Эксцентриковый винтовой насос, принцип работы и особенности конструкции | Полное руководство

Почему операторы очистных сооружений, бумажные фабрики и буровые подрядчики продолжают выбирать насосы, основной изнашиваемой частью которых является резиновая втулка? Потому что принцип работы и особенности конструкции эксцентрикового винтового насоса обеспечивают то, с чем могут сравниться немногие машины: равномерную, без пульсаций перекачку вязких, абразивных и чувствительных к сдвигу сред с потоком, который фиксируется геометрией, а не сопротивлением системы. Как только вы поймете, как спиральный металлический ротор и упругий статор создают герметичные полости, которые переносят жидкость от всасывания к выпуску, каждая позиция в предложении — количество ступеней, эластомер, номинальная скорость, тип привода — становится рациональным компромиссом, а не игрой в угадайку.

В этом руководстве шаг за шагом объясняется принцип работы, рассматривается каждая конструктивная особенность, влияющая на производительность, сравнивается семейство насосов с центробежными и другими альтернативами объемного типа, а завершаются разделы «Применение», «Выбор», «Техническое обслуживание» и «Часто задаваемые вопросы», основанные на заводском опыте, а не на языке каталога.

В основе статьи лежит перспектива работающего производителя. Meijia Pump, производитель одновинтовых насосов и поставщик запасных частей, базирующийся в Цзинцзяне, провинция Цзянсу, Китай, потратил более двенадцати лет на производство полных серий винтовых насосов - типов G, H, K, P, S, T и W, типа B с прямым подключением и агрегатов, устанавливаемых на грузовиках - наряду со статорами, роторами и удлинительными валами, поставляемыми пользователям практически всех конструкций насосов, представленных на рынке. Более тысячи завершенных проектов в области очистки воды, химической переработки, производства бумаги и целлюлозы, пищевой и фармацевтической промышленности, нефтехимического обслуживания и энергетики представлены в практических заметках ниже, и одна и та же команда инженеров поддерживает оптовых торговцев, подрядчиков проектов и покупателей одиночных насосов.

Что такое эксцентриковый винтовой насос?

Эксцентриковый винтовой насос, также продаваемый как винтовой насос, одновинтовой насос или насос с винтовым ротором, представляет собой ротационный насос объемного типа, и каждое слово в этой классификации имеет значение. Вращение означает, что рабочие части вращаются непрерывно, поэтому подача происходит плавно, а не пульсирует, как поршень. Положительное смещение означает, что машина перемещает фиксированный объем за каждый оборот, независимо от того, что требует от нее выпускной трубопровод. Эксцентрик описывает геометрию, лежащую в основе конструкции: ротор вращается вокруг своей оси, в то время как эта ось одновременно вращается вокруг центральной линии насоса. Этот принцип был запатентован в начале 1930-х годов французским инженером Рене Муано, и та же геометрия до сих пор определяет каждую современную машину, построенную на ее основе.

Два компонента создают все действие накачки, и понимание их роли облегчает последующее обсуждение дизайна.

Поскольку у ротора одно начало спирали, а у статора — два, детали никогда не сцепляются друг с другом, как болт в гайке. Вместо этого они соприкасаются вдоль линий уплотнения и скользят мимо друг друга с контролируемым натягом, при этом не требуется никакого динамического механического уплотнения для поддержания давления между ступенями, никаких клапанов для регулирования потока и никаких шестерен, зацепляющихся внутри среды. Геометрия делает все, поэтому машина содержит так мало деталей, работает тихо и не допускает загрязнений, которые могут разрушить альтернативы, изготовленные с высокой точностью.

Объяснение принципа работы эксцентрикового винтового насоса

От винта и гайки до герметичных полостей

Самый ясный способ изобразить принцип — это винт и гайка. Если винт вращается, а его гайка не может вращаться вместе с ним, гайка может двигаться только в одном направлении: в осевом направлении вдоль резьбы. Внутри насоса жидкость играет роль этой гайки. Он не может вращаться вместе с ротором, поэтому вращение преобразуется в осевую транспортировку. Отличие от обычной резьбы в том, что резьба здесь образована совместно металлическим ротором и упругим статором, а поскольку стенки статора изгибаются, резьба представляет собой не открытую канавку, а цепочку закрытых карманов.

Как герметичные полости переносят жидкость

В любой момент взаимодействие ротора и статора делит длину насоса на чередующиеся герметичные полости и уплотнительные линии. Когда ротор вращается, каждая полость сохраняет свой объем и форму, плавно скользя от всасывающей камеры к нагнетательной камере, что и послужило источником названия шнековый насос. Карман с жидкостью никогда не сжимается, не измельчается и не ускоряется; его просто переносят. Вот почему хрупкие среды, такие как флокулированный осадок, молочный творог или растворы полимеров, поступают с неповрежденной структурой. Поскольку объем полости фиксируется геометрией, расход прямо пропорционален скорости: удвойте обороты, и вы удвоите расход, независимо от того, какое давление нагнетания находится в пределах номинальных характеристик насоса. Соотношение, обычно используемое при предварительном определении размеров, предполагает, что рабочий объем на оборот примерно в четыре раза превышает эксцентриситет, умноженный на большой диаметр ротора и умноженный на шаг ротора - напоминание о том, что поток является чисто геометрической величиной.

Эксцентричное движение и приводной шарнир

Ротор должен вращаться и вращаться одновременно, а жесткий вал не может выполнять оба движения одновременно. Соединительная тяга с универсальными шарнирами или гибкий вал в компактных конструкциях соединяют приводной конец с ротором и поглощают орбитальное перемещение. Качество соединения — это настоящая конструктивная особенность, которую стоит проверить перед покупкой: правильно подобранное штифтовое соединение с защищенным, заполненным смазкой чехлом работает годами, а соединение меньшего размера становится второй горячей точкой обслуживания после самого статора.

Почему поток плавный и давление держится

Несколько полостей всегда открываются в сторону всасывания, тогда как другие открываются в сторону нагнетания, а поскольку объем полости никогда не меняется при транспортировке, практически нет пульсации, ускорения и очень мало вибрации. Допустимое давление достигается за счет каскадных ступеней: каждый полный шаг статора образует одну ступень, и каждая ступень выдерживает примерно 0,6 МПа, или около шести бар, перепада давления. Таким образом, трехступенчатая машина выполняет типичные муниципальные задачи, а пять или шесть ступеней обслуживают промышленную циркуляцию с высоким напором. Когда давление в системе повышается, контролируемый обратный поток, называемый проскальзыванием, течет обратно через линии уплотнения, поэтому поток падает плавно и предсказуемо, а не разрушается, и насос сообщает о своем состоянии износа через измеримые характеристики задолго до внезапного отказа.

Поведение всасывания, самовсасывание и запуск

После смачивания насосных элементов принцип прогрессивной полости становится самовсасывающим и поднимает жидкость через короткую линию всасывания с умеренными требованиями к чистой положительной высоте всасывания, поскольку полости открываются медленно и плавно. Для самого первого запуска насос еще необходимо залить, а для вязких сред следует залить сторону всасывания, поскольку голодные полости работают полупустыми и сухие участки внутри них перегревают эластомер. Процедура запуска также вытекает из природы объемного вытеснения: полностью откройте всасывающий клапан, убедитесь, что насос заполнен жидкостью, начните с открытого нагнетательного канала или предохранительного клапана и никогда не останавливайте насос, потому что машина, которая перемещает фиксированный объем за оборот, мгновенно создаст давление против закрытого клапана. При остановке работы с средами, которые могут схватываться или высыхать (суспензии, крахмалы, некоторые пищевые продукты), короткая промывка не позволяет следующему запуску превратиться в измельчение.

Ключевые особенности конструкции, определяющие производительность эксцентриковых винтовых насосов

После установления принципа конструктивные особенности можно рассматривать как целенаправленные инженерные решения эксплуатационных проблем. Четыре области заслуживают самого пристального внимания, когда на ваш стол попадают предложения любого производителя эксцентриковых винтовых насосов.

Геометрия винтового ротора и качество поверхности

Шаг ротора, большой и меньший диаметры, а также эксцентриситет определяют объем полости и, следовательно, расход на оборот, а качество поверхности и твердость определяют, как долго сохраняется посадка с натягом. Качественные роторы обрабатываются с жесткими допусками, шлифуются и покрываются твердым хромом или аналогичным покрытием; шероховатый или недостаточно закаленный ротор прогрызет статор в течение нескольких месяцев при абразивной работе. При заказе сменного ротора запросите у поставщика сертификаты на материалы и данные покрытия. Известные производители предоставляют и то, и другое в стандартной комплектации, и даже нежелание делать это само по себе является полезной информацией для приобретения.

Эластомер статора: наиболее важный выбор

Резина статора действует одновременно как гидравлический компонент, уплотнение и изнашиваемая деталь, поэтому состав должен соответствовать рабочей среде. Набухание в неправильном растворителе, размягчение при нагревании и истирание твердыми частицами разрушают посадку с натягом в разных направлениях, и ни одна резина не выдерживает всех трех. В таблице ниже приведены общие отправные точки.

Твердость и остаточная деформация при сжатии имеют такое же значение, как и базовый полимер. Слишком мягкий статор проскальзывает под давлением; слишком твердый теряет свою герметичность и скрежетает при каждом запуске. Именно здесь лаборатория производителя резины становится аргументом при покупке: Meijia Pump разрабатывает свои собственные рецептуры резины и адаптирует их к средам клиента, будь то более твердая, устойчивая к истиранию смесь для песчаных буровых растворов, смесь, контактирующая с пищевыми продуктами для гигиенических трубопроводов, или термостойкая смесь для циркуляции горячих химикатов. Отношение к статору как к специально разработанному расходному материалу, а не как к элементу каталога одного размера, является одним из самых простых способов продлить интервалы замены и стабилизировать стоимость срока службы.

Изготовленные на заказ резиновые статоры для винтовых насосов Meijia Pump производит статоры с резиновыми составами собственного производства, адаптированными к рабочей среде, от устойчивых к истиранию до резиновых смесей, контактирующих с пищевыми продуктами. Хорошо подобранный состав статора продлевает интервалы замены и сохраняет стабильные затраты в течение всего срока службы. Посмотреть продукт →

Ступени, линии уплотнения и номинальное давление

Каждая ступень статора выдерживает перепад давления примерно в шесть бар, что делает счет ступени основным рычагом давления. Установка на одну ступень больше, чем строгий минимум, обеспечивает запас по износу: по мере износа резины перепад давления на каждой линии уплотнения возрастает, и насос с запасной ступенью сохраняет свою рабочую точку еще долгое время после того, как агрегат с малыми размерами отстает. В записях послепродажного обслуживания недостаточное количество ступеней является одной из наиболее частых причин преждевременной замены статора, поскольку насосу приходится работать в течение всего срока службы на максимальном уровне, установленном для каждой ступени.

Уплотнения вала и подшипниковые узлы

Между средой и приводной стороной находится уплотнение вала, и правильный выбор учитывает опасность. Сальниковая набивка экономична, регулируема и устойчива к твердым частицам, поэтому подходит для работы с осадком и шламом. Одинарные или двойные механические уплотнения подходят для летучих, токсичных или кристаллизующихся сред, где утечка недопустима, а планы промывки обеспечивают чистоту поверхностей уплотнения. В спаренных конструкциях корпус внешнего подшипника воспринимает радиальные и гидравлические нагрузки так, что они никогда не достигают приводного шарнира, что является еще одной причиной того, что спаренная конфигурация доминирует в тяжелых условиях непрерывной эксплуатации.

Схема привода: спаренная или с прямым подключением

То, как двигатель соединяется с ротором, влияет как на занимаемую площадь, так и на удобство обслуживания, и большинство серий предлагаются в одном из двух вариантов.

Статор с одинаковой толщиной стенок: особенность современного дизайна, о которой стоит спросить

Традиционные статоры формируют толстые резиновые крылья на стальной трубке, в результате чего резиновая стенка становится толстой в верхней части каждой полости и тонкой вблизи линии соединения. Неровные стены затвердевают неравномерно, неравномерно отдают гистерезисное тепло и неравномерно набухают при воздействии на них среды, поэтому посадка с натягом отклоняется от расчетного значения с первого дня эксплуатации. Конструкция с одинаковой толщиной стенок удерживает слой резины на одинаковой глубине по всему профилю полости, что устраняет проблему в корне.

