Сантехник ...: Мембранные (диафрагменные) насосы — принцип работы, разновидности, применение

Услуги сантехника в Москве и Московской области

Благодаря развитию технологий на современном рынке регулярно появляются новые виды оборудования и технических средств, отвечающих более высоким требованиям потребителей. Именно к такому оборудованию можно отнести и мембранный насос, который также называют диафрагменным. В этой статье мастер сантехник расскажет принцип действия мембранных насосов, их разновидности, и где их применяют.

Принцип действия

Мембранные (они же диафрагменные) насосы принадлежат к категории насосного оборудования так называемого объёмного типа – перекачка жидкости в таких агрегатах осуществляется за счёт циклического изменения объёма рабочей камеры. Если у поршневых и плунжерных насосов эти изменения происходят при возвратно-поступательных движениях соответственно поршня или плунжера, то у мембранных за это отвечает эластичная мембрана (диафрагма), закреплённая на одной из стенок камеры.

Базовый принцип работы мембранного насоса любой конструкции заключается в следующем: мембрана, выгибаясь в сторону «от камеры», увеличивает её объём и тем самым создаёт в камере область пониженного давления, в результате чего в насос засасывается порция жидкости. При выгибании диафрагмы в противоположную сторону объём камеры уменьшается, повышается давление – и жидкость выталкивается наружу.

Клапаны

Однако, подобный эффект был бы невозможен без ещё двух необходимых элементов – впускного и выпускного клапанов. Они работают в паре, одновременно, но зеркально:

При всасывающем движении мембраны открывается впускной клапан, разрешая проход жидкости из исходной ёмкости в рабочую камеру – выпускной же при этом закрыт для сохранения низкого давления в камере;
При выталкивающем ходе мембраны открывается выпускной клапан, давая выход жидкости из камеры – при этом входной клапан закрывается, чтобы жидкость не вышла обратно в ёмкость.

Таким образом, обеспечивается ток жидкости в единственно правильном направлении – из ёмкости в насос и из насоса далее в систему.

Для срабатывания клапанов какое-либо внешнее управляющее воздействие не требуется, они запираются и открываются самостоятельно, под влиянием тока жидкости.

Клапаны могут отличаться по конструкции (наиболее часто используются простые и надёжные клапаны шарикового типа), но конструкция клапанов не имеет определяющего значения для правильного функционирования мембранного насоса – главное, чтобы они срабатывали чётко и вовремя. Куда большее значение имеет тип привода, непосредственно обеспечивающего пульсирующие движения мембраны.

Видео

В сюжете - Принцип работы мембранного насоса

Виды приводов

Существует несколько видов мембранных насосов, разработанных для применения в различных технологических условиях. При одинаковом базовом объёмном принципе действия диафрагменные насосы различаются конструкционно – в частности, типами приводов и способом передачи усилия от привода к мембране.

Электромагнитный привод

Чаще всего используется в конструкции мембранных насосов-дозаторов, не рассчитанных на перекачку больших объёмов жидких веществ, но способных контролировать объём этой перекачки с крайне высокой степенью точности – от нескольких миллилитров в час. Такая точность достигается за счёт использования в качестве привода соленоида – электромагнитной катушки со свободно движущимся внутри неё сердечником.

При подаче электрического импульса к обмотке катушки сердечник выталкивается из неё возникающим в обмотке магнитным полем. В свою очередь, сердечник давит на центральную часть диафрагмы, заставляя её совершать движение в сторону рабочей камеры насоса. При отключении питания катушки магнитное поле исчезает; сердечник и мембрана вместе с ним возвращаются в исходное положение под действием возвратной пружины.

От количества и частоты импульсов зависит объём жидкости, проходящей сквозь насос за единицу времени. В некоторых моделях мембранных дозирующих насосов есть возможность дополнительной регулировки величины хода сердечника: чем короче ход, тем меньше и точнее подача.

