Винтови помпи за отпадни води

В последните години, с оглед на решаването на проблема с отпадните води и в отговор на европейските изисквания, се реализираха и продължават да бъдат реализирани проекти за изграждане на пречиствателни станции за отпадни води. В тези пречиствателни станции, за транспортиране на отпадните води и утайките, за дозирано подаване на химикали за пречистване на водата и др. широко използвани са винтовите помпи.

Конструктивно винтовите помпи представляват ротационни, обемни помпи, които се считат за много подходящи за транспортиране на високо- или нисковискозни флуиди, а също така за транспортиране на флуиди със съдържание на твърди частици и свободен газ. По тази причина те намират широко приложение в редица индустриални области.
Винтовите помпи са подходящи също за транспортиране на чисти или замърсени води. Могат да се използват за изпомпване на грунтови води и води, съдържащи значително количество пясък.

Конструктивни особености на винтовите помпи
Както е добре известно, работата на винтовите помпи се основава на въртенето на работния винт, познат и като ротор, във винтовия статор. Винтовата линия на работния винт има профил, подобен на профила на повърхнината на статора. Роторът се явява единствената движеща се част на помпата. За изработването му често използвани материали са неръждаема или закалена стомана, а за статора - еластичен материал или гумено покритие. Сред широко използваните материали за изработването на корпуса на помпата са стомана и чугун. Формата и размерите на работния винт и на статора са такива, че при поставянето на работния винт в статора да се образуват последователни канали, които са херметично отделени с помощта на уплътнителни линии, образуващи се по линията на контакт между ротора и статора. Те играят важна роля за ефективната работа на помпата. При постъпването на течността през входа на помпата, следствие от въртеливото движение на работния винт, тя преминава през тези канали и се нагнетява през изхода. Преминаването на течността през каналите не води до настъпването на изменения в нейната структура. Тъй като площта на каналите между ротора и статора остават постоянни при всяко сечение по цялата дължина на помпата, това осигурява равномерен поток без пулсации. Характерна особеност на винтовите помпи е, че тъй като те работят на обемен принцип, не се нуждаят от смукателен клапан. Отсъствието на клапани или детайли с възвратно-постъпателно движение позволява да се предотвратят запушвания, образуване на въздушни тапи или износване на възлите.

Винтовите помпи обикновено са с един, два или повече работни винта, въртящи се около оста си по посока на часовниковата стрелка или обратно. Различните конструкции винтови помпи могат да включват един неподвижен работен винт с един или повече въртящи се винтове.

Като основен недостатък на винтовите помпи обикновено се посочва фактът, че тъй като принципът им на действие предполага механичен контакт между ротора и статора, това създава предпоставки за по-бързото им износване.

Едновинтови помпи
В пречиствателните станции широко разпространение намират едновинтовите помпи, познати още като Архимедови помпи. Широко прието е мнението, че първата винтова помпа е конструирана от Архимед, поради което тази конструкция носи неговото име. Характерна особеност на тези помпи е големият им размер. Обикновено размерите на помпата са от порядъка на от 0,3 м и нагоре, диаметър на винта  и дължина до около 15 м. Използват се предимно за изпомпване на вода, като винтовото работно колело е поставено под определен ъгъл, в повечето случаи от порядъка на 30о. Те могат да бъдат използвани и за транспортиране на течности, съдържащи твърди частици, като помпата може да е както във вертикално, така и в хоризонтално положение. Конструкцията на едновинтовите помпи позволява много малко разрушаване на частиците и малко абразивно износване. Немалките размери на помпата, необходими за достигане на висока производителност, поради малкото обороти (обикновено около 30 - 60 оборота в минута), са сред недостатъците на тези помпи.

Архимедовите винт помпи конструктивно се състоят от тръба с навита по нея спирала, поставена в улей с определен наклон. Цялата конструкция на помпата включва работния винт, лагери и задвижващо устройство. Биват основно две разновидности с отворена и затворена конструкция. При отворената конструкция работният винт се подставя в улей от стандартен бетон, като горната част на помпата остава непокрита. Наклонът обикновено е около 22 до 40о. Тази конструкция е много подходяща за пренасяне на утайки и от икономическа гледна точка е едно от най-ефективните решения. Затворената конструкция представлява тръба, в която е поставен работният винт. Принципът на действие по нищо не се различава от този на отворената конструкция. Външната тръба може да бъде неподвижна или въртяща се. Допустимият ъгъл на наклон обикновено не превишава 45о. Използването на стоманен улей увеличава износоустойчивостта в случаите, при които през помпата преминават минерални частици с различни размери.

