Винтовой насос относится к насосам. Винтовые насосы: преимущества, недостатки

Принцип работы

Ротор агрегата представляет собой цилиндрическую деталь со спиральным желобом, похожую на винт или шнек. Он располагается внутри статора – стальной трубы с установленной внутри нее эластомерной гильзой (обоймой), в которой также имеется спиралевидный канал. Спираль ротора может иметь несколько заходов. Спираль статора всегда имеет на один заход больше.

Вдоль линии контакта между ротором и статором имеются непроницаемые для перекачиваемой среды участки, которые разделяют внутреннее пространство насоса на несколько отдельных полостей. Благодаря тому, что ротор установлен в статоре с некоторым смещением в поперечном направлении (с эксцентриситетом), при его вращении эти полости попеременно переходят то в открытое, то в закрытое состояние.

Принцип работы винтового насоса

При этом в момент открытия жидкость из предыдущей полости вытесняется выступом эластомерной обоймы в последующую. С продолжением вращения объем опорожненной полости снова увеличивается, что приводит к всасыванию ею следующей порции вещества. При этом перекачивание среды осуществляется без пульсаций, поскольку площадь сечения полостей одинакова по всей длине спирального желоба ротора.

Регулирование производительности (подачи) осуществляется путем изменения частоты вращения ротора, для чего требуется частотный привод.

Зазор между поверхностью ротора и эластомерной обоймой в силу особенностей конструкции последней является саморегулируемым: он остается постоянным независимо от давления внутри агрегата. Благодаря этому винтовой насос при небольших размерах может развивать высокий напор – до 35 МПа.

Как видно, по характеру действия ротора винтовой насос принципиально отличается от шнекового, хотя оба имеют сходное устройство.

Шнековые агрегаты, как и центробежные, относятся к категории динамических, тогда как винтовые являются объемными. Однако, и те и другие являются насосами вытесняющего действия.

Между линиями всаса и подачи особо мощных винтовых насосов обязательно прокладывается перемычка (байпас) с предохранительным клапаном.

Если нагнетательный трубопровод окажется засоренным либо на нем будет по ошибке закрыта задвижка, предохранительный клапан откроется, и насос будет прокачивать жидкость через байпас по замкнутому контуру. Если такую меру не предусмотреть, избыточное давление повредит детали агрегата и в первую очередь – полимерную обойму.

К числу хозяйственного оборудования, необходимого для жителя загородного дома, необходимо отнести , который может выполнять массу полезных функций. Поговорим подробно о применении агрегата в быту и приведем пример популярных моделей.

Почему насосная станция не набирает давление? Ответ вы найдете в статье.

Видео на тему

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 .

Шнековый (винтовой) насос – это высокоэффективный агрегат, функциональность которого не зависит ни от позиционирования корпуса, ни от свойств перекачиваемой среды. Проще говоря: такой насос может качать даже очень грязную жидкость и в вертикальном, и в горизонтальном положении.

Поэтому в данной статье мы расскажем о таких аппаратах, востребованных в разных отраслях промышленности, а равно и в коммунальном или бытовом хозяйстве.

С помощью такого насоса можно организовать «транспортировку» любой среды: от разряженного пара, до вязкой взвеси. Причем и в том и в другом случае винтовой насос решает все поставленные перед ним задачи.

Впрочем, в силу специфики конструкции винтовые насосы, в большинстве случаев, используются следующим образом:

• В качестве генератора напора в системе автономного водоснабжения. Ведь шнековый насос может работать не только в относительно чистых скважинах, но и в очень «запесоченных» колодцах. И в этой роли чаще всего используются именно винтовые насосы погружного типа, которые обеспечивают ощутимый напор даже при подаче жидкости из относительно глубокой скважины.
• В качестве генератора напора в системах перекачки жидкой среды. Причем винтовые насосы можно встретить и на стройке, и в системах осушения (откачки), и в магистральных трубопроводах на производстве. Подобная широта применения объясняется «всеядностью» винтовых насосов – они могут качать и пар, и сыпучие среды и даже жидкий бетон.
• В качестве генератора напора в стремах дозированной подачи любой жидкой среды. Причем в данном случае шнек выступает и как генератор напора, и как дозатор, отмеряющий точную порцию жидкости или взвеси.

Словом, благодаря своей надежности и безотказности винтовые насосы заполнили собой достаточно значительную нишу в сегменте напорного оборудования.

