Полное руководство по мембранным насосам: как они работают, выбор и применение

Диафрагменный насос, также известный как мембранный насос или пневматический насос, представляет собой насос объемного вытеснения, который использует гибкую мембрану или диафрагму для перемещения жидкостей. Эти насосы предназначены для работы с широким спектром жидкостей, включая вязкие, абразивные и едкие вещества, что делает их пригодными для многочисленных промышленных применений. Механизм насоса изолирует жидкость от внутренних компонентов насоса, что является явным преимуществом при работе с чувствительными или опасными материалами.

Что такое мембранный насос?

Диафрагменный насос — это тип насоса прямого вытеснения, который использует возвратно-поступательное действие гибкой диафрагмы для перемещения жидкостей. Эта диафрагма, обычно изготавливаемая из резины, термопластика или тефлона, образует уплотнение, которое отделяет перекачиваемую жидкость от механических компонентов насоса. Изменяя объем камеры, жидкость втягивается в насос, а затем выталкивается. Такая конструкция особенно полезна для применений, где чистота жидкости или предотвращение утечек имеют решающее значение.

Типы мембранных насосов

Мембранные насосы доступны в нескольких конфигурациях, каждая из которых подходит для различных применений. Наиболее распространенные типы включают:

Одномембранные насосы

В насосах с одной диафрагмой для перемещения жидкости используется одна диафрагма. Работа насоса заключается в том, что диафрагма движется вперед и назад, создавая вакуум для всасывания жидкости в камеру насоса при одном ходе, а затем выталкивая жидкость при противоположном ходе. Такие насосы часто используются для приложений с низким расходом.

Двойные мембранные насосы

Двойные мембранные насосы используют две мембраны, соединенные валом. Мембраны движутся в тандеме, создавая более непрерывный и сбалансированный поток. Одна мембрана втягивает жидкость в свою камеру, а другая выталкивает жидкость, что приводит к более плавному сбросу. Такая конструкция особенно полезна для обработки более вязких жидкостей и поддержания стабильного выхода.

Насосы AODD

Насосы с пневматическим приводом и двойной диафрагмой (AODD) используют сжатый воздух для приведения в действие диафрагм. Это делает их пригодными для использования в опасных или взрывоопасных средах, поскольку им не требуется электропитание. Насосы AODD также весьма универсальны и способны работать с широким спектром типов жидкостей.

Мембранные насосы с механическим приводом

В механических мембранных насосах диафрагма перемещается механической связью, соединенной с двигателем. Движение контролируется кулачками, кривошипами или другими механическими системами. Этот тип насоса обычно обеспечивает точный и контролируемый расход.

Электроприводные мембранные насосы

Электроприводные мембранные насосы используют электродвигатель для перемещения мембраны. Эти насосы часто используются в ситуациях, требующих точного расхода, и могут быть интегрированы в автоматизированные системы. Они, как правило, более энергоэффективны, чем пневматические модели.

Компоненты мембранных насосов

Мембранные насосы состоят из нескольких ключевых компонентов, которые работают вместе:

Диафрагма

Диафрагма является основным компонентом, создающим уплотнение, которое изолирует перекачиваемую жидкость от внутреннего механизма насоса. Она обычно изготавливается из гибкого материала и движется вперед и назад.

Насосная камера

Камера насоса — это пространство, куда всасывается и выталкивается жидкость. Ее объем изменяется при движении диафрагмы, что позволяет насосу вытеснять жидкость.

Клапаны

Входные и выходные клапаны регулируют поток жидкости в камеру насоса и из нее. Эти клапаны, которые могут быть шаровыми, обратными или других конструкций, обеспечивают движение жидкости в нужном направлении.

Механизм приведения в действие

Исполнительный механизм отвечает за перемещение диафрагмы. Это может быть механическая связь, сжатый воздух или электродвигатель, в зависимости от типа насоса.

Всасывающие и нагнетательные коллекторы

Всасывающие и нагнетательные коллекторы — это соединения, через которые жидкость входит и выходит из насоса. Они предназначены для обеспечения эффективного потока и минимизации потерь давления.

Как работают мембранные насосы

Мембранные насосы используют возвратно-поступательное действие гибкой мембраны для перемещения жидкостей. Этот процесс включает несколько ключевых шагов, которые создают насосное движение.

Основой работы является диафрагма, гибкая мембрана. Эта диафрагма соединена с приводным механизмом, который может быть механическим, пневматическим или электрическим. Когда приводной механизм активируется, он перемещает диафрагму вперед и назад внутри насосной камеры. Это движение изменяет объем насосной камеры, создавая насосное действие.

• Фаза всасывания: Во время фазы всасывания диафрагма оттягивается назад. Это увеличивает объем камеры насоса, создавая вакуум, который втягивает жидкость в насос через впускной клапан. Выпускной клапан закрыт во время этой фазы, чтобы предотвратить обратный поток.
• Фаза разрядки: После заполнения камеры приводной механизм толкает диафрагму вперед. Это уменьшает объем камеры, увеличивая давление и выталкивая жидкость через выпускной клапан из насоса. Одновременно закрывается впускной клапан, предотвращая обратный поток жидкости во всасывающую линию.

Возвратно-поступательное движение диафрагмы, чередующееся между фазами всасывания и нагнетания, приводит к непрерывному потоку жидкости. Этот процесс повторяется для обеспечения постоянной откачки. Обратные клапаны насоса, расположенные как на входе, так и на выходе, управляют потоком жидкости, гарантируя, что она движется только в одном направлении. Они предотвращают обратный поток жидкости к входу во время фазы нагнетания и предотвращают обратный поток в насос из линии нагнетания во время всасывания.

