Винтовые насосы – устройство, принцип работы, отличия от центробежного и лопастного оборудования

Принцип работы насоса

Крыльчатые насосы являются разновидностью поршневых насосов. Насосы этого типа были изобретены в середине 19 века.
Насосы являются двухходовыми, то есть подают воду без холостого хода.
Применяются, в основном, в качестве ручных насосов для подачи топлива, масел и воды из скважин и колодцев.

Конструкция:
Внутри чугунного корпуса размещены рабочие органы насоса: крыльчатка, совершающая возвратно-поступательные движения и две пары клапанов (впускные и выпускные). При движении крыльчатки происходит перемещение перекачиваемой жидкости из всасывающей полости в нагнетательную. Система клапанов препятствует перетоку жидкости в обратном направлении

Насосы этого типа имеют в своей конструкции сильфон (“гармошку”), сжимая который производят перекачку жидкости. Конструкция насоса очень простая и состоит всего из нескольких деталей.
Обычно, такие насосы изготавливают из пластика (полиэтилена или полипропилена).
Основное применение – выкачивание химически активных жидкостей из бочек, канистр, бутылей и т.п.

Низкая цена насоса позволяет использовать его в качестве одноразового насоса для перекачивания едких и опасных жидкостей с последующей утилизацией этого насоса.

Пластинчато-роторные (или шиберные) насосы представляют собой самовсасывающие насосы объемного типа. Предназначены для перекачивания жидкостей. обладающих смазывающей способностью (масла. дизельное топливо и т.п.). Насосы могут всасывать жидкость “на сухую”, т.е. не требуют предварительного заполнени корпуса рабочей жидкостью.

Принцип работы: Рабочий орган насоса выполнен в виде эксцентрично расположенного ротора, имеющего продольные радиальные пазы, в которых скользят плоские пластины (шиберы), прижимаемые к статору центробежной силой.
Так как ротор расположен эксцентрично, то при его вращении пластины, находясь непрерывно в соприкосновении со стенкой корпуса, то входят в ротор, то выдвигаются из него.
Во время работы насоса на всасывающей стороне образуется разрежение и перекачиваемая масса заполняет пространство между пластинами и далее вытесняется в нагнетательный патрубок.

Шестеренные насосы с наружным зацеплением шестерен предназначены для перекачивания вязких жидкостей, обладающих смазывающей способность.
Насосы обладают самовсасыванием (обычно, не более 4-5 метров).

Принцип действия:
Ведущая шестерня находится в постоянном зацеплении с ведомой и приводит её во вращательное движение. При вращении шестерён насоса в противоположные стороны в полости всасывания зубья, выходя из зацепления, образуют разрежение (вакуум). За счёт этого в полость всасывания поступает жидкость, которая, заполняя впадины между зубьями обеих шестерён, перемещается зубьями вдоль цилиндрических стенок в корпусе и переносится из полости всасывания в полость нагнетания, где зубья шестерён, входя в зацепление, выталкивают жидкость из впадин в нагнетательный трубопровод. При этом между зубьями образуется плотный контакт, вследствие чего обратный перенос жидкости из полости нагнетания в полость всасывания невозможен.

Насосы аналогичны по принципу работы обычному шестеренному насосу, но имеют более компактные размеры. Из минусов можно назвать сложность изготовления.

Принцип действия:
Ведущая шестерня приводится в действие валом электродвигателя. Посредством захвата зубьями ведущей шестерни, внешнее зубчатое колесо также вращается.
При вращении проемы между зубьями освобождаются, объем увеличивается и создается разряжение на входе, обеспечивая всасывание жидкости.
Среда перемещается в межзубьевых пространствах на сторону нагнетания. Серп, в этом случае, служит в качестве уплотнителя между отделениями засасывания и нагнетания.
При внедрении зуба в межзубное пространство объем уменьшается и среде вытесняется к выходу из насоса.

Название этого насоса происходит от формы рабочего органа – диска, выгнутого по синусоиде. Отличительной особенностью синусных насосов является возможность бережного перекачивания продуктов содержащих крупные включения без их повреждения.
Например, можно легко перекачивать компот из персиков с включениями их половинок (естественно, что размер перекачиваемых без повреждения частиц зависит от объема рабочей камеры. При выборе насоса нужно обращать на это внимание).

Размер перекачиваемых частиц зависит от объема полости между диском и корпусом насоса.
Насос не имеет клапанов. Конструктивно устроен очень просто, что гарантирует долгую и безотказную работу.

На валу насоса, в рабочей камере, установлен диск, имеющий форму синусоиды. Камера разделена сверху на 2 части шиберами (до середины диска), которые могут свободно перемещаться в перпендикулярной к диску плоскости и герметизировать эту часть камеры не давая жидкости перетекать с входа насоса на выход (см. рисунок).
При вращении диска он создает в рабочей камере волнообразное движение, за счет которого происходит перемещение жидкости из всасывающего патрубка в нагнетательный. За счет того, что камера наполовину разделена шиберами, жидкость выдавливается в нагнетательный патрубок.

Основной рабочей частью эксцентрикового шнекового насоса является винтовая (героторная) пара, которая определяет как принцип работы, так и все базовые характеристики насосного агрегата. Винтовая пара состоит из неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.

Статор – это внутренняя n+1-заходная спираль, изготовленная, как правило, из эластомера (резины), нераздельно (либо раздельно) соединенного с металлической обоймой (гильзой).

Ротор – это внешняя n-заходная спираль, которая изготавливается, как правило, из стали с последующим покрытием или без него.

Стоит указать, что наиболее распространены в настоящее время агрегаты с 2-заходными статором и 1-заходным ротором, такая схема является классической практически для всех производителей винтового оборудования.

Важным моментом, является то, что центры вращения спиралей, как статора, так и ротора смещены на величину эксцентриситета, что и позволяет создать пару трения, в которой при вращении ротора внутри статора создаются замкнутые герметичные полости вдоль всей оси вращения. При этом количество таких замкнутых полостей на единицу длины винтовой пары определяет конечное давление агрегата, а объем каждой полости – его производительность.

