Характеристика винтовых насосов. Выбираем винтовой насос для скважины Как работает винтовой насос

Винтовой насос — напор нагнетаемой жидкости создаётся за счёт выталкивания жидкости винтовыми металлическими роторами, которые вращаются внутри агрегата.

Существует три вида насосов: одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые.

1. 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.
2. 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.
3. 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

1. Способность самовсасывания жидкости.
2. Превосходная сбалансирование механизмов.
3. Низко-шумная работа, минимум вибрации.
4. Самовсасывание жидкости.
5. Равномерность подачи жидкости.
6. Прост и легок в обслуживании и ремонте.
7. Минимальный износ.
8. Способен работать даже если в жидкости присутствуют твёрдые вкрапления.
9. 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.

Погружные винтовые электронасосные агрегаты ЭВН5 всех типоразмеров изготавливаются по одной и той же конструктивной схеме с двумя рабочими органами, соединенными параллельно, что обеспечивает:

• - удвоение подачи при одном и том же поперечном габарите;
• - рабочие органы (винтовые пары) гидравлически взаимно уравновешенны, что исключает передачу значительных осевых сил на опорные подшипники насоса и пяту электродвигателя.

Погружной винтовой электронасосный агрегат ЭВН5 (рисунок 5) состоит из следующий элементов: пусковая кулачковая муфта центробежного действия, основание с приводным валом, сетчатые фильтры, установленные на приеме насоса, рабочие органы с правыми и левыми обоймами и винтами, две эксцентриковые шарнирные муфты, предохранительный клапан и шламовая труба.

При работе агрегата, крутящий момент от электродвигателя через вал протектора гидрозащиты, пусковую муфту и эксцентриковые муфты насоса передается рабочим винтам. По принципу действия насосы относят к объемным, а по способу передачи энергии жидкости к ротационным. Основными рабочими органами являются однозаходные геликсоидальные роторы с правым и левым направлением спирали и две резиново-металлические обоймы, внутренняя полость которых представляет собой двухзаходную винтовую поверхность с шагом в 2 раза большим, чем шаг винта, выполненную из маслобензиностойкой резины или другого эластомера.

Принцип действия насоса заключается в том, что между винтом и обоймой по всей длине образуется ряд замкнутых полостей, которые при вращении винта заполняются перекачиваемой жидкостью, перемещаемой от приема насоса к его выкиду. Винты вращаются вокруг своей оси и по окружности с радиусом равным эксцентриситету.

Жидкость поступает одновременно в левый и правый органы насоса через приемные сетки-фильтры. В камере между винтами потоки соединяются, и следуя дальше по кольцевому каналу между корпусом насоса и верхней обоймы, жидкость через предохранительный клапан поступает в напорную линию.

Пластовая жидкость перекачивается практически без пульсации, не создавая стойкой эмульсии из нефти и воды. Подача насоса равна сумме подач рабочих пар, а напор насоса - напору каждой рабочей пары.

Все основные узлы и детали диафрагментных насосов унифицированы и применяются, за некоторым исключением, во всех насосных агрегатов.

В винтовых насосах типа ЭВН5 имеется ряд специфических деталей: пусковая кулачковая муфта, эксцентриковые шарнирные муфты, предохранительный клапан, шламовая труба, сетчатый фильтр.

Пусковая кулачковая муфта центробежного типа соединяет валы протектора и насоса и обеспечивает с помощью выдвижных кулачков пуск насоса при движении максимального крутящего момента на валу двигателя, соответствующем частоте вращения 800-1200 об/мин.

Это вызвано тем, что винтовой насос имеет большую инерцию покоя и, чтобы запустить его (преодолеть силы трения), требуется повышенный пусковой момент. Кроме того, пусковая муфта не позволяет валу насоса вращаться в обратную сторону.

При обратном вращении за счет скоса на кулачках, муфта не включается, и кулачки проскальзывают и тем самым предохраняют насос от отворачиваний резьбовых соединений. Муфта так же защищает насос от аварийного режима работы, т.к. при выходе из строя одного из рабочих органов отключается последний. Внутри основания насоса расположен вал с подшипниками и опорные пяты из силицированного графита.

В основании нет сальника, а смазка трущихся поверхностей осуществляется пластовой жидкостью. На приводной вал надеты защитные втулки из нержавеющей стали, которые вращаются в бронзовых втулках. Концевые неподвижные пяты опираются на резиновые прокладки для равномерной пердачи усилий на всю поверхность пяты.

Эксцентриковая муфта обеспечивает возможность сложного планетарного вращения в обоймах. Благодаря чему жидкость проталкивается вдоль оси винта и создается необходимый напор для подъема жидкости на поверхность.

