Мембранныи насос принцип работы
Мембранные насосы – специализированное оборудование, которое используется для перекачки воды или иных жидкостей. Основной рабочий элемент конструкции – мембрана, она же диафрагма. Агрегаты этого типа также называют диафрагменными.
Из данной статьи вы узнаете устройство и принцип действия мембранного насоса, все его особенности. Расскажем, как работает такая система, какова её конструкция. Дадим ответы на все актуальные вопросы по теме.
Из каких элементов состоит конструкция насоса
Основные рабочие и вспомогательные элементы конструкции мембранных насосов:
- Мембрана. Такая диафрагма приводится в действие другими рабочими элементами, изменяет параметры в камере.
- Рабочая воздушная камера. Она благодаря работе мембраны меняет объём, давление внутри этой части также меняется.
- Клапаны шарикового типа. Они предупреждают обратный ход перекачиваемой жидкости либо проникновение воздуха в насос.
- Шток. Это поршень, соединяющий диафрагму и приводной вал.
- Патрубки: выходной, входной. Через них перемещается жидкостная среда в насосе.
- Кривошипно-шатунный механизм. Он преобразует возвратно-поступательные перемещения поршня в движения вращательные (либо наоборот).
- Корпус насоса. В зависимости от типа и модели, может быть выполнен из металла (нержавеющей стали, более лёгкого алюминия) или из пластика, такого как прочный полипропилен.
Схема расположения элементов конструкции зависит от конкретного типа, исполнения, модели оборудования. Возможные отдельные детали узлов насоса – гайка, крышка, шпилька, тарелка, ограничитель, золотник, эксцентрик, шатун, поршневая гильза, пробка, червячное колесо. Они используются как для рабочих процессов, так и для поддержания постоянных эксплуатационных параметров, соединения и крепления отдельных составляющих, монтажа оборудования.
Количество рабочих камер – две либо одна. Типовые, наиболее распространённые модели насосов – однокамерные. Двухкамерные модификации – мощные, используются для перекачки вязких сред либо загрязнённых жидкостей. Камеры в таких агрегатах соединены эксцентриковым механизмом либо по параллельной схеме, либо по последовательной технологии.
Специализированные мембранные насосы (промышленные, лабораторные) оснащаются дополнительными элементами, например, блоками автоматики для регулировки настроек, контроля рабочих процессов и защиты от перегревов/перегрузок, вакуумметрами для измерения показателей давления, фильтрами для исключения попадания в важные узлы твёрдых частиц и иных загрязнений.
Принцип работы и устройство
Главный принцип работы мембранного насоса – это перекачивание жидких сред за счёт циклических изменений объёма рабочей воздушной камеры и значений давления внутри неё. Примерно так же работает плунжерное и поршневое насосное оборудование, но в нём параметры меняются за счёт функционирования плунжера или поршня. Водяной диафрагмовый насос оснащён эластичной специальной диафрагмой, которая зафиксирована на стенке рабочей камеры. И именно такая мембрана, которая находится на одной из сторон корпуса, меняет объём и давление.
Важно! Диафрагменный насос относится к типу объёмного перекачивающего оборудования, которое применяется как для воды, так и для прочих жидкостей, включая имеющие вязкую консистенцию. Также агрегаты данной категории способны перекачивать газы.
Устройство мембранного насоса предполагает следующие этапы работы оборудования:
- После запуска насоса его шток (поршень), который связан с диафрагмой, приводит её в действие. Мембрана выгибается в направлении от воздушной камеры.
- Объём рабочей камеры резко и значительно увеличивается, возникает разрежение, в насосе формируется вакуум.
- Через входной патрубок после открывания впускного клапана из исходной среды начинает поступать перекачиваемая жидкость. При этом выходное отверстие блокируется другой клапанной деталью – выпускной. За счёт этого обеспечивается герметичность, воздух не проникает в камеру, и в ней сохраняется сниженное давление.
- В следующем рабочем цикле мембрана снова приводится в действие поршнем. Но теперь она прогибается внутрь рабочей камеры. Внутри повышается давление, зато объём полости сокращается.