Электромеханический привод с более сложной структурой

Мембранные насосы с таким приводом способны перекачивать значительно большие объёмы, измеряющиеся уже в сотнях литров в час. В их конструкции также присутствует толкатель, связанный с центром мембраны – но давление на него оказывает не электромагнитное поле, а эксцентрик механического редуктора. В качестве силового агрегата, вращающего механизм редуктора, выступает электромотор.

Возвратное движение толкателя здесь так же обеспечивает пружина; аналогично, и ход толкателя может регулироваться. Соответственно, регулируется и подача жидкости – но с несколько меньшей точностью, так как общие объёмы достаточно велики. Максимальная производительность насосов этого типа зависит от объёма рабочей камеры, рабочей частоты редуктора и, естественно, от мощности электропривода.

Пневматический привод

Используется в промышленных мембранных насосах, разработанных для перекачки тысяч и даже десятков тысяч литров в час. Они обладают наиболее оригинальной с точки зрения механики конструкцией: у них не одна рабочая камера, а две, зеркально расположенных камеры, между которыми находится основной структурно-функциональный элемент – пневматический коаксиальный обменник. Два конца толкателя обменника закреплены на двух противоположных мембранах таким образом, чтобы когда в одной рабочей камере осуществляется «всасывающий» такт работы мембраны, в другой одновременно происходил «выталкивающий» такт.

После достижения толкателем крайнего положения в обменнике происходит автоматическое переключение регулятора, и толкатель начинает двигаться в другую сторону; режим работы камер изменяется на противоположный.

Несмотря на высокие объёмы перекачки и отсутствие возможности регулировать величину хода толкателя, в пневматических мембранных насосах всё же предусмотрен контроль подачи. Он осуществляется иным методом – регулированием количества и давления возуха в воздуховоде, соединяющем пневматический обменник насоса и компрессор, выступающий в роли удалённого привода.

Общие свойства

Кроме возможности регулирования подачи и общего базового принципа действия у мембранных насосов имеется несколько свойств, в разной мере присущих всем их видам и выгодно выделяющих диафрагменные насосы на фоне насосов других конструкций:

Приспособленность для работы с вязкими жидкостями – степень вязкости зависит от мощности привода; самые мощные пневматические насосы способны перекачивать вещества с плотностью на уровне самого густого промышленного клея;
Возможность перекачки растворов с нерастворёнными включениями – в рабочей камере нет трущихся элементов, которые твёрдые частицы могли бы заклинить или повредить, но здесь имеет значение диаметр пропускных отверстий клапанов;
Отсутствие необходимости в смазке трущихся поверхностей в рабочей камере – по причине отсутствия таковых в устройстве мембранных насосов.

И, конечно, все вышеперечисленные насосы могут перекачивать не только химически нейтральные жидкости, но и агрессивные вещества – кислоты, щёлочи, растворы солей; для разных групп химикатов предусмотрены различные варианты исполнения корпуса, мембраны и клапанов по материалу.

Виды мембран для оснащения диафрагменных насосов

Вполне естественно, что от того, какого типа мембраны используются для оснащения диафрагмовых насосов, зависит не только долговечность такого оборудования, но и эффективность его использования. По конструктивному исполнению среди мембран для насосов выделяют три основных типа.

Наиболее простые по конструкции диафрагмы плоского типа позволяют достигать высокой степени сжатия. Соединение такой диафрагмы со штоком осуществляется за счет отверстия, специально выполненного в ее центральной части. Наличие такого отверстия часто становится причиной ухудшения герметичности мембраны, которая может начать пропускать во вторую камеру насоса перекачиваемую им среду. Кроме того, элементы резьбового соединения, при помощи которых мембрана соединяется со штоком, находятся в постоянном контакте с прокачиваемой средой, что часто нежелательно.
Формованные мембраны соединяются со штоком насоса при помощи винта, запрессованного в диск выпуклой формы, устанавливаемый с обратной стороны от рабочей камеры. Таким образом, при использовании подобных мембран для насосов исключается контакт перекачиваемой среды с металлическими крепежными элементами. Между тем мембранные насосы, на которых устанавливаются диафрагмы данного типа, характеризуются меньшей производительностью. Объясняется это тем, что, по сравнению с плоскими моделями, выпуклые мембраны отличаются меньшей упругостью.
Наибольшей производительностью, максимальным сроком службы и минимальными затратами на обслуживание характеризуются насосы мембранные, на которых установлены структурированные диафрагмы. Такие мембраны, кроме специально разработанной формы, отличаются улучшенными механическими характеристиками. При использовании данных мембран практически исключены утечки перекачиваемой среды, кроме того, последняя не контактирует с металлическими крепежными элементами.

