Мембранные насосы для воды - виды, устройство, назначение

Мембранные насосы – принцип работы, устройство и виды

Диафрагменные или мембранные насосы используется для перекачивания различных видов жидкости с разной агрессивностью и вязкостью. Они отличаются от прочих типов насосов тем, что не имеют двигателя. Широкое применение получили в пищевой, химической, нефтеперерабатывающей, лакокрасочной и некоторых других отраслях промышленности.

Принцип работы и устройство мембранных насосов

Корпус агрегата изготовляют из обширного перечня материалов. В основном, это химически стойкие пластики: полиамид, полипропилен, поливинилденфторид. Также используется нержавеющая сталь и алюминий.

Аппарат состоит из двух рабочих и двух воздушных камер, а также пары мембран, заключенных в корпус. Каждая пара камер, рабочая и воздушная, разделяются эластичной мембраной.

Две мембраны, каждая из которых зажата между парой дисков, соединены штоком. Под давлением воздуха они совершают возвратно-поступательные движения, при этом воздух проникает то в одну, то в другую воздушные камеры поочередно. Воздух перераспределяется посредством золотника, установленного в воздушном клапане.

Рабочие камеры оснащены обратными шариковыми клапанами. На одну камеру приходится два клапана. Они выполняют автоматический контроль за перекачиваемой внутри насоса жидкостью в последовательности: впускной коллектор – рабочая камера – выпускной коллектор.

Мембранные насосы работают по следующей циклической схеме:

Подача сжатого воздуха в воздушный клапан.
Воздух проходит через внутриклапанные каналы, направляясь золотником в одну из воздушных камер.
Давление в воздушной камере возрастает и изгибает мембрану, вытесняя жидкость в направлении напорного патрубка.
Вторая мембрана, взаимосвязанная с первой штоком, одновременно прогибается к центру устройства. Происходит всасывание новой порции жидкости.
Поочередное открытие/закрытие шариковых клапанов регулирует наполнение камер и предотвращает противоток.
Когда шток с мембранами находится в крайней точке, золотник воздушного клапана синхронно занимает противоположное положение. Устройство снова готово к работе, но с другой стороны.
Цикл повторяется.

Преимущества и недостатки диафрагменных насосов

Данные устройства имеют ряд существенных преимуществ:

Простая надежная конструкция не предполагает наличие двигателя и редуктора. Отсутствуют вращающиеся детали.
Привод осуществляется посредством энергии сжатого воздуха, иногда с гидроприводом, что не несет опасности искрообразования. Устройства полностью безопасны в работе с горючими жидкими материалами.
Имеют малогабаритные размеры и малый вес.
Устройства универсальны для перекачивания любых жидкостей (агрессивных и токсичных), даже с твердыми примесями диаметром 2-63 мм.
В устройствах отсутствуют подшипники и уплотнения, что исключает изнашивание рабочих элементов и утечки.
Элементарность регулировки производительностью устройства. Производится изменением объема подачи воздуха.
Устройство не предполагает смазку и обслуживание механизмов. Работа при отсутствии жидкости не ведет к износу деталей.
Создает выходное давление до 65 бар и имеет высоту самовсасывания до 5 м.

Мембранные насосы не лишены и определенных недостатков.

Основной рабочий элемент устройства – мембрана, испытывает серьезные динамические нагрузки, что приводит к ее выходу из строя.
Клапаны, предусмотренные конструкцией устройства, при засорении прекращают выполнять свои функции. Необходима их прочистка.

Стендовая проверка мембранного насоса (видео)

Мембранные насосы – виды и комплектация

По принципы работы всасывающего механизма мембранные насосы подразделяют на два типа:

вакуумные;
пневматические (ручные);
самовсасывающие аппараты.

Мембранные вакуумные насосы

Принцип его работы и устройство аналогичны рассмотренному варианту. Устройства обладают полной герметичностью, что предотвращает попадание внутрь всевозможных примесей. Учитывая данную особенность вакуумного мембранного насоса, его применяют там, где требуется стерильность процессов и недопустимы утечки, например:

атомная промышленность;
медицина;
полиграфия;
лабораторные исследования;
пищевая индустрия;
химические процессы.

Эти устройства, из-за своей конструкции, полностью безопасны для окружающей среды, человека и животных. Поэтому ими оснащаются индивидуальные доильные аппараты. Положительными показателями использования таких насосов на молочных животноводческих комплексах можно считать:

компактность, делает возможным размещение аппарата на мобильной тележке с флягами;
бесшумность и отсутствие вибрации;
малое энергопотребление;
min процент механических загрязнений;
стойкость к парообразованию;
небольшая стоимость.