- Находящаяся в камере жидкость проталкивается через выходной патрубок наружу, в принимающую ёмкость либо иную зону. В этот момент выпускной клапан насоса открывается, начинается подача содержимого. В тоже время клапан впускной закрывает патрубок, чтобы жидкость не могла перемещаться обратно в исходную среду.
Клапаны любого мембранного насоса, расположенные на входе и выходе, приводятся в движение только за счёт тока воды или другой жидкости. Внешнее управление для запирания и открывания патрубков не требуется. Чаще используются шариковые клапаны, которые отличаются долговечностью, простотой конструкции. Но надёжность и мощность оборудования зависит не только от вида этих элементов, хотя для бесперебойного функционирования они должны срабатывать своевременно и чётко. И всё же более важное значение имеет привод, с помощью которого осуществляется пульсация мембраны, её движения с выгибанием и прогибанием.
Какими бывают мембранные насосы
Есть несколько видов мембранных насосов. Принцип их работы единый – изменения давления, объёма воздушной рабочей камеры с мембраной. Но меняются такие параметры разными способами. Ниже рассмотрим типы оборудования, их характеристики, минусы и плюсы.
Вакуумные насосы
Мембранный вакуумный насос также называется пневматическим, и в основе его принципа работы лежит воздух. Он в сжатом виде проходит в одну из пластин диафрагмы, провоцируя её движения. В результате жидкость направляется через рабочую зону от входного шланга к выходному отверстию. Работает и другая пластина мембраны: создаёт вакуум, который вызывает всасывание жидкой среды.
Вакуумное оборудование абсолютно сухое и герметичное, оно обладает такими плюсами:
- отсутствие вредного воздействия на людей, на прочие живые организмы:
- защита окружающей среды от опасных загрязнений, утечка которых из насоса невозможна за счёт его полной герметичности;
- длительные сроки непрерывной эксплуатации;
- несложное использование: такие модели просты в применении;
- небольшие габариты насосов;
- практически бесшумная работа благодаря отсутствию вибраций;
- невысокая стоимость;
- экономичное применение.
Полезная информация! Пневматический мембранный насос – оборудование, которое используется в серийных производствах, в сельском хозяйстве (например, в доильных аппаратах), в качестве компрессоров для перекачивания и поставки газов или сжатого воздуха, в печати, фильтрующих приборах, массажёрах, некоторых вакуумных печах.
Ручные модели
Насос диафрагменный может быть ручным. Такое оборудование используется в быту, приводится в действие собственными усилиями пользователя. Электричество или другие источники энергии не требуются. Ручные насосы подходят для чистки септиков, канализаций, дренажных систем и сливных ям, для перекачки дизельного топлива, для откачки грунтовых вод, освобождения от воды подвалов, погребов или иных помещений.
Плюсы – простое устройство, отсутствие привязки к электроэнергии, долговечность, самостоятельная очистка клапанов во время работы. Минус заключается в том, что для перекачки необходимо прикладывать усилия.
Мембранно-поршневые
Мембранно-поршневой насос рассчитан на среды, плотность которых считается средней. Оборудование может не только перекачивать разные жидкости, но и перемещать шлам. Такие модели объединили в себе самые лучшие качества поршневых агрегатов и мембранных.
Мембранно-поршневые насосы используются при производстве керамики, на тепловых электростанциях, на горнодобывающих заводах и фабриках, в металлургии. КПД и производительность данного типа оборудования высокие, а стоимость при этом средняя, полностью окупается в течение короткого времени благодаря большим объёмам перекачки.
Самовсасывающие
Это электрическое мощное оборудование, которое обычно используют в строительстве. Оно работает от сети или от аккумуляторов. Такими профессиональными насосами можно эффективно убирать воду или растворы из котлованов, ям, траншей. Благодаря высокой мощности агрегаты закачивают даже сильно загрязнённые жидкости, которые состоят из твёрдых примесей на 40-50%.
Дренажные самовсасывающие насосы делятся на вертикальные и горизонтальные. Они различаются по способу установки. Но метод монтажа не влияет на работу: принцип остаётся тем же. Высота всасывания составляет от 4-5 метров до 7-7,6. Она зависит от плотности жидкостной среды и от мощности насоса.
