Винтовые насосы для скважин – тип устройств, где вытеснением воды занимаются один или пара роторов, которые достигают нужного напора. Ротор производит обороты в статоре подходящего типа. Насосы винтовые являются объёмными. Винтовые устройства называют роторно-зубчатыми. Они, чаще всего, производятся, используя шестеренные насосы, при помощи сокращения количества и повышения наклонов шестерёнок.
Винтовой насос является объемным
Главное назначение описываемых устройств в перекачке нефтяных продуктов. Насосные винтовые конструкции занимаются перекачкой мазута, нефти, масла, дизельного топлива, парафина. Насосные винтовые устройства применяются в различных сферах. Они перерабатывают шлаки, помогают производить изделия из табака, текстильные и бумажные продукты, пищевые и химические предметы, обрабатывают изделия из железа.
Винтовые насосные устройства для скважин не получили особой популярности в роли главных гидросистемных насосов в машинах.
Типология устройств
Винтовые скважинные насосы делятся на несколько типов.
- Насосы из одного винта – горизонтальные насосы; тип – объёмный. Подобные устройства производятся из резинового «обруча» и однозаходного металлического винта, которые вращается в обойме. Когда происходит вращение, то между деталями появляются пространства, куда попадает вода, которую перекачивают. После попадания туда вода передвигается в полости нагнетания.
- Насосы из двух винтов – конструкции, использующиеся, чаще всего, при морской, пресной, минеральной перекачке жидкостей.
- Модели мазутные из двух винтов – устройства, использующиеся, в преимуществе, для перекачки мазута и другой вязкой жидкости. Отличается одинарным торцевым уплотнением, рубашкой обогрева, стальной прочной частью.
- Насосы из трёх винтов – конструкции работают с не агрессивными жидкостями со смазывающей способностью и абразивными механическими примесями в составе. Работают в горизонтальном и вертикальном положениях.
Не редко винтовые устройства называют шнековыми, объединяя их в одно целое, делать этого не стоит, потому что устройства являются различными по типу работы. Шнековый насос также характеризуется вытесняющим действием, но он динамический, в отличие от винтового устройства.
Шнековые насосы отличаются героторной винтовой парой. Она занимается определением свойств устройства и обусловливанием механизма работы насоса. В состав винтовой пары входят статичный элемент-статор и подвижная часть – ротор.
Самыми популярными считаются устройства, где установлен двухзаходный статор и однозаходный ротор.
Винтовой шнековой насос перекачивают неоднородные вещества
Винтовой шнековый насос является незаменимым для работы с разнообразными веществами разнородных характеров, и обладает достаточным количеством плюсов. На некоторых участках иногда нельзя использовать никакие другие насосные установки, кроме шнекового.
Преимущества винтового шнекового насоса таковы:
- описанные насосные устройства – самовсасывающие, им не требуется «заливка»;
- насосные системы занимаются перекачкой неоднородных веществ со смесями разнообразных веществ.
Работа винтовых насосов
Винтовые погружные насосы отличаются особой конструкцией. Они состоят из таких компонентов:
- мотор-редуктор приводного типа;
- стойка переходная;
- статор-ратор в паре;
- патрубок напорный;
- камера;
- шарнир;
- валовый компонент уплотняющего типа.
Основной рабочей частью конструкции считают винтовую пару. Эластомерный статор соединён с металлическим ротором внутри. Из-за вращательных движений происходит изменения с объёмом полости в паре, вода движется по оси насосного устройства. Жидкости вытесняются и происходит всасывание.
Для повышения качества уплотнения насосного устройства и сокращения уровня утечек, конструкцию оснащают при помощи гибкого конусного либо цилиндрического корпуса. Стоим заметить, что эластическая конструкция насоса справляется с гораздо меньшим давлением, в сравнение с конструкцией из металла. Помимо прочего, в состав конструкции входят второстепенные элементы, уплотнениям, подшипники и гайки.
