Генеральный партнер и сервисный центр компании
white line white line

Принцип действия винтовых и роторных насосов. Определение подачи и напора насоса. Принцип работы и область применения шнекового насоса

Насосные винтовые агрегаты по классификации являются объемными роторно-вращательными гидромашинами. По аналогии с вращением земли, винтовые насосы иногда называют «героторными насосами». Ротор винтового насоса иногда называют винтом, а статор – обоймой.

Шнековый насос относится к винтовым и является разновидностью роторно-зубчатых насосов. В основу работы шнекового насоса положен принцип перемещения вещества между поверхностью корпуса и винтовыми канавками вдоль оси винта. Упрощенно шнековый насос можно представить как шестеренчатый с уменьшенным числом и увеличенным углом наклона зубьев шестерён.

Отличительной особенностью винтовых насосов является отсутствие замыкателей. Они совмещены со статором. В результате ротор вместо простого вращения совершает планетарное движение, при котором его ось перемещается по орбитальной траектории. Таким образом, рабочие части винтовых насосов представлены двумя основными деталями - статором и ротором, представляя собой винтовой механизм имеющий внутреннее циклоидальное зацепление.

Основные рабочие узлы представляют собой винтовую пару циклоидального зацепления. Ротор - подвижный элемент рабочей пары, совершает планетарное движение в статоре. Рабочая поверхность статора имеет винтообразную форму с кратностью шага в два раза больше чем шаг ротора. Находясь в постоянном контакте, по своей длине статор и ротор образуют некоторое количество замкнутых пространств. При вращении винта пространство на стороне входа в насос увеличивается в объеме создавая разряжение. Такое воздействие приводит к заполнению полости транспортируемой средой. При этом винты своими выступами входят в канавки сопряженного винта и таким образом не дают жидкости перемещаться назад. Вращение шнека перемещает дальше в направлении нагнетания отсеченные объемы транспортируемого вещества. Количество замкнутых пространств на единицу длины винтовой пары влияет на создаваемое давление насосного агрегата, а объем каждого пространства – его производительность.

Определение напора и подачи насоса

Напор нагнетаемой жидкости в нём создаётся за счёт её вытеснения вращающимися внутри статора одним или несколькими винтовыми металлическими роторами.

При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды и производительность, которую имеют насосы винтовые в процессе работы, постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.

Винтовые (шнековые) насосы являются насосами объемного типа действия, конструкция которых позволяет создавать стабильное давление и допускают регулировку производительности без потери номинального давления. Винтовые насосы имеют длительный срок эксплуатации, высокий КПД, надежны и универсальны при работе с широким спектром задач.

Согласно общей теории роторных насосов рабочие органы винтовых насосов должны иметь:

  • неподвижный статор, имеющий на концах приемную (всасывающую) и выдающую (нагнетательную) камеры;
  • вращающийся и связный с приводным валом ротор;
  • замыкатель, герметично соприкасающийся со статором и ротором и разделяющий всасывающую и нагнетательную камеры.

Преимущества циклоидального профиля зубьев по сравнению с широко распространенными в общем машиностроении эвольвентным профилем обуславливаются:

  • возможностью получения (без подрезания) профиля с любым числом зубьев, начиная от единицы (круглого сечения);
  • отсутствием переходных участков и плавностью профилей;
  • большим коэффициентом перекрытия;
  • меньшей скоростью скольжения профилей;
  • широким диапазоном регулирования рабочего объема за счет выбора оптимальных геометрических параметров зацепления.

Для создания между ротором и статором рабочих объемов в виде шлюзов (капсул), теоретически герметично отделенных от всасывающей и нагнетательной камер, согласно общей теории винтовых (шнековых) насосов необходимо и достаточно, чтобы:

  • винтовые поверхности ротора и статора соприкасались по контактной линии, непрерывно отделяющей области всасывания и нагнетания;
  • нормаль в точках касания ротора и статора винтового (шнекового) проходила через полюс зацепления начальных окружностей.

В винтовом героторном механизме соблюдение этих требований достигается при выполнении следующих пяти условий, которые превращают простейший шнековый насос объемную гидромашину:

  • числа заходов статора и ротора должны отличаться на единицу;
  • винтовые поверхности статора и ротора должны иметь одинаковое направление (правое или левое);
  • отношение шагов винтовых поверхностей ротора и статора должно быть пропорционально отношению числа их зубьев;
  • длина рабочих органов винтового (шнекового) насоса должна быть не менее одного шага статора;
  • профили ротора и статора должны быть взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте во время зацепления.

Шнековый насос

Шнековый насос, или как его ещё называют – винтовой, является одной из разновидностей роторно-зубчатых насосов. Напор нагнетаемой жидкости в нём создаётся за счёт её вытеснения вращающимися внутри статора одним или несколькими винтовыми металлическими роторами.

Шнековый насос можно легко получить из шестерённых, если увеличить в них угол наклона зубьев и уменьшить число зубьев шестерён.

Принцип работы шнекового насоса

За счёт перемещения жидкости между поверхностью корпуса и винтовыми канавками вдоль оси винта происходит её перекачивание. Винты входят своими выступами в канавки смежного винта и тем самым не дают жидкости перемещаться назад.

