Винтовые (червячные) насосы. Шнековые насосы для турбинного и дизельного масла.

Винтовые (шнековые) насосные установки представляют собой агрегаты, которые создают напор жидкости путем вытеснения вещества при помощи винтов (роторов), совершающих вращательные движения внутри неподвижной части насоса (статора).

Винтовые насосы принадлежат к классу роторно-зубчатых насосов. Данный тип установок несложно получить из шестеренных агрегатов путем внесения ряда изменений в конструкцию (увеличение показателя угла наклона зубьев, а также сокращение их количества).

Изготовление винтовых насосных установок является высокотехнологичным процессом и требует предельной точности в процессе производства основных рабочих органов насоса (ротора и статора). Таким образом, при производстве данных насосов используется специальное программное обеспечение.

Первая модель винтового насоса была сконструирована в 1920 г. для работы с веществами и растворами, характеризующимися высокими показателями вязкости. Практически сразу данные агрегаты начали активно применяться в следующих отраслях: производство целлюлозы и текстиля, переработка отходов, обработка металлов, химпроизводство и изготовление пищевых продуктов.

В 1980-х винтовые насосы начинают постепенно эксплуатироваться. Уже к 2000-м винтовые насосы использовались при работе на 40 тыс. ед. скважин во всем мире (в России, Австралии, США, Южной Америке).

Принцип работы винтовых (червячных, шнековых) насосов

При вращении ротора внутри статора образуются полость для нагнетаемой жидкости, т.е. происходит перемещение жидкости от впуска к выпуску. Ротор приводится в движение электродвигателем через муфту. Статор винтовых насосов отличается повышенной механической и химической устойчивостью материала, что позволяет перекачивать различные виды жидкости. Для препятствия возникновения противотока жидкости, при расчете винтового насоса необходимо учитывать размер внутренних полостей, знать технологические данные по перекачиваемой жидкости и скорость вращения ротора (рабочая).

Принцип действия винтовых насосов заключается в движении вещества по направлению оси винта в пространстве между винтом и корпусом насоса. Винты входят выступами в зазоры смежного винта, образовывая закрытое пространство и не давая веществу двигаться в обратном направлении. Таким образом, вещество движется вследствие изменения объема камеры, которая по очереди сообщается с входным и выходным отверстием.

Одно из главных преимуществ данного типа насосов (по сравнению с мембранными, плунжерными и поршневыми) – стабильный напор. Объем полостей между основными рабочими органами насоса (подвижным и статичным) постоянен по всей длине агрегата, вследствие чего, поток вещества течет непрерывно и без пульсаций.

Насосы данного типа работают как самовсасывающие, часто оснащены предохранительным клапаном и байпасом.

Используемое уплотнение в винтовых насосах – сальниковое или торцовое.

Основные детали и конструктивные особенности винтовых (червячных, шнековых) насосов

Вращающаяся часть – стальной ротор, представляет собой металлический винт и статор-неподвижная часть из гибкого материала (эластомера).

Главными рабочими органами винтового насоса являются пара ротор-статор, мотор-редуктор и корпус насоса. Ротор винтового насоса представляет собой единственный подвижный элемент конструкции и выполнен в форме наружной спирали, в которой имеются заходы количеством n. Статор представлен в форме внутренней спирали, оснащенной заходами количеством n+1. Все полости агрегата изолированы при помощи герметичных уплотнительных линий, которые расположены вдоль границы контакта ротора и статора и важны для бесперебойного функционирования насоса.

Мотор-редуктор выполняет функцию привода, приводя в действие героторную пару при помощи шарнира. Соединение данных элементов может быть пальцевым или карданным.

Ротор изготавливается из стали высоко прочности, статор представлен кожухом из металла и эластомера, соединяющего с ним. По мере того, как ротор вращается внутри статора, перекачиваемое вещество движется от входа в направлении выхода.

Чтобы улучшить уплотнение насоса и сократить уровень утечек, конструкция может быть оснащена эластичным корпусом, выполненным в форме конуса или цилиндра. Следует учитывать, что насосная установка, оснащенная эластичным корпусом, способна выдержать меньший уровень давления по сравнению с металлическим корпусом.

Помимо перечисленных выше элементов, конструкции данного типа насосов оснащены второстепенными элементами, уплотнениями, подшипниками, гайками и т.п.

Типы винтовых насосов

Винтовые насосные установки могут быть произведены в трех модификациях:

Одновинтовые насосы

Одновинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы которого: неподвижная эластичная обойма с двухзаходной винтовой поверхностью и вращающейся в обойме стальной ротор-металлический однозаходный винт.