Винтовые насосы относятся к объемным насосам. Эти типы насосов могут перекачивать высоковязкие жидкости, в том числе с содержанием большого количества абразивных частиц.
Преимущества винтовых насосов:
– самовсасывание (до 7. 9 метров),
– бережное перекачивание жидкости, не разрушающее структуру продукта,
– возможность перекачивания высоковязких жидкостей, в том числе содержащих частицы,
– возможность изготовления корпуса насоса и статора из различных материалов, что позволяет перекачивать агрессивные жидкости.

Насосы этого типа получили большое распространение в пищевой и нефтехимической промышленности.

Насосы этого типа предназначены для перекачивания вязких продуктов с твердыми частицами. Рабочим органом является шланг.
Преимущество: простота конструкции, высокая надежность, самовсасывание.

Принцип работы:
При вращении ротора в глицерине башмак полностью пережимает шланг (рабочий орган насоса), расположенный по окружности внутри корпуса, и выдавливает перекачиваемую жидкость в магистраль. За башмаком шланг восстанавливает свою форму и всасывает жидкость. Абразивные частицы вдавливаются в эластичный внутренний слой шланга, затем выталкиваются в поток, не повреждая шланга.

Вихревые насосы предназначены для перекачивания различных жидкотекучих сред. насосы обладают самовсасыванием (после залива корпуса насоса жидкостью).
Преимущества: простота конструкции, высокий напор, малые размеры.

Принцип действия:
Рабочее колесо вихревого насоса представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что один и тот же объем жидкости, движущейся по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора.

Газлифт (от газ и англ. lift — поднимать), устройство для подъёма капельной жидкости за счёт энергии, содержащейся в смешиваемом с ней сжатом газе. Газлифт применяют главным образом для подъёма нефти из буровых скважин, используя при этом газ, выходящий из нефтеносных пластов. Известны подъёмники, в которых для подачи жидкости, главным образом воды, используют атмосферный воздух. Такие подъёмники называют эрлифтами или мамут-насосами.

В газлифте, или эрлифте, сжатый газ или воздух от компрессора подаётся по трубопроводу, смешивается с жидкостью, образуя газожидкостную или водо-воздушную эмульсию, которая поднимается по трубе. Смешение газа с жидкостью происходит внизу трубы. Действие газлифта основано на уравновешивании столба газожидкостной эмульсии столбом капельной жидкости на основе закона сообщающихся сосудов. Один из них — буровая скважина или резервуар, а другой — труба, в которой находится газожидкостная смесь.

Мембранные насосы относятся к объемным насосам. Существуют одно- и двухмембранные насосы. Двухмембраные, обычно выпускаются с приводом от сжатого воздуха. На нашем рисунке показан именно такой насос.
Насосы отличатся простотой конструкции, обладают самовсасыванием (до 9 метров), могут перекачивать химически агрессивные жидкости и жидкости с большим содержанием частиц.

Принцип работы:
Две мембраны, соединенные валом, перемещаются вперед и назад под воздействием попеременного нагнетания воздуха в камеры позади мембран с использованием автоматического воздушного клапана.

Всасывание: Первая мембрана создает разрежение, когда она движется от стенки корпуса.
Нагнетание: Вторая мембрана одновременно передает давление воздуха на жидкость, находящуюся в корпусе, проталкивая ее по направлению к выпускному отверстию. Во время каждого цикла давление воздуха на заднюю стенку выпускающей мембраны равно давлению, напору со стороны жидкости. Поэтому мембранные насосы могут работать и при закрытом выпускном клапане без ущерба для срока службы мембраны

Шнековые насосы часто путают с винтовыми. Но это совершенно разные насосы, как можно увидеть в нашем описании. Рабочим органом является шнек.
Насосы этого типа могут перекачивать жидкости средней вязкости (до 800 сСт), обладают хорошей всасывающей способностью (до 9 метров), могут перекачивать жидкости с крупными частицами (размер определяется шагом шнека).
Применяются для перекачивания нефтешламов, мазутов, солярки и т.п.

Внимание! Насосы НЕСАМОВСАСЫВАЮЩИЕ. Для работы в режиме всасывания требуется заливка корпуса насоса и всего всасывающего шланга)

Центробежные насосы являются самыми распространенными насосами. Название происходит от принципа действия: насос работает за счет центробежной силы.
Насос состоит из корпуса (улиитки) и расположенного внутри рабочего колеса с радиальными изогнутыми лопастями. Жидкость попадает в центр колеса и под действием центробежной силы отбрасывается к его перифирии а затем выбрасывается через напорный патрубок.

Насосы используются для перекачивания жидких сред. Существуют модели для химически активный жидкостей, песка и шлама. Отличаются материалами корпуса: для химических жидкостей используют различные марки нержавеющих сталей и пластика, для шламов – износостойкие чугуны или насосы с покрытием из резины.
Массовое использование центробежных насосов обусловлено простотой конструкции и низкой себестоимостью изготовления.

Многосекционные насосы – это насосы с несколькоми рабочими колесами, расположенными последовательно. Такая компоновка нужна тогда, когда необходимо большое давление на выходе.

Дело в том, что обычное центробежное колесо выдает максимальное давление 2-3 атм.

По этому, для получения более высоких значение напора, используют несколько последовательно установленных центробежных колес.
(по сути, это несколько последовательно соединенных центробежных насосов).

Такие типы насосов используют в качестве погружных скважинных и в качестве сетевых насосов высокого давления.

Трехвинтовые насосы предназначены для перекачивания жидкостей, обладающих смазывающей способностью, без абразивных механических примесей. Вязкость продукта – до 1500 сСт. Тип насоса объемный.
Принцип работы трехвинтового насоса понятен из рисунка.

Насосы этого типа применяются:
– на судах морского и речного флота, в машинных отделениях,
– в системах гидравлики,
– в технологических линиях подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов.

