Мембранный насос – это специализированное оборудование, при помощи которого перекачивают воду и другие жидкости. Ключевой элемент в нем – мембрана, это гибкая пластина, закрепленная по краям, она под воздействием механического, пневматического или гидравлического привода. Также ее называют диафрагмой, а подобные насосы диафрагменными. Мембранные насосы предназначены для работы с жидкими, газообразными, смешанными средами. В промышленности с их помощью перекачивают химические составы, нефтегазовые продукты, фармацевтические эмульсии, пищевые жидкости, воды и стоки.
В промышленной сфере диафрагменные насосы популярны благодаря возможности работать с высоковязкими, плотными, агрессивными средами, жидкостью с высокой степень, загрязнения. При этом они обеспечивают надежное перекачивание вещества без пульсаций и при низком, и при высоком давлении. К их преимуществам относят высокую производительность, долговечность, низкое энергопотребление, возможность использовать для перемещения, смешивания, дозирования, фильтрации и отбора проб жидкости. Рассказываем, что такое мембранный насос, устройство и принцип действия диафрагменного насосного оборудования, какие есть разновидности и как обслуживать подобные агрегаты.
Принцип работы мембранного насоса
Мембранный насос относится к категории объемных, его работа основана на циклическом изменении объема рабочей камеры за счет движения мембраны: когда она изгибается внутрь, объем рабочей камеры становится меньше, жидкость или газ выталкиваются из насосной камеры. Эластичная специальная диафрагма зафиксирована на стенке рабочей камеры.
Когда диафрагма двигается в обратном направлении, объем камеры увеличивается, в результате чего в ней создается вакуум, который затягивает внутрь новую порцию перекачиваемой среды.
Оборудование состоит из корпуса с двумя рабочими камерами, разделенных мембраной, в каждой из которых расположены нагнетательный и всасывающий клапаны (патрубки). Пневматический, гидравлический или электрический привод обеспечивает возвратно-поступательное движение мембраны, за счет чего и перекачивается среда.
Как работает мембранный насос:
Когда мембрана выгибается от центра насоса, в рабочей камере увеличивается объем, внутри камеры создается низкое давление, открывается клапан впускного отверстия, происходит засасывание рабочей среды.
Когда диафрагма двигается к центру насоса, уменьшается объем рабочей камеры, внутри нее образуется высокое давление, входной клапан закрывается, а выходной открывается. Под воздействием высокого давления рабочая среда выталкивается из камеры через выходной патрубок.
При каждом движении мембраны этот цикл повторяется, происходит непрерывное перекачивание рабочей среды в нужном направлении. Частота циклов зависит от скорости работы привода.
Всасывающий и нагнетательный клапаны обеспечивают направленный потом рабочей среды, под перепадом давления, вызванного движением диафрагмы, они открываются и закрываются.
Привод обеспечивает возвратно-поступательно движение мембраны согласно заданной частоте и амплитуде.
Мембрана обычно выполнена из эластичного материала, который может легко деформироваться, в большинстве случаев у оборудования две камеры с мембранами.
В электрическом оборудовании возвратно-поступательные перемещения мембраны создает электродвигатель или механический привод. Мембранный насос пневматического типа нуждается в сжатом воздухе, его генерирует компрессор, который подает воздух в насос через специальное отверстие. Сжатый воздух попадает в устройство, направляющее поток воздуха сначала в одну, затем в другую рабочую камеру, за чет чего каждая диафрагма поочередно перемещается. В результате создается давление и разрежение, необходимые для перекачивания среды.
У насосов других типов (плунжерных, поршневых) перемещение среды осуществляется за счет возвратно-поступательного перемещения плунжера. Поршневые насосы, в отличие от мембранного, менее герметичны, так как между поршнем и цилиндром требуется уплотнение, что чревато утечками и меньшей герметичностью. Диафрагменные насосы проще в обслуживании, чем поршневые, так как у последних больше деталей, их необходимо регулярно смазывать, менять уплотнения, чего не нужно делать в мембранных вакуумных насосах. Также диафрагменные насосы, в отличие от остальных, могут работать всухую.
Мембранные отлично справляются с перекачиванием абразивных, вязких и агрессивных жидкостей, сред с твердыми включениями, а поршневые эффективно работают с чистыми жидкостями, обеспечивая более высокое давление нагнетания.