Технические характеристики одновинтовых насосов: Подача – до 600 м³/ч, давление до 50 бар, температура: от -40 до +350°C

Преимущества одновинтовых насосов: высокий объемный КПД, высокая частота вращения приводного вала, простота и компактность конструкции, увеличенная всасывающая способность

Применение одновинтовых насосов: пищевое производство, химия, откачка шламовых отложений, газодобыча, коммунальное хозяйство для перекачивания фекальных и сточных вод, шлама, кислот, щелочей, перекачивание растворов солей металлов, бетонных смесей, масляных эмульсий. Такие насосы предназначены для перекачивания нейтральных жидкостей, химически активных (вязкостью до 0,48 м²/с, температурой до 85°C, объемная концентрация до 6%) или загрязненных жидкостей (гидросмеси+вода), пастообразных смесей, вязких продуктов. Одновинтовые насосы не применяются для агрессивных жидкостей.

Комплектация одновинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из насоса, двигателя, соединительной муфты, монтировано на общей раме-основании.

Одновинтовые агрегаты принадлежат к горизонтальным насосам объемного типа. К главным рабочим элементам относятся статичная обойма, выполненная из резины и подвижный винт из металла. При вращении однозаходного винта, между ним и двухзаходным статором возникают полости, в которые поступает перекачиваемое вещество. Далее вещество движется по оси винта в сторону полости нагнетания.

Двухвинтовые насосы

Двухвинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы: обойма (корпус), ротор ведомый, ротор ведущий (роторы имеют двустороннюю винтовую нарезку особой формы). Подача рабочей жидкости соответствует подаче поршневого насоса с бесконечным ходом поршня. Винтовая пара состоит из двух валов, которые вращаются в противоположном направлении, слева и справа от которых отходят обработанные винты. Богатый выбор комплектов винтов с различным шагом для обеспечения соответствия требованиям расхода системы. Частота вращения электродвигателя 50 или 60 Гц. Двухвинтовые насосы могут работать от дизельных двигателей.

Технические характеристики двухвинтовых насосов: Подача – до 2200 м³/ч, давление до 110 бар, температура: от -35 до +400°C

Преимущества двухвинтовых насосов: высокий объемный КПД, увеличенная всасывающая способность, перекачивание водных эмульсий без изменения их дисперсности

Применение двухвинтовых насосов: для перекачивания загрязненной морской воды, химически активных жидкостей. Насосы используются так же для перекачивания продуктов на дожимных насосных станциях. Двухвинтовой насос применяется для высоковязких тяжелых продуктов, включая битум, гудрон, асфальт, топливо, смазочные масла, растворители. Для перекачки лаков, клея, смолы, краски, различные полимеры. Служит для перекачки жидких продуктов: энергетике, судостроении, химической промышленности.

Комплектация двухвинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из насоса, двигателя, эластичных соединительных муфт, монтировано на общей раме-основании.

Двухвинтовые агрегаты отличаются движением потока вещества в пространстве между винтами.

Мультифазные насосы

Основное назначение мультифазных насосов – перекачивание смесей жидкости и газа.

Технические характеристики мультифазных насосов: Подача – до 400 м³/ч, давление до 250 бар, температура: до +350°C

Преимущества мультифазных насосов: содержание газа в среде до 97%, рациональное использование попутного газа-исключено факельное сжигание на месторождении, позволяют снизить давление на устье скважины, малое энергопотребление, высокая абразивная стойкость насоса

Трехвинтовые насосы (насосы для турбинного и дизельного масла)

Трехвинтовые насосы – насосы объемного типа, рабочие органы: три винта, обойма. Нарезка винтов двухзаходная. Уплотнение торцовое. Исполнение насосов такого типа: горизонтальное и вертикальное.

Технические характеристики трехвинтовых насосов: Подача – до 800 м³/ч, давление до 320 бар

Применение трехвинтовых насосов: для перекачивания топочного мазута, турбинного и дизельного масла, неагрессивных жидкостей, не имеющих абразивных примесей. Используются в системах смазки машинного оборудования, гидравлических подъемниках. Трехвинтовые насосы характеризуются долговечностью.

Комплектация трехвинтовых насосов: Такие насосные агрегаты состоят из трехвинтового насоса, двигателя, эластичной соединительной муфты, монтировано на общей раме-основании.

Трехвинтовые агрегаты также как и одновинтовые, относятся к горизонтальному типу установок. Три винта и обойма являются основными рабочими элементами конструкции. Для защиты агрегата от повышения уровня давления конструкция оснащена предохранительным клапаном. На трубе всасывания устанавливается фильтр-элемент. Чаще всего, трехвинтовые насосы работают с неагрессивными веществами, для которых характерен повышенный уровень смазки (не более 1500 сСт) и отсутствие примесей. Корпус такого насоса производится из стали/алюминия/чугуна, винты выполняются из стали.