Сферы использования

Мембранные насосы за счет особенностей своей конструкции являются абсолютно герметичными устройствами, поэтому среда, которая подвергается перекачке с их помощью, не контактирует с окружающим воздухом. Именно благодаря такому качеству, а также принципу, по которому работают мембранные насосы, их применение особенно актуально в тех случаях, когда важны стерильность и отсутствие утечек перекачиваемых сред. Использование абсолютно герметичных мембранных насосов, что также важно, позволяет защитить людей, которые находятся рядом с ними, а также окружающую среду от вредного воздействия перекачиваемой среды, если она характеризуется высокой токсичностью. Вакуумные устройства в отличие от механических насосов относятся к оборудованию безмасляного типа.

Мембранные вакуумные насосы благодаря перечисленным выше качествам наиболее активно используются в следующих сферах:

Медицинской и фармацевтической промышленности;
Производстве пищевой продукции и напитков;
Атомной промышленности;
Полиграфии;
Лабораториях различной направленности;
Обслуживании химических процессов на различных предприятиях, при котором необходим мембранный дозирующий насос;
Производстве лакокрасочной продукции, где не обойтись без мембранных насосов-дозаторов;
Оснащении различных вакуумных систем – фильтров, присосок, массажеров, манипуляторов и др.

Насосы мембранного типа, как уже было сказано выше, нужны не только для перекачки газа, для воды и других жидких сред. Часто встречается использование мембранных насосов в качестве дозаторов. В частности, мембранные дозировочные насосы успешно применяются на химических предприятиях, где с их помощью выполняют дозировку и смешивание реагентов, в нефтеперерабатывающей отрасли, на опреснительных станциях и т.д.

Мембранный насос высокого давления позволяет создавать чистый вакуум в различных емкостях или других закрытых системах. Кроме того, такое оборудование может быть использовано как пневматический компрессор.

Вакуумные насосы мембранного типа часто применяют для оснащения молочных ферм, где посредством таких устройств приводятся в действие индивидуальные доильные аппараты. Насос диафрагменный отличается компактными размерами, что позволяет легко размещать его на тележках, которые операторы доильных аппаратов транспортируют вместе с бидонами по территории фермы. Немаловажно, что при работе вакуумных мембранных насосов создается минимум шума и вибраций. Это объясняется отсутствием в их конструкции вращающихся деталей. Другими преимуществами использования мембранных насосов для оснащения молочных ферм являются:

Устойчивость к повышенной влажности;
Обеспечение высокой чистоты перекачиваемой среды;
Экономичность устройства с точки зрения энергопотребления;
Доступная стоимость.

Преимущества применения

В чем заключаются преимущества насосов мембранного типа? Такие устройства:

Отличаются долговечностью (которая выше, чем у подобного оборудования других типов из-за отсутствия в конструкции трущихся деталей);
Обладают высокой надежностью;
Не нуждаются в частом техническом обслуживании за счет простоты конструкции;
Не требуют помощи квалифицированных специалистов для замены износившихся деталей;
Характеризуются высокой универсальностью;
Отличаются минимальным уровнем шума и вибрации при работе;
Не нуждаются в смазочных веществах;
Просты и удобны в использовании.

Выбирая мембранные насосы, которые на современном рынке представлены большим разнообразием моделей, следует обращать внимание на следующие параметры таких устройств: