Насос ОНВ описание и типы
Насос ОНВ по принципу действия является насосом объёмного действия.
Насос ОНВ является разновидностью шестеренного насоса.
Так если увеличить угол наклона зубьев насоса косозубыми шестернями, то получим насос ОНВ.
Этот тип оборудования отличается высокой надежностью, компактностью, тихой эксплуатацией, а также обладает ровной, равномерной подачей перекачиваемой жидкости.
Гидромашины винтового типа вполне можно рассматривать как машины с косозубыми шестернями. Количество зубьев в винтовом насосе уменьшено до числа заходов винтовой нарезки.
Насосы ОНВ являются машинами, которые способны работать как в режиме перекачивающего жидкость насоса, так и в режиме гидромотора.
Насос ОНВ является оборудованием, состоящим из нескольких пар закрепляющих сегментов, которые плотно посажены в расточке корпуса. Нарезка каждого винта заходит во впадину противоположного винта, в результате объем оборудования между противоположными нарезками оказывается разделённым на несколько разделённых полостей.
Это разделение зависит от того во сколько раз длина винта отличается от величины шага нарезки. Некоторая часть впадин между витками нарезки, открытая для данного положения во входящую полость, начинает заполняться перемещаемой жидкостью и при повороте винтов этих впадины отсекаются от входной полости. Жидкость при этом начинает вытесняться выступом вдоль оси в выходную камеру.
При одном обороте винта перемещаемая жидкость, которая заполняет изолированные впадины между витками, начинает перемещаться вдоль осевого направления винта, в сторону, где расположена выходная камера машины и на длину соответствующую шагу нарезки винта. Иначе говоря, эти нарезки создают изолированные полости определенные шагом винта, которые непрерывно перемещаются от входной камеры в сторону выходной камеры.
По окончании перемещения жидкости внутри замкнутой полости впадин выходной камере, нарезка винтов, которые образуют полость, выходит из зацепления.
В результате уменьшения объёма открывшейся полости, образованной впадинами винта, жидкость перемещается из неё в выходную полость.
Так как выступы витков винта в этих насосах являются своего рода поршнями, с помощью которых перемещается жидкость, то расчётная пульсация подачи в насосе обуславливается кинематикой (с полным наполнением насоса перемещаемой жидкостью и давлением равным нулю), практически отсутствует. При этом во время работы под высоким давлением можно наблюдать пульсацию подачи, которая обусловлена сжимаемостью жидкости и обратным потоком при моменте перехода до текущей рабочей камеры из полости всасывания в полость нагнетания.
Цикличность соединения этих камер с полостью нагнетания приводит к определённой пульсации давления.
Винтовые насосы, как и гидромоторы отличаются от насосного оборудования прочих типов высокой надежностью, компактными габаритами, практически бесшумной работой во время эксплуатации. Подача перемещаемого продукта винтовым насосом производится с минимальной погрешностью, равномерно, что также является преимуществом.
Насосы ОНВ выпускаются в трех исполнениях.
К первому исполнению относятся двухвинтовые насосы, ко второму исполнению относятся трехвинтовые насосы, а к третьему типу — роторные, одновинтовые насосы.
Трехвинтовые насосы
Трёхходовые насосы являются наиболее распространённым типом винтовых насосов. Этот насос состоит из трех винтовых роторов. Ротор винтовой, расположенный в середине, является ведущим, два ротора расположенные по бокам являются ведомыми.
Боковые роторы винтовые служат в качестве уплотнителей ведущего шнека, винта, своего рода замыкателей. Ведомые боковые винты вращаются под действием гидростатических сил, возникающих в результате давления жидкости на витки шнеков.
Угол подъёма винтовой линии при этом назначается так, чтобы обеспечить вращение боковых, ведомых витков боковых винтов при помощи давления рабочей жидкости.
Благодаря этому не требуется установка специальной силовой шестерни передачи, которая связывала бы ведомые винты с ведущими.
Стоит отметить, что машины с большими углами подъёма винтовой линии предназначаются для работы и в насосном оборудовании и в моторном.
Если гидромашина используется для работы в качестве насоса, то можно за счёт уменьшения угла подъёма винтовой линии нарезки винта увеличить, сохраняя общую длину винтов, число замкнутых полостей винта в зоне уплотнение машины (между полостями всасывания и наполнения).
Соответственно при этом повышается герметичность. Хотя, в этом случае возникает потребность использования специальной силовой шестеренные передачи, которая будет передавать вращательное движение ведомым винтом, и соответственно будет потеряна обратимость машины, то есть будет потеряна возможность её применения в режиме гидродвигателя.
Изолированность мест контакта винтов циклоидальным зацеплением достигается посредством соприкосновения профилей по точкам, образующим непрерывную линию, от внутреннего до наружного диаметра зацепляющих винтов. Так в сечении винтов контакт происходит во внутренней поверхности ведущего винта, и наружными поверхностями ведомых винтов разных диаметров и указанной поверхности обкатывается одной по другой.