Струйный насос предназначен для перемещения (откачки) жидкостей или газов с помощью сжатого воздуха (или жидкости и пара), подающегося через эжектор. Принцип работы насоса основан на законе Бернули (чем выше скорость течения жидкости в трубе, тем меньше давление этой жидкости). Этим обусловлена форма насоса.

Конструкция насоса чрезвычайно проста и не имеет движущихся деталей.
Насосы этого типа можно использовать в качестве вакуумный насосов или насосов для перекачивания жидкости (в том числе, содержащих включения).
для работы насоса необходим подвод сжатого воздуха или пара.

Струйные насосы, работающие от пара, называют пароструйными насосами, работающие от воды – водоструйными насосами.
Насосы, отсасывающие вещество и создающие разряжение, называются эжекторами. Насосы нагнетающие вещество под давлением – инжекторами.

Этот насос работает без подвода электроэнергии, сжатого воздуха и т.п. Работа насоса этого типа основана на энергии поступающей самотеком воды и гидроудара, возникающего при резком её торможении.

Принцип работы гидротаранного насоса:
По всасывающей наклонной трубе вода разгоняется до некоторой скорости, при которой отбойный подпружиненный клапан (справа), преодолевает усилие пружины и закрывается, перекрывая поток воды. Инерция резко остановленной воды во всасывающей трубе создает гидроудар (т.е. кратковременно резко возрастает давление воды в питающей трубе). Величина этого давления зависит от длины питающей трубы и скорости потока воды.
Возросшее давление воды открывает верхний клапан насоса и часть воды из трубы проходит в воздушный колпак (прямоугольник сверху) и отводящую трубу (слева от колпака). Воздух в колпаке сжимается, накапливая энергию.
Т.к. вода в питающей трубе остановлена, давление в ней падает, что приводит к открытию отбойного клапана и закрытию верхнего клапана. После этого вода из воздушного колпака выталкивается давлением сжатого воздуха в отводящую трубу. Так как отбойный клапан открылся, вода снова разгоняется и цикл работы насоса повторяется.

Виды и классификация насосов

Насос – тип гидравлической машины, который перемещает жидкость путем всасывания и нагнетания, используя кинетическую или потенциальную энергию. Насос необходим для использования в противопожарных технических средствах, для отвода жидкостей в жилых кварталах, при подаче топлива и многих других целях. По области применения, конструкции, принципу действия существует разные виды и типы насосов. При использовании насосов для различных целей необходимо знать, какие виды бывают и чем они отличаются.

Общая классификация

В первую очередь насосы делятся по области применения на бытовые и промышленные. Бытовые насосы используются в домашних хозяйствах, промышленные — на предприятиях и в специальных службах (пожарная). Отдельная классификация насосов по типу рабочей камеры предполагает деление на динамические и объемные насосы.

Виды насосов и их классификация

Различные классификации насосов основаны на понимании того, какие типы насосов существуют и чем они отличаются. Насосы делятся на несколько видов, те, в свою очередь, делятся на категории.

По техническим характеристикам:

• в зависимости от объема жидкости, перемещаемой в единицу времени;
• давление и напор;
• КПД.

По области применения:

Разделение насосов по сферам применения

Область применения насосов очень широкая. Сегодня их используют практически во всех сферах: строительстве, промышленности, при добыче полезных ископаемых, при разработке систем пожаротушения. В малых масштабах также используются различные типы насосов, и область их применения варьируется от бытового использования для полива, до установки в системах водоснабжения и теплопередачи. В зависимости от сферы применения выделяют типы и виды насосов. Ниже представлены описания, их характеристики и разновидности.

Типы насосов

По целевому назначению:

• погружные насосы;
• поверхностные насосы.

По способу энергопитания:

• электрические насосы;
• жидкотопливные насосы.

В зависимости от типа воды:

• для чистой воды;
• для воды средней степени загрязненности;
• для воды высокой степени загрязненности.

Типы бытовых насосов и область их применения

По области применения насосы делятся на бытовые и промышленные. Бытовые насосы бывают поверхностными и погружными. Для бытового использования чаще используют первый тип. Поверхностные насосы применяются для автономного водоснабжения частных домов, полива прилежащей территории, откачки воды из подвалов и прудов, повышения давления при автономной подаче воды в частный дом.

Существует четыре типа бытовых насосов:

Описание и характеристики насосов

Существует 2 вида насосов: поверхностные и погружные. Поверхностные насосы устанавливаются на уровне земли, в скважину или яму опускается шланг. Если насос оборудован автоматической системой включения-выключения при подаче воды, то он называется станцией. Насосы погружного типа включают в себя: дренажные насосы, фекальные, циркуляционные, насосы, установленные в колодцах и скважинах.

Разновидности насосов по конструкции

По конструкции все насосы различаются между собой. Они могут быть вертикальные и горизонтальные. Все насосы отличаются своей сборкой, в зависимости от модели в них могут быть использованы лопатки, лопасти, винты.

Классификация по принципу действия — по типу рабочей камеры

Различают типы насосов по принципу действия и конструкции. Они делятся на объемные и динамические насосы.

1. Объемные насосы — такие, в которых жидкость перемещается за счет изменения объема камеры с жидкостью под действием потенциальной энергии.
2. Динамические насосы – механизмы, в которых жидкость перемещается вместе с камерой под действием кинетической энергии.

Динамические насосы, в свою очередь, делятся на лопастные и струйные.

Отдельно выделяют виды объемных насосов по принципу действия в зависимости от конструкции:

1. Роторные насосы – это цельный корпус, с определённым числом лопаток/лопастей, приходящих в движение при помощи ротора.
2. Шестеренные насосы – самый простой тип механизма, состоящий из сцепленных между собой шестерен, приходящих в движение под принудительным изменением полости между шестернями.
3. Импеллерные – в эксцентрический корпус заключены лопасти, при вращении выдавливающие жидкость.
4. Кулачковые – насосы, в корпус которых заключены 2 ротора, которые при вращении перекачивают жидкости разной степени вязкости.
5. Перистальтические – корпус включает эластичный рукав, в котором находится жидкость. При вращении дополнительных валиков жидкость перемещается по рукаву.
6. Винтовые – насосы, состоящие из ротора и статора. При вращении ротора жидкость начинает перемещаться по оси насоса.

