Насосы винтовые ОНВ

Насосы винтовые ОНВ: конструкция, принцип действия и технические характеристики

Насосы типа ОНВ (объемный насос винтовой) представляют собой класс роторно-винтовых объемных насосов, предназначенных для перекачивания высоковязких, загрязненных и абразивных жидкостей, включая нефть и нефтепродукты. Их работа основана на вытеснении жидкости одним или несколькими винтовыми роторами, вращающимися в обойме со сложным профилем. Основное преимущество ОНВ — способность обеспечивать равномерный, практически пульсационный поток жидкости независимо от давления на выходе, что критически важно в технологических процессах нефтедобычи, транспортировки и на энергетических объектах.

Конструктивные особенности насосов ОНВ

Конструкция винтового насоса ОНВ является героторной. Ключевыми элементами являются статор и ротор. Статор, как правило, выполнен в виде обоймы (гильзы) из эластомера (резины), запрессованной в металлический корпус. Внутренняя поверхность статора имеет винтовую форму с количеством заходов, на единицу превышающим количество заходов ротора. Ротор — это стальной винт сложного профиля, обычно с гальваническим покрытием для повышения износостойкости. При вращении ротора в обойме между их поверхностями образуются замкнутые полости, перемещающиеся от всасывающего патрубка к нагнетательному. Герметичность полостей обеспечивается плотным прилеганием ротора к эластичному статору и рабочей жидкостью, играющей роль смазки.

По количеству винтов насосы ОНВ делятся на:

Одновинтовые (ОНВ 1): Один металлический ротор вращается внутри эластомерного статора. Наиболее распространенный тип для перекачки сред с высокой степенью загрязнения.
Двухвинтовые (ОНВ 2): Два ротора, находящиеся в зацеплении, вращаются в обойме, синхронизируются внешними шестернями. Способны работать на более высоких давлениях.
Трехвинтовые (ОНВ 3): Три ротора, центральный — ведущий, боковые — ведомые. Обеспечивают самый равномерный поток и используются для чистых, маловязких жидкостей под высоким давлением.

Принцип действия и рабочие характеристики

Принцип действия основан на изменении объема рабочих камер. Вращение ротора приводит к осевому перемещению замкнутых полостей, заполненных перекачиваемой средой. Поскольку полости изолированы, обратное течение жидкости практически исключено, что обеспечивает высокую всасывающую способность и самовсасывание (до 5-7 метров водяного столба). Подача насоса прямо пропорциональна скорости вращения ротора и практически не зависит от давления нагнетания, что является отличительной чертой объемных насосов. Ключевые зависимости описываются следующими формулами:

Теоретическая подача (Q_т): Q_т = q
n, где q — рабочий объем за один оборот, n — частота вращения ротора.
Фактическая подача (Q): Q = Q_т
η_об, где η_об — объемный КПД, учитывающий утечки через зазоры.
Потребляемая мощность (N): N = (ρ g Q H) / (η 1000), где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, Q — подача, H — напор, η — полный КПД насоса.

Материальное исполнение и область применения

Выбор материалов пары «ротор-статор» определяет химическую стойкость и износостойкость насоса. Для ротора чаще всего используется углеродистая сталь 40Х или 45 с закалкой, нержавеющая сталь 12Х18Н10Т (AISI 304/316), или с покрытиями (хром, никель). Материал статора подбирается исходя из свойств перекачиваемой среды:

Бутадиен-нитрильный каучук (NBR): Для воды, нефти, дизельного топлива, масел. Рабочая температура до +100°C.
Этилен-пропиленовый каучук (EPDM): Для горячей воды, пара, щелочей, некоторых кислот. Устойчив к старению. Рабочая температура до +120°C.

Фторкаучук (Viton/FKM): Для агрессивных химикатов, углеводородов с ароматикой, высоких температур (до +150°C).

Термопластичные полимеры (PEEK, UHMWPE): Для высокоабразивных сред.

Области применения насосов ОНВ в энергетике и смежных отраслях:

Перекачка мазута и тяжелого печного топлива на ТЭЦ и котельных.
Подача смазочных масел в системах смазки турбин и других вращающихся механизмов.
Транспортировка нефти и нефтепродуктов, в том числе с высоким содержанием парафина, мехпримесей и песка.
Перекачка химических реагентов, растворов кислот и щелочей на очистных сооружениях и химводоочистке.
Работа в составе гидроприводных систем с высоковязкими жидкостями.

Сравнительная таблица характеристик насосов ОНВ разных типов

Параметр	ОНВ 1 (одновинтовой)	ОНВ 2 (двухвинтовой)	ОНВ 3 (трехвинтовой)
Типичный диапазон подач, м³/ч	0.5 – 150	5 – 600	10 – 1000
Типичное давление нагнетания, МПа (бар)	до 2.4 (24)	до 4.0 (40)	до 10.0 (100) и выше
Вязкость перекачиваемой среды, мм²/с (сСт)	до 100 000	до 3 000	до 750
Допустимое содержание твердых частиц, %	Высокое (до 40-50%)	Среднее (до 5-10%)	Низкое (до 0.05-0.1%)
Характер потока на выходе	Беспульсационный	Практически беспульсационный	Абсолютно беспульсационный
Самовсасывающая способность	Отличная	Хорошая	Хорошая
Ключевая область применения	Загрязненные, абразивные, высоковязкие среды	Нефтепродукты, топлива, масла средней вязкости	Точная дозировка, гидропривод, топливные системы

