Гвинтові насоси
Зміст
Гвинтові насоси (Архімедів гвинт)
Гвинтовий або шнековий насос — насос, в якому створення тиску рідини, що нагнітається, здійснюється за рахунок витіснення рідини одним або декількома гвинтовими металевими роторами, що обертаються всередині статора відповідної форми.
Гвинтові насоси є різновидом роторно-зубчастих насосів, вони легко виходять із шестерінчастих шляхом зменшення числа зубів шестерень і збільшення кута нахилу зубів.
Застосування гвинтового насоса
Гвинтові насоси замислювалися як пристрої для перекачування рідин і розчинів з великою в'язкістю. Потреба в таких агрегатах є в багатьох галузях промисловості, наприклад, в харчовій, хімічній, текстильній, металообробної і т.д. У будівництві за допомогою гвинтових помп здійснюють подачу сумішей для наливних підлог і покрівель.
З плином часу ця технологія ставала все більш досконалою. Тепер гвинтові насоси успішно працюють у десятках тисяч свердловин по всьому світу. Саме ці агрегати інженери-нафтовики вважають найбільш перспективними.
Крім цього, гвинтові насоси застосовують для зневоднення природного газу,запуску опалення у будинках, видобутку мінеральних вод та ін. А ще їх активно застосовують як насоси-дозатори.
Серед власників свердловин на воду велику популярність мають побутові гвинтові насоси. Їх використовують тоді, коли виявляють значну кількість піску у воді. За таких обставин відцентрові насоси швидко зношуються, а вібраційні не можуть застосовуватися через негативний вплив вібрацій на дно джерела. Гвинтові ж насоси не вібрують і витримують наявність твердих механічних домішок.
Типи гвинтових насосів. Одногвинтові, двогвинтові, тригвинтові.
Одногвинтові насоси – це горизонтальні насоси об’ємного типу. Основні комплектувальні таких насосів – статична гумова обойма, що має двозахідную гвинтову поверхню й однозахідний гвинт, виготовлений з металу, який здійснює обертальні рухи в обоймі. Під час обертання, між гвинтом і поверхнею обойми створюються порожнини, куди спочатку перекачувана рідина засмоктується, а потім рухається увздовж осі гвинта до порожнини нагнітання.
Двогвинтові помпи використовують з дебільшого під час перекачування морської, прісної та мінеральної води з домішкою нафтопродуктів. Двогинтові мазутні насоси використовуються, в основному, під час перекачування мазуту та інших в’язких рідин. Такий тип насосів має торцеве одинарне ущільнення, сорочку обігріву, міцну частину виготовлену з конструкційної сталі.
Тригвинтові насоси використовуються, як правило, для перекачування неагресивних рідин, які мають змазувальну здатність і не містять абразивних механічних домішок. Мінімальний показник в’язкості обмежений змазувальною здатністю рідини, максимальний – потужністю електродвигуна і всмоктувальною здатністю насоса.
Особливості конструкції
- Довговічність. Гвинт починає рухатися завдяки електродвигуну і в момент обертання не контактує з внутрішньою поверхнею корпуса насоса. Це знижує тертя до мінімуму, за рахунок чого і забезпечується тривалий термін служби.
- Середовище переміщається в насосі з постійним осьовим напрямком течії. Завдяки цьому на виході насос буде видавати продукт рівним потоком, без пульсацій. Насос має низькі показники шумового забруднення. Оскільки рухомі частини насоса мають низьку інерційність, то пусковий момент і вібрація будуть мати низькі значення.
- Насос має високу всмоктувальну здатність
- Для безпечної роботи насоса, двигуна, системи трубопроводів, всі насоси підвищеної потужності обладнані запобіжними клапанами. У разі, коли робочий тиск перевищуватиме максимальний тиск, на який розрахована система (наприклад, нагнітає трубопровід), спрацює запобіжний клапан і надлишки продукту будуть спрямовані через байпас назад у камеру всмоктування.
Переваги та недоліки
Популярність гвинтових насосів обумовлена такими особливостями:
- ККД агрегатів відносно високий - від 50% до 70%.
- Здатні перекачувати рідини з набагато більшою в'язкістю, ніж імпелерні помпи, забезпечуючи при цьому більш високий натиск.
- Можуть перекачувати суміші з твердими включеннями, при цьому останні не ушкоджуються, як в плунжерних і поршневих насосах.
- Принцип дії гвинтового насоса виключає появу пульсацій під час подачі рідини, характерних для деяких типів обладнання. До того ж вона не перемішується, як в відцентровому насосі, що забезпечує збереження структури.
- Гвинтові помпи належать до категорії самоусмоктувальних, при цьому глибина всмоктування може досягати 8,5 м. До наявності вільного газу в середовищі, що перекачується проявляють абсолютну байдужість.
- Конструкція агрегату є надзвичайно простою і включає тільки одну рухому деталь. Клапани та інші елементи, в яких може утворитися затор, не застосовують. Відповідно, спрощується монтаж, експлуатація та обслуговування агрегату.