Вакуумные электронасосы мембранные используют для перекачки газа и создания вакуума в замкнутых системах и емкостях. Применяют их и в виде компрессора.

На территории стран СНГ самой распространенной моделью, является мембранный вакуумный насос НВМ (безмасляный) российского производства. Мембраны аппарата имеют повышенный ресурс, 3000 часов непрерывной работы, достигающийся модернизированным приводом мембран. Они перемещаются вверх-вниз параллельно, а не как обычно качаясь.

Ручной насос

Мембранный пневматический ручной насос используют в бытовых условиях. Такой агрегат незаменим там, где нет возможности подключиться к электросети. Служит для откачки грунтовых вод из подвалов, погребов, цокольных этажей домостроений, траншей. Ими можно производить откачку нечистот из сливных ям и перекачивать дизельное топливо.

Ручной насос имеет шаровые клапаны, которые во время работы непрерывно перекатываются и самоочищаются.

Отсутствие трущихся поверхностей в конструкции, как у поршневых агрегатов, обуславливает их повышенный ресурс.

Рабочее положение такого ручного аппарата – вертикальное, рычагом ручки вниз. Всасывающий нижний патрубок направлен вниз, вверх смотрит напорный патрубок.

Самовсасывающие мембранные электрические насосы

Такие агрегаты наиболее широко применяются в строительной отрасли и коммунальном хозяйстве. Часто на крупной строительной площадке можно встретить установки, называемые Лягушкой (НДНМ 4). Такой самовсасывающий мембранный водяной насос применяют для откачки воды из котлованов, траншей, затопленных коммуникаций. Они успешно справляются с перекачкой грязной воды, содержащей до 50% твердых взвешенных примесей.

Насос Лягушка самый востребованный строительный дренажный агрегат. Он изготовляется с вертикальным и горизонтальным расположением мембраны и обладает высотой самовсасывания: номинальной 4 м, максимальной 7,6 м. Агрегат для удобства монтируется на самоходной тележке.

Самовсасывающие высокого давления мембранные насосы компактных размеров, способные работать от аккумулятора на 12 В или 24 В применяют в быту. Их используют в автоматических системах водоснабжения в кемпингах, на дачах, для розлива молока и напитков, удобрений, слабоагрессивных жидкостей. Высота самовсасывания у них до 5м, подача и напор зависят от модели.

Мембраны для насосов

В зависимости от сферы использования агрегатов, для изготовления основного рабочего элемента – мембраны, применяют наиболее подходящий материал. Ведь от этого зависит долговечность и надежность диафрагменного агрегата. Отталкиваясь от характеристик материала мембраны, выбирают совместимый к жидкости, с которой будет работать насос.

Основные современные материалы для изготовления мембран насосов и их особенности:

Буна-Н – для перекачивания горюче-смазочных материалов, абразивных сред и пищевых продуктов. Имеют средний срок службы.
Вил-флекс( Сантопрен) –из него производятся химически стойкие мембраны для перекачивания химических соединений. Обладают повышенной износостойкостью, недорогой стоимостью и большим сроком службы.
Витон – для перекачки супер агрессивных сред. Химически стойкие диафрагмы обладают повышенной термостойкостью и износостойкостью. Срок службы средний.
Геоласт – подходит для любых сред. Получаются универсальные износостойкие мембраны со средним сроком службы.
Неопрен – для средне агрессивных и нейтральных сред. Диафрагмы имеют низкую стоимость и среднюю износостойкость к абразивному воздействию. Срок службы 10 млн. циклов.
Полиуретан – для нейтральных сред, самый дешевый из современных материалов с достаточной выносливостью и большим сроком экслплуатации.
Термопластичный эластомер – для слабо и средне агрессивных веществ. Мембраны получаются высокопрочные и недорогие.
Фторопласт – для агрессивных субстанций в фармацевтике и пищевом производстве. Диафрагмы износостойки с большим сроком службы.
Этилен-пропиленовый каучук – для агрессивных сред. Мембраны могут использоваться в низком температурном режиме, средне износостойки с большим сроком использования.

Производительность стандартных мембранных пневматических насосов варьируется от 0,1 до 72 м3/час, давление около 8,5 бар. Существуют модели специальных мембранных насосов высокого давления до 220 бар.

Выбор мембранных насосов, представленных в продаже также широк, как широка сфера их применения.

Мембранный насос принцип работы

Принцип работы мембранного насоса

Мембранный насос – это насос объемного типа, в котором изменение рабочего объема осуществляется за счет деформации упругой диафрагмы, мембранные насосы также называют диафрагменными или диафрагмовыми.