В верхней части насоса расположен золотниковый предохранительный клапан, который состоит из корпуса, золотника, поршня, амортизатора и корпусных деталей. Клапан выполняет следующие функции:

• - пропускает жидкость в колонну нкт при спуске насосного агрегата в скважину;
• - обеспечивает слив жидкости из колонны нкт при подъеме агрегата из скважины;
• - препятствует при остановках насоса сливу жидкости из колонны труб через рабочие органы насоса (вся жидкость сливается через клапан в затрубное пространство);
• - защищает насос от сухого трения и повышенного давления в напорной линии;
• - обеспечивает перепуск жидкости из напорной линии обратно в скважину или при недостаточном притоке жидкости из пласта, или при содержании в жидкости большого количества газа.

Шламовая труба защищает насос от механических примесей, окалины, выпадающих из колонны НКТ при остановке насоса, монтаже и выполняет роль отстойника.

Назначение и область применения насосов

Установки погружных винтовых насосов с наземным приводом часто называют УШВН (установка штангового винтового насоса), предназначены для откачки высоковязкой пластовой жидкости из нефтедобывающих скважин.

Установка представляет собой погружной штанговый насос (ШВН), статор которого неподвижно крепится на колонне труб НКТ, а винт к колонне штанг. К нижней части статора крепится клапанный узел. Наземное оборудование включает колонную головку, превентор-тройник, редуктор, модульную вставку, электродвигатель.

Вращение винта осуществляется колонной штанг, размещенной внутри колонны НКТ, от наземного привода, состоящего из вращателя (редуктора) и электродвигателя.

Винтовой насос обеспечивает высокую работоспособность при откачке высоковязкой жидкости с повышенным газовым фактором и значительным содержанием механических примесей.

В наклонно-направленных скважинах для уменьшения сил трения и износа труб НКТ устанавливаются муфты-центраторы, которые выполняют функцию промежуточных радиальных опор, могут быть представлены в двух конструктивных исполнениях:

• - неразборные, размещенные непосредственно на полноразмерной или укороченной штанге по специальной технологии в заводских условиях;
• - разборные, устанавливаемые между муфтами стандартных штанг.

Наиболее рационально использовать штанговые центраторы, обеспечивающие их неподвижность относительно колонны НКТ, что приводит к снижению расхода электроэнергии и износа труб. Несколько нижних штанг, расположенных непосредственно близко к эксцентрично вращающемуся ротору, центраторами не оснащаются.

Рациональной областью применения УШВН являются вертикальные скважины или скважины с малыми темпами набора кривизны с пластовыми жидкостями высокой вязкости, с повышенным содержанием газа и механических примесей. Чаще всего УШВН применяются для дебитов от 3 до 50--100 м3/сутки с напором до 1000--1500 м, однако, некоторые типоразмеры УШВН могут иметь гораздо большие добычные возможности.

В системах автономного водоснабжения, а также функционирования систем для перекачки различных жидкостей используются различные . Для скважин и колодцев в частном секторе чаще всего использую погружные модели, к которым относится и винтовой насос для скважины. Этот вид оборудования находит широкое применение не только в быту, но и в промышленности благодаря своей простой и практически безотказной конструкции.

Винтовые насосы, которые еще называют шнековые, работают с помощью простого механизма на основе вращающегося винта (шнека), находящегося внутри цилиндрического или конусообразного корпуса. Подача и движение жидкости внутри рабочей камеры происходит за счет постоянного движения винта. Во время непрерывного движения шнека канавки на его поверхности заставляют жидкость двигаться только вперед, не давая ей вытекать обратно. Тем самым погружные шнековые насосы поддерживают постоянный напор воды в системе, не увеличивая при этом рабочее давление в камере.

Рис. 1 Устройство шнекового насоса

Особенности функционирования винтовых моделей насосного оборудование предполагает их погружение непосредственно в рабочую среду – в скважину или колодец. Это объясняется тем, что подобная конструкция техники не позволяет ей работать на т.н. холостом ходу. Для стабильной работы агрегата нужен постоянный уровень жидкости, и без доступа к рабочей среде оборудование просто останавливается.

Преимущества и недостатки техники

Винтовой скважинный насос (или центробежный — как его еще называют) считается одним из предпочтительных видов насосного оборудования для подачи воды в систему автономного водоснабжения, а также на производстве для откачки и циркуляции различных жидкостей – нефтепродуктов, сжиженного газа, агрессивных рабочих сред с высоким содержанием химических реагентов.

