Objaśnienie schematu pompy membranowej: komponenty, skoki i działanie AODD

Podstawowe elementy na schemacie pompy membranowej

Schemat pompy membranowej zazwyczaj przedstawia sześć oznakowanych elementów, a zrozumienie działania każdego z nich wyjaśnia zarówno, dlaczego pompa działa, jak i to, co ulega awarii jako pierwsze, jeśli nie działa.

The elastyczna membrana — zwykle wykonany z EPDM, PTFE, Santoprenu lub Vitonu, w zależności od składu chemicznego cieczy — tworzy jedną ścianę komory pompy. Jest to jedyna część pozostająca w bezpośrednim kontakcie mechanicznym pomiędzy mechanizmem napędowym a pompowaną cieczą, a jej ruch posuwisto-zwrotny generuje całe ciśnienie ssania i tłoczenia. Po obu stronach komory płynowej znajdują się dwa zawory zwrotne : jeden na wlocie i jeden na wylocie. Są to zawory jednokierunkowe — kulowe, klapowe lub dyskowe — które zapewniają przepływ płynu tylko w zamierzonym kierunku i nie mogą cofać się podczas żadnego skoku.

The komora płynowa jest zamkniętą wnęką, której objętość zmienia się wraz z ruchem membrany. The korpus pompy lub kolektor łączy porty wlotowy i wylotowy z komorą i zapewnia obudowę konstrukcyjną dla wszystkich elementów wewnętrznych. W konstrukcjach z podwójną membraną sterowaną powietrzem (AODD) a centralny zawór powietrza i wał łączący pojawiają się na schemacie, łącząc dwie membrany i kierując sprężone powietrze na przemian pomiędzy dwiema komorami powietrznymi. Każdy rodzaj awarii w pompie membranowej ma swoje korzenie w jednym z tych sześciu elementów.

Suw ssący: Płyn dostaje się do komory

Suw ssania rozpoczyna się, gdy membrana cofa się – oddalając się od komory płynowej. Zwiększa to wewnętrzną objętość komory, obniżając ciśnienie poniżej atmosferycznego. Powstałe podciśnienie powoduje otwarcie wlotowego zaworu zwrotnego i płyn zostaje zassany ze źródła zasilania.

W tym samym momencie zawór zwrotny na wylocie zatrzaskuje się, zapobiegając przepływowi wstecznemu z przewodu tłocznego do komory. Cała kolumna płynu w przewodzie wlotowym przyspiesza w kierunku pompy. Osiągalna wysokość ssania — zazwyczaj do 6 metrów w przypadku instalacji niezanurzonej — zależy od dostępnego ciśnienia atmosferycznego i spadku ciśnienia na wlotowym zaworze zwrotnym.

W mechanicznych pompach membranowych wycofanie napędzane jest za pomocą krzywki, korby lub mimośrodu połączonego z silnikiem. W pneumatycznych konstrukcjach AODD sprężone powietrze po przeciwnej stronie membrany popycha ją do wewnątrz, powodując takie samo rozszerzenie komory pod wpływem ciśnienia powietrza, a nie połączenia mechanicznego. Częstotliwość skoku — liczba cykli ssania i tłoczenia na minutę — bezpośrednio określa natężenie przepływu przy danej objętości wyporu.

Skok tłoczenia: Płyn wypływa pod ciśnieniem

Gdy membrana cofa się i przesuwa do przodu, do komory, objętość wewnętrzna zmniejsza się, a ciśnienie wzrasta. Wzrost ciśnienia powoduje gwałtowne zamknięcie wlotowego zaworu zwrotnego i wymusza otwarcie wylotowego zaworu zwrotnego. Płyn jest wypychany przez króciec tłoczny pod ciśnieniem wymaganym w dalszym systemie – w granicach znamionowych pompy.

Ponieważ każdy skok przemieszcza określoną objętość, natężenie przepływu można przewidzieć matematycznie: objętość skoku pomnożona przez cykle na minutę daje wydajność objętościową skorygowaną o niewielkie wycieki przez zawory zwrotne. Jest to charakterystyka wyporu, która sprawia, że ​​pompy membranowe tak dobrze nadają się do zastosowań związanych z dozowaniem i dozowaniem środków chemicznych.