Существует также деление динамических насосов по принципу действия:

1. Центробежные – включает в себя рабочее колесо, внутри которого находится жидкость, при вращении колеса, частицы приобретают кинетическую энергию, начинает действовать центробежная сила, под действием которой жидкость переходит в корпус мотора.
2. Вихревые насосы – по принципу действия аналогичны центробежным, но менее габаритны и имеют более низкий КПД.
3. Струйные – основаны на переходе потенциальной энергии в кинетическую.

Вихревый тип насоса является наиболее часто используемым за счет легкости установки. В бытовых нуждах такой агрегат устанавливают в загородных домах для обеспечения подачи воды. Циркуляцию воды обеспечивает жидкость, подаваемая на лопатки, расположенные в корпусе насоса. Ключевым элементов здесь является колесо, на которое вода подается через входное отверстие. Также такой насос используют для скважин, так как создают высокое давление. Они обладают способностью самовсасывания и могут перерабатывать не только жидкость, но газо-водную смесь.

Насосы центробежного типа часто применяют в бытовых и промышленных целях:

• для организации систем водоснабжения на промышленных предприятиях;
• для организации систем водоснабжения жилых кварталов;
• для систем полива.

Эти насосы отличаются простотой эксплуатации, так как принцип работы достаточно прост. Основную нагрузку принимает колесо с лопатками, на которое и подается жидкость, однако если жидкости внутри не будет, то насос выйдет из строя. Чаще такие насосы бывают поверхностными. За счет этого снижается их производительность. Погружные насосы центробежного типа требуют герметичность корпуса высокого качества.

Классификация по назначению

По назначению различные виды насосов используют в промышленных целях (в пищевой, химической, бумажной промышленности). В бытовых целях насосы используются при строительстве, откачке воды из скважин и колодцев, для бурения колодца, для теплоснабжения. Бурение колодца требует использования насосной станции или насоса погружного типа. Насос обеспечивает подачу воды из скважины под небольшим давлением.

В автомобилях и промышленных машинах насосы являются вспомогательными устройствами.

При добыче полезных ископаемых используют различные типы насосов для бурения скважины, обустройства прилежащей к скважине территории, откачки жидкости, для переработки жидкостей. В промышленности насосы устанавливаются на предприятиях для гидроудаления отходов производства.

Насосы, применяемые в пищевой индустрии, часто имеют устройства для измельчения материалов (кроме камня и металлов), чтобы предотвратить засорение трубопровода.

Отдельно выделяют насосы для пожаротушения. Конструкция таких насосов предусматривает подачу воды под сильным давлением.

Дренажные насосы относятся к погружным, они характеризуются наличием системы измельчения и фильтрации.

Насосы, нагнетающие давление используются в системах, где требуется повышение давления при работе (теплоснабжение, водоснабжение).

Выделяют виды водяных насосов по назначению:

В зависимости от сферы использования существует классификация водяных насосов по принципу действия.

1. Водоподъемные насосы используются для экстракции жидкости из скважин или колодцев.
2. Циркуляционные виды насосов используют для перемещения жидкости в системах отопления, кондиционирования и подачи воды.
3. Дренажные насосы используют для откачивания жидкости из подвалов и канализации.

Классификация по виду перекачиваемой среды

В зависимости от того, какого типа жидкость будет проходить через насос, конструктивные и другие особенности будут различаться.

Насосы используют для перекачивания:

• чистой жидкости и жидкости малой загрязненности;
• жидкостей средней степени загрязненности с примесями легкой взвеси;
• не сильно загазованных жидкостей;
• смесей газа и жидкости;
• агрессивных жидкостей;
• жидких металлов.

Для работы с разными типами жидкости используют насосы объемного типа. Этот вид насосов работает по принципу изменения объема камеры, что приводит к переходу энергии двигателя в энергию субстанции. Такие насосы способны работать с любыми средами, однако следует учитывать высокий уровень вибрации.

Динамические насосы могут также работать с любыми типами жидкостей, однако они не обладают способностью к самовсасыванию. В зависимости от конструктивных особенностей насосов существуют различные способы переработки перемещаемой жидкости. Например, вихревые насосы динамического типа не предназначены для работы с загрязненной жидкостью, включающей абразивные вещества. Для таких агрегатов жидкость с примесями является разрушающей, приводя к истончению стенок насоса.

Виды промышленных насосов

В промышленности используются насосы разных типов. Основные виды насосов, используемые на различных предприятиях:

• многоступенчатые;
• маслонасосы шестеренные;
• насосы химические погружные;

Промышленные насосы используются в различных областях

• в легкой промышленности;
• в химической промышленности;
• в строительстве;
• в машиностроении;
• при добыче полезных ископаемых.

Вид и тип насоса выбирается в зависимости от нужд предприятия, свойств и качества перекачиваемой жидкости.

К наиболее популярным относятся глубинные насосы, так как широко используются в бытовых и промышленных целях. Их легко монтировать при установке систем водоснабжения и отопления, они используются для забора воды из скважин, в отопительных системах.

Основные виды насосов по типу подводимой энергии:

• насосы, работающие за счет механической энергии;
• водоструйные насосы;
• насосы, работающие за счет сжатого пара или газа.

К насосам, работающим за счет механической энергии, относятся поршневые насосы, пропеллерные, винтовые, центробежные и ротационные. Несмотря на одинаковый принцип действия, эти насосы сильно отличаются по конструкции. Водоструйные насосы – элеваторы, эжекторы, работают за счет подачи жидкости на лопасти колеса.

Насосы для систем пожаротушения

Основным требованием к насосам системы пожаротушения является подача воды под высоким давлением. Наиболее часто используемыми являются центробежные насосы, так как они позволяют быстро закачать воду за счет центробежной силы. Важными пунктами при выборе насоса для пожаротушения являются:

• напор;
• частота вращения колеса;
• КПД;
• высота всасывания;
• объем перемещаемой воды.

