Виды винтовых насосов для скважины, устройство и принцип работы

Назначение и область применения

В отличие от центробежных водяных насосов, где основной элемент – нагнетающее колесо, основа механизма винтового оборудования — винт Пифагора или шнек. Подобная конструкция применяется в мясорубке. Чтобы повысить давление в оборудовании, корпус оснащен дополнительными сегментами – ступенями. Существуют разные конфигурации винтовых насосов, некоторые из них дополнительно оснащены автоматической системой управления.

Малогабаритные водяные агрегаты для бытовых нужд изготовлены из одного общего вала. В промышленности чаще всего применяются многоваловые. При производстве особое внимание уделяется уплотнениям рабочих поверхностей. В качестве герметика используют графит и керамику.

Винтовые насосы имеют широкий спектр применения в сельскохозяйственной промышленности и прочих отраслях:

• транспортировка пищевых продуктов во время их расфасовки;
• перекачивание нефти и ее производных продуктов;
• добыча природного газа;
• откачка воды при добыче каменного угля;
• транспортировка маслянистых жидкостей.

Особенно широкое применение винтовые насосы получили в бытовой сфере. Их устанавливают на частных подворьях для добычи воды из скважин.

Применение винтового насоса

Винтовые насосы задумывались как устройства для перекачивания жидкостей и растворов с большой вязкостью.
Потребность в таких агрегатах имеется во многих отраслях промышленности, например, в пищевой, химической, текстильной, металлообрабатывающей и т.д.

В строительстве при помощи винтовых помп осуществляют подачу смесей для наливных полов и кровельных покрытий.

С течением времени эта технология становилась все более совершенной и сегодня винтовые насосы успешно работают в десятках тысяч скважин по всему миру. Именно эти агрегаты инженеры-нефтяники считают самыми многообещающими.

Кроме этого винтовые насосы применяют для обезвоживания природного газа, организации отопления зданий, добычи минеральных вод и многого другого. Также они активно применяются как насосы-дозаторы.

Среди владельцев скважин на воду большую популярность приобрели бытовые винтовые насосы. К их услугам прибегают при наличии значительного количества песка в воде. В таких условиях центробежные насосы быстро изнашиваются, а вибрационные не могут применяться из-за негативного воздействия вибраций на дно источника. Винтовые же насосы не вибрируют и безболезненно переносят наличие твердых механических примесей.

Виды, принцип работы и устройство

Шнековые агрегаты для откачки воды делятся на две большие группы: одновинтовые и многовинтовые. Для индивидуального применения в бытовых целях устанавливают одновинтовые модели, их хватает для обеспечения водой хозяйственного угодья или частного дома.

Чтобы из водопроводного крана не бежала вода с примесями песка, ила и водорослей, на входных патрубках дополнительно устанавливают фильтр грубой очистки.

В отличие от центробежных конструкций, винтовые имеют компактные размеры, но при этом создают высокое давление. Диаметр корпуса уменьшен, поскольку конструкция представляет из себя, грубо говоря, один вал.

Ротор представляет собой вращающийся винт, статор – внутренняя поверхность корпуса. Как правило, винт изготавливают из высококачественного металла, а рабочую поверхность статора из пластичных материалов. При осуществлении ротором оборотов, вода всасывается во входящие патрубки и по спирали перемещается к выходящему.

Главные особенности центробежных насосов

Рабочий орган у центробежных насосов выполнен в виде лопастного колеса с минимальными зазорами к корпусу (камеры прокачивания воды), что определяет ряд эксплуатационных особенностей:

• Довольно низкий рабочий шум и вибрация, т.к. детали при производстве не только точно подгоняются, а и балансируются.
• Большая производительность при небольших размерах и мощности электропривода, причем существуют многоступенчатые модификации, которые позволяют качать с больших глубин и на большую высоту.
• Большой модельный ряд при компактных габаритах, а также высокая надежность с большим моторесурсом.

На первый взгляд у насосов отличные характеристики и проблему, какие насосы лучше для скважины винтовые или центробежные, можно закрыть, но центробежные агрегаты зависимы от качества перекачиваемой жидкости. Центробежная сила возникает за счет минимальных зазоров между рабочим колесом и корпусом, поэтому попадание в поток твердых фракций приводит к кавитационным проявлениям с интенсивной выработкой рабочего органа и перегрузкой электропривода. По этой же причине запуск «на сухую» или прекращение подачи воды приводит к выходу из строя насоса.

Критерии выбора

Для приобретения подходящего оборудования следует учитывать основные критерии отбора. Неправильно подобранное оборудование чаще выходит из строя, а также из-за технических ограничений неспособно выполнить все поставленные перед ним задачи.

