Как выбрать шнековый насос для скважины: устройство, принцип работы и преимущества

Типология устройств

Винтовые скважинные насосы делятся на несколько типов.

1. Насосы из одного винта – горизонтальные насосы; тип – объёмный. Подобные устройства производятся из резинового «обруча» и однозаходного металлического винта, которые вращается в обойме. Когда происходит вращение, то между деталями появляются пространства, куда попадает вода, которую перекачивают. После попадания туда вода передвигается в полости нагнетания.
2. Насосы из двух винтов – конструкции, использующиеся, чаще всего, при морской, пресной, минеральной перекачке жидкостей.
3. Модели мазутные из двух винтов – устройства, использующиеся, в преимуществе, для перекачки мазута и другой вязкой жидкости. Отличается одинарным торцевым уплотнением, рубашкой обогрева, стальной прочной частью.
4. Насосы из трёх винтов – конструкции работают с не агрессивными жидкостями со смазывающей способностью и абразивными механическими примесями в составе. Работают в горизонтальном и вертикальном положениях.

Не редко винтовые устройства называют шнековыми, объединяя их в одно целое, делать этого не стоит, потому что устройства являются различными по типу работы. Шнековый насос также характеризуется вытесняющим действием, но он динамический, в отличие от винтового устройства.

Шнековые насосы отличаются героторной винтовой парой. Она занимается определением свойств устройства и обусловливанием механизма работы насоса. В состав винтовой пары входят статичный элемент-статор и подвижная часть – ротор.

Винтовой шнековой насос перекачивают неоднородные вещества

Винтовой шнековый насос является незаменимым для работы с разнообразными веществами разнородных характеров, и обладает достаточным количеством плюсов. На некоторых участках иногда нельзя использовать никакие другие насосные установки, кроме шнекового.

Преимущества винтового шнекового насоса таковы:

• описанные насосные устройства – самовсасывающие, им не требуется «заливка»;
• насосные системы занимаются перекачкой неоднородных веществ со смесями разнообразных веществ.

Устройство осевого насоса.

На рисунке изображен осевой насос типа ОП и обозначено:1 – лопасти; 2 – камера рабочего колеса;3 – лопасти направляющего аппарата; 4 – подвод воды для смазки нижнего подшипника;5,10 – нижняя и верхняя опоры вала; 6 – диффузор;7 – опора верхнего подшипника;8 – уплотнение вала; 9 – шток; 11 – привод механизма;12 – отвод;13 – корпус камеры рабочего колеса;14 – закладное кольцо.

Осевое колесо насоса состоит из втулки с закрепленными на ней профилированными лопастями (число лопастей принимается от 3 до 6). Внутри втулки размещается механизм разворота лопастей, состоящий из рычагов и крестовины, осевое перемещение которой приводит к повороту рычагов и лопастей.

Лопастное колесо размещается с сферической камере, установленной на закладном фундаментном кольце. Вода к рабочему колесу подводится по плавно изогнутому подводу или по камере, которая значительно проще в исполнении.

У малогабаритных насосов с камерным подводом КПД снижается на 2-3%.

К камере на фланцах присоединен корпус насоса, выполненный в виде цилиндрической трубы, изогнутой под углом. Такая форма проточной части обусловливает максимальную конструктивную простоту осевого насоса по сравнению с другими типами лопастных насосов и обеспечивает минимальные габариты насосной установки при больших подачах.

Корпус насоса состоит из диффузора и отвода, направленного у насосов основного исполнения под углом 600, а у малогабаритных насосов под углом 90 °.

На корпусе отвода установлены опора верхнего подшипника и торцевое уплотнение вала. Вал полый, внутри его проходит шток, связывающий привод механизма разворота лопастей с самим механизмом.
Опоры вала (нижний и верхний направляющие подшипники с резиновыми вкладышами) смазываются водой, подаваемой насосом.

Если содержание взвешенных частиц в перекачиваемой жидкости более 50 мг/л, то подшипники изолируют от жидкости манжетами, и вода для смазки подводится по трубам от специального источника.

Расход воды для смазки составляет 0,5 – 2 л/сек, а напор должен быть выше напора, развиваемого насосом, на 7 метров. Осевая сила и вес вращающегося ротора воспринимаются пятой электродвигателя.

Принцип действия осевого насоса.

Принцип действия осевого насоса основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим её потоком. По большому счету по такому же принципу работает и центробежный насос. Общность процессов передачи механической энергии от рабочего колеса к потоку ведет к общей области использования этих двух типов оборудования.

