Как работает мембранный насос

Мембранные (диафрагменные) насосы: принцип работы, разновидности, применение

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. Основным рабочим органом данного насоса является мембрана (диафрагма), на возвратно-поступательном движении которой и основан принцип работы данного механического объемного устройства. Принудительно и с определенной цикличностью изменяя размеры рабочей камеры такого насоса, с его помощью можно выполнять перекачку как жидких, так и газовых сред.

Мембранный вакуумный насос во взрывозащитном исполнении

Принцип действия и конструктивные особенности

Основными элементами конструкции мембранного насоса, которые располагаются в его неподвижном корпусе, являются:

• подвижная диафрагма или мембрана;
• рабочая камера устройства;
• шток (поршень), который соединяет мембрану с приводным валом;
• кривошипно-шатунный механизм;
• клапаны, которые предотвращают обратное всасывание перекачиваемой среды;
• входной и выходной патрубки.

Мембранный насос с механическим приводом

В том случае, если диафрагменный насос используется в лабораторных целях, его оснащают вакуумметрами, защитными фильтрами, а также дополнительными элементами автоматики, которые предохраняют такое устройство от возможных перегрузок и связанного с ними перегрева.

В зависимости от модели у мембранных насосов может быть одна или две рабочие камеры. Модели с одной камерой являются типовым вариантом такого оборудования и используются наиболее часто. Двухкамерные диафрагменные насосы, камеры которых могут соединяться между собой по последовательной или параллельной схеме, применяются в тех случаях, когда требуется использование более мощного насосного оборудования.

Внутреннее устройство мембранного насоса

Принцип работы мембранного или диафрагменного насоса заключается в следующем.

• В момент запуска насоса шток, связанный с эластичной мембраной, начинает выгибать ее в сторону, обратную от рабочей камеры, в результате чего объем данной камеры увеличивается.
• За счет резкого увеличения объема в рабочей камере создается эффект вакуума, и в нее через входной патрубок начинает поступать перекачиваемая среда.
• Посредством кривошипно-шатунного механизма мембране сообщается обратное перемещение, и объем рабочей камеры резко уменьшается, что приводит к выталкиванию из нее перекачиваемой среды через выходной патрубок. В тот момент, когда мембрана начинает совершать обратное движение, входной патрубок автоматически блокируется при помощи специального клапана.

Мембранные насосы отдельных моделей оснащаются сразу двумя диафрагмами, которые располагаются друг напротив друга и соединяются между собой при помощи эксцентрикового механизма. За счет того, что перекачивание среды осуществляется попеременно каждой из мембран, применение таких устройств является более эффективным.

Рабочие такты двухмембранного насоса

Отдельные производители используют для насосов структурированные мембраны. Наряду с другими преимуществами, мембраны данного типа отличаются увеличенным эксплуатационным сроком, соответственно, реже нуждаются в замене, что делает их использование экономически более выгодным.

Конструктивные элементы мембранных насосов в процессе эксплуатации могут контактировать с различными типами рабочих сред и подвергаться их активному воздействию. Именно поэтому в зависимости от назначения вакуумно-мембранного или диафрагменного насоса следует выбирать модели, которые предназначены для тех типов сред, с которыми будет работать такое устройство. Если пренебречь этим требованием и выбрать оборудование с несоответствующими техническими характеристиками, можно столкнуться с тем, что оно очень быстро выйдет из строя.

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.

Мембраны для насосов. Верхний ряд – мягкие сантопреновые (похожие на резиновые), нижний ряд – тефлоновые (более жесткие)

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.

Мембранные пневматические насосы для отраслей химической промышленности выпускаются в полипропиленовых или алюминиевых корпусах

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.

Мембранный насос высокого давления Triplex применяется в системах распыления, фильтрации, охлаждения или дозирования

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.

Промышленный мембранный насос, предназначенный для гидравлической транспортировки твердых материалов (рудничных вод, породных шламов и т. п.)

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

• производительность;
• рабочее давление;
• мощность;
• размеры модели.

Мембранный насос

Содержание

Совремное насосное оборудование становиться все более удобным и старается отвечать возростающему количеству требований потребителя. Не стоит в стороне и мембранный (диафрагменный) насос.

