Винтовой насос для скважины: назначение, виды, преимущества и недостатки

Винтовой скважинный насос: назначение и принцип работы

При погружении в перекачиваемую среду скважинные насосы забирают жидкость и придают ей необходимый напор для подъема по трубам на поверхность с большой глубины. Особенности их конструкции позволяют применять их не только для поднятия воды — насосное оборудование подобного типа справляется с перекачкой вязких жидкостей. Их широко эксплуатируют в химической, пищевой, нефтедобывающей отрасли и быту. Большинство глубинных насосов динамического действия портится от присутствия песка в жидкостях, но винтовые агрегаты работают с грязной водой без поломок.

Принцип работы

Оборудование поддерживает постоянный поток — в отличие от пульсирующего ритма перекачиваемой среды у центробежных вариантов техники — эта характеристика важна для работы на большой глубине. Особенности работы и конструкционные составляющие самовсасывающих объемных насосов с использованием принципа многоступенчатой структуры:

• В конструкции предусмотрен один вертикальный вал, это способствует сокращению поперечных размеров до минимальных показателей. Из-за полученной конфигурации насосы применяют в скважинах и абиссинских колодцах.
• В качестве емкости для перекачиваемой жидкости используется насосный корпус, изготавливаемый для эксплуатации в условиях скважин из высококачественного металла, так как полимеры не выдерживают создаваемые нагрузки.
• Движение жидкости обеспечивается за счет действия шнекового винта (ротора), при вращении которого жидкость забирается из скважины, разгоняется, ей придается напор и дальше она движется по шлангу.
• Ротор работает от электрического двигателя, движение ему сообщается через жесткий вал. Стабильность действия установки обеспечивается с помощью подшипникового комплекта и других узлов, которые подбираются конструкторами в зависимости от класса агрегата.
• Ротор являет собой стальной винт (однозаходный шнек) круглого сечения, у которого широкий резьбовой шаг. Статор представлен в конструкции тем же сечением, но у него шаг резьбы больше в два раза. Своим вращением внутри статора ротор захватывает воду от всасывающего патрубка и направляет его к отводящему проходу.
• Качество насоса зависит от сложности внутреннего устройства, чем выше показатель, тем более продляется срок эксплуатации из-за минимизации износа приводов и шнека.
• У трансмиссионных насосов в отличие от погружных двигатель располагается на поверхности, рядом с водозаборной скважиной, с насосным устройством соединен промежуточным валом. Такие агрегаты способны поднимать нефть с глубины на поверхность с глубины 125−130 м при подаче 1200 м³ в час.
• У трансмиссионных устройств насосная часть состоит из нескольких чугунных секций, соединенных шпильками. Каждая камера содержит рабочее центробежное колесо и вал, все секции подходят к одной сетке, пропускающей воду.
• Несколько рабочих секций позволяют устанавливать требуемый напор и регулировать его, при этом с напорным трубопроводом узел взаимодействует через фланец, находящийся на верхнем корпусе секции. Трансмиссия располагается внутри защитной трубы с маслом. Собирают секции постепенно, увеличивая их количество по мере вхождения в скважину.

Погружные конструкции насосов отличаются жестким соединением двигателя и вала, поэтому нет необходимости использовать трансмиссионный вал, что способствует упрощению конструкции. Погружные агрегаты успешно устанавливают в кривые стволы, а рабочая постройка для оборудования над устьем скважины меньше по объему. Насосы погружной конструкции отличаются большим эксплуатационным сроком по сравнению с другими вариантами, так как благодаря надежной конструкции значительно уменьшается вибрация.

У погружных насосов есть положительные характеристики, но имеются и недостатки. В зависимости от типа устанавливаемого оборудования разнятся их эксплуатационные показатели и сроки работы.

С погружным двигателем (ЭВН)

Эта конструкция лежит в основе использования одновинтовых гидратационных машин в нефтяной отрасли и относится к эффективным средствам механизированной добычи нефти с высокими показателями вязкости. В некоторых вариантах использование подобного оборудования является единственно применимым вариантом. В состав погружного насосного агрегата входят следующие узлы и запчасти:

• электрический двигатель, наполненный маслом;
• система водяной защиты;
• насос, включающий графитовую осевую пяту, приводной сальниковый вал, две пары с винтовой резьбой в разных направлениях, соединенные роторы между собой и при помощи шарнирных муфт с приводным валом.

В насосный комплект дополнительно входит клапан с предусмотренным набором функций, защищающий от колебаний давления и обратного поступления воды через РО в случае непредвиденной остановки, предусмотрена обгонная муфта. Поступление забираемой жидкости осуществляется навстречу по каналам РО, что ведет к уравновешиванию осевых усилий в нижней и верхней паре.

Потоки смешиваются в напорной камере и поступают в НКТ по зазору между корпусом и статором, в этом случае осевая насосная опора разгружается, и надежность оборудования повышается. С помощью насосов ЭВН добывают из недр нефть высокой вязкости с содержанием механического мусора (до 0,8 г/л) и газа (до 50%) на стадии приема. В серийном выпуске представлено около 13 типоразмеров насосов, предусматривающих давление 9−16 МПА и подачу в сутки 15−200 м3.

Конструкторские новаторства по увеличению надежности и сроков эксплуатации предусматривают снижение частоты оборотов приводного вала, для этого применяют регулируемый электропривод и редукторные вставки. Изменяется общая компоновочная схема агрегата, месторасположения отдельных деталей и узлов, упрощение условий ремонта и обслуживания.

Штангового типа (ВШНУ)

Начало эксплуатации для отбора нефти с больших глубин началось в 80-е годы в Америке и Франции, с тех пор конструкции установок совершенствовались много раз, создавалось много типоразмеров с разбросом подач от 0,5 до 1 тыс. м3 за сутки, давление составляло в среднем 30 Мпа.

Эти насосы отличаются преимуществами по сравнению с другими типами оборудования, например, от станков-качалок их отличает:

• простая конструкция, небольшая масса и габариты, несложное периодическое обслуживание и управление;
• отсутствие потребности в строительстве несущего основания или фундамента;
• уменьшение затрат на перевозку оборудования;
• успешная работа с жидкостями, имеющими различные показатели вязкости и газообразования;
• отсутствие отката РО, постоянных нагрузок на штанги;
• равномерность поступления жидкости;
• снижение энергетических затрат и мощности двигателя.