В процессе эксплуатации это дает три измеримых преимущества. Во-первых, линии уплотнения выдерживают предполагаемое натяжение на протяжении большей части срока службы статора, сохраняя поток и уменьшая скольжение. Во-вторых, тепло уходит симметрично, что снижает риск локального перегрева, который превращает резину в растрескивающуюся недолговечную смесь. В-третьих, улучшается размерная стабильность, поэтому насос выдерживает прерывистую работу, температурные циклы и частые запуски без отклонений посадки от спецификации.

Винтовые насосы статора с одинаковой толщиной стенок Статоры с одинаковой толщиной стенок дольше сохраняют герметичность, симметрично рассеивают тепло и улучшают стабильность размеров. Для абразивных или чувствительных к температуре условий эксплуатации такая конструкция увеличивает интервал замены наиболее изнашиваемой детали. Посмотреть продукт →

Для групп по закупкам, сравнивающих расценки на абразивные или чувствительные к температуре работы, конструкция с одинаковой толщиной стенок является особенностью, заслуживающей небольшой надбавки, поскольку она напрямую увеличивает интервал замены наиболее часто потребляемой детали насоса. Подробное техническое сравнение этой конструкции с традиционной конструкцией статора доступно в соответствующем разделе для чтения в конце этой статьи.

Эксплуатационные характеристики: что обеспечивает конструкция

Описанные выше конструктивные особенности объединяются в профиль производительности, который легко обобщить, но который стоит внимательно изучить перед покупкой. В приведенной ниже таблице используется иллюстративный индекс для сравнения того, как быстро расходуется срок службы статора для разных типов сред, при этом чистые смазочные жидкости установлены в качестве 100-балльного эталона. Легкие масла и эмульсии располагаются рядом, потому что они смазывают посадку с натягом почти так же хорошо, как чистые жидкости. Муниципальный мусор и бумажная масса, содержащие мягкие твердые вещества и волокна, расходуют материал примерно в два раза быстрее. Тяжелые абразивные растворы, такие как буровые растворы и минеральные хвосты, являются наиболее требовательными условиями эксплуатации, с которыми может столкнуться насос, и они вознаграждают каждое усовершенствование конструкции, описанное в этой статье.

Если читать сверху вниз, диаграмма рассказывает простую историю: фактором, ограничивающим срок службы статора, обычно является истирание, а не химия. Расстояние между чистыми жидкостями (100) и тяжелыми суспензиями (20) означает, что статор, который годами работает в качестве смазки, может нуждаться в замене в течение нескольких недель или нескольких месяцев на хвостохранилищах. Именно поэтому профессиональные пользователи абразивных сред покупают статоры комплектами и планируют замену, а не ждут выхода из строя. Скорость является первым рычагом, поскольку износ резко ускоряется с ростом скорости ротора при работе с абразивными материалами, поэтому уменьшение частоты вращения вдвое может увеличить срок службы статора в несколько раз за счет медленной работы более крупной рамы. Количество ступеней является вторым рычагом, поскольку дополнительные ступени снижают давление, которое должна выдерживать каждая линия уплотнения.

Выбор состава является третьим рычагом: немного более твердая и более устойчивая к истиранию резина теряет некоторое уплотняющее сцепление, но дает дополнительные недели жизни в грязи. Та же логика объясняет, почему серьезные производители насосов задают так много вопросов о средствах массовой информации, прежде чем цитировать. Вязкость, содержание твердых частиц, острота частиц, температура и воздействие сухого хода — все это значительно сдвигает ожидаемый интервал замены. Это также объясняет экономику запасных частей: пара ротора и статора является разработанным расходным материалом машины, поэтому стоимость срока службы зависит не столько от первоначальной закупочной цены, сколько от совместимости, взаимозаменяемости и сроков поставки деталей, обеспечивающих ее работу.

Поставщик, который сам изготавливает резиновые смеси, изготавливает собственные роторы и поддерживает оптовые поставки для парка с несколькими насосами, сокращает большую часть времени ожидания между отказом и ремонтом. Для заводов смешанных марок единый поставщик запчастей, охватывающий конструкции насосов других производителей, превращает переполненную книгу магазинов в единую предсказуемую позицию. Относитесь к индексу как к инструменту планирования, а не как к гарантии. Регистрируйте свои собственные часы работы между заменами для каждой обязанности, и техническое обслуживание станет запланированной статьей бюджета, а не экстренным вызовом.

