Насосы объемного типа, которые поднимают заданный объем за каждый цикл работы, можно разделить на два основных класса: возвратно-поступательные и роторные. К поршневым относятся поршневые, плунжерные и мембранные насосы; к роторным — шестеренчатые, лопастные, винтовые, лопастные и кулачковые насосы.
Плунжерный насос — самый старый из распространенных типов. Поршневые и плунжерные насосы состоят из цилиндра, в котором поршень или плунжер перемещается вперед-назад. В плунжерных насосах плунжер движется через неподвижное уплотнение с набивкой и проталкивается в жидкость, а в поршневых насосах уплотнение с набивкой находится на поршне, который выталкивает жидкость из цилиндра. При движении поршня наружу объем цилиндра увеличивается, и жидкость поступает через односторонний впускной клапан. При движении поршня внутрь объем цилиндра уменьшается, давление жидкости увеличивается, и жидкость вытесняется через выпускной клапан. Скорость прокачки изменяется от нуля в момент изменения направления движения поршня до максимума, когда поршень проходит примерно половину своего хода. Колебания скорости откачки можно уменьшить, если использовать обе стороны поршня для перекачки жидкости. Насосы такого типа называются насосами двойного действия. Колебания скорости перекачки можно еще больше уменьшить, если использовать более одного цилиндра.
Общая производительность поршневых насосов может быть изменена путем изменения скорости возвратно-поступательного движения поршневого штока или длины хода поршня. Поршень может приводиться в движение непосредственно паром, сжатым воздухом или гидравлическим маслом или через механическую связь или кулачок, который преобразует вращательное движение приводного колеса в возвратно-поступательное движение поршневого штока.
Поршневые и плунжерные насосы стоят дорого, но они чрезвычайно надежны и долговечны. Известны случаи, когда поршневые насосы работали без ремонта и замены в течение
более 100 лет.
Действие мембранного насоса аналогично действию поршневого насоса, в котором поршень заменен пульсирующей гибкой мембраной. Это устраняет недостаток, связанный с тем, что поршневые пакеты находятся в контакте с перекачиваемой жидкостью. Как и в случае с поршневыми насосами, жидкость поступает в насос и выходит из него через обратные клапаны. Мембрана может приводиться в действие механически с помощью поршня, непосредственно прикрепленного к мембране, или с помощью жидкости, например сжатого воздуха или масла.
Мембранные насосы обеспечивают пульсирующую подачу жидкостей, газов или их смеси. Они полезны для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы, а также для перекачивания дорогостоящих, токсичных или коррозионных химикатов, где недопустимы утечки через сальники.
Мембранные насосы могут работать всухую в течение длительного периода времени. Кроме того, скорость перекачки большинства таких насосов можно изменять во время работы.
Наиболее распространенный тип шестеренчатого насоса показан на рисунке 1. Одна из шестеренок приводится в движение, а другая вращается свободно. Частичный вакуум, создаваемый за счет расцепления вращающихся шестерен, втягивает жидкость в насос. Затем эта жидкость передается на другую сторону насоса между вращающимися зубьями шестерен и неподвижным корпусом. Когда вращающиеся шестерни входят в зацепление, они создают повышенное давление, которое выталкивает жидкость в выпускной трубопровод. Шестеренчатый насос может нагнетать жидкость в любом направлении, в зависимости от направления вращения шестерен.
Внутренний шестеренчатый насос показан на рисунке 2. Ведомая шестерня представляет собой ротор с внутренними зубьями, которые входят в зацепление с зубьями ведомой шестерни с внешними зубьями, установленной со смещением от центра ротора. Серповидная часть неподвижного корпуса разделяет поток жидкости между ведомой шестерней и ротором. Шестеренные насосы могут перекачивать жидкости, содержащие пары или газы. Поскольку смазка внутренних движущихся частей зависит от перекачиваемой жидкости, они не подходят для перекачивания газов. Они обеспечивают постоянную производительность с незначительными пульсациями при заданной скорости вращения ротора. Эрозия и коррозия приводят к увеличению количества жидкости, проскальзывающей обратно через насос. Поскольку шестеренные насосы подвержены засорению, они не подходят для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Однако, поскольку для них не нужны обратные клапаны, их можно использовать для перекачивания очень вязких жидкостей.
Лопастные насосы похожи на шестеренчатые насосы с внешним зацеплением, но вместо шестерен в них установлены роторы с двумя, тремя или четырьмя лопастями; оба ротора приводятся в движение. Лопастные насосы имеют более пульсирующую производительность, чем шестеренные насосы с внешним зацеплением, и меньше подвержены износу. Лопастные компрессоры также используются для перекачки газов; каждый ротор имеет две лопасти.
В винтовом насосе винтовой ротор вращается в неподвижном корпусе, имеющем такую форму, что полости, образующиеся на всасывании, при вращении винта перемещаются к нагнетанию. При образовании полости создается частичный вакуум, который втягивает жидкость в насос. Затем эта жидкость перекачивается на другую сторону насоса внутри прогрессирующей полости. Форма неподвижного корпуса такова, что на нагнетательном конце насоса полость закрывается, создавая повышение давления, которое выталкивает жидкость в выпускной трубопровод.
Винтовые насосы могут перекачивать жидкости, содержащие пары или твердые частицы. Они обеспечивают стабильную производительность с незначительными пульсациями при заданной скорости вращения ротора. Поскольку винтовые насосы не нуждаются в обратных клапанах на входе и выходе, их можно использовать для перекачивания очень вязких жидкостей. Несмотря на то, что винтовые насосы громоздкие, тяжелые и дорогие, они надежны, медленно изнашиваются и имеют исключительно долгий срок службы.
На рисунке 3 показан лопастной насос со скользящим ротором. Ротор установлен со смещенным центром. Прямоугольные лопатки расположены через равные промежутки вокруг изогнутой поверхности ротора. Каждая лопатка свободно перемещается в пазу. Центробежная сила, возникающая при вращении, выбрасывает лопатки наружу, образуя уплотнение против неподвижного корпуса. При вращении ротора на стороне всасывания насоса создается частичный вакуум, втягивающий жидкость. Затем эта жидкость перемещается на другую сторону насоса в пространство между ротором и неподвижным корпусом. На стороне нагнетания доступный объем уменьшается, и в результате повышения давления жидкость поступает в выходной трубопровод; скорость откачки можно изменять путем изменения степени эксцентриситета ротора. Лопастным насосам не нужны обратные клапаны на входе и выходе; они могут перекачивать жидкости, содержащие пары или газы, но не подходят для перекачивания жидкостей, содержащих твердые частицы. Лопастные компрессоры используются для перекачки газов.
