Сайт кафедры Э10 МГТУ им. Н.Э. Баумана - Лопастные гидромашины

Лопастные гидромашины

Одним из основных направлений работы кафедры Э-10 является создание лопастных гидромашин. Что такое лопастные гидромашины и каково их место в современной технике? Это центробежные и осевые (лопастные) насосы, гидротурбины, гидродинамические передачи и многие другие типы гидромашин. Лопастные гидромашины используются абсолютно везде, во всех отраслях техники. Нефтедобыча и нефтепереработка, энергетика, жилищно-коммунальное хозяйство, космическая техника, авиация, химическая, пищевая и медицинская промышленность – все они в своей основе имеют огромное количество лопастных гидромашин самых разных конструкций.

 

Когда появились на свет лопастные гидромашины? Исторически сначала человечество изобрело гидравлические турбины, всем известны старинные водяные мельницы. Эти водяные колеса были первыми образцами лопастных гидротурбин, и до изобретения паровых машин многие крупные заводы (у нас в стране, например, на Урале) работали исключительно на энергии воды. А в 18 веке появились первые промышленные лопастные насосы.

Лопастные насосы получили широкое распространение позже объемных насосов, это объясняется тем, что для лопастного насоса требуется в качестве привода высокооборотный двигатель, которых до изобретения паровой машины у человечества просто не было. Когда же появились паровые двигатели и электродвигатели, раскрылись и огромные возможности лопастных насосов. Бурное развитие техники в 19 веке ставило перед учеными и конструкторами все новые и новые задачи, в процессе решения которых сформировалась наука о лопастных гидромашинах. И сейчас более четверти всей производимой человечеством энергии расходуется на привод бесчисленных лопастных насосов.

Чем же лопастной насос интересен? Чем он отличается, например, от объемного насоса? Главная особенность лопастных насосов – их способность перекачивать огромные объемы жидкостей. Подача в 100 тысяч кубических метров воды в час для крупного лопастного насоса – не предел, а ведь это в несколько раз больше расхода Москвы-реки! Каждый час – 100 тысяч тонн воды! Поэтому и на теплоэлектростанциях, и на АЭС, и в магистральных нефтепроводах, и на станциях Мосводоканала сердцем крупных гидравлических систем являются именно лопастные насосы.

 

Конечно, далеко не все лопастные насосы такие огромные. Бывают насосы, размер которых чуть больше ногтя большого пальца. Такие насосы применяются, например, в медицине, в системах жизнеобеспечения космонавтов и во многих других отраслях. Кстати, создать маленький насос часто не менее сложно, чем большой.

Лопастные насосы могут перекачивать самые различные жидкости. Конечно, проще всего качать воду. А если нужно перекачивать концентрированную серную кислоту? Или легковоспламеняющиеся жидкости? Или пульпу, смесь воды и твердых частиц? Для каждой задачи разрабатываются свои виды насосов – химические, герметичные, для абразивных гидросмесей, скважинные и многие другие. Есть даже насосы, перекачивающие живую рыбу или свежие яблоки (конечно, вместе с водой).

Кафедра Э-10 исторически была головной кафедрой в России по разработке насосного оборудования, в том числе и лопастных насосов. И сейчас на кафедре идет активная научно-исследовательская работа по разработке и модернизации центробежных нефтяных магистральных насосов, насосов для систем термостабилизации и многим другим направлениям.

Кроме насосов, огромную роль в современной энергетике играют гидротурбины. Классические гидроэлектростанции в ближайшем будущем будут в энергосистеме страны дополняться гидроаккумулирующими, приливными и другими типами гидростанций, но во всех гидроэлектростанциях главным элементом является именно гидротурбина. От нее зависит и мощность гидростанции, и ее надежность, и КПД гидроагрегата в целом. Гидротурбины бывают самых разных типов (радиально-осевые, пропеллерные, ковшевые, диагональные и т.д.), от огромных, с диаметрами рабочих колес до 10 метров, до маленьких, используемых для привода валов малогабаритных насосов.

На нашей кафедре за почти 100 лет ее существования были подготовлены сотни инженеров-конструкторов гидротурбин, многие типы гидротурбин впервые в нашей стране были разработаны именно у нас. Наши выпускники играли и играют одну из ведущих ролей в разработке и строительстве гидроэлектростанций и в России, и за рубежом.

А что будет, если объединить в одной конструкции лопастной насос и гидротурбину? Получится гидродинамическая передача. Пожалуй, самая известная область применения гидродинамических передач – автомобильный транспорт. Всем известны автомобили с автоматической коробкой передач. Так вот, именно гидродинамическая передача является основным элементом этой коробки. За счет отсутствия жесткой связи двигателя и ведущих колес достигается плавность хода и удобство управления. Правда, бывают еще автоматические коробки передач с вариатором, но это кому как нравится…

 

Вообще, практически в каждой достаточно сложной машине всегда можно найти лопастной насос, а то и не один. Судостроение (например, подводная лодка – это сотни различных лопастных насосов), ракетная техника (турбонасосы), авиация (топливные насосы), металлургия, горнодобывающая отрасль, фармакология, пищевая промышленность, даже такая неаппетитная отрасль, как перекачивание сточных вод (а качать-то их надо) – все это потенциальные сферы работы инженеров-насосников.

Одним словом, именно наша специальность дает широчайшие возможности для самореализации в любых областях промышленности. Инженер-гидравлик, специалист по насосному оборудованию, будет не лишним абсолютно в любом конструкторском коллективе. И это не говоря о работе в отечественной насосной промышленности, весьма развитой, кстати, и иностранных фирмах, активно рвущихся на наш насосный рынок.

В последние годы и насосная отрасль, и наука о лопастных гидромашинах стремительно меняется. Когда-то казалось, что основные открытия в этой сфере уже сделаны, и остается лишь совершенствовать имеющиеся типы насосов. Но появление новых компьютерных технологий CFD-моделирования, новых материалов, новых технологий и самое главное – новых задач, котороые ставят современная промышленность и наука перед нами, вывели нашу специальность на качественно новый уровень.

Без лопастных насосов немыслимы ни полеты в космос к планетам Солнечной системы, ни современные медицинские технологии, ни создание новой военной техники. Лопастные насосы, от миниатюрных до огромных – один из краеугольных камней в фундаменте нашей цивилизации, и их роль в современной технике столь велика и многообразна, что сложно даже представить, как человечество когда-то без них обходилось.