От работы насосов с погружным электрическим приводом они разнятся:

• простотой сборки пусковых муфт, осевых и радиальных подшипников, отсутствием подвижных соединений на шарнирах;
• наземное устройство двигателя делает ненужной устройство водяной защиты, упрощает контроль технического состояния агрегата;
• из-за наземной установки двигателя появляется возможность работы с низкобюджетными скважинами, так как организовывать дополнительный отвод тепла от двигателя не нужно.

Оборудование ВШНУ эксплуатируется на скважинах с напором от 1 тыс. до 1 тыс. 500 м³ с высоковязкими средами с пятидесяти процентным содержанием газа в составе. Скважинный агрегат состоит из стационарной колонны, внизу которой крепится статор, палец упора, против отворотный якорь, фильтр и газовый сепаратор. В полости колонны расположена вращающаяся штанга, соединенная нижней частью с насосным ротором. Основными узлами насосов ВШНУ являются следующие детали:

• приводная головка;
• для оттока жидкости используется тройник;
• остов для закрепления двигателя;
• трансмиссия вращательного движения;
• регулируемый приводной двигатель;
• устройство для расположения полированного штока.

Насос продвигает пластовую жидкость в зазоре между колоннами и штангами, далее через боковой патрубок отводит ее в коллектор. Штанговые насосы выпускают в трубном и вставном варианте, популярность завоевывают агрегаты второго типа, позволяющие отсоединять насос для обслуживания или ремонта без его подъема на поверхность.

Гидроприводные (ГПНА)

Эти агрегаты работают по принципу возвратно-поступательного движения поршня, в связи с этим машины имеют ряд преимуществ:

• нет штанговой или кабельной связи энергетического источника с насосом;
• успешно работают в скважинах малого диаметра, расположенных под наклоном;
• позволяют регулировать подачу погружного устройства, плавный старт, поддерживают нужную интенсивность забора нефти;
• упрощают обслуживание оборудования без подъема и спуска.

В качестве гидромоторов, которые незначительно изменены, применяют ВЗД с диаметром 86−109 мм и частотой вращения 100−350 оборотов, расход жидкости предусмотрен 4−11 л/с, давление в промежутке 6−8 Мпа. Используют насосные винтовые многозаходные пары в качестве РО, это позволяет развить большого разнообразия принимаемых жидкостей с диапазоном поступления от 6 до 110 м³ за сутки. При оптимальной протяженности пары 1,5−2,0 м агрегат развивает давление 10−15 МПа.

Наземная часть по типу насосов ГПНА включает плунжерный силовой насос, устройство подготовки жидкости (для разделения эмульсий, сепараторы, отстойники), регулирующие приборы и оборудование для обустройства устья подъемной щели. Гидроприводные винтовые насосы отличатся преимуществами, от гидропоршневых вариантов их отличает:

• простота сборки и эксплуатации из-за отсутствия золотниковых распределителей и клапанов;
• использование технических вод в качестве рабочей жидкости, исключающее сложный очистительный процесс;
• работа с вязкой нефтью и увеличенным содержанием газа;
• нет гидравлических и динамических нагрузок из-за отсутствия обратного движения рабочих органов.

Сравнение со штанговыми насосами показывает такие преимущества:

• эксплуатируются в кривых скважинах со значительным уклоном ствола;
• отсутствует штанговое оборудование;
• наземный силовой насос регулирует технологические режимы путем изменения интенсивности подачи;
• можно менять погружной агрегат и проводить ремонт в удобных условиях.

От работы с электропогружными устройствами их отличает:

• нет необходимости подключать электрический кабель и делать его защиту от влажности;
• пусковые свойства агрегата улучшены.

Нефтяные двухвинтовые (НДПН)

Агрегат разработан для работы в скважинах с малым финансирование работ. В составе имеет погружной двигатель электрического типа, протектор, компенсатор, защиту от окружающей влаги, обратный и спускной клапан, компенсаторные трубы, трансформатор и кабель. Для увеличения напора используется составной вариант из нескольких модулей.

Чтобы обеспечить пропуск вязких жидкостей предусмотрены различные варианты изготовления проточной части, которые различаются зазорами между корпусом и рабочими винтами. В связи с этим перед выбором насоса и его монтажом рассчитываются требуемые параметры зазоров.

Использование в бытовых условиях

Применять винтовые погружные насосы для добычи воды из частных скважин стали давно. С их помощью снижают загазованность воды. Если ведется газовая разработка, то агрегаты используют для обезвоживания полезного природного ископаемого. Винтовые погружные устройства применяют для добычи теплых вод из глубоких недр при создании альтернативного отопления, насосы такого типа легко избавляют владельца скважины от различных механических примесей в воде, при этом не выходят из строя. Использование именно этого типа оборудования предопределено следующими показателями:

• насосы работают тихо, что отличает их от вибрационного оборудования или центробежных агрегатов;
• оборудование показывает высокий коэффициент полезного действия;
• структура воды сохраняется в отличие от центробежного оборудования;
• только одна движущая деталь в конструкции увеличивает срок работы в бытовых условиях.

Винтовой (шнековый) насос для скважины и его применение

Индивидуальное водоснабжение частного дома невозможно представить без насосного оборудования, доставляющего воду потребителю, для этого применяют несколько модификаций электронасосов с различным принципом действия. Одним из популярных видов является винтовой насос для скважины, в основном используемый для водозабора из источников, водные бассейны которых расположены на песке.

Винтовые (шнековые) электронасосы, представленные на рынке погружными моделями, выпускают многие ведущие отечественные и зарубежные производители насосного оборудования, их стоимость не выходит за среднеценовые рамки для данной категории агрегатов. Чтобы правильно выбрать электронасос, рассматривают несколько классов с разным принципом действия, при этом винтовой скважинный насос при определенных условиях имеет некоторые преимущества перед другими разновидностями.

Рис. 1 Популярные модели винтовых насосов

Погружные скважинные насосы — разновидности

Насосы, устанавливаемые для закачивания воды, в зависимости от размещения относительно водного источника, условно разбивают на две группы: поверхностные и погружные.