Основными преимуществами погружных винтовых насосов являются:

• высокая производительность;
• простота обслуживания;
• отсутствие шума во время работы;
• возможность работать с различными по качеству рабочими средами.

Последний пункт – один из самых важных для многих пользователей насосного оборудования. Тогда как другие модели достаточно чувствительны к составу рабочей среды и могут выходить из строя даже при небольшом включении песка в воде, то шнековые насосы нечувствительны к загрязнению воды и могут работать даже с сильнозагрязненными и даже вязкими средами. Это является одним из самых критичных параметров для многих владельцев скважин, где не справляются даже фильтры грубой очистки.

Компактность – еще одно преимущество, которым обладают шнековые насосы для скважин. Обычно это погружные насосы, геометрические параметры которых совпадают с параметрами скважины. Чаще всего размер цилиндрического корпуса оборудования не превышает 12-15 см в диаметре. При этом за счет принципа работы – создания центробежной силы и завихрений в рабочей камере, винтовые агрегаты показывают высокую производительность.

Последняя напрямую зависит от скорости вращения шнека: чем она выше, тем больше воды способен перекачать агрегат за единицу времени. Стандартные модели для домашнего использования способны поддерживать стабильный уровень воды в системе на отметке до 1500-2000 литров жидкости в час.

Недостатки винтовых насосов

У данного оборудования есть ряд минусов, о которых также нужно знать перед тем, как выбирать винтовые модели:

• высокая цена;
• фиксированный рабочий объем;
• невозможность работать «вхолостую».

Выбирая насосы для грязной воды винтового типа, пользователь должен быть готов заплатить продавцу большую сумму по сравнению с другими стандартными видами оборудования. Средняя стоимость одной модели, в зависимости от производителя, составляет несколько сотен долларов для импортного оборудования. Можно взять и отечественные модели, например «Малыш», «Водомет», «Беламос» и другие. Но лидерами рынка и в России, и за рубежом являются иностранные торговые марки, такие как Grundfos, Gadrena, Aquatica, Werk и другие.

Классификация оборудования

Все шнековые насосы для скважин делятся на стандартные и глубинные. Первые подходят для установки в неглубоких колодцах и скважинах, например, для добычи воды в песчаных водоносных слоях. Такие модели отличаются меньшей производительностью, и обычно устанавливаются на глубине не более 20-25 метров. Глубинный скважинный насос имеет более удлиненный корпус и шнек и предназначается для установки в артезианских скважинах, бурение которых достигает нескольких сотен метров в глубину. Такие модели отличаются большей производительностью и, соответственно, более высокой ценой.

В ответе на вопрос, какой насос шнекового типа для скважины выбрать, необходимо учесть параметры гидротехнического сооружения. Глубина залегания водяного зеркала, а также потребность объекта в водоснабжении – основные технические факторы, влияющие на выбор агрегата. Следует также учесть и мощность самого оборудования, т.к. для его работы потребуется постоянное электропитание.

Глубинные и стандартные шнековые электронасосы в среднем потребляют 1,5 кВт энергии в час, что позволит подключить их к стандартному источнику питания 220В. Но производители рекомендуют выделить для насосного оборудования отдельный источник электроэнергии и защитить его дополнительно автоматическим выключателем.

Винтовые насосы состоят из одной или нескольких пар зацепляющихся винтов со специальным профилем нарезки, которые размещенных с небольшими зазорами в расточках корпусов. Винтовой насос может содержать только один винт или шнек, но в гидроприводах такие насосы не нашли применения.

Схематическое изображение зацепляющихся винтов в трехвинтовом насосе показано на рис.29, конструктивная схема винтового насоса на рис.30

Центральный ведущий винт (ротор)1 и два боковых ведомых винта (замыкатели) 3 имеют профиль нарезки, с помощью которого, зацепляясь, они обкатываются друг относительно друга, образуя, совместно, с поверхностями расточек в корпусе 4 герметически отделенные от всасывающей и нагнетательной магистрали камеры. Эти камеры при вращении винтов переносятся вдоль оси ротора (подобно жидкостной гайки) из зоны всасывания в зону нагнетания, где вытесняется жидкость заполнившая их. Благодаря такому принципу действия, насос теоретически создает плавную подачу жидкости и малый уровень шума в работе. Это одно из главных преимуществ такого типа. Ведомые винты вращаются под действием сил и не нагружаются крутящим моментом, а весь качающий узел насоса хорошо уравновешен.

