Винтовые (шнековые) насосные установки представляют собой агрегаты, которые создают напор жидкости путем вытеснения вещества при помощи винтов (роторов), совершающих вращательные движения внутри неподвижной части насоса (статора).
Винтовые насосы принадлежат к классу роторно-зубчатых насосов. Данный тип установок несложно получить из шестеренных агрегатов путем внесения ряда изменений в конструкцию (увеличение показателя угла наклона зубьев, а также сокращение их количества).
Изготовление винтовых насосных установок является высокотехнологичным процессом и требует предельной точности в процессе производства основных рабочих органов насоса (ротора и статора). Таким образом, при производстве данных насосов используется специальное программное обеспечение.
Первая модель винтового насоса была сконструирована в 1920 г. для работы с веществами и растворами, характеризующимися высокими показателями вязкости. Практически сразу данные агрегаты начали активно применяться в следующих отраслях: производство целлюлозы и текстиля, переработка нефти и отходов, обработка металлов, химпроизводство и изготовление пищевых продуктов.
В 1980-х винтовые насосы начинают постепенно эксплуатироваться в процессе механизированной добычи нефти. Уже к 2000-м винтовые насосы использовались при работе на 40 тыс. ед. скважин во всем мире (в России, Австралии, США, Южной Америке).
Принцип работы винтовых (червячных, шнековых) насосов
При вращении ротора внутри статора образуются полость для нагнетаемой жидкости, т.е. происходит перемещение жидкости от впуска к выпуску. Ротор приводится в движение электродвигателем через муфту. Статор винтовых насосов отличается повышенной механической и химической устойчивостью материала, что позволяет перекачивать различные виды жидкости. Для препятствия возникновения противотока жидкости, при расчете винтового насоса необходимо учитывать размер внутренних полостей, знать технологические данные по перекачиваемой жидкости и скорость вращения ротора (рабочая).
Принцип действия винтовых насосов заключается в движении вещества по направлению оси винта в пространстве между винтом и корпусом насоса. Винты входят выступами в зазоры смежного винта, образовывая закрытое пространство и не давая веществу двигаться в обратном направлении. Таким образом, вещество движется вследствие изменения объема камеры, которая по очереди сообщается с входным и выходным отверстием.
Одно из главных преимуществ данного типа насосов (по сравнению с мембранными, плунжерными и поршневыми) – стабильный напор. Объем полостей между основными рабочими органами насоса (подвижным и статичным) постоянен по всей длине агрегата, вследствие чего, поток вещества течет непрерывно и без пульсаций.
Насосы данного типа работают как самовсасывающие, часто оснащены предохранительным клапаном и байпасом.
Используемое уплотнение в винтовых насосах – сальниковое или торцовое.
Основные детали и конструктивные особенности винтовых (червячных, шнековых) насосов
Вращающаяся часть – стальной ротор, представляет собой металлический винт и статор-неподвижная часть из гибкого материала (эластомера).
Главными рабочими органами винтового насоса являются пара ротор-статор, мотор-редуктор и корпус насоса. Ротор винтового насоса представляет собой единственный подвижный элемент конструкции и выполнен в форме наружной спирали, в которой имеются заходы количеством n. Статор представлен в форме внутренней спирали, оснащенной заходами количеством n+1. Все полости агрегата изолированы при помощи герметичных уплотнительных линий, которые расположены вдоль границы контакта ротора и статора и важны для бесперебойного функционирования насоса.
Мотор-редуктор выполняет функцию привода, приводя в действие героторную пару при помощи шарнира. Соединение данных элементов может быть пальцевым или карданным.
Ротор изготавливается из стали высоко прочности, статор представлен кожухом из металла и эластомера, соединяющего с ним. По мере того, как ротор вращается внутри статора, перекачиваемое вещество движется от входа в направлении выхода.
Чтобы улучшить уплотнение насоса и сократить уровень утечек, конструкция может быть оснащена эластичным корпусом, выполненным в форме конуса или цилиндра. Следует учитывать, что насосная установка, оснащенная эластичным корпусом, способна выдержать меньший уровень давления по сравнению с металлическим корпусом.
Помимо перечисленных выше элементов, конструкции данного типа насосов оснащены второстепенными элементами, уплотнениями, подшипниками, гайками и т.п.