Первые устанавливают на земле рядом со скважиной, для водозабора в шахту опускается труба или напорный рукав, при этом максимальная глубина всасывания (расположения водного зеркала от поверхностного слоя почвы) не превышает 9 м. Подавляющее количество бытовых водовсасывающих наружных агрегатов работают по центробежному принципу, имеют средние технические характеристики с максимальными объемом прокачиваемой жидкости 5 м 3 /ч и напором около 50 м, КПД устройств не больше 50%. Обычно поверхностные агрегаты входят в комплектацию насосных станций, представляющих собой единый блок, в котором помимо электронасоса установлены гидравлический аккумулятор, реле давления и манометр.

Погружные насосы представлены на рынке несколькими разновидностями с разным принципом работы, в зависимости от конструкции, стоимости и качества скважинной воды, их применяют в домашнем хозяйстве для разнообразных целей.

Рис. 2 Принцип действия и конструкция центробежного электронасоса

Центробежные

Центробежные электронасосы занимают лидирующее положение среди других видов благодаря следующей особенности конструкции, вытекающей из их принципа работы — входной водный поток поступает на ось рабочего колеса и вытесняется его лопатками через патрубок сбоку корпуса. Таким образом, появилась возможность подключить любое количество центробежных колес с камерами (ступеней) последовательно с повышением давления на каждой ступени.

Напор в бытовых модификациях доходит до 200 м и более, пропускная способность до 20 м 3 /ч, КПД возрастает с увеличением габаритов насосного агрегата и достигает 65% у бытовых высококачественных моделей датского и итальянского производства.

Качественные центробежные электронасосы от европейских концернов с мировым именем оснащены внутренней защитой от перегревания обмотки в отсутствие охлаждающей жидкости, имеют встроенный обратный клапан, дорогие модели укомплектованы электронным блоком управления скоростью вращения вала в зависимости от объемов водопотребления с применением широтно-импульсной модуляции. Это решение позволяет уменьшить габариты насосного оборудования, практически исключив из схемы подключения гидроаккумулятор, а также сэкономить электроэнергию, снизив ее потребление на 40%.

У потребителя пользуются высоким спросом центробежные насосы от лучших мировых производителей насосного оборудования: Grundfos (Дания), Pedrollo, Speroni (Италия), Wilo (Германия), российские бренды Беламос, Водолей, Unipump (производство в Китае). Следует отметить, что разница в ценах между продукцией ведущих зарубежных фирм и изделиями российского или китайского производства довольно существенна, качественный электронасос от Grundfos стоит около 1000 у.е., в то время как отечественный или китайский насос с аналогичными характеристиками можно приобрести за 200 у.е.

Рис. 3 Вибрационный электронасос — устройство

Вибрационные

Технология изготовления вибрационных электронасосов не претерпела существенных изменений с советских времен, поэтому на рынке представлено множество российских брендов, встречается продукция украинского и белорусского производства, в достаточном количестве присутствуют китайские модели.

Отличием вибрационных электронасосов от других видов является отсутствие вращающихся частей и соответственно подшипников, принцип работы основан на возвратно-поступательном перемещении якоря катушки при подаче на ее обмотку переменного тока. К якорю электромагнита приварен шток с поршнем, затягивающим воду, для предотвращения оттока жидкости в источник около входных отверстий установлен обратный клапан.

Вибрационные модели обладают довольно низким КПД около 35%, максимальный объем перекачиваемой жидкости не превышает 1,5 м 3 /ч, напор не более 80 м.

Данные характеристики считаются не слишком высокими для обеспечения водой частного дома с проживанием даже одного человека, поэтому вибропомпы в основном используются в хозяйственных целях: для орошения огородных грядок, заполнения бассейнов, прудов, различного вида емкостей водой, проведения дренажных работ.

Так как вибрационные виды не слишком чувствительны к высокому содержанию взвешенных частиц в воде, их часто используют для прокачки скважин и колодцев, извлекая из них замутненную воду с глиняно-песчаными фракциями.

Вибрационные помпы относят к изделиям бюджетной ценовой категории, их минимальная стоимость около 20 у.е., средняя цена типового качественного агрегата 30 у.е. На рынке вибропомпы представлены многочисленным рядом отечественных (Ручеек, Малыш, Дачник, Водолей, Вихрь, Зубр) и китайских (Oasis, Patriot) брендов.

Рис. 4 Вихревой насос — конструкция

Вихревые

В вихревых разновидностях вода всасывается через боковое отверстие гидравлической части корпуса лопастями рабочего колеса и затем выбрасывается наружу через расположенное рядом со всасывающим каналом нагнетательный патрубок.

Особенностью вихревых насосов является маленькое расстояние между крыльчаткой лепесткового колеса и стенками рабочей камеры, необходимое для уменьшения гидравлических потерь, поэтому агрегаты функционируют только в чистой воде. Наивысший объем прокачки бытовых электронасосов вихревого принципа действия не превышает 5 м 3 /ч, напор доходит до 100 метров, КПД не больше 50%.

В вихревых моделях для бытового применения подающее колесо размещено вверху недалеко от выходного патрубка, а электродвигатель с вертикальным валом, на который насажено вихревое колесо, установлен снизу.

Всасывание жидкости происходит через перфорированный фильтр, находящийся вокруг рабочего колеса — по его расположению в верхней части около выходного патрубка легко определить вихревой принцип действия электронасоса.

На рынке вихревые насосы встречаются реже центробежных моделей, отечественные производители представлены брендами Belamos, Вихрь, Unipump, популярностью пользуется итальянский глубинный насос Pedrollo Davis.

Рис. 5 Винтовой насос – внутреннее устройство и шнековый узел

Винтовые (шнековые)

Электронасосы, всасывающие и выталкивающие воду способом Архимедова винта, называют винтовыми, это вторая по популярности группа после центробежных. В бытовых приборах шнек располагается в верхней части и подсоединен через переходную муфту к валу электродвигателя.

Преимуществом винтовых электронасосов является простота конструкции и возможность эффективной работы с замутненной и грязной водой, а также с вязкими средами, благодаря последней особенности винтовые модификации широко используют в промышленности для перекачивания масел и продуктов нефтепереработки.

