Винтовой насос — это объемный насос , в котором для перемещения жидких твердых тел или жидкостей вдоль оси винта(ов) используется один или несколько винтов.
Винтовой насос является старейшим насосом объемного вытеснения. [1] Первые записи о водяном винте или винтовом насосе относятся к Древнему Египту до 3-го века до н. э. [1] [2] Египетский винт, используемый для подъема воды из Нила , состоял из трубок, намотанных вокруг цилиндра; по мере вращения всего устройства вода поднимается внутри спиральной трубы на более высокую высоту. Более поздняя конструкция винтового насоса из Египта имела спиральную канавку, вырезанную на внешней стороне цельного деревянного цилиндра, а затем цилиндр был покрыт досками или листами металла, плотно закрывающими поверхности между канавками. [1]
Клинописная надпись ассирийского царя Сеннахирима (704–681 до н. э.) была интерпретирована Стефани Далли [3] как описание литья водяных винтов из бронзы примерно 350 лет назад. Это согласуется с классическим автором Страбоном , который описывает Висячие сады как орошаемые винтами. [4]
Винтовой насос был позже завезен из Египта в Грецию. [1] Он был описан Архимедом , [5] : 242–251 по случаю его визита в Египет , около 234 г. до н. э. [6] Это говорит о том, что аппарат был неизвестен грекам до эллинистических времен. [5] : 242–251
Существуют три основные формы: В своей простейшей форме ( винтовой насос Архимеда или «водяной винт» ) один винт вращается в цилиндрической полости, тем самым гравитационно захватывая некоторый материал на верхней части секции винта, как если бы это был ковш, и постепенно перемещая материал вдоль оси винта, пока он не будет выгружен наверху. Эта древняя конструкция все еще используется во многих низкотехнологичных приложениях, таких как ирригационные системы и в сельскохозяйственной технике для транспортировки зерна и других твердых веществ. Вторая форма работает по-другому; она сжимает захваченный карман материала против другого винта. Эта форма - то, что обычно называют в наше время термином «винтовой насос». Третья форма ( последовательно-винтовой насос или эксцентриковый винтовой насос) сжимает захваченный карман материала против стенок полости, вращая винт эксцентрично.
Как и все объемные насосы, все различные виды винтовых насосов функционируют, каким-то образом захватывая объем материала, а затем перемещая его. Существует множество способов придать форму винту или полости для выполнения этой функции, и количество винтов, работающих вместе, может быть большим. Термин «винтовой насос» относится в общем ко всем этим типам. Однако это обобщение может быть ловушкой, поскольку оно не учитывает, что различные конфигурации «винта» имеют разные преимущества и конструктивные особенности для каждого, что приводит к тому, что различные виды подходят для совершенно разных вариантов использования, типов материалов, скоростей потока и давлений.
Одной из наиболее распространенных конфигураций винтового насоса является трехшпиндельный винтовой насос. Три винта давят друг на друга, образуя карманы перекачиваемой жидкости в канавках винтов. Поскольку винты вращаются в противоположных направлениях, перекачиваемая жидкость движется вдоль шпинделей винтов. Нет ничего магического в двух, трех или любом количестве винтов; карманы образуются независимо от этого. Используются три, а не два шпинделя, поскольку это позволяет центральному винту испытывать симметричную нагрузку давлением со всех сторон. Это гарантирует, что центральный винт не будет сдвинут вбок, не будет согнут, и, таким образом, устраняет необходимость в радиальных подшипниках на главной оси для поглощения радиальных сил. Два боковых винта затем могут быть выполнены как внутренне скрытые свободно плавающие ролики, смазываемые самой перекачиваемой жидкостью, тем самым устраняя необходимость в подшипниках на этих осях. Это обычно желательно, поскольку уплотнения и подшипники на машинах являются частыми источниками отказов.
Трехшпиндельные винтовые насосы чаще всего используются для транспортировки вязких жидкостей со смазочными свойствами. Они подходят для различных применений, таких как впрыск топлива , масляные горелки , повышение давления, гидравлика , топливо, смазка , циркуляция, подача и перекачка вязких жидкостей под высоким давлением в морских и оффшорных установках.
По сравнению с другими различными насосами винтовые насосы имеют несколько преимуществ. Перекачиваемая жидкость движется в осевом направлении без турбулентности, что исключает вспенивание, которое в противном случае возникло бы в вязких жидкостях. Они также способны перекачивать жидкости с более высокой вязкостью без потери расхода. Кроме того, изменения в разнице давлений оказывают небольшое влияние на винтовые насосы по сравнению с другими различными насосами. Также на силовой оси очень мало обратного хода, а выход потока обычно очень равномерный и не сильно пульсирует.