В зависимости от количества колес с лопастями насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Многоступенчатые агрегаты позволяют создать более высокое давление, что в свою очередь, влияет на напор и высоту подаваемой жидкости. При установке систем пожаротушения в зданиях стоит учитывать, что оборудование необходимо периодически проверять, так как застой может вызвать затруднения при запуске. На пожарных машинах устанавливают центробежные насосы и вспомогательные агрегаты. Вспомогательные насосы заполняют корпус центробежного насоса жидкостью и отключаются автоматически.

Масляные и топливные насосы

Среди промышленных типов насосов выделяют масляные и топливные устройства, устанавливаемые на двигателях автомобилей и машин и двигателях внутреннего сгорания.

Масляные насосы обеспечивают снижение силы трения между взаимодействующими частями двигателя. Они бывают регулируемыми и нерегулируемыми. В двигателях автомобиля устанавливаются роторные или шестеренные насосы для перекачивания масла.

Топливные насосы устанавливаются в автомобилях в обязательном порядке. Они обеспечивают доставку топлива из бака в камеру сгорания. В зависимости от конструкции топливные насосы бывают: механические и электрические.

Погружные насосы

Погружные насосы применяются при работе на глубине более восьми метров. Все типы погружных насосов обладают системой охлаждения, а также выполнены из прочного материла, помогающего избежать деформации под давлением. Погружные насосы бывают центробежными и вибрационными. В насосах второго типа жидкость всасывается с помощью вибрационного или электромагнитного механизма.

При выборе насоса важно учитывать большое количество факторов:

• цель использования;
• место использования;
• необходимость установки вспомогательных агрегатов;
• габариты насоса;
• способ работы насоса.

Винтовые насосы

Винтовой или эксцентриковый шнековый насос – объемный насос, получивший широкое распространение в самых различных отраслях промышленности, используемый например как для перекачки сахарного сиропа в пищевой промышленности, так и как погружной насос для скважины, применяемый при разработке нефтяных месторождений. Разнообразие применений стало возможно благодаря устройству шнекового насоса, который может обеспечивать широкий диапазон производительности при достаточно высоких давлениях.

Винтовой насос отлично подходит для перекачки высоковязких, чувствительных к сдвигу продуктов, а также жидкостей с содержанием твердых включений

Конструкция и устройство винтового насоса

Основными элементами винтового эксцентрикового шнекового насоса являются металлический спиральный ротор, вращающийся в эластомерном статоре.

Схема винтового насоса

• Ротор
• Статор
• Всасывающий патрубок
• Нагнетательный патрубок
• Уплотнение вала
• Карданные шарниры

Принцип работы винтового насоса

Ротор плотно прилегает к спиральному эластомерному статору, образуя двойную цепочку герметичных полостей. При вращении ротора жидкость переносится в этих полостях от всасывающего к нагнетательному патрубку, не меняя при этом своего объема и формы.

Материальное исполнение

Для основных элементов винтового насоса доступны разнообразные материалы, обеспечивающие необходимую стойкость при работе с агрессивными, абразивными, высоко температурными жидкостями

Можно выделить следующие основные материалы:

Типы уплотнения вала насоса

• Сальниковое уплотнение (ссылка на сальниковое уплотнение)
• Манжетное уплотнение
• Торцевое уплотнение (одинарное или двойное) (ссылка на торцевое уплотнение)
• Магнитная муфта

Основные исполнения винтовых насосов

• Производительность: от 0,03 м3/ч до 500 м3/ч
• Максимальное давление (стандартное исполнение): от 6 до 48 бар
• Количество ступеней (стандартное исполнение): от 1 до 8

Примечание: максимальное давление практически не ограничено и зависит от количества последовательно установленных ступеней насосов. Практически все изготовители производят насосы до 8 ступеней, что соответствует давлению 48 бар. У некоторых производителей в линейке есть винтовой насос высокого давления до 240 бар.

• Вязкость жидкости: от 1 до 3 000 000 сПз
• Максимальный размер твердых включение: 150 мм

Преимущества и недостатки винтового насоса

Преимущества

• Перекачка высоковязких жидкостей
• Высокое давление
• Постоянная подача
• Возможность к самовсасыванию
• Перекачка жидкостей чувствительных к сдвигу
• Широкий выбор материалов
• Возможность работы с жидкостями содержащие твердые включения
• Широкий диапазон подач

Недостатки:

• Занимают слишком много места. Чем больше ступеней у насос, тем длина проточной части становится больше.
• Тяжело обслуживать. Для замены основных рабочих элементов необходимо много свободного места и специальное оборудование.
• Высокая стоимость запасных частей
• Ротор и статор всегда находятся в контакте. Приводит к увеличенному износу при перекачке абразивных жидкостей
• Недопустима работа «в сухую»

Области применения

Винтовые насосы применяются чаще всего в следующих отраслях промышленности.

• Нефтяная и газовая промышленность
• Химическая промышленность
• Водоочистка и водоподготовка
• Целлюлозно-бумажная промышленность
• Лакокрасочная промышленность
• Пищевая
• Фармацевтическая
• Судостроение и судоходство

Для следующих задач:

• Перекачка мультифазных жидкостей
• Перекачка тяжелой нефти
• Винтовой скважинный насос для закачки воды для увеличения отдачи нефти
• Производство спиртов и растворителей
• Перекачка битума, гудрона, смолы
• Пищевые продукты
• Краски, клей
• Каучук

Какие бывают насосы, как выбрать насос для воды?

Поверхностные насосы предназначены для использования в скважинах или колодцах небольшой глубины, в которых зеркало воды не опускается ниже 8 метров от поверхности земли.

В отличие от поверхностных, погружные насосы позволяют подавать воду с гораздо больших глубин (поэтому их иногда называют «глубинные насосы»), и это является их неоспоримым и главным преимуществом.

По принципу работы погружные (глубинные) насосы разделяют на:

• вибрационные насосы;
• центробежные насосы;
• винтовые насосы;
• вихревые насосы.