Особенности эксплуатации шнековых насосов

Широта применения и несколько необычный способ генерации напорного усилия наделяют винтовые насосы следующими эксплуатационными особенностями:

• Во-первых, такие насосы просты в обслуживании и ремонте. Например, демонтаж подшипника с вала привода осуществляется даже в полевых условиях, а подобраться к уплотнению на валу можно даже без демонтажа самого насоса. Ну а замену сальников и торцевых уплотнителей можно реализовать без помощи какого-либо специального оборудования. К заменяемому узлу можно «подобраться» с помощью самых простейших слесарных инструментов.
• Во-вторых, корпус любого шнекового насоса проектируется с учетом возможности позиционировать всасывающий патрубок, как вдоль центральной оси, так и под углом 90 градусов. К тому же, шнековые насосы для перекачивания жидкостей оборудованы особым всасывающим патрубком, конструкция которого исключает образование илистых отложений в окружающей среде, затрудняющих процесс транспортировки.
• В-третьих, главная рабочая часть насоса – шнековый вал – созидается с помощью литья с последующей высокоточной обработкой. Поэтому винтовые насосы не вибрируют и не шумят при работе. А отсутствие вибрации – это залог длительного эксплуатационного периода любого оборудования, в том числе и винтового насоса.

В итоге мы можем сказать, что покупая шнековый насос, вы приобретаете, надежный в работе и очень производительный агрегат, который прослужит вам долгие годы.

Обзор типовых моделей шнековых (винтовых) насосов

Общий принцип действия таких агрегатов основан на «архимедовом винте» — шнековом вале, создающем разряжение у всасывающего торца за счет продавливания некоторого объема жидкости в направлении нагнетательного патрубка.

Однако со времен Архимеда винтовые насосы претерпели весьма значительные изменения, превратившись в универсальные агрегаты, пригодные для формирования напора в любом трубопроводе, транспортирующем любую среду.

И в наши дни к типовым представителям подобных устройств относятся следующие агрегаты:

Это очень компактный (менее 100 миллиметров в диаметре) и очень производительный (от 2000 литров в час) агрегат, который можно использовать и в открытом водоеме, и в колодце, и в скважине.

Причем «Водолеи» весят не очень много (до 10 килограмм) поэтому этот насос попросту подвешивается на полимерный трос, прямо в шахте колодца или скважины.

А воду из естественного или искусственного водоема он может качать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

И при всем притом «Водолей» еще и очень дешев (особенно в сравнении с конкурирующими агрегатами).

В этом сегменте можно встретить агрегаты разных марок. Но все они объединены общим предназначением – такие насосы используются для перекачки жидких и вязких сред из крупных и мелких резервуаров (бочек).

Поэтому все бочковые насосы наделяются следующими качествами:

• Во-первых, такие агрегаты имеют относительно скромные габариты и не очень большую производительность. Ведь объем бочки конечен.
• Во-вторых, все узлы таких насосов изготавливают из устойчивого к коррозии материала, способного «выдержать» не только воду, но и более активные среды (от щелочей до кислот). Ведь монтаж агрегата осуществляется на этапе сборки резервуара.

Словом, это достаточно специфичные устройства, ориентированные на решение достаточно специфичных задач.

Шнековый насос, или как его ещё называют - винтовой, является одной из разновидностей роторно-зубчатых насосов. Напор нагнетаемой жидкости в нём создаётся за счёт её вытеснения вращающимися внутри статора одним или несколькими винтовыми металлическими роторами.

Шнековый насос можно легко получить из шестерённых, если увеличить в них угол наклона зубьев и уменьшить число зубьев шестерён.

Принцип работы шнекового насоса

За счёт перемещения жидкости между поверхностью корпуса и винтовыми канавками вдоль оси винта происходит её перекачивание. Винты входят своими выступами в канавки смежного винта и тем самым не дают жидкости перемещаться назад.

Область применения шнекового насоса

Его используют для перекачивания пара, газа, их смесей и жидкостей различной степени вязкости.

Впервые шнековые насосы были внедрены в производство в 1936 году. Их простая конструкция позволяет работать, в том числе и при наличии механических примесей с вязкими флюидами при давлении до 30 МПа. Подобные характеристики важны при решении различных практических задач.

Установки винтовых насосов в больших количествах используются в скважинах по добыче метана из угольных пластов для откачивания оттуда воды. Они также пригодны для добычи воды, нефти и использования в других газовых скважинах.

Конструктивные особенности шнековых насосов

С целью повышения качества уплотнений и снижения числа утечек в шнековых насосах применяются конический или цилиндрический эластичные корпуса. Конический винт надёжно прижимается пружиной и давлением от перекачиваемой жидкости, что значительно сокращает утечки. Однако, насосы с эластичным корпусом выдерживают куда меньшее давление, чем их аналоги с металлическими корпусами. Для насоса с коническим винтом подойдёт и жёсткий корпус.

Наиболее распространённый вид шнековых насосов - трёхвинтовые насосы.

На практике они нашли наиболее широкое применение.

К их характерным преимуществам относятся:

• равномерная подача жидкости (газа, пара);
• способность перекачивать жидкости с твёрдыми включениями, не повреждая их;
• способность к самовсасыванию жидкостей;
• без множества каскадов нагнетания есть возможность получить высокое давление на выходе;
• низкий уровень шумов при работе;
• хорошая сбалансированность механизма.

