Пневматический мембранный насос: принципы работы и общие применения

Как работают двухдиафрагменные насосы

Пневматические мембранные насосы , в частности двухдиафрагменные пневматические насосы (AODD), используют сжатый воздух для перемещения жидкостей. Насос имеет две гибкие диафрагмы, соединенные общим валом (стержнем диафрагмы). Сжатый воздух (0,2-0,7 МПа или 30-100 фунтов на квадратный дюйм) направляется к задней части первой диафрагмы, выталкивая ее вперед. Это действие вытесняет жидкость из первой камеры и одновременно втягивает жидкость во вторую камеру. В конце хода пилотный клапан переключает подачу воздуха на вторую диафрагму, и цикл повторяется.

Диафрагмы движутся взад и вперед со скоростью 30-200 циклов в минуту. Жидкость никогда не контактирует с источником воздуха или какими-либо движущимися частями, за исключением диафрагм и клапанов (обратных шаров или лепестковых клапанов). Такая конструкция позволяет насосам AODD перекачивать вязкие жидкости (до 50 000 сантипуаз), суспензии (содержащие твердые частицы диаметром до 6 мм) и чувствительные к сдвигу жидкости (латекс, краски, пищевые продукты), которые могут быть повреждены центробежными насосами. Насос работает от сжатого воздуха, а не от электричества, поэтому может работать во взрывоопасных средах (покрасочные камеры, склады топлива, химические заводы) без риска возгорания.

Типичные применения в различных отраслях

Насосы AODD используются в широком спектре отраслей промышленности. При химической обработке они переносят кислоты, растворители и агрессивные жидкости. Корпус насоса может быть изготовлен из полипропилена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ) или нержавеющей стали (316) для защиты от химического воздействия. При производстве продуктов питания и напитков перекачивают фруктовые соки, соусы, молочные продукты и пищевые масла. Сантехнические модели имеют полированные поверхности из нержавеющей стали (Ra 0,4-0,8 микрон) и быстроразъемные зажимы для чистки. При очистке воды и сточных вод насосы AODD перекачивают ил, известковую суспензию и полимерные флокулянты. Способность работать всухую без повреждений ценна при опорожнении отстойников и перекачивании резервуаров, где насос может опережать подачу. В горнодобывающей промышленности и строительстве они перекачивают густые растворы, растворы и жидкости для обезвоживания шахт. Насос можно погружать в воду (погружной режим), если выпуск воздуха проходит выше уровня жидкости. При покраске и нанесении покрытий они подают краску в распылители и циркулируют краску в печатных машинах. Перекачивание с низким сдвигом предотвращает деградацию пигмента. В нефтегазовой отрасли они переносят буровой раствор, сырую нефть и отработанные жидкости. Некоторые насосы рассчитаны на использование в опасных зонах (ATEX или NEC, класс I, раздел 1). Скорость потока варьируется от 0,5 до 1000 литров в минуту, давление нагнетания до 0,8 МПа (120 фунтов на квадратный дюйм). Пневматический двигатель насоса потребляет 0,2-5 м³ сжатого воздуха в минуту при давлении 0,5 МПа, в зависимости от типоразмера и скорости вращения насоса.

Критерии выбора пневматических мембранных насосов

Сопоставьте материал насоса с химическими свойствами жидкости. Корпус насоса (мокрая часть) доступен в нескольких материалах. Полипропилен (ПП) пригоден для кислот (серная, соляная, азотная до концентрации до 30 процентов), щелочей (гидроксид натрия до 30 процентов) и многих растворителей (но не сильных растворителей, таких как толуол, ксилол или МЭК). ПТФЭ (политетрафторэтилен) химически инертен практически ко всем жидкостям, включая концентрированные кислоты и сильные растворители, но он дорог (в 2-3 раза дороже ПП) и менее устойчив к истиранию. Поливинилиденфторид (ПВДФ) является альтернативой ПТФЭ для химических применений высокой чистоты; он имеет аналогичную химическую стойкость, но его легче формовать. Нержавеющая сталь (316) используется в пищевой, фармацевтической и нефтяной промышленности, где жидкость не обладает высокой коррозионной активностью. Нержавеющая сталь устойчива к слабым кислотам (уксусной кислоте), щелочам и растворам солей, но подвержена воздействию соляной кислоты и сильной серной кислоты (>50 процентов).

Диафрагмы, обратные шары и седла также должны быть совместимыми. Материалы диафрагмы: неопрен (общего назначения, вода, масла), нитрил (буна-N, нефтяные жидкости, дизельное топливо, бензин), EPDM (этиленпропилен, горячая вода, тормозные жидкости, щелочи), ПТФЭ (химические вещества, растворители, более высокая стоимость) и сантопрен (термопластичный эластомер, устойчивый к абразивному воздействию и средам химикатов). В таблице совместимости производителя насоса перечислены рекомендуемые материалы для 500 жидкостей. Если жидкость не указана в списке, протестируйте образец материала диафрагмы и корпуса, погрузив его в жидкость при рабочей температуре (обычно 20–80°C) на 7 дней. Образец не должен показывать изменения веса (менее 1 процента), набухания (увеличение объема менее 5 процентов) и видимых трещин. Для агрессивных жидкостей (хлорированные растворители, сильные кислоты) диафрагмы из ПТФЭ с корпусом из ПТФЭ и обратными шарами из ПТФЭ являются наиболее безопасным выбором, но стоимость в 4-5 раз выше, чем у насоса из полипропилена с диафрагмами из Сантопрена.

Проверьте производительность насоса по перекачиванию твердых частиц и высоту всасывания. Максимальный диаметр твердых частиц, которые может пропускать насос, зависит от размера насоса. Насос диаметром 1/2 дюйма пропускает твердые частицы размером 2–3 мм; 1-дюймовый насос пропускает 4-6 мм; 2-дюймовый насос пропускает 6-10 мм; 3-дюймовый насос пропускает 10-12 мм. Если жидкость содержит твердые частицы в количестве, превышающем указанный предел, насос засорится. Твердые тела также должны быть деформируемыми или рыхлыми; острые и твердые частицы (например, битое стекло или металлическая стружка) разрезают диафрагмы и повреждают седла клапанов. Для абразивных суспензий (песок, гравий, летучая зола) выбирайте насосы с более твердыми седлами клапанов (карбид вольфрама или керамика) и диафрагмами с устойчивым к истиранию покрытием (сантопрен с покрытием из ПТФЭ). Высота всасывания (высота, на которой насос может всасывать жидкость из расположенного под ним резервуара) составляет 3–6 метров для водоподобных жидкостей. Для вязких жидкостей (1000 сП) высота всасывания падает до 1-2 метров, поскольку жидкость не быстро поступает в полость насоса.

Если насос находится на высоте более 2 метров над уровнем жидкости и жидкость вязкая, установите насос ниже уровня жидкости (затопленное всасывание). Максимальное давление нагнетания определяется давлением подачи воздуха. Если насос неисправен (нагнетательный клапан закрыт), насос остановится (перестанет работать) без повреждений, но давление повысится до уровня давления подачи воздуха. Насос, подаваемый с воздухом под давлением 0,6 МПа, остановится при давлении жидкости 0,6 МПа (90 фунтов на квадратный дюйм). Не превышайте максимальное номинальное давление насоса (обычно 0,7–0,8 МПа для стандартных моделей и 1,0–1,2 МПа для моделей высокого давления).