Героторные пары

Героторной парой является пара ротор-статор (либо винт-обойма). По мере того, как движется ротор, жидкость перемещается по спирали статора. Статор представляет собой внутреннюю спираль из эластомера или резины, которая соединена с обоймой, выполненной из металла. Ротором является внешняя спираль из стали.

Классической модификацией героторной пары является двухзаходный статичный элемент и однозаходный подвижный рабочий орган. Центры вращения спиралей обоих элементов героторной пары имеют смещение на величину эксцентриситета. Таким образом, создается пара трения, где по мере движения ротора внутри статичного элемента возникают замкнутые герметичные полости. Число данных полостей определяет итоговое давление насоса, объем полостей влияет на производительность установки.

Героторные пары делятся на четыре типа:

• «S» (уровень дифференциального давления 12 бар, уровень производительности 100%);
• «L» (уровень дифференциального давления 6 бар, уровень производительности 200%);
• «D» (демонстрирует показатель производительности на уровне 150%, уровень дифференциального давления 12 бар);
• «P» (демонстрирует производительность на уровне 300% при дифференциальном давлении 6 бар).

Все перечисленные типы героторных пар являются компактными конструкциями. Типы «D» и «P» могут длительно эксплуатироваться без необходимости проведения ремонта и отличаются высокоточной дозацией. Отсутствие пульсаций в потоке характерно для типа «S», «D» и «P». Героторная пара типа «L» (незапирающего типа) имеет отличные объемные характеристики. Героторная пара типа «S» (запирающего типа) способна работать со спрессованными и большими частицами, а также  демонстрирует невысокую скорость движения потока при отличной всасывающей способности.

Технические характеристики. КПД

Винтовые насосные установки отличаются ровной подачей вещества (без пульсаций), несложностью конструкции и сравнительно небольшой массой. Наряду с вышеперечисленными преимуществами, данные агрегаты имеют технические ограничения, которые следует учитывать в процессе работы:

• показатель номинального давления в диапазоне от 66 до 100 psi для отдельной ступени (чем больше показатель, тем быстрее изнашивается статор);
• коэффициент полезного действия винтовой насосной установки колеблется в пределах от 50 до 70%;
• уровень подъема жидкости не выше 3000 м;
• температурный показатель до 150 °C;
• уровень производительности до 800 куб.м в день;
• показатель рабочего давления составляет 2 МПа.

Существует тенденция быстрой изнашиваемости элементов конструкции из эластомера при работе насоса вхолостую, а также при перекачке ряда веществ.

Основные параметры работы винтового (шнекового, червячного) насоса:

Мощность насоса, давление, подача, КПД, вакуумметрическая высота всасывания, кинематическая вязкость перекачиваемой жидкости.

Преимущества

Основные:

• высокий объемный КПД(60-80%)
• надежное оборудование для постоянной работы, простота конструкции
• низкий уровень шума
• удобство в обслуживании и ремонта
• точное дозирование вязких жидкостей
• создание большого давления при меньшем энергопотреблении
• устойчивость к абразивному износу
• винтовой насос является объемным, что обеспечивает подачу ровного не пульсирующего постоянного потока перекачиваемой жидкости(самый ровный поток жидкости из всех видов насосов)
• отсутствие пульсации потока на нагнетании
• перекачивание жидкости с вязкостью до 1000000 сП.
• винтовые насосы могут работать в скважинных условиях, перекачивать смазочные и не смазочные жидкости, могут перекачивать неоднородные среды с различными включениями

Винтовые насосные системы имеют ряд преимуществ перед другими агрегатами. Так, эксплуатация данного вида насосов отличается низкими капитальными затратами, простотой в обслуживании, монтаже и эксплуатации. Помимо этого, винтовой насос отличается умеренным потреблением электроэнергии, невысоким уровнем производимого шума и компактностью.

Такой насос перекачивает широкий спектр веществ: газосодержащие жидкости, жидкости с повышенным уровнем содержания твердых включений, а также высоковязкие жидкости. Винтовой насос способен перекачивать суспензии без повреждения структуры вещества. Подача вещества ровная, без пульсаций (в отличие от поршневых и плунжерных насосных установок). 

Благодаря тому, что в конструкции отсутствуют клапана и элементы, совершающие возвратно-поступательные движения, удалось исключить такие проблемы как газовые пробки, закупоривание, а также повышенный износ узлов.

Применение передовых материалов при производстве винтовых насосов значительно расширяет область применения данных агрегатов.

Вследствие того, что винтовой насос является агрегатом объемного типа, он способен работать в самовсасывающем режиме.

