- Конструкция винтового насоса
- Механизм действия
- Основные типы винтовых насосов
- Преимущества и недостатки
- Сферы применения
- Особенности эксплуатации
- Аксессуары
Этот тип насосного оборудования относится к разновидности агрегатов объемного типа с принципом работы, основанном на периодическом увеличении и уменьшении объема рабочей камеры, в которую поступает перекачиваемая среда.
Конструкция винтового насоса
Рисунок 1. Конструктивное исполнение одновинтового насоса
В упрощенном виде конструкция такого насоса состоит из ротора, выполненного в виде металлического однозаходного винта (1), вращающегося внутри неподвижного статора с внутренней эластичной обоймой в виде двухзаходной спирали (2). Обойма и ротор образуют вместе героторную пару.
Вращение ротора электродвигателем или мотор-редуктором выполняется карданным механизмом с шарнирами (6), установленным в подшипниках (4) внутри опор (7). Благодаря шарнирному соединению привода с винтом насоса передача вращающегося момента может осуществляться даже при небольшой несоосности валов двигателя и ротора.
Карданный вал с шарнирами находится внутри металлического корпуса, имеющего вид цилиндра. Для предотвращения протекания перекачиваемой жидкости в конструкцию насоса включено специальное уплотнение (5).
Всасывающий патрубок (3) расположен перпендикулярно вверх относительно корпуса насоса, а выпускной установлен на переднем свободном торце статора.
Механизм действия
Принцип работы винтовых насосов основан на изменении объема рабочих камер и перемещении захваченной перекачиваемой жидкости вдоль оси корпуса. Более подробно это выглядит следующим образом:
- выступающие части витков героторной пары со стороны всасывания образуют рабочую камеру, объем которой увеличивается при вращении винта внутри обоймы;
- создается область разряжения, в которую устремляется перекачиваемая среда;
- дальнейшее вращение ротора приводит к замыканию первой камеры и перемещению жидкости к напорному патрубку с одновременным образованием новой рабочей камеры.
Рисунок 2. Принцип работы одновинтового насоса
На напор агрегата влияет количество одновременно замкнутых рабочих камер, образованных ротором и статором, а на производительность – их объем и частота вращения винта в обойме. А это значит, что характеристики насоса зависят от геометрии героторной пары, в которой при равной длине и диаметре количество витков винта и камер в обойме может быть разным.
В Российской Федерации и странах СНГ наибольшее распространение получили героторные пары типа S и L.
Конфигурация пары типа S с кинематическим отношением заходов ротора к статору 1 к 2 с дифференциальным давлением до 12 бар.
Рисунок 3. Героторная пара типа S
Винтовые насосы с такой парой статор/ротор имеют компактные габариты несмотря на увеличенное количество витков. Для них характерна плавная подача при высокой всасывающей способности. Особенностью героторной пары конфигурации S является возможность перекачки жидкости большой вязкости с включениями большого размера, а также невозможность протечки жидкости при выключенном приводе.
Пара типа L, несмотря на меньшее количество витков ротора и статора позволяет достичь большей производительности, чем пара с конфигурацией S, однако уступает ей по величине напора, так как максимальное обеспечиваемое давление не превышает 6 бар. Кроме того, в насосах с парой L отсутствует эффект «самозапирания» и перекачиваемая жидкость при остановленном двигателе постепенно вытекает.
Основные типы винтовых насосов
Рисунок 4. Героторная пара типа L
Винтовое насосное оборудование различается по:
- количеству рабочих винтов;
- пространственному расположению осей насоса;
- способу установки;
- возможности изменения направления потока перекачиваемой среды.
В зависимости от количества винтов (роторов), образующих совместно со статором замкнутую рабочую камеру, насосы бывают одновинтовые, двухвинтовые и многовинтовые (с количеством роторов три и более)
Рисунок 5. Насос трехвинтовой-трехвинтовой
В трех- и пятироторных насосах применяется циклоидальное или эвольвентно-циклоидальное зацепление между валами. При этом профиль нарезки на самих винтах может быть прямоугольным или трапециевидным.
