Насосы мембранные диафрагменные

Мембранные (диафрагменные) насосы: принцип действия, конструкция, применение и выбор

Мембранный (диафрагменный) насос — это объемный насос прямого вытеснения, в котором преобразование энергии и передача ее перекачиваемой среде осуществляются за счет возвратно-поступательного движения гибкой мембраны (диафрагмы), приводимой в действие механическим, гидравлическим или пневматическим способом. Отсутствие контакта перекачиваемой среды с узлами привода и смазки, герметичность и способность работать на сухую определяют их ключевую роль в критических технологических процессах.

Принцип работы и кинематические схемы

Работа насоса основана на циклическом изменении объема рабочих камер, разделенных мембранами. Полный цикл состоит из двух тактов: всасывания и нагнетания. Синхронное движение мембран обеспечивается общим приводным валом (в механических насосах) или распределением воздуха (в пневматических). Клапанные узлы (шариковые или тарельчатые) на всасывающем и напорном патрубках каждой камеры обеспечивают однонаправленный поток среды.

Основные типы приводов:

• Пневматический привод: Наиболее распространенный тип. Сжатый воздух попеременно подается в задние полости воздухораспределительной коробки, воздействуя на мембраны. Реверсирование потока воздуха осуществляется с помощью встроенного золотникового или тарельчатого распределителя. Давление на выходе насоса теоретически может достигать давления подводимого воздуха.
• Механический привод: Мембрана приводится в движение эксцентриковым механизмом или кривошипно-шатунным приводом от электродвигателя. Для защиты от перегрузок и обеспечения равномерности хода часто используются двухколенные валы и предохранительные муфты. Требуют смазки механических частей.
• Гидравлический привод: Мембрана перемещается гидравлической жидкостью, на которую воздействует поршень или плунжер. Обеспечивает более плавный ход и высокое давление по сравнению с механическим приводом, исключает риск возгорания в отличие от пневмопривода во взрывоопасных зонах.

Конструктивные элементы и материалы

Надежность и химическая стойкость насоса определяются правильным подбором материалов для его ключевых компонентов.

1. Мембрана (Диафрагма)

Гибкий разделительный элемент, воспринимающий механические нагрузки и контактирующий с агрессивной средой. Изготавливается из эластомеров или термопластов.

• Резины на основе синтетического каучука: NBR (нитрил) для масел и топлив; EPDM для щелочей, горячей воды, паров; FKM (витон) для агрессивных химикатов, кислот, углеводородов; PTFE (тефлон) для высокоагрессивных сред и высоких температур.
• Сэндвич-мембраны: Композитные конструкции, где эластомерная часть обеспечивает гибкость, а инертная тефлоновая прокладка контактирует со средой.

2. Корпус и клапаны

Корпус (головка насоса) формирует рабочую камеру. Клапаны (седло и затвор) обеспечивают герметичность и однонаправленность потока.

• Материалы корпуса: Чугун, нержавеющая сталь (AISI 304, 316, 316L), алюминиевые сплавы, полипропилен (PP), поливинилиденфторид (PVDF), тефлон (PTFE).
• Материалы клапанов: Нержавеющая сталь, PTFE, PVDF, PEEK, различные эластомеры в зависимости от типа затвора (шарик, тарелка).

3. Воздушный распределитель (для пневмоприводных насосов)

Критический узел, определяющий надежность и частоту переключений. Бывают поршневого, золотникового и поплавкового типа. Требуют подачи очищенного и осушенного воздуха.

Технические характеристики и параметры выбора

Выбор мембранного насоса требует анализа взаимосвязанных параметров технологического процесса.

Параметр	Описание и единицы измерения	Влияющие факторы
Производительность (Подача)	Объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени (л/мин, м³/ч).	Диаметр мембраны, длина хода, частота циклов, вязкость среды, противодавление.
Давление на выходе	Максимальное давление, создаваемое насосом (бар, атм).	Для пневматических насосов — давление питающего воздуха (обычно до 6-8,5 бар). Для механических — мощность привода и прочность конструкции.
Высота всасывания	Способность создавать разрежение на входе (метры водяного столба).	Герметичность камеры и клапанов, физические свойства жидкости (давление паров). Могут работать в режиме самовсасывания.
Гранулометрический состав	Максимальный размер твердых частиц в перекачиваемой суспензии (мм).	Конструкция и диаметр проточной части, тип клапанов (шариковые лучше для абразивных сред).
Температура среды	Диапазон температур перекачиваемой жидкости (°C).	Материал мембраны и уплотнений. Эластомеры, как правило, до +90°C, PTFE — до +130°C.