Различие заключается в направлении течения: если в центробежном агрегате поток жидкости имеет в области лопастного колеса радиальное направление, и поэтому создаются условия для работы центробежных сил, а в осевых насосах поток жидкости движется параллельно оси вращения лопастного колеса.

В общем случае центробежно осевой насос состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости образуется разность давлений по обе стороны каждой лопасти, а значит образуется силовое взаимодействие потока с рабочим колесом.

Силы взаимодействия лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательно движение жидкости, тем самым увеличивая ей скорость и давление, заставляя поток жидкости перемещаться по трубопроводу.

Характеристика осевого насоса.

Графическая характеристика осевого насоса несколько отличается от графической характеристики центробежного агрегата.

К особенностям характеристики осевых насосов относят:  крутое падение кривой Q-H и наличие на ней перегиба;  максимальный напор, соответствующей подаче Q=0, примерно в 1,5-2 раза превышает напор при максимальном КПД;  кривая Q-H падает при увеличении подачи;  мощность насоса достигает максимального значения при Q=0.

Исходя из указанных свойств зависимости между подачей, напором и мощностью, пуск осевого насоса производят при открытой задвижке, так как в этом случае при Н=0 он потребляет минимальную мощность.

При невозможности запуска осевого насоса на открытую задвижку необходимо предусмотреть мероприятия регулирования подачи изменением частоты вращения или применением рабочих колес с поворотными лопастями и перепуском жидкости из напорного трубопровода во всасывающий.

Видео про осевой насос.

Осевой насос предназначен для перекачивания воды с температурой не более 35 °С и содержанием взвешенных частиц не более 3000 мг/л.
Осевой насос широко применяется в ирригационных системах, на станциях первого подъема городских и производственных систем водоснабжения, а также на канализационных насосных станциях.

В дополнение к статье «Осевой насос: устройство, принцип работы, область применения.» Вам может быть интересно:

Принцип работы

Ротор агрегата представляет собой цилиндрическую деталь со спиральным желобом, похожую на винт или шнек. Он располагается внутри статора – стальной трубы с установленной внутри нее эластомерной гильзой (обоймой), в которой также имеется спиралевидный канал. Спираль ротора может иметь несколько заходов. Спираль статора всегда имеет на один заход больше.

Вдоль линии контакта между ротором и статором имеются непроницаемые для перекачиваемой среды участки, которые разделяют внутреннее пространство насоса на несколько отдельных полостей. Благодаря тому, что ротор установлен в статоре с некоторым смещением в поперечном направлении (с эксцентриситетом), при его вращении эти полости попеременно переходят то в открытое, то в закрытое состояние.

Принцип работы винтового насоса

При этом в момент открытия жидкость из предыдущей полости вытесняется выступом эластомерной обоймы в последующую. С продолжением вращения объем опорожненной полости снова увеличивается, что приводит к всасыванию ею следующей порции вещества. При этом перекачивание среды осуществляется без пульсаций, поскольку площадь сечения полостей одинакова по всей длине спирального желоба ротора.

Регулирование производительности (подачи) осуществляется путем изменения частоты вращения ротора, для чего требуется частотный привод.

Зазор между поверхностью ротора и эластомерной обоймой в силу особенностей конструкции последней является саморегулируемым: он остается постоянным независимо от давления внутри агрегата. Благодаря этому винтовой насос при небольших размерах может развивать высокий напор – до 35 МПа.

Как видно, по характеру действия ротора винтовой насос принципиально отличается от шнекового, хотя оба имеют сходное устройство.

Между линиями всаса и подачи особо мощных винтовых насосов обязательно прокладывается перемычка (байпас) с предохранительным клапаном.

Если нагнетательный трубопровод окажется засоренным либо на нем будет по ошибке закрыта задвижка, предохранительный клапан откроется, и насос будет прокачивать жидкость через байпас по замкнутому контуру. Если такую меру не предусмотреть, избыточное давление повредит детали агрегата и в первую очередь – полимерную обойму.

Особенности винтовых насосов

Винтовые или шнековые насосы конструктивно – одни из самых простых и надежных агрегатов для перекачки жидкостей. В том числе вязких и содержащих большое количество нерастворенных примесей. Поэтому они активно используются не только в системах питьевого водоснабжения, но и в пищевой, нефтяной, химической и других сферах промышленности.

