Мембранные (диафрагменные) насосы – разновидность насосов объемного действия для перекачивания или дозирования жидкостей и газов. Нагнетание и всасывание осуществляется за счет изменения объема пространства рабочей камеры. Рассмотрим устройство и принцип действия мембранных насосов, преимущества, область применения оборудования.


Конструкция
Относительная простота конструкции – одна из особенностей диафрагменного оборудования. Состоят из следующих основных узлов:
- Корпус с рабочей камерой внутри. Внутреннее пространство сообщается с входным и выходным патрубком насоса, там же расположен основной рабочий орган насоса.
- Эластичная мембрана (диафрагма). Главный рабочий орган, его функция – создание давления при прямом ходе и разрежения при обратном. За счет движения мембраны изменяется объем рабочей камеры.
- Шток (толкатель). Деталь соединена с диафрагмой и приводным механизмом. Толкатель передает движение мембране от источника механической энергии.
- Патрубки. Входной и выходной патрубок сообщаются с полостью, через них рабочая среда перемещается между насосом и трубными системами или резервуарами.
- Входной и выходной клапаны, которые располагаются перед патрубками. Узлы останавливают обратный ток рабочей среды в/из рабочей камеры на разных этапах цикла.
- Кривошипно-шатунный механизм. Узел преобразовывает вращение вала приводного электродвигателя в поступательное-возвратное движение штока.
- Двигатель или другой источник энергии. Движение насосной мембране передают сердечник соленоида, сжатый воздух от компрессора или электродвигатель.


В диафрагменных насосах может быть 2 рабочие камеры для увеличения производительности или давления.
Принцип работы
Принцип действия мембранного оборудования основан на циклическом создании избыточного давления и разряжения в насосной камере за счет изменения ее объема, заполняемого рабочей средой.
При запуске приводится в движение толкатель, который отгибает мембрану. Свободный объем камеры увеличивается, в ней создается разряжение. Под действием отрицательного давления входной клапан открывается, рабочая жидкость поступает во внутреннюю полость насоса. Выпускной клапан при этом переходит в закрытое состояние. При достижении мембраны крайней точки рабочая камера заполняется.


Далее привод двигает толкатель в обратном направлении. При этом мембрана изгибается, объем внутренней полости уменьшается, в ней возникает избыточное давление, открывающее выходной клапан. Входной при этом закрывается. Рабочая среда вытесняется в нагнетательный патрубок. Толкатель возвращается в прежнее положение, цикл повторяется.
Типы оборудования
Насосные агрегаты мембранного типа различаются по назначению, количеству камер, виду привода, типу мембраны. По первому признаку классифицируют следующие типы насосов:
- Перекачивающие. Самая многочисленная группа, служит для транспортировки газообразных и жидких сред.
- Дозирующие. Назначение насосов – подача заданного определенного объема жидкости или газа в технологическую установку, трубопровод или резервуар.
По количеству камер различают одно- и двухкамерные насосы. Конструкция первых рассмотрена выше в одноименном разделе данной статьи. Двухкамерные используют для перекачивания больших объемов или для повышения давления. Камеры могут быть расположены последовательно одна за другой или параллельно. В первом случае рабочая среда попадает во вторую полость под давлением, где оно дополнительно увеличивается за счет движения еще одной мембраны.
Для увеличения расхода камеры располагают параллельно. Циклы их работы настроены в противофазе. Когда одна из полостей наполняется, из второй осуществляется вытеснение рабочей среды. Кроме увеличения расхода и КПД такая конструкция также позволяет уменьшить пульсацию давления.
По типу привода различают:
- Насосы с соленоидами. Для сообщения движения мембране служат электромагнитные катушки. При подаче напряжения сердечник, механически связанный со штоком мембраны втягивается, при отключении принимает первоначальное положение. Таким образом обеспечивается возвратно-поступательное движение мембраны. Частота колебаний диафрагмы регулируется подачей импульсов напряжения на обмотку электромагнита. Насосы с таким приводом имеют невысокую производительность. Их обычно применяют в качестве дозирующих, благодаря относительной простоте точного регулирования подачи.


- Насосы с пневматическим приводом. Перемещение диафрагмы осуществляется за счет давления сжатого воздуха, конструкция в таких случаях обычно двухкамерная. Воздух от компрессора поступает в переключатель, который подает его попеременно то в одну, то в другую полость. Мембранные насосы с пневмоприводом применяют там, где требуется обеспечить высокий расход, а также во взрывоопасных зонах или местах, где отсутствует электрическая сеть.


- Насосы с электродвигателем. Вращательное движение приводного вала преобразуется в поступательно-возвратное при помощи кривошипно-шатунного механизма, который соединен со штоком диафрагмы. Имеют высокую производительность и чаще используются в качестве перекачивающих.