Техническая характеристика насоса

Винтовые насосы способны работать с высоким числом оборотов 3000…6000 об/мин и выше;

• Диапазон значений подач также очень широк - имеются малые насосы, развивающие подачу примерно 3 л/мин, и большие - до 6000 л/мин;
• Рабочие давления у трехвинтовых насосов с подачей до 100 л/мин могут достигать 10…25 мПа, а у больших типоразмеров рабочие давление не превышает 4…6,3 мПа;
• Двухвинтовые насосы обычно рассчитаны на небольшие подачи – до 40 л/мин и сравнительно небольшие давления – 4…6,3 мПа.

Недостатки винтового насоса

Недостатком винтовых насосов является:

• невозможность регулирования их рабочего объема;
• трудность агрегатирования друг с другом и насосами других типов;
• худшие, чем у остальных, габаритно-весовые показатели.

Применение винтового насоса

Широкого распространения в гидросистемах машин, в качестве основных, винтовые насосы не получили и используются, главным образом, в приводах некоторых металлорежущих ста нков и прессов как вспомогательные - для создания больших подач при холостых ходах. А также в установках для охлаждения и фильтрации рабочей жидкости.

Владельцы дачных участков и частных домов обязательно сталкивались с вопросом покупки оборудования для выкачки воды из скважин, колодцев. Винтовой насос – в таком случае прекрасный вариант. О его достоинствах, принципе действия, технических характеристиках и тонкостях выбора агрегата, вы можете узнать из данной статьи. Кроме того, краткий обзор популярных моделей поставит контрольную точку на выборе оборудования.

Винтовой (шнековый) насос представляет собой вариацию роторного агрегата. Свою популярность этот тип оборудования завоевал благодаря возможности перекачки жидкости повышенной вязкости. Яркий пример применения в быту – для удаления сточных отходов из канализации. Принцип функционирования насоса винтового типа напоминает работу шестеренчатого устройства.

Устройство оборудования довольно простое. Ротор в виде винта с лопастями размещается внутри цилиндрического корпуса. Величина ротора подобрана таким образом, чтобы он мог непринужденно двигаться, но в тоже время зазор между стенкой в рабочем состоянии был минимален. С двух сторон устройство оснащено патрубками.

Функционирование системы осуществляется в следующем порядке:

• Устройство погружается в скважину (колодец или канализационную яму), непосредственно в жидкость и подключается к сети питания.
• Первый патрубок всасывает жидкость внутрь корпуса.
• Ротор вращается. Лопасти винта насоса нагнетают воду внутрь и направляют вдоль корпуса ко второму патрубку, выпускному.
• Через выпускной патрубок выполняется выход продукта наружу.
• Так устроен и работает простейший шнековый насос. Существуют и усложненные конструкции. В них увеличено количество винтов, ступеней.

Разнообразие винтовых моделей

Существует 2 варианта насоса винтового типа в зависимости от количества роторов:

• одновинтовые – состоят из одиночного винтового ротора. Во время вращения винта внутри корпуса происходит своеобразное разделение плоскости на полости. В процессе выкачки жидкость перемещается из одной полости в другую, вдоль оси ротора.
• двухвинтовые – более сложные устройства. Они оснащены уже двумя винтами. Такие модели используют для выкачивания воды (пресной, минеральной и морской)Производительность насоса – главная характеристика, которая указывает на возможное количество подаваемой жидкости за единицу времен. Зависит эта величина от водозаборного устройства.

Мощность двигателя устройства – этот показатель может варьироваться в пределах 250 Вт — 5 кВт. Учтите возможности электропроводки в доме, чтобы избежать ее перегруза.

Динамический уровень или расстояние от грунта до верхнего уровня воды.

Статический уровень подачи жидкости или по величине меньше динамического. В противном случае, поступление воды невозможно.

Потеря давления при подаче – как правило, этот показатель касается горизонтальных участков водопроводной системы. Он определяется 0,1 часть от промежутка между точками разбора и забора жидкости.

Материал корпуса – для скважин подходит вариант из нержавеющего металла, сверху покрытый пластиковым кожухом. Такое исполнение гарантирует защиту от растворенных в воде минералов, солей и непосредственно воздействия влажной среды.

Весовая категория прибора – легкие устройства не требуют мощного, надежного крепления, в отличие от тяжелых. модели трехвинтового конструкции – применяются для любого типа жидкости. Единственное условие – отсутствие в них абразивных частиц и активных химических веществ, потому как это существенно увеличит износ, повреждение деталей насоса.

Шнековые устройства дополнительно различают по количеству ступеней. Они бывают одно- и многоступенчатые. Подобное различие в конструкции влияет на эффективность агрегата.