Эксцентриковый винтовой насос по сравнению с насосами других типов

Сравнительная таблица с первого взгляда делает расположение эксцентрикового винтового насоса очевидным, а также честно показывает, где другие технологии остаются лучшим ответом.

Ограничения заслуживают равного пространства. Эластомерный статор — это изнашиваемая деталь, которой нет в центробежном насосе. Сухой ход необходимо предотвращать с помощью приборов, а не надеяться, а для разжиженных, чистых жидкостей, перемещаемых с высоким расходом, центробежный агрегат остается дешевле в покупке и эксплуатации. Эксцентриковый винтовой насос заслужил свое место, когда в работе преобладают вязкость, содержание твердых частиц, мягкость или точность дозирования, и он должен проиграть спор, если этого не происходит.

Сценарии применения в разных отраслях

Один и тот же принцип перекачивания применяется в самых разных отраслях, и в приведенном ниже обзоре наиболее распространенные группы приложений сочетаются с конкретной конструктивной особенностью, благодаря которой каждая из них работает.

Два формата установки еще больше расширяют список. Смонтированный на грузовике шнековый насос превращает стандартный автомобиль в мобильную перегрузочную станцию ​​для очистки резервуаров, сбора разливов и работы на удаленных объектах, а также позволяет избежать капитальных затрат на стационарную насосную станцию, которая простаивала бы между работами. На линиях наполнения и дозирования дозирующий клапан в сочетании с винтовым насосом обеспечивает точное перекрытие упакованных жидкостей без капель, поэтому эта комбинация используется на линиях упаковки жидкостей в пищевой и химической отраслях.

Распространенные типы одновинтовых насосов и их особенности

Один принцип прокачки, много машин. Производители предлагают отдельные серии, в которых диапазон давления, производительность, формат установки и гигиенические требования имеют оптимизированную конструкцию. На картах ниже описаны серии насосов Meijia и задачи, для которых каждая из них предназначена; та же логика применима и к названиям серий, используемым другими поставщиками.

Буквы серий различаются у разных производителей, поэтому при сравнении предложений сопоставляйте каждое предложение с конкретными параметрами (количество ступеней, номинальное давление, стандарт подключения, варианты эластомеров, время поставки и программа запасных частей для машины), а не с буквой, напечатанной на заводской табличке.

Как выбрать эксцентриковый винтовой насос: моменты, решающие покупку

Выбор – это то место, где принцип работы становится решением о покупке. Проработайте следующие пункты по порядку, поскольку каждый из них сужает поле для следующего.

1. Честно определите среду: вязкость при рабочей температуре, содержание твердых частиц и резкость частиц, химический состав, температурный диапазон и возможность работы всухую.
2. Превратите вязкость и абразивность в решение по скорости: песчаные или высоковязкие среды должны двигаться медленно, что обычно означает использование большей рамы при низких оборотах, а не маленькой рамы, которую сильно толкают.
3. Установите перепад давления и добавьте высоту ступени, помня, что каждая ступень выдерживает примерно шесть бар, и что износ со временем съедает этот запас.
4. Сначала выберите эластомер статора, устойчивый к химическому составу и температуре, а затем настройте твердость на истирание.
5. Зафиксируйте формат установки: спаренный для удобства обслуживания и непрерывной работы, прямой для компактных салазок, смонтированный на грузовике для мобильной работы.
6. Спланируйте сторону всасывания: залейте всасывающее отверстие для вязких сред, проверьте имеющуюся полезную положительную высоту всасывания и защитите насос от работы всухую.
7. Аудит поставщика, а не только насоса: возможности изготовления резиновых смесей, обработка ротора собственными силами, взаимозаменяемость запасных частей разных марок, время поставки, послепродажное реагирование, а также поддержка оптовых и проектных заказов.

Последний пункт меняет картину общей стоимости больше, чем ожидают покупатели. Производитель, который разрабатывает собственные резиновые смеси, формует собственные статоры, обрабатывает собственные роторы и хранит запасные части для насосов других марок, сокращает цикл между отказом и ремонтом с недель до дней. Наши собственные обязательства по обслуживанию — круглосуточное реагирование на месте в регионах Цзянсу, Чжэцзян и Шанхай и 72-часовое реагирование в других местах — существуют именно потому, что откачка — это остановка производственной линии. Для международных покупателей та же логика применима к многоязычной документации, полным отгрузочным документам и расположению завода недалеко от порта.

