Винтовой насос чертеж. Принцип работы винтового насоса. Плюсы и минусы винтовых насосов

Винтовой насос - насос, в котором напор нагнетаемой жидкости достигается посредством вытеснения жидкости винтовыми роторами (одним или несколькими), совершающими обороты внутри статора соответствующей формы. По характеру воздействия рабочих органов, винтовые насосы относятся к объемным.

Винтовые насосы относятся к роторно-зубчатым и могут быть изготовлены из шестеренных насосов через сокращение числа и увеличение угла наклона зубьев шестерен.

Типы винтовых насосов. Одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые.

Одновинтовые насосы – являются горизонтальным насосом объемного типа. Основные комплектующие таких насосов – статичная резиновая обойма, имеющая двухзаходную винтовую поверхность и однозаходный винт, изготовленный из металла, совершающий вращательные движения в обойме. Во время вращения, между винтом и поверхностью обоймы создаются полости, куда сначала засасывается перекачиваемая жидкость, а затем движется вдоль оси винта к полости нагнетания.

Двухвинтовые насосы – используются, в основном, при перекачивании морской, пресной и минеральной воды с примесью нефтепродуктов.

Двухвинтовые мазутные насосы – используются, в основном, при перекачивании мазута и прочих вязких жидкостей. Данный тип насосов имеет одинарное торцевое уплотнение, рубашку обогрева, прочная часть изготовлена из конструкционной стали.

Трехвинтовые насосы – используются, в основном, при перекачивании неагрессивных жидкостей, которые имеют смазывающую способность и не содержат абразивные механические примеси. Минимальный показатель вязкости ограничен смазывающей способностью жидкости, максимальный – мощностью электродвигателя и всасывающей способностью насоса.

Отличия шнековых и винтовых насосов

В одну группу с винтовыми насосами, часто объединяют шнековые, благодаря тому, что оба типа насосов относятся к насосам вытесняющего действия. Однако, по характеру воздействия рабочих органов, шнековые насосы относятся к динамическим.

Основным компонентом шнекового насоса является героторная (винтовая) пара, которая определяет свойства насосного агрегата, а также обуславливает механизм его работы. Винтовая пара состоит из статичного элемента-статора и подвижной части – ротора. Статор является внутренней спиралью с числом заходов «m+1». Данный элемент сделан из эластомера и объединен с железной обоймой. Ротор является наружной спиралью с числом заходов «m». Данный элемент изготовлен из стали с дальнейшим покрытием или без него. Наиболее распространенной классической моделью являются насосы с двухзаходным статором и с однозаходным ротором.

Принцип действия шнекового насоса

Винтовые эксцентриковые шнековые насосы обладают множеством качеств, которые делают их незаменимыми при работе с неоднородными вязкими веществами, веществами с различными примесями, а также на тех участках, где просто невозможно использование других насосных установок вследствие разных подоснов. Данные насосы являются самовсасывающими и не требуют «заливки», другими словами, перекачиваемое вещество не является рабочим телом.

Шнековые эксцентриковые насосы могут перекачивать неоднородные вещества с различными примесями. Размер допустимых включений зависит от размера закрытых полостей между ротором и статором. Одному вращению ротора соответствует определенный размер перекаченного вещества, что позволяет осуществлять тонкую настройку агрегата. В насосах данного типа не случается пульсации или разрывов потока, не смотря на то, что они способны выдерживать любые производственные нагрузки при стойком давлении.

Основные узлы

Конструкция винтовых насосов включает такие элементы как: приводной мотор-редуктор, переходная стойка, пара статор-ротор, выходной напорный патрубок, камера, шарнир, уплотнительное устройство вала.

Основная рабочая часть винтовой насосной установки – винтовая пара. Внутри статора, изготовленного из эластомера находится металлический ротор винтообразной формы. Вращательные движения робота приводят к изменению объема полостей внутри пары и перекачиваемая жидкость перемещается вдоль оси насоса. Жидкость вытесняется, а изменение объема в полостях создает всасывающий эффект.

Принцип действия винтового насоса

Винтовой насос состоит из ротора (единственной движущейся детали, число заходов «m») и статора (внутренней спирали, число заходов «m+1»). Жидкость перекачивается путем перемещения вдоль оси винта, не имея возможности перемещаться назад благодаря замкнутому пространству, которое создают винты при вхождении винтовыми выступами в канавки смежного винта.