Pulsujący charakter tego sygnału wyjściowego — seria impulsów ciśnienia, a nie gładki, ciągły strumień — jest konsekwencją cyklu skoku. W zastosowaniach, w których pulsacja mogłaby uszkodzić sprzęt znajdujący się za urządzeniem lub wpłynąć na dokładność pomiaru, na króćcu tłocznym należy zainstalować tłumik pulsacji o wielkości około pięciu do dziesięciu razy większej od objętości skoku.

Schemat pompy AODD: Działanie z podwójną membraną

Pompa pneumatyczna z podwójną membraną (AODD) jest wariantem najczęściej stosowanym w zastosowaniach przemysłowych, a jej schemat przedstawia dwie komory w lustrzanym odbiciu, połączone sztywnym wałem przechodzącym przez centralny blok dystrybucji powietrza.

Sprężone powietrze wchodzi do bloku centralnego i jest kierowane przez zawór suwakowy powietrza do komory powietrznej za membraną 1. Wypycha to membranę 1 na zewnątrz, ściskając płyn w jej komorze i wypychając go przez wylot. Wał jednocześnie wciąga membranę 2 do wewnątrz, wytwarzając ssanie w komorze 2 i zasysając świeży płyn przez zawór wlotowy.

Kiedy membrana 1 zakończy swój skok, sygnał sterujący wyzwalany przez położenie wału powoduje przesunięcie zaworu suwakowego. Powietrze przepływa teraz do komory 2, odwracając cykl. Dwie membrany pracują w sposób ciągły naprzemiennie, co częściowo kompensuje pulsację pompy jednostronnego działania i pozwala na znacznie wyższe natężenia przepływu niż konstrukcja simpleksowa o tej samej wielkości fizycznej. W przypadku zastosowań związanych z przenoszeniem rozpuszczalników i substancji chemicznych — włączając w to zadania takie jak dobór pneumatycznej pompy membranowej do przenoszenia etanolu i rozpuszczalnika — to ciągłe działanie naprzemienne zapewnia niezawodne i wolne od wycieków działanie bez konieczności konserwacji uszczelnienia wału.

Materiały membranowe i ich wpływ na wydajność

Wybór materiału membrany jest najważniejszą specyfikacją konfiguracji pompy, a każdy renomowany diagram będzie identyfikować materiał jako kluczowy parametr na etykiecie.

EPDM dobrze radzi sobie z wodą, łagodnymi chemikaliami i większością roztworów alkalicznych. Zapewnia dobrą elastyczność przez miliony cykli i jest odporny na degradację przez ozon i promieniowanie UV, co czyni go opłacalnym wyborem do zastosowań ogólnych. Santopren (elastomer termoplastyczny) zapewnia lepszą odporność chemiczną niż EPDM w przypadku rozcieńczonych kwasów i łagodnych rozpuszczalników, a także wyjątkową trwałość zmęczeniową — zwykle przekraczającą 20 milionów cykli zginania przed wymianą. PTFE (teflon) jest chemicznie obojętny wobec praktycznie każdego płynu przemysłowego, w tym stężonych kwasów, silnych utleniaczy i rozpuszczalników aromatycznych. Radzi sobie z agresywną chemią, która zniszczyłaby każdy elastomer, ale jest sztywniejszy niż materiały na bazie gumy, co zmniejsza wydajność objętościową o 10–15% przy tej samej częstotliwości skoku, a jego trwałość zmęczeniowa jest krótsza — około 5–10 milionów cykli. Viton (FKM) plasuje się pomiędzy PTFE i Santoprenem w spektrum ceny do wydajności, oferując doskonałą odporność na węglowodory i wiele rozpuszczalników przy umiarkowanych kosztach.

W przypadku żrących zawiesin zawierających cząstki ścierne materiał korpusu pompy ma takie samo znaczenie jak membrana. Odporna na korozję i zużycie pompa szlamowa zbudowana z wykładziny UHMW-PE łączy w sobie odporność chemiczną z tolerancją na ścieranie, która przewyższa stal nierdzewną w wielu zastosowaniach związanych z przetwarzaniem minerałów.

Czytanie diagramu w celu rozwiązywania problemów

Większość problemów z pompą membranową można przypisać bezpośrednio elementom oznaczonym na schemacie bez konieczności demontażu. Mapowanie usterek do podzespołów jest spójne we wszystkich konstrukcjach pomp.

Utrata prime z dnia na dzień wskazuje na wlotowy zawór zwrotny. Gdy pompa się wyłącza, wlotowy zawór zwrotny powinien utrzymać kolumnę płynu w przewodzie ssawnym. Jeżeli płyn spływa z powrotem, oznacza to zużycie gniazda zaworu zwrotnego, pod kulą zaklinowały się zanieczyszczenia lub elastomer zaworu stwardniał. Sprawdź kulę i gniazdo pod kątem zużycia i wyczyść lub wymień gniazdo.

Zmniejszony przepływ przy normalnym ciśnieniu roboczym zazwyczaj wskazuje na częściowo zanieczyszczony lub zużyty zawór zwrotny na wylocie lub zmęczenie membrany, które zmniejsza efektywną objętość skoku. Porównaj rzeczywisty przepływ z znamionową objętością skoku przy zmierzonej częstotliwości cykli: znaczny niedobór wskazuje na sprawdzenie obejścia zaworu, a nie na awarię membrany.

Powietrze wyciekające z otworu wylotowego w stanie spoczynku (w konstrukcjach AODD) oznacza zużyty lub uszkodzony zawór suwakowy powietrza lub uszczelkę pilotującą w bloku centralnym - widoczne na schemacie jako element łączący obie komory powietrzne. Jest to część serwisowa większości marek, której wymiana nie wymaga specjalnych narzędzi.

Pęknięcie membrany — identyfikowany przez płyn pojawiający się w strumieniu wywiewanego powietrza — jest najpoważniejszym stanem awaryjnym i wymaga natychmiastowego wyłączenia. Schemat przedstawia membranę jako separator pomiędzy komorą płynową a komorą powietrzną; po naruszeniu obydwa elementy nie są już odizolowane, a płyn procesowy zanieczyszcza układ powietrzny, podczas gdy pompa traci siłę zasysania.

Pompa membranowa a pompa odśrodkowa: porównanie strukturalne

Porównanie obok siebie schematów przekrojów poprzecznych pompy membranowej i pompy odśrodkowej pokazuje, dlaczego nadają się one do zasadniczo różnych zastosowań. Schemat pompy odśrodkowej przedstawia pojedynczy obracający się wirnik pośrodku, obudowę w kształcie spirali, która przekształca prędkość na ciśnienie, oraz mechaniczne uszczelnienie wału w miejscu, w którym wał wychodzi z obudowy. Nie ma zaworów zwrotnych, komór zmieniających objętość ani strony powietrznej. Cały transfer energii jest dynamiczny – płyn znajduje się w ciągłym ruchu poprzez pompę.

Schemat pompy membranowej nie pokazuje żadnych części obrotowych mających kontakt z cieczą. Płyn znajduje się w komorze statycznej aż do rozpoczęcia cyklu skoku, a następnie przepływa przez zawory zwrotne. Membrana jest jedynym ruchomym elementem po stronie mokrej, a jej awaria polega na stopniowym zmęczeniu, a nie na nagłym zatarciu mechanicznym. Aby uzyskać kompleksową analizę tego, gdzie każdy typ pompy jest lepszy od drugiego – w tym krzywych ciśnienia, granic lepkości i kosztów cyklu życia – przewodnik porównawczy pompy odśrodkowej z pompą wyporową szczegółowo omawia decyzję o wyborze.

Konstrukcyjną konsekwencją konstrukcji membrany jest pompa bez uszczelnienia wału, które mogłoby powodować wycieki, bez kawitacji wirnika i bez wymagań dotyczących minimalnego przepływu, aby uniknąć przegrzania. W przypadku płynów korozyjnych, lepkich, zawierających cząstki stałe lub wrażliwych na ścinanie – a także w przypadku instalacji, w których pompa musi pracować na sucho lub niezawodnie samozasysać – cechy te bezpośrednio przekładają się na mniejszą częstotliwość konserwacji i dłuższą żywotność. Asortyment chemicznych pomp odśrodkowych pozostaje lepszym wyborem w przypadku zastosowań o dużej objętości, niskiej lepkości i ciągłym przepływie, gdzie czynnikami decydującymi są wysoka wydajność i niskie koszty inwestycyjne. Podstawą prawidłowego dokonania tego wyboru jest umiejętność czytania diagramów każdego typu.