В продаже не встречаются шнековые электронасосы от лидеров мировой торговли (Grundfos, Wilo, DAB, Pedrollo, Speroni), агрегаты представлены известными российскими брендами Belamos, Jemix, Вихрь, Unipump Eco Vint, Водолей, группой компаний Sturm.

В продаже можно найти винтовые электронасосы и менее популярных брендов российского и китайского производства: Хозяин, Alba, Oasis, Patriot, Vodotok, а также Спрут от украинской компании Варна из Харькова.

На заметку: Отличительная особенность вихревых электронасосов отечественного производства — перфорированные прямоугольные отверстия в верхней трети корпуса, через которые производится забор воды.

Принцип работы и конструктивное устройство шнекового насоса

В стандартном шнековом бытовом электронасосе рабочий винт выполнен в виде спиралевидного штыря из коррозионно-устойчивого материала, которым является сталь с хромированным покрытием, нержавейка или высокопрочный пластик. Всасываемая вращающимся винтом жидкость поступает в обойму из технического полимера, а затем выталкивается в верхний выходной патрубок электронасоса.

Винтовой электронасос, используемый в быту, состоит из следующих основных узлов (рис. 7):

1 — Электрическая часть с вертикально расположенным однофазным электродвигателем с сухим ротором и маслонаполненной камерой, отделяющей моторный отсек от гидравлической части, внутри нижней части корпуса находится пусковой конденсатор.

2 — Гидравлическая часть состоит из корпуса, водозаборного фильтра и рабочего шнека, вращающегося в обойме из эластичного полимера (резины) — узел из винта и резиновой муфты проталкивает жидкость, поступающую внутрь корпуса через перфорированные отверстия 3, к выходному патрубку.

3 — Водозаборная часть представляет собой цилиндр из нержавеющей стали с проделанными в боковых стенках отверстиями для втягивания воды.

4 — На верхней крышке насоса, выполненной из латуни или нержавейки, размещены выходной патрубок и проушины.

5 — Выходной патрубок выполняют с внутренней резьбой стандартным диаметром 1 дюйм, к нему присоединяют обратный клапан и водоподъемный рукав.

6 – К проушинам привязывают капроновый или металлический трос в синтетической защитной изоляции.

Рис. 7 Конструктивное устройство винтового насоса

Отличительные особенности и параметры шнековых электронасосов

Типовой шнековый насос для скважин, используемый в индивидуальном водоснабжении, имеет следующие технические параметры:

• Напряжение электропитания: переменное 220В ± 10%, с частотой 50 Гц.
• Температурный диапазон откачиваемой жидкости: от 0 до 35 °С.
• РН откачиваемой воды: 6,5 — 8,5.
• Рабочий диапазон температур внешней среды: от 0 до +40 °С.
• Минимальная глубина погружения под водное зеркало: 0,5 м.
• Допустимый объем механических частиц в откачиваемой воде: — не более 500 г/м 3 , не допускается содержание в жидкости волокнистых материалов.
• Допустимый диаметр механических фракций: — 1 мм.
• Максимальный напор: 3 м 3 /ч, у большинства моделей он не превосходит порог в 1,5 м 3 /ч.
• Предельный напор: до 200 м, данный показатель является редким исключением, большинство модификаций создают напорное давление не более 100 м.

Рис. 8 Основные характеристики китайских Oasis

Основные преимущества винтовых электронасосов:

• Невысокая стоимость, цена самых дешевых моделей составляет около 80 у.е., в целом все модели стоят дешевле центробежных видов.
• Простота конструкции. Рабочая часть состоит из винта и резиновой обоймы, их легко обслуживать и при необходимости просто заменить, что делает ремонт шнековых агрегатов весьма простым.
• Винтовой насос для скважины благодаря своему принципу работы может транспортировать жидкость с крупными фракциями песка и глиняных отложений — в этом его основное преимущество. Погружной винтовой насос предпочтительнее применять для водозабора из скважинных источников на песке, часто имеющих высокое содержание взвешенных частиц глины и песка. Хотя их детали и подвергаются механическому воздействию твердых частиц, срок службы винтового насоса в замутненных источниках будет выше, чем у центробежных моделей.

К недостаткам шнековых агрегатов относят посредственное качество многих изделий (хромированный винт, быстро истираемая обойма) и не слишком высокие технические характеристики, заметно уступающие центробежным видам, а также низкий КПД, не превышающий 45%.

Область применения

Можно сказать, что винтовой насос для скважины благодаря способности откачивать грязную воду, лидер по количеству сфер, в которых находит применение при ведении бытового хозяйства. Винтовой скважинный насос приобретают для:

• обустройства водного снабжения коттеджей, дач с водоподачей из колодцев и скважин;
• заполнения искусственных прудов, бассейнов, резервуаров для отопления и капельного полива;
• орошения огородов, садов и любых зон с растениями на приусадебном участке;
• проведения дренажа в случае затопления подвалов, погребов и цокольных помещений в доме;
• прокачки скважин после проведения буровых работ, некоторые профессионально занимающиеся бурением фирмы специально закупают для этих целей шнековые насосы;
• очистки скважин и колодцев от илистых отложений.

Читайте в отдельной статье о выборе дренажного насоса для грязной воды.

Рис. 10 Параметры винтовых насосов серии Unipump Eco Vint

Правила установки в скважину

Для погружения в скважину шнекового электронасоса используют оголовок или адаптер, к которым привязывают трос и прикрепляют водоподающий трубопровод, идущий от агрегата. Обычно перед погружением связывают вместе напорный рукав, кабель электропитания и удерживающий трос изоляционной лентой или пластиковыми стяжками, при установке соблюдают следующие правила:

• Водоподъемные трубы можно подбирать из полиэтилена низкого давления (ПНД), стали или гибких эластичных полимеров, основное условие — способность выдерживать максимальное давление в системе и внутренний проходной диаметр не ниже размеров резьбы внутри выходного патрубка.
• При использовании гибкого шланга необходимо убедиться в отсутствии перегибов и скруток.
• Для опускания и подъема используют только нейлоновый или металлический (нержавеющий) трос, запрещено подвешивать агрегат за электрокабель.
• Перед погружением следует убедиться в том, что внутренний диаметр обсадной колонны выше наружных размеров корпуса насоса вместе с электрокабелем, а трубы не имеют искривлений и зауженных участков.
• Не рекомендуется размещать питающий электрокабель в смотанной бухте — это ведет к его перегреву и расплавлению изоляции.
• Минимальное расстояние насоса от дна скважины — 0,5 метра, оптимальное – 1 м.
• Запрещена работа насоса на закрытый кран — это приведет к его выходу из строя.
• Обязательна установка в систему управления защитного реле от сухого хода даже при наличии внутренней защитной автоматики от перегревания обмотки.
• При монтаже модификаций, не имеющих встроенного обратного клапана, его устанавливают на выходной патрубок перед водоподъемным трубопроводом.