Температура

Тип статора насоса определяет максимальный уровень рабочей температуры жидкости.

Помимо этого, температура может определяться природой жидкости и условиями функционирования насосной установки.

Параметры забора жидкости

Винтовая насосная установка является самовсасывающей, в том числе, при небольших объемах подачи, а при работе с водой с такими показателями температуры как 20 °C, удельным весом 1 и уровнем вязкости 1°, создаваемый ею напор составляет 7 м водного столба.

Характеристики подачи

Винтовые насосы функционируют по объемному принципу с прямым вытеснением жидкости, что способствует постоянной, ровной и не подверженной резким колебаниям подачи потока вещества.

Допустимые для работы жидкости

Винтовые насосы имеют повышенный уровень химической и механической устойчивости благодаря тому, что статор выполнен из эластомерного материала. Данные насосы используются для перекачки любых жидкостей, обладающих аномальной (неньютоновской) вязкостью. Помимо этого, винтовые насосы способны перекачивать жидкости, содержащие твердые частицы (кроме абразивных) без ущерба для уровня производительности.

Пусконаладка и регулировка

В целях защиты статора насоса необходимо залить в насос жидкость для перекачки. После этого, необходимо проверить, что запорные клапаны входного и выходного патрубков насоса открыты. В случае, если насос имеет двигатель постоянного действия с регулируемой частотой вращения, для регулировки скорости потока вещества, непосредственно на насосе необходимо установить нужную скорость подачи или установить регулировочный клапан между его входом и выходом.

Меры безопасности

При включении насоса, необходимо соблюдать ряд мер безопасности. Включение насоса без заливки среды может привести к деформации статора, поэтому запрещается включение насоса без жидкости!

Следует, также, избегать регулировки величины подачи насоса путем закрытия подающего клапана, т.к. это приводит к деформации приводного механизма и двигателя, в случае, если они не имеют реле защиты от перегрузок.

Основные параметры, которые следует учитывать при выборе насоса

Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий насос для вашего производства, необходимо учитывать ряд ключевых параметров. В первую очередь, необходимо определить тип установки насоса и то, каким образом насос будет использоваться в системе. Помимо этого, важно учитывать скорость подачи потока перекачиваемой жидкости (л/мин или м³ /ч.), показатель общего давления напора подачи (бар), а также показатель высоты столба жидкости под всасывающим патрубком насоса (NPSN). К перечню ключевых параметров, которые необходимо учитывать при выборе насоса также относится природа перекачиваемого вещества (химсостав, плотность, вязкость, pH, температура), а также уровень содержания в нем взвешенных твердых частиц и степень абразивности. Кроме того, следует учитывать уровень напряжения питания и частоту сети для подключения двигателя, а также тип передаточного механизма между двигателем и насосом.

Особенности конструкции

Долговечность. Винт приводится в движение электродвигателем и при вращении не контактирует с внутренней поверхностью корпуса насоса. Это снижает трение до минимума, за счёт чего и обеспечивается длительный срок службы.
Среда перемещается в насосе с постоянным осевым направлением течения. Благодаря этому на выходе насос будет выдавать продукт ровным потоком, без пульсаций. Насос имеет низкие показатели шумового загрязнения. Так же, поскольку движущиеся части насоса обладают низкой энерцией, то пусковой момент и вибрация будут иметь низкие значения.
Насос имеет высокую всасывающую способность.
В целях обеспечения безопасной работы насоса, двигателя, системы трубопроводов, все насосы повышенной мощности оснащены предохранительными клапанами. В случае, если рабочее давление превышает максимальное давление, на которое рассчитана система (например, нагнетающий трубопровод), срабатывает предохранительный клапан и излишки продукта будут направлены через байпас обратно в камеру всасывания.

Преимущества винтового насоса

Винтовые насосы обладают рядом преимуществ перед насосными установками других типов. Так, в отличие от центробежных, винтовые насосы перекачивают жидкость ровным, не пульсирующим потоком, что позволяет не перемешивать жидкость и сохранять ее структуры.

В отличие от импеллерных, самовсасывающие винтовые насосы лучше работают с более густыми веществами, а так же на выходе имеют показатели давления вплоть до 4-24 бар.

