Вакуумные мембранные насосы, мембранно поршневые насосы.

Мембранный насос

Мембранный насос, или, как его еще называют, диафрагменный насос, работает, в отличие от аналогичных устройств, не от электрического, а от компрессорного двигателя. Принцип его работы заключается в том, что энергия сжатого воздуха, поступающего в насос, реформируется в энергию колебания мембран, которые и придают движения жидкости.

Мембранный вакуумный насос, его устройство и принцип действия

Мембранный насос не может функционировать без сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором, из которого воздух через распределительный клапан попадает в насос. Функция данного клапана заключается в том, чтобы поочередно подавать воздух в обе воздушные камеры насоса, заставляя перемещаться то правую, то левую рабочую мембрану. Иными словами, мембранный вакуумный насос функционирует в два такта.

На первом такте мембранный насос подает воздух в левую и приводит в движение левую мембрану, которая, в свою очередь выталкивает жидкость из левой рабочей камеры. Жидкость выводится из камеры через патрубок. На втором рабочем такте повторяется то же самое действие, но с точностью наоборот – в этот момент потоком воздуха приводится в движение правая мембрана, соответственно, жидкость подается уже из правой проточной камеры.

Насос мембранно-поршневой

Насос мембранно-поршневой имеет шариковые клапана, на работу которых также необходимо обратить внимание. Данные детали управляют потоком жидкости, проходящим через проточные камеры. На первом такте шариковые клапана закрывают вход правой и выход левой проточных камер. В это же время, другой комплект шариковых клапанов освобождает выход из левой и вход в правую проточные камеры. Опять же, история повторяется в зеркальном отражении на втором такте.

Мембранный насос. Для чего он нужен? Достоинства и недостатки

Для того чтобы было проще понять, какие преимущества отличают мембранный насос, возьмем для сравнения популярный сегодня, простой и понятный центробежный насос. Итак:

Отличается ли мембранный насос высоким КПД?

Мембранный вакуумный насос для своей нормальной работы требует высоких энергетических затрат (если сравнивать с насосами на электродвигателях), поскольку компрессору сначала необходимо превратить электроэнергию в энергию сжатого воздуха, который впоследствии мембранный насос будет использовать в качестве «сырья» для получения кинетической энергии для перегонки жидкости. Разумеется, двойная реорганизация энергии приводит к снижению эффективности работы насоса. Так, традиционный мембранный вакуумный насос потребляет в 2,5-5 раз больше энергии, чем насос центробежный.

Как устроен мембранный насос? Есть ли сложности в его техническом обслуживании?

Мембранный вакуумный насос – это технически сложное устройство, в котором один только клапан может состоять из множества деталей (порой, их количество достигает нескольких десятков). Как правило, чаще всего изнашиваются рабочие мембраны. Но, следует отметить, что насос мембранно-поршневой прослужит достаточно долго, если правильно подобрать мембраны.

Может ли мембранный вакуумный насос нормально функционировать при очень высоких или очень низких температурах?

Это невозможно, поскольку мембранный насос в состоянии выдержать температуру в среднем -60 – +100 градусов. Рабочий диапазон зависит от того, какой материал был использован для изготовления рабочих мембран и корпуса насоса.

Может ли мембранный насос перегонять легковоспламеняющиеся жидкости?

Поскольку насос мембранно-поршневой не имеет электродвигателя, то ответ на этот вопрос – да. Но следует учитывать, что мембранный вакуумный насос в таком случае должен имеет алюминиевый, стальной или полимерный корпус.

Отличается ли мембранный вакуумный насос высоким уровнем химической защиты?

Только в случае, если рабочие мембраны и корпус насоса изготовлены из определенных материалов – прекрасно подойдет полипропилен, сантопрен, фторопласт, тефлон.

Может ли мембранный насос похвастаться хорошей самовсасывающей способностью?

Может. Насос мембранно-поршневой может обеспечить водяной столб порядка 4-9 м. Для этого не требуется предварительная заливка всасывающей линии.

Боится ли мембранный насос сухого хода?

Нет. Любой мембранный вакуумный насос может работать «на сухую». Время такой работы зависит от конкретной модели и производителя оборудования.

Боится ли насос мембранно-поршневой попадания твердых частиц?

Мембранный вакуумный насос, в зависимости от типа, может перегонять твердые частицы, размером 0,4-35 мм. Надо сказать только о том, что абразивные частицы уменьшают эксплуатационный срок рабочих мембран.

Может ли мембранный насос перегонять вязкие субстанции?

Именно благодаря данной возможности, они и имеют преимущество над своими центробежными сотоварищами. Допустимая вязкость вещества составляет 10-30 тыс. сстокс.

Существует ли возможность перемещать мембранный насос?

Благодаря относительно малому весу, мембранный насос не требует стационарной установки, следовательно, он является мобильным.

Герметично ли данное оборудование?

Ответ на этот вопрос неоднозначен: мембранный насос, в отличие от центробежного, не нуждается в уплотнениях. Следовательно, при его нормальной работе перекачиваемая жидкость не протекает. Но если прорвется мембрана, жидкость через глушитель может попасть наружу.

