Гвинтові насоси

Гвинтові насоси (Архімедів гвинт)

Гвинтовий насос серії GTA

Гвинтовий або шнековий насос — насос, в якому створення напору 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 і легко виходять з шестерінчастих шляхом зменшення числа зубів шестерень і збільшення кута нахилу зубів.

Застосування гвинтового насоса

Будова 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 і сьогодні гвинтові насоси успішно працюють в десятках тисяч свердловин по всьому світу. Саме ці агрегати інженери-нафтовики вважають самими багатообіцяючими.

Крім цього гвинтові насоси застосовують для зневоднення природного газу, організації опалення будівель, видобутку мінеральних вод і багато чого іншого. Також вони активно застосовуються як насоси-дозатори.

Серед власників свердловин на воду велику популярність придбали побутові гвинтові насоси. До їх послуг вдаються при наявності значної кількості піску в воді. В таких умовах відцентрові насоси швидко зношуються, а вібраційні не можуть застосовуватися через негативного впливу вібрацій на дно джерела. Гвинтові ж насоси не вібрують і безболісно переносять наявність твердих механічних домішок.

Типи гвинтових насосів. Одногвинтові, двогвинтові, тригвинтові.

Одногвинтові насоси – є горизонтальними насосами об’ємного типу. Основні комплектуючі таких насосів – статична гумова обойма, що має двухзахідную гвинтову поверхню і 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 вздовж осі гвинта до порожнини нагнітання.

Двогвинтові насоси використовуються, в основному, при перекачуванні морської, прісної та мінеральної води з домішкою нафтопродуктів. Двовинтові мазутні насоси використовуються, в основному, при перекачуванні мазуту та інших в’язких рідин. Даний тип насосів має торцеве одинарне ущільнення, сорочку обігріву, міцна частина виготовлена з конструкційної сталі.

Тригвинтові насоси використовуються, в основному, при перекачуванні неагресивних рідин, які мають змазуючу здатність і не містять абразивних механічних домішок. Мінімальний показник в’язкості обмежений змазуючою здатністю рідини, максимальний – потужністю електродвигуна і всмоктуючою здатністю насоса.

Особливості конструкції

• Довговічність. Гвинт приводиться в рух електродвигуном і при обертанні не контактує з внутрішньою поверхнею корпусу 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. Так само, оскільки рухомі частини насоса мають низьку інерційність, то пусковий момент і вібрація будуть мати низькі значення.

• Насос має високу всмоктувальну здатність

• В цілях забезпечення безпечної роботи насоса, двигуна, системи трубопроводів, всі насоси підвищеної потужності обладнані запобіжними клапанами. У разі, коли робочий тиск перевищує максимальний тиск, на яке розрахована система (наприклад, нагнітає трубопровід), спрацьовує запобіжний клапан і надлишки продукту будуть спрямовані через байпас назад в камеру всмоктування.

Переваги та недоліки

Популярність гвинтових насосів обумовлена ​​наступними їх особливостями:

Сталевий гвинтовий насос Compact

• 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 при подачі рідини, характерних для деяких типів обладнання. До того ж вона не перемішується, як в відцентровому насосі, що забезпечує збереження структури;
• Гвинтові помпи відносяться до категорії самоусмоктувальних, при цьому глибина всмоктування може досягати 8,5 м. До наявності вільного газу в перекачується середовищі проявляють абсолютну байдужість;
• Конструкція агрегату є надзвичайно простою і включає тільки одну рухому деталь. Клапана та інші елементи, в яких може утворитися затор, не застосовуються;Відповідно, спрощуються монтаж, експлуатація та обслуговування агрегату;
• Насос є компактним і характеризується низьким рівнем шуму;

Як у будь-якого обладнання, є у гвинтових насосів і слабкі сторони:

• Процес виготовлення відрізняється складністю і високою вартістю;
• Відсутня можливість зміни робочого об'єму;

У насоса є «слабка ланка» в вигляді статора, який виготовляється з еластомерних матеріалів (різновид полімерів).Такі деталі мають наступні небажані властивості:

• При роботі вхолосту дуже швидко отримують непереборні пошкодження;
• При температурах понад 150 градусів плавляться;

Принцип роботи

Принцип роботи гвинтового насоса

Ротор агрегату являє собою циліндричну деталь зі спіральним жолобом, схожу 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 в статорі з деяким зміщенням в поперечному напрямку (з ексцентриситетом), при його обертанні ці порожнини по черзі переходять то у відкритий, то в 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 призводить до всмоктування нею наступної порції речовини. При цьому 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 чого 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, відносяться 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

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 в честь Архімеда. Його машина була пристроєм з обертовим гвинтом у формі леза усередині циліндра. Він приводився у дію вручну, і 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 в 1920-х роках. І відразу ж отримав широке поширення в багатьох галузях промисловості (харчова, хімічна, паперова, металообробна, текстильна, тютюнова, нафтова і т.д.). Удосконалений насос був запропонований французьким інженером Муано (R. Moineau). Новий принцип гідравлічної машини, названий «капсулізмом», дозволив виключити клапапана 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, в результаті, вони поступово проникали в нафтову промисловість.

До 2003 року гвинтові насоси стали використовувати на більш ніж 40 000 свердловин по всьому світу. Видобуток в'язких і високов'язких нафт стала більш рентабельною для нафтової промисловості. Гвинтові насоси застосовуються від Аляски до Південної Америки, в горах Японії, в Африці, в Росії.