В процессе работы винтовой насосной установки можно создавать высокий уровень давления на выходе, исключая каскады нагнетания. Помимо этого, данная система способна регулировать необходимый уровень давления.

Область применения

Винтовые насосы применяются в следующих отраслях промышленности:

• Химическая и керамическая (перекачка олифы, эмульсий, красок и т.п.);
• Производство целлюлозы и бумаги;
• Водоподготовка и очистка (работа с реагентами, песчаными и цементными растворами);
• Пищепром (производство молочных и кондитерских изделий, винное и сахарное производство). Данные насосы способны вязкие продукты типа сливок, йогурта, пива, паштета, мармелада и т.п.;
• Строительство (подача цементного раствора);
• Кораблестроение;
• Добыча горной руды.

Перекачиваемые среды

Перекачивание продуктов, различных легко остывающих жидкостей, обладающих смазывающей способностью, а также неочищенные сточные воды, заиленные воды, возможность перекачивания неоднородных (мультифазных жидкостей) трудно текучих жидкостей с высокой вязкостью.

Винтовые насосы являются универсальным оборудованием благодаря своей способности менять направление потока перекачиваемого вещества (т.е. работать в реверсивном режиме), а также наличию разнообразных сальниковых и механических уплотнений. Данные характеристики дают возможность использовать насосы для работы с широким диапазоном жидкостей: как чистыми, так и веществами с включениями, в том числе водой и прочими вещества в зависимости от сферы производственного применения.

Винтовой насос для перекачивания не смазывающих маловязких жидкостей

Основные технические параметры:
Расход до 7 м³/ч
Давление нагнетания до 120 бар
Давления на всасе до 12 бар
Рабочая температура от 0 до 100 °C
Кинематическая вязкость от 1 до 10 сСт
Скорость привода от 2900 до 3500 об/мин

Винтовой насос для перекачивания высоковязкой жидкости с пузырями газа

Основные технические параметры:
Расход до 350 м³/ч
Давление нагнетания до 35 бар
Давления на всасе до 10 бар
Рабочая температура от 0 до 120 °C
Кинематическая вязкость от 10 до 1500 сСт
Скорость привода от 750 до 3600 об/мин

Винтовой насос для перекачивания смазочных жидкостей

Основные технические параметры:
Расход от 8 м³/ч до 320 м³/ч
Давление нагнетания до 30 бар
Давления на всасе до 10 бар
Рабочая температура от 0 до 120 °C
Кинематическая вязкость от 10 до 400 сСт
Скорость привода от 750 до 3600 об/мин

Винтовой насос для перекачивания жидкостей с не смазывающими свойствами, опасных жидкостей

Основные технические параметры:

Давление нагнетания до 40 бар
Давления на всасе до 10 бар
Кинематическая вязкость до 15000 сСт
Рабочая температура до 300 °C
Скорость привода до 3500 об/мин

Трехвинтовой насос уплотняющего масла

Технические данные

Характеристика среды

Материальное исполнение

Электродвигатель

Объём поставки

Каждый насос укомплектован электродвигателем, муфтой с защитным кожухом, общей рамой основанием.

Винтовые насосы для наземной перекачки среды

• Давление максимальное – 4 000psi
• Производительность до 400 000 баррелей в сутки
• Исполнение: комбинированное исполнение (мультифазный насос / двухвинтовой компрессор), особое исполнение с компенсатором, с герметичным сальником высокого давления
• Преимущества: перемещение среды на большие расстояния, снижения противодавления на насосном колодце, замена существующих компрессоров и перемещение всего объема среды

Винтовые насосы для подземной перекачки среды

• Давление максимальное – 4 000psi
• Температуры до 400С
• Производительность до 80 000 баррелей/сутки
• Привод: насосы с гидравлическим приводом, насосы с верхним приводом, погружные электрические насосы
• Преимущества: способность перемещения больших объемов среды на поверхность, перекачивание среды напрямую от источника позволяет увеличить производительность, уменьшенный размер насоса, отсутствие в использовании наземных объектов

Техническое описание:

Концентрация:

Исполнение:

Привод:

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) готовы ответить на любые технические вопросы по поставляемому компанией оборудованию, в том числе по винтовым(шнековым, червячным) насосам для перекачки турбинного и дизельного масла и мультифазным насосам.

Винтовые компрессорные установки
Расчет и подбор трубопроводов. Оптимальный диаметр трубопровода

Винтовые насосы
Мультифазные насосы
Шнеки винтовые

Насосы:

Вертикальные насосы
Винтовые насосы
Горизонтальные насосы
Мембранные дозирующие насосы
Поршневые насосы
Противопожарные насосы
Центробежные насосы
Центробежные насосы двойного всасывания
Центробежные насосы компании Shin Nippon Machinery
Шестеренные насосы