Основные принципы работы винтового насоса

Винтовой насос является объемным насосом, состоящим из двух компонентов - ротора и статора (Рис. 1). Ротор имеет форму наружной спирали с числом заходов "n" и обычно изготавливается из высокопрочной стали (Рис. 2). Ротор является единственной движущейся деталью насоса. Статор представляет собой внутреннюю спираль с числом заходов "n+1" (Рис. 3) и состоит из стального кожуха-трубы с неразъёмно соединенным со стенками трубы эластомерным элементом. Ротор имеет на один заход меньше чем статор.

Когда они собраны вместе, группа двояковыпуклых полостей, спирально огибающая ротор снаружи, тянется вдоль винтовой линии насоса (Рис. 4). Каждая полость герметично отделена от расположенных рядом полостей с помощью уплотнительных линий. Уплотнительные линии образуются вдоль линии контакта между ротором и статором (показана красным цветом) и являются важным моментом для эффективной работы насоса. Рис. 4 показывает две отдельные полости на одном шаге статора под углом 180° друг к другу в насосе с однозаходным ротором.

Принцип действия винтового насоса

При вращении ротора происходит постоянное открытие и закрытие полостей и их перемещение от приема к подаче насоса. Площадь полости между ротором и статором остается постоянной на любом сечении по всей длине насоса, что обеспечивает непульсирующий поток. Объем полости определяется как площадь закачки (площадь поперечного сечения полости) умноженная на шаг статора. Осевая линия ротора смещена от оси статора на постоянную величину, называемую "эксцентриситет". Для насоса с однозаходной геометрией эксцентриситет равен разнице между большим и малым диаметрами ротора деленной на два. Площадь полости насоса с однозаходной геометрией равна малому диаметру ротора умноженному на 4 и умноженному на эксцентриситет. Объем полости определяется как функция площади полости умноженная на шаг статора. Площадь полости = d x 4e Объем полости = d x 4e х шаг статора

Характеристика по давлению и изменение подачи насоса при изменении давления

Номинальный уровень дифференциального давления винтового насоса является суммой номинальных уровней давления каждой отдельной ступени. Хотя это и является несколько произвольным определением, ступенью обычно называют длину одного шага статора. Обычно уровень номинального давления для отдельной ступени находится в диапазоне 66-100 psi. Комбинация а) максимального уровня давления, который может быть создан в одной полости и б) числа полостей в насосе определяет его предельное давление. Давление, которое может быть создано в каждой полости, является функцией компрессионной подгонки ротора и статора, физических характеристик эластомерного элемента, длины шага статора и свойств прокачиваемой жидкости. Для винтового насоса, при прочих равных условиях, более высокое давление для каждой ступени обычно означает более низкую долговечность статора.

Наиболее часто используемым способом измерения эксплуатационной характеристики насоса является расчет объемного кпд насоса, определяемого как разница между исходной подачей насоса при нулевом напоре и подачей при номинальном напоре разделенная на исходную подачу при нулевом напоре. Разница в уровнях подачи при нулевом и номинальном напорах определяется как "изменение подачи насоса при изменении давления". Изменение подачи насоса при изменении давления возникает, когда находящаяся под высоким давлением жидкость нарушает компрессионную подгонку между прилегающими полостями и прорывается между уплотнительной линией ротор/статор. Это приводит к общему снижению уровня подачи насоса, который является постоянным для данной величины дифференциального давления.

УЭВН состоит из следующих основных узлов и деталей: пусковой кулачковой муфты центро­бежного типа 9, основания с приводным валом 8, сетчатых фильтров 3, установленных на приеме насоса, рабочих органов с правыми и левыми обоймами и винтами 6 и 4, двух эксцентри­ковых шарнирных муфт 5 и 7, предохранительного клапана 2 и шламовой трубы .

Пусковая муфта соединяет валы протектора и насоса и обес­печивает с помощью выдвижных кулачков пуск насоса при до­стижении ротором электродвигателя частоты вращения, соот­ветствующей максимальному крутящему моменту. Кроме того, муфта защищает насос от обратного вращения.

В насосе имеются две эксцентриковые муфты: одна располо­жена между винтами, другая—между нижним винтом и валом основания. Каждая муфта состоит из двух универсальных шар­ниров, что позволяет винтам в обоймах совершать сложное планетарное вращение.

Предохранительный поршеньково – золотниковый клапан на­ходится над насосом и состоит из корпуса, золотника и седла с поршнем. Клапан защищает насос от сухого трения и повы­шенного давления и осуществляет заполнение и слив жидкости из НКТ при спускоподъемных операциях. При нормальном ра­бочем давлении и подаче клапан направляет поток откачивае­мой жидкости по колонне труб на поверхность.

При недостаточном притоке жидкости из пласта или содер­жании в ней большого количества газа клапан перепускает жидкость из напорной линии обратно в скважину.

Шламовая труба предохраняет насос от засорения круп­ными частицами примесей и выполняет роль отстойника.

Каждый рабочий орган насоса состоит из резино-металлической двухзаходной обоймы и однозаходного винта. Шаг обоймы в 2 раза больше, чем шаг винта.

Винты вращаются вокруг своей оси, кроме того оси винтов совершают планетарное движение в обратном направлении.

Имеющееся между винтом и обоймой пространство ограни­чивается контактной уплотняющей линией так, что всасываю­щая полость отделена от нагнетательной как в неподвижном состоянии, так и в любой момент вращения винта в обойме. Винт, вращаясь в обойме, совершает сложное планетарное дви­жение. За один оборот винта замкнутые полости, имеющие вин­тообразную форму, перемещаются с заключенной в них жид­костью на один шаг обоймы в осевом направлении в сторону нагнетания. При вращении винта непрерывно открываются и закрываются полости, образуемые винтом и обоймой.