С момента создания первого насоса инженеры придумали множество разновидностей механизмов впрыска, каждый из которых имеет свои преимущества.
Одни получили очень широкое распространение, другие используются только в особых условиях.
К агрегатам «специального назначения» относится винтовой насос – принцип работы агрегата позволяет ему перекачивать вещества, которым уступают многие его конкуренты. Далее мы узнаем, из чего состоит этот насос и как он работает.
Применение винтового насоса
Винтовые насосы были задуманы как устройства для перекачивания жидкостей и растворов с высокой вязкостью.
Потребность в таких агрегатах есть во многих отраслях промышленности, например, в пищевой, химической, текстильной, металлургической и др
В строительстве с помощью винтовых насосов подаются смеси для наливных полов и крыш.
Со временем эта технология совершенствовалась, и сегодня винтовые насосы успешно работают в десятках тысяч скважин по всему миру. Именно эти агрегаты инженеры-нефтяники считают наиболее перспективными.
Кроме того, винтовые насосы используются для осушки природного газа, отопления зданий, добычи минеральной воды и многого другого. Они также активно используются в качестве насосов-дозаторов.
Среди владельцев скважин на воду большую популярность приобрели бытовые винтовые насосы. Их услугами пользуются при наличии значительного количества песка в воде. В таких условиях центробежные насосы быстро изнашиваются, а вибрационные нельзя использовать из-за негативного воздействия вибраций на дно фонтана. Винтовые насосы не вибрируют и безболезненно переносят наличие твердых механических примесей.
Преимущества и недостатки
Популярность винтовых насосов обусловлена следующими характеристиками:
- КПД агрегатов относительно высокий, от 50% до 70%.
- Способны перекачивать жидкости с гораздо более высокой вязкостью, чем импеллерные насосы, обеспечивая при этом более высокий напор.
- Они могут перекачивать смеси с твердыми частицами, если последние не повреждены, как в плунжерных и поршневых насосах.
- Принцип работы винтового насоса исключает появление пульсаций при подаче жидкости, характерных для некоторых видов оборудования. Кроме того, он не перемешивается, как в центробежном насосе, что гарантирует сохранность конструкции.
- Винтовые насосы относятся к категории самовсасывающих, при этом глубина всасывания может достигать 8,5 м. Абсолютную безразличность проявляют к наличию свободного газа в перекачиваемой среде.
- Конструкция агрегата предельно проста и включает всего одну подвижную часть. Клапаны и другие элементы, в которых может образоваться засор, не используются. Следовательно, установка, эксплуатация и техническое обслуживание агрегата упрощаются.
- Насос компактен и характеризуется низким уровнем шума.
Компактный стальной винтовой насос
Как и любое оборудование, винтовые насосы имеют и слабые стороны:
- Производственный процесс сложный и дорогой.
- Нет возможности изменить объем работы.
Насос имеет «слабое звено» в виде статора, который изготовлен из эластомерных материалов (разновидность полимера). Такие детали обладают следующими нежелательными свойствами:
- на холостом ходу очень быстро безвозвратно повреждаются;
- плавятся при температуре выше 150 градусов;
Они могут портиться при контакте с некоторыми веществами, например, вздуваться.
Принцип работы
Ротор агрегата представляет собой цилиндрическую деталь со спиральной канавкой, похожую на винт или шнек. Он расположен внутри статора – стальная трубка с установленной внутри нее эластомерной втулкой (клеткой), в которой также имеется спиральный канал. Улитка ротора может иметь несколько входов. Катушка статора всегда имеет еще один виток.
По линии контакта между ротором и статором имеются участки, непроницаемые для перекачиваемой среды, которые делят внутреннюю часть насоса на несколько отдельных полостей. Благодаря тому, что ротор установлен на статоре с некоторым смещением в поперечном направлении (с эксцентриситетом), при его вращении эти полости попеременно переходят в открытое состояние, а затем в закрытое состояние.
Принцип работы винтового насоса
При этом в момент открытия жидкость, поступающая из предыдущей полости, вытесняется выступом эластомерной обоймы в сторону следующей. При продолжающемся вращении объем пустой полости снова увеличивается, что приводит к поглощению очередной порции вещества. При этом перекачка среды осуществляется без пульсации, так как площадь поперечного сечения полостей одинакова по всей длине спирального канала ротора.
Регулирование производительности (подачи) осуществляется за счет изменения скорости вращения ротора, для чего необходим преобразователь частоты.
Зазор между поверхностью ротора и эластомерной клеткой в силу конструктивных особенностей последней является саморегулирующимся: он остается постоянным вне зависимости от давления внутри агрегата. За счет этого винтовой насос малых габаритов может развивать высокое давление, до 35 МПа.
Как видно, по характеру действия ротора винтовой насос принципиально отличается от винтового, хотя оба имеют сходное устройство.
Шнековые агрегаты, такие как центрифуги, классифицируются как динамические, а винтовые агрегаты — как объемные. Однако оба являются поршневыми насосами.
Между всасывающей и нагнетательной магистралью особо мощных винтовых насосов должна быть установлена перемычка (байпас) с предохранительным клапаном.
Если нагнетательная линия засорится или клапан будет закрыт по ошибке, предохранительный клапан откроется, и насос будет перекачивать жидкость через байпас по замкнутому контуру. Если такую меру не предусмотреть, то чрезмерное давление повредит детали агрегата, и в первую очередь полимерную обойму.
