Винтовой насос

Эксцентриковый шнековый насос представляет собой тип поршневого насоса и также известен как шнековый насос , шнековый насос , эксцентриковый винтовой насос или шнековый насос . Он перекачивает жидкость посредством прохождения через насос последовательности небольших дискретных полостей фиксированной формы при его ротора вращении . Это приводит к тому, что объемный расход становится пропорциональным скорости вращения (в двух направлениях) и к низкие уровни сдвига перекачиваемой жидкости применяются .

Эти насосы применяются для дозирования жидкости и перекачивания вязких или чувствительных к сдвигу материалов. Полости сужаются к концам и перекрываются. Поскольку одна полость уменьшается, другая увеличивается, величина чистого потока имеет минимальное изменение, поскольку общее смещение одинаково. Такая конструкция обеспечивает поток практически без пульса.

Обычно оборудование упоминается по конкретному производителю или названию продукта. Следовательно, названия могут варьироваться от отрасли к отрасли и даже в зависимости от региона; примеры включают: Муано (в честь изобретателя Рене Муано ). Первоначальные 4 лицензии на производство были выданы; Насос MOYNO [Америка], насос Mono [Великобритания, Европа], Gardier [Бельгия] и PCM.

Ротор и статор с прогрессирующей полостью также могут действовать как двигатель ( забойный двигатель ), когда жидкость прокачивается через его внутреннюю часть. Область применения включает наклонно-направленное бурение скважин.

Теория

Винтовой ротор и два универсальных шарнира приводного механизма.

Насос с прогрессивной полостью обычно состоит из винтового ротора и двойной спирали, длина которой в два раза превышает длину волны винтового отверстия в статоре. Ротор плотно прилегает к статору во время его вращения, образуя между ними набор полостей фиксированного размера. Полости движутся при вращении ротора, но их форма и объем не изменяются. Перекачиваемый материал перемещается внутри полостей. ^[1]

Принцип этой техники накачки часто понимают неправильно. Часто полагают, что это происходит из-за динамического эффекта, вызванного сопротивлением или трением о движущиеся зубья винтового ротора. На самом деле это связано с герметичными полостями, как у поршневого насоса , и поэтому имеет аналогичные эксплуатационные характеристики, например, способность перекачивать при чрезвычайно низких скоростях, даже при высоком давлении, что показывает, что эффект является чисто положительным вытеснением. Ротор «поднимается» по внутренней полости по орбите (см. насос ).

При достаточно высоком давлении скользящие уплотнения между полостями будут пропускать некоторое количество жидкости, а не перекачивать ее, поэтому при перекачивании под высоким давлением более эффективным является более длинный насос с большим количеством полостей, поскольку каждому уплотнению приходится иметь дело только с разницей давления между соседними полостями. Конструкция насоса начинается с двух (трех) полостей на ступень. Количество стадий (на данный момент до 24) ограничено только возможностью обработки оснастки.

Когда ротор вращается, он катится/ползет по внутренней поверхности отверстия. Движение ротора такое же, как и сателлитов системы планетарных передач . Поскольку ротор одновременно вращается и перемещается, совместное движение эксцентрично установленного приводного вала имеет форму гипоциклоиды . В типичном случае односпирального ротора и двухспирального статора гипоциклоида представляет собой просто прямую линию. Ротор должен приводиться в движение через набор универсальных шарниров или других механизмов, допускающих эксцентриситет. ^[2]

Ротор имеет форму, похожую на штопор , и это в сочетании со смещенным от центра вращательным движением приводит к альтернативному названию: эксцентриковый винтовой насос.

Существуют различные формы ротора и соотношения шага ротора и статора, но их особенность заключается в том, что они обычно не обеспечивают полную герметизацию, что снижает линейность давления и расхода на низких скоростях, но улучшает фактический расход для данного размера насоса и/или способность насоса перекачивать твердые частицы. ^{[ нужна ссылка ]}

Операция

В работе винтовые насосы по своей сути представляют собой насосы с фиксированным расходом, такие как поршневые насосы и перистальтические насосы , и этот тип насоса требует принципиально иного понимания, чем типы насосов, с которыми люди чаще знакомятся, а именно те, которые можно представить себе как как создание давления. Это может привести к ошибочному предположению, что скорость потока всех насосов можно регулировать с помощью клапана, прикрепленного к их выпуску, но для этого типа насоса это предположение является проблемой, поскольку такой клапан практически не будет влиять на скорость потока. и полное его закрытие приведет к созданию очень высокого давления. Чтобы предотвратить это, насосы часто оснащаются отключающими реле давления, разрывными дисками (намеренно слабыми и легко заменяемыми) или байпасной трубой, которая позволяет переменному количеству жидкости возвращаться во входное отверстие. При установке байпаса насос с фиксированным расходом эффективно преобразуется в насос с фиксированным давлением.

