Мембранные (диафрагменные) насосы: принцип работы, разновидности, применение

Введение.

При выборе вакуумного насоса (или компрессора) и оценке его пригодности для использования в той или иной технологии оперируют двумя главными характеристиками:

• ДАВЛЕНИЕ
• ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Вакуумный насос или компрессор, который в поиске у потенциального пользователя, должен, прежде всего, обеспечить требуемый уровень давления. Затем ставится задача получить это давление за определенный промежуток времени. Быстрота получения заданного значения давления определяется производительностью (pumping speed) вакуумного насоса. При этом газовые компрессоры нагнетают газы и формируют давления выше атмосферного. Вакуумные насосы генерируют давления ниже атмосферного, т.е. создают разрежение.

В этой статье речь пойдет о низком давлении, т.е. о ВАКУУМЕ, как об основной технической характеристике всех вакуумных насосов. Создание или генерирование устройством вакуума – это динамический процесс понижения атмосферного давления в объеме и во времени. При поисках и выборе вакуумного насоса по уровню вакуума обычно говорят о двух характеристиках вакуумного насоса, связанных с давлением:

• предельное остаточное давление (или предельный вакуум, ultimate pressure)
• рабочее давление (или рабочий вакуум, working pressure)

Предельное остаточное давление – это самое хорошее (высокое) значение вакуума, которое позволяет достигнуть конструкция этого вакуумного насоса

Важно понимать, что когда вакуумный насос достигает этого предельного значения вакуума, производительность откачки газов становится равной нулю, т.е. откачка прекращается, и в дальнейшем при работе насоса это значение предельного давления будет поддерживаться как некое достигнутое равновесное состояние системы «насос-откачиваемый объём»

Как правило, значение предельного остаточного давления достигается лишь при работе вакуумного насоса в режиме «сам на себя», т.е. при заглушенном входном патрубке. Это объясняется довольно просто: при подключении к насосу технологических объемов (емкости, трубопроводы, стыки, камеры и др.) всегда существуют течи (негерметичности) или явления газовой десорбции, которые не позволяют достичь в откачиваемом объеме максимальное значение вакуума, который способен создать сам насос.

Рабочее давление – это заданное значение вакуума, которое требуется обеспечить и поддерживать вакуумным насосом в той или иной технологии или техпроцессе.

При выборе вакуумного насоса его предельное остаточное давление должно быть немного лучше чем рабочее. Это как бы обеспечивает некий «запас прочности», т.е. гарантию того, что требуемое в техпроцессе давление будет достигнуто с помощью именно этого вакуумного насоса.

Устройство мембранного насоса

Мембранный насос для воды состоит из ряда важных элементов. К ним относится:

• Подвижная мембрана, или, как ее еще называют, диафрагма;
• Рабочая камера прибора;
• Поршень, который служит для соединения мембраны с приводным валом;
• Шатунно-кривошипный механизм;
• Клапаны для предотвращения обратного всасывания перекачиваемой жидкости;
• Выходной и входной патрубки.

Если оборудование применяется в лабораториях, то его оборудуют вакуумметрами, определенными деталями автоматики, фильтрами, которые предназначаются для защиты устройства от слишком высоких нагрузок и перегрева.

Многие современные мембранные насосы с электроприводом оборудуются двумя рабочими камерами. Камеры могут быть последовательно соединены между собой или размещаться параллельно друг к другу. Такие насосы являются более мощными и имеют достаточно высокую производительность.

Достоинства и недостатки диафрагменных насосов

Главное достоинство такого насоса это простота конструкции, а также ее надёжность и долговечность. Нет трущихся или вращающихся деталей, износ элементов конструкции минимален, работающая под нагрузкой деталь всего одна, это сама мембрана. Это определяет устойчивость диафрагменного насоса к перекачиванию агрессивных веществ, абразивов и довольно густых по консистенции субстанций.

Также к достоинствам можно отнести возможность насоса работать в любой среде, в том числе и в погруженном виде. Опять же ввиду простоты конструкции и возможности удаления двигателя от самого корпуса насоса, практически к корпусу подходят только патрубки. Кроме этого к достоинствам можно отнести малый вес и размеры насоса.

Также важным преимуществом, особенно для пищевой отрасли является отсутствие сальниковых уплотнений, это исключает попадание смазки в перекачиваемую жидкость.