Область применения шнекового насоса

Его используют для перекачивания пара, газа, их смесей и жидкостей различной степени вязкости.

Впервые шнековые насосы были внедрены в производство в 1936 году. Их простая конструкция позволяет работать, в том числе и при наличии механических примесей с вязкими флюидами при давлении до 30 МПа. Подобные характеристики важны при решении различных практических задач.

Установки винтовых насосов в больших количествах используются в скважинах по добыче метана из угольных пластов для откачивания оттуда воды. Они также пригодны для добычи воды, нефти и использования в других газовых скважинах.

Конструктивные особенности шнековых насосов

С целью повышения качества уплотнений и снижения числа утечек в шнековых насосах применяются конический или цилиндрический эластичные корпуса. Конический винт надёжно прижимается пружиной и давлением от перекачиваемой жидкости, что значительно сокращает утечки. Однако, насосы с эластичным корпусом выдерживают куда меньшее давление, чем их аналоги с металлическими корпусами. Для насоса с коническим винтом подойдёт и жёсткий корпус.

Наиболее распространённый вид шнековых насосов – трёхвинтовые насосы.

На практике они нашли наиболее широкое применение.

К их характерным преимуществам относятся:

  • равномерная подача жидкости (газа, пара);
  • способность перекачивать жидкости с твёрдыми включениями, не повреждая их;
  • способность к самовсасыванию жидкостей;
  • без множества каскадов нагнетания есть возможность получить высокое давление на выходе;
  • низкий уровень шумов при работе;
  • хорошая сбалансированность механизма.

Недостатками данного вида являются:

  • высокая стоимость и степень сложности изготовления насоса;
  • невозможность отрегулировать рабочий объём;
  • недопустимость использования вхолостую (без перекачиваемой жидкости).

Принцип действия, который имеют насосы винтовые

Современные насосы винтовые по принципу действия относятся к объемным роторным гидромашинам. Рабочие органы представляют собой винтовую пару с внутренним зацеплением. Подвижный элемент рабочей пары, винт (ротор), совершает планетарное движение в обойме (статоре).

Обойма имеет внутреннюю винтовую поверхность с шагом в два раза больше шага винта. Находясь в постоянном контакте, обойма и винт образуют несколько замкнутых полостей по длине винт - обойма. При вращении винта полость со стороны всасывания увеличивается в объеме и в ней создается разряжение, под действием которого осуществляется заполнение полости транспортируемой средой. Дальнейшее вращение винта перемещает отсеченные объемы транспортируемой среды в сторону нагнетания.

При установленной частоте вращения винта скорость движения транспортируемой среды и производительность, которую имеют насосы винтовые в процессе работы, постоянна, т.к. неизменно проходное сечение винтом и обоймой.

Винтовые (шнековые) насосы являются насосами объемного типа действия, конструкция которых позволяет создавать стабильное давление и допускают регулировку производительности без потери номинального давления. Винтовые насосы имеют длительный срок эксплуатации, высокий КПД, надежны и универсальны при работе с широким спектром задач.

Винтовой шнековый насос представляет собой устройство, в котором напор нагнетательного материала создается благодаря вытеснению перекачиваемой жидкости одним либо несколькими винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри статора, выполненного из эластомера в соответствующей форме.

Производство винтовых (шнековых) насосов требует точного изготовления деталей, таких как рабочая пара – ротор и статор, при разработке и изготовлении которых используется специальное высокоточное оборудование. Компьютерный расчет с использованием специальных программ – гарантия высокого качества, которое увеличивает срок работы оборудования и снижает энергозатраты при работе насоса.

Винтовые насосы используются для работы как с густыми, вязкими и тягучими массами, так и при перекачке низковязких продуктов. В зависимости от конструкции насоса и его материального исполнения, возможно перекачивать смолы, пасты, масла, пищевые продукты, абразивные или даже агрессивные жидкости так, чтобы частицы, входящие в их состав, не дробились и не разрушались, смешиваясь с базовой жидкостью.

Винтовые насосы предназначены для работы в пищевых производствах, горнорудной либо химической промышленности, переработки сточных вод в муниципальной и производственной сфере, нефтехимических производствах, откачки шламовых отложений, для работы в газо- и нефте- добыче, кораблестроении, везде где требуется надежное и простое оборудование для постоянной работы, неприхотливое в эксплуатации и подлежащее простому обслуживанию и ремонту. Применения для данного типа насоса практически бесконечны, благодаря своей особой конструкции, применяемым материалам, техническим особенностям и особым рабочим механизмам.

Преимущества винтовых насосов

  • Наиболее равномерная подача жидкости среди всех объемных насосов. Отсутствие пульсации;
  • Перекачивание жидкостей с содержанием твердых веществ, примесей и абразивов, мультифазные среды с большим содержанием газа;
  • Перекачивание продуктов с низкой и высокой вязкостью (1 мПа*с до 5 млн. мПа*с);
  • Перекачивание агрессивных (рН от 1 до 14) и токсичных сред;
  • Винтовые насосы являются самовсасывающими;
  • Давление не зависит от скорости работы насоса (регулировка производительности);
  • Бесшумная работа;
  • Простота в обслуживании.
Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH