Ручной поршневой насос¶

Ручной поршневой насос — это устройство для перемещения жидкостей (обычно воды) или газов, в котором рабочим органом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение под действием мускульной силы человека. Относится к классу объёмных насосов ручного привода. Основные элементы: цилиндр, поршень с уплотнением (манжетой), впускной и выпускной клапаны, шток с рукояткой.

¶История

Принцип действия поршневого насоса был известен ещё в античности. Первое описание подобного устройства, использовавшегося для тушения пожаров, дал древнегреческий механик Ктесибий Александрийский (ок. 285—222 гг. до н. э.). Его изобретение, называемое «насос Ктесибия», имело два цилиндра и поршни, работавшие поочерёдно, что обеспечивало непрерывную подачу воды. В Древнем Риме такие насосы применялись в водопроводных системах и для откачки воды из шахт.

В Средние века поршневые насосы совершенствовались в основном для горного дела и водоснабжения. В XVI веке немецкий учёный Георг Агрикола в труде «О горном деле и металлургии» (1556 год) подробно описал конструкции шахтных водоотливных насосов с ручным и конным приводом. В России ручные поршневые насосы широко использовались с XVIII века для подачи воды из колодцев и рек, а также в пожарном деле.

Массовое распространение ручных поршневых насосов в быту и сельском хозяйстве пришлось на XIX — первую половину XX века, вплоть до появления доступных электрических насосов. В настоящее время они продолжают применяться в местах без централизованного водоснабжения, в качестве резервного оборудования, а также в лабораториях и на производстве для дозирования жидкостей.

¶Устройство и принцип действия

Основные конструктивные элементы ручного поршневого насоса:

• Цилиндр — корпус, внутри которого движется поршень. Изготавливается из чугуна, стали, латуни или пластика.
• Поршень — подвижная деталь, разделяющая внутреннюю полость цилиндра на две камеры. Снабжён уплотнительным кольцом (манжетой) для герметичности.
• Шток — жёсткая связь между поршнем и рукояткой.
• Рукоятка — рычаг для приложения мускульного усилия. Часто имеет точку опоры (шарнир) на корпусе насоса.
• Впускной клапан — открывается при ходе поршня вверх, пропуская жидкость в цилиндр.
• Выпускной клапан — открывается при ходе поршня вниз, выпуская жидкость из цилиндра в напорный патрубок.
• Патрубки — всасывающий (соединяется с источником жидкости) и напорный (к потребителю).

Принцип действия основан на создании разности давлений. При подъёме поршня (рабочий ход вверх) в цилиндре под поршнем образуется разрежение. Под действием атмосферного давления жидкость из источника поднимается по всасывающему патрубку, открывает впускной клапан и заполняет цилиндр. При опускании поршня (рабочий ход вниз) впускной клапан закрывается, жидкость сжимается, открывает выпускной клапан и выталкивается в напорный патрубок. Для непрерывной подачи требуется два хода поршня (вверх и вниз), поэтому такие насосы называют насосами двойного действия.

Теоретически, максимальная высота всасывания для водяных насосов ограничена атмосферным давлением (около 10,3 метра водяного столба), но на практике из-за потерь и кавитации не превышает 7–8 метров. Высота нагнетания зависит от усилия, прикладываемого к рукоятке, и может достигать десятков метров.

¶Классификация

Ручные поршневые насосы классифицируются по нескольким признакам.

¶По типу жидкости

• Водяные насосы — наиболее распространённые, для перекачки воды и водных растворов.
• Масляные насосы — для перекачки масел, смазок, топлива (например, в системах смазки механизмов).
• Химические насосы — из коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, фторопласт) для агрессивных жидкостей.

¶По конструктивному исполнению

• Однопоршневые — простейшие, с одним цилиндром и поршнем.
• Двухпоршневые — два цилиндра, работающие в противофазе, обеспечивают более равномерную подачу.
• Дифференциальные — имеют два поршня разного диаметра, позволяют уменьшить усилие на рукоятке при сохранении производительности.

¶По способу установки

• Стационарные — крепятся к раме, стене или колодцу.
• Переносные — лёгкие, часто с рукояткой для переноски.

¶По наличию клапанного механизма

• Клапанные — с впускным и выпускным клапанами (классическая схема).
• Бесклапанные — с золотниковым распределением (реже встречаются, обычно в лабораторных насосах).

¶Применение

Ручные поршневые насосы находят применение в различных сферах:

• Водоснабжение — подъём воды из колодцев, скважин, открытых водоёмов в районах без центрального водопровода. Используются в дачных и садовых хозяйствах.
• Пожаротушение — ручные пожарные насосы (например, «Пожарный насос ручной» (ПНР) в России) применяются для подачи воды из естественных источников при отсутствии гидрантов.
• Сельское хозяйство — перекачка жидких удобрений, растворов пестицидов, воды для полива.
• Промышленность — дозирование химических реагентов, перекачка масел и смазок в системах смазки станков, откачка конденсата.
• Лаборатории — вакуумные насосы (для создания разрежения) и насосы для перекачки небольших объёмов жидкостей.
• Быт — ручные насосы для мыльных растворов, шампуней, жидкого мыла (дозаторы).

¶Характеристики

Основные технические характеристики ручных поршневых насосов:

• Производительность — объём жидкости, подаваемый за один двойной ход поршня. Обычно составляет от 0,1 до 5 литров за цикл. Для бытовых моделей — 0,5–2 литра.
• Максимальное давление — от 0,2 до 1,0 МПа (2–10 атмосфер) в зависимости от конструкции.
• Высота всасывания — до 7–8 метров.
• Высота нагнетания — до 30–50 метров.
• Материал корпуса — чугун, сталь, латунь, алюминий, полимеры (полипропилен, полиэтилен).
• Вес — от 2–3 кг (переносные) до 50–100 кг (стационарные).

¶Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Независимость от источников энергии (электричества, топлива).
• Простота конструкции и обслуживания.
• Надёжность и долговечность (при правильной эксплуатации).
• Возможность ремонта в полевых условиях.
• Экологичность (отсутствие выбросов).

Недостатки:

• Низкая производительность по сравнению с электрическими насосами.
• Требуют физических усилий оператора.
• Ограниченная высота всасывания (не более 8 метров).
• Шум и вибрация при работе.
• Необходимость регулярного обслуживания (замена манжет, клапанов).

¶Интересные факты

• Самый старый из сохранившихся ручных поршневых насосов (римского периода) был найден при раскопках в Помпеях. Он датируется I веком н. э.
• В России до середины XX века ручные поршневые насосы были основным средством водоснабжения в сельской местности. Их устанавливали на общественных колодцах.
• Конструкция ручного поршневого насоса легла в основу первых паровых машин (например, насос Томаса Ньюкомена, 1712 год).
• В современной лабораторной практике ручные поршневые насосы (шприцевые дозаторы) используются для точного дозирования микролитровых объёмов жидкостей.

¶Источники

• Агрикола Г. О горном деле и металлургии. — М.: Изд-во АН СССР, 1962.
• Бирюков В. В. Насосы и насосные станции. — М.: Стройиздат, 1985.
• ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».
• Карелин В. Я. Насосы и насосные станции. — М.: Энергоатомиздат, 1986.
• Материалы Музея воды (Москва) — экспозиция «История водоснабжения».