Недостатками данного вида являются:

• высокая стоимость и степень сложности изготовления насоса;
• невозможность отрегулировать рабочий объём;
• недопустимость использования вхолостую (без перекачиваемой жидкости).

Принцип действия, который имеют насосы винтовые

Современные насосы винтовые по принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам. Рабочие органы представляют собой винтовую пару с внутренним зацеплением. Подвижный элемент рабочей пары, винт (ротор), совершает планетарное движение в обойме (статоре).

Обойма имеет внутреннюю винтовую поверхность с шагом в два раза больше шага винта. Находясь в постоянном контакте, обойма и винт образуют несколько замкнутых полостей по длине винт - обойма. При вращении винта полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разряжение, под действием которого осуществляется заполнение полости транспортируемой средой. Дальнейшее вращение винта перемещает отсеченные объемы транспортируемой среды в сторону нагнетания.

При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды и производительность, которую имеют насосы винтовые в процессе работы, постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.

Винтовые (шнековые) насосы являются насосами объемного типа действия, конструкция которых позволяет создавать стабильное давление и допускают регулировку производительности без потери номинального давления. Винтовые насосы имеют длительный срок эксплуатации, высокий КПД, надежны и универсальны при работе с широким спектром задач.

Винтовой шнековый насос представляет собой устройство, в котором напор нагнетательного материала создается благодаря вытеснению перекачиваемой жидкости одним либо несколькими винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри статора, выполненного из эластомера в соответствующей форме.

Производство винтовых (шнековых) насосов требует точного изготовления деталей, таких как рабочая пара - ротор и статор, при разработке и изготовлении которых используется специальное высокоточное оборудование. Компьютерный расчет с использованием специальных программ - гарантия высокого качества, которое увеличивает срок работы оборудования и снижает энергозатраты при работе насоса.

Винтовые насосы используются для работы как с густыми, вязкими и тягучими массами, так и при перекачке низковязких продуктов. В зависимости от конструкции насоса и его материального исполнения, возможно перекачивать смолы, пасты, масла, пищевые продукты, абразивные или даже агрессивные жидкости так, чтобы частицы, входящие в их состав, не дробились и не разрушались, смешиваясь с базовой жидкостью.

Винтовые насосы предназначены для работы в пищевых производствах, горнорудной либо химической промышленности, переработки сточных вод в муниципальной и производственной сфере, нефтехимических производствах, откачки шламовых отложений, для работы в газо- и нефте- добыче, кораблестроении, везде где требуется надежное и простое оборудование для постоянной работы, неприхотливое в эксплуатации и подлежащее простому обслуживанию и ремонту. Применения для данного типа насоса практически бесконечны, благодаря своей особой конструкции, применяемым материалам, техническим особенностям и особым рабочим механизмам.

Преимущества винтовых насосов

• Наиболее равномерная подача жидкости среди всех объемных насосов. Отсутствие пульсации;
• Перекачивание жидкостей с содержанием твердых веществ, примесей и абразивов, мультифазные среды с большим содержанием газа;
• Перекачивание продуктов с низкой и высокой вязкостью (1 мПа*с до 5 млн. мПа*с);
• Перекачивание агрессивных (рН от 1 до 14) и токсичных сред;
• Винтовые насосы являются самовсасывающими;
• Давление не зависит от скорости работы насоса (регулировка производительности);
• Бесшумная работа;
• Простота в обслуживании.

Винтовые насосы получили широкое распространение в области обеспечения частных домов и коттеджей чистой водой из колодца или скважины.

Каждый владелец своего дома знает, что после приобретения недвижимости стоит подумать и об обеспечении дома водой. Ведь отсутствие водоснабжения может сильно испортить впечатление от покупки.

Правильный выбор погружного насоса, а в нашем случае винтового насоса является гарантией бесперебойного водоснабжения в течении длительного времени.

Винтовой насос для скважины пользуется заслуженной популярностью среди любителей загородного отдыха на своем участке, а так же среди владельцев коттеджей и домов за счет простоты эксплуатации и легкости монтажа. К тому же, в отличии от поверхностного насоса , винтовой отличается универсальностью в подаче воды с большой глубины.

Принцип работы винтового насоса.

Работа винтовых насосов основана на понятии винта Архимеда.

Видео о винтовом насосе

Винтовые насосы хороши для создания достаточно высоких давлений при небольшой подаче жидкости. Широкое распространение винтовые насосы получили в последнее время, сыскав наибольшую популярность в обеспечении водой из скважин частных домов и коттеджей.

Наиболее широко винтовые насосы применяются в химической промышленности для перекачивания агрессивных химических сред.