Несмотря на то, что поршневые насосы обладают более высоким КПД и обеспечивает более высокое давление нагнетания в сравнении с мембранными, последние более эффективны при работе с низким и средним давлением, плавно перекачивают рабочую среду. К тому же, цена мембранных насосов и их эксплуатация обычно дешевле других, так как в них мало деталей и простая конструкция.
Устройство и конструкция
Диафрагменный насос – это довольно простая конструкция, в нем нет редукторов, подшипников и вращающихся деталей. Стандартно в устройство мембранного насоса входят:
мембрана – эластичный диск, который двигается внутри статичного корпуса;
замкнутая рабочая камера, в которой меняется объем при изменении положения мембраны;
поршень, который соединяет мембрану и приводной вал;
кривошипно-шатунный механизм, преобразующие перемещения поршня в движения мембраны;
входной и выходной патрубки, через которые перемещается транспортируемый поток;
клапаны – круглые пружины и шарики, которые сохраняют направление потока рабочей среды и не дают воздуху проникать в насос при поднятии мембраны;
корпус, в зависимости от модели и разновидности оборудования, из металла (нержавеющая сталь, алюминий) либо пластика (например, пропилен);
мотор – источник энергии для движения диафрагмы, бывает пневматическим, электрическим или гидравлическим.
Мембраны для насоса могут быть изготовлены из тефлона, полиуретана, термопластичных эластомеров, пропиленового или этиленового каучука, фторопласта, синтетического каучука неопрена, фторкаучука VITON, термопластичной резины (сантопрена). Нагрузкам подвергается не только мембрана, но и корпус, так как в зависимости от разновидности насоса может контактировать с различными средами, в результате чего постепенно изнашиваться. Его выполняют из металла или пластика, например, алюминия, чугуна, нержавеющей стали, полипропилена, PVDF, PTFE. Например, чугунный подойдет для бытового использования, алюминиевый корпус прибора – для перекачки вязких жидкостей.
Так как в мембранном насосе нет застойных мест и полостей, где могла бы скопиться перекачиваемая среда, ее осадок или частицы, он менее подвержен износу и обеспечивает чистоту транспортируемого вещества. Отсутствие контакта с элементами насоса позволяет перекачивать даже очень загрязненные жидкости.
Типы мембранных (диафрагменных) насосов
В зависимости от конструкции и области применения, мембранные насосы делятся на несколько основных типов:
Поверхностные, их устанавливают на поверхности, не погружая в среду, они подходят для перекачивания жидкости из резервуаров, других емкостей и источников. Часто бывают самовсасывающими способны засасывать рабочую среду из источника ниже уровня оборудования, потому этот вид насосов часто используется для перекачки жидкости из глубоких емкостей или резервуаров.
Погружные, их устанавливают в рабочую среду, погружая в нее полностью. Отдельная всасывающая линия в этом случае не требуется. Такие насосы часто применят в системах водоподготовки, очистки, дозирования химических реагентов.
Несмотря на одинаковый принцип работы разных типов диафрагменных насосов, они могут использоваться в разных технологических условиях. Чтобы обеспечить широкую сферу применения, в оборудовании предусмотрены несколько типов приводов в зависимости от чего мембранные насосы бывают:
Пневматическими, работают при воздействии сжатого воздуха, который нагнетается в воздушную камеру насоса, вызывая колебания диафрагмы. Пневматические мембранные насосы бывают поверхностными и погружными, применяются для работы с абразивными, вязкими, агрессивными жидкостями, в том числе с включением твердых частиц.
Гидравлическими, начинают работать при подаче гидравлической жидкости в камеру, обеспечивают высокую точность дозирования, можно регулировать подачу перекачиваемого вещества. Потому часто используются в системах дозирования химических реагентов, в нефтегазовой отрасли и других промышленных сферах.
Механическими, такой насос начинает работать после включения электродвигателя, который приводит в движение системы рычагов и кривошипов, заставляющих двигаться мембрану. Бывают погружными и поверхностными, применяются для дозирования жидкостей и их перекачивания.
Помимо этого, на мембранном насосе может быть установлен разный тип диафрагмы, по этому признаку они классифицируются на насосы:
С плоской мембраной – диафрагма простой конструкции, соединяется с поршнем через отверстие в центре, имеет резьбовое соединение на штоке поршня, которое может контактировать с перекачиваемым веществом, что допустимо не в каждом производстве.