По пространственному расположению продольной оси насоса выпускаются агрегаты горизонтального и вертикального размещения.
По способу установки насосное оборудование этого типа разделяется на две группы: мобильные и стационарные. В большинстве случаев установка осуществляется стационарно. Примером мобильного насоса могут служить бочковые насосы.
Практически все выпускаемые винтовые насосы предполагают использование в реверсивном движении перекачиваемой среды, которое зависит от направления вращения вала привода.
Преимущества и недостатки
Винтовое насосное оборудование обладает рядом преимуществ, по сравнению с центробежными, вихревыми и другими агрегатами.
В насосах винтового типа движение жидкости осуществляется равномерно без пульсаций, особенно в многовинтовых модификациях. Кроме того, они позволяют перекачивать химически активные, абразивные и высоковязкие среды без смешивания компонентов. Минимальное количество составных элементов и простота конструкции являются залогом надежной и длительной работы.
Однако, такие насосы имеют и свои недостатки. Так, при работе в режиме холостого хода из-за высокого нагрева героторной пары она быстро приходит в негодность и потребует замены. Рабочий объем камер не имеет регулировки.
Сферы применения
Особенности конструкции винтовых насосов позволяют перекачивать как нейтральные жидкости, так и вязкие среды, в том числе содержащие абразивные включения. Поэтому такое насосное оборудование имеет широкую сферу практического применения:
- пищевая промышленность - транспортировка между цехами и точками фасовки растительных масел, фруктовых пюре или джемов, томатной пасты, меда и прочее;
- химическая отрасль – перекачка жидких реагентов, щелочей, кислот, растворителей, красок, лаков и т. д;
- предприятия по переработке и добычи нефти – откачка пластовой жидкости из скважин, перевалка нефти на железнодорожных и морских терминалах, подача сырой нефти к крекинговым колоннам на НПЗ, перекачка продуктов перегонки нефти;
- теплоэнергетика – подача мазута и дизельного топлива к котельным установкам;
- строительные площадки – перекачка бетона и штукатурки;
- агропромышленный комплекс – удаление навоза из животноводческих комплексов или птицеферм, прокачка жидких удобрений;
- бытовой сектор – откачка воды из скважин и колодцев;
- системы водоотведения и водоочистки – перекачка между полигонами фекальных масс и сточных вод.
Особенности эксплуатации
Особенности использования винтовых насосов зависят от сферы применения и условий эксплуатации. Все же можно выделить несколько общих рекомендаций, соблюдение которых позволит продлить срок эксплуатации оборудования и снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций:
- правильный выбор материала эластомера статора - обойма из бутадиен-нитрильного каучука позволяет перекачивать жидкости с максимальной температурой 80°C, поэтому для сред с более высокой температурой нужно использовать обоймы из гидрогенизированного бутадиен-нитрильного или фторсодержащего каучука;
- оптимальная частота вращения ротора - для предотвращения возникновения кавитационных процессов при перекачивании сред с высокой вязкостью с большим количеством абразивных включений частота вращения вала приводного механизма должна быть не более 300 об/мин;
- подбор уплотнения – для перекачиваемой жидкости без абразивных включений и низкой вязкости подойдут торцевые и двойные торцевые уплотнения, а для высокоабразивных сред с большой вязкостью – одинарные или двойные сальниковые;
- использование измельчителей перед всасывающим патрубком – требуется, если в перекачиваемой жидкости могут присутствовать длинноволокнистые включения;
- установка на приводной двигатель расходомера, преобразователя частоты и дополнительного охлаждения необходима, если насос используется в качестве дозирующего.
Аксессуары
Для текущего и капитального ремонта винтовых насосов производятся заменяемые винты (шнеки), обоймы из различных резиновых смесей, торцевые уплотнения и сальниковые набивки.