Мембранный насос – это оборудование объёмного типа, рабочим орган которого является гибкая пластина (диафрагма, мембрана). Пластина закрепляется по краям и изгибается под действием рычажного механизма (механического привода), или в результате изменения давления воздуха (пневматического привода) или жидкости (гидравлического привода).

Работа такого оборудования похожа на работу поршневого или плунжерного насоса.

Устройство мембранного насоса

В устройство мембранного насоса в классическом исполнении с механическим приводом включает:
1 шариковый клапан
2 ограничитель
3 гайка
4 уплотнительные кольца
5 патрубок
6 шпилька
7 крышка
8 мембрана
9 тарелка
10 поршень
11 шатун
12 корпус насоса
13 эксцентрик
14 червячное колесо
15 пробка
16 гильза поршня.

Шариковый клапан 1 необходит для предотвращения обратного тока жидкости или воздуха.

Ограничители 2 необходимы удерживания шариковых клапанов в пределах седла.

Работа мембранного насоса заключается в следующем. При вращении колеса 14, расположенного в корпусе 12, приходит в движение поршень 10, соединенный с колесом шатуном 11.

Поршень 10 соединен с мембранной 8 с помощью шпильки 6.

Мембрана является одной из стенок рабочей камеры. Под действием нагрузки мембрана изгибается, меняя объем рабочей камеры и жидкость находящаяся в этой камере вытесняется в область нагнетания насоса.

При обратном ходе мембрана выгибается в противоположную сторону, создавая вакуум в рабочей камере и затягивая в неё новую порцию рабочей среды. По принципу работы мембрана схожа с поршневым приводом насоса.

Рассмотрим этот процесс подробнее

Принцип работы мембранного насоса

Перемещаясь вправо поршень втягивает мембрану увеличивая объем рабочей камеры и создавая область разрежения. Жидкость поступает из нижнего патрубка в рабочую камеру насоса за счет возникновения эффекта вакуума.

Перемещаясь влево поршень выгибает мембрану обратно создавая давление и уменьшая объем рабочей камеры.

Нижний клапан закрывается, а верхний открывается и жидкость выдавливается в трассу.

Перемещения поршня обеспечивается движением шатуна, а подача насоса связана с циклом вращения колеса агрегата.

Для того чтобы увеличить подачу некоторые модели насосов оборудуются сразу двумя мембранами (диафрагмами) расположенными друг напротив друга. Эти диафрагмы соединяются между собой посредствам эксцентрикового механизма. Стоимость такого оборудования увеличивается, но его применения становится значительно эффективней.

Типы мембранных насосов

Мембранный водяной насос (мембранный насос для воды)

В мембранных водяных насосах рабочей средой является жидкость. Мембранные насосы для воды являются наиболее часто используемыми. Они применяются в производстве, промышленности, сельском хозяйстве и повседневной жизни.

Достоинствами мембранного водяного насоса, помимо широкого спектра его работы также является:
Высокая эффективность работы – высокий КПД
Широкий ассортимент конструкций,
большой ресурс работы
высокая точность дозирования жидкости,
простота конструкции – ремонтопригодность.

Мембранный насос для воды способен создавать большое давление с минимальными затратами. Поэтому такой насос эффективен в областях связанных с водой: подходит для моек, поливочного оборудования и водоснабжения.

По видам воздействия на мембрану выделяют
насосы с механическим приводом – мембрана изгибается под действием рычажного механизма;
насосы с пневматическим приводом – мембрана прогибается под действием давления воздуха;
насосы с гидравлическим приводом – мембрану приводит в движение давление жидкости.

Мембраны изготавливаются из как из тонкой металлической пластины, обладающей высокой упругостью, так и из неметаллических материалов, таких как резина, полимеры и кожа.

Мембранно поршневой насос

Мембранно поршневой насос предназначен для работы со средой высокой плотности. Такой тип насосов сочетает в себе лучшее и от мембранного и от поршневого типа насосов и используются не только для перекачки жидкостей, но и для перемещения шламов.

Широкое распространение мембранно поршневые насосы получили в горнодобывающей промышленности, на ТЭЦ, в керамическом производстве и металлургии.

Благодаря высокому КПД, при сравнительно большой стоимости насосы этого типа быстро “отбивают” вложения.