Подбор, монтаж и эксплуатация насосов ОНВ

Правильный подбор насоса ОНВ требует анализа следующих параметров среды: вязкость, плотность, температура, химический состав, концентрация и размер абразивных частиц. На основе этих данных определяются материал статора, частота вращения (вязкие среды требуют снижения оборотов) и тип привода (обычно электродвигатель через редуктор или частотный преобразователь). Монтаж должен обеспечивать минимальную нагрузку на патрубки насоса. Обязательна установка на всасывающей линии фильтра грубой очистки (ячейка 0.5-1 мм) для защиты от крупных частиц, а на нагнетании — обратного клапана и предохранительного клапана, настроенного на давление, не превышающее максимально допустимое для насоса.

Эксплуатационные требования:

Пуск: Запрещен «сухой» пуск. Перед запуском насос должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью.
Работа: Контроль за давлением на входе (не допускать кавитации) и выходе, температурой корпуса и сальникового уплотнения.
Обслуживание: Регулярная проверка и подтяжка сальниковых уплотнений или замена торцевого уплотнения. Мониторинг износа пары «ротор-статор» по падению производительности.

Преимущества и недостатки винтовых насосов ОНВ

Преимущества:

Высокая всасывающая способность и эффект самовсасывания.
Возможность перекачивания жидкостей с крайне высокой вязкостью и большим содержанием механических примесей.
Беспульсационный, равномерный поток жидкости.
Реверсивность потока (при реверсировании вращения ротора).
Низкий уровень шума и вибраций.
Простота конструкции и относительно легкое обслуживание.

Недостатки:

Ограничение по температуре перекачиваемой среды, обусловленной материалом статора.
Чувствительность к работе «на сухую» — мгновенный выход из строя.
Сравнительно высокий износ при перекачке высокоабразивных сред, необходимость регулярной замены статора.
Ограниченное давление нагнетания у одновинтовых моделей по сравнению с поршневыми насосами.
Падение объемного КПД при работе на жидкостях с очень низкой вязкостью (например, вода) из-за увеличения внутренних утечек.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем насос ОНВ принципиально отличается от центробежного насоса?

ОНВ — насос объемного действия, где жидкость перемещается за счет изменения объема рабочих камер. Его подача мало зависит от напора, он способен создавать высокое давление даже на низких оборотах и эффективно перекачивать вязкие жидкости. Центробежный насос — динамического действия, где напор создается за счет центробежной силы. Его подача сильно зависит от напора (характеристика H-Q), он неэффективен для высоковязких сред и не обладает самовсасыванием.

Как правильно выбрать материал статора для конкретной жидкости?

Выбор основывается на таблицах химической стойкости эластомеров. Необходимо учитывать не только тип жидкости, но и ее концентрацию, температуру, наличие абразивов. Для нефтепродуктов обычно применяют NBR, для горячей воды и щелочей — EPDM, для агрессивных химикатов — FKM. При малейших сомнениях следует консультироваться с производителем насоса и проводить тесты на образцах материала.

Почему насос ОНВ теряет производительность со временем?

Основная причина — износ пары «ротор-статор», приводящий к увеличению зазоров и росту внутренних перетечек (снижение объемного КПД). Износ ускоряется при работе с абразивными средами или в режиме кавитации. Вторая возможная причина — падение частоты вращения из-за неисправности привода или увеличения вязкости продукта на всасывании.

Можно ли регулировать производительность насоса ОНВ?

Да, основным и наиболее эффективным способом является регулирование частоты вращения вала ротора с помощью частотного преобразователя (ЧП). Это позволяет плавно изменять подачу в широком диапазоне без использования дросселирующей арматуры на линии нагнетания, что экономически и энергетически целесообразно.

Какой тип уплотнения вала предпочтительнее: сальниковое или торцевое?

Сальниковое уплотнение (набивка) проще в обслуживании и ремонте, допускает незначительные подтеки, лучше подходит для абразивных сред. Торцевое механическое уплотнение (ТМУ) обеспечивает полную герметичность, не требует регулировки, но более чувствительно к чистоте перекачиваемой жидкости и ее смазывающим свойствам, а также сложнее и дороже в замене. Выбор зависит от требований к герметичности и свойств среды.

Каковы основные признаки кавитации в насосе ОНВ и как ее избежать?

Признаки: повышенный шум (треск, стук), вибрация, падение производительности и напора. Для предотвращения кавитации необходимо обеспечить достаточное давление на всасывании: минимизировать гидравлические потери во всасывающем трубопроводе (увеличить диаметр, сократить длину, уменьшить количество колен), обеспечить подпор жидкости (положительную высоту всасывания) и не превышать рекомендуемую производителем скорость вращения для данной вязкости.

Заключение

Винтовые насосы типа ОНВ являются незаменимым техническим решением для задач перекачивания сложных сред в энергетике, нефтегазовой отрасли и промышленности. Их надежность и эффективность напрямую зависят от корректного подбора под конкретные условия эксплуатации, правильного монтажа и соблюдения регламентов технического обслуживания. Понимание принципа работы, конструктивных особенностей и границ применения позволяет эксплуатирующему персоналу максимально использовать потенциал этого оборудования, минимизировать простои и затраты на ремонт, обеспечивая стабильность и безопасность технологических процессов.