Устройство мембранного насоса подробно

Рассмотрим конструкцию мембранных насосов подробно, разберем функции его деталей и особенности их работы.

Мембранный насос состоит из двух основных компонентов : трансмиссии и насосного агрегата. Диафрагменный насос преобразует механическую энергию двигателя в динамическое давление перекачиваемой жидкости. Трансмиссия: передает механическую энергию от двигателя к насосу, а насосный агрегат преобразует механическую энергию в давление жидкости. 

Трансмиссия

Вал передачи вращения (А) получает энергию от двигателя, который может быть электрическим, бензиновым или гидравлическим. Преобразование вращательного движения (изогнутая стрелка) в колебательное движение (прямая стрелка) производится посредством шатунно-кривошипной системы (B), которая соединяет вал с поршнем (С), скользящим внутри цилиндра или гильзы (D).

Система трансмиссии очень похожа на систему двухтактного двигателя внутреннего сгорания, с той разницей, что в двигателе энергия передается от поршня к валу, а в насосе энергия передается от вала к поршню и к диафрагма.

Все механические компоненты содержатся в картере в ванне со специальным смазочным маслом.

Поршень прикручен к центральной части диафрагмы (Е), что определяет ее колебание и периодическое движение всасывания и нагнетания.

Вал преобразует вращения в колебательное движение с помощью эксцентрика, соединенного с шатуном. Эксцентрик представляет собой элемент круглой формы с осью вращения, внешней по отношению к оси вращения. Поскольку основным применением диафрагменного насоса является сельскохозяйственное опрыскивание, ему традиционно придавалась скорость вращения, соответствующая скорости вращения тракторного механизма отбора мощности: 550 об/мин.* Однако в настоящее время доступны также насосы со скоростью 800 об/мин.

Вал может получать энергию от различных типов двигателей и различными способами, кроме того, он используется как передаточный элемент для включения дополнительных приводов. Таким образом, серия Comet предлагает две различные конфигурации: простой вал с одним гнездом (обычно на стороне нагнетания) и сквозной вал с двойным отбором мощности . Вторая розетка используется для передачи мощности на орудия.

Насосный агрегат

Насосный агрегат мембранного насоса состоит из: диафрагмы, всасывающего клапана, нагнетательной камеры и нагнетательного клапана.

Мембрана

Диафрагма представляет собой резиновый диск, привинченный к поршню с помощью болта и фиксирующего диска, которые удерживают его в горизонтальном положении во время его перемещения. Диафрагма является основным элементом насоса , так как выполняет две жизненно важные функции:

• Она поочередно расширяет и сжимает объем камеры, обеспечивая тем самым возможность накачки.
• Она отделяет насосную камеру от трансмиссии , предотвращая контакт жидкости с механическими деталями и маслом, что может привести к серьезному повреждению насоса.

Мембрану определяют две различные характеристики: твердость (выраженная числовым значением, измеряющим пластическую деформацию) и материал, из которого она изготовлена (уровень эластичности и твердости материала влияет на срок службы мембраны, ее жесткость и устойчивость к химической и экологической коррозии).

Мембраны преимущественно доступны в трех различных материалах:

• NBR - Нитриловый бунакаучук : отличная эластичность и отличная механическая стойкость к твердым и абразивным частицам, а также хорошая химическая стойкость. Это самая популярная мембрана для опрыскивателей (цитрусовые, оливковые рощи и сады в целом).
• Viton® — фторэластомер от DuPont™: обеспечивает стабильную стойкость к химическим веществам и экстремальным температурам. Это наиболее подходящий фторэластомер для специальных применений благодаря своей исключительной химической стойкости.
• Desmopan® — термопластичный полиуретановый эластомер, поставляемый компанией Bayer : превосходная эластичность и твердость; высокая устойчивость к сжатию, изгибу и истиранию. Хорошая устойчивость к старению, гидролизу, кислороду, растворителям и разбавленным спиртам или основаниям. Это наиболее рекомендуемый материал для машин для прополки.

Всасывающие и нагнетательные клапаны

Каждая насосная установка оснащена двумя клапанами: всасывающим и нагнетательным. Клапаны мембранного насоса называются обратными клапанами (или однонаправленными) и предназначены для того, чтобы оставить проход свободным в одном направлении и полностью закрыть его в противоположном.

Элементы обратного клапана

• A, F : уплотнительные кольца
• B : Направляющая болта или клетка
• C : Пружина сжатия.
• D : Затвор или диск.
• E : Замыкающее кольцо

Функция уплотнительных колец (A, F) заключается в создании водонепроницаемого уплотнения между клапаном и головкой насоса. Направляющая затвора (B) состоит из клетки из технополимера и предназначена для удержания затвора и пружины в одном положении во время их перемещения. Отверстия (или порты) направляющей позволяют дозировать жидкость, поэтому они являются жизненно важным элементом и требуют очень передовой технологии проектирования , которая сочетает в себе высокое сопротивление и правильный поток жидкости. Пружина (С) помогает закрыванию заслонки, оказывая давление так, чтобы заслонка оставалась прижатой к закрывающему кольцу (Е). Он изготовлен из нержавеющей стали, и давление должно быть идеально сбалансировано на этапе проектирования, чтобы обеспечить возможность открытия и закрытия при заранее установленном давлении с максимальной скоростью.