Мембранный вакуумный насос (насос мембранный пневматический )

Мембранный вакуумный насос часто называют насос мембранный пневматический, ведь в качестве рабочего тела используется воздух. Работает такой насос по следующему принципу: сжатый воздух проходящий в одну из мембранных пластин, заставляет её изгибаться и сжиматься – это способствует движению жидкости через рабочую часть насоса от входа в сторону нагнетания (выхода). Вместе с этим, параллельным процессом происходит работа второй пластины, в которой создается вакуум, всасывающий жидкость и цикл повторяется.

Мембранный вакуумный насос являются совершенно сухими, не загрязняют окружающую и перекачиваемую среды и очень просты в эксплуатации. Дополнительным плюсом является и большой срок эксплуатации при непрерывной работе.

Мембранный пневматический насос может использоваться в качестве компрессора.

Мембранный вакуумный насос изготавливается из высококачественных материалов. Все комплектующие к насосам производятся с использованием высокотехнологичного оборудования мировых производителей

Насосы получили широкое распространение в медицинской технике, вакуумных печах, печатных машинах, вакуумных массажерах и фильтрах и многих других областях. Мембранный вакуумный насос используется также и на серийном производстве, где главный упор делается на количество изготовленной продукции.

Мембранные насосы дозаторы (мембранный дозирующий насос)

Спектр применения мембранных насосов дозаторов довольно специфичен. Такие насосы адаптированы для работы с химически активными веществами, когда есть необходимость их периодической дозировки.

Мембранный дозирующий насос, как правило, оборудуется герметичным корпусом. Его работа по перекачке среды может быть отрегулирована в широком диапазоне, а в современным моделях предусмотрены варианты с заданием нужным параметров. В зависимости от модели и типа мембранного насоса дозатора величина производительности может быть задана вручную или с помощью элементов привода.

В конструктивном плане насосы отличаются в легкости обслуживания, сборке и монтаже насоса. Кроме того мембранные дозировочные насосы оборудованы клапанами, адаптированными к воздействию вредных сред.

Мембранный насос 12 вольт

Мембранный насос на 12 вольт применяется в домашнем и фермерском хозяйстве, где необходимо малогабаритное устройство для подачи воды под давлением

Благодаря небольшому размеру и малому весу мембранный насос на 12 вольт можно разместить практически в любом месте.

Единственный его недостаток – это шум при работе.

Ещё одна область применения такого оборудования – автомобильная. Насосное оборудование этого типа используется для откачки масла или для создания давления в автомойке. Некоторые модели оборудованы переходниками для автомобильной сети

Самые популярные модели:

Shurflo ProBlaster II Ultimate— используется для перекачивания пресной воды

Технические характеристики:
подача: 11,3 л./мин.;
питание: 12 В.;
давление: 3,1 бар.

SeaFlo — китайсткий аналог.

Технические характеристики:
подача – 15 л./м.;
питание – 12 В.;
давление: 4,2 бар.

Характеристики и преимущества

Подача мембранного насоса определяется по формуле

где V – изменяющийся объем рабочей камеры насоса
k – количество рабочих циклов в единицу времени

Подача мембранного насоса зависит от объема рабочей камеры (от размеров самого насоса) и от количества циклов воздействия в единицу времени и составляет от 1 до 150 м3/ч.

Современный насос мембранного типа обеспечивает в зависимости от модели подачу от 27 и до 1060 литров в минуту и максимальное давление до 8 бар

Преимущества и недостатки мембранных насосов.

Преимущества

Мембранные насосы отличаются простотой конструкцией и, как следует из этого высокой надежностью

Поскольку в мембранном насосе нет вращающихся деталей, отпадает необходимость в подшипниках и уплотнениях.

Отсутствие подшипников и вращающихся частей позволяет исключить необходимость в смазке.

Отсутствие уплотнений позволяет полностью исключить возможность утечки жидкости из насоса.

Мембранные насосы обладают компактными размерами и небольшим весом

Недостатки

Рабочим органом насоса является мембрана, которая при работе постоянно изгибается, что приводит к её быстрому разрушению.

Мембранные насосы обладают сравнительно небольшим напор, а так же особенно большой среди насосов своего типа неравномерностью подачи.

Только зная плюсы и минусы каждого конкретного типа оборудования, можно сделать правильный выбор и заключение о его эффективности и надежности, а если вдруг произошла поломка, то выполнить ремонт вакуумных насосов.