Мембрана или диафрагма изготавливается и резины, тефлона или другого упругого, износоустойчивого материала. Разделение лини всасывания и нагнетания в мембранных насосах осуществляется с помощью обратных клапанов.

Цикл работы диафрагменного насоса

Всасывание

При увеличении объема рабочей камеры происходит всасывание жидкости. Клапан в линии нагнетания за счет разряжения в рабочей камере прижимается к седлу и перекрывает проходное сечение канала, клапан в линии всасывания наоборот открывает проходной канал.

Нагнетание

При уменьшении объема рабочей камеры мембранного происходит нагнетание жидкости. По действием давления жидкости клапан в линии нагнетания открывается, а клапан в линии всасывания прижимается к седлу и перекрывает проходное сечение канала. Жидкость под давлением поступает к потребителю.

Особенности мембранных насосов

Мембранные насосы обладают всеми достоинствами объемных гидромашин:

герметичностью рабочей камеры,
способностью к самовсасыванию,
независимостью давления от подачи,
высоким КПД,
жесткостью характеристик.

При этом в мембранных машинах отсутствуют прецизионные пары, элементы, установленные с малыми зазорами (поршни плунжеры), это позволяет использовать насосы этого типа для перекачивания агрессивных, загрязненных жидкостей.

Для мембранных носов, характерны и некоторые недостатки объемных гидромашин:

пульсации подачи
износ подвижного элемента – мембраны (диафрагмы)

Как работает насос

Данное устройство состоит из двух полостей, размещенных одна напротив другой.

Разделены они мембраной – очень гибкой, но в то же время прочной пластиной.

Одна полость наполняется воздухом, другая – жидкостью.

Между ними, в свою очередь, располагается распределитель, который воздействует на мембрану так, чтобы она двигалась взад и вперед с небольшой амплитудой.

В результате из одной полости вытесняется некий объем жидкости, а в другую – всасывается. Когда мембрана занимает противоположное положение – вещество продвигается в горизонтальной плоскости – благодаря наличию в конструкции агрегата особых клапанов. Мембранный насос, таким образом, функционирует по принципу вытеснения вещества – как, впрочем, и приборы поршневого типа. Но в последнем, как правило, нет гибких деталей наподобие мембраны. Схема изготовления агрегата гарантирует высокую стабильность работы устройства.

В силу особенностей конструкции, камера мембранного насоса практически не загрязняется. В связи с этим данного рода приборы в ходе практической эксплуатации ведут себя надежнее, чем традиционные поршневые. Наилучшим образом мембранные насосы справляются с перекачиванием воды, жидкостей с повышенной плотностью и вязкостью, а также суспензий.

Материалы конструкции

Мембрана насоса, как правило, изготавливается из резины или гибких и особо прочных сортов стали. В свою очередь, корпус устройства обычно выполняется из материалов, устойчивых к коррозии и воздействию химических веществ (если предполагается соответствующая специфика их задействования). Подаваемые жидкости или суспензии направляются в напорный трубопровод, который чаще всего также изготавливается из резины или ПВХ.

Преимущества мембранных насосов

Мембранный насос имеет ряд преимуществ.

Во-первых, это исключительная простота исполнения (в большинстве технологических реализаций). Как правило, в агрегатах данного типа не предусмотрено вращающихся деталей и двигателей. Те механизмы, что приводят насосы в движение, не представляют собой технологически сложных приборов. Как правило, современные мембранные насосы – с электроприводом достаточно простой конструкции, с пневмосистемой, а то и вовсе ручного хода.

Во-вторых, данные агрегаты работают с минимальной вероятностью выхода из строя – собственно, это их свойство обусловлено как раз таки простотой конструкции. Мембранный насос – прибор, который прослужит долго.

В-третьих, данные устройства очень просты в установке и монтаже, не требовательны к условиям хранения и транспортировки. Температура, влажность воздуха и иные факторы окружающей среды практически не влияют на функциональность насосов.

Технологические исполнения

Агрегаты, о которых идет речь, бывают разными. В числе самых распространенных – насос пневматический.

Мембранный агрегат такого типа работает без участия электропривода, иного рода сложных передающих устройств и элементов оснастки.

Такое устройство особенно удобно с точки зрения транспортировки. В числе других примечательных свойств – отсутствие заметного нагрева, а также герметичность, что в некоторых случаях позволяет использовать прибор под водой.

Как мы уже отметили выше, есть мембранные насосы с электроприводом. Они также достаточно распространены в силу универсальности (они адаптированы к большинству элетросистем, применяемых в России), высокой производительности, умеренной цены.