Рис. 10 Схема установки и подключения шнекового агрегата

При сравнении, какой скважинный насос лучше: центробежный или винтовой, нет однозначного ответа, так как область применения этих насосных агрегатов немного отличается. Винтовые электронасосы обычно используют в ситуациях, когда приходится работать с загрязненной водой, при этом из-за их относительно невысоких технических характеристик, скважина должна иметь небольшую глубину или располагаться поближе к индивидуальному дому. На отечественном рынке невозможно обнаружить шнековые насосы европейского производства, весь товар поставляется в торговую сеть отечественными и китайскими фирмами, поэтому отзывы пользователей в отношении качества и материалов изготовления винтовых агрегатов носят противоречивый характер.

Принцип работы и преимущества винтовых насосов для скважин

В системах автономного водоснабжения, а также функционирования систем для перекачки различных жидкостей используются различные виды насосного оборудования. Для скважин и колодцев в частном секторе чаще всего использую погружные модели, к которым относится и винтовой насос для скважины. Этот вид оборудования находит широкое применение не только в быту, но и в промышленности благодаря своей простой и практически безотказной конструкции.

Особенности конструкции

Винтовые насосы, которые еще называют шнековые, работают с помощью простого механизма на основе вращающегося винта (шнека), находящегося внутри цилиндрического или конусообразного корпуса. Подача и движение жидкости внутри рабочей камеры происходит за счет постоянного движения винта. Во время непрерывного движения шнека канавки на его поверхности заставляют жидкость двигаться только вперед, не давая ей вытекать обратно. Тем самым погружные шнековые насосы поддерживают постоянный напор воды в системе, не увеличивая при этом рабочее давление в камере.

Рис. 1 Устройство шнекового насоса

Особенности функционирования винтовых моделей насосного оборудование предполагает их погружение непосредственно в рабочую среду – в скважину или колодец. Это объясняется тем, что подобная конструкция техники не позволяет ей работать на т.н. холостом ходу. Для стабильной работы агрегата нужен постоянный уровень жидкости, и без доступа к рабочей среде оборудование просто останавливается.

Преимущества и недостатки техники

Винтовой скважинный насос (или центробежный — как его еще называют) считается одним из предпочтительных видов насосного оборудования для подачи воды в систему автономного водоснабжения, а также на производстве для откачки и циркуляции различных жидкостей – нефтепродуктов, сжиженного газа, агрессивных рабочих сред с высоким содержанием химических реагентов.

Основными преимуществами погружных винтовых насосов являются:

• высокая производительность;
• простота обслуживания;
• отсутствие шума во время работы;
• возможность работать с различными по качеству рабочими средами.

Последний пункт – один из самых важных для многих пользователей насосного оборудования. Тогда как другие модели достаточно чувствительны к составу рабочей среды и могут выходить из строя даже при небольшом включении песка в воде, то шнековые насосы нечувствительны к загрязнению воды и могут работать даже с сильнозагрязненными и даже вязкими средами. Это является одним из самых критичных параметров для многих владельцев скважин, где не справляются даже фильтры грубой очистки.

Рис.2 Шнековые насосы — одно из производительных видов оборудования

Компактность – еще одно преимущество, которым обладают шнековые насосы для скважин. Обычно это погружные насосы, геометрические параметры которых совпадают с параметрами скважины. Чаще всего размер цилиндрического корпуса оборудования не превышает 12-15 см в диаметре. При этом за счет принципа работы – создания центробежной силы и завихрений в рабочей камере, винтовые агрегаты показывают высокую производительность.

Последняя напрямую зависит от скорости вращения шнека: чем она выше, тем больше воды способен перекачать агрегат за единицу времени. Стандартные модели для домашнего использования способны поддерживать стабильный уровень воды в системе на отметке до 1500-2000 литров жидкости в час.

Недостатки винтовых насосов

У данного оборудования есть ряд минусов, о которых также нужно знать перед тем, как выбирать винтовые модели:

• высокая цена;
• фиксированный рабочий объем;
• невозможность работать «вхолостую».

Выбирая насосы для грязной воды винтового типа, пользователь должен быть готов заплатить продавцу большую сумму по сравнению с другими стандартными видами оборудования. Средняя стоимость одной модели, в зависимости от производителя, составляет несколько сотен долларов для импортного оборудования. Можно взять и отечественные модели, например «Малыш», «Водомет», «Беламос» и другие. Но лидерами рынка и в России, и за рубежом являются иностранные торговые марки, такие как Grundfos, Gadrena, Aquatica, Werk и другие.

Классификация оборудования

Все шнековые насосы для скважин делятся на стандартные и глубинные. Первые подходят для установки в неглубоких колодцах и скважинах, например, для добычи воды в песчаных водоносных слоях. Такие модели отличаются меньшей производительностью, и обычно устанавливаются на глубине не более 20-25 метров. Глубинный скважинный насос имеет более удлиненный корпус и шнек и предназначается для установки в артезианских скважинах, бурение которых достигает нескольких сотен метров в глубину. Такие модели отличаются большей производительностью и, соответственно, более высокой ценой.

В ответе на вопрос, какой насос шнекового типа для скважины выбрать, необходимо учесть параметры гидротехнического сооружения. Глубина залегания водяного зеркала, а также потребность объекта в водоснабжении – основные технические факторы, влияющие на выбор агрегата. Следует также учесть и мощность самого оборудования, т.к. для его работы потребуется постоянное электропитание.

