Винтовой насос¶

Винтовой насос — это объёмный роторный гидравлический насос, в котором перекачивание жидкости осуществляется за счёт перемещения одной или нескольких винтовых (шнековых) поверхностей относительно неподвижного корпуса. Винтовые насосы относятся к классу роторно-вращательных машин и отличаются способностью создавать высокое давление при равномерной, пульсационной подаче среды.

¶Принцип действия и устройство

Работа винтового насоса основана на принципе герметичного вытеснения жидкости. Вращающийся ротор (винт) входит в зацепление с неподвижной обоймой (статором) или с парными винтами, образуя замкнутые полости. При вращении ротора эти полости последовательно перемещаются от всасывающего патрубка к нагнетательному, захватывая и проталкивая жидкость.

Существует две основные конструктивные схемы:

• Одновинтовой насос (насос типа «Мойно»): состоит из металлического винта (ротора) и эластичной резиновой обоймы (статора) с двухзаходной винтовой поверхностью. Ротор совершает планетарное движение, создавая серию герметичных карманов.
• Многовинтовой насос: содержит два или три винта (обычно один ведущий и один-два ведомых) с трохоидальным или эвольвентным профилем зубьев, заключённых в плотный корпус. Такая схема чаще используется для высоких давлений и чистых жидкостей.

Ключевыми элементами конструкции являются: корпус, ротор (винт), статор (обойма), торцевые уплотнения, подшипниковые узлы и привод (электродвигатель или редуктор).

¶Классификация и виды

По количеству рабочих органов выделяют одно-, двух- и трёхвинтовые насосы. По расположению оси вращения — горизонтальные и вертикальные. По типу перекачиваемой среды различают насосы для чистых жидкостей, абразивных суспензий, вязких и высоковязких продуктов, а также для газожидкостных смесей.

Отдельно выделяют шнековые насосы (архимедов винт), которые транспортируют жидкость по открытому жёлобу или трубе за счёт вращения шнека без создания герметичных полостей. Такие устройства не являются объёмными и используются преимущественно для перекачки воды и пульп с низким напором.

¶Характеристики и особенности

Основными техническими характеристиками винтовых насосов являются:

• Подача (производительность): от нескольких литров в час до сотен кубометров в час.
• Напор (давление): от 2–3 атмосфер у одновинтовых моделей до 100–200 атмосфер у многовинтовых.
• Частота вращения: обычно 500–3000 об/мин, для вязких сред — сниженная.
• Допустимая вязкость среды: от воды (1 сП) до битумов (свыше 100 000 сП).

К преимуществам винтовых насосов относятся: равномерная подача без пульсаций, низкий уровень шума, способность перекачивать загрязнённые и абразивные жидкости (для одновинтовых), самовсасывание, компактность. Недостатками являются относительная сложность изготовления эластичных статоров, ограниченная стойкость резины к агрессивным средам и повышенные требования к чистоте жидкости для многовинтовых моделей.

¶Применение

Винтовые насосы широко используются в различных отраслях промышленности:

• Нефтегазовая отрасль: перекачка сырой нефти, нефтешламов, буровых растворов, высоковязких продуктов.
• Пищевая промышленность: транспортировка мёда, шоколадной массы, сгущённого молока, джемов, дрожжевых суспензий.
• Химическая промышленность: дозирование реагентов, перекачка лаков, красок, смол, полимеров.
• Строительство и ЖКХ: подача бетонных смесей, штукатурных растворов, иловых осадков, сточных вод.
• Судостроение: перекачка топлива, масел, льяльных вод.
• Медицина и фармацевтика: перистальтические и винтовые насосы для дозирования вязких субстанций.

В бытовой технике винтовые насосы встречаются в системах отопления (циркуляционные насосы с винтовой парой) и в некоторых моделях кофемашин для подачи воды под давлением.

¶История

Прообразом винтового насоса считается архимедов винт, описанный ещё в III веке до н. э. Современные объёмные винтовые насосы появились в начале XX века. В 1930-х годах французский инженер Рене Мойно запатентовал конструкцию одновинтового насоса с эластичным статором, которая стала основой для целого класса оборудования. Многовинтовые насосы с циклоидальным зацеплением были разработаны в 1920–1930-х годах в Германии и СССР для нужд нефтяной промышленности. В России значительный вклад в развитие винтовых насосов внесли конструкции, применяемые для добычи высоковязкой нефти и в установках электроцентробежных насосов.

¶Интересные факты

• Одновинтовые насосы способны перекачивать среды с включениями твёрдых частиц размером до 30–40 % от диаметра рабочей камеры.
• Благодаря низкой скорости вращения (часто 100–300 об/мин) одновинтовые насосы бережно перекачивают продукты, не разрушая их структуру (например, творог или фруктовые йогурты).
• Винтовые насосы используются в системах смазки турбин и дизельных двигателей благодаря их способности создавать стабильное давление при переменной вязкости масла.

¶Источники

• Справочник «Насосы и насосные станции» под ред. В. Ф. Чебаевского.
• Каталоги и техническая документация производителей (NETZSCH, Seepex, ВНИИГидромаш).
• Учебник «Гидравлические машины» (Р. И. Этинберг, 2000).