Руководство по техническому обслуживанию для длительного срока службы

Эксцентриковый винтовой насос вознаграждает за дисциплинированное и простое обслуживание и наказывает за небрежность быстрее, чем большинство машин, поскольку его лучшая особенность - гибкая посадка с натягом - также является его наиболее уязвимой частью. Большинство преждевременных сбоев связано с коротким списком причин, которых можно избежать.

Защищайте статор от сухого хода и перегрева.

Интерфейс ротор-статор смазывается самой перекачиваемой жидкостью, и без этой пленки резина сгорает за считанные секунды. Заправьте насос перед первым запуском, установите защиту от сухого хода для работы без присмотра и никогда не запускайте объемный насос при закрытом нагнетании без пути сброса давления. Повреждения от перегрева также накапливаются незаметно: неоднократное термическое набухание и сжатие в результате горячей и голодной работы проявляются месяцами позже как внезапная потеря давления, которая выглядит загадочной в этой тенденции, но которую можно было полностью предотвратить.

Отслеживайте следы износа пары ротор-статор

По мере износа посадки с натягом скольжение увеличивается: расход при номинальном давлении сначала падает незначительно, затем быстрее, пока насос больше не сможет удерживать давление нагнетания. Измерение расхода в зависимости от скорости при фиксированном давлении дает линию тренда раннего предупреждения, которая превращает замену в запланированную задачу. Когда придет время, замените ротор и статор как согласованную пару — смешивание нового статора с изношенным ротором просто переносит износ на новую деталь — и при той же возможности осмотрите соединения соединительных тяг.

Проверяйте, храните и документируйте

• При каждой замене статора проверяйте покрытие ротора на наличие задиров, потери хрома или скругления кромок.
• Храните запасные статоры вдали от солнечного света, источников озона и тепла, поскольку резина стареет на полке так же быстро, как и в процессе эксплуатации.
• Ведите журнал износа каждого насоса с указанием часов работы, материалов, скорости и дат замены; журнал превращает обслуживание из догадок в прогнозирование.
• Проверяйте направление вращения и состояние муфты после любых работ с двигателем и повторно затягивайте сальник или уплотнения после первых часов работы в горячем состоянии.

Роторы одновинтового насоса По мере износа посадки ротор-статор с натягом скольжение увеличивается, а поток падает, поэтому замена ротора и статора как согласованной пары имеет значение. Эти роторы разработаны таким образом, чтобы быть взаимозаменяемыми для насосов основных конструкций в качестве запасных частей. Посмотреть продукт →

Поскольку роторы и статоры являются расходными материалами, один запасной комплект на полке для каждого критически важного насоса является недорогой страховкой на неделю простоя. Автопарки, эксплуатирующие смешанные бренды, получают выгоду от стандартизации поставщика, детали которого взаимозаменяемы по размерам для основных конструкций насосов; одна книга складов, один сложный процесс утверждения, один график поставок.

Часто задаваемые вопросы об эксцентриковых винтовых насосах

На приведенные ниже вопросы чаще всего отвечают наши сервисные инженеры: от самого принципа работы до практического выбора эластомеров и запасных частей.

Связанная литература и следующие шаги

Выбирать и обслуживать эксцентриковый винтовой насос проще, если производитель проектирует, обрабатывает, формует и тестирует всю машину под одной крышей. Meijia Pump поддерживает международных покупателей с помощью специалистов по продажам, говорящих на английском, русском и испанском языках, осуществляет доставку через территорию, расположенную недалеко от порта, и поставляет как полные серии насосов, так и взаимозаменяемые запасные части для винтовых насосов других марок. Статоры для единичной замены, оптовые партии для дистрибьюторов и полные пакеты проектов выполняются одной и той же командой инженеров.

Отправьте нам паспорт носителя, рабочую точку и ограничения по установке, и наши инженеры вернут рекомендации, включающие количество ступеней, скорость работы, эластомер и план запасных частей, а не просто номер модели. Независимо от того, покупаете ли вы один насос или загрузку контейнера, принцип работы остается прежним; особенности конструкции и стоящий за ними поставщик решают, сколько вы заработаете.