Перед поршневыми и плунжерными насосами, преимущество винтовых насосов заключается в равномерной подаче жидкости, а также способность перекачивать смеси из жидкой и твердой фаз, не повреждая твердые включения.

Среди ряда преимуществ винтовых насосов, следует отметить высокую способность данных установок к самовсасыванию, а также простоту конструкции, которая делает удобным обслуживание насоса. Насос состоит из трех главных частей: нержавеющего винта, резиновой обоймы и уплотнения вала. Подача жидкости в винтовом насосе пропорциональна скорости вращения, что обеспечивает несложную регулировку параметров насоса при наличии частотного привода. Конструкция обоймы с саморегулируемым зазором обеспечивает высокое давление насоса при небольшом габарите. При увеличении давления зазор между рабочей поверхность винта и обоймы остается постоянным.

Как и прочие виды объемных насосов, винтовые обладают способностью к самовсасыванию жидкости с глубины до 10 метров. Кроме того, винтовые насосные установки имеют оптимально сбалансированный механизм и, как результат, низкий уровень шума. Данные типы насосов неприхотливы в эксплуатации.

Применение в промышленности

Первые модели винтовых насосов появились в 1920х и через 10 лет были применены на производстве. Максимальный показатель рабочего давления насосов данного типа может составлять до 30-35 МПа.

Винтовые насосы используются для перекачивания жидкостей различной вязкости, газа, пара, а также их смесей. Как следствие, винтовые насосы получили широкое применение в сфере переработки отходов, производства табачных изделий, текстильной и бумажной промышленности, обработки металлов, пищевой и химической промышленности.

С 1980х установки винтовых насосов начали активно применяться при добыче нефти и до сих пор являются одной из наиболее перспективных технологий в данной отрасли.

Винтовые насосы используются для перекачки нефтепродуктов без механических примесей: мазута, нефти, масла, дизельного топлива, парафина и других жидкостей, обладающих смазывающей способностью.

Специально для пищевой, химической и фармацевтической промышленности были разработаны санитарные одновинтовые эксцентриковые насосы. Данные изделия имеют классическую комплектацию с шарнирными герметичными узлами, что обеспечивает прочность агрегата, а также простоту эксплуатации и сервисного обслуживания.

Винтовой насос - это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.

Винтовые насосы - разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.

По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.

В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.

История возникновения винтовых насосов

Впервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).

Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.

В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.

В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.

К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске .

Устройство и принцип действия

Основными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.

а - ротор; б - статор; в - насос в сборе;

1 - корпус насоса; 2 - полость между статором и ротором

Рисунок 1 - Глубинный винтовой насос

Винт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.

Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.

Основные характеристики винтовых насосов

Основными характеристиками винтовых насосов являются:

Рабочая глубина по вертикали (до 3200 м);

Дебит (1-800 м3/сут);

Температура продукта (до 120 0С);

Плотность жидкости (более 850 г/см3);

Кривизна ствола скважины (до 900).

Виды винтовых насосов. Используемый материал

По количеству винтов насосы делят на:

Одновинтовые;

Двухвинтовые;

Трехвинтовые;

Многовинтовые.

Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.

В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов:

С поверхностным электродвигателем;

С погружным электродвигателем.

Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.

1 - исходное положение; 2 - положение при повороте на 900; 3 - положение при повороте на 1800

Рисунок 2 - Положение однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборота

Если рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.

Рисунок 3 - Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения i

Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.

Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.

Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении .

Винтовой насос (ВН), являющийся устройством для перекачки жидкости, был разработан в начале 1920-х годов для перекачки вязких жидкостей и растворов. С самого начала винтовые насосы получили широкое применение в самых разных условиях использовались в различных отраслях промышленности (химической, пищевой, металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, табачной, отходоперерабатывающей и нефтяной).

С момента первых серьезных попыток применения винтовых насосов для механизированной добычи в начале 1980-х годов, происходило их постепенное внедрение в нефтяной промышленности.