При покупке важно обратить внимание на такие характеристики:

• Мощность и производительность. От этого параметра зависит, сможет ли насос обеспечить в нужном объеме систему водоснабжения. Если ранее опыта не было, лучше проконсультироваться с сотрудниками коммунального предприятия или водоканала.
• Фирма-производитель. Лучше воздержаться от покупки насоса сомнительного качества от неизвестного производителя. Надежные импортные насосы стоят дорого. Однако, не стоит недооценивать российскую продукцию. Растет популярность насосных станций харьковского завода Промэлектро, а также российских агрегатов Водолей.
• Глубина скважины. Этот показатель, пожалуй, самый весомый при выборе оборудования для водоснабжения. Чем больше глубина залегания жидкостей, тем мощнее требуется оборудование. Помимо этого, важно учесть расстояние от входа в распределитель до водозабора. 10 м горизонтального участка приравниваются к 1 м подъема из глубин.
• Стоимость варьируется в широких пределах и зависит от особенностей конфигурации модели. Экономить при проведении водоснабжения и канализации не рекомендуется, поскольку дешевые насосы сомнительного качества быстро выходят из строя, а их ремонт неизбежно требует дополнительных расходов.

Перед покупкой оборудования нужно внимательно ознакомиться с прилагаемой документацией и гарантийным талоном. Все технические параметры модели подробно описаны в инструкции по эксплуатации.

Винтовые насосы

Эти устройства аналогичны роторным. В них рабочим элементом служит винт с лопастями. Агрегат похож на шнек мясорубки. Когда он вращается, вода всасывается устройством и подается под давлением на патрубок выхода.

Преимущества и недостатки всех конфигураций совпадают. Отличаются они лишь несколькими техническими характеристиками.

Преимущества винтовых насосов

Решая, что лучше – вихревой или центробежный насос для вашей системы водоснабжения, учитывайте преимущества агрегатов первого типа:

1. Способность формировать высокий водонапор.
2. Практически отсутствуют ограничения, связанные с глубиной скважины.
3. Вода может подаваться, даже если ее уровень минимален. Для скважин с небольшим дебитом эти агрегаты считаются одними из лучших.
4. В системе отсутствуют пульсации давления из-за работы насоса, поскольку вода подается плавно и равномерно.
5. Способность перекачивать мало очищенные жидкости, в которых содержатся твердые фракции.
6. Бесшумная работа.
7. Редкость поломок – объясняется простотой конструкции.
8. Доступное по цене и несложное техническое обслуживание.
9. Цена оборудования – существенно ниже цен на сепаратор центробежный вихревой.

Недостатки винтовых насосов

1. Громоздкость. Разница между вихревым и центробежным насосом в том числе в том, что второй намного компактнее.
2. Невозможность дозировать поставляемый объем воды.
3. Неудобства при ремонте и обслуживании – связаны с тем, что все агрегаты с винтом погружного типа. Устройство придется извлекать из скважины, а при поломке зимой делать это проблематично.

Установка и подключение, особенности эксплуатации

Когда буровые работы окончены и оборудована внутренняя часть скважины, нужно приступать к монтажу насосного оборудования. Установка винтовых насосов осуществляется следующим образом:

1. Напорный шланг подсоединяют к винтовому насосу при помощи хомутов.
2. Для опускания оборудования на необходимую высоту нужно прикрепить к корпусу металлический трос или капроновый шнур. Нижняя часть корпуса оснащена специальной проушиной.
3. Погружают оборудование в скважину и верхнюю часть крепят к балке, которая должна быть установлена на поверхности над скважиной.
4. К управляющему узлу подключают электрический кабель и осуществляют пробный запуск насосной станции.

Чтобы продлить эксплуатационный срок оборудования, важно ознакомиться с особенностями эксплуатации. Как правило, они в себя включают температуру рабочей среды, состав и концентрацию твердых частиц в жидкости, стабильность подачи электроэнергии. Если агрегат не оснащен фильтром для грубой очистки жидкости, нужно ее приобрести и установить, это предотвратит образование засоров.

Правила эксплуатации шнекового насоса

Кроме устойчивой производительности, не зависящей от качества воды, скважинный винтовой насос дает возможность самостоятельной установки. Внутреннее строение, в котором буквально нечему ломаться, вместе с качественными материалами избавляют от забот по решению проблемы надолго — винтовой вариант работает не меньше 10 лет, не напоминая о себе и не требуя много внимания.

• Насос винтовой для скважины охлаждается во время работы – это делает перекачиваемая жидкость. Благодаря этому шнек плавно движется, не требуются дополнительные уплотнения. Двигатель расположен ниже входных отверстий, это предохраняет его, происходит естественное охлаждение
• Кроме этого, конструкция делает работу устройства почти бесшумной – его не слышно, даже если скважина находится в пределах дома
• Скважина дольше сохранит работоспособность, так как отсутствует вибрация, которая влияет на источник
• Даже при поломках и неисправностях заменить детали вполне возможно самостоятельно – конструкция настолько проста, что это под силу человеку без специальных навыков
• Работать винтовой погружной насос может не только в скважинах – нет требований к положению устройства: оно располагается горизонтально и вертикально. Это позволяет беспрепятственно пользоваться им при перекачивании воды из рек, водоемов, иных емкостей и источников

Недостатки насосов с винтами

Выполняя анализ винтовых насосов, нужно подходить дифференцированно к этому вопросу, т. к. некоторые достоинства и недостатки зависят от выбранной модели и условий эксплуатации.

