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.
Рекомендуемое оборудование
 |
 |
 |