Насосы винтовые самовсасывающие

Насосы винтовые самовсасывающие: принцип действия, конструкция и применение в энергетике

Винтовые самовсасывающие насосы представляют собой класс объемных роторных насосов, в которых создание потока и напора рабочей среды осуществляется за счет вытеснения жидкости вращающимся однозаходным металлическим ротором (винтом) внутри двухзаходной эластомерной статорной обкладки. Ключевая особенность — способность к самовсасыванию, то есть к удалению воздуха из всасывающей магистрали и созданию разрежения, необходимого для подъема жидкости с глубины без необходимости предварительного заполнения корпуса насоса. Эта характеристика делает их незаменимыми для множества задач, где требуется надежная работа с переменным уровнем жидкости или при наличии газовых включений.

Принцип работы и конструктивные особенности

Рабочий узел насоса состоит из металлического ротора с винтовой нарезкой и эластичного статора, внутренняя полость которого имеет винтовую форму с шагом, в два раза превышающим шаг ротора. При вращении ротора внутри статора образуются изолированные полости, перемещающиеся от всасывающего патрубка к нагнетательному. Герметичность между полостями обеспечивается за счет упругой деформации статора и создаваемого в нем контакта с поверхностью ротора. Самовсасывающая способность достигается благодаря тому, что при наличии воздуха в корпусе вращающийся узел создает разрежение на входе, вытесняя воздух в нагнетательную линию. Как только жидкость достигает рабочей камеры, насос переходит в штатный режим перекачки с высокой эффективностью.

Основные конструктивные элементы винтового самовсасывающего насоса:

• Ротор (винт): Изготавливается из высокопрочной стали, часто с хромированным или азотированным покрытием для повышения износостойкости. Имеет эксцентричную траекторию движения.
• Статор: Представляет собой металлическую гильзу с внутренней обкладкой из эластомера (чаще всего NBR, EPDM, FKM). Материал обкладки выбирается исходя из характеристик перекачиваемой среды (агрессивность, абразивность, температура).
• Карданный вал или шарнирное соединение: Передает вращение от привода ротору, компенсируя его эксцентричное движение.
• Всасывающий и нагнетательный патрубки: Расположены, как правило, в торцевой части корпуса.
• Привод: Электродвигатель, соединенный с насосным узлом через редуктор или напрямую (моноблочная конструкция).

Ключевые технические характеристики и параметры выбора

Выбор насоса для конкретной технологической задачи требует анализа взаимосвязанных параметров. Основные из них представлены в таблице.

Параметр	Описание и единицы измерения	Влияние на выбор и эксплуатацию
Подача (Q)	Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (м³/ч, л/мин).	Определяет производительность системы. Зависит от частоты вращения и размеров рабочей пары (диаметра ротора).
Напор (H)	Энергия, сообщаемая единице массы жидкости, выраженная в метрах водяного столба (м).	Суммарное сопротивление системы (геодезическая высота + потери в трубопроводе). Винтовые насосы обеспечивают высокий напор при низких подачах.
Высота самовсасывания	Максимальная геометрическая высота (в метрах), с которой насос способен поднять жидкость в сухом режиме (при пустом корпусе).	Обычно составляет 4-8 метров вод. ст. в зависимости от модели и состояния уплотнений. Критичный параметр для колодцев, цистерн, дренажных систем.
Частота вращения	Скорость вращения ротора (об/мин).	Низкооборотные модели (до 500 об/мин) применяются для абразивных и высоковязких сред. Высокооборотные (до 1500 об/мин и более) — для низковязких жидкостей с высокой производительностью.
Допустимая вязкость	Максимальная вязкость перекачиваемой среды (сСт, мПа·с).	Винтовые насосы эффективно работают с вязкостью от 1 до 100 000 сСт и более. Рост вязкости требует снижения частоты вращения и увеличения мощности привода.
Рабочее давление	Максимальное давление на выходе из насоса (бар).	Определяется прочностью корпуса и крутящим моментом привода. Типовой диапазон — до 24-48 бар.
Материал исполнения	Материал корпуса, ротора и тип эластомера статора.	Чугун, нержавеющая сталь (AISI 304, 316), дуплексные стали. Эластомер: NBR (масла, вода), EPDM (пар, горячая вода, щелочи), FKM (топливо, кислоты, высокие температуры).

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Винтовые самовсасывающие насосы нашли широкое применение благодаря своей универсальности и надежности.

• Топливно-энергетический комплекс: Перекачка дизельного топлива, мазута, светлых нефтепродуктов, сырой нефти, конденсата. Заправка и осушение топливных емкостей, подача топлива в котлы ТЭЦ.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Работа с агрессивными средами, полимерами, смолами, растворителями, суспензиями. Критична химическая стойкость материала статора.
• Водоподготовка и очистные сооружения: Перекачка коагулянтов, флокулянтов, известкового молока, шламов, илов. Самовсасывание упрощает работу с цистернами реагентов.
• Судостроение и портовая инфраструктура: Осушение трюмов, перекачка балластных вод, нефтесодержащих вод, вязких грузов.
• Промышленная эксплуатация зданий: Откачка дренажных вод из котлованов, колодцев, ливневых коллекторов.

Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Высокая самовсасывающая способность, работа на «сухую» в течение ограниченного времени.
• Возможность перекачивания жидкостей с высокой вязкостью, абразивными включениями и высоким содержанием газа.
• Независимость напора от подачи (характеристика близка к вертикальной), что позволяет поддерживать стабильное давление при изменении сопротивления сети.
• Низкий уровень пульсаций и кавитационной опасности по сравнению с поршневыми насосами.
• Реверсивность потока (при изменении направления вращения).

Ограничения:

• Ограниченная температура перекачиваемой среды (определяется стойкостью эластомера статора, обычно до +120°C для специальных марок FKM).
• Чувствительность к «сухому ходу» в длительном режиме. Отсутствие жидкости приводит к перегреву и ускоренному износу статорной обкладки.
• Более высокие требования к чистоте перекачиваемой среды по сравнению с центробежными насосами (при наличии крупных абразивных частиц требуется установка фильтров).
• Относительно высокая стоимость ремонтных комплектов (статор, ротор).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж — залог долговечной работы. Всасывающая линия должна быть по возможности короткой, герметичной и иметь обратный клапан для удержания жидкости при остановке. Диаметр всасывающего трубопровода не должен быть меньше диаметра патрубка насоса. Насос должен быть установлен как можно ближе к источнику жидкости для минимизации потерь на всасывании. При работе с абразивными средами рекомендуется установка фильтра грубой очистки на всасывающей линии.

Эксплуатация требует контроля за:

• Рабочими параметрами (давление, температура на выходе).
• Отсутствием вибрации и посторонних шумов.
• Состоянием сальникового или торцевого уплотнения (предотвращение утечек).

Техническое обслуживание в основном сводится к периодической проверке и замене рабочей пары (ротор-статор) при падении производительности и напора. Ресурс пары зависит от условий работы и может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч часов.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем винтовой самовсасывающий насос принципиально отличается от центробежного самовсасывающего?

Центробежный самовсасывающий насос создает разрежение за счет специальной конструкции улитки и наличия жидкости в корпусе, которая образует газожидкостную смесь. Он эффективен для низковязких сред (вода, легкие нефтепродукты). Винтовой насос — объемный, он механически вытесняет среду, что позволяет ему работать с высоковязкими, неоднородными жидкостями и обеспечивает постоянную подачу независимо от давления, но при меньших производительностях по сравнению с центробежными аналогами.

Как правильно подобрать материал статорной обкладки?

Выбор основывается на химической совместимости, температуре и абразивности среды. Для воды, сточных вод, слабых щелочей подходит EPDM. Для дизельного топлива, масел, смазочно-охлаждающих жидкостей — NBR (нитрил). Для агрессивных химикатов, кислот, растворителей, сред с высокой температурой — FKM (витон). Для абразивных сред (шламы, пульпы) используются износостойкие марки полиуретана или специальной резины.

Можно ли регулировать производительность винтового насоса?

Да, основным методом регулирования является изменение частоты вращения вала с помощью частотного преобразователя (ЧП). Это позволяет плавно изменять подачу в широком диапазоне, избегая гидроударов и излишнего износа. Дросселирование на выходе также возможно, но менее экономично и может привести к перегрузке привода.

Что означает «сухой ход» и чем он опасен для насоса?

«Сухой ход» — это работа насоса без перекачиваемой жидкости. В винтовых насосах жидкость выполняет функцию смазки и охлаждения пары трения ротор-статор. При ее отсутствии эластомер статора быстро перегревается, теряет эластичность, происходит его «сваривание» с ротором и разрушение. Даже кратковременная работа всухую (более 30-60 секунд) может привести к выходу узла из строя. Для защиты обязательна установка датчиков давления или протока на выходе, реле уровня в емкости.

Какой привод рекомендуется для насосов, перекачивающих высоковязкие жидкости?

Для высоковязких сред (свыше 1000 сСт) требуется значительный крутящий момент на валу, особенно в момент пуска. Рекомендуется использовать мотор-редуктор с пониженной выходной частотой вращения (200-400 об/мин) или электродвигатель стандартной частоты с плавным пуском (частотным преобразователем). Это предотвратит перегрузку по току и обеспечит стабильную работу.

Каковы признаки износа рабочей пары ротор-статор?

• Снижение производительности (подачи) при неизменной частоте вращения.
• Падение развиваемого давления (напора).
• Увеличение потребляемого тока электродвигателя из-за проскальзывания среды.
• Появление вибрации или нехарактерного шума.
• Внешние утечки через уплотнения, вызванные повышением давления в зоне изношенного статора.

Заключение

Винтовые самовсасывающие насосы являются высокоэффективным техническим решением для широкого спектра задач в энергетике, нефтегазовом секторе, химической промышленности и ЖКХ. Их ключевые преимущества — надежная самовсасывающая способность, работа с высоковязкими, загрязненными и газосодержащими средами, а также стабильность напора. Успешная эксплуатация напрямую зависит от корректного подбора насоса по параметрам (вязкость, химическая агрессивность среды, требуемые Q и H), правильного выбора материалов проточной части, грамотного монтажа и соблюдения правил эксплуатации, главным из которых является недопущение работы в режиме «сухого хода». Понимание принципов работы и конструктивных особенностей данного оборудования позволяет инженерно-техническому персоналу максимально эффективно интегрировать его в технологические процессы, обеспечивая их бесперебойность и экономическую эффективность.