К 2003 г. винтовые насосы работали в самых разнообразных условиях и вариантах заканчивания в более чем 40 000 скважин по всему миру, от Аляски до Южной Америки, от добычи легкой нефти и угольного метана в российских Нижневартовске и Новокузнецке до Австралии, от отдаленных минеральных источников в горах Японии до наземных и морских скважин в Африке и Индонезии. Ниже приведены стандартные варианты и условия применения винтовых насосов:

Тяжелая нефть
Плотность в градусах по API Абсолютная вязкость 500 - 50000 сП
Содержание песка до 50%, сниженное до 3-5% при стабильном дебите

Нефть средней плотности
Плотность в градусах по API 18 - 30
Абсолютная вязкость Ограничения по содержанию CO2 и H2S

Легкая нефть
Плотность в градусах по API >30
Ограничение по содержанию ароматических углеводородов
Температурные ограничения

Вода
Обезвоживание угольного метана (CBM)
Обезвоживание природного газа
Водозаборные скважины
- Отопление жилых помещений
- Промышленные источники минеральных вод
Закачка воды - заводнение

Системы винтовых насосов обладают рядом отличительных особенностей, которые могут сделать их более предпочтительными для механизированной добычи по сравнению с другими имеющимися техническими средствами. Вот наиболее значимые из этих особенностей:
- КПД систем винтовых насосов составляет 50 - 70%
- Низкие капитальные затраты и расходы на электроэнергию
- Возможность перекачивания жидкостей с высоким уровнем вязкости, большим содержанием твердых частиц и свободного газа
- Низкие значения внутренних градиентов скорости сдвига, ограничивающие эмульгирование жидкости
- Отсутствие клапанов или деталей с возвратно-поступательным движением позволяет предотвратить закупоривания, газовые пробки или износ узлов
- Несложный монтаж и эксплуатация, минимальный объем необходимого обслуживания
- Небольшие габариты и низкий уровень шума приводной установки на устье.

Системы винтовых насосов имеют ряд определенных ограничений по условиям применения. Основными из этих ограничений являются производительность, высота подъема жидкости и совместимость резиновых деталей с откачиваемыми жидкостями. Ниже приведен краткий перечень ограничительных условий применения и эксплуатационных проблем, связанных с использованием систем ВН.
- Производительность: 1-800 м3/день (5000 баррелей/день)
- Высота подъема жидкости: 3000 м (9800 футов)
- Температура: 150°C (300°F)
- Тенденция к возникновению неустранимых повреждений эластомерных деталей при работе насоса без жидкости даже очень непродолжительное время.
- Воздействие некоторых жидкостей приводит к разбуханию и порче эластомерного материала

Использование усовершенствованного оборудования и материалов позволяет существенно расширить диапазон применения винтовых насосов новых моделей. Во многих случаях, ВН является не только единственно возможным вариантом механизированной эксплуатации, но и может стать весьма эффективным с экономической точки зрения при оптимальной конфигурации и правильной эксплуатации.

Основные принципы работы винтового насоса

Винтовой насос является объемным насосом, состоящим из двух компонентов - ротора и статора (Рис. 1). Ротор имеет форму наружной спирали с числом заходов "n" и обычно изготавливается из высокопрочной стали (Рис. 2). Ротор является единственной движущейся деталью насоса. Статор представляет собой внутреннюю спираль с числом заходов "n+1" (Рис. 3) и состоит из стального кожуха-трубы с неразъёмно соединенным со стенками трубы эластомерным элементом. Ротор имеет на один заход меньше чем статор.

Когда они собраны вместе, группа двояковыпуклых полостей, спирально огибающая ротор снаружи, тянется вдоль винтовой линии насоса (Рис. 4). Каждая полость герметично отделена от расположенных рядом полостей с помощью уплотнительных линий. Уплотнительные линии образуются вдоль линии контакта между ротором и статором (показана красным цветом) и являются важным моментом для эффективной работы насоса. Рис. 4 показывает две отдельные полости на одном шаге статора под углом 180° друг к другу в насосе с однозаходным ротором.

