Винтовой (шнековый) насос — это гидравлическая машина объемного роторного-вращательного типа, рабочим органом которой является винтовая (шнековая) пара, состоящая из: винта (N-заходной внешней металлической спирали) и обоймы (N+1-заходной внутренней резиновой спирали). Шнековый насос, героторный насос, эксцентриковый насос, одновинтовой насос — это альтернативные названия винтового насоса.

Принцип работы

Основным рабочим органом винтового насоса является винтовая пара (рис. 1) состоящая из: металлического винта (N-заходной внешней спирали) и резиновой обоймы (N+1- заходной внутренней спирали), при этом, по линии смыкания винта и обоймы возникают герметично замкнутые полости, которые при вращении винта продвигаются в сторону нагнетания. Количество шагов винтовой (шнековой) пары определяет потенциальное давление, которое винтовой насос может развить, а объём замкнутых полостей и скорость вращения винта — производительность агрегата.

Конструкция

Классическая конструкция винтового насоса представляет собой агрегат, состоящий из следующих основных компонентов:

1. Винт (шнек) — внешняя N-заходная спираль с поперечным сечением, центр которого смещен на величину эксцентриситета от оси вращения. Как правило, ротор изготавливается из металлических сплавов с упрочняющим покрытием или без него
2. Обойма — внутренняя N+1-заходная спираль, выполненная из эластомера, неразъемно соединенного с металлической гильзой
3. Тяга — передает крутящий момент от приводного вала к ротору
4. Шарнирный узел — компенсирует эксцентриситет ротора
5. Входной патрубок
6. Выходной патрубок
7. Камера
8. Уплотнение приводного вала — обеспечивает герметичность камеры винтового (одновинтового) насоса
9. Подшипниковая стойка — является соединительным узлом между приводом и камерой винтового (одновинтового) насоса
10. Муфта — компенсирующий элемент между приводом и подшипниковой стойкой
11. Привод
12. Монтажная плита

История изобретения

В 1930 году , пионер авиации, изобретая компрессор для реактивных двигателей , обнаружил, что этот принцип также может работать как насосная система. Парижский университет присудил Рене Мойно докторскую степень за диссертацию «Новый капсулизм». Его новаторская диссертация заложила основу для внедрения винтовых насосов.

Преимущества

• винтовые насосы относятся к объемному типу и каждому обороту винта соответствует заданный объём перекачиваемой среды, таким образом, производительность винтовых насосов поддается точной регулировке в широком диапазоне;
• потенциальное давление на выходе винтового насоса задается исключительно геометрией винтовой пары и крутящим моментом привода, таким образом, при регулировке производительности винтового насоса, давление остается неизменным;
• винтовой насос является самовсасывающим и не требует предварительного заполнения рабочей средой;
• наличие замкнутых полостей в винтовой паре определяют способность винтового насоса перекачивать вязкие (до 10 000 сПз) среды и среды с мягкими и твердыми включениями, не подвергая эти включения разрушению. Размер допустимых включений задается геометрией винтовой пары и может достигать d = 50 (мм);
• способность винтовых насосов к самовсасыванию дает возможность перекачивать среды со значительной газовой составляющей, либо сред с газовыми пробками;
• конструкция винтовых насосов допускает применение широкого спектра дополнительных опций и специальных модификаций, таких как загрузочная горловина, шнековый питатель, обогрев проточной части, регулировка производительности преобразователем частоты, либо вариатором, гидропривод, пневмопривод и пр.;
• винтовые насосы могут работать в реверсе;
• винтовые насосы имеют высокий КПД в сравнении с другими типами насосного оборудования;

Недостатки

• масса-габаритные характеристики винтовых (шнековых) насосов, как правило, отличаются в большую сторону от других типов насосного оборудования;
• винтовые (шнековые) насосы чувствительны к «сухому ходу»;
• инсталляция и обслуживание винтовых насосов требует специальных знаний и навыков;

Основные типы винтовых насосов

На сегодняшний день выделяют несколько типов винтовых насосов, которые имеют свое независимое развитие с точки зрения выполнения поставленных задач, а соответственно, особенностей проектирования, производства, инсталляции и сервисного обслуживания.

Горизонтальные винтовые насосы

К данному типу относятся винтовые насосы общепромышленного назначения в классической горизонтальной компоновке. Данный тип винтовых насосов наиболее распространен, и применим для широкого спектра задач по подаче вязких, неоднородных, мультифазных сред и сред с различными включениями. В зависимости от габарита винтовой пары, производительность таких агрегатов, как правило, находится в пределах P = от 0,1 до 500 (м3/ч), а дифференциальное давление Q = до 48 (бар). Данный тип винтовых насосов отличается простотой инсталляции и обслуживания, надежностью и широким набором дополнительных опций.