Работает ли мембранный насос в погруженном состоянии?

Да. При условии, что его внешние детали и сам корпус подходят под перегоняемую жидкость, а отработанный воздух нормально отходит наружу.

Подводя итоги можно сказать, что мембранный насос можно использовать тогда, когда нет возможности установить насос центробежный, поскольку, как уже говорилось выше, он достаточно энергозатратен. Кроме того, требует расходов на приобретение компрессора. Но он незаменим, если необходимо перекачивать жидкость с твердыми частицами; когда необходим самовсос, для перекачивания вязких жидкостей.

Все, что было сказано выше, относилось к классическим мембранным насосам. Об устройствах, в которых перекачиваемая жидкость должна пройти в два такта, через обе проточные камеры. Говорили мы и о недостатках таких моделей мембранных насосов: о низком КПД; о больших энергетических затратах; о сильной пульсации тока жидкости и необходимости в применении дополнительных демпферов. В числе их недостатков также высокая вероятность остановки насоса из-за блокировки воздушного клапана; шумная работа; необходимость отключения мембранного насоса с целью технического осмотра и, при необходимости, замены или ремонта внутренних деталей.

Нельзя не упомянуть и о несомненных достоинствах мембранных насосов, которые обеспечивает ему центральная конструкция.

В их числе:

Снижение пульсации агрегата до 80%. Как правило, многим моделям этого хватает, чтобы обойтись без использования дополнительного демпфера. Вместе с тем, снижается шум и вибрация, но повышается эксплуатационный срок рабочих мембран. Следовательно, стоимость жизненного цикла насоса повышается именно благодаря уменьшению амплитуды колебания диафрагм, которая зависит от работы воздушного клапана. Рабочие мембраны для современных моделей мембранных насосов изготавливают из эластичного материала, который снижает уровень вибрации и колебания. Срок эксплуатации такой диафрагмы в 2-3 раза выше в сравнении с более старыми моделями этих немаловажных деталей мембранного насоса.

Кроме того, теперь стало гораздо проще заменить вышедшую из строя мембрану. В классических моделях таких агрегатов рабочие мембраны были жестко посажены на вал. В связи с этим, для их замены необходимо было поработать с крепежами, дисками и уплотнительными кольцами диафрагмы. Если в креплении новой мембраны допускалась ошибка, это могло привести не только к большим утечкам перекачиваемой жидкости, но и саму мембрану приводило в полную непригодность. Сегодня, чтобы заменить рабочие мембраны в насосе, требуется совсем немного времени. Кроме того, риск допустить ошибку в данном процессе сводится к минимуму.

В современных моделях мембранных насосов все патрубки находятся на одной линии, что делает его установку более легкой. Немаловажный момент – теперь для ремонта мембранного насоса не нужно отключать его от линии.

Новые модели таких устройств потребляют гораздо меньшее количество сжатого воздуха (не 500 л, как это было раньше, а порядка 350 л). Данный факт говорит о том, что в современных мембранных насосах можно использовать менее мощный компрессор.

Технология производства современных мембранных насосов с центральной проточной камерой насчитывает уже более 10 лет. Но первые модели таких агрегатов отличались серьезными недостатками в качестве их работы: наблюдались серьезные утечки перекачиваемой жидкости; мембранные насосы категорически отказывались нормально функционировать при закрытой задвижке (воздух и перекачиваемая жидкость протекали через систему клапанов). Кроме того, для производства старых моделей мембранных насосов были ограничены в списке материалов, пригодных для их изготовления. Это сказывалось на перечне жидкостей, которые такие насосы могли перегонять. Разумеется, и спрос на такие агрегаты был невысоким.

Новая конструкция мембранных насосов увидела свет всего несколько лет назад. В данной модели была переделана центральная камера агрегата. Кроме того, разработчики избавились и от всех недостатков мембранных насосов старого образца: полностью исключили возможность утечки перегоняемой жидкости и сжатого воздуха; был существенно расширен круг, применяемых в производстве мембранных насосов (как рабочих диафрагм, так и корпусов), материалов. Но, следует отметить, что стоимость мембранных насосов с центральной проточной камерой стала несколько выше. Кроме того, уменьшилась допустимая вязкость перекачиваемой жидкости (было 30 000 сстокс, стало – 12 000).

Для производства современных мембранных насосов возможно использование всевозможных материалов. А из каких именно изготовлена конкретная модель данного устройства, можно узнать, расшифровав ее маркировку.

Так, например, корпус мембранного насоса могут изготавливать из пластика и металла, нержавейки и алюминия, полипропилена и фторопласта, тефлона и полиэтилена, ацетали.

Алюминиевый корпус используют в насосах, предназначенных для перекачивания вязких, нейтральных и легковоспламеняющихся жидкостей.

Корпус из нержавейки (самый дорогостоящий) устойчив к коррозии. Такой насос можно использовать для перекачивания легковоспламеняющихся и абразивных жидкостей (применяют в пищевой промышленности, если необходимо тщательное соблюдение гигиены).