Глубинные и стандартные шнековые электронасосы в среднем потребляют 1,5 кВт энергии в час, что позволит подключить их к стандартному источнику питания 220В. Но производители рекомендуют выделить для насосного оборудования отдельный источник электроэнергии и защитить его дополнительно автоматическим выключателем.

Винтовые насосы

Винтовой или эксцентриковый шнековый насос – объемный насос, получивший широкое распространение в самых различных отраслях промышленности, используемый например как для перекачки сахарного сиропа в пищевой промышленности, так и как погружной насос для скважины, применяемый при разработке нефтяных месторождений. Разнообразие применений стало возможно благодаря устройству шнекового насоса, который может обеспечивать широкий диапазон производительности при достаточно высоких давлениях.

Винтовой насос отлично подходит для перекачки высоковязких, чувствительных к сдвигу продуктов, а также жидкостей с содержанием твердых включений

Конструкция и устройство винтового насоса

Основными элементами винтового эксцентрикового шнекового насоса являются металлический спиральный ротор, вращающийся в эластомерном статоре.

Схема винтового насоса

• Ротор
• Статор
• Всасывающий патрубок
• Нагнетательный патрубок
• Уплотнение вала
• Карданные шарниры

Принцип работы винтового насоса

Ротор плотно прилегает к спиральному эластомерному статору, образуя двойную цепочку герметичных полостей. При вращении ротора жидкость переносится в этих полостях от всасывающего к нагнетательному патрубку, не меняя при этом своего объема и формы.

Материальное исполнение

Для основных элементов винтового насоса доступны разнообразные материалы, обеспечивающие необходимую стойкость при работе с агрессивными, абразивными, высоко температурными жидкостями

Можно выделить следующие основные материалы:

Типы уплотнения вала насоса

• Сальниковое уплотнение (ссылка на сальниковое уплотнение)
• Манжетное уплотнение
• Торцевое уплотнение (одинарное или двойное) (ссылка на торцевое уплотнение)
• Магнитная муфта

Основные исполнения винтовых насосов

• Производительность: от 0,03 м3/ч до 500 м3/ч
• Максимальное давление (стандартное исполнение): от 6 до 48 бар
• Количество ступеней (стандартное исполнение): от 1 до 8

Примечание: максимальное давление практически не ограничено и зависит от количества последовательно установленных ступеней насосов. Практически все изготовители производят насосы до 8 ступеней, что соответствует давлению 48 бар. У некоторых производителей в линейке есть винтовой насос высокого давления до 240 бар.

• Вязкость жидкости: от 1 до 3 000 000 сПз
• Максимальный размер твердых включение: 150 мм

Преимущества и недостатки винтового насоса

Преимущества

• Перекачка высоковязких жидкостей
• Высокое давление
• Постоянная подача
• Возможность к самовсасыванию
• Перекачка жидкостей чувствительных к сдвигу
• Широкий выбор материалов
• Возможность работы с жидкостями содержащие твердые включения
• Широкий диапазон подач

Недостатки:

• Занимают слишком много места. Чем больше ступеней у насос, тем длина проточной части становится больше.
• Тяжело обслуживать. Для замены основных рабочих элементов необходимо много свободного места и специальное оборудование.
• Высокая стоимость запасных частей
• Ротор и статор всегда находятся в контакте. Приводит к увеличенному износу при перекачке абразивных жидкостей
• Недопустима работа «в сухую»

Области применения

Винтовые насосы применяются чаще всего в следующих отраслях промышленности.

• Нефтяная и газовая промышленность
• Химическая промышленность
• Водоочистка и водоподготовка
• Целлюлозно-бумажная промышленность
• Лакокрасочная промышленность
• Пищевая
• Фармацевтическая
• Судостроение и судоходство

Для следующих задач:

• Перекачка мультифазных жидкостей
• Перекачка тяжелой нефти
• Винтовой скважинный насос для закачки воды для увеличения отдачи нефти
• Производство спиртов и растворителей
• Перекачка битума, гудрона, смолы
• Пищевые продукты
• Краски, клей
• Каучук

Винтовые насосы – устройство, принцип работы, отличия от центробежного и лопастного оборудования

Винтовой насос – это агрегат, предназначенный для перекачивания растворов и жидкостей повышенной вязкости. Такого рода оборудование используется во многих сферах промышлености – текстильном химическом и металлообрабатывающем производстве. Винтовые насосы обладают простой конструкцией, отличаются надежностью и длительным рабочим ресурсом.

Устройство винтового насоса – из чего состоит прибор?

Основным элементом винтового насоса является ротор. Он имеет цилиндрическую форму и спиральный желоб, напоминающий винт или шнек. Ротор расположен внутри статора, снабженного эластомерной гильзой и спиралевидным каналом. Сам статор имеет форму стальной трубы. Роторная спираль может оборудоваться несколькими заходами. При этом статорная спираль всегда оборудована одним заходом больше.

Вдоль контактной линии между статором и ротором расположены защищенные от проникновения воды участки, разделяющие рабочую полость насоса на несколько частей. Благодаря особенному расположению ротора в статоре, эти участки поочередно открываются и закрываются.

Регулировка объемов откачиваемой жидкости осуществляется посредством изменения количества оборотов ротора. Для этого следует использовать частотный привод.

Все элементы насоса помещены в прочный корпус из пластика или чугуна. При этом, если используется винтовой насос для скважины, то его корпус изготавливается из нержавеющей стали.

Принцип действия и назначение прибора

Принцип действия каждого винтового агрегата основан на перемещении жидкости вдоль винтовой оси внутри камеры. Ось образуется между поверхностью корпуса и винтовыми канавками путем вхождения винтовых выступов в смежные канавки. Благодаря такому принципу работы, внутри прибора создается замкнутое пространство, которое не позволяет жидкости перемещаться назад из прибора.

В наши дни винтовые насосы используются во многих сферах жизнедеятельности человека. Чаще всего это оборудованием применяется:

• На пищевых фабриках – при производстве продуктов питания агрегаты применяются в качестве дозаторов;
• В строительстве – насосы используются для подачи смесей, используемых с целью производства наливных полов и кровли;
• На скважинах – приборы выкачивают загрязненную воду с большим количеством примесей. Винтовой скважинный насос может использоваться, как для источника с чистой водой, так и для скважины с песком;
• В химической промышленности – винтовые насосы перекачивают большие объемы густых веществ для их дальнейшей обработки.

