Водяные насосы работали еще в Вавилоне

Как известно, вода – это жизнь. Но часто она находится вдалеке от мест проживания человека или его сельхозпосевов. Сегодня с помощью трубы и водяных насосов эта проблема вполне решаема. А вот в древности все было не так-то просто. И если изготовить трубы было вполне посильным делом, то вот с устройством, перекачивающим воду, вышла заминка. Получить водяной насос в том виде, что мы знаем сегодня, получилось только в XX веке.

Есть мнение, что устройства для подъема воды из колодца у древних египтян и шумеров, схожие с колодцом-журавлем, и были первым насосом. Несмотря на примитивизм конструкции, люди смогли додуматься до нее спустя тысячу лет после появления первых цивилизаций.

Винт Архимеда

Шумерский насос, так же как и древнеегипетский шадуф, представлял собой деревянный рычаг, установленный рядом с берегом у воды. На одном его конце размещался ковш, а на противоположном – противовес. Когда рычаг был опущен, ведро наполнялось водой и противовес отскакивал, поднимая ведро вверх. Таким образом, вода переливалась в желоб.

Куда более продвинутой была конструкция водоподъемного колеса. Закрепленное на оси, колесо имело на своей окружности емкости, в которые при вращении колеса зачерпывалась вода. В зависимости от диаметра колеса и напора воды определялась и производительность. 10 кубометров в час для такой конструкции считалось вполне хорошим результатом.

Инженерным продолжением водяного колеса стал цепной насос. В нем несколько круглых дисков были расположены на бесконечной цепи. Одна часть цепи погружалась в воду, а цепь проходила через трубку, немного больше диаметра дисков. По мере того как цепь протягивалась вверх по трубе, вода попадала в ловушку между дисками и, поднимаясь наверх, выливалась. Обычно цепь приводилась в действие людьми или животными.

Письменные свидетельства об этом устройстве обнаружились в летописи Древнего Вавилона, датируемой примерно 700 годом до нашей эры. Затем около 200 года до нашей эры цепной насос, в виде пары зубчатых колес, появился в Древнем Египте. Например, в Каире таким насосом качали воду из очень глубокого (более 90 метров) колодца.

Цепные насосы уже с I века также использовались в Древнем Китае. Здесь их поэтично называли хребтами дракона. Одно из самых ранних описаний насоса было оставлено философом династии Хань Ван Чуном около 80 года. Древнегреческий механик Ктесибий изобрел оригинальную конструкцию насоса для тушения огня. Из описаний этого насоса, оставленных Героном и Витрувием, следует, что он являл собой простейший поршневой агрегат с классическими составляющими: плунжером, откидными клапанами и эксцентриковым плунжерным приводом. Не исключено, что Ктесибий был не первым, кто использовал такую конструкцию, но именно его насос остался в античных хрониках.

Ну и, конечно, нельзя не упомянуть знаменитый винт Архимеда, придуманный им в III веке до нашей эры. В нем вал с винтовой нарезкой, расположенный под наклоном, вращался в полуоткрытой камере и поднимал воду на высоту 2-5 метров. Устройство Архимеда считают предком современных винтовых насосных станций. Даже сегодня для осушения и орошения сельхозугодий применяются подобные конструкции, приводимые в движение ветродвигателем.

Русский вклад

Скачок в эволюции водяного насоса произошел на рубеже XVIII века, когда новые технологии позволили получать сложные по конфигурации детали из металла. Ну и самое главное, в 1712 году Томасом Ньюкоменом был придуман паровой двигатель. Принцип его работы прост: горячий пар из кипящей воды перемещает поршень с валом и тем самым создает крутящий момент. Движение поршня (вала) использовалось для привода машины или вращения колеса. Чтобы создать пар, в паровом двигателе нагревали воду, сжигая уголь.

Изобретатель двигателя Ньюкомена свой первый агрегат приспособил для откачки воды из шахты. Позднее для увеличения мощности такого насоса стали применять цилиндры больших размеров. Наибольший балансирный насос, который давал напор в 52 метра и имел суточную производительность 1365 кубометров в час, был установлен в 1869 году на станции водоснабжения Лондона.

В 40-50-х годах XIX века американский инженер Вортингтон придумал паровые насосы с одним и двумя цилиндрами, которые умели обходиться без балансирного привода в поршневых аппаратах. Такие установки имели противоположное расположение насосных и паровых цилиндров, а поршни их были размещены на одном общем штоке.

Другим перспективным направлением в разработке водяных насосов стали устройства с центробежной тягой. Первую такую конструкцию придумал еще в XV веке знаменитый Леонардо да Винчи. Позднее, в 1588 году итальянский механик Агостино Рамелли создал пластинчатый аппарат, считающийся прототипом роторного (то есть вращательного) насоса.

В 1624 году И. Лейрехон в своих работах описал двухроторный коловратный насосный агрегат – прототип современных зубчатых установок.

В начале XVII века французский инженер Бланкано разработал простейший центробежный насос, где основным узлом для подачи воды являлось открытое вращающееся колесо. Позднее соотечественник Бланкано Дени Папен модернизировал конструкцию ранее известной воздуходувки Hessians. Когда в конце XIX века были придуманы быстроходные тепловые, а затем и электрические моторы, центробежные насосы обрели новое дыхание. В 1838 году русский инженер Александр Саблуков на основе созданного им ранее вентилятора построил одноступенчатый центробежный насос, а в 1846-м американский инженер Джонсон предложил многоступенчатый горизонтальный насос. Обе конструкции нашли применение в промышленности.

В 1899 году русский инженер Пушечников создал вертикальный многоступенчатый насос для буровых скважин глубиной до 250 метров. Этот насос, придуманный в России, но произведенный в Париже на заводе Фарко, был предназначен для водоснабжения Москвы. Его характеристики были впечатляющими по тем временам: производительность – 200 кубометров час, а КПД – 70%. В России первые серийные центробежные насосы стали выпускать с 1880 года на заводе г. Листа в Москве.

Нет предела совершенству

Другим направлением развития насосной техники стали насосы-вытеснители. Согласно хроникам Герона, первые такие устройства были придуманы еще в Элладе.

Первый водяной насос вытеснительного типа придумал и собрал в 1698 году английский инженер Томас Севери. Это была паровая водоотливная установка, считающаяся прототипом пульсометра, разработанного немцем Халлемом в 1871 году. В 1796 году француз Монгольфье придумал гидравлический таран, функционирующий в авторежиме. Принцип его работы базировался на применении регулярных гидроударов.

Другим видом насосов-вытеснителей был водоструйный агрегат, созданный в 1852 году англичанином Томпсоном. Правда, ученый разработал его в качестве лабораторного прибора для отсасывания воздуха и воды. Но уже в 1866 году под началом немецкого инженера Нагеля первый промышленный образец такого насоса был использован в Германии для удаления воды из шахт. А в 1911 году английский изобретатель Гэмфри создал конструкцию, подававшую воду за счет сгорания жидкого топлива.

Новым направлением разработки насосов-вытеснителей стала разработка магнитогидродинамических насосов, работавших от электротока.

Сегодня количество конструкций водяных насосов измеряется десятками. Погружной насос, турбинный насос для глубоких скважин, вертикальный насос без уплотнения, втулочный насос, перистальтический насос, дозирующий насос, насос с магнитным приводом, измельчающий насос, циркуляционный насос – вот лишь некоторые из разных моделей насосов, созданных в XX веке. И, как ни удивительно, изобретатели по-прежнему продолжают их придумывать и совершенствовать.