Типы винтовых насосов
Винтовые насосные установки могут быть произведены в трех модификациях:
Одновинтовые насосы
Одновинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы которого: неподвижная эластичная обойма с двухзаходной винтовой поверхностью и вращающейся в обойме стальной ротор-металлический однозаходный винт.
Технические характеристики одновинтовых насосов: Подача – до 600 м³/ч, давление до 50 бар, температура: от -40 до +350°C
Преимущества одновинтовых насосов: высокий объемный КПД, высокая частота вращения приводного вала, простота и компактность конструкции, увеличенная всасывающая способность
Применение одновинтовых насосов: пищевое производство, нефтехимия, откачка шламовых отложений, нефтегазодобыча, коммунальное хозяйство для перекачивания фекальных и сточных вод, шлама, кислот, щелочей, перекачивание растворов солей металлов, бетонных смесей, масляных эмульсий.
кие насосы предназначены для перекачивания нейтральных жидкостей, химически активных (вязкостью до 0,48 м2/с, температурой до 85°C, объемная концентрация до 6%) или загрязненных жидкостей (гидросмеси+вода), пастообразных смесей, вязких нефтепродуктов. Одновинтовые насосы не применяются для агрессивных жидкостей.
Комплектация одновинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из насоса, двигателя, соединительной муфты, монтировано на общей раме-основании.
Одновинтовые агрегаты принадлежат к горизонтальным насосам объемного типа. К главным рабочим элементам относятся статичная обойма, выполненная из резины и подвижный винт из металла. При вращении однозаходного винта, между ним и двухзаходным статором возникают полости, в которые поступает перекачиваемое вещество. Далее вещество движется по оси винта в сторону полости нагнетания.
Двухвинтовые насосы
Двухвинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы: обойма (корпус), ротор ведомый, ротор ведущий (роторы имеют двустороннюю винтовую нарезку особой формы). Подача рабочей жидкости соответствует подаче поршневого насоса с бесконечным ходом поршня. Винтовая пара состоит из двух валов, которые вращаются в противоположном направлении, слева и справа от которых отходят обработанные винты. Богатый выбор комплектов винтов с различным шагом для обеспечения соответствия требованиям расхода системы. Частота вращения электродвигателя 50 или 60 Гц. Двухвинтовые насосы могут работать от дизельных двигателей.
Технические характеристики двухвинтовых насосов: Подача – до 2200 м³/ч, давление до 110 бар, температура: от -35 до +400°C
Преимущества двухвинтовых насосов: высокий объемный КПД, увеличенная всасывающая способность, перекачивание эмульсий (вода-нефть) без изменения их дисперсности
Применение двухвинтовых насосов: для перекачивания морской воды, загрязненной нефтепродуктами, химически активных жидкостей. Насосы используются так же для перекачивания нефтепродуктов на дожимных насосных станциях, установках подготовки нефти. Двухвинтовой насос применяется для высоковязких тяжелых нефтепродуктов, включая битум, гудрон, асфальт, нефтяное топливо, смазочные масла, растворители. Для перекачки лаков, клея, смолы, краски, различные полимеры. Служит для перекачки жидких нефтепродуктов: нефтяной промышленности, энергетике, судостроении, химической промышленности.
Комплектация двухвинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из насоса, двигателя, эластичных соединительных муфт, монтировано на общей раме-основании.
Двухвинтовые агрегаты отличаются движением потока вещества в пространстве между винтами.
Мультифазные насосы
Основное назначение мультифазных насосов – перекачивание смесей жидкости (нефть+вода) и газа. Такие насосы применяются для перекачивания нефти в магистральных трубопроводов, предназначены для перекачивания пластовых жидкостей (смесь нефти+нефтяной газ+попутная вода).
Технические характеристики мультифазных насосов: Подача – до 400 м³/ч, давление до 250 бар, температура: до +350°C
Преимущества мультифазных насосов: содержание газа в среде до 97%, рациональное использование попутного газа-исключено факельное сжигание на месторождении, позволяют снизить давление на устье скважины, малое энергопотребление, высокая абразивная стойкость насоса
Трехвинтовые насосы (насосы для турбинного и дизельного масла)
Трехвинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы: три винта, обойма. Нарезка винтов двухзаходная. Уплотнение торцовое. Исполнение насосов такого типа: горизонтальное и вертикальное.