Достоинства шнековых устройств

Погружные насосы винтового типа обладают массой преимуществ перед центробежными или поршневыми. Заключаются они в следующем:

• в процессе работы самостоятельно всасывают жидкость, вплоть до образования глубокого вакуума;
• создают повышенное давление;
• могут работать на любой глубине;
• выход перекачиваемой жидкости осуществляется равномерно, без пульсаций в отличие от центробежных моделей;
• конструкция агрегата предусматривает перемещение жидких продуктов с некоторыми включениями и даже сухих веществ;
• устройство винтового насоса исключает нарушение структуры перемещаемого вещества, в отличие поршневых, плунжерных;
• бесшумность работы;
• легкость обслуживания;
• простота конструктивного исполнения;
• может использоваться в канализационной системе для откачки стоков;
• большой ассортимент моделей, в зависимости от необходимой производительности.

Винтовые варианты погружных агрегатов в целом гарантируют качественную и слаженную работу по подаче воды. Они отличаются универсальностью (в качестве источника может использоваться колодец или скважина, простотой обслуживания и монтажа.

Область использования оборудования

Винтовой насос имеет широкую область применения. Они используются на промышленных предприятиях для перемещения вязких веществ (например, сгущенного молока, теста), пара и газа, а также для создания требуемого вакуума на некоторых предприятиях.

Работа скважин (нефтяной, артезианской, газовой) тоже обеспечивается винтовым устройством. Кроме того, используя специальные мощные насосы, выполняют бурение этих самых скважин. Очистка бытовых стоков на канализационных насосных станциях не обходится без подобного агрегата.

Но, конечно, винтовые конструкции используются и в быту для подачи жидкости на различные потребители (фонтан, бассейн, домашний водопровод, накопительную емкость).

Единственное обязательное условие применения винтового насоса – это целенаправленность. Не рекомендуется использовать агрегат в разных целях. Тем более, что область применения напрямую связана с выбором устройства, его конструктивными и функциональными особенностями.

Скважина или колодец?

Рассмотрим, как влияет на выбор оборудования, источник воды. В данном случае ими выступает скважина и колодец.

Для колодцев выбирают модели с боковым креплением на стенке. При покупке уделите внимание на наполненность колодца водой. Чтобы исключить работу насоса «вхолостую». Это снижает его надежность и сокращает срок службы.

Винтовой насос — универсальное устройство, используется в промышленности и быту

Кроме того, в колодезных насосах заборное устройство находится в нижней части, учтите это при установке. Не рекомендуется монтировать агрегат на расстоянии меньше 1 м от дна колодца, чтобы не засорить насос илом, песком. Это также негативно сказывается на его работе.

Для скважин выбирают приборы более стойкие к условиям работы. Они обеспечивают подачу жидкости с повышенных глубин, не реагируют на замутненность воды и наличие каких-либо примесей. Заборные отверстия в таких моделях располагаются над электродвигателем. Соответственно, двигатель погружен постоянно в воду и естественным путем охлаждается. К конструктивным особенностям скважинных насосов относятся мощность двигателя, корпус из материала с антикоррозионными свойствами, стальной, надежный шнековый элемент.

Критерии правильного выбора прибора

На какие характеристики стоит обратить внимание при выборе устройства, чтобы его работа порадовала надежностью и стабильностью долгое время?На цену прибора влияют технические характеристики. Поэтому рекомендуется заранее определить возможные нагрузки на устройство и параметры источника воды.

Монтаж и запуск механизма желательно доверить специалистам. Они при подключении проверят функционирование устройства во всех режимах работы.

Востребованные модели шнековых приборов

На сегодняшний день существует большой ассортимент предполагаемого насосного оборудование различных производителей. Однако наиболее популярными моделями погружных насосов отечественного производителя остаются «Водолей» и «Спрут».

Шнековый насос модели «Водолей» пользуются большим спросом. Они доступны по стоимости и надежны в службе. «Водолей» не привередливы к качеству воды, имеют отличные показатели производительности и гарантированно прослужат долгие годы. Кроме того, аналогичные «Водолею» зарубежные марки стоят в несколько раз дороже, да и поставка запасных частей может занять длительный срок.

К недостаткам модели «Водолей» относится повышенный вес конструкции и ненадежность крепежных тросов, которыми комплектуется оборудование.

Еще одним представителем отечественного насосного оборудования является модель «Спрут» (Sprut). Этот насос может использоваться не только для скважин, но и для колодцев. Коррозионная стойкость, ударопрочность и износостойкость деталей – главные достоинства марки. Интенсивный режим функционирования не страшен для модели. «Спрут» защищен от перегрузов, что существенно продляет срок службы. Кроме того, фирма-производитель предлагает регулярное проведение сервисного обслуживания специалистами компании. Отзывы о насосном оборудовании этой марки, как и о «Водолее» только положительные.