Принцип действия винтового насоса

При вращении ротора происходит постоянное открытие и закрытие полостей и их перемещение от приема к подаче насоса. Площадь полости между ротором и статором остается постоянной на любом сечении по всей длине насоса, что обеспечивает непульсирующий поток. Объем полости определяется как площадь закачки (площадь поперечного сечения полости) умноженная на шаг статора. Осевая линия ротора смещена от оси статора на постоянную величину, называемую "эксцентриситет". Для насоса с однозаходной геометрией эксцентриситет равен разнице между большим и малым диаметрами ротора деленной на два. Площадь полости насоса с однозаходной геометрией равна малому диаметру ротора умноженному на 4 и умноженному на эксцентриситет. Объем полости определяется как функция площади полости умноженная на шаг статора.
Площадь полости = d x 4e
Объем полости = d x 4e х шаг статора

Характеристика по давлению и изменение подачи насоса при изменении давления

Номинальный уровень дифференциального давления винтового насоса является суммой номинальных уровней давления каждой отдельной ступени. Хотя это и является несколько произвольным определением, ступенью обычно называют длину одного шага статора. Обычно уровень номинального давления для отдельной ступени находится в диапазоне 66-100 psi. Комбинация а) максимального уровня давления, который может быть создан в одной полости и б) числа полостей в насосе определяет его предельное давление. Давление, которое может быть создано в каждой полости, является функцией компрессионной подгонки ротора и статора, физических характеристик эластомерного элемента, длины шага статора и свойств прокачиваемой жидкости. Для винтового насоса, при прочих равных условиях, более высокое давление для каждой ступени обычно означает более низкую долговечность статора.

Наиболее часто используемым способом измерения эксплуатационной характеристики насоса является расчет объемного кпд насоса, определяемого как разница между исходной подачей насоса при нулевом напоре и подачей при номинальном напоре разделенная на исходную подачу при нулевом напоре. Разница в уровнях подачи при нулевом и номинальном напорах определяется как "изменение подачи насоса при изменении давления". Изменение подачи насоса при изменении давления возникает, когда находящаяся под высоким давлением жидкость нарушает компрессионную подгонку между прилегающими полостями и прорывается между уплотнительной линией ротор/статор. Это приводит к общему снижению уровня подачи насоса, который является постоянным для данной величины дифференциального давления.

Назначение и техническая характеристика

Установки погружных винтовых сдвоенных электронасосов предназначены для добычи нефти преимущественно повышенной вязкости и газосодержания.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются электропогружные винтовые насосы для добычи нефти следующего параметрического ряда:

УЭВН5-12-1200

УЭВН5-12-1500

УЭВН5-16-1200

УЭВН5-16-1500

УЭВН5-25-1000

УЭВН5-25-1500

УЭВН5-63-1200

УЭВН5-100-1000

УЭВН5-100-1200

УЭВН5-200-900.

Показатели применимости установок:

Максимальная кинематическая вязкость, м 2 /с - 1*10-3

Максимальное содержание попутной воды, % - 99

Максимальное содержание свободного газа на приёме насоса, % по объёму-50

Максимальная массовая концентрация твердых частиц, г/л - 0,8

Микротвердость частиц, HRC не более - 55

Максимальная температура, °С - 110.

Винтовые насосы характеризуются основными гидравлическими параметрами: напор, давление, мощность, КПД.

В приведенных ниже табл. 2 и 3 представлены технические характеристики установок электропогружных винтовых насосов и самих насосов.

Принцип действия винтового насоса

В объемном насосе рабочий процесс основан на вытеснении жидкости из рабочей камеры, герметично отделенной от полости всасывания и нагнетания. Насосы этого типа имеют большую жесткость характеристик при изменении параметров, возможность перекачивания небольших объемов жидкостей при высоких давлениях, а также жидкостей с широким диапазоном значений вязкости и жидкости с газовой составляющей.

Надежность и долговечность работы в заданных условиях служат одними из решающих факторов при выборе типа насоса.

Отличительная особенность одновинтового насоса как насоса роторного типа заключается в наличии развитых поверхностей трения, мест со щелевым уплотнением. Отсюда вывод, что обеспечение режима жидкостного трения между ротором и статором является необходимым и достаточным условием высокого ресурса насоса.

Рассмотрим условия работы насоса при установившемся режиме (n=const).

На обеспечение режима жидкостного трения будут влиять геометрические параметры винтовых поверхностей ротора и статора и в конечном итоге зазор между ними, свойства материалов и чистота обработки поверхностей ротора и статора, скорость перемещения ротора в статоре; свойства перекачиваемой среды; обеспечение теплового баланса поверхностей скольжения в пределах, допускаемых выбранными материалами. Наиболее часто используется максимально простое конструктивное и технологическое решение одновинтового насоса: ротором служит винт, а статором - обойма насоса. Винт металлический, а обойма - резино-металлическая с внутренней поверхностью из синтетического каучука или другого эластомера.