Технические характеристики трехвинтовых насосов: Подача – до 800 м³/ч, давление до 320 бар
Применение трехвинтовых насосов: для перекачивания топочного мазута, турбинного и дизельного масла, неагрессивных жидкостей, не имеющих абразивных примесей. Используются в системах смазки машинного оборудования, гидравлических подъемниках. Трехвинтовые насосы характеризуются долговечностью.
Комплектация трехвинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из трехвинтового насоса, двигателя, эластичной соединительной муфты, монтировано на общей раме-основании.
Трехвинтовые агрегаты также как и одновинтовые, относятся к горизонтальному типу установок. Три винта и обойма являются основными рабочими элементами конструкции. Для защиты агрегата от повышения уровня давления конструкция оснащена предохранительным клапаном. На трубе всасывания устанавливается фильтр-элемент. Чаще всего, трехвинтовые насосы работают с неагрессивными веществами, для которых характерен повышенный уровень смазки (не более 1500 сСт) и отсутствие примесей. Корпус такого насоса производится из стали/алюминия/чугуна, винты выполняются из стали.
Героторные пары
Героторной парой является пара ротор-статор (либо винт-обойма). По мере того, как движется ротор, жидкость перемещается по спирали статора. Статор представляет собой внутреннюю спираль из эластомера или резины, которая соединена с обоймой, выполненной из металла. Ротором является внешняя спираль из стали.
Классической модификацией героторной пары является двухзаходный статичный элемент и однозаходный подвижный рабочий орган. Центры вращения спиралей обоих элементов героторной пары имеют смещение на величину эксцентриситета. Таким образом, создается пара трения, где по мере движения ротора внутри статичного элемента возникают замкнутые герметичные полости. Число данных полостей определяет итоговое давление насоса, объем полостей влияет на производительность установки.
Героторные пары делятся на четыре типа:
- «S» (уровень дифференциального давления 12 бар, уровень производительности 100%);
- «L» (уровень дифференциального давления 6 бар, уровень производительности 200%);
- «D» (демонстрирует показатель производительности на уровне 150%, уровень дифференциального давления 12 бар);
- «P» (демонстрирует производительность на уровне 300% при дифференциальном давлении 6 бар).
Все перечисленные типы героторных пар являются компактными конструкциями. Типы «D» и «P» могут длительно эксплуатироваться без необходимости проведения ремонта и отличаются высокоточной дозацией. Отсутствие пульсаций в потоке характерно для типа «S», «D» и «P». Героторная пара типа «L» (незапирающего типа) имеет отличные объемные характеристики. Героторная пара типа «S» (запирающего типа) способна работать со спрессованными и большими частицами, а также демонстрирует невысокую скорость движения потока при отличной всасывающей способности.
Технические характеристики. КПД
Винтовые насосные установки отличаются ровной подачей вещества (без пульсаций), несложностью конструкции и сравнительно небольшой массой. Наряду с вышеперечисленными преимуществами, данные агрегаты имеют технические ограничения, которые следует учитывать в процессе работы:
- показатель номинального давления в диапазоне от 66 до 100 psi для отдельной ступени (чем больше показатель, тем быстрее изнашивается статор);
- коэффициент полезного действия винтовой насосной установки колеблется в пределах от 50 до 70%;
- уровень подъема жидкости не выше 3000 м;
- температурный показатель до 150 °C;
- уровень производительности до 800 куб.м в день;
- показатель рабочего давления составляет 2 МПа.
Существует тенденция быстрой изнашиваемости элементов конструкции из эластомера при работе насоса вхолостую, а также при перекачке ряда веществ.
Основные параметры работы винтового (шнекового, червячного) насоса:
Мощность насоса, давление, подача, КПД, вакуумметрическая высота всасывания, кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости.
Преимущества
Основные:
- высокий объемный КПД(60-80%)
- надежное оборудование для постоянной работы, простота конструкции
- низкий уровень шума
- удобство в обслуживании и ремонта
- точное дозирование вязких жидкостей
- создание большого давления при меньшем энергопотреблении
- устойчивость к абразивному износу
- винтовой насос является объемным, что обеспечивает подачу ровного не пульсирующего постоянного потока перекачиваемой жидкости(самый ровный поток жидкости из всех видов насосов)
- отсутствие пульсации потока на нагнетании
- перекачивание жидкости с вязкостью до 1000000 сП.