Уплотнение между собой по всему периметру сечение винтов происходят в начале зацепления со стороны входной полости, то есть при вращении винтов этой системы уплотнений поступательно перемещается от полости входа до полости выхода. При подходе к выходной полости уплотнение раскрывается, и замкнутая камера соединяется с этой полостью. Навивка винтов обычно применяется двухзаходная.
Угол подъёма винтовой линии от 30 до 45 градусов.
Именно для динамического уравновешивания винтов в насосе винтовом выполняется двухзаходная нарезка. Передаточное отношение ведущего и ведомого шнеков выбирается равной единице.
Винт в винтовых насосах в большинстве случаев имеет циклоидальный профиль. Именно этот профиль обеспечивает более высокую герметичность в винтовых в машинах, с применением трапецеидального или прямоугольного профилей. Стоит отметить, что трехвинтовые насосы ОНВ позволяют развивать повышенную частоту вращения, достигающую 18000 оборотов в минуту. Насосы данного типа выпускаются на подачу до 15000 л в минуту с приводной мощностью до 2000 л.с. Трёхвинтовые насосы ОНВ также используются при многоступенчатом перекрытии для работы с давлением достигающие 20 МПа.
Известны случаи, когда давление в трехвинтовом насосе достигало 35 МПа.
Объёмный коэффициент полезного действия винтового насоса с тремя винтами в зависимости от подачи и прочих параметров и составляет от 0,75 до 0,95.
Расчётная подача трехвинтового насоса за один оборот ведущего винта принимается равной объёму каналов, по которым жидкость движется вдоль винтов пределах одного шага.
При расчёте трёхвинтовых насосов площадь сечения потока выбирается, опираясь на приближённые геометрические соотношения сечения винтов.
При расчёте прочих параметров трёхвинтовых насосов диаметр наружной окружности ведомых винтов выбирается в качестве отправной величины. Для того, чтобы обеспечить отделение выходной полости от входной в любом положении винтов, необходимо, исходя из требований обеспечения минимальных объемных потерь, чтобы на момент начала уплотнения винтов, когда закрытые винты начинают раскрываться в выходной полости, со стороны выходной полости образовывались соответствующие уплотнения в этот же самый момент.
Такое условие будет выполняться при длинных винтах, больших по расстоянию по оси между двумя последовательными уплотнениями винтов.
Соответственно длина винта практически для одноместного перекрытия выбирается в соответствии с равенством произведению шага винтовой нарезки на коэффициент 1,2- 1,3.
Такая длина винта минимальная. Такой длиной обеспечивается лишь одно перекрытие каналов, впадин винтов насоса.
С целью обеспечения герметичности при работе с высокими давлениями используется в конструкции несколько перекрытий.
Насос ОНВ с несколькими перекрытиями в конструкции винта называется многоступенчатым. Соответственно, чем больше рабочее давление насоса винтового, тем больше длина винта. Например, для рабочего давления равного 15 МПа, 20 МПа длина винта принимается большей, либо равной произведению шага винтовой нарезки на интервал коэффициентов 6-8.
Длина такого винта соответствует 6-8 ступеням.
Соответственно количество ступеней в винте назначается таким образом, чтобы на каждую из ступеней выпадал перепад давлений не превышающий 3 МПа. Чем больше замкнутых камер, тем меньше перелива жидкости. Это связано с тем, что перепад давления между соседними замкнутыми объёмами уменьшается.
Показатель давления в камерах будет от ступени к ступени понижаться, от выходного давления до давления всасывания на входе в насос. Именно благодаря этому факту становится возможным производить эксплуатацию насоса с высокими давлениями.
При этом запас перекрытия на каждой ступени выбирается в соответствии с произведением 0.1 на шаг винтового захода. В конструкции винтового насоса у торцов винтов предусматриваются специальные разгрузочные поршни, под которые подводят жидкость с рабочим давлением, что позволяет создавать на винтах усилия противоположные по знаку рабочим усилиям.
Это необходимо для компенсации возникающих осевых сил, неизбежно появляющихся при высоких перепадах давлениях. В конструкции винтовых насосов могут применяться несколько пар замыкателей. В самом распространенном случае количество ведомых винтов для динамического уравновешивания ведущего винта расположенного посередине, не должно быть менее двух. Так же необходимо соблюдать симметричность расположения боковых винтов относительно ведущего винта. Это необходимо для устранения поперечные составляющие давление ведущего винта на ведомый винт.
Средний винт в этом случае уравновешивается давлением жидкости в радиальном направлении. Ведомые винты, отжимаются от стенки колодцев, где они расположены.
Винты оснащаются нарезкой различного направления.
Показатель угловых скоростей винтов винтового насоса является показателем обратно пропорциональным числу заходов.
Для ликвидации возможного возникновения кавитационных явлений в зоне всасывания осевая скорость перемещаемой жидкости во впадинах винтов должна не превышать 8 м в секунду.
Двухвинтовые насосы.
В конструкцию двухвинтового насоса входят замкнутая камера, которая образовывается с помощью двух винтов, находящихся в зацеплении и неподвижная обойма.
Эти насосы в большинстве случаев выпускаются с небольшими подачами до 20- 40 литров в минуту и давлением до 10 МПа.
