3.1.3.3. Гвинтові насоси

Бувають одногвинтові (однозаходні), двогвинтові й тригвинтові.

Однозаходні насоси мають гвинт 3 (рис. 59), який розташований усередині (обойми) 1. Обойма з гвинтом може поміщатися в корпус, виготовлений з іншого матеріалу, або цього корпусу може й не бути, тоді обойма виконує роль корпусу. Обойма являє собою порожній циліндр з профільованою внутрішньою поверхнею т гвинта (рис. 60).

Рис. 59. Гвинтовий насос:

1– корпус;2– циліндр;3– гвинт;4– всмоктувальна порожнина;5– напірний трубопровід.

Поверхня гвинта, як і поверхня обойми, теж профільована (обидві поверхні мають синусоїдальну форму), і лінія стикання між корпусом і гвинтом забезпечує повну герметизацію області нагнітання від області всмоктування.

Продуктивність

Продуктивність гвинтових насосів збільшується зі зростанням числа обертів гвинта, при цьому тиск, який створює насос, залишається без зміни.

Поперечний переріз ротору 2 (рис. 60) в кожному місці являє собою окружність діаметром d. Поверхня ротору утворена обертанням сину­соїди профілю bed навколо осі 0 і одночасно переміщенням її уздовж осі. У відповідності з цим при повороті ротору на 360° осьове переміщення утворюючої синусоїди дорівнює кроку ротору t. Центр перерізу ротору зміщений відносно його осі симетрії 0 на величину е. При обертанні ротор виконує рух висотою h.

Рис. 60. До розрахунку продуктивності гвинтового насосу:

1 – корпус; 2 – ротор; 3 – обойма; h– діаметр, який описує крайня точка поверхні ротору,т – профільована внутрішня поверхня обойми;е –відстань між осями обойми і гвинта.

Крок гвинтової поверхні обойми t_o6 дорівнює подвоєному кроку t ро­тору. В поперечному перерізі гвинтова поверхня обойми 3 являє собою два кола K, центри яких 0₁ і 0₂ знаходяться на відстані 4е один від одного; радіуси окружностей дорівнюють радіусу перерізу гвинта .

Загальна площа F прохідного перерізу обойми дорівнює сумі площ двох вказаних окружностей і площі прямокутника4ed, тобто .

Внутрішню поверхню обойми можна представити як поверхню, утворену складним переміщенням вказаного перерізу при його обертанні навколо осі обойми і при одночасному русу уздовж цієї осі. При цьому усі точки на периферії перерізу обойми описують гвинтові лінії, в результаті при повороті ротору на кут =2 переріз переміщається на величину кроку t_o6. Осьове переміщення h при цьому

. (3.45)

Принцип дії гвинтового насосу базується на щільному контакті профільного гвинтового ротору 2 с обоймою 3 корпусу 1. При обертанні ротору між його поверхнею і внутрішньою гвинтовою поверхнею обойми 3 утворюються замкнені порожнини а, об’єм яких при обертанні насосу безперервно змінюється. При цьому відбувається безперервне витиснення рідини.

При обертанні ротору будь-який його поперечний переріз переміщається у відповідному поперечному перерізі обойми, утворюючи місяцеподібні замкнені порожнини (відмічено крапковою штриховкою). Загальна площа двох поперечних перерізів цих порожнин дорівнює різниці площ внутрішнього перерізу обойми і зовнішнього перерізу ротору, який дорівнює 4ed. Замкнені порожнини розповсюджуються на довжину кроку t_o6 обойми, контури витка мають перемінну площу поперечного перерізу, яка змінюється від нуля до 4ed. Для будь-якого кутового положення ротору в поперечний переріз пари обойма - ротор потрапляють дві замкнені порожнини перемінного перерізу, причому, коли одна порожнина зникає повністю (положення, зображене на рис. 60,а), інша порожнина має найбільшу площу перерізу, яка дорівнює 4ed. Зміна перерізу двох замкнених порожнин при різних положе­ннях ротору представлена на рис. 60.

Продуктивність одногвинтового насосу визначається загальною зміною об’ємів замкнених порожнин в одиницю часу. При цьому, коли порожнина на одному боці збільшується в об’ємі, у ній розвивається вакуум і вона заповнюється рідиною (відбувається цикл всмоктування). В якийсь момент ця порожнина замикається (відсікається від порожнини всмоктування) і починає переміщатися до нагнітального кінця обойми, витісняючи з неї рідину, яка її заповнює, в результаті зменшення свого об’єму. За один оберт рідина в замкненому об’ємі переміщається уздовж осі обойми на величину її кроку t_об і витискується через постійний прохідний переріз 4ed. Внаслідок цього розрахункова подача такого насосу при сталому обертанні не буде мати пульсацій.

Оскільки вісь ротору переміщається при обертанні відносно осі внутрішньої профільованої поверхні обойми, привод ротору повинен здійснюватися за допомогою кардану.

У відповідності з наведеним розрахункова подача насосу визначається за формулою:

, (3.46)

де h – висота перерізу обойми; d – діаметр поперечного перерізу ротору; n – частота обертання ротору; е – ексцентриситет; _v – об’ємний к.к.д.

З метою підвищення герметичності і відповідно – об’єм­ного к.к.д. внутрішню поверхню обойми вкривають тонким шаром гуми, завдяки пружності якої можливо забезпечити посадку ротору в обойму з деяким натягом (0,3–0,5 мм).

Найбільше поширення в промисловості мають гвинтові насоси з трьома гвинтами, з котрих середній - ведучий, а два бокових меншого діаметру - ведені. Гвинти поміщені в корпусі з гладкою циліндричною поверхнею. При обертанні гвинта рідина, заповнюючи западини в нарізках, переміщається уздовж осі насосу і витісняється в лінію нагнітання.

Тиск, що створює гвинтовий насос, залежить від числа кроків гвинтової нарізки. Вона збільшується зі зростанням відношення довжини витка до його діаметру.

Гвинтові насоси використовують для перекачування високов’язких рідин. Подача Q – до 300 м³/год., тиск р – до 175 атм, швидкість обертання п – до 3000 об./хв.

Переваги: швидкохідність, компактність, безшумність, продуктивність практично не змінюється при зміні тиску.

Недоліки: досить низький к.к.д - 0,75.