Затвор (D) представляет собой колеблющийся элемент, который движется синхронно с мембраной. Он имеет функцию открытия и закрытия клапана. Он состоит из диска из нержавеющей стали трапециевидного или полусферического сечения, что обеспечивает улучшенное уплотнение и скольжение внутри направляющей. Закрывающее кольцо (Е) является седлом заслонки. Это фиксированный элемент, состоящий из кольца из нержавеющей стали, форма которого соответствует форме затвора.

Во время фазы закрытия пружина, откалиброванная на определенное давление, поддерживает заслонку на замыкающем кольце.

Во время фазы открытия давление воды преодолевает сопротивление пружины, которая сжимается, позволяя затвору отделиться от уплотнительного кольца, обеспечивая свободный проход жидкости. Два клапана (всасывающий и нагнетательный) расположены на одной линии и работают попеременно и противоположным образом.

Насосная камера (или полость вытеснения)

Насосная камера — это отсек, в котором ход мембраны вызывает сокращение и расширение объема. На практике это пространство между впадиной головы и верхней поверхностью диафрагмы . Внутренняя форма головки оказывает фундаментальное влияние на производительность насоса, поэтому она имеет вогнутую куполообразную форму, что позволяет достичь самых высоких уровней давления и разрежения, заливки и эффективности в целом. Подверженные значительному давлению и процессам износа, головки изготовлены из материалов с высоким сопротивлением, таких как латунь, анодированный алюминий, пластифицированный алюминий или технополимер.

Вспомогательные детали 

Коллекторные трубы

Коллекторы представляют собой трубы, соединяющие различные насосные агрегаты , благодаря чему насос имеет одну линию всасывания и одну линию нагнетания, что упрощает его установку.

Всасывающий коллектор собирает жидкость из всасывающей линии и распределяет ее по различным насосным камерам. К нему не предъявляются особые требования по прочности, поскольку давление внутри него отрицательное.

Коллекторы могут быть внутренними и внешними . Внутренние коллекторы позволяют иметь меньшие размеры и более конкурентоспособную цену (меньшее количество компонентов). Внешние коллекторы обеспечивают большую прочность и меньший риск повреждения в случае поломки насоса.

Материалы являются еще одной важной переменной, поскольку они влияют на устойчивость к давлению, химическому воздействию и истиранию. Латунь, алюминий (анодированный или пластифицированный) и технополимеры являются наиболее часто используемыми материалами.

Коллекторы последнего поколения оснащены клапаном для слива воды , благодаря чему их можно опорожнить перед зимним отдыхом, избежав повреждения из-за мороза.

Вспомогательная фурнитура

Оба коллектора оснащены прямым или коленчатым фитингом для подключения насоса к контуру.

• Всасывающий фитинг обычно состоит из нейлонового или полипропиленового держателя шланга, поскольку во всасывающей линии нет проблем с давлением.
• Напорный патрубок и, при наличии , напорные краны изготовлены из нейлона или полипропилена для насосов до 20 бар, а для насосов до 50 бар — из латуни.

Правильный подбор фитингов чрезвычайно важен во избежание повреждений, в первую очередь кавитации (ссылка). По этой причине очень важно всегда соблюдать рекомендации по размерам, приведенные в документации.

Предохранительный клапан

Предохранительный клапан, или предохранительный клапан , снижает последствия избыточного давления на напорной линии. Клапан оснащен заслонкой, приводимой в действие пружиной, откалиброванной на определенное давление. Затвор открывается всякий раз, когда давление жидкости превышает давление пружины. Это позволяет сбросить избыточное давление, избегая поломки трубки . 

Защита ВОМ

Некоторые исследования по безопасности в сельскохозяйственной сфере показали, что большой процент несчастных случаев происходит из-за механизма отбора мощности. Защита предотвращает контакт оператора или других предметов с вращающимися частями, что представляет собой серьезную угрозу безопасности.

В связи с этим следует еще раз подчеркнуть, что приближаться к насосу необходимо только и исключительно тогда, когда машина полностью остановлена. Защитные приспособления очень легко устанавливаются и снимаются. 

Масляный компенсатор

Масляный компенсатор представляет собой прозрачный контейнер, содержащий смазочное масло и соединенный с масляной ванной внутри картера. Компенсатор используется для проверки правильности уровня масла и при необходимости добавления его. Таким образом, диафрагмы получают необходимую поддержку на этапе доставки, а механические компоненты всегда смазываются.

Для этого компенсатор всегда располагается в верхней части насоса, а уровень масла всегда должен находиться выше линии самой высокой диафрагмы.

Другой фундаментальной функцией масляного компенсатора является предупреждение в случае разрыва диафрагмы . В этом случае вода и масло смешиваются, создавая внутри картера эмульсию, узнаваемую по типичному молочному цвету, который приобретает содержимое компенсатора. Если это произойдет, вам необходимо принять незамедлительные меры и заменить поврежденные мембраны, чтобы избежать дальнейших проблем. 

Аккумулятор давления (виброгаситель)

Функция аккумулятора давления заключается в минимизации или устранении пульсаций , предотвращении так называемого гидроудара ,   уменьшении перегрузки насоса ,   уменьшении шума ; таким образом насосы будут меньше повреждены и продлят срок службы.

Аккумулятор устанавливается на нагнетательном коллекторе (или удаленно на магистрали) и благодаря сжатому воздуху гасит вибрации, возникающие при колебательном движении мембран .

Большая часть вибраций выравнивается за счет синхронизации хода различных поршней (процедура фазировки). По этой причине насосы с числом поршней более 4, а точнее с 5 или 6 поршнями, не требуют гидроаккумулятора , поскольку они сами по себе уже обладают хорошей линейностью потока.