Винтовой насос для скважины.

По совокупности для всех шнековых конструкций необходимо отметить следующие замечания:

1. Невозможность работы в режиме холостого хода. Эта проблема появляется только при снижении бюджета скважины.
2. Невысокий КПД. Показатели для разных моделей колеблются в пределах 50-70%.
3. Нерегулируемый объем подачи ресурса.
4. Высокая или низкая цена. Однозначно отнестись к этим показателям сложно. Бюджетные устройства отличаются повышенным износом соприкасающихся поверхностей, перегревом и коротким сроком эксплуатации. Мощное оборудование хорошего качества будет стоить сравнительно дороже.

Преимущества и недостатки техники

Преимущества скважинных насосов винтового типа:

• повышенная производительность;
• отсутствие в конструкции сложных узлов упрощает регламентное обслуживание;
• при работе оборудования нет повышенного шума;
• небольшие геометрические размеры;
• допускается перекачка жидкостей с различным химическим составом.

К недостаткам погружного насоса для скважины шнекового типа относят повышенную стоимость и отсутствие возможности регулировать подачу воды. При установке изделия следует учитывать, что устройство не допускает работы без подачи жидкости.

Средняя цена помпы импортного производства составляет 8-10 тыс. руб. Отечественное оборудование обойдется несколько дешевле. Приобрести в Москве погружные насосы можно в специализированных магазинах, занимающихся поставкой компонентов для систем водоснабжения.

Популярные производители

Для установки в скважины малого диаметра (100-120 мм) используются насосы марки «Водолей», выпускаемые на территории Украины. Оборудование отличается пониженной стоимостью, допускается перекачивание агрессивных жидкостей.

Аналогичные насосы выпускаются белорусским ; для изготовления внешних элементов там используется нержавеющая сталь. Плюсом белорусского оборудования является дополнительный датчик, отключающий питание при перегреве двигателя.

Российские насосы «Вихрь» имеют корпус из нержавеющей стали; конструкцией предусмотрены крючки для установки страховочного троса. Оборудование допускает погружение на глубину до 35 м, для привода шнека использован мотор мощностью 550 Вт.

Бюджетный сегмент импортного оборудования занят продукцией китайского производителя Unipump. Оборудование выполнено из нержавеющей стали, допускается долговременная перекачка воды, загрязненной песком или глинистыми отложениями.

Насосы Grundfos используются для подачи воды с глубины до 55 м. Производитель предлагает несколько модификаций изделий, отличающихся диаметром корпуса и производительностью. Самый маленький насос имеет корпус диаметром 75 мм.

В конструкции применяется блок плавного разгона ротора двигателя, предусмотрена защита от понижения или повышения напряжения в цепи питания. Оборудование отличается применением качественных комплектующих, что повышает конечную стоимость изделия до 40-45 тыс. руб.

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.

Несколько полезных советов

Двигатель насоса охлаждается перекачиваемой водой, поэтому во избежание перегрева он всегда должен находиться ниже уровня жидкости. Температура поступающей воды не должна превышать 35-40°С, иначе возможен перегрев.

Частой причиной поломки устройств является сухой ход, который возникает при падении уровня воды. Поэтому шнековый насос для скважин желательно использовать совместно с внешней защитной автоматикой управления. Некоторые модели имеют встроенную защитную автоматику, которая выключает их не только при сухом ходе, но и при перегреве.

Оптимальная высота установки насоса в скважине — примерно в метре от дна. Если он установлен неправильно, срок службы водоскважины уменьшится из-за запескования. Слишком высокое расположение приведет к собиранию песка на дне. При слишком низком расположении произойдет быстрое засорение фильтра в верхних слоях.

Виды шнековых конструкций

Главным рабочим органом шнекового оборудования является винтовая пара, состоящая из неподвижного статора и подвижного ротора. Схема устройства и форма рабочего вала механизма определяют название и возможности приборов.

Конструкция шнекового погружного насоса.

Шнековые насосы представляют собой винтовую конструкцию с внутренним зацеплением. Мобильный однозаходный ротор («архимедов винт») выполняет планетарное движение в спиральном статоре. Находясь в постоянном зацеплении, обойма и винт образуют между собой несколько автономных полостей.

При вращении подвижной части пазухи со стороны всасывания увеличиваются в объеме, при этом создается разрежение, вследствие чего происходит заполнение полостей транспортируемой жидкостью. Дальнейшее движение ротора вызывает перемещение ресурса в сторону напорной магистрали.

Винтовые эксцентриковые насосы являются агрегатами объемного действия. Емкостью, способствующей перемещению ресурса, выступает сам кожух механизма. Принцип работы заключается в перекачивании жидкости за счет поступательного движения эксцентрикового вала. При его вращении между статором и ротором создаются полости разрежения.

В результате образовавшегося вакуума происходит забор жидкости из скважины с последующей подачей в напорный трубопровод. Рабочий вал приводится в движение электрическим двигателем, охлаждаемым потоком транспортируемой жидкости.