Устройство и принцип работы

Основной рабочий элемент насоса – это вращающийся спиралевидный ротор, расположенный в корпусе (статоре). Между стенками статора и канавками винта образуются заполненные водой герметичные полости, которые при вращении ротора перемещаются в пространстве, проталкивая жидкость от всасывающего патрубка к нагнетательному.

Насос в разрезе

Чаще всего корпус насоса выполняется в виде цилиндра, но встречаются и конусные модели. Материалом для его изготовления служат прочные и эластичные полимеры или металл.

Производительность и давление подаваемой насосом воды зависит от количества и объема замкнутых полостей между статором и ротором.

Количество винтов в одном устройстве может варьироваться от одного до трех

Преимущества и недостатки

Среди достоинств, которыми обладают агрегаты этого типа, особо можно выделить следующие:

• Способность к самовсасыванию без предварительной заливки камеры водой;
• Высокая надежность даже в случае работы с жидкостями, в которых содержатся твердые включения (частички песка, ила);
• Отсутствие вибрации, влияющей на износ деталей насоса и заиливание скважин;
• Равномерная подача воды;
• Возможность демонтажа и ремонта своими руками, не разбирая устройство полностью. Это возможно благодаря наличию в нем самозажимных муфт;

Насос, разобранный для очистки

• Бесшумная работа;
• Возможность установки в любом положении – как вертикальном, так и горизонтальном.

Однако при покупке следует учитывать и немногочисленные отрицательные характеристики винтовых насосов, среди которых:

• Отсутствие возможности регулировать рабочий объем;
• Неспособность работать вхолостую;
• Использование в колодцах и скважинах только глубиной до 15 метров;
• Достаточно высокая цена.

https://youtube.com/watch?v=5Zf4liEej0Q

Винтовые и центробежные скважинные насосы: за и против

Отзывы многих домовладельцев говорят о том, что такие скважинные насосы являются гораздо более производительными, чем поверхностные. Однако погружные насосы могут быть двух видов: центробежные и винтовые. В первом случае речь идет об оборудовании, которое перекачивает воду за счет вращения крыльчатки.

Если рассмотреть вкратце центробежные насосы, то к их преимуществам относят высокую надежность, возможность автоматизации управления, относительно небольшие размеры, которые позволяют использовать их в разных скважинах, а также высокий КПД (до 85 %) и значительная высота всасывания.

Последний пункт означает, что такое оборудование можно монтировать в глубокий колодец. Какой насос лучше? Ответ на этот вопрос обусловлен недостатками оборудования — так, центробежный электронасос чувствителен ко многим факторам внешней среды и не всегда может обеспечить стабильную подкачку воды.

Глубина скважины, а точнее, расстояние от зеркала воды до патрубка для него также имеет значение. В то время как винтовой погружной насос нечувствителен к большинству факторов внешней среды, включая наличие в воде небольших примесей (при сильном загрязнении, естественно, никакие скважинные насосы полноценно работать не смогут).

Шнековый насос — это самая востребованная разновидность винтового насоса. Такое оборудование обладает целым рядом преимуществ: оно хорошо устанавливается на любом участке, отличается простотой эксплуатации. Ремонт зачастую можно проводить практически в полевых условиях, поскольку он связан с простой заменой деталей, а они расположены так, что для того, чтобы подобраться к ним, не нужно демонтировать всю установку.

Классический пример — демонтаж подшипника с приводного вала. Что касается не менее распространенных вариантов типа замены торцевых уплотнителей и сальников, то и для такого ремонта не нужно никакого дополнительного оборудования. Достаточно обычных слесарных инструментов, и все работы будут произведены.

Корпуса шнековых скважинных агрегатов изначально разрабатываются таким образом, чтобы располагать всасывающий патрубок можно было бы разместить как вдоль центральной оси, так и перпендикулярно ей.

Вообще конструкция всасывающего патрубка в винтовых аппаратах такого типа заслуживает особого внимания. Благодаря его работе удается предотвратить формирование илистых насосов на дне скважины и в окружающем ее водоносном слое. Именно с такой неприятностью сталкиваются при создании систем автономного водоснабжения на большинстве участков, но только шнековые агрегаты позволяют с этим бороться.

Шнековый вал — это основная рабочая часть такого оборудования. Он производится методом литья с дальнейшей высокоточной обработкой. Именно такая технология обеспечивает прочность и надежность этой детали, но к тому же она помогает избежать вибраций при работе. Отсутствие вибраций не только положительно сказывается на состоянии самой скважины, но и позволяет продлить срок эксплуатации такого оборудования.