Винт в обойме совершает сложное планетарное движение. Он вращается не только вокруг своей оси О 2 , его ось одновременно перемещается по окружности диаметром, равным двум эксцентриситетам (2е) в обратном направлении. Это второе движение винта вызывается его качением на отрезке 2-3 и скольжением на отрезке 5-6 стенок обоймы. Неподвижное зубчатое колесо m с внутренним зацеплением и центром О 1 , являющимся осью обоймы, имеет диаметр D = 4е. По нему без скольжения катится колесо n диаметром d 1 = 2e, которое принадлежит винту и вращается вокруг своей оси в обратном направлении. Во время вращения винта центр любого его поперечного сечения непрерывно перемещается по прямой от верхнего положения А до нижнего положения В и обратно. Это перемещение сверху вниз совершается за один оборот винта, причем точка на окружности n, перемещаясь внутри неподвижной окружности m, описывает гипоциклоиду. Если диаметр перемещающейся окружности равен половине диаметра неподвижной окружности, то гипоциклоида преобразуется в прямую линию AВ длиной, равной диаметру неподвижной окружности m.

При качении окружности n по окружности m в направлении по часовой стрелке из положения 1 в положение 5 круг К (сечение винта) движется вниз, причем он вращается против часовой стрелки и скользит но стенке 6-5 обоймы. Прямая АВ поворачивается на определенный угол, отвечающий форме и шагу винтовой линии обоймы.

Геликоидальная поверхность винта (рис. 16) образуется перемещением окружности К, вдоль оси винта О-О при условии, что центр окружности перемещается по винтовой линии М-М. отстоящей от оси О-О на величину эксцентриситета е винта.

Внутренняя поверхность обоймы образуется винтообразным движением плоскости поперечного сечения 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 (см. рис. 14), которая вращается вокруг оси О 1 обоймы и соразмерно перемещается вдоль этой оси.

Полный поворот этой плоскости на 360° при равномерном перемещении ее вдоль оси обоймы составит длину шага обоймы

где t - шаг винта.

Между винтом и обоймой образуются замкнутые полости (см. рис. 15), которые заполняются перекачиваемой жидкостью. Сечение этих полостей имеет форму полумесяца.

Вместе с вращением винта полости или камеры, наполненные жидкостью, перемещаются вдоль оси обоймы из приемной полости в полость нагнетания, причем за каждый оборот винта жидкость в камере переместится в осевом направлении на длину шага обоймы Т.

Сечение, заполняемое жидкостью, постоянно по длине обоймы и определяется площадью прямоугольника со сторонами 4е и D или

где D - диаметр винта.

При частоте вращения n оборотов теоретическая подача, насоса

а действительная подача

Qg = Qt ?об = 4eDTn ?об,

где? об - объемный КПД одновинтового насоса.

Оптимальным законом распределения давления по длине обоймы должна быть эпюра 1 в форме треугольника ОАБ (рис. 17), где ОБ - длина обоймы, а р - заданное давление. На практике могут быть нежелательные отклонения. Так, гипотенуза 2 треугольника ВАБ показывает, что рабочее давление р насоса распределяется не на всю длину насоса ОБ, а лишь на крайние витки ВБ. Это значит, что натяг в рабочих органах велик и эластомер будет интенсивно разрушаться.

Гипотенуза 3 треугольника А"ОБ показывает, что насос собран с зазором и не развивает заданного давления р, что также неприемлемо. Оптимален вариант, когда давление р распределяется по всей длине обоймы равномерно.

Экспериментальные кривые 4, 5, 6 и 7 сняты на идентичных по натягу насосах с различной длиной обоймы. Фактические данные хорошо корреспондируются с теоретической эпюрой 1 и подтверждают возможность получения пропорционального нарастания давления по длине обоймы. Учитывая, что на максимальном достигнутом давлении в 250 кгс/см 2 насос не будет иметь достаточного ресурса, на основании многолетнего опыта рекомендуется брать в расчет перепад давления между соседними камерами: ? р = 45-50 м.