Мембранный насос относится к типу насосов вытеснения. Для составления мнения об этом типе насосов прочитайте статью о винтовых насосах.

Видеоматериалы

Насос мембранного типа на сегодняшний день получил широкое признание. Такие насосы используются в автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной технике.

Кроме того насосы используются в строительстве, в обработке отходов, в газодобывающих компаниях, на нефтяных комплексах, в химической и нефтехимической отраслях.

Принцип работы мембранного (диафрагменного) насоса

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.

Основной принцип

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.

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

Более подробно с возможностями, особенностями и полными техническими характеристиками мембранных насосов можно ознакомиться в специализированных разделах данного сайта, ссылки на которые выделены в тексте.

Как работает мембранный насос

Насосы и насосные станции

Насосные станции и очистные сооружения

Канализационные

Водопроводные

Пожарные

Завод Адмирал производит комплектные насосные станции для нужд водоснабжения, пожаротушения и канализации.
Сайт завода Адмирал: admiral-omsk.ru

Мембранный насос: как устроен, принцип действия, где применяется

Насос – это прибор, служащий для перекачивания жидких или газообразных веществ под давлением. Принцип действия может быть разным, но задача одна, втянуть в себя и вытолкнуть под давлением. Мембранный насос, рассматриваемый в этой статье, имеет достаточно простое устройство и ввиду своей конструкции универсален, так как из-за герметичности устройства может работать в жидкой среде. Способ воздействия на мембрану, или как ее ещё называют – диафрагму, может быть различным, движителем может служить как воздух, так и жидкость. Широко распространены как гидравлические, так и пневматические устройства.

Содержание

Устройство мембранного насоса

Рабочей деталью насоса этого типа является диафрагма, гибкая пластина из резины или металлического сплава. Мембрана установлена между двумя ёмкостями, первая служит для втягивания и выталкивания откачиваемой жидкости, и снабжены вводом-выводом, вторая для среды вызывающей колебания диафрагмы.

Принцип действия такого насоса прост. При откачивании рабочей среды из полости колебания, мембрана втягивается, тем самым затягивая жидкость в ёмкость для перекачивания, после чего давление в рабочей полости повышается, мембрана опускается, выталкивая выкачиваемую жидкость в отводящий патрубок. Ввиду того что входной и выходной патрубки снабжаются обратными клапанами, перемещение жидкости происходит только в одном направлении.

Как видно, принцип действия мембранного насоса внешне схож с поршневым насосом. Но в качестве рабочей среды для мембраны используется либо жидкость, либо воздух. В результате чего полости практически не загрязняются, кроме того не требуют особой механизации.

Материалом для изготовления корпуса насоса служат металлические сплавы, в том числе стальные и алюминиевые или пластмасса: фторопласт, полипропилен и иные виды. Диафрагма – тонкая металлическая пластина, обладающая достаточной гибкостью или резина.

По типу размещения определяют три разновидности мембранных насосов:

• Работающий под заливом, насос расположен ниже или на уровне источника, рабочая среда подаётся самотёком;
• Самовсасывающий, в этом случае сам насос находится над источником, в цикле работы насос втягивает в себя рабочую среду, в этом случае высота над уровнем рабочей среды может составлять до 6 метров;
• Погружной, корпус насоса находится в рабочей среде.

При самовсасывающем размещении важную роль играет способность мембранного насоса на «сухом ходу» затягивать в себя рабочую жидкость. При погружном размещении преимущества этого насоса в том, что он не требует дополнительной герметизации.

Принцип работы, устройство и виды мембранных насосов

Диафрагменный или мембранный насос используется для перекачивания различных видов жидкости с разной агрессивностью и вязкостью. Они отличаются от прочих типов насосов тем, что не имеют двигателя.

Широкое применение получили в пищевой, химической, нефтеперерабатывающей, лакокрасочной и некоторых других отраслях промышленности.

Принцип работы и устройство мембранных насосов

Корпус агрегата изготовляют из обширного перечня материалов. В основном, это химически стойкие пластики: полиамид, полипропилен, поливинилденфторид. Также используется нержавеющая сталь и алюминий.