Преимущества мембранных насосов

Обращение с вязкими жидкостями

Мембранные насосы отлично справляются с перекачкой жидкостей с высокой вязкостью. Большие зазоры и простая конструкция позволяют легко пропускать густые вещества без засорения.

Обработка абразивной жидкости

Насосы могут работать с жидкостями, содержащими абразивные частицы. Гибкая диафрагма минимизирует контакт с движущимися частями, уменьшая износ насоса.

Возможности самовсасывания

Мембранные насосы обладают способностью к самовсасыванию. Они могут эффективно всасывать жидкости из-под насоса, не требуя предварительного заполнения всасывающих линий.

Возможности работы всухую

Насосы устойчивы к повреждениям при работе без жидкости, известной как работа всухую, в течение коротких периодов. Это происходит потому, что диафрагма защищает внутренние детали от трения и накопления тепла.

Химическая устойчивость

Диафрагменные насосы совместимы с широким спектром химикатов. Диафрагма и смачиваемые части могут быть изготовлены из материалов, устойчивых к коррозии и деградации.

Работа без утечек

Благодаря уплотнению, создаваемому мембраной, насосы герметичны. Это важно для перекачивания опасных или ценных жидкостей.

Недостатки мембранных насосов

Пульсирующий поток

Мембранные насосы могут генерировать пульсирующий поток, особенно одномембранные. Это может быть проблематично для приложений, требующих постоянного, постоянного потока.

Более низкое давление и поток

Как правило, мембранные насосы имеют ограничения по производительности и давлению по сравнению с центробежными или поршневыми насосами.

Требования к техническому обслуживанию

Несмотря на надежность конструкции, мембраны со временем потребуют замены из-за износа и усталости, а это увеличивает время и стоимость технического обслуживания.

Шум

Пневматические насосы могут быть шумными во время работы. Хотя другие конфигурации менее шумные, шум все равно может быть проблемой для определенных применений.

Размер

Мембранные насосы могут быть крупнее и громоздче по сравнению с некоторыми другими типами насосов с аналогичной производительностью, что может затруднить их использование в небольших помещениях.

Применение мембранных насосов

Химическая промышленность

Мембранные насосы часто используются на химических заводах для работы с едкими и опасными материалами. Они разработаны для обеспечения безопасной и надежной передачи.

Очистка сточных вод

Эти насосы используются для дозирования химикатов при очистке сточных вод и перемещения шлама благодаря своей способности перекачивать твердые частицы.

Пищевая промышленность и производство напитков

Мембранные насосы используются для перекачивания пищевых продуктов и напитков, поскольку они пригодны для эксплуатации в санитарных условиях.

Фармацевтическая промышленность

Насосы используются в фармацевтической промышленности, поскольку они могут перекачивать стерильные и чувствительные жидкости, не загрязняя их.

Горнодобывающие работы

Благодаря своей способности работать с абразивными материалами, мембранные насосы используются для перекачивания шламов и других вязких материалов в горнодобывающей промышленности.

Нанесение лакокрасочных материалов и покрытий

Эти насосы обычно используются для перекачивания красок, покрытий и клеев, поскольку они способны справляться с консистенцией таких материалов.

Нефти и газа

Мембранные насосы применяются для перекачивания и транспортировки различных жидкостей при добыче нефти и газа, в том числе бурового раствора и химических добавок.

Как правильно выбрать мембранный насос

Выбор правильного мембранного насоса требует тщательного рассмотрения нескольких факторов:

• Соответствие насоса конкретному применению и требованиям: Прежде всего, производительность насоса должна соответствовать требованиям конкретного применения с точки зрения свойств жидкости, места использования и задачи, которую он должен выполнять.
• Скорость потока: Оцените требуемый расход, чтобы убедиться, что производительность насоса соответствует эксплуатационным требованиям. Избыточный или недостаточный размер насоса может привести к неэффективности или проблемам с производительностью.
• Давление: Выберите насос, способный удовлетворить требования системы по давлению, принимая во внимание давление самой жидкости.
• Тип жидкости: Оцените вязкость, абразивность, химическую природу и температуру жидкости, чтобы убедиться в ее совместимости с материалами насоса.
• Выбор размера: Убедитесь, что физический размер насоса соответствует пространству установки и любым пространственным ограничениям окружающей среды.
• Расходы: Оцените экономическую эффективность насоса, принимая во внимание его эксплуатационные расходы, срок службы и стоимость замены деталей, чтобы найти наиболее экономически эффективный вариант для конкретного использования.

Распространенная проблема с мембранными насосами

• Отказ диафрагмы: Диафрагмы могут выйти из строя из-за усталости или химической деградации, что потребует замены.
• Проблемы с клапаном: Клапаны могут изнашиваться или засоряться, что влияет на скорость потока и давление.
• Утечки: Утечки могут возникать вокруг уплотнений и соединений, требуя тщательного осмотра и ремонта.
• Утечки воздуха (насосы AODD): Утечки воздуха в насосах AODD могут снизить эффективность и вызвать проблемы в работе.
• Пульсация: Пульсация потока может вызвать вибрацию системы и потребовать дополнительного оборудования, например: гасители пульсаций.

Мембранные насосы против других типов насосов