- Насос є компактним і характеризується низьким рівнем шуму.
Як і в кожного обладнання, у гвинтових насосів є і слабкі сторони:
- Процес виготовлення відрізняється складністю і високою вартістю.
- Відсутня можливість зміни робочого об'єму.
Насос має «слабку ланку» у вигляді статора, який виготовляється з еластомерних матеріалів (різновид полімерів).Такі деталі мають і небажані властивості:
- Під час роботи вхолосту дуже швидко отримують непереборні пошкодження.
- При температурах понад 150 градусів плавляться.
Принцип роботи
Ротор агрегату є циліндричною деталлю зі спіральним жолобом, схожою на гвинт або шнек. Він розташовується всередині статора - сталевої труби з встановленою всередині неї еластомерної гільзи (обойми), в якій також є спіралевидні канали. Спіраль ротора може мати декілька заходів. Спіраль статора завжди має на один захід більше.
Уздовж лінії контакту між ротором і статором є непроникні для рідини, що перекачується, ділянки, які поділяють внутрішній простір насоса на кілька окремих порожнин. Завдяки тому, що ротор встановлений у статорі з деяким зміщенням в поперечному напрямку (з ексцентриситетом), при його обертанні ці порожнини по черзі переходять то у відкритий, то у закритий стан. При цьому в момент відкриття рідина з попередньої порожнини витісняється виступом еластомерної обойми в наступну. З продовженням обертання обсяг пустої порожнини знову збільшується, що зумовлює всмоктування нею наступної порції речовини. У цей час перекачування середовища здійснюється без пульсацій, оскільки площа перерізу порожнин однакова по всій довжині спірального жолоба ротора.
Регулювання продуктивності (подачі) здійснюється шляхом зміни частоти обертання ротора, для цього необхідний частотний привід. Зазор між поверхнею ротора і еластомерною обоймою в силу особливостей конструкції останньої є саморегульованим: він залишається постійним незалежно від тиску всередині агрегату. Завдяки цьому гвинтовий насос при невеликих розмірах може розвивати високий напір - до 35 МПа.
Як видно, за характером дії ротора гвинтовий насос принципово відрізняється від шнекового, хоча обидва мають схожу будову. Шнекові агрегати, як і відцентрові, належать до категорії динамічних, тоді як гвинтові є об'ємними. Однак, і ті й інші є насосами витісняючої дії.
Між лініями всмоктування і подачі особливо потужних гвинтових насосів обов'язково прокладається перемичка (байпас) з запобіжним клапаном. Якщо нагнітальний трубопровід виявиться засміченим або на ньому буде помилково закрита засувка, запобіжний клапан відкриється, і насос буде прокачувати рідину через байпас по замкнутому контуру. Якщо такий захід не передбачити, надлишковий тиск зашкодить деталям агрегату і в першу чергу - полімерній обоймі.
Типова схема підключення насоса
1.Насос PCM Gavo GTA-GCA-GVA-GBB.
2.Давач рівня рідини, що перекачується в бункері.
3.Частотний перетворювач.
4.Панель управління насоса (програма).
5.Силовий кабель.
6.Керуючі сигнали процесу.
Історія виникнення
Першим винахідником гвинтового насосу був Архімед. Гвинт призначався для викачування води із корабля, і був названий на честь Архімеда. Його машина - пристрій з обертовим гвинтом у формі леза усередині циліндра. Він приводився у дію вручну, а також міг також бути використаний для передачі води з низинних водойм у зрошувальні канали.
Гвинтовий насос широко почали використовувати для перекачування в'язких рідин і різних розчинів у 1920-х роках. Пристрій відразу ж став популярним у багатьох галузях промисловості (харчова, хімічна, паперова, металообробна, текстильна, тютюнова, нафтова і т.д.). Удосконалений насос запропонував французький інженер Муано (R. Moineau). Новий принцип гідравлічної машини, названий «капсулізмом», дав можливість виключити клапапани і золотникові розподільники.
Наприкінці 70-х років, гвинтові насоси вперше були застосовані на нафтових родовищах Канади з важкою нафтою і великим вмістом дрібнодисперсного піску.
У 1980-х рр. почалося використання гвинтових насосів для механізованого видобутку. З цієї причини вони поступово проникали в нафтову промисловість.
До 2003 року гвинтові насоси почали використовувати на більш ніж 40 000 свердловин по всьому світу. Видобуток в'язких і високов'язких нафт став більш рентабельним для нафтової промисловості. Гвинтові насоси застосовуються від Аляски до Південної Америки, в горах Японії, в Африці, в Росії.
Література
1. «Гвинтові насоси для видобутку нафти» Навчальний посібник, Валовский В.М. 2012р.
2. «Винтовые Насосы В Угольной Промышленности» Осипов К.С. 1957р.
Посилання
1. http://dkdoprekc.blogspot.nl/
2. http://dovidkam.com/remont/vodoprovod/gvintovij-nasos-princip-roboti-ta-oblast-zastosuvannya.html
3. http://studbooks.net/1742363/geografiya/vintovye_nasosy_dobychi_nefti