- Существуют также диафрагменные насосы с ручным приводом. Обычно они не применяются в промышленности и используются в качестве мобильного оборудования для осушения ям, затопленных помещений, откачки шламовых или канализационных жидкостей.
По типу мембраны различают следующие виды насосов:
- С плоской диафрагмой. Мембрана имеет вид плоского диска с отверстием в центре, соединенным со штоком резьбой. Диафрагмы способны подвергается сильному сжатию без потери свойств, недорого стоят. К недостаткам относят потерю герметичности при ослаблении резьбового соединения со штоком.
- С формованной мембраной. Рабочий орган представляет собой диск с выпуклостью направленной от рабочей камеры. Благодаря такой конфигурации диафрагмы металлические крепежи не контактируют с перекачиваемой средой.
- Со структурированной диафрагмой. Поверхность насосных мембран имеет сложную форму. За счет нее достигается высокая степень сжатия, стойкость к износу. Соединение с толкателем осуществляется без металлических деталей.


Диафрагмы изготавливают из различных полимеров. Самый распространенный материал – полиуретан. Полимер обладает значительней стойкостью к нагрузкам, химически инертен к нейтральным, слабощелочным и слабокислотным средам. Для агрессивных жидкостей и газов применяют насосы с фторопластовыми или витоновыми мембранами. Материал диафрагмы подбирают в зависимости от свойств перекачиваемой среды.
Сферы применения
Мембранные насосы – универсальны, их используют в множестве отраслей промышленности и производства. Сферы применения оборудования:
- Химическая промышленность. Насосы можно применять для дозирования и перекачки реагентов, растворов органических веществ, щелочей и кислот.
- Водоотведение. Нечувствительность к загрязнению рабочей среды делает возможным их применение для перекачки воды со значительным количеством примесей.
- Горнодобывающая отрасль. Оборудование используют для откачки шламовых и пульповых жидкостей, растворов для промывки руды и т.д.
- Целлюлозно-бумажная промышленность: для транспортировки сред с длинноволокнистыми примесями целлюлозы, агрессивных растворов для промывки и др. жидкостей.
- Фармацевтика и биотехнологии. Оборудование используют для дозирования компонентов лекарств, биологических культур, питательных растворов.
- Пищевая промышленность: применяют для транспортировки коллоидных растворов, грубых и тонких суспензий, многофазных сред, вязких продуктов.
- Лакокрасочной промышленности. Диафрагменное оборудование хорошо справляется с перекачкой и дозированием жидких ЛКМ и их компонентов практически любой вязкости.


Оборудование также применяют в атомной энергетике, сельском хозяйстве, полиграфии, переработке нефти, газа и многих других отраслях.
Преимущества и недостатки
Основные достоинства диафрагменных насосов – простота конструкции. Оборудование просто в обслуживании и ремонте.
Также их отличает:
- Возможность работы со средами с различными физико-химическими свойствами. Оборудование используют для подачи жидкостей значительной вязкости и плотности, с большим количеством примесей, в том числе газообразными, абразивными и длинноволокнистыми, а также химически агрессивных сред и масел.
- Относительная простота точного регулирования объема перекачки. Агрегаты с электромагнитным (соленоидным) приводом применяются для точного дозирования жидких сред.
- Надежность. Благодаря отсутствию завихрений потока, явления кавитации, несложной механической части они относительно редко выходят из строя.
- Универсальность. Оборудование широко используется в различных отраслях производства.
К недостаткам относят: невысокий напор, значительная пульсация давления перекачиваемой среды (у однокамерных моделей), при высоких требованиях к его стабильности устанавливают демпфер или используют двухкамерное оборудование. Кроме того, мембраны необходимо периодически менять при наработке определенного количества часов.
Эксплуатация и техническое обслуживание
При эксплуатации требуется регулярно осматривать оборудование, удалять загрязнения с корпуса и приборов контроля, проверять уровень и температуру масла кривошипно-шатунного механизма (для моделей с электродвигателем). При выявлении течей и ненормального шума при работе необходимо провести диагностику и устранить причину.
Техническое обслуживание проводят по мере установленной производителем выработки, согласно регламенту. Работы включают:
- Частичную разборку насоса.
- Продувку входного и выходного клапана.
- Оценку состояния мембраны и передаточного механизма.
- Подтяжку внешних и внутренних резьбовых соединений.
- Сборку оборудования.
Все выявленные поломки и изношенные детали заменяют. Мембранные насосы не имеют подшипниковых узлов и сальниковых уплотнений, подлежащих регулярной замене, рабочего колеса, подверженного кавитационному износу. Основной элемент оборудования, который необходимо регулярно заменять – диафрагма. Работы выполняют в ходе ТО после достижения предельной наработки.


Мембранный насос — это простое и надежное оборудование. Их применяют для дозирования и перекачивания жидкостей различной плотности, вязкости и химическими свойствами, подачи газов в различных отраслях.