Винтовые насосы работают по чётко-описанным принципам и в определённых условиях. К основным характеристикам относят.
- Температурную характеристику. Определением самого высокого уровня температуры воды занимается статор насосного устройства. Отметим, что температуру могут определять природа жидкостей и условия работы насосного устройства.
- Установку из винтов считают самовсасывающим устройством.
- Характеристику подачи. Такие устройства отличаются объёмным принципом функционирования. Благодаря этому, подача веществ происходит регулярно, гладко и без резких колебаний.
Чтобы работа насосов была слаженной, стоит поговорить о возможных объёмах жидкостей для функционирования. Винтовые конструкции отличаются повышенным уровнем устойчивости из-за качественно выполненного статора. Данные насосы можно использовать при перекачке каждой вязкой жидкости, а также при перекачке воды с твёрдыми частицами. Такие осложнения не приведут к прекращению работы или ухудшению эффективности.
Чтобы обезопасить статор нужно заливать насос специальной жидкостью для перекачки. Сделав это, займитесь проверкой состояния клапанов. Они должны быть в открытом виде. Касаемо насоса с регулярно действующим двигателем, то, чтобы урегулировать движение вещественных потоков, нужно заняться установкой определенной скорости подачи либо установкой регулировочного клапана.
Эксплуатацию винтового насоса необходимо максимально обезопасить
Очень важно обезопасить работу с насосными устройствами. Соблюдайте простые меры предосторожности, включая насос, дабы ваша техника прослужила вам долго.
- Категорически воспрещается включать систему без нахождения там жидкостей. Впоследствии этого может произойти деформация статора.
- Не стоит регулировать величину подачи устройства при помощи закрывания клапана. Данное действие имеет побочные свойства при отсутствии защиты – деформацию приводных механизмов и двигателей.
Положительные стороны винтовых насосов
Стоит отметить, что винтовые установки отличаются рядом положительных характеристик и отзывов. Многие пользователи отмечают эффективность таких устройств. О преимуществах и недостатках поговорим далее.
Положительные стороны и признаки конструкции:
- Они долговечны. Из-за того, что электродвигатель занимается движением винта, и ему не приходится иметь контакт с «внутренностями» устройства, происходит снижение трения до минимальной отметки. Это и способствует долговечности работы.
- Осевое течение перемещения среды в устройстве. Это способствует тому, что выходящий «продукт» сможет двигаться гладко, отсутствуют пульсации.
- Устройства отличаются невысокими характеристиками по шумовому загрязнению. Из-за невысокой инерции движущихся деталей устройства, у пускового момента также будут низкие показатели.
- Установкам свойственна хорошая всасывающая характеристика.
- Конструкция мощных устройств оснащена предохранительными клапанами. Они нужны для безопасной работы насосов и всей конструкции в целом. Клапаны нужны для тех вариантов, если происходит превышение давления.
- Жидкость подаётся равномерно, что делает винтовые насосы лучше поршневых и плунжерных.
- Винтовые насосы отличаются простотой конструкции, удобностью в использовании и обслуживании.
- Винтовые конструкции способны всасывать жидкость из десятиметровой глубины.
- Винтовым установкам свойственен качественный механизм.
- Насосы легко эксплуатируются.
Небольшие минусы
Среди нескольких недостатков отмечают следующие:
- при работе с винтовыми насосами невозможно урегулировать рабочий объём;
- при работе с другими видами наблюдаются трудности;
- винтовые модели отличаются худшими габаритно-весовыми показателями;
- отличаются высокой ценой.
О чём стоит подумать в первую очередь, выбирая насосную конструкцию?
Эффективность работы насоса для вас зависит от следующих важных факторов:
- от типа установления конструкции и его характеристикой использования;
- от скорости подачи качаемой жидкости;
- от показателя давления;
- от того, какое вещество будет перекачиваться: речь о плотности, составе, температуре и вязкости.