Области применения в энергетике и промышленности

• Химическая и нефтехимическая промышленность: Перекачка агрессивных реагентов, кислот, щелочей, растворителей, полимеров, суспензий катализаторов. Герметичность исключает риск утечек.
• Энергетика: Дозирование ингибиторов коррозии и накипеобразования, реагентов для водоподготовки (гипохлорит, аммиак, гидразин), перекачка мазута, осадков из отстойников, конденсата.
• Очистка сточных вод: Перекачка ила, шлама, флокулянтов, извести, активного ила. Способность работать с высоковязкими и абразивными средами.
• Горнодобывающая промышленность: Откачка шахтных вод, пульп, сгущенных хвостов, реагентов для флотации.
• Лакокрасочная промышленность: Перекачка красок, лаков, пигментов, клеев без расслоения и разрушения структуры.
• Пищевая промышленность: Перекачка вин, масел, паст, шоколада, суспензий с сохранением органолептических свойств.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Полная герметичность: отсутствие внешних уплотнений вала, исключение утечек.
• Сухой ход: способность работать без жидкости без повреждений.
• Самовсасывание: создание вакуума на входе (обычно до 4-6 м вод. ст.).
• Регулируемость: Производительность легко регулируется изменением расхода воздуха (для пневмоприводных) или частоты тока (для электромеханических).
• Взрывобезопасность: Пневматические насосы могут использоваться во взрывоопасных зонах без дополнительной защиты.
• Простота конструкции и обслуживания: Минимум движущихся частей, доступ к основным узлам.

Недостатки:

• Пульсирующая подача: Требует установки демпферов (газонаполненных или механических) на входе и выходе для сглаживания пульсаций.
• Ограниченное давление: Особенно для пневматических моделей, зависящее от давления воздуха.
• Чувствительность к абразиву: Мембраны и клапаны подвержены износу при работе с высокоабразивными средами без правильного подбора материалов.
• Шумность: Характерна для пневматических насосов из-за выхлопа воздуха.
• Расход сжатого воздуха: Для пневмомоделей требуются компрессор и подготовка воздуха (осушение, очистка).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж — залог долговечности. На всасывающей линии рекомендуется устанавливать фильтр для защиты клапанов и мембран от крупных частиц. Жесткое крепление насоса к фундаменту и использование гибких виброизолирующих соединений (рукавов) на патрубках снижает шум и вибрации. Для пневматических насосов обязательна установка маслоотделителя и фильтра-осушителя на линии подачи воздуха.

Техническое обслуживание носит планово-предупредительный характер и включает:

• Регулярный визуальный осмотр на предмет утечек.
• Контроль состояния мембран (замена при появлении трещин, деформаций).
• Проверка и очистка клапанов и седел от загрязнений.
• Для механических насосов — контроль уровня и состояния масла в редукторе.
• Для пневматических насосов — очистка или замена воздушного фильтра на распределителе.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как правильно подобрать материал мембраны для конкретной химической среды?

Необходимо руководствоваться химической стойкостью материала. Производители предоставляют таблицы химической стойкости для каждого эластомера. Ключевые параметры: концентрация реагента, температура. Для неизвестных или сложных смесей рекомендуется проводить натурные испытания образца материала.

Чем отличается мембранный насос от поршневого?

Основное отличие — в конструкции вытеснителя. В поршневом насосе уплотнение между движущимся поршнем и неподвижным цилиндром динамическое, что может приводить к износу и утечкам. В мембранном насосе среда полностью изолирована в камере, а мембрана обеспечивает статическое уплотнение по краям, что гарантирует герметичность.

Как можно регулировать производительность мембранного насоса?

Для пневматических насосов: дросселированием подачи воздуха на входе с помощью регулятора расхода. Для электромеханических насосов: изменением частоты питающего тока через частотный преобразователь (ЧП) или механическим изменением длины хода (в некоторых моделях). Наиболее плавное и экономичное регулирование обеспечивает связка «ЧП + механический насос».

Почему насос стучит или резко снизил производительность?

Возможные причины: засорение всасывающего фильтра или клапанов, износ мембраны (разрыв), низкое давление/расход воздуха (для пневмомоделей), завоздушивание всасывающей линии, износ или загрязнение воздушного распределителя. Необходимо остановить насос и провести диагностику в порядке, указанном в руководстве по эксплуатации.

Можно ли использовать мембранный насос для дозирования?

Да, мембранные насосы широко применяются в качестве дозирующих. Для этого они оснащаются электроприводом с возможностью точного регулирования частоты хода (шаговые или сервомоторы) и системами контроля (датчики расхода, давления). Точность дозирования современных мембранных дозаторов достигает ±0.5-1%.

Какой срок службы мембраны?

Срок службы зависит от множества факторов: материала мембраны, температуры, химической агрессивности и абразивности среды, давления, частоты циклов. В легких условиях (перекачка воды) ресурс может достигать 10000 часов и более. В условиях с агрессивными химикатами или абразивами ресурс сокращается до нескольких сотен или тысяч часов. Рекомендуется вести журнал наработки и проводить плановую замену.

Заключение

Мембранные (диафрагменные) насосы представляют собой универсальное и надежное решение для перекачки широкого спектра сложных сред в энергетике и промышленности. Их ключевые преимущества — герметичность, безопасность и способность работать в тяжелых условиях — делают их незаменимыми на ответственных участках. Успешная эксплуатация напрямую зависит от корректного выбора типа привода, материалов проточной части в соответствии с технологической задачей, а также от соблюдения правил монтажа и регламента технического обслуживания. Понимание принципов работы и конструктивных особенностей позволяет инженерно-техническому персоналу эффективно интегрировать данное оборудование в технологические схемы и обеспечивать его длительную бесперебойную работу.