Важно! В конструкции есть трущиеся элементы, так что при активной эксплуатации вероятен преждевременный выход насоса из строя.
Типы приводов
Давление мембранного насоса меняется для последующей перекачки жидкостей за счёт движений мембраны. Диафрагма перемещается благодаря приводу. Такой механизм бывает нескольких видов. Также различаются и методы, которыми приводное усилие передаётся на мембрану. Рассмотрим все существующие типы.
Электромагнитный
Насос мембранный с таким приводом – это дозирующее оборудование, которое подходит только для малых объёмов жидкостей, но зато обеспечивает максимальный уровень точности – всего от нескольких миллилитров, перекачиваемых за час. Эта особенность обусловлена использованием в качестве приводного механизма соленоида. Данная электромагнитная катушка имеет внутренний сердечник, который свободно перемещается.
Когда на обмотку катушки подаётся электрический импульс, формируется магнитное поле, которое выталкивает сердечник. Он оказывает давление на центр диафрагмы, и она движется внутрь рабочей камеры. Когда питания нет, возвратная пружина возвращает сердечник вместе с мембраной в исходное положение.
Объём жидкостной среды, перемещаемый за определённый промежуток времени, зависит от частоты электрических импульсов, их количества. В некоторых моделях насосов с электромагнитными приводами предусмотрена возможность контролировать величину хода – расстояния перемещений сердечника. Чем они короче, тем точнее и меньше подача.
Электромеханический
Электромеханический привод имеет более сложное устройство, является мощным и позволяет за час перекачивать до нескольких сотен литров. В конструкции предусмотрен толкатель, который соединён с центральной частью мембраны. Воздействие на такую деталь оказывается механическим редуктором, точнее его эксцентриком. Силовой агрегат, запускающий движения вращающихся элементов, представляет собой электрический двигатель.
Чтобы толкатель перемещался обратно, в конструкции есть пружина. Ход толкателя в насосах данного типа регулируется, поэтому можно контролировать и напор, количество перекачиваемой жидкости. Но точность регулировки ниже по сравнению с электромагнитными моделями. Размеры рабочей камеры определяют показатели максимальной производительности оборудования. Также на эффективность работы влияют мощность привода, рабочая частота механического редуктора.
Пневматический
Насосы данного типа часто используют в промышленности, так как объёмы перекачки очень большие, измеряются в десятках тысяч литров за час. Конструкция достаточно сложная, с двумя рабочими камерами, которые располагаются зеркально, соединяются коаксикальным пневматическим обменником. Он имеет толкатель, и его два конца зафиксированы на противоположных диафрагмах. Когда в одной мембране запускается всасывающий рабочий цикл, в другой происходит выталкивающий такт. Когда толкатель достигает своей крайней позиции, регулятор переключается автоматически, и элемент движется обратно, а режимы функционирования камер меняются.
Мембранный пневматический привод лишён возможности высокоточной регулировки объёмов перекачиваемых сред, но всё же контролировать подачу реально. Для этого в конструкции предусмотрена регулировка давления и количества воздуха, находящегося в воздуховоде, который соединяет пневматический насосный обменник с компрессором. Последний играет роль удалённого приводного механизма.
Виды используемых мембран
Насос мембранного типа может оснащаться диафрагмой одного из следующих видов:
- Плоские. Такие мембраны обладают высокой степенью сжатия, соединяются со штоками посредством отверстия в центре (используется резьбовое соединение). Эта особенность может снижать герметичность.
- Формованные. Соединение мембраны с поршнем реализуется запрессованным в выпуклый диск винтом. Такой дисковый элемент расположен снаружи рабочей камеры. Производительность данных моделей меньше из-за сниженной упругости выпуклых мембран. Но металлические элементы крепежа не контактируют с содержимым рабочей камеры, поэтому дольше служат.
- Структурированные. Эти мембраны самые производительные, надёжные, экономичные в обслуживании. Диафрагма имеет особую конфигурацию для высокой прочности, устойчивости к механическим воздействиям и герметичности системы.