Высокая надежность и способность работать под высокими нагрузками делает винтовые насосы одним из наиболее прогрессивных видов насосного оборудования.

Преимущества и недостатки винтовых насосов

Высокий спрос на винтовые насосы обусловлен множеством их достоинств. Среди них нужно выделить:

• Высокий КПД приборов – от 50 до 70 %;
• Агрегаты способны работать с очень вязкой жидкостью, создавая напор гораздо выше, чем импеллерные помпы;
• Винтовые насосы способны перекачивать жидкости с большим количеством твердых примесей;
• Принцип работы винтового прибора исключает образование пульсаций, которые характерны для оборудования других видов;
• Винтовые насосы являются самовсасывающими приборами, а максимальная глубина забора жидкости может составлять 8,5 м;
• Приборы отличаются компактностью и низким уровнем шума;
• Благодаря высокой надежности, винтовые насосы крайне редко требуют ремонта и не нуждаются в частом обслуживании.

Как и другие виды насосов, винтовое оборудование имеет свои слабые стороны. Первый минус заключается в высокой стоимости агрегатов, из-за чего использовать их на своем производстве могут позволить себе далеко не все предприятия. Второй недостаток заключается в отсутствии возможности регулировки объемов откачиваемой жидкости.

Виды винтового насосного оборудования

Так как винтовые приборы задействованы во многих сферах применения, они отличаются между собой особенностями конструкции. По своему устройству агрегаты делятся на такие типы:

• Шнековые насосы – эти агрегаты предназначены для перекачивания больших объемов агрессивных химических и абразивных веществ. Шнековый прибор эффективно работает, как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Нередко такое оборудование используется для воды из скважин и глубоких колодцев. Шнековые агрегаты обладают простой конструкцией и сравнительно невысокой стоимостью;

• Штанговые насосы – такого рода устройства используются для высоковязких сред в предприятиях по добыче и переработки нефти. В конструкцию штангового насоса входит устьевой сальник, вращательная колонна и поверхностный привод. Агрегаты этого типа отличаются высокой производительностью и достаточно высокой стоимостью;

• Вакуумные насосы – эти агрегаты оборудуются двумя винтовыми роторами, вращающимися в противоположные стороны. Благодаря такой конструкции вакуумного насоса, жидкость сначала попадает в область между винтовыми камерами и цилиндром, а затем попадает в отверстие для выхлопных газов.

Насос винтовой для вязких жидкостей показывает высокую производительность, однако эффективность работы устройства во многом зависит от правильности его использования. В связи с этим прежде, чем покупать прибор для бытовых или промышленных целей, нужно убедиться в его соответствии с выбранной областью применения.

Какой насос лучше – центробежный или винтовой насос?

Многие люди, которые хотят купить насос для бытовых целей, задумываются о том, что же лучше – центробежный или винтовой насос. Оба эти вида отличаются между собой областями использования и особенностями конструкции.

Центробежный насос — достаточно дорогостоящий прибор, который хорошо справиться с обеспечением водой загородного коттеджа. Эти насосы можно использоваться, как для скважин, так и для колодцев. В устройство агрегата входит зафиксированное на валу рабочее колесо, которое выталкивает воду наверх. Это оборудование подходит только для перекачивания чистой воды, имеет высокий КПД и потребляет небольшое количество электроэнергии. Центробежные насосы отличаются высокой надежностью и длительными сроками эксплуатации.

Винтовые насосы используются преимущественно в промышленности. Гораздо реже погружной агрегат такого рода применяется в быту и хозяйстве. Если же для обслуживания частного дома был выбран именно такой прибор, то его следует использовать для перекачивания не слишком загрязненной воды, количество твердых примесей в которой не должно превышать 150 г/м 3 жидкости.

Выбор насосного оборудования в основном зависит от воды, которую он будет перекачивать. Если агрегат требуется для подачи чистой питьевой воды, то лучше выбрать центробежный насос. Если жидкость нужна для полива, то лучше отдать предпочтение винтовому оборудованию.

Винтовые и лопастные насосы – в чем отличия?

Большинство неопытных покупателей часто ошибаются, принимая лопастной насос за винтовой. Отличия между агрегатами этих видов заключается в областях применения и характеристиках агрегатов.

Винтовые устройства в большинстве своем используются в промышленных целях, гораздо реже – в быту. Среди их преимуществ следует выделить:

• Равномерный объем подачи перекачиваемой жидкости;
• Способность к самовсасыванию;
• Отлично сбалансированная конструкция;
• Агрегат эффективно работает даже при наличии в жидкости твердых примесей;
• Высокая прочность деталей.

К недостаткам винтовых насосов относится высокая стоимость оборудования, большие габариты, повышенное трение его запчастей, высокий уровень шума и не эффективное охлаждение.

Лопастные насосы применяются в быту. Насос лопастной центробежный обладает такими достоинствами:

• Простота в эксплуатации и обслуживании;
• Возможность подключения к одному трубопроводу сразу нескольких лопастных насосов;
• Скромные габариты и вес;
• Низкий уровень шума при работе;
• Невысокая стоимость большинства моделей;
• Наличие эффективной системы охлаждения.

Среди минусов ролико-лопастного насоса следует выделить отсутствие возможности работать с загрязненной водой. Насос лопастной центробежный обладает низким КПД, а, при сужении проточных каналов, большинство агрегатов перегреваются, что приводит к их поломке. Для производства большинства моделей используются тяжелые стальные запчасти, которые, в паре с легким пластиковым корпусом, ухудшают баланс и устойчивость приборов.

Важная характеристика лопастного насоса – это его производительность. Она сильно зависит от качества воды и мощности агрегата. Если насос не обладает высокой мощностью, то он не будет перекачивать необходимое для обслуживания частного дома количество жидкости. Поэтому для загородного жилья следует выбирать более мощное оборудование, покупка которого обойдется гораздо дороже.