Длина обоймы L связана с напором насоса Н, шагом винта и перепадом давления между соседними камерами следующей зависимостью:

L = (H / ? р + 2) t

Под натягом понимается разность между диаметром поперечного сечения винта и внутренним диаметром обоймы. Если эта разность отрицательна, имеется зазор в этой рабочей паре.

Винтовой насос – это агрегат, предназначенный для перекачивания растворов и жидкостей повышенной вязкости. Такого рода оборудование используется во многих сферах промышлености – текстильном химическом и металлообрабатывающем производстве. Винтовые насосы обладают простой конструкцией, отличаются надежностью и длительным рабочим ресурсом.

Устройство винтового насоса – из чего состоит прибор?

Основным элементом винтового насоса является ротор. Он имеет цилиндрическую форму и спиральный желоб, напоминающий винт или шнек. Ротор расположен внутри статора, снабженного эластомерной гильзой и спиралевидным каналом. Сам статор имеет форму стальной трубы. Роторная спираль может оборудоваться несколькими заходами. При этом статорная спираль всегда оборудована одним заходом больше.

Вдоль контактной линии между статором и ротором расположены защищенные от проникновения воды участки, разделяющие рабочую полость насоса на несколько частей. Благодаря особенному расположению ротора в статоре, эти участки поочередно открываются и закрываются.

Регулировка объемов откачиваемой жидкости осуществляется посредством изменения количества оборотов ротора. Для этого следует использовать частотный привод.

Все элементы насоса помещены в прочный корпус из пластика или чугуна. При этом, если используется винтовой насос для скважины, то его корпус изготавливается из нержавеющей стали.

Принцип действия каждого винтового агрегата основан на перемещении жидкости вдоль винтовой оси внутри камеры. Ось образуется между поверхностью корпуса и винтовыми канавками путем вхождения винтовых выступов в смежные канавки. Благодаря такому принципу работы, внутри прибора создается замкнутое пространство, которое не позволяет жидкости перемещаться назад из прибора.

В наши дни винтовые насосы используются во многих сферах жизнедеятельности человека. Чаще всего это оборудованием применяется:

На пищевых фабриках – при производстве продуктов питания агрегаты применяются в качестве дозаторов;
В строительстве – насосы используются для подачи смесей, используемых с целью производства наливных полов и кровли;
На скважинах – приборы выкачивают загрязненную воду с большим количеством примесей. Винтовой скважинный насос может использоваться, как для источника с чистой водой, так и для скважины с песком;
В химической промышленности – винтовые насосы перекачивают большие объемы густых веществ для их дальнейшей обработки.

Высокая надежность и способность работать под высокими нагрузками делает винтовые насосы одним из наиболее прогрессивных видов насосного оборудования.

Преимущества и недостатки винтовых насосов

Высокий спрос на винтовые насосы обусловлен множеством их достоинств. Среди них нужно выделить:

Высокий КПД приборов – от 50 до 70 %;
Агрегаты способны работать с очень вязкой жидкостью, создавая напор гораздо выше, чем импеллерные помпы;
Винтовые насосы способны перекачивать жидкости с большим количеством твердых примесей;
Принцип работы винтового прибора исключает образование пульсаций, которые характерны для оборудования других видов;
Винтовые насосы являются самовсасывающими приборами, а максимальная глубина забора жидкости может составлять 8,5 м;
Приборы отличаются компактностью и низким уровнем шума;
Благодаря высокой надежности, винтовые насосы крайне редко требуют ремонта и не нуждаются в частом обслуживании.

Как и другие виды насосов, винтовое оборудование имеет свои слабые стороны. Первый минус заключается в высокой стоимости агрегатов, из-за чего использовать их на своем производстве могут позволить себе далеко не все предприятия. Второй недостаток заключается в отсутствии возможности регулировки объемов откачиваемой жидкости.