- винтовые насосы могут работать в скважинных условиях, перекачивать смазочные и не смазочные жидкости, могут перекачивать неоднородные среды с различными включениями
Винтовые насосные системы имеют ряд преимуществ перед другими агрегатами, что делает их более востребованными в области автоматизированной нефтедобычи. Так, эксплуатация данного вида насосов отличается низкими капитальными затратами, простотой в обслуживании, монтаже и эксплуатации. Помимо этого, винтовой насос отличается умеренным потреблением электроэнергии, невысоким уровнем производимого шума и компактностью.
Такой насос перекачивает широкий спектр веществ: газосодержащие жидкости, жидкости с повышенным уровнем содержания твердых включений, а также высоковязкие жидкости. Винтовой насос способен перекачивать суспензии без повреждения структуры вещества. Подача вещества ровная, без пульсаций (в отличие от поршневых и плунжерных насосных установок).
Благодаря тому, что в конструкции отсутствуют клапана и элементы, совершающие возвратно-поступательные движения, удалось исключить такие проблемы как газовые пробки, закупоривание, а также повышенный износ узлов.
Применение передовых материалов при производстве винтовых насосов значительно расширяет область применения данных агрегатов.
Вследствие того, что винтовой насос является агрегатом объемного типа, он способен работать в самовсасывающем режиме.
В процессе работы винтовой насосной установки можно создавать высокий уровень давления на выходе, исключая каскады нагнетания. Помимо этого, данная система способна регулировать необходимый уровень давления.
Область применения
Винтовые насосы применяются в следующих отраслях промышленности:
- Нефтегазовая (используется общепромышленный и вертикальный тип насосной установки для промысловой перекачки нефтяных смесей, товарной нефти, добычи нефти и газа и т.п.);
- Химическая и керамическая (перекачка олифы, эмульсий, красок и т.п.);
- Производство целлюлозы и бумаги;
- Водоподготовка и очистка (работа с реагентами, песчаными и цементными растворами);
- Пищепром (производство молочных и кондитерских изделий, винное и сахарное производство). Данные насосы способны вязкие продукты типа сливок, йогурта, пива, паштета, мармелада и т.п.;
- Строительство (подача цементного раствора);
- Кораблестроение;
- Добыча горной руды.
Перекачиваемые среды
Перекачивание нефтепродуктов, различных легко остывающих жидкостей, обладающих смазывающей способностью, а также неочищенные сточные воды, заиленные воды, возможность перекачивания неоднородных (мультифазных жидкостей) трудно текучих жидкостей с высокой вязкостью.
Винтовые насосы являются универсальным оборудованием благодаря своей способности менять направление потока перекачиваемого вещества (т.е. работать в реверсивном режиме), а также наличию разнообразных сальниковых и механических уплотнений. Данные характеристики дают возможность использовать насосы для работы с широким диапазоном жидкостей: как чистыми, так и веществами с включениями, в том числе тяжелой и легкой нефти, нефти средней плотности, водой и прочими вещества в зависимости от сферы производственного применения.
Источник: intech-gmbh.ru
Области применения
Купить винтовой насос можно для использования в быту, промышленности, строительстве, трубопроводном транспорте. Бытовые винтовые насосы устанавливают в частные дома для водоснабжения, подачи воды для отопления, поливки огорода или водозабора из колодца или пробуренной скважины.
В промышленности их приобретают для подачи пара и воды в производственных целях, снабжением маслом металлорежущих станков, электроустановок. Широко используются такие насосы на магистральных трубопроводах для транспортировки нефти и газа. Применимы они и в добывающих областях промышленности.
Основные характеристики
Винтовые насосы характеризуются несколькими важными параметрами. Во-первых, это число оборотов ротора, которое может достигать нескольких тысяч в минуту. Во-вторых, это объем перекачанной жидкости. Для бытовых изделий он может быть 3 л/мин, у промышленных может достигать 6 куб. м/мин. В-третьих, давление жидкости, которое для бытовых установок бывает до 4 атмосфер, а для промышленных – более 25.
При покупке самое важное — это учитывать мощность и производительность таких насосов. Причем количество перекачиваемой жидкости или газа не зависит напрямую от потребляемых киловатт. Оно определятся диаметром выходного отверстия насоса.
Винтовые насосы обычно изготовляются из нержавеющей легированной стали, в качестве дополнительных компонентов для деталей может быть использован пластик. Эти материалы обеспечивают долговечность эксплуатации даже при сильных и регулярных нагрузках.