Мембранный насос неприхотлив в обслуживании и монтаже. Не требует смазки ввиду того что отсутствуют трущиеся и вращающиеся детали.

К недостаткам можно отнести повышенный износ диафрагмы при работе и требование к качеству обратных клапанов, даже небольшой дефект обратного клапана может вызвать перебой в работе мембраны.

Сфера применения

Мембранные насосы ввиду своей специфики применяются в следующих отраслях промышленности:

• Пищевая – ввиду высокой герметичности самого насоса достигается высокая чистота перекачиваемой продукции, также играет роль способность таких насосов перекачивать густые субстанции, особенно широко это используется в кондитерском производстве;
• Фармацевтика, та же самая причина, что и пищевая промышленость. В этом роде производства часто требуется повышенная чистота перекачиваемых составов, диафрагменный насос вполне справляется с этой задачей;
• Химическая промышленность, для перекачивания агрессивных жидкостей, понятно что в этом случае особые требования предъявляются к материалу корпуса и мембраны насоса;
• Керамическая, добывающая промышленность и обогатительные предприятия, в ней диафрагменные насосы используются из-за возможности перекачивать абразивные вещества.

Также диафрагменные насосы используются и в других областях промышленности требующих перемещение густых, агрессивных и абразивных жидкостей и составов.

Дозирующие насосы

Особняком стоит такой вид мембранных насосов как дозирующий. Сфера их применения более узка. Эти насосы применяются для точного и регулируемого дозирования различного рода составов.

Этот подвид мембранных насосов отличается прецизионным изготовлением корпусов, гибкой системой регулировки, что позволяет точно дозировать определённые порции перекачиваемых веществ. Особо стоит отметить конструкцию в виде легко меняемых блоков, этого требует характер применения, что обеспечивает лёгкость монтажа и обслуживания.

Эти насосы используются практически во всех областях промышленности.

Ввиду великолепных технических характеристик мембранные насосы выпускаются в широком ассортименте, тем не менее, для стабильной работы насоса требуется использование качественных материалов при его изготовлении, особенно это касается мембраны и обратных клапанов.

Виды мембран

Качество и материал мембраны, напрямую зависят от цены, производителя, цели использования насоса, мощности.

Существуют следующие виды материалов, из которых изготавливают мембрану:

1. Сантопрен или Вил-флекс. Используется для производства мембран в химической промышленности. Отличаются стойкостью к истиранию и бюджетной ценой.
2. Буна-Н. Материал подходит как для пищевой промышленности, так и для технических жидкостей.
3. Геоласт. Универсальный и долговечный материал, который подходит для жидкостей с любым уровнем активного вещества.
4. Витон. Материал предназначен только для химических жидкостей с высоким уровнем активности агрессивного вещества.
5. Полиуретан. Долговечный материал, предназначенный для нейтральных жидкостей.
6. Неопрен. Отличается низкой ценой и универсальностью: подходит как для агрессивных жидкостей, так и для нейтральных.
7. Фторопласт. Применяется в пищевой промышленности и фармацевтике.
8. Эластомер термопластичный. Прочный материал для веществ, средней агрессивности.
9. Этиленовый каучук (пропиленовый). Применяется для низкотемпературных жидкостей.

Преимущества и недостатки мембранного оборудования

Насос с мембранной системой закачивания жидкостей, имеет ряд следующих преимуществ:

1. Отсутствие двигателя и редуктора, значительно увеличивают срок эксплуатации насоса.
2. Конструкция отличается долговечностью и надежностью: все комплектующие легко заменимы и ремонтоспособны.
3. Благодаря тому, что внутри корпуса нет вращающихся деталей, уровень шума, исходящий от насоса минимален.
4. Высокая степень безопасности: насос работает даже с горючими и токсичными жидкостями. Устройство свободно всасывает жидкость с твердой фракцией (песком или другой примесью), диаметром от 2 до 63 мм.
5. Пожаробезопасность: запуск привода (гидропривода), осуществляется благодаря подаче определенного объема сжатого воздуха.
6. Насос эргономичен, компактен и имеет небольшой вес, позволяющий установить его даже на кронштейн.
7. Высокий уровень работоспособности, обеспечивается за счет отсутствия быстроизнашивающихся деталей: подшипников, уплотнителей, резиновых или каучуковых прокладок.
8. Наличие автоматической блокировки утечки.
9. Регулирование уровня подачи воздуха, повышающее производительность.
10. Автоотключение насоса, при отсутствии жидкости.
11. Давление на выходе достигает 65 бар, а глубина всасывания жидкости составляет 5 -6 метров.

