Исполнительным органом установки ВШН, о которой рассказывается в статье: «ВШНУ» является винтовой героторный механизм - зубчатая пара внутреннего циклоидального зацепления.
Рабочий узел винтового или шнекового насоса состоит из металлического винта (ротора), который вращаясь, выступами перекатывается по спиральной канавке неподвижной эластичной обоймы (статора). То есть, винт совершает планетарное движение внутри обоймы. При размыкании винта с канавкой из-за разрежения в нее засасывается жидкость. Вращаясь винт создает в канавке замкнутые полости, заполняемые жидкостью, которая затем вытесняется в сторону нагнетания. Передача крутящего момента и планетарное вращение от приводного вала к винту осуществляется через эксцентриковые муфты.
Прообразом шнекового насоса является Архимедов винт.
Винт Архимеда представляет собой шнек, вращающийся внутри трубы. Издавна этот механизм применялся для подъема воды в оросительные каналы. Также шнек используется в качестве инструмента для бурения скважин.
О шнековом бурении подробнее можно почитать в статье: «Шнековое бурение».
В 1930 году René Moineau (Рене Мойно), один из пионеров авиации во Франции, разрабатывая компрессор для реактивных двигателей обнаружил, что винтовая пара может работать и как насос.
Винты насосов изготавливают из конструкционных или легированных сталей, легко поддающихся механической обработке и термоупрочняют.
Обкладка статора является наиболее ответственной деталью одновинтовой гидромашины, во многом определяющей ее характеристики и срок службы. Из-за высокой стоимости мехобработки внутренних винтовых циклоидальных поверхностей в отверстиях длинномерных втулок, при изготовлении статора практическое применение получили технологии заливки профилированного эластомерного слоя с использованием формообразующих инструментов в виде формующих стержней.
Обкладка статора испытывает сложные циклически меняющиеся нагрузки. Поэтому к резиновой обкладке предъявляются высокие требования прочности, абразивной износостойкости и усталостной выносливости. Для одновинтовых гидромашин применяется широкий ассортимент эластомеров, в большинстве случаев синтетических резин.
В российском производстве статоров одновинтовых гидромашин для нефтяной промышленности используются резиновые смеси на базе синтетических бутадиен-нитрильных каучуков, обладающие требуемыми физико-механическими свойствами и маслобензостойкостью.
Количество шагов винтовой пары определяет максимальное давление, которое винтовой насос может развить, а объём замкнутых полостей и скорость вращения винта – его производительность.
Преимущества винтового насоса (ВН):
- в объемной гидромашине, которой является ВН, каждому обороту винта соответствует определенный объем перекачиваемой среды и поэтому производительность ВН поддается точной регулировке в широком диапазоне;
- ВН является самовсасывающим и не требует предварительного заполнения рабочей средой;
- замкнутые полости в винтовой паре определяют способность ВН перекачивать вязкие (до 10 000 сПз) жидкости и среды с мягкими и твердыми включениями, не подвергая эти включения разрушению. Размер допустимых включений задается геометрией винтовой пары и может достигать 50 мм;
- способность ВН к самовсасыванию дает возможность перекачивать среды со значительной газовой составляющей, либо среды с газовыми пробками;
- конструкция ВН позволяет оборудовать его множеством дополнительных приспособлений и устройств, таких как: загрузочная горловина, шнековый питатель, гидропривод или пневмопривод. Для регулировки производительности возможна установка преобразователя частоты вращения или вариатора.
- ВН может работать в реверсе;
- ВН имеет более высокий КПД по сравнению с другими насосами.
Рациональной областью применения винтовых насосов в составе ВШНУ являются вертикальные скважины или скважины с малой интенсивностью искривления с высоковязкими пластовыми жидкостями с большим газовым фактором и механическими примесями.