Однако, известны случаи, когда эти насосы применяются и при более высоких подачах.
В этих случаях насос применялся для перекачивания таких продуктов как нефть.
Двухвинтовые насосы ОНВ изготавливаются с прямоугольной резьбой, что существенно упрощает их производство. Но при этой резьбе существенно уменьшается герметичность насоса. Также при прямоугольной резьбе винты не могут быть сопряжены и они должны быть связаны друг с другом посредством зубчатой пары, которая размещается в большинстве случаев, в общем с винтами корпусе.
С целью компенсации осевых сил, которые возникают под действием крутящего момента, используется гидравлическая разгрузка.
Также как в случае с трёхвинтовыми насосами, в двухвинтовых насосах подводится рабочая жидкость к соответствующим торцам. Разгрузка достигается в том числе и за счёт применения сдвоенных винтов, первая половина которых имеет правую нарезку, а вторая левую нарезку. Связующим элементом винта насоса винтового с двумя винтами является шестеренная пара.
Одновинтовые насосы ОНВ (роторные насосы).
Жидкости с невысоким давлением перекачиваются роторными насосами, или иначе одновинтовыми насосами.
Эти насосы отличаются наибольшей простотой, в сравнении с трехвинтовыми и двухвинтовыми насосами и надежностью в эксплуатации.
В этом типе насосах присутствует одна движущаяся деталь, исполненная в виде винта, обратного ротора.
Изолированная камера одновинтового насоса образовывается ротором и стационарной обоймой. В роторном насосе подача жидкости производится без пульсаций и как следствие в данном типе винтовых насосов практически полностью отсутствует инерционные потери. Это качество насоса улучшает условия всасывания.
Роторные насосы широко используются при перекачивании загрязненных жидкостей, например при добыче нефти, из скважин, для отвода воды из угольных шахт, для перемещения патоки. Перекачивание загрязнённых жидкостей становится возможной исходя из того факта, что в местах герметизация деталей происходит не чистое скольжение, а скольжение с качением.
Не менее широко применяется насос ОНВ с одним винтом в сельском хозяйстве, а также на пастбищах и скотоводческих фермах. Роторной насос используется при рабочих давлениях до 10 кг силы на сантиметр квадратный, реже до 30 кг силы на сантиметр квадратный. Диапазон расходов варьируется от 3 до 700 л в минуту, частота вращения от 1000 до 15000 оборотов в минуту. Винт одновинтового насоса изготавливается в большинстве случаев однозаходные. Его поперечное сечение в любом месте представляет собой окружность с расчётным диаметром. Поверхность винта образуется вращением синусоиды профиля вокруг оси и одновременным перемещением вдоль оси. Исходя из этого, во время поворота ротора на 360° осевое перемещение синусоиды совпадает с шагом ротора.
Центр сечения ротора чуть смещен относительно оси симметрии. Во время вращения ротор совершает движение в прорези корпуса. Обойма это полый цилиндр с профилированной внутренней поверхностью двухзаходного винта.
Шаг поверхности винта обоймы равен удвоенному шагу ротора. Что касается поперечного сечения двухзаходной винтовой поверхности обоймы, то она представляет собой два полукруга с радиусом равным радиусу сечения винта.
Действие одновинтового насоса опирается на плотный контакт профильного винтового ротора и обоймы с корпусом. При вращении ротора между его поверхностью и внутренней винтовой поверхности обоймы возникает изолированная полость.
Величина объема полости при вращении насоса непрерывно меняется и производится постоянное вытеснение рабочей жидкости.
Во время совершения вращательного движения ротора каждое его поперечное сечение перемещается в соответствующем поперечном сечении обоймы. При этом образуются серпообразные замкнутые полости. Для каждого углового положения ротора поперечное сечение обойма — ротор попадают две замкнутые полости переменного сечения. При этом в тот момент, когда полость полностью пропадает, следующая полость имеет наибольшую площадь сечения. Подача такого насоса определяется за счёт изменения объёмов замкнутых полостей в единицу времени. Во время увеличения в объёме полости в одной стороне в ней развивается вакуум с помощью которого производится заполнение объёма рабочей жидкостью, иначе говоря происходит цикл всасывания.
В определённый момент эта полость, наполненная жидкостью, полностью изолируется и начинает перемещать жидкость к нагнетательному концу обоймы. При одном обороте жидкость в изолированном объёме транспортируется вдоль оси обоймы на показатель её шага. Для увеличения герметичности, и как следствие увеличения объёмного коэффициента полезного действия, внутреннюю поверхность обоймы покрывают небольшим слоем резины. Именно благодаря этому слою футеровки возникает упругость необходимая для обеспечения посадки ротора в обойме с некоторым натягом, до 0,5 мм.
Давление в этом случае принимается равным до 50 кг силы на сантиметр квадратный.
Наш машиностроительный завод готов поставить в адрес Вашего предприятия любой из перечисленных типов винтовых насосов.
Стоимость изготовления винтового насоса ниже рыночной.
Срок готовности к отгрузке минимален.
Будем рады оказаться полезными для вашего предприятия.