Выбирайте технику с умом, и она точно прослужит вам долго и качественно, ведь многое действительно зависит от того, какими критериями вы руководствуетесь при выборе.
Винтовые насосы получили широкое распространение в области обеспечения частных домов и коттеджей чистой водой из колодца или скважины.
Каждый владелец своего дома знает, что после приобретения недвижимости стоит подумать и об обеспечении дома водой. Ведь отсутствие водоснабжения может сильно испортить впечатление от покупки.
Правильный выбор погружного насоса, а в нашем случае винтового насоса является гарантией бесперебойного водоснабжения в течении длительного времени.
Винтовой насос для скважины пользуется заслуженной популярностью среди любителей загородного отдыха на своем участке, а так же среди владельцев коттеджей и домов за счет простоты эксплуатации и легкости монтажа. К тому же, в отличии от поверхностного насоса , винтовой отличается универсальностью в подаче воды с большой глубины.
Принцип работы винтового насоса.
Работа винтовых насосов основана на понятии винта Архимеда.
Видео о винтовом насосе
Винтовые насосы хороши для создания достаточно высоких давлений при небольшой подаче жидкости. Широкое распространение винтовые насосы получили в последнее время, сыскав наибольшую популярность в обеспечении водой из скважин частных домов и коттеджей.
Наиболее широко винтовые насосы применяются в химической промышленности для перекачивания агрессивных химических сред.
Винтовые насосы – это насосная техника объемного класса, которая создает напор благодаря тому, что жидкость вытесняется ротором, который вращается вокруг статора. Как правило, винтовые аппараты относятся к категории зубчатых роторных аппаратов, которые делают на базе .
Первые модели винтового типа появились на рынке в 1920-х годах прошлого века, и буквально спустя одно десятилетие завоевали свое место в промышленном производстве, на текстильных и табачных предприятиях, в отраслях по обработке металлов и переработке отходов. В нефтяной отрасли винтовую технику стали использовать в конце 80-х годов прошлого века.
1 Типы и устройство винтовой техники
По типу и строению ротора выделяют три основных вида винтовых насосов:
- одновинтовые насосы;
- насосы двухвинтовые;
- трехвинтовые насосы.
Рассмотрим каждый подробнее. Одновинтовой насос – это объемная техника горизонтального типа. Одновинтовой насос в стандартной комплектации – это статичная резиновая обойма с двухзаходной винтовой поверхностью и однозаходным винтом из металла. Когда винт вращается в обойме, в создаваемые полости всасывается жидкость, и передвигается вдоль оси в нагнетательную область.
Аппараты с двумя винтами используют в основном для перекачки морских, пресных или минеральных вод. При этом есть отдельный класс специальных аппаратов с двумя винтами для вязких жидкостей – это техника для мазута. Отличаться они будут в одинарном торцевом уплотнении, рубашке обогрева и прочной стали для изготовления корпусов.
Техвинтовой насос – используют для перекачки неагрессивных субстанций, со смазывающей способностью без абразивных и механических примесей. Смазывающая способность ограничивает показатель вязкости по минимальному показателю. По максимальному показателю вязкости ограничение происходит за счет того, какой мощности сам электронасос.
1.1 Насос винтовой и шнековый – основное отличие
Поскольку оба вида техники можно отнести к аппаратам вытесняющего типа, отличающийся характер действия рабочего органа причисляет шнековую аппаратуру к динамической, за счет винтовой (геротной) пары, то есть статора и ротора.
Шнековая винтовая эксцентриковая техника незаменима при перекачке неоднородных вязких материалов с разного рода и калибра примесями. Они самовсасывающие и не создают пульсаций или разрыва потока.
1.2 Принцип действия винтового насоса
Конструктивные элементы любой винтовой техники включают в себя такие основные детали:
- моторный привод редукторного типа;
- переходную стойку;
- геротную (винтовую) пару, которая состоит из статора и ротора;
- патрубок напора на выходе;
- камеру;
- шарнир;
- устройство для уплотнения вала.
