6.1.3. Винтовые насосы

Винтовые насосы имеют в качестве ротора вытеснительный винт, вдоль которого перемещается перекачиваемая жидкость. В зависимости от профиля нарезки винта винтовые насосы подразделяются на герметичные и негерметичные.

У негерметичных винтовых насосов нарезка винтов имеет прямоугольный или трапециевидный профиль. Для уменьшения утечек жидкости через зазоры увеличивают число винтовых нарезок, создавая тем самым как бы лабиринтное уплотнение, и одновременно уменьшают шаг нарезки, чтобы длина винтов не была слишком большой.

У герметичных винтовых насосов благодаря специальному профилю нарезки винтов обеспечивается почти полное разобщение напорной и всасывающей полостей. Наибольшее распространение получили трехвинтовые герметичные насосы с циклоидальным зацеплением.

На рисунке 6.3 приведена схема трехвинтового насоса с односторонним подводом жидкости. Насос содержит средний ведущий винт и два боковых симметрично расположенных относительно него ведомых винта.

Винты имеют двухзаходные нарезки, причем направление нарезки на ведущем и ведомых винтах противоположное. В корпусе установлена залитая баббитом обойма, в которой винты вращаются, как в подшипниках с небольшим зазором. Через окна обоймы перекачиваемая жидкость из всасывающего патрубка поступает к винтам. Винты при зацеплении образуют рабочие камеры, при вращении перемещающиеся вместе с жидкостью вдоль оси к нагнетательному патрубку.

При таком конструктивном выполнении винты разгружены от радиальных сил давления, а возникающие осевые силы воспринима­ются упорными подшипниками. Основную нагрузку несет ведущий винт. Ведомые винты разгружены от моментов и выполняют лишь роль замыкателей (герметизаторов) рабочих камер.

Рисунок 6.3 – Схема трехвинтового насоса

Для отделения полости всасывания от полости нагнетания рабочая длина винтов должна быть больше шага нарезки. Соотношения между отдельными размерами винтов установлены теорией циклоидального зацепления:D_H= 5d_H/3; D_B=d_H; d_B= d_H/3; t= 10d_H/3, гдеDни d_H- наружный диаметр соответственно ведущего и ведомого винтов;D_Bиd_B- внутренний диаметр нарезки соответственно ведущего и ведомого винтов; t- шаг нарезки.

Рабочий объем винтового насоса определяется свободной площадью Sмежду обоймой и телом винтов и шагом винтов t:

(6.10)

Тогда подача винтового насоса определяется подстановкой зависимости (6.10) в (6.1):

(6.11)

Для трехвинтовых насосов с циклоидальным зацеплением . Объемный КПД винтовых насосов высокого давления = 0,7-0,8 и низкого давления = 0,9– 0,95.

Из формулы (6.11) следует, что винтовые насосы являются нерегулируемыми и нереверсивными.

Трехвинтовые насосы имеют высокие частоты вращения (до 18000 об/мин), способны создавать давление до 20 МПа, причем длина винта у них зависит от давления, создаваемого насосом, и принимается в следую­щих пределах: при р = 1,5–2,0 МПа L = (1,5-2,0)/t; при р = 5-7,5 МПа L = (3-4)/t; при р = 15-20 МПа L = (6-8)/t.

Винтовые насосы используются в системах управления и регулирования, в подъемных приспособлениях, для перекачки масел и нефтепродуктов, имеющих кинематическую вязкость (20÷180)10^-6 м²/с. Химические винтовые насосы предназначены для перекачки различных агрессивных жидкостей с механическими примесями.