В точках, где ротор касается статора, поверхности обычно движутся поперечно, поэтому возникают небольшие участки скользящего контакта. Эти участки необходимо смазывать перекачиваемой жидкостью ( гидродинамическая смазка ). Это может означать, что для запуска требуется больший крутящий момент , и если позволить ему работать без жидкости, что называется «сухим ходом», это может привести к быстрому износу статора.

В то время как винтовые насосы обеспечивают длительный срок службы и надежную работу при транспортировке густых или комковатых жидкостей, абразивные жидкости значительно сокращают срок службы статора. Однако суспензии (частицы в среде) можно надежно перекачивать, если среда достаточно вязкая, чтобы поддерживать смазочный слой вокруг частиц и тем самым защищать статор.

Типовой дизайн

В конкретных конструкциях ротор насоса изготовлен из стали, покрытой гладкой твердой поверхностью, обычно хромированной , а корпус ( статор ) изготовлен из формованного эластомера внутри металлического трубчатого корпуса. Эластомерный сердечник статора образует необходимые сложные полости. Ротор удерживается на внутренней поверхности статора наклонными рычагами, подшипники (погруженные в жидкость), позволяющие ему катиться по внутренней поверхности (неприводной). Эластомер используется в статоре для упрощения создания сложной внутренней формы, создаваемой посредством литья , что также улучшает качество и долговечность уплотнений за счет постепенного набухания из-за поглощения воды и/или других распространенных компонентов перекачиваемых жидкостей. Таким образом, необходимо учитывать совместимость эластомера и перекачиваемой жидкости.

Две распространенные конструкции статора — «равностенные» и «неравностенные». Последний, имея большую толщину стенок эластомера на вершинах, позволяет проходить твердым частицам большего размера из-за его повышенной способности деформироваться под давлением. Первые имеют постоянную толщину стенок из эластомера и поэтому превосходят их по большинству других аспектов, таких как давление на ступень, точность, теплопередача, износ и вес. Они дороже из-за сложной формы внешней трубки.

История

В 1930 году Рене Муано , пионер авиации, изобретая компрессор для реактивных двигателей, обнаружил, что этот принцип может работать и в качестве насосной системы. Парижский университет присвоил Рене Муано степень доктора наук за диссертацию на тему «Новый капсулизм». Его новаторская диссертация заложила основу для шнекового насоса.

Типичные области применения

Перекачивание еды и питья
Перекачка нефти
угольного шлама Перекачка
сточных вод и осадка Перекачка
Вязкая химическая перекачка
Проверка ливневых потоков
Забойные двигатели при наклонно-направленном бурении нефтяных месторождений (оно меняет процесс, превращая гидравлическую энергию в механическую)
Перекачивание скважинной воды с ограниченной энергией

Конкретное использование

Перекачка раствора или цемента
Перекачка смазочного масла
Перекачка судового дизельного топлива
Перекачка шлама для горнодобывающей промышленности
Нефтепромысловые буровые двигатели

Ссылки

^ Волк, Майкл В. (2014). Характеристики и применение насосов (3-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 22–23. ISBN 9781466563087 . Проверено 19 декабря 2022 г.
^ «Насосная технология PCM Moineau» . Проверено 19 декабря 2022 г.

Внешние ссылки

Системы винтовых насосов (PCP) — Статья Общества инженеров-нефтяников PetroWiki
Винтовые насосы - Искусственная добыча нефтяных скважин - Основополагающий учебник Анри Шоле и Кристиана Виттриша
Винтовые насосы — описание технологии и принципа винтовых насосов от одного из крупнейших в мире производителей PCP.
Системы винтовых насосов для механизированной добычи. Часть 1. Насосы . ISO 15136-1:2009 Нефтяная и газовая промышленность.
Винтовые насосы . Краткое описание работы насоса от Продовольственной и сельскохозяйственной организации.

[1] Волк, Майкл В. (2014). Характеристики и применение насосов (3-е изд.). ЦРК Пресс. стр. 22–23. ISBN 9781466563087 . Проверено 19 декабря 2022 г.

[2] «Насосная технология PCM Moineau» . Проверено 19 декабря 2022 г.

[1]

[2]