Ексцентричен винт помпи
В пречиствателните станции за отпадни води се използват и ексцентричен винт помпи. Те се характеризират с лесна експлоатация и поддръжка. Помпите ексцентричен винт могат да се използват за абразивни утайки, вискозни продукти, масла, емулсии и др. Благодарение на постоянния поток, без турбулентност, те могат да се използват за чувствителни продукти и среди с твърдо съдържание, без да разрушават твърдите частици. Конструкцията им включва въртящ се работен винт, поставен в статор от еластичен материал.

Потопяеми винтови помпи
Винтовите потопяеми помпи са предназначени предимно за изпомпване на вода от сондажни кладенци. Конструкцията на помпата я прави много подходяща в случаите на нови сондажи, когато водата не е съвсем избистрена. Корпусът обикновено се изработва от неръждаема стомана. Помпите могат да бъдат оборудвани с електронна кутия и маркиращи водното ниво датчици за напълно автоматичен работен режим, снабдени със защити против работа без вода, празен ход, подаване на високо или ниско напрежение.

Фактори влияещи върху мощността
Полезната мощност на всяка винтова помпа теоретично се определя, като от теоретичната мощност се извадят загубите. За да се определи мощността на помпата, е необходимо да се знае нейната скорост. Полезната мощност на всяка ротационна помпа може де се повиши по няколко различни начина: чрез повишаване на скоростта, повишаване на вискозитета или намаляване на диференциалното налягане. Мощността на помпата зависи основно от диаметъра и скоростта на винта. Под максимална скорост на винта обикновено се разбира най-високите обороти в минута, при които течността няма да прелее в следващата по-ниска камера. Ако скоростта на винта нарасне над нейния максимум, резултатът ще бъде по-ниска ефективност и загуби на енергия. Загуба на ефективност ще е и резултатът, ако скоростта на винта намалее повече от 30% от изчисления максимум.

Влияние върху мощността оказва и съотношението на диаметъра на вала на винта към външния диаметър на спиралата, както и разстоянието между работния винт и улея. Броят на спиралите (винтовите линии), монтирани върху винтовия вал, също оказват влияние върху мощността. Винтовите линии се определят като единични, двойни и тройни. С всяко увеличаване на винтовите линии, мощността се увеличава с около 20%.

Мощността зависи и от наклона на винта, колкото е по-голям ъгълът на наклона, толкова по-ниска е мощността. Продукцията намалява приблизително с 3% за всеки градус повишаване на наклона от 22о. Увеличаването на ъгъла на наклона намалява мощността на винта приблизително с 3% с всеки увеличен градус. От друга страна, увеличаването на ъгъла на наклона увеличава максимума на възможното издигане.

Ефективно средство за транспортиране
Винтовите помпи са ефективно средство за транспортиране на големи количества вода или отпадна вода при нисък напор. Те намират широко приложение в градските пречиствателни станции и се считат за много подходящи за транспортиране на отпадни води. Подходящи са за транспортиране на сурови утайки с различно съдържание, без това да предизвиква запушване на помпата, да изисква повишено внимание, като в същото време са устойчиви на високи натоварвания и могат да работят без вода. Могат да се използват за транспортиране на утайки на голяма височина с възможност за саморегулиране. Използват се също за транспортиране на активна утайка, тъй като при транспортирането не променят състава на утайката, няма опасност от възникването на турбулентност, а в същото време е необходима малка мощност. Винтовите помпи могат да се използват и за изпомпване на дъждовни води, за отводняване при наводнения и т. н.

Като основни предимства на винтовите помпи пред други помпи, използвани в пречиствателните станции, обикновено са посочват възможността за транспортиране на вариращи обеми от течност, фактът, че постигат ефективност до над 70 % и че изискват по-малък напор, както и лесната поддръжка, минималното износване и дългият експлоатационен срок.