Мембранный насос с полипропиленовым корпусом – экономичный вариант. Благодаря своей невысокой стоимости, он наиболее востребован среди потребителей.

Корпус из фторопласта – более дорогостоящий, чем полипропиленовый, но его отличает более высокая химическая стойкость. Такие мембранные насосы используют для перекачивания агрессивных жидкостей.

Тефлон является одной из разновидностей фторопласта. Корпус насоса, изготовленный из этого материала, отличается максимально высокой химической стойкостью. Такие насосы стоят очень дорого. Применяют их для перегонки всевозможных кислот.

Ацеталевый корпус не слишком дорогой, но тоже устойчивый абразивным веществам и различным растворителям. Такой насос нельзя использовать для щелочных жидкостей и кислот, но он вполне пригоден для выполнения взрывоопасных задач.

Полиэтиленовые корпуса отличаются невероятно высокими показателями, относительно устойчивости к абразивным и химическим веществам (она почти в 2 раза больше, чем у нержавейки). Стоимость такого корпуса несколько выше, чем аналогичного изделия из полипропилена. Такие насосы используются для перекачивания абразивных, химически активных сред. Кроме того, такой насос можно использовать для реализации взрывоопасных задач.

Что же касается материалов для производства современных мембран, то сегодня насосы могут иметь три различных вида этих деталей.

Легкие резиновые мембраны отличаются невысокой стоимостью, гибкостью, максимально высокой самовсасывающей способностью. Если говорить о устойчивости к абразивам и химической среде – она умеренная.

Наиболее дешевые неопреновые мембраны используются в насосах, предназначенных для перекачивания различных хладагентов и нейтральных жидкостей при невысоких температурах.

Мембраны, изготовленные из бутадиен нитрильного каучука (нитрила), позволяют перекачивать такие жидкости, как масла и спирты, продукты нефтепереработки и антифризы, гликоль и различные удобрения, морскую воду и солевые растворы при температуре от -15 до +82 градусов Цельсия.

Популярны также мембраны из этилен-пропиленового каучука. Их основное достоинство в том, что они могут работать при критических температурах (-51 – +138 градусов Цельсия). При помощи таких мембран можно перекачивать ацетон и кетоны, щелочи и гудрон, многие из кислот (в том числе и концентрированную серную кислоту). Но этилен-пропиленовые мембраны не позволяют перекачивать продукты нефтеперерабатывающей промышленности.

Мембраны из фторкаучука отличаются возможностью работы в достаточно широком температурном диапазоне (-40 – +177 градусов Цельсия). Благодаря высокой химической стойкости, такие мембранные насосы пригодны для перекачивания практически всех кислот (не считая органических), нефтепродуктов, гудрона, морской воды, асфальта. Но они не очень устойчивы к щелочным жидкостям, антифризу, гликолю. Не способен работать с аммиаком и растворителями. Но самовсасывающая способность таких мембран выше, чем, к примеру, у тефлоновых аналогов.

Средней гибкости и уровня самовсоса термопластичные мембраны высокоустойчивы к абразивным материалам, но их химическая стойкость оставляет желать лучшего.

Мембраны из материала, известного как Hytrel (Saniflex), отличаются максимальной устойчивостью к абразивам и невероятно высокой прочностью. Но, несмотря на такие показатели, работает исключительно с продуктами пищевой промышленности и с нейтральными жидкостями, температура которых колеблется от -29 до +104 градусов Цельсия.

Альтернативные тефлоновым, мембраны из Santoprene (Wil-Flex), отличаются высокой устойчивостью к абразивам, могут работать в широком температурном диапазоне (-40 – +107 градусов Цельсия), невероятно устойчивы к химикатам неплохую химическую стойкость.

Пониженной гибкости тефлоновые мембраны с низкой самовсасывающей способностью (менее 40%, если сравнивать, к примеру, с мембранами из каучука). Но есть у них немаловажное достоинство: возможность работать с абсолютно любыми жидкостями, поскольку химическая стойкость таких мембран – максимально высокая. А вот стойкость данного материала к абразиву можно назвать умеренной. Это, пожалуй, самый дорогостоящий вид диафрагм для мембранных насосов. Но их стоимость отходит на второй план, когда речь идет об универсальности данных деталей насосов. Твердость данного материала не говорит в его пользу: такие мембраны быстро деформируются и разрушается. Для более продолжительного эксплуатационного срока таких диафрагм используются смеси различных материалов, где к тефлону добавляют более гибкие из них.

Если говорить о прочих составляющих современных мембранных насосов, таких, как воздушные клапаны и их седла, а также шарики, то для из производства могут также быть использованы всевозможные материалы. Как правило, такие детали насосов подбираются, отталкиваясь от того, из какого именно материала изготовлены рабочие мембраны и корпус мембранного насоса. Следует подчеркнуть тот факт, что в случае, если мембранный насос работает с вязкими жидкостями, а также в режиме самовсоса, то стоит отдать предпочтение шарикам, изготовленным из нержавеющей стали.