Достоинства и недостатки
Из преимуществ насосов стоит отметить низкий уровень шума у подобных устройств, равномерную подачу жидкости в отличие от других разновидностей. Кроме того они обладают свойством самовсасывания. И рабочая среда для них практически универсальна, будь то горячая или холодная вода, машинное масло, природный газ или пар. К недостаткам винтовых насосов относят невозможность регулирования рабочего объема, сложность конструкции и сравнительно высокую стоимость.
Заказ винтового насоса
Для использования в быту, в промышленности для прессов и металлорежущих станков, систем охлаждения стоит обязательно заказать винтовой насос. В этих областях винтовые электроагрегаты по своим характеристикам будут незаменимыми. Обладая высокой надежностью при интенсивных нагрузках и долговечностью, они способны обеспечить эффективную работу на предприятии.
При выборе компании «Насосы.ПРО» есть возможность купить винтовые электронасосы по самым выгодным ценам. Нами предлагается широкий выбор моделей и оптимальные условия поставки. Преимущества заказа продукции у нас — это:
- Широкий выбор устройств с различными характеристиками.
- Гарантия на качество и долгий срок эксплуатации.
- Выгодные цены.
- Удобство осуществления заказа и доставки.
Заказ не займет много времени, а качество и долговечность позволят длительно эксплуатировать электронасос в промышленных условиях.
Источник: nasosy.pro
Применение винтового насоса
Винтовые насосы задумывались как устройства для перекачивания жидкостей и растворов с большой вязкостью.
Потребность в таких агрегатах имеется во многих отраслях промышленности, например, в пищевой, химической, текстильной, металлообрабатывающей и т.д.
В строительстве при помощи винтовых помп осуществляют подачу смесей для наливных полов и кровельных покрытий.
С течением времени эта технология становилась все более совершенной и сегодня винтовые насосы успешно работают в десятках тысяч скважин по всему миру. Именно эти агрегаты инженеры-нефтяники считают самыми многообещающими.
Кроме этого винтовые насосы применяют для обезвоживания природного газа, организации отопления зданий, добычи минеральных вод и многого другого. Также они активно применяются как насосы-дозаторы.
Среди владельцев скважин на воду большую популярность приобрели бытовые винтовые насосы. К их услугам прибегают при наличии значительного количества песка в воде. В таких условиях центробежные насосы быстро изнашиваются, а вибрационные не могут применяться из-за негативного воздействия вибраций на дно источника. Винтовые же насосы не вибрируют и безболезненно переносят наличие твердых механических примесей.
Достоинства и недостатки
Популярность винтовых насосов обусловлена следующими их особенностями:
- КПД агрегатов относительно высок – от 50% до 70%.
- Способны перекачивать жидкости с гораздо большей вязкостью, чем импеллерные помпы, обеспечивая при этом более высокий напор.
- Могут перекачивать смеси с твердыми включениями, при этом последние не повреждаются, как в плунжерных и поршневых насосах.
- Принцип действия винтового насоса исключает появление пульсаций при подаче жидкости, характерных для некоторых типов оборудования. К тому же она не перемешивается, как в центробежном насосе, что обеспечивает сохранность структуры.
- Винтовые помпы относятся к категории самовсасывающих, при этом глубина всасывания может достигать 8,5 м. К наличию свободного газа в перекачиваемой среде проявляют абсолютное безразличие.
- Конструкция агрегата является чрезвычайно простой и включает только одну движущуюся деталь. Клапана и другие элементы, в которых может образоваться затор, не применяются. Соответственно, упрощаются монтаж, эксплуатация и обслуживание агрегата.
- Насос является компактным и характеризуется низким уровнем шума.
Как у любого оборудования, есть у винтовых насосов и слабые стороны:
- Процесс изготовления отличается сложностью и высокой стоимостью.
- Отсутствует возможность изменения рабочего объема.
У насоса имеется «слабое звено» в виде статора, который изготавливается из эластомерных материалов (разновидность полимеров). Такие детали обладают следующими нежелательными свойствами:
- при работе вхолостую очень быстро получают неустранимые повреждения;
- при температурах свыше 150 градусов плавятся;
Могут они испортиться при контакте с некоторыми веществами, например, разбухнуть.
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.
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.
Источник: aquacomm.ru
