию ранее известной воздуходувки « Hessians ». В конце 19 века, когда появились быстроходные тепловые, а затем электрические двигатели, центробежные насосы получили более широкое применение. В 1835 году русский инженер А.А.Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный; в 1846 году американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос; в 1851 году аналогичный насос был создан в Великобритании по патенту Гуинна. В 1898 году русский инженер В.А.Пушечников разработал первый вертикальный многоступенчатый скважинный насос с трансмиссионным валом для буровых скважин глубиной до 250 м . Этот насос, построенный в Париже на заводе Фарко, предназначался для водоснабжения Москвы и имел подачу 200 м 3 /ч и КПД до 70%. В России первые центробежные насосы начали изготавливать в 1880 году на заводе Г.Листа в Москве. Развитие осевых насосов основывалось на опыте аналогичных им гидротурбин. Проектирование и исследование осевых насосов (пропеллерных и поворотно-лопастных) относится к концу 19 – началу 20 века. В СССР эти насосы разрабатывались начиная с 1932 года на заводе «Борец» (под руководством М.Г.Кочнева), во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидромашиностроения (С.С.Руднев и другие), в Харьковском институте «Промэнергетика» (Г.Ф.Проскура и другие), а с 1934 года на опытной установке в г.Дмитрове (под руководством И.Н.Вознесенского). Большую роль в создании теории и совершенствовании конструкции центробежных и осевых насосов сыграли труды Л.Эйлера, О.Рейнольдса, Н.Е.Жуковского, С.А.Чаплыгина, К.Пфейдерера, И.И.Куколевского, В.С.Квятковского, А.А.Ломакина, И.Г.Есьмана, Н.М.Щапова, Н.Н.Вознесенского, Т.М.Батша и других ученых. Третье направление развития устройств для напорной подачи жидкостей объединяет несколько путей создания и совершенствования насосов-аппаратов, т.е. гидравлических устройств для напорной подачи жидкости без движущихся рабочих органов. Прототипы вытеснителей, согласно свидетельству Герона, изготовлялись уже в Древней Греции (устройства для вытеснения из сосуда воды подогретым воздухом или водяным паром). Первым вытеснителем производственного назначения была предложенная в 1698 году английским инженером Т.Севери паровая водоотливная установка. Это устройство можно считать прототипом изобретенного в Германии в 1871 году Халлем пульсометра (устройства, в котором жидкость вытесняется из камеры при помощи пара), имевшего 2 камеры и действовавшего автоматически. Идея использования сжатого воздуха для подачи воды высказывалась еще в 1707 году Папеном и другими инженерами, но практически была применена значительно позже (в 20 веке) – в монжусе (разновидность вытеснителя, имеющая также название насос Монтежю) и в двухкамерном водоприемнике вытеснения для водяных скважин (конструкция инженера В.П.Савотина). Подача воды под действием давления продуктов сгорания жидкого топлива была осуществлена в Великобритании в 1911 году Н.Л.Гемфри. Принципиально иной способ подачи воды или нефти из скважин с помощью сжатого воздуха или других газов был применен в газлифтах (нагнетательных эрлифтах или воздушных водоподъемниках), которые были предложены в середине 19 века, а позднее нашли и практическое применение (с 1897 года на нефтепромыслах в Баку, а с 1901 года в США). С изобретением Монгольфье в 1796 году автоматически действующего гидравлического тарана наметился еще один путь развития устройств для напорной подачи жидкости, принцип действия которых был основан на использовании для подачи воды периодически создаваемых гидравлических ударов. В дальнейшем были предложены различные конструкции гидравлических таранов. В СССР нашли распространение установки инженера Д.И.Трембовельского (1927 год) и другие. Одной из разновидностей насосов-аппаратов явился водоструйный насос, который как лабораторный прибор был предложен английским ученым Д.Томпсоном в 1852 году и служил для отсасывания воды и воздуха. Первый промышленный образец струйного аппарата применил инженер Нагель в 1866 году в Германии для удаления воды из шахт. Позднее созданы различные струйные насосы в виде водо-водяных эжекторов, паро-водяных инжекторов и многие другие. Основы теории струйных насосов были заложены в работах Г.Цейнера и У.Ранкина во второй половине 19 века и получили существенное развитие в 30-х годах 20 века благодаря исследованиям американских инженеров О'Брайена и Гослина и советских специалистов Л.Д.Бермана, К.К.Баулина, А.Н.Лопекина, Е.Я.Соколова, Н.М.Зингера и других. Позднее был предложен гидропневматический водоподъемник для скважин (В.П.Сироткин и Я.С.Суреньянц), в конструкции которого объединены струйный насос и эрлифт. Одним из направлений развития насосов-аппаратов является создание магнитогидродинамических насосов. Первые такие насосы на постоянном токе были предложены Голденом ( 1907 г .) и Гартманом ( 1919 г .). Однако широко их стали применять только в 50 ? 60-е годы 20 века, главным образом в связи с успехами атомной энергетики. Таким образом, техника подъема и перемещения вначале только воды, а затем нефти и других жидкостей в каждую эпоху в основном соответствовала уровню развития производительных сил и производственных отношений. 1.Обзор устройств данного класса Классификация насосов по принципу действия показана на рисунке 1.. Рисунок 1. Классификация насосов по принципу действия. • Динамический насос – насос, в котором среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса. • Лопастной насос – динамический насос, в котором жидкая среда перемещается путем обтекания лопасти. • Центробежный насос – лопастной насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии. • Осевой насос – лопастной насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо в направлении его оси.