Мембраны для насосов изготавливаются из различных материалов: сантопрена, тефлона, полиуретана, геоласта, термопластичных эластомеров, пропиленового или этиленового каучука, витона, фторопласта, неопрена.
Области применения
Мембранные насосы предназначены для перекачивания различных сред: воды, чистых и загрязнённых жидкостей, растворов, смесей. Густота и сильная загрязнённость не мешает оборудованию работать с высокой эффективностью.
Сфера применения оборудования диафрагменного типа включает:
- сельское хозяйство;
- пищевую промышленность;
- производство лакокрасочных материалов;
- химическую промышленность;
- водоснабжение, водоподготовку: организацию городских систем, очистных станций и сооружений;
- атомную промышленность;
- оснащение лабораторий;
- полиграфическую отрасль;
- медицину, фармацевтику;
- нефтегазовый сектор;
- производство бумажной продукции;
- деятельность металлургических предприятий;
- горнодобывающую промышленность;
- изготовление текстиля.
Все преимущества, недостатки диафрагменных насосов
Зная, что такое мембранный насос, можно перейти к анализу его достоинств и недостатков. К преимуществам относятся:
- Универсальность. Мембранная насосная технология, в зависимости от типа и конструкции оборудования, подходит не только для воды, но и для других жидкостей разной консистенции, для газов, густых и вязких растворов (щелочных, солевых, кислотных), масел (только модели с мембранами из фторкаучука).
- Широкая сфера применения. Насос мембранного типа может использоваться в разных отраслях, в промышленных и бытовых условиях, в том числе в составе водопровода, например, в частном доме, куда вода поступает из скважины.
Перекачка даже жидкостей с нерастворёнными частицами. Никаких трущихся друг о друга деталей в рабочей камере насоса нет, поэтому твёрдые загрязнения не выводят оборудование из строя. Лишь пропускные клапанные отверстия определяют размеры примесей.- Простое обслуживание. Благодаря отсутствию трения в устройстве мембранные насосы не требуют регулярных смазок. Подшипники, уплотнения тоже не нужны.
- Эффективное перекачивание даже очень вязких жидкостей, например, густых промышленных клеев или строительных смесей.
- Высокая устойчивость к различным химическим веществам, в том числе агрессивным: щелочам, солевым растворам, кислотам. Для разных химикатов применяют определённые насосы, которые различаются по материалам рабочих камер и диафрагм.
- Минимальные риски утечек содержимого рабочей камеры. Конструкция насоса герметичная.
- Большой выбор. Производители предлагают широкий ассортимент мембранных насосов. Компании реализуют модели с разными эксплуатационными, техническими характеристиками. В России в каталогах и на сайтах магазинов можно найти варианты для любых целей.
- Несложный ремонт при поломках и возникающих неисправностях. Все части насоса заменяемы.
- Компактность, средний вес устройств. Другие типы насосов весят больше, имеют крупные размеры.
- Отсутствие громких звуков, издаваемых во время работы. Это обусловливается отсутствием трения, вибраций.
- Безопасность. Возможность перекачивания насосом даже токсичных, агрессивных химических, горючих веществ. Жидкости не выходят за пределы камеры, не контактируют с окружающей средой.
- Высокая производительность, эффективность насосов – перекачивание больших объёмов за короткое время работы.
- Достойные показания давления на выходе – до 60-65 бар.
- Значительная максимальная глубина всасывания – до 7-7,5 метров.
Недостатки:
- Довольно быстрый износ мембраны насоса из-за постоянных движений с изгибанием.
- Засорение клапанов при перекачивании сильно загрязнённых жидкостей. Для профилактики такие элементы следует несколько раз за год продувать.
- Неравномерная подача. Из-за принципа работы диафрагменных устройств поток не постоянный струйный, а как бы пульсирующий.
- Не самый высокий напор на выходе.
Диафрагменный насос – мощная, производительная, универсальная и эффективная помпа для перекачки всевозможных жидкостей. Чтобы сделать правильный выбор такого оборудования, обращайте внимание на габариты, рабочее давление, значение мощности и максимальную производительность.
Теги в статье:
Рекомендуемые товары