Вибрационные насосы способны транспортировать воду с глубины до 40 метров и отличаются простотой конструкции и относительно низкой ценой.

Вибрационный насос прост: он не обременен никакими вращающимися элементами, он не требует ни профилактического обслуживания (например, смазки), ни серьезного ремонта.

Вибрационный насос удобен: имея массу всего 4 килограмма, его можно перенести в любой таре (хоть в полиэтиленовом пакете) куда угодно и применить в любом резервуаре, будь то водоем (речка или озеро), колодец (скважина) или даже обычная бочка, а подвесить его можно на тросе из капрона.

Недостатки вибрационного насоса: непродолжительный режим работы, небольшая производительность и напор, вибрация может разрушать стенки скважины.

Центробежные, винтовые и вихревые скважинные насосы внешне мало чем отличаются друг от друга для рядового потребителя.

центробежный	винтовой	вихревой

Преимуществами всех трех типов насосов перед вибрационными является следующее:

• отсутствие шума при работе насоса
• отсутствие вибрации (вибрация, распространяющаяся в грунте от вибрационного насоса отрицательно сказывается, прежде всего, на производительности самой скважины. Из-за вибрации осыпаются водоносные протоки скважины и она постепенно заиливается и «погибает»)
• в отличие от вибрационных, эти насосы имеют более широкую линейку типоразмеров в зависимости от мощности двигателя, производительности и напора (высоты подъема воды), благодаря чему, можно подобрать насос для скважины любой глубины и производительности.

Различаются эти три типа насосов, прежде всего, по принципу действия, ну и, по рабочим характеристикам.

Центробежные насосы относятся к лопастным насосам, их принцип работы основывается на взаимодействии лопастей, которыми оснащено рабочее колесо, и потока предназначенной для перекачки воды, что их обтекает. Устройство насоса включает в себя рабочее колесо, состоящее из двух дисков (передний и задний), располагающихся на определенном расстоянии, соединенных лопастями, которые изогнуты в противоположную направлению вращения колеса сторону. Вода перекачивается благодаря центробежной силе. От количества рабочих колес (ступеней) зависит высота напора, поэтому центробежные насосы бывают разной высоты (чем выше насос, тем больше напор).

рабочий орган центробежного насоса для скважины

Преимущества центробежных насосов:

• имеют наиболее широкую линейку типоразмеров. Номинальная производительность центробежных насосов для скважины с напряжением 220 В варьируется от 1200 литров в час до 4000 литров в час. Номинальный напор от 10 метров до 140 метров. Для нормального водоснабжения жилого коттеджа вполне достаточно производительности 1200 – 2000 литров в час.
• центробежные насосы более энергоэффективны относительно винтовых и вихревых насосов.
• центробежные насосы предназначены для продолжительного режима непрерывной работы.

Вихревые насосы относятся к машинам трения. В отличие от центробежного насоса для скважины у вихревого насоса одно рабочее колесо.

рабочий орган вихревого насоса

Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.

Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-7 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их часто применяют в низкодебетовых скважинах.

Винтовые насосы (второе название – шнековые) получили свое название от наименования основного рабочего органа насоса – винта (или шнека). Его принцип действия достаточно прост: поступая внутрь, жидкость постепенно нагнетается, в результате чего создается напор и она вытесняется.

рабочий орган насоса

Преимущества винтового насоса для скважины:

• из-за простоты конструкции он имеет невысокую стоимость относительно вихревых и центробежных насосов.
• создание высокого давления при относительно низкой производительности насоса, что хорошо для низкодебетовых скважин.
• винтовые насосы более лояльно, чем вихревые относятся к наличию механических примесей в перекачиваемой воде. Более точные параметры заявляет производитель насоса.

После выше изложенного возникает вопрос, так какой же насос для скважины все-таки лучше? Центробежный, вихревой или винтовой. Все зависит от задачи насоса и рабочих параметров скважины.

Если Вы планируете собрать систему водоснабжения дома или производства и дебет Вашей скважины составляет 1500 литров в час и более, то лучше приобрести центробежный насос.

Если же, дебет вашей скважины совсем невелик (от 400 до 1000 литров в час), то лучше остановится на винтовом или вихревом насосе. НО! Следует очень внимательно подбирать типоразмер насоса, т.к. даже эти типы насосов могут выдавать до 2000 литров в час в зависимости от рабочих характеристик конкретной марки насоса. И обязательно поставьте защиту насоса от работы без воды.

Если же дебет вашей скважины мене 400 литров в час, здесь тоже есть решения, просто нужно более внимательно подойти к вопросу. В отдельных случаях можно поставить винтовой насос и смонтировать его с автоматикой. В некоторых случаях придется поставить накопительную емкость, в которую будет набирать воду насос или по таймеру, или по уровню. Все зависит от индивидуальных условий эксплуатации насоса и потребности в воде.

Центробежные насосы устройство и принцип действия

Принцип действия

Центробежные насосы – одни из наиболее распространенных машин промышленности. По количеству они уступают только электрическим двигателям. Т.к. электрические двигатели используются для приведения в действие насосов, то, можно сказать, что львиная доля электроэнергии мира расходуется на транспортировку жидкости центробежными насосами.

Центробежные насосы получили своё название от способа, в котором жидкость передаётся энергии.

Когда жидкость подводится к насосу, она соприкасается с вращающимся колесом и выталкивается в напорный патрубок с центробежной силой через полость специальной формы, называемой спиральным кожухом. Все центробежные насосы работают по такому принципу, но среди них могут быть конструктивные различия.

Насос передает кинетическую энергию жидкости. Кинетическая энергия подразумевает скорость жидкости. Скорость – это всего лишь половина уравнения.

Рис.1 – Центробежный насос

Жидкость входит в насос по центру колеса через всасывающее отверстие. Трение между частицами жидкости и рабочим колесом заставляет жидкость вращаться. Например, как трение между дорогой и резиной шины заставляет машину двигаться.