Вертикальные винтовые насосы

Винтовые насосы в вертикальной компоновке относятся к полупогружному типу насосных агрегатов. Данный тип винтовых насосов достаточно эффективен в работе с вязкими средами и средами с осадком в загубленных емкостях, искусственных и естественных озёрах. В общепромышленном исполнении длина погружной части может достигать 10 метров, при этом, данный параметр ограничен конструкционными особенностями агрегата. Как и у горизонтальных винтовых насосов, в зависимости от габарита применяемой винтовой пары, производительность насоса находится в пределах Q = от 0,1 до 500 (м3/ч), а дифференциальное давление P = до 48 (бар).

Дозировочные винтовые насосы

Отличительной особенностью винтовых насосов является возможность регулировки производительности агрегата путем изменения частоты вращения ротора, при этом давление на выходе насоса остается неизменным. Данный принцип позволяет успешно использовать винтовые насосы в качестве дозаторов, погрешность работы которых не превышает 0,1 %. Как правило, стандартные дозировочные винтовые насосы имеют производительность Q = от 2 до 150 (лит/ч), а дифференциальное давлением P = до 6 (бар).

Строительные шнековые насосы

Шнековые насосы — это отдельный тип винтовых насосов, которые нашли свое широкое применение в строительной отрасли для напорной подачи таких сред, как бетон, стяжка, наливной пол, штукатурный раствор, краска и пр. Основным преимуществом шнековых насосов, применяемых в строительной отрасли, является их исключительная способность к напорной подаче неоднородных и абразивных сред с твердыми включениями. Применение шнековых насосов в строительной отрасли отличается огромным разнообразием агрегатов, отличающиеся как по конструкции, так и по назначению. При этом, на фоне этого разнообразия, стоит отдельно выделить особый тип строительных насосного оборудования — штукатурные станции , которые являются наиболее популярным вариантом применения шнекогово насоса.

Бочковые винтовые насосы

Бочковые винтовые насосы предназначены для разгрузки стандартной тары, такой как бочки, еврокубы, емкости, танки и пр. Несмотря на свою схожесть с вертикальными винтовыми насосами, бочковые насосы относятся к отдельному типу винтовых насосов в силу выполняемых задач и конструкционных особенностей. Бочковые винтовые насосы, в основном, являются серийными универсальными агрегатами массового производства и потребления, и соответственно, данные агрегаты должны быть просты в применении и обслуживании, выполнять широкий спектр задач, отличаться повышенной надежностью и неприхотливостью. В основном на рынке присутствуют бочковые винтовые насосы с производительностью Q = до 3 (м3/ч) и давлением на выходе P = до 4 (бар), при этом данный агрегат должен быть способен перекачивать среды с вязкостью не менее N = 5000 (сПз).

Области применения винтовых насосов

В силу своих уникальных характеристик, винтовые (шнековые) насосы нашли широкое применение практически во всех отраслях промышленности для подачи вязких, абразивных, мультифазных сред, сред с различными включениями, в том числе, сред со значительной газовой составляющей:

• Нефтегазовая промышленность: нефть и нефтепродукты, мазут, буровой раствор и пр.;
• Горнодобывающая промышленность: буровой раствор, промышленная взрывчатка, шлам и пр.;
• Металлургическая промышленность
• Химическая промышленность
• Водоочистка и водоподготовка
• Целлюлозно-бумажная промышленность
• Пищевая промышленность
• Фармацевтическая и косметическая промышленность
• Строительная отрасль

Литература

• Балденко Д. Ф., Балденко Ф. Д., Гноевых А. Н. Одновинтовые гидравлические машины. Том 1, ООО «ИРЦ Газпром», 2005, 488 с. (Русский)
• Горшков А. М. Насосы. М.-Л.: Госэнергоиздат., 1947, 188 с. (Русский)
• Christian Wittrisch, Henri Cholet. Progressing Cavity Pumps: Oil Well Production Artificial Lift., Editions Technip, 2012, 219 pages (English)
• Lev Nelik, Jim Brennan. Gulf Pump Guides: Progressing Cavity Pumps, Downhole Pumps and Mudmotors., Elsevier, 2013, 214 pages (English)
• James M. Revard. The Progressing Cavity Pump Handbook., PennWell Pub., 1995, 157 pages (English)
• Jean-Louis Moineau. Rene Moineau 1887 / 1948 — Aviator and Inventor (Version Anglaise)., Editions de l’Officine, 2009, 256 pages (French)

См. также

• Гидравлические машины
• Шестерённая гидромашина
• Шнек
• Архимедов винт