С формованной мембраной, с поршнем такая диафрагма соединена специальным винтом, помещенным внутрь диска, винт монтируется снаружи рабочей камеры, потому любая вероятность контакта со средой исключена. У формованных мембран невысокая производительность из-за малых показателей упругости.
Со структурированной мембраной, обладают наибольшей производительностью, эксплуатационной стойкостью, минимальными затратами на обслуживание, нет контакта перекачиваемой среды с элементами крепежа, также отсутствует риск утечек.
Выбор конкретного типа насоса зависит от типа перекачиваемой среды, требуемой производительности, условий эксплуатации, цены.
Применение
Мембранные насосы особенно эффективны в производстве, имеющем дело с высоковязкими и агрессивными средами, когда другие типы оборудования не могут справиться с транспортировкой таких веществ либо быстро забиваются, изнашиваются. Диафрагменные насосы полностью герметичны, контакт перекачиваемой среды с воздухом полностью исключен, что важно для большинства отраслей. С их помощью можно создавать вакуум с высокими показателями чистоты в закрытых системах и герметичных емкостях, также их часто применяют в качестве пневматических компрессорных установок.
В каких отраслях применяются мембранные насосы:
химической, для перекачивания химикатов, кислотного и щелочного шлама;
сельскохозяйственной, для транспортировки удобрений, навоза, кормов;
судостроительной, для откачки воды из трюмов, отходов из фекальных баков;
машиностроительной, для подачи смазочно-охлаждающих жидкостей, масел;
строительной, для дренажа водоемов, откачки воды и строительного мусора из затопленных подвалов, очистки канализационных люков;
бумажной, для транспортировки воды с опилками и щепками, древесной массы;
пищевой, используются при производстве соков, при переработке фруктов и овощей, для перекачивания сусла и другого сырья, пищевых отходов;
горнодобывающей в системах циркуляции воды, откачивания ила;
водоподготовке для перекачки сточных вод, при откачке отстойников;
химической и нефтегазовой, для перекачивания агрессивных жидкостей, нефтепродуктов, для дозирования химических реагентов;
фармацевтической и биотехнологической, для перекачивания и дозирования препаратов, применяются в системах очистки и фильтрации.
Для пищевой промышленности рекомендуется использовать мембранные пневматические насосы в пищевом исполнении, для химической – оборудование из материалов, устойчивых к воздействию агрессивных сред, коррозии, чтобы конструктивные элементы не контактировали с рабочей средой. Например, устройства с корпусом из полипропилена и диафрагмой из сантопрена обладают высокой химической стойкостью.
Преимущества и недостатки мембранных насосов
К плюсам диафрагменного насосного оборудования относят:
полная герметичность конструкции, что позволяет поддерживать стерильность, откачивать агрессивные газы;
создание чистого вакуума, высокая самовсасывающая способность;
нет необходимости в постоянном техническом обслуживании за счет простой конструкции;
долговечность, так как отсутствует трение, которое ведет к быстрому износу деталей оборудования;
тихая работа, потому мембранные насосы можно использовать в лабораториях и для медицинской техники в больницах;
возможность работы всухую без вреда для оборудования;
компактность, насос легко встраивается в любую установку;
возможность использовать одно устройство и для откачки, и для нагнетания среды.
Пневматические мембранные насосы имеют невысокий коэффициент полезного действия. Также оборудование нельзя использовать при очень высоких температурах более +100-120° C.
Техническое обслуживание и уход
Диафрагменные насосы, как правило, не нуждаются в частом и сложном обслуживании. Самый быстроизнашивающийся элемент в них – мембрана, ее срок службы составляет минимум 5 000 ч. Мембранное насосное оборудование чаще всего выходит из строя именно из-за разрыва диафрагмы или некорректной эксплуатации насоса.
Чтобы оборудование работало максимально долго и эффективно, за ним следует ухаживать и регулярно осматривать. В уход входит:
осмотр насоса, необходим, чтобы убедиться в отсутствии признаков износа или засорения;
проверка соединений и креплений насоса;
визуальный контроль уровня масла и состояния смазки (если оно коричневое или почти черное, его пора менять).
Плановое техническое обслуживание проводится регулярно согласно рекомендациям производителя оборудования, а также частоте использования насоса и типу сред, с которыми он работает. В процессе техобслуживания нужно слить воду и промыть насос, разобрать его, установить новый комплект диафрагм, проверить клапаны и заменить масло.
Рубрикатор Медпром