Виды винтового насосного оборудования

Так как винтовые приборы задействованы во многих сферах применения, они отличаются между собой особенностями конструкции. По своему устройству агрегаты делятся на такие типы:

Шнековые насосы – эти агрегаты предназначены для перекачивания больших объемов агрессивных химических и абразивных веществ. Шнековый прибор эффективно работает, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Нередко такое оборудование используется для воды из скважин и глубоких колодцев. Шнековые агрегаты обладают простой конструкцией и сравнительно невысокой стоимостью;

Штанговые насосы – такого рода устройства используются для высоковязких сред в предприятиях по добыче и переработки нефти. В конструкцию штангового насоса входит устьевой сальник, вращательная колонна и поверхностный привод. Агрегаты этого типа отличаются высокой производительностью и достаточно высокой стоимостью;

Вакуумные насосы – эти агрегаты оборудуются двумя винтовыми роторами, вращающимися в противоположные стороны. Благодаря такой конструкции вакуумного насоса, жидкость сначала попадает в область между винтовыми камерами и цилиндром, а затем попадает в отверстие для выхлопных газов.

Насос винтовой для вязких жидкостей показывает высокую производительность, однако эффективность работы устройства во многом зависит от правильности его использования. В связи с этим прежде, чем покупать прибор для бытовых или промышленных целей, нужно убедиться в его соответствии с выбранной областью применения.

Какой насос лучше – центробежный или винтовой насос?

Многие люди, которые хотят купить насос для бытовых целей, задумываются о том, что же лучше – центробежный или винтовой насос. Оба эти вида отличаются между собой областями использования и особенностями конструкции.

Центробежный насос — достаточно дорогостоящий прибор, который хорошо справиться с обеспечением водой загородного коттеджа. Эти насосы можно использоваться, как для скважин, так и для колодцев. В устройство агрегата входит зафиксированное на валу рабочее колесо, которое выталкивает воду наверх. Это оборудование подходит только для перекачивания чистой воды, имеет высокий КПД и потребляет небольшое количество электроэнергии. Центробежные насосы отличаются высокой надежностью и длительными сроками эксплуатации.

Винтовые насосы используются преимущественно в промышленности. Гораздо реже погружной агрегат такого рода применяется в быту и хозяйстве. Если же для обслуживания частного дома был выбран именно такой прибор, то его следует использовать для перекачивания не слишком загрязненной воды, количество твердых примесей в которой не должно превышать 150 г/м 3 жидкости.

Выбор насосного оборудования в основном зависит от воды, которую он будет перекачивать. Если агрегат требуется для подачи чистой питьевой воды, то лучше выбрать центробежный насос. Если жидкость нужна для полива, то лучше отдать предпочтение винтовому оборудованию.

Винтовые и лопастные насосы – в чем отличия?

Большинство неопытных покупателей часто ошибаются, принимая лопастной насос за винтовой. Отличия между агрегатами этих видов заключается в областях применения и характеристиках агрегатов.

Винтовые устройства в большинстве своем используются в промышленных целях, гораздо реже – в быту. Среди их преимуществ следует выделить:

Равномерный объем подачи перекачиваемой жидкости;
Способность к самовсасыванию;
Отлично сбалансированная конструкция;
Агрегат эффективно работает даже при наличии в жидкости твердых примесей;
Высокая прочность деталей.

К недостаткам винтовых насосов относится высокая стоимость оборудования, большие габариты, повышенное трение его запчастей, высокий уровень шума и не эффективное охлаждение.

Лопастные насосы применяются в быту. Насос лопастной центробежный обладает такими достоинствами:

Простота в эксплуатации и обслуживании;
Возможность подключения к одному трубопроводу сразу нескольких лопастных насосов;
Скромные габариты и вес;
Низкий уровень шума при работе;
Невысокая стоимость большинства моделей;
Наличие эффективной системы охлаждения.

Среди минусов ролико-лопастного насоса следует выделить отсутствие возможности работать с загрязненной водой. Насос лопастной центробежный обладает низким КПД, а, при сужении проточных каналов, большинство агрегатов перегреваются, что приводит к их поломке. Для производства большинства моделей используются тяжелые стальные запчасти, которые, в паре с легким пластиковым корпусом, ухудшают баланс и устойчивость приборов.

Важная характеристика лопастного насоса – это его производительность. Она сильно зависит от качества воды и мощности агрегата. Если насос не обладает высокой мощностью, то он не будет перекачивать необходимое для обслуживания частного дома количество жидкости. Поэтому для загородного жилья следует выбирать более мощное оборудование, покупка которого обойдется гораздо дороже.