Аппарат состоит из двух рабочих и двух воздушных камер, а также пары мембран, заключенных в корпус. Каждая пара камер, рабочая и воздушная, разделяются эластичной мембраной.

Две мембраны, каждая из которых зажата между парой дисков, соединены штоком. Под давлением воздуха они совершают возвратно-поступательные движения, при этом воздух проникает то в одну, то в другую воздушные камеры поочередно. Воздух перераспределяется посредством золотника, установленного в воздушном клапане.

Рабочие камеры оснащены обратными шариковыми клапанами. На одну камеру приходится два клапана. Они выполняют автоматический контроль за перекачиваемой внутри насоса жидкостью в последовательности: впускной коллектор – рабочая камера – выпускной коллектор.

Схема принципа работы и устройства мембранного насоса

Мембранные насосы работают по следующей циклической схеме:

1. Подача сжатого воздуха в воздушный клапан.
2. Воздух проходит через внутриклапанные каналы, направляясь золотником в одну из воздушных камер.
3. Давление в воздушной камере возрастает и изгибает мембрану, вытесняя жидкость в направлении напорного патрубка.
4. Вторая мембрана, взаимосвязанная с первой штоком, одновременно прогибается к центру устройства. Происходит всасывание новой порции жидкости.
5. Поочередное открытие/закрытие шариковых клапанов регулирует наполнение камер и предотвращает противоток.
6. Когда шток с мембранами находится в крайней точке, золотник воздушного клапана синхронно занимает противоположное положение. Устройство снова готово к работе, но с другой стороны.
7. Цикл повторяется.

Преимущества и недостатки диафрагменных насосов

Данные устройства имеют ряд существенных преимуществ:

1. Простая надежная конструкция не предполагает наличие двигателя и редуктора. Отсутствуют вращающиеся детали.
2. Привод осуществляется посредством энергии сжатого воздуха, иногда с гидроприводом, что не несет опасности искрообразования. Устройства полностью безопасны в работе с горючими жидкими материалами.
3. Имеют малогабаритные размеры и малый вес.
4. Устройства универсальны для перекачивания любых жидкостей (агрессивных и токсичных), даже с твердыми примесями диаметром 2-63 мм.
5. В устройствах отсутствуют подшипники и уплотнения, что исключает изнашивание рабочих элементов и утечки.
6. Элементарность регулировки производительностью устройства. Производится изменением объема подачи воздуха.
7. Устройство не предполагает смазку и обслуживание механизмов. Работа при отсутствии жидкости не ведет к износу деталей.
8. Создает выходное давление до 65 бар и имеет высоту самовсасывания до 5 м.

Порядок циркуляции воды в диафрагменном насосе

Мембранные насосы не лишены и определенных недостатков.

1. Основной рабочий элемент устройства – мембрана, испытывает серьезные динамические нагрузки, что приводит к ее выходу из строя.
2. Клапаны, предусмотренные конструкцией устройства, при засорении прекращают выполнять свои функции. Необходима их прочистка.

Стендовая проверка мембранного насоса (видео)

Виды и комплектация мембранных насосов

По принципы работы всасывающего механизма мембранные насосы подразделяют на два типа:

Мембранные вакуумные насосы

Принцип его работы и устройство аналогичны рассмотренному варианту. Устройства обладают полной герметичностью, что предотвращает попадание внутрь всевозможных примесей. Учитывая данную особенность вакуумного мембранного насоса, его применяют там, где требуется стерильность процессов и недопустимы утечки, например:

• атомная промышленность;
• медицина;
• полиграфия;
• лабораторные исследования;
• пищевая индустрия;
• химические процессы.

Мембранный вакуумный насос

Эти устройства, из-за своей конструкции, полностью безопасны для окружающей среды, человека и животных. Поэтому ими оснащаются индивидуальные доильные аппараты. Положительными показателями использования таких насосов на молочных животноводческих комплексах можно считать:

• компактность, делает возможным размещение аппарата на мобильной тележке с флягами;
• бесшумность и отсутствие вибрации;
• малое энергопотребление;
• min процент механических загрязнений;
• стойкость к парообразованию;
• небольшая стоимость.

Вакуумные электронасосы мембранные используют для перекачки газа и создания вакуума в замкнутых системах и емкостях. Применяют их и в виде компрессора.

