Принцип работы мембранного насоса: основные понятия

Такие механизмы, как диафрагменные (альтернативное наименование, мембранные) насосы, являются насосным оборудованием, относящимся к устройствам объёмного типа. Благодаря циклически происходящим изменениям объёма пространства рабочей камеры они перекачивают газы и жидкости.

У насосов иных типов (плунжерные, поршневые) подобные изменения возникают благодаря возвратно-поступательному перемещению плунжера и, соответственно, поршня. В диафрагменных их совершает, зафиксированная на стенке рабочей камеры, эластичная диафрагма. Принцип работы мембранного насоса (независимо тот модели), следующий:

• При выгибании «от камеры», диафрагма насоса увеличивает внутренний объём последней. Это снижает давление в рабочей камере, что обеспечивает засасывание очередной порции перемещаемой воды (иной жидкости).
• Выгибаясь, диафрагма уменьшает объём рабочей камеры. Растёт давление. Жидкость, находящаяся в ней, выталкивается в магистраль.

Добиться упомянутого эффекта нельзя без таких элементов, как клапаны, установленные на магистралях входа и выхода, которые функционируют в паре:

• режим всасывания – клапан, установленный на входе, открыт. Жидкость из внешней ёмкости перемещается в рабочую камеру насоса.

Выпускной остаётся закрытым, что сохраняет в камере имеющееся разряжение.

• Режим выталкивания – предусматривает открытие клапана на выпуске, обеспечивая удаление жидкости из камеры.

Входной закрыт, что исключает возврат перемещаемой среды в ёмкость. Совместная работа клапанов формирует перетекание жидкости по направлению: ёмкость-камера насоса-магистраль. Внешние управляющие воздействия на клапаны отсутствуют. Открывание и запирание происходит, благодаря току перемещаемой жидкости. Они могут иметь разную конструкцию (наиболее востребованные модели, шарикового типа). Для правильной работы диафрагменных насосов вариант конструктивного исполнения определяющего значения не имеет. Главное, их бесперебойная и чёткая работа. Значительно важнее, тип привода, благодаря которому мембрана пульсирует.

С учётом условий эксплуатации применяются мембранные насосы разных видов. При сохранении принципа действия, являющегося базовым для всех моделей насосов рассматриваемого типа, они конструкционно различаются по способу, которым усилие передаётся приводом на мембрану. Они разделяются по типам:

• электромагнитный

В первую очередь, им комплектуются насосы-дозаторы.

Они не способны перекачивать значительные объёмы жидкости в единицу времени, однако отлично позволяют контролировать перемещаемые объёмы со значительной точностью. Достигается это применением в подобной роли соленоида. Так именуется электромагнитная катушка, имеющая свободно перемещающийся внутри неё сердечник. Сердечник перемещается магнитным полем, формируемым в обмотке катушки после электрического импульса. Этот элемент воздействует на диафрагму, что заставляет мембрану двигаться в направлении рабочей камеры. Магнитное поле, после исчезновения питания, пропадает. Мембрана, вместе с сердечником, перемещается в первоначальное положение специальной возвратной пружиной. Частота импульсов, их количество задают производительность насоса.

• Электромеханический – монтируют на насосах, используемых для перекачивания значительных объёмов жидкости.

Подобные конструкции также имеют толкатель (рычажный механизм), соединённый с центральной частью мембраны. Усилие на него передаётся эксцентриковым механизмом редуктора. В роли силового агрегата выступает электромотор.

Возврат толкателя также выполняется пружиной. Допустима регулировка его хода, что изменяет объёмы перекачиваемой жидкости. Точность учёта ниже. Максимальная производительность устройств с подобными механическими приводами определяется объёмом имеющейся рабочей камеры, мощностью привода, рабочей частотой установленного редуктора.

• Пневматический – эта версия применяется в промышленных насосах мембранного типа.

Не имеет вращающихся деталей. Устройство способно перекачивать по много тысяч литров за час. Комплектуются парой рабочих камер, смонтированных зеркально. Между ними монтируется пневматический обменник (тип устройства, коаксиальный). Это базовая, с точки зрения структурно-функциональной, деталь подобного оборудования. Концы толкателя данного обменника крепятся к центрам противоположных диафрагм. Это решение позволяет, при режиме «всасывание» в одной из камер, создавать во второй режим «выталкивание».

Толкатель, достигнув одного из крайних положений, инициирует переключение регулятора в автоматическом режиме, после чего начинает движение в обратную сторону. При этом в камерах реализуемые режимы работы меняются на противоположные. В устройствах этого типа существует возможность организации контроля подачи. Достигается это посредством регулирования давления воздуха и его количества непосредственно в воздуховоде от компрессора (в рассматриваемом случае, он выступает как удалённый привод) до пневмообменника.

Насосы диафрагменного типа позволяют перекачивать газ, жидкости, включая те, которые имеют твёрдые включения. Операция осуществляется посредством возвратно-поступательного перемещения диафрагмы, являющейся рабочим органом. Последняя соединяется с приводом. При перемещениях меняется объём рабочей камеры. Для лучшего понимания процесса посмотрите следующее видео:

Запуск насоса приводит к выгибанию мембраны. Это увеличивает внутренний объём рабочей камеры, формируя разряжение. В результате перемещаемая среда подаётся в рабочую камеру насоса. Изгибаясь в противоположную сторону, мембрана сокращает размеры камеры, выталкивая её в отводящий патрубок. В это время входной защищается обратным клапаном. Существуют варианты устройства мембранного типа с парой диафрагм, размещаемых последовательно. Подобное исполнение повышает эффективность работы механизма, надёжность последнего. Насосы этого типа, при возможном повреждении одной из двух установленных мембран, сохраняют работоспособность. Полностью исключена вероятность перемешивания транспортируемой жидкости (газа) с приводным маслом. Посмотрите небольшое видео о том, как они функционируют:

Качество мембраны также, как её конструкция, прямо влияют на эффективность механизма. Кроме традиционных плоских диафрагм, подобные устройства могут комплектоваться структурированными и моделями формованными. Период эксплуатации данного элемента насоса составляет, в среднем, миллионы циклов. Встроенная система управления, регулирующая положение мембраны, исключает вероятность переполнения камеры. При аварийном возникновении подобной ситуации срабатывает установленная защита. Излишки масла направляются в насосный резервуар для него. Кроме диафрагм, весьма важными элементами насоса являются:

• рабочая камера;
• обратные клапаны на входе, выходе;
• шток, соединяющий приводной вал с мембраной;
• крышка;
• корпус;
• патрубки входа и выхода.

Отдельные модели имеют пару рабочих камер, соединённых параллельно, последовательно. Это основные элементы конструкции любой модели диафрагменного насоса, её «остов». Дополнительно, на него монтируются защитная автоматика (перегрев, перегрузка), различные фильтры.

В числе основных достоинств насосов подобной конструкции следует отметить:

• рабочая полость насоса изолирована от наружной среды;
• отсутствие вращающихся элементов конструкции, что повышает её долговечность и надёжность;
• способность к самовсасыванию;
• возможность перемещения токсичных и высоко агрессивных сред, крупноразмерных (отличаются высокой абразивностью).

Насосам данного типа отдаётся предпочтение при перекачивании жидкости, особо чувствительной к сдвигам (ингредиенты фармацевтических, косметических производств, пищевые продукты).