Рабочее колесо тянет частички жидкости, поэтому они вращаются при контакте с ними. Жидкость выталкивается наружу колеса с помощью центробежной силы – явление, которое выталкивает прочь любой объект из центра круга к его границам. Вот так жидкость получает кинетическую энергию от колеса.

Поэтому эти насосы называются центробежными.

Количество энергии, передаваемое жидкости зависит от трех факторов:

• плотности жидкости:
• частоты вращения рабочего колеса:
• диаметра рабочего колеса:

После рабочего колеса жидкость попадает в полость спирального корпуса, откуда попадает в напорный патрубок.

Давление. Насос также должен создавать избыточное давление, чтобы отвечать требованиям системы. Обычно это преодоление гравитации при подъёме жидкости из низшего уровня на высший, и сопротивление трения трубопроводов.

Проще говоря, давление – это возможность выполнить задание. А скорость жидкости – это то, как скоро оно будет выполнено.

Насосы должны превращать динамическое давление в статическое.

По мере прохождения жидкости по спиральному корпусу она замедляется, так как площадь прохода увеличивается, потому что производительность или количество жидкости, перекачиваемое за какое-то время, зависит от двух факторов: первое – это скорость жидкости, второе – размеры полости, через которую она продвигается.

Если поток постоянный, то увеличение проходного сечения ведёт к уменьшению скорости и росту давления. Достигая напорного патрубка, большая часть кинетической энергии превращается в давление.

Конструкция

Насос – это машина, которая превращает механическую энергию в кинетическую энергию, перекачиваемую жидкость с электро-транспортировки ее из одной точки в другую.

Центробежный насос состоит из двух основных компонентов.

1. Первый – это вращающийся диск с изогнутыми лопастями. Он называется рабочим колесом.
2. Второй – это труба специальной формы, называемая спиральным корпусом, в котором содержится рабочее колесо и транспортная жидкость.

Есть 5 элементов конструкции, которые могут различаться:

• вид колеса;
• вид подшипника;
• расположение корпуса;
• крепление двигателя;
• число ступеней.

Корпус

Он сделан в форме спирали с уменьшающимся радиусом, похожим на раковину улитки. Полость этого корпуса не остается одной и той же везде. Площадь проходного сечения увеличивается при приближении к напорному патрубку.

Там, где заканчивается спиральный корпус и начинается напорный патрубок, есть выступающий клин, называемый водорезом.

Он физически разделяет спиральный корпус и напорный патрубок и гарантирует, что жидкость будет покидать насос, а не просто крутиться по кругу в спиральном корпусе.

Расширяющаяся часть спирального корпуса очень важна, т. к. с помощью неё насос создает давление.

Рабочее колесо

Есть 3 вида рабочих колёс:

Самая простая конструкция у открытого колеса, которая состоит из острых, как лезвие, лопастей, равномерно расположенных на втулке.

Открытое колесо

Большой неограниченный подвод жидкости позволяет этому виду колес транспортировать жидкости содержащие грязь, пыль, осадки, твёрдые примеси, что делает их идеальными для мусорных насосов.

Применяется на водоочистных заводах, где перекачиваются сточные воды для обработки грубых шламов с твердыми примесями. Поэтому он имеет режущие лопатки спереди колеса, чтобы резать очень большие примеси.

Если лопасти размещены на задней пластине, то такое колесо называется полузакрытым.

Полузакрытое колесо

Если лопасти находятся между двумя пластинами, то оно называется закрытым.

Закрытое колесо

Закрытые колеса более эффективны, чем полузакрытые и открытые колеса. Потому что поток жидкости идет по строго заданному пути. Значит, больше жидкости выходит из насоса и меньше просто циркулирует внутри колеса.

Их недостаток это то, что они могут легко загрязниться мусором.

Очень популярное заблуждение, будто закрученные лопасти помогают толкать жидкость. Но на самом деле это не то, для чего они предназначены.

Назначение лопаток – это проводить жидкость по наиболее плавному пути. Закрученные назад лопасти помогают стабилизировать условия течения жидкости на высоких скоростях и уменьшить нагрузку на двигатель.

Правильное направление вращения для этого колеса – противочасовое. Поэтому по направлению сгибов лопастей можно сказать направление движения колеса.

Вал и подшипники

Какой бы вид колеса не применялся, он закреплен на вращающемся валу. Вал должен быть закреплен в корпусе подшипниками одним из 2 способов:

Консольное закрепление

При консольном укреплении вала, рабочее колесо закреплено на одном конце, а подшипники на другом.

Такая конструкция располагает всасывающее и напорное отверстие перпендикулярно друг другу, а всасывающее отверстие – прямо перед центром колеса.

Такие насосы называются насосы с торцевым всасыванием. Они широко распространены из-за своей дешевизны и простоты производства, но они имеют один недостаток, связанный с путём движения жидкости.

Во время работы насоса, создается зона с низким давлением во всасывающем отверстии.

Есть зона повышенного давления на выходе из колеса, из которого жидкость, получившая энергию, попадает в спиральный кожух.

Жидкость течет к задней пластине в открытых и полуоткрытых колесах, что полностью разрушает баланс давлений. В результате возникает осевая сила или нагрузка – выталкивающая колесо к всасывающему отверстию.

Это можно компенсировать, устанавливая сильные подшипники или просверлив дырки в пластине колеса для выравнивания давлений. Но это не эффективные способы.

Симметричное крепление

Более действенное решение – расположение вала на подшипниках с двух сторон. Это называется симметричной конструкцией.

Поддержку вала улучшает не только расположения подшипников с двух сторон, но и возможность использовать симметрические закрытые колеса с двойным всасыванием.

Поскольку есть такие же зоны с высоким и низким давлением на обеих сторонах колеса, это успешно устраняет нагрузочные силы, благодаря балансу давлений. Так же эта конструкция имеет иное преимущество. Всасывающее и напорное отверстия расположены параллельно друг другу на противоположных сторонах насоса, и корпус разделён по оси.

Просто открутив болты и сняв крышку, обслуживающий техник может добраться до вращающейся части насоса внутри него без извлечения всего насоса из системы.