Есть ли у шнекового варианта существенные недостатки? Обычно пользователи называют только один — не самое выгодное соотношение размера и производительности. Действительно, можно купить небольшой агрегат, предназначенный для узких скважин, и он обеспечит стабильный напор, но производительность у него будет ниже, чем у других изделий того же размера.

Мощные модели являются достаточно громоздкими. Для артезианских скважин такой вариант не подходит. Кроме того, винтовые насосы работают с высоким уровнем шума. Это объясняется особенностями их функционирования.

Принцип действия винтовых насосов основан на конструкции так называемого «архимедового винта», как принято обозначать шнековый вал, который за счет продавливания небольшого объема жидкости создает разряжающий эффект у торца всасывания. Действительно, принцип действия таких винтов известен уже давно, его впервые использовали значительно раньше, чем 100 или даже 200 лет назад.

Но, конечно, за все эти годы принцип работы такого скважинного аппарата был несколько модифицирован. Сегодня винтовые насосы считаются универсальными агрегатами, отличающимися высокой ремонтопригодностью, прочностью, надежностью, отличными эксплуатационными характеристиками. Причем используют их не только для подкачки воды. Они подходят для любых неагрессивных жидкостей, что и выделяет их на фоне остального оборудования.

Плюсы

Высокий потребительский спрос и популярность винтовых насосов обусловлены рядом неоспоримых достоинств шнековой конструкции.

• Долгий срок службы насосов достигается благодаря отсутствию трения между ротором и внутренней стороной корпуса.
• Перекачиваемая жидкость движется равномерным потоком без замедления и пульсации.
• Отсутствие шума и низкие показатели вибрации.
• Наличие защитной системы, обеспечивающей отключение устройства в случае падения уровня жидкости ниже допустимого предела.
• Отличная всасывающая способность и высокая производительность насоса позволяют производить быструю перекачку больших объемов жидкости различной степени загрязнения.

• Компактные размеры и универсальная форма делают насосы идеальными для погружения в скважины и узкие колодцы. Диаметр устройств составляет 12–15 см, что выгодно отличает винтовые агрегаты от других видов глубинной техники.
• Возможность создания состояния глубокого вакуума в резервуаре и возможность работы на любой глубине.
• Полное сохранение структуры перекачиваемой жидкости. Благодаря этому свойству винтовые модели нашли широкое применение в пищевых отраслях.
• Простота в обслуживании, небольшие размеры и вес делают насосы популярными для обустройства водопровода в загородных домах и на приусадебных участках. Агрегаты не требуют регулярного обслуживания и не нуждаются в дорогих запчастях и ремонте.
• Расположение заборных отверстий над электродвигателем обеспечивает его постоянное нахождение в воде, благодаря чему исключается перегрев устройства.

Производители

Современный рынок насосного оборудования предлагает большое количество винтовых моделей разных производителей.

• Наиболее покупаемым аппаратом российского производства является глубинный насос «Водолей». Изделие характеризуется идеальным соотношением цены и качества, и служит прекрасной альтернативой дорогим зарубежным аналогам. Единственным недостатком устройства является большой вес и не слишком надежные тросы крепления.
• Еще одним не менее достойным представителем откачивающего оборудования является модель «Спрут», также выпускаемая в России. Насос характеризуется устойчивостью к коррозии и износу, ударопрочностью деталей агрегата. Кроме того, завод оказывает услуги проведения обслуживания и гарантирует долгий срок эксплуатации своих насосов.
• Среди зарубежных производителей наиболее известны компании Gadrena, Aquatica и Werk, продукция которых отличается высочайшим качеством, удобством использования и продолжительным сроком службы.

Центробежный насос — плюсы и минусы

Основным рабочим элементом такой конструкции является вращающееся колесо или несколько колес. За счет этого происходит перемещение жидкости в нужном направлении. Центробежный насос имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы:

• Универсальность такого технического решения превосходит все ожидания. Его можно использовать в качестве поверхностного и погружного насоса. Он превосходно работает в скважине и колодце, а также способен качать воду из любого другого источника водоснабжения.
• Компактность конструкции позволяет ее использовать в стволе скважины.
• Превосходная надежность такой конструкции обусловлена ее простотой.
• Широкий спектр предлагаемых моделей.
• Большая производительность позволяет поднимать воду из глубоких артезианских скважин.

Тишина работы является очередным бонусом данного технологического решения.