На территории стран СНГ самой распространенной моделью, является мембранный вакуумный насос НВМ (безмасляный) российского производства. Мембраны аппарата имеют повышенный ресурс, 3000 часов непрерывной работы, достигающийся модернизированным приводом мембран. Они перемещаются вверх-вниз параллельно, а не как обычно качаясь.

Ручной насос

Мембранный пневматический ручной насос используют в бытовых условиях. Такой агрегат незаменим там, где нет возможности подключиться к электросети. Служит для откачки грунтовых вод из подвалов, погребов, цокольных этажей домостроений, траншей. Ими можно производить откачку нечистот из сливных ям и перекачивать дизельное топливо.

Ручной насос имеет шаровые клапаны, которые во время работы непрерывно перекатываются и самоочищаются.

Отсутствие трущихся поверхностей в конструкции, как у поршневых агрегатов, обуславливает их повышенный ресурс.

Рабочее положение такого ручного аппарата – вертикальное, рычагом ручки вниз. Всасывающий нижний патрубок направлен вниз, вверх смотрит напорный патрубок.

Самовсасывающие мембранные электрические насосы

Такие агрегаты наиболее широко применяются в строительной отрасли и коммунальном хозяйстве. Часто на крупной строительной площадке можно встретить установки, называемые Лягушкой (НДНМ 4). Такой самовсасывающий мембранный водяной насос применяют для откачки воды из котлованов, траншей, затопленных коммуникаций. Они успешно справляются с перекачкой грязной воды, содержащей до 50% твердых взвешенных примесей.

Мембранный электрический инъекционный насос

Насос Лягушка самый востребованный строительный дренажный агрегат. Он изготовляется с вертикальным и горизонтальным расположением мембраны и обладает высотой самовсасывания: номинальной 4 м, максимальной 7,6 м. Агрегат для удобства монтируется на самоходной тележке.

Самовсасывающие высокого давления мембранные насосы компактных размеров, способные работать от аккумулятора на 12 В или 24 В применяют в быту. Их используют в автоматических системах водоснабжения в кемпингах, на дачах, для розлива молока и напитков, удобрений, слабоагрессивных жидкостей. Высота самовсасывания у них до 5м, подача и напор зависят от модели.

Мембраны для насосов

В зависимости от сферы использования агрегатов, для изготовления основного рабочего элемента – мембраны, применяют наиболее подходящий материал. Ведь от этого зависит долговечность и надежность диафрагменного агрегата. Отталкиваясь от характеристик материала мембраны, выбирают совместимый к жидкости, с которой будет работать насос.

Диафрагмы и прокладки для насосов

Основные современные материалы для изготовления мембран насосов и их особенности:

1. Буна-Н – для перекачивания горюче-смазочных материалов, абразивных сред и пищевых продуктов. Имеют средний срок службы.
2. Вил-флекс( Сантопрен) –из него производятся химически стойкие мембраны для перекачивания химических соединений. Обладают повышенной износостойкостью, недорогой стоимостью и большим сроком службы.
3. Витон – для перекачки супер агрессивных сред. Химически стойкие диафрагмы обладают повышенной термостойкостью и износостойкостью. Срок службы средний.
4. Геоласт – подходит для любых сред. Получаются универсальные износостойкие мембраны со средним сроком службы.
5. Неопрен – для средне агрессивных и нейтральных сред. Диафрагмы имеют низкую стоимость и среднюю износостойкость к абразивному воздействию. Срок службы 10 млн. циклов.
6. Полиуретан – для нейтральных сред, самый дешевый из современных материалов с достаточной выносливостью и большим сроком экслплуатации.
7. Термопластичный эластомер – для слабо и средне агрессивных веществ. Мембраны получаются высокопрочные и недорогие.
8. Фторопласт – для агрессивных субстанций в фармацевтике и пищевом производстве. Диафрагмы износостойки с большим сроком службы.
9. Этилен-пропиленовый каучук – для агрессивных сред. Мембраны могут использоваться в низком температурном режиме, средне износостойки с большим сроком использования.

Производительность стандартных мембранных пневматических насосов варьируется от 0,1 до 72 м3/час, давление около 8,5 бар. Существуют модели специальных мембранных насосов высокого давления до 220 бар.

Выбор мембранных насосов, представленных в продаже также широк, как широка сфера их применения.