Как выбрать винтовой насос для скважины: особенности и нюансы конструкции

В личном водоснабжении часто применяется разное насосное оборудование. Наибольшей эффективностью выделяются погружные модели, к ним принадлежит винтовой насос. Благодаря простоте конструкции, надежности в эксплуатации – данный вид насосного оборудования часто применяется в быту и различной промышленности. Разберем их разновидности, конструктивные особенности и преимущества в использовании для обустройства домашнего водоснабжения.

Особенности конструкции

Винтовые насосы имеют простой механизм. В его основу входит вращение винта, сконструированного в виде шнека и размещенного в центре цилиндрического (конусообразного) корпуса. За счет этого, транспортируемая жидкость движется только в одном направлении, ее передвижение в другую сторону либо утечка – исключаются особенностями конструкции. Благодаря этому погружной винтовой насос способен поддерживать в водопроводе постоянный напор, избегая увеличения рабочего давления.

В силу трения движущихся элементов такие приборы неспособны работать на поверхности, поэтому они применяются в погружном состоянии в толще воды колодца либо скважины. Это способствует их охлаждению и увеличивает срок эксплуатации. Геометрические решения при изготовлении шнека позволяют использовать данное оборудование при передвижении воды, не отличающейся идеальной чистотой с наличием мелких фрагментов песка и грунта.

Преимущества и недостатки техники

Винтовой насос для скважины называется центробежным, зарекомендовал себя как наиболее эффективный вид специальной техники, предназначенной для водоснабжения загородных домов. Такая конструкция широко используется в производственных целях для перемещения жидких нефтяных продуктов и других агрессивных сред.

Анализируя принцип работы шнекового насоса можно смело указать на плюсы:

• простота конструкции и ее обслуживания;
• хорошая производительность;
• нет шумности при его работе;
• способен перекачивать различные жидкости;
• может работать в агрессивной среде.

Его функциональность мало зависит от попадания мелких фракций, он способен перекачивать грязную жидкость и вязкие вещества. Это делает его лидером при использовании в загрязненных скважинах либо колодцах. Винтовой погружной насос отличается своей компактностью. Это дает возможность их совмещать с конструктивными особенностями скважин. Среднестатистический корпус аппарата бытового назначения имеет диаметр до 15 см.

При таких малых габаритах – конструкция обладает большой производительностью, которая зависит от быстроты вращения винта. Чем больше данная скорость, тем выше количество перекачанной жидкости за отрезок времени.

Стандартная модель бытового назначения способна выдавать стабильный поток воды в объеме 1500-2000 л/ч.

• невозможность работы на холостых оборотах;
• рабочий режим не поддается регулировке;
• такая техника стоит достаточно дорого.

Это насосное оборудование является популярным в бытовой сфере, особенно в скважинах на песке. Хорошо применяется при чистке скважины или колодца, способно выкачать любую загрязненную воду. Не нуждается в частой ревизии и промывке, может безотказно использоваться продолжительное время.

Классификация оборудования

Все насосы винтовые для скважины разделяются на модели стандартного и глубинного предназначения:

• Стандартные – используются в колодцах и небольших скважинах, где вода насыщена мелкими фракциями песка. Они имеют меньшую производительность, предназначаются для работы на глубине до 25 метров.
• Глубинный насос обладает большей мощностью за счет удлиненного корпуса и шнека. Это дает возможность его использовать в артезианских скважинах на глубине в несколько сотен метров. Подобные изделия обладают большей стоимостью.

При выборе подходящего изделия следует учитывать особенности всего сооружения, а именно:

• глубину залегания воды;
• необходимый объём потребляемой воды;
• скорость ее подачи.

От этого будет зависеть схема подключения винтового насоса. Среднее потребление электроэнергии обоих видов составляет примерно 1,5 кВт/час, при подключении к стандартной сети с напряжением 220 В. Зачастую производители советуют использовать отдельный источник питания с дополнительной автоматической защитой.

Краткий обзор производителей

Необходимо обратить внимание на популярные модели винтовых скважинных насосов бытового применения. В настоящее время много зависит от производителя и соответствия изделия его заявленным характеристикам. Крупные бренды имеют мировую известность, поэтому на них стоит обратить внимание в первую очередь.

Рассмотрим некоторые из моделей:

• Большой популярностью пользуется изделие «Водолей» серии БЦПЭ.
  Оно практично в использовании, обладает высокой производительностью и удачной компактностью. Его можно устанавливать в скважины с диаметром до 110 мм.

• Еще одной моделью отечественного производителя является «Спрут».
  Он способен работать в колодце и скважине. Отличается стойкостью от негативного воздействия коррозии, высокой прочностью деталей. Предусмотрена защита от перегрузок, что значительно увеличивает срок эксплуатации. Заводом изготовителем предусматривается сервисное обслуживание работниками компании, что является значительным преимуществом при выборе подходящего бренда и модели.

• Положительные отзывы заслужили погружные винтовые насосы «Беламос» белорусского производства.
  Их преимуществом является демократическая стоимость и высокое качество, надежность конструкции. Это превосходный бюджетный вариант, который будет безотказно эксплуатироваться продолжительное время.

• Не отстают и зарубежные производители, одним из удачных примеров являются насосы «Unipump».
  Их стоимость на порядок выше, однако это соответствует высокой надежности и превосходной практичности в работе.

• «Grundfos»
  Еще один зарубежный представитель, отличающийся высокой стоимостью и удачным качеством. Имеет большой ассортимент моделей, способных работать на различной глубине с разной производительностью. Представлены экземпляры с диаметром более 75 мм, которые могут поднимать воду из 55-метровой глубины.

Таких примеров можно приводить большое количество. Все они имеют одинаковое назначение, однако отличаются своими конструктивными особенностями и техническими характеристиками.

Сервисное обслуживание заводом изготовителем является значительным бонусом при выборе интересующей модели.

Вывод и полезное видео по теме

Мы рассмотрели принцип действия винтового насоса, разобрались в уникальности его конструкции. Как видим, такие экземпляры отличаются своей компактностью и высокой производительностью, считаются идеальным вариантом для использования в бытовых скважинах для обустройства домашнего водоснабжения. Приобретайте оборудование известных брендов, которые проверенны временем и имеют множество положительных отзывов.

Наслаждайтесь качественной работой собственной скважины и вкусной водой!