Благодаря раздельной осевой конструкции, насосы в симметричном расположении подшипников называют насосами с разборным корпусом.

Всё это, конечно же, очень весомые причины для того чтобы установить в своей шахте такой насос прямо сейчас. Но есть некоторые недостатки. Потому что обслуживающие операции и требования к уплотнению более сложные для насосов с разборным корпусом, чем для насосов с торцевым всасыванием. Они так же более дорогие.

Расположение вала

Центробежные насосы обычно расположены горизонтально. Но иногда вертикально.

Вертикальные насосы применяются для уменьшения места под установку. Вы можете встретить их на дне скважины или колодца, соединенными длинным-длинным валом с двигателем сверху. Это подводит нас к соединению с двигателем. Обычно электрического.

Тип присоединения вала

Есть 2 способа предать вращения от двигателя к насосу: через муфту или напрямую.

Если насос и двигатель – это две отдельные машины, то они должны быть соединены муфтой.

Соединение муфтой

Муфты бывают разных форм, размеров и исполнений. И одно общее требование к ним – обеспечение правильной целостности валов, иначе без них обеспечение целостности было бы очень изощренным процессом.

Для облегчения и поддержания целостности, двигатель и насос установлены на общей опоре – опорной плите.

Или, в случае с вертикальными установками, двигатель расположен на раме.

Такой вид соединения двигателя и насоса называется муфтовым. Для больших мощных установок и насосов с разборным корпусом соединение через муфту единственно возможное.

Второй способ соединения – прямой. Двигатель и насос находятся на общем валу с колесом, расположенном консольно на другой стороне вала двигателя. В этом случае установка не требует муфты или сложных процедур по поддержанию целостности.

Тем не менее, из-за того, что двигатель и насос расположены на одном валу, поддерживаемые лишь подшипниками двигателя, этот способ подходит только для маленьких и средних насосов с торцевым всасыванием.

Количество ступеней

Насос классифицируется по количеству ступеней, которое он имеет. Большинство насосов имеет одну ступень с одним рабочим колесом и одним спиральным кожухом. Тем не менее, некоторые насосы имеют дополнительные ступени, соединённые последовательно для увеличения давления.

Ротор многоступенчатого насоса

Суть в том, что одно колесо придает энергию жидкости, а затем направляет его в следующее колесо, которое добавляет еще энергии жидкости, а затем направляет ее к следующему колесу, и так далее, пока, в конце концов, жидкость не попадает в напорный патрубок.

Лопастные насосы

Лопастными называют динамические насосы, в которых жидкость перемещается путем обтекания лопастей.

Если жидкость в насосе перемещается вдоль оси вращения рабочего колеса с лопастями, то насос называют осевым, если жидкость перемещается перпендикулярно оси вращения, то насос называют центробежным, если жидкость движется по диагонали между осью вращения и перпендикуляру к ней, то насос называют диагональным.

Различия между этими типами лопастных насосов заключаются не только на направлении движения жидкости, но и в характеристиках. Центробежные лопастные насосы способны развить самый большой напор (среди лопастных машин), осевые – самую большую подачу, диагональные насосы – промежуточный вариант.

В некоторой литературе встречается некорректное название пластинчатых насосов лопастными. Это неверно, так как пластинчатые насосы – относятся к классу объемных машин, а лопастными, согласно ГОСТ 17398-72, считаются динамические – центробежные, диагональные и осевые машины.

Принцип работы лопастного насоса

Жидкость в лопастном насосе перемещается в результате воздействия лопастей. При вращении рабочего колеса энергия от лопаток передается частицам жидкости, которые по инерции двигаются в осевом, радиальном направлении или по диагонали межу этими направлениями. Воздействие лопаток на частицы перекачиваемой среды показано на видео:

Герметичное разделение всасывающего и напорного патрубка в лопастных насосах отсутствует, что обуславливает значительное увлечение перетечек из нагнетания во всасывание при увеличении давления. По этой причине лопастные насосы не используют в системах высокого давления.

Для того, чтобы начать перекачку воды, лопастной насос нужно заполнить жидкостью, большинство этих насосов не обладает самовыравниванием.

Работа центробежного лопастного насоса показана в ролике:

Основные элементы конструкции лопастных насосов

Рабочим органом насоса является колесо, с установленными на наем лопастями. Лопасти могут быть закреплены на колесе жестко, в этом случае насос называют жестко-лопастными, или иметь механизм регулирования угла наклона (поворота и т.п), тогда насос называют повротно-лопастным.

Рабочее колесо устанавливается на валу в корпусе, который формирует рабочую камеру.

Форма корпуса в зависимости от типа и конструкции насос может быть цилиндрической, спиралевидной, с прямыми или изогнутыми подводами. На корпусе могут быть закреплены конфузор – сужающийся патрубок, устанавливается на входе насоса, и диффузор – расширяющийся патрубок, устанавливается на выходе насоса, для преобразования скоростного напора в пьезометрический.

Одноступенчатые и многоступенчатые лопастные насосы

Одноступенчатые лопастные насосы имеют одно рабочее колесо. Напор создаваемый одним рабочим колесом ограничен. Повысить напор позволяет последовательная установка рабочих колес.

Многоступенчатые лопастные насосы имеют несколько рабочих колес, установленных последовательно на одном валу.

Насосы с односторонним и двухсторонним подводом

В насосах с односторонним подводом рабочее колесо устанавливается на валу консольно, на подшипники опирается только один конце вала, лопастной насос в этом случае называют консольным.

В насосах с двухсторонним подводом жидкость к рабочему колесу подводится с двух сторон, в этом случае вал может быть установлен на подшипники с двух сторон.

Применение лопастных насосов

Лопастные насосы применяют для перекачивания воды и других жидкостей при относительно невысоких давлениях, и больших расходах. Эти насосы применяют в системах водоснабжения, отопления, водоотведения для:

• транспортировки питьевой воды
• откачки стоков
• подачи жидкости из колодцев и скважин
• обеспечения циркуляции теплоносителя в тепловых системах
• гидротранспорта нефти и других жидкостей