Из недостатков такого типа насосов, можно выделить следующие пункты:

1. Самой уязвимой частью насоса является мембрана, которая испытывает наибольшие нагрузки во время работы.
2. Так же, клапаны перекачивающие воду, со временем засоряются, что приводит к поломке. Для профилактики, необходимо продувать клапаны несколько раз в год.

Мембранный насос

Совремное насосное оборудование становиться все более удобным и старается отвечать возростающему количеству требований потребителя. Не стоит в стороне и мембранный (диафрагменный) насос.

Мембранный насос — это оборудование объёмного типа, рабочим орган которого является гибкая пластина (диафрагма, мембрана). Пластина закрепляется по краям и изгибается под действием рычажного механизма (механического привода), или в результате изменения давления воздуха (пневматического привода) или жидкости (гидравлического привода).

Работа такого оборудования похожа на работу поршневого или плунжерного насоса.

Преимущества диафрагменных насосов

Конструкция диафрагменных насосов является довольно простой и надёжной. В оснащении данного механизма отсутствуют редуктор, двигатель и вращающиеся детали. Приводом диафрагменного насоса является энергия сжатого воздуха. Диафрагменные насосы отличаются своей безопасностью, благодаря отсутствию образования искр. Вследствие этого данные насосы широко применяются во время работы с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями.

Данный вид насосов исключают утечку, а также износ основных деталей, благодаря отсутствию подшипников и уплотнений. При помощи изменения количества подаваемого воздуха, осуществляется лёгкая регулировка производительности.Диафрагменные насосы не нуждаются обслуживания механизмов и их смазке.

Мембранные насосы

К преимуществам мембранных насосов можно отнести простоту конструкции, а именно: отсутствие деталей, которые совершают вращательные движения, отсутствие редуктора, двигателя и сальниковых уплотнений

Отсутствие торцевых уплотнений важно для пищевых производств, т.к

в данной отрасли особое значение имеет невозможность попадания смазочных материалов в продукт. Благодаря вышеописанным параметрам, данный агрегат является более стойким к износу и гарантирует безопасность от утечек.

Агрегаты неприхотливы (не требуют смазки механизмов), просты в обслуживании, экономичны, недороги (если сравнивать с кулачковыми и винтовыми насосами мембранные дешевле приблизительно на 30- 40%), безопасны для окружающей среды.

Основные достоинства мембранных насосов

— Самовсасывание и работа при “сухом ходе”

Отсутствие трущихся деталей в конструкции насоса значительно снижает влияние отрицательных эффектов работы “всухую”, так как не возникает точек локального нагрева, способных приводить к повреждению и разрушению отдельных деталей насоса. Способность перекачивать газовую среду обеспечивает наличие самовсасывания, высота которого может достигать 6 метров при отсутствии предварительной заливки, и 9-10 метров при наличии предварительной заливки.

— Компактность, простота конструкции и эксплуатации

Плотная компоновка деталей обуславливает малые габариты мембранных насосов, а отсутствие вращающихся и подверженных трению деталей (исключая мембрану) значительно упрощает конструкцию насоса в сравнении с другими типами.

Эти преимущества в купе делают данный вид гидравлических машин простыми в ремонте и обслуживании, так как единственной подверженной сильным нагрузкам и износу деталью является мембрана. Кроме того, малые габариты и отсутствие громоздких приводов позволяют создавать мобильные мембранные насосы, которые не привязаны к точкам крепления.

К примеру, бочковые насосы устанавливаются сразу на емкость, откуда будет происходить откачка содержимого, после чего их можно легко отсоединить.

— Отсутствие необходимости в смазке

Мембранные насосы лишены необходимости в дополнительной смазке, что значительно снижает количество ответственных деталей, вывод из строя которых может привести к поломке насоса. Основная причина этого – отсутствие в конструкции вращающихся элементов, подверженных трению.

— Возможность перекачивать высоко образивные среды

Мембранные насосы способны перекачивать жидкости с большим процентом (до 90%) твердых включений, размеры которых могут достигать 50 мм и более.