Статор при этом сделан из эластомера, внутри статора – ротор, который представляет из себя винтообразный металлический элемент. Эффект всасывания создает вращение ротора, которое изменяет объемы полостей между ротором и статором. Жидкость постепенно перемещается по оси ротора, давление изменяется, и создается напор.
Корпус, шнек и вал напорных аппаратов могут изготавливаться из чугуна, углеродистой и нержавеющей стали марок AISI 304/316/420, ХМ 19 или 17 4 PH, из никель-алюминиевой бронзы или хастеллойя, инконеля или титана. Многие аппараты имеют встроенную защиту от сухого хода по технологии ATEX.
1.3 Принцип работы винтового насоса (видео)
1.4 Модель ОВН
Серия винтовой техники ОВН используется в для перекачки вязких материалов. Например, маркировка ОВН4-2,5/5 означает, что это:
О – аппарат для молочного производства;
ВН – винтовой напорный аппарат (насос);
4 – объем производительности в литрах за 100 оборотов ротора;
2,5 – количество кубических литров в час (производительность);
5 – атмосферное давление аппарата.
В стандартном варианте производства техника может выдерживать температуру до 80 °C, комплектуется стандартным торцевым валовым уплотнителем, и корпусом из нержавеющей стали марки AISI 304.
По спецзаказу возможно исполнение, которое выдерживает работу при температурах до 140 °C, с байпасом для возможности дозировки материалов или со штуцером, который позволяет использование CIP мойки.
Всего в серии ОВН двенадцать моделей с различными характеристиками: ОВН-8-4,0/5 , ОВН-8-6,0/5, ОВН-4-1,5/5, ОВН-4-2,5/5, ОВН-2-1,5/5, ОВН-2-0,7/5, ОВН-М, ОВН-6-3,5/5, ОВН-6-5,0/5, ОВН-8-3,0/5 и ОВН-6-2,5/5.
2 Выбор и обслуживание винтовой техники
Чтобы выбирать винтовую технику, которая наилучшим образом подойдет для нужд вашего производства стоит учитывать некоторые конструктивные особенности. Чтобы определиться в том, для начала стоит определить нужный вам тип аппарата, от которого будет зависеть показатель производительности в кубических метрах в час или литрах в минуту.
Затем определить нужный уровень давления и высоту столба жидкости в районе патрубка, так называемый показатель NPSN. Кроме того нужно учитывать показатели химического состава, плотности и вязкости, температуру и кислотно-щелочной баланс перекачиваемых субстанций. Помимо этого учитывайте количество абразивов и возможное наличие твердых частиц в составе перекачиваемого материала.
Ну и не забудьте учесть напряжение и частоту сети электропитания, и тип механизма передачи от двигателя к насосу. Немалым подспорьем будет входящий в перечень комплектации аппарата ремкомплект с самыми необходимыми запасными частями.
Ремонтный комплект для винтового насоса обычно состоит из сменного рабочего винта и резиновой прокладки. Поэтому замена шнека при износе может производиться самостоятельно без обязательного обращения в сервисную службу.
2.1 Области применения
Винтовую технику используют во многих сферах промышленного производства и для бытовых нужд. Среди основных видов напорной техники винтового типа можно выделить:
- винтовой насос для воды (различные вариации центробежного насоса – , пневмовинтовой насос, глубинный погружной насос);
- пищевой винтовой насос (молочный, масло-жировой, кондитерский и другие);
- аппараты для фармацевтической и химической промышленности;
- техника для нефтегазовой и нефтехимической промышленности;
- аппаратура для электростанций;
- техника для морской и корабельно-строительной отрасли.