Есть также насосы, приводимые в движение гидравлическим приводом.

Основной критерий классификации приборов – тип моторчика.

В целом, принцип работы устройства каждого вида одинаковый: мембрана (или, как ее еще называют, диафрагма) изгибается под воздействием механического двигателя, воздуха (если речь идет о пневматическом приводе) или воды (при использовании гидравлической системы), вследствие чего обеспечивается движение подаваемого вещества.

В некоторых конструкциях насосов предусмотрено две мембраны. На одну воздействует сжатый воздух, вследствие чего она изгибается, продвигая подаваемое вещество к выходному клапану. Одновременно,на участке, где расположена вторая мембрана, образуется вакуум, в который в силу естественных физических закономерностей вещество всасывается. И так с каждым движением привода. Две мембраны в этом случае соединяет механический вал.

Также в перекачке вещества участвуют воздушные клапаны, действующие автоматически. Таким образом, в насосе происходят два процесса – всасывание (когда первая мембрана разрежает воздух при движении от стенок) и нагнетание (когда вторая диафрагма передает давление пневмопотока на жидкость, что успела попасть в корпус, тем самым обеспечивая движение вещества к выходному отверстию). Показатели давления в области задней стенки той мембраны, которая выпускает жидкость, и той, что расположена на участке входа, таким образом, равны.

Часто агрегат, о котором идет речь, носит иное наименование – “вакуумный насос”.

Мембранный механизм при этом есть во всех технологических реализациях прибора. Причина тому – его простота и, в то же время, высокая эффективность.

Что касается двухмембранных насосов – они, как правило, пневматические.

Критерии эффективности насосов

Во-первых, насос пневматический мембранный (или же тот, что оснащен электроприводом) должен бесперебойно работать без необходимости ремонта, дополнительной настройки, смазывания и иных процедур, которые требуют затрат производственных ресурсов.

Во-вторых, агрегаты данного типа должны быть экологичными. В принципе, этот критерий соблюдается в отношении большинства современных моделей мембранных насосов. Не так много устройств функционирует, к примеру, на бензине или газе.

В-третьих, желательно, чтобы имела место работоспособная и простая в пользовании система регулирования скорости и объемов подаваемых веществ. То есть насос не должен работать только в режиме “включено” и “выключено”. Необходимо иметь возможность подстраивать интенсивность всасывания под тип вещества и задачу, решаемую на производстве.

В-четвертых, конструкция насосов должна быть такой, что в случае попадания внутрь полостей твердых предметов это не привело к механическим повреждениям устройства и его поломке.

Сфера применения

Как правило, это промышленность – нефтегазовая, пищевая, лакокрасочная. химическая, а также строительство.

Постепенно приборы осваиваются и частными лицами – в фермерских хозяйствах, например.

Достаточно популярными становятся миниатюрные устройства.

В частности, некоторые из них могут потреблять совсем немного электричества (несмотря на это, в руках пользователя будет полноценный мембранный насос) – 12 Вольт. Подобного рода приборы часто используются дачниками для конструирования систем полива или же небольшого водопровода.

Дозирующие насосы

Существует подтип рассматриваемых нами агрегатов – дозирующие насосы.

Мембранные механизмы в них те же, что и в обычных устройствах даного типа, однако спектр их назначения, как правило, более узок. Многие модели устройств адаптированы к работе как раз таки с химически активными веществами – когда есть необходимость в их периодической дозировке.

Мембранные насосы-дозаторы, как правило, прецизионные, обладающие исключительной герметичностью корпуса. Их производительность (интенсивность перекачки веществ) очень гибко регулируется. При этом в современных моделях предусмотрены варианты с заданием нужных параметров – как в режиме текущей работы агрегата, так и в процессе предварительной настройки.

В зависимости от конструкции и технологического типа прибора, это может осуществляться вручную или с помощью элементов привода.

В числе примечательных особенностей насосов-дозаторов – особая легкость обслуживания. В частности, сконструированы они, как правило, в виде блоков – это обуславливает простоту и минимальную потребность в трудозатратах при сборке или монтаже устройств. Такие насосы обычно снабжены клапанами, адаптированными к воздействию вредных сред.

Мембранные насосы

1/2″ Неметаллический, 66605X-XXX

Производительность	3.0 м 3 /час
Давление	6.9 Бар
Самовсасывающий	Да

Компактный насос с двумя диафрагмами классического дизайна.
Этот тип насосов позволяет перекачивать жидкости с размером твердых включений до 2,4 мм или жидкости с волокнами.