Перекачивание может происходить без серьезного влияния на структуру включений.

Важно отметить, что с ростом абразивного воздействия сто стороны перекачиваемой среды резко снижается срок службы мембраны ввиду ее повышенного износа, что диктует использование износостойких материалов для мембраны. — Высокая степень герметичности

— Высокая степень герметичности

— Возможность перекачивать агрессивные среды

Высокая степень герметичности, а также высокая химическая стойкость корпуса и мембраны позволяет насосам эффективно перекачивать как агрессивные, так и пожаро и взрывоопасные среды. Полипропилен, значительно уступая в цене нержавеющей стали, в то же время обладает соизмеримой химической стойкостью.

Химическая стойкость тефлона (PTFE) даже выше, чем у полиэтилена, поэтому его применяют при работе с наиболее сильными кислотами, однако его устойчивость к абразивному износу можно охарактеризовать как умеренною.

Полиэтилен, напротив, обладая крайне высокой износоустойчивостью, менее стоек к химическому воздействию, чем тефлон, однако остается на уровне с полипропиленом.

Недостатки

— Повышенный износ мембраны

Мембрана, являясь основным рабочим органом насоса, также является и наиболее уязвимой его частью. Исключая клапаны, мембрана – единственная подвижная деталь в насосе, при этом она подвержена постоянным циклическим деформациям, что обуславливает ее недолгий срок службы.

Кроме того, повреждение или разрыв мембраны не только приведет к поломке насоса, но и может повлечь за собой значительные утечки перемещаемой среды.

Поэтому крайне важно следить за состоянием мембраны и производить своевременную ее замену с целью избегания выхода насоса из строя. — Повышенные требования к клапанам

— Повышенные требования к клапанам

Стабильная и безошибочная работа обратных клапанов на входе и выходе из рабочей камеры насоса крайне важна для его правильной работы

Поэтому клапаны являются вторым по важности элементом в насосе после мембраны, от которого зависит способность гидравлической машины выполнять свои функции

Продукция

Почему вам нужны именно пневмоприводные насосы Tapflo?

Tapflo Group — это почти 40 лет безупречной репутации, а также собственные представительства и независимые дистрибьюторы по всему миру. За последние 15 лет этот шведский бренд стал в Украине символом европейского качества.

Мы — официальные представители компании Tapflo. Поэтому у нас двойная задача — соответствовать уровню шведских партнеров и запросам украинских потребителей. Так что, решив купить мембранный насос в Украине, выбирайте компанию, которая обеспечит:

• Разумную цену. Мы не просто поставщики — у нас собственное производство. Поэтому никаких дилерских наценок.
• Поддержку 24/7. Своевременная консультация, установка, обслуживание — для этого мы и собрали команду лучших специалистов.
• Гарантию. Расширенная действует в течение 12 месяцев. Также предоставляем сертификаты качества на все товары из каталога.
• Индивидуальный подход. Не готовы довольствоваться готовыми решениями? Возможно изготовление и продажа мембранных насосов Tapflo под заказ.
• Оперативность. Все стандартные модели — уже в наличии на складе. Заказываете — и мы организуем поставку товара в течение 1 рабочего дня.

Мы продаем и доставляем мембранные насосы по всей Украине: в Киев, Харьков, Одессу, Днепр, Львов и десятки других городов. Где бы вы ни находились — получите насос, который позволит предприятию бесперебойно качать для вас деньги.

Мембранные насосы WELCH VACUUM (ILMVAC) в стандартном исполнении (MP)

Полностью сухие, абсолютно безмасляные немецкие мембранные вакуумные насосы WELCH VACUUM (ILMVAC) широко используются по всему миру для создания низкого и среднего вакуума на производстве, в лабораторных исследованиях и научных экспериментах.

Мембранные насосы WELCH VACUUM (ILMVAC) выпускаются в стандартном (серия MP) и химически стойком исполнениях (серия MPС) для откачки паров растворителей, кислот, щелочей и других агрессивных сред.

Как экономически более выгодная и экологически безопасная альтернатива водоструйным и маслосмазываемым насосам, мембранные вакуумные насосы WELCH VACUUM (ILMVAC) применяются в различных областях для работы в диапазоне давлений от атмосферного до 1 мбар.