Минусы:

• Транспортируемая вода должна преждевременно поддаваться жесткой фильтрации, так как наличие мелких фракций твердых частиц негативно сказываются на рабочем механизме.
• Стоимость таких конструкций является достаточно высокой.

Вышеперечисленные характеристики являются обобщенными, в каждом случае необходимо внимательно читать возможности конкретной модели.

Вихревые насосы

Конструкцией аппараты несколько похожи на центробежные, их основная рабочая камера оборудована вращающимся колесом с лопастями. Форма рабочей камеры и колёсных лопаток аппараты отличаются от центробежных. Они создают в дополнение к центробежному закручиванию воды ещё и мощную турбулентность, в результате чего, на выходе организуется мощный напор жидкости (больше в 3-9 раз, чем у центробежных). Этим достигается уменьшение количества рабочих камер без снижения напора и производительности.

Простота конструкции отразилась на цене погружного устройства. Стоимость его ниже. Такие аппараты не повредятся от попадания воздуха при откачке, поэтому их используют на производстве. Вихревые турбулентные станции применяют для перекачки дисперсионных смесей, насыщенных газами.

Недостатком является чувствительность к загрязнённости жидкости. Также, это самые быстроизнашивающиеся агрегаты (нужно заботиться о замене деталей). По этим причинам мало популярны у дачников.

Особенности конструкции

Винтовой насос для скважин состоит из цилиндрического или конического корпуса и мотора, прикрепленного к фланцу через уплотнительные шайбы. Внутри кожуха расположен рабочий вал, имеющий конфигурацию шнека.

При вращении рабочего элемента жидкость подается к выходному отверстию; герметичные уплотнения не допускают обратного стока воды. За счет этого достигается постоянство давления в системе водоснабжения и рабочей камере помпы. Производительность устройства зависит от угла закрутки шнека и частоты вращения ротора электрического двигателя.

Встречаются насосы с двигателем, интегрированным в корпус. Привод питания проходит через герметичный канал к обмоткам статора; в конструкции изделия предусматривается масляный бак для автоматической смазки подшипников шнека и ротора мотора.

Подача воды в полость насоса производится через сетчатую решетку, смонтированную вокруг корпуса шнека. Напорный штуцер позволяет подсоединить гибкий резиновый рукав, который подключается к накопительному баку системы водоснабжения.

Схематическое изображение устройства скважинного винтового насоса

Для работы насоса требуется опустить оборудование в рабочую среду; допускается применение помпы в колодцах или скважинах. При затягивании воздуха глубинный насос начинает изнашиваться; автоматика обеспечивает отключение привода шнека.

Оборудование позволяет подавать не только воду, но и перекачивать нефтепродукты или растворы, содержащие примеси агрессивных веществ (при условии применения в конструкции помпы материалов, устойчивых к воздействию химикатов).

Конструкция оборудования допускает перекачивание воды с примесями в виде песка или ила. Посторонние частицы подаются вместе с жидкостью в напорный рукав, а затем отделяются в отстойнике или при помощи фильтрующего элемента. На заборном патрубке помпы устанавливается фильтр грубой очистки, не пропускающий крупные камни или волокна водорослей. Помпа шнекового типа имеет диаметр, соответствующий размеру скважины; снижение габаритов позволяет улучшить технические характеристики оборудования.

Винтовые Насосы

Шнековое погружное устройство, работает на принципе винта Архимеда. Рабочий винт (ротор, изготовленный из стали) сложной конфигурации касается своими краями цилиндра из эластомера так, что образуются полости изменяющейся формы. Цилиндр и винт вместе называются героторной парой. В каком бы положении ни находился ротор, суммарный объём полостей камеры одинаков. При вращении винта к выходному патрубку движется вода, находящаяся в полостях, образованных героторной парой. Вода поступает в магистраль равномерно, и напор на выходе постоянен. Механизм этой модификации может перекачивать различные по вязкости жидкости. Образцы средней цены с производительностью 1500-2000 л/час способны создавать напор 40-60 м.

Достоинством является нечувствительность к скачкам напряжения (при работе стабилизатор не используется).

Среди главных недостатков устройства этого типа — большое количество участков трения, образующихся в камере при работе. Система очень чувствительна к загрязнению воды. Попадающий песок является абразивом. Детали быстро изнашиваются, и нужно заменять героторную пару. Этот тип насосов популярным не является, хотя и подходит для водных скважин. Нет также данных о сроке службы, поскольку насосная модификация этого типа нова на рынке.