Повышенный уровень химико-механической устойчивости к различным неабразивным включениям и вязким элементам, которые могут присутствовать в жидкости, обуславливается эластомерным составом корпуса статора. Кроме того, именно составом корпуса статора определяется максимально допустимый температурный диапазон, с которым может работать винтовая техника.
Например, в нефтяной промышленности корпуса делают из эластомера марки NBR, который может выдерживать температуры до 80 °C. В винтовой технике общепромышленного назначения применяют материалы EPDM и HYPALON, которые в состоянии работать при температурах до 120 °C. А в химической промышленности используют резиновый эластомер типа FKM, который выдерживает температуру до 150 °C.
Винтовой насос — напор нагнетаемой жидкости создаётся за счёт выталкивания жидкости винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри агрегата.
Существует три вида насосов: одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые.
- Одновинтовые насосы — это горизонтальный насос объемного типа, комплектация его, резиновая статичная обойма. Данная обойма имеет однозаходный винт и двухзаходную винтовю поверхность. Винт делает вращение в обойме который сделан с метала. Когда он вращается, между поверхностью обоймы и винтом создаются некие полости, в которые засасывается жидкость, которая перекачивается, после чего движение происходит по оси винта к полости нагнетания.
- Двухвинтовые насосы — насос также объемного типа, в которого присутствует функция автоматической заливки. Данные насосы имеют продольную балансировку, и все его узлы работают, не прикасаясь и без контакта.
- Трехвинтовые насосы — это объемный агрегат, который состоит как из горизонтального, так и вертикального трехвинтового насоса. Его электродвигатель, собран на платформе и имеет муфтовое соединение.
Особенности винтовых насосов
Особенность винтовых насосов, является сама конструкция – она бесклапанная. Количество оборотов не влияют на производительность. Комбинация ротор – статор, это основная часть работы этого насоса. В нутрии статора расположен металлический ротор, в результате вращения ротора объем полостей меняется, после чего любая жидкость перекачивается по оси агрегата и вытесняется. Самая главная особенность данных аппаратов в давлении, которое не зависит от его скорости перекачивания.
Плюсы и минусы винтовых насосов
- Способность самовсасывания жидкости.
- Превосходная сбалансирование механизмов.
- Низко-шумная работа, минимум вибрации.
- Самовсасывание жидкости.
- Равномерность подачи жидкости.
- Прост и легок в обслуживании и ремонте.
- Минимальный износ.
- Способен работать даже если в жидкости присутствуют твёрдые вкрапления.
- Низкая возможность поломки рабочих частей.
- По изготовлению оборудования, высокая стоимость работ.
- Нет возможности регулирования рабочего объема.
- Запуск в холостую отсутствует — (будет излишний нагрев).
- Повышенное трение.
- Плохая функция охлаждения.
Винтовой насос - это устройство, в котором образование напора нагнетаемой жидкости происходит благодаря вытеснению жидкости винтовыми роторами, выполненными из металла, вращающимися вокруг статора определенной формы.
Винтовые насосы - разновидность роторно-зубчатых насосов, получаемых из шестеренных за счет уменьшения числа зубьев и увеличения их угла налона.
По принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам.
В настоящее время создано большое количество винтовых насосов с диапазоном подач от 0,5 до 1000 м3/сут и давлением от 6 до 30 МПа.
История возникновения винтовых насосов
Впервые винтовой насос для перекачки вязких жидкостей и различных растворов был разработан в 1920-х годах. И сразу же эти получил широкое распространение во многих отраслях промышленности (пищевая, химическая, бумажная, металлообрабатывающая, текстильная, табачная, нефтяная и т.д.).
Данный вид насоса был предложен французским инженером Муано (R. Moineau). Новый принцип гидравлической машины, названный «капсулизмом», позволил исключить клапапанные и золотниковые распределители.
В конце 70-х годов, винтовые насосы впервые были применены на нефтяных месторождениях Канады с тяжелой нефтью и большим содержанием мелкодисперсного песка.