Особенности и преимущества насосов WELCH VACUUM (ILMVAC) в стандартном исполнении (MP)

• Безмасляный сухой насос.
• Повышенная износостойкость мембран из PTFE (по сравнению с мембранами из эластомеров).
• Высокая надежность.
• Самый низкий уровень шума.
• Длительная работа без обслуживания.
• Тщательно оптимизированная конструкция для достижения низкого уровня вакуума и высокой быстроты действия.
• Компактные размеры.
• Низкая стоимость владения (обслуживания).

Область применения насосов WELCH VACUUM (ILMVAC) в стандартном исполнении (MP)

• Водная вакуумная фильтрация.
• Отбор проб воздуха / газа.
• Создание форвакуума для турбомолекулярных насосов.
• Масс-спектрометр.
• Вакуумные держатели.
• Транспортировка деталей, конвейерные линии для подъема и перемещения.

Технические характеристики насосов WELCH VACUUM (ILMVAC) в стандартном исполнении (MP)

Принцип работы диафрагменных насосов

Из воздушного механизма диафрагменного насоса сжатый воздух поступает в воздушную камеру. При этом контактирует с внутренней поверхностью диафрагмы, тем самым способствует её передвижению по отношению к корпусу. Вследствие этого процесса происходит вытеснение перекачиваемой жидкости в направлении напорной магистрали. Благодаря соединению диафрагм штоком, осуществляется одновременно, выталкивание одной диафрагмой жидкости и создание другой диафрагмой, которая втягивается штоком, в противоположной камере разряжения, всасывая перекачиваемую жидкость.

При окончании каждого такта выполняется автоматическое переключение воздушного распределительного механизма и осуществляется поступление сжатого воздуха в другую воздушную камеру. Данный процесс периодически повторяется.

При всасывании и напоре клапаны диафрагменного насоса осуществляют роль обратных клапанов, тем самым препятствуют перетеканию из напорной магистрали перекачиваемого продукта во всасывающую магистраль. Благодаря двойным патрубкам осуществляется разделение проточной части. При этом каждая жидкость перегоняется отдельно при равной производительности.

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.

Химические мембранные насосы, химические вакуумные системы и станции

Мы предлагаем большой выбор различных моделей химически стойких мембранных насосов в широком диапазоне создаваемого вакуума и производительности. Абсолютный вакуум, создаваемый одноступенчатыми насосами, составляет 70 мбар. Последовательное соединение цилиндров в насосах в две-, три- или четыре ступени приводит к улучшению предельного вакуума вплоть до 0.6 мбар. Параллельное соединение цилиндров обеспечивает более высокую производительность. В линейке наших насосов предлагаются различные комбинации, удовлетворяющие практически любым лабораторным, а в некоторых случаях и промышленным нуждам. 

Шаг 5 – Как использовать различные диафрагмы?

Прежде всего следует помнить, что нет правил в фотографии, есть рекомендации, в том числе когда дело доходит до выбора диафрагмы. Все зависит от того, хотите ли вы применить художественный прием или максимально точно запечатлеть сцену. Чтобы легче принимать решение, привожу несколько наиболее употребляемых традиционно значений диафрагмы.

f/1.4: превосходно для съемки в условиях низкой освещенности, но будьте осторожны, при таком значении очень маленькая ГРИП. Лучше всего применять для небольших объектов или для создания эффекта мягкого фокуса

f/2: Использование то же самое, но объектив с такой диафрагмой может стоить одну треть от объектива с диафрагмой 1,4

f/2.8: Также хорошо применять в условиях низкой освещенности. Лучше всего применяется для съемки портретов, так как глубина резкости больше и в нее попадет все лицо, а не только глаза. Хорошие зум-объективы как правило имеют это значение диафрагмы.

f/4: Это минимальная диафрагма, используемая для съемки человека при достаточном освещении. Диафрагма может ограничивать работу автофокуса, поэтому вы рискуете промахнуться на открытой диафрагме.

f/5.6: Хорошо использовать для фотографии 2-х человек, но для низкой освещенности лучше использовать подсветку вспышкой.

f/8: Используется для больших групп, так как гарантирует достаточную глубину резкости.

f/11: На этом значении большинство объективов имеют максимальную резкость, так что это хорошо для портретов

f/16: Хорошее значение при съемке на ярком солнечном свете. Большая глубина резкости.

f/22: Подходит для съемки пейзажей, где не требуется внимания к деталям на переднем плане.