В 1980-х гг. началось использование винтовых насосов для механизированной добычи, в результате, они постепенно внедрились в нефтяную промышленность.
К 2003 году винтовые насосы стали использовать на более чем 40000 скважин по всему миру. Добыча вязких и высоковязких нефтей стала более рентабельной для нефтяной промышленности. Винтовые насосы применяются от Аляски до Южной Америки, в горах Японии, в Африке, в России. Также такие насосы применяются для добычи угольного метана и легкой нефти в Новокузнецке, Нижневартовске .
Устройство и принцип действия
Основными элементами винтового насоса для добычи нефти являются ротор (рисунок 1 а) в виде простой спирали (винта) с шагом lрот и статора (рисунок 1 б) в виде двойной спирали с шагом lст, в два раза превышающим шаг ротора.
а - ротор; б - статор; в - насос в сборе;
1 - корпус насоса; 2 - полость между статором и ротором
Рисунок 1 - Глубинный винтовой насос
Винт имеет однозаходную плавную нарезку с весьма большим отношением длины винта к глубине (1530). Обойма насоса имеет внутреннюю поверхность, соответствующую двухзаходному винту, у которого шаг равен удвоенному шагу винта насоса.
Принцип действия заключается в том, что винт насоса и его обойма образуют по всей длине ряд замкнутых полостей, которые при вращении винтов передвигаются от приема насоса к его выкиду. В начальный момент, каждая полость сообщается с областью приема насоса, при продвижении вдоль оси насоса ее объем увеличивается, заполняясь перекачиваемой жидкостью, после чего становится полностью замкнутым. У выкида объем полости сообщается с полостью нагнетания, постепенно уменьшается, а жидкость выталкивается в трубопровод.
Основные характеристики винтовых насосов
Основными характеристиками винтовых насосов являются:
Рабочая глубина по вертикали (до 3200 м);
Дебит (1-800 м3/сут);
Температура продукта (до 120 0С);
Плотность жидкости (более 850 г/см3);
Кривизна ствола скважины (до 900).
Виды винтовых насосов. Используемый материал
По количеству винтов насосы делят на:
Одновинтовые;
Двухвинтовые;
Трехвинтовые;
Многовинтовые.
Чаще всего используются одновинтовые и двухвинтовые насосы.
В данном курсовой работе рассмотрим 2 вида насосов:
С поверхностным электродвигателем;
С погружным электродвигателем.
Наиболее технологически простым является однозаходный винт с поперечным сечением в виде правильного круга.
1 - исходное положение; 2 - положение при повороте на 900; 3 - положение при повороте на 1800
Рисунок 2 - Положение однозаходного винта в обойме во время работы на 1/2 оборота
Если рассматривать многозаходный винт, то тогда необходимо учитывать кинематическое соотношение ротора и статора.
Рисунок 3 - Зависимость рабочих параметров n и MT винтового насоса от кинематического соотношения i
Графики показывают, что двигатели с малозаходными винтовыми механизмами развивают большие скорости вращения при минимальном вращающем моменте. По мере увеличения заходности ротора наблюдается рост вращающего момента и снижение частоты вращения. Это объясняется тем, что винтовой механизм с многозаходным ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора (мультипликатора), передаточное число которого пропорционально заходности ротора.
Для изготовления винта могут использовать сталь, легированную хромом, или титановый сплав, который примерно в 1,7 раза легче стали и не уступает ей по прочности. Выигрыш в массе позволяет во столько же раз снизить нагрузку на эластомер от центробежной силы при вращении винта. Обрабатывается винт на токарном станке, обычно с приспособлением для вихревой нарезки, что позволяет получить высокую точность при наиболее высокой производительности труда.
Поверхности винта должны удовлетворять требованиям высокой твердости и чистоты обработки. Эти условия выполняются нанесением на поверхность твердого слоя хрома и его полированием в специальном приспособлении .
