Pompa membranowa – budowa, zasada działania i zastosowanie

Najważniejsze informacje w skrócie:

• pompa membranowa wykorzystuje ruch membrany do zasysania i tłoczenia medium,
• w przemysłowych pompach pneumatycznych AODD najczęściej pracują dwie membrany połączone wspólnym trzpieniem,
• za właściwy kierunek przepływu cieczy odpowiadają zawory zwrotne,
• pompy mogą transportować wodę oraz – zależnie od wykonania – ciecze lepkie, agresywne chemicznie i zawierające cząstki stałe,
• możliwości urządzenia zależą m.in. od materiałów wykonania, konstrukcji zaworów, parametrów pracy i rodzaju napędu.

Pompy membranowe należą do pomp wyporowych, w których przepływ cieczy jest wymuszany przez cykliczny ruch elastycznej membrany. Taka konstrukcja pozwala oddzielić tłoczone medium od części napędowej i umożliwia pracę z cieczami o bardzo różnych właściwościach. Budowa pompy membranowej zależy od jej typu – urządzenia mogą wykorzystywać napęd pneumatyczny, mechaniczny lub elektryczny.

Z jakich elementów składa się pompa membranowa?

W przemysłowych pompach pneumatycznych AODD podstawowymi elementami są dwie komory cieczowe oddzielone od części pneumatycznej elastycznymi membranami. Membrany połączone są wspólnym trzpieniem, dlatego poruszają się w sposób zsynchronizowany – ruch jednej wymusza odpowiedni ruch drugiej. Ważną częścią konstrukcji są również zawory zwrotne znajdujące się po stronie ssawnej i tłocznej. W wielu modelach wykorzystuje się zawory kulowe współpracujące z gniazdami. Ich zadaniem jest sterowanie przepływem w odpowiedniej fazie cyklu, tak aby medium nie cofało się w instalacji. Warto przyjrzeć się także bliżej temu, jak działają pompy membranowe. Budowa urządzeń pneumatycznych obejmuje system dystrybucji powietrza, który naprzemiennie kieruje sprężone powietrze na membrany. Dzięki temu możliwe jest powtarzanie kolejnych cykli ssania i tłoczenia.

Jak działa pompa membranowa?

W pneumatycznej pompie dwumembranowej sprężone powietrze zostaje skierowane za jedną z membran. Jej przesunięcie powoduje zmniejszenie objętości komory cieczowej, a znajdujące się w niej medium zostaje wypchnięte przez otwarty zawór tłoczny. W tym samym czasie druga membrana przemieszcza się w przeciwnym kierunku. Objętość drugiej komory zwiększa się, co umożliwia zasysanie cieczy przez zawór wlotowy. Po zakończeniu suwu układ dystrybucji powietrza zmienia kierunek zasilania i obie membrany zamieniają się funkcjami. To właśnie naprzemienne napełnianie i opróżnianie komór wyjaśnia, jak działa pompa membranowa. Powtarzające się cykle umożliwiają transport medium od króćca ssawnego do tłocznego bez wykorzystania wirnika charakterystycznego dla pomp wirowych.

Na czym polega zasada działania pompy membranowej?

Najważniejszym zjawiskiem zachodzącym podczas pracy urządzenia jest zmiana objętości komory roboczej. Cofnięcie membrany zwiększa jej objętość i umożliwia napływ medium, natomiast przesunięcie membrany w przeciwnym kierunku powoduje jego wypieranie. Zawory zwrotne sprawiają, że ciecz przepływa tylko w określonym kierunku. Podczas ssania otwiera się droga dopływu medium, a droga tłoczna pozostaje zamknięta. Przy ruchu przeciwnym sytuacja się odwraca. Jak wygląda więc praca urządzenia w praktyce? Najpierw uruchamiana jest pompa membranowa. Zasada działania opiera się na współpracy membrany, komory roboczej i zaworów, a w konstrukcjach AODD również układu dystrybucji sprężonego powietrza. Dzięki powtarzaniu kolejnych cykli medium jest zasysane, a następnie kierowane do przewodu tłocznego.

Czym różnią się pompy membranowe ze względu na rodzaj napędu?

Nie każda pompa membranowa jest urządzeniem pneumatycznym. Ruch membrany może być wywoływany sprężonym powietrzem, ale również mechanicznie lub za pomocą napędu elektrycznego. Sposób napędzania wpływa na konstrukcję urządzenia, jego sterowanie oraz warunki, jakie trzeba zapewnić w miejscu pracy. Pompy AODD wymagają dostępu do instalacji sprężonego powietrza. W urządzeniach napędzanych elektrycznie energia z silnika jest natomiast przekształcana w ruch posuwisto-zwrotny membrany. Niezależnie od sposobu napędzania pomp membranowych zasada ich działania pozostaje oparta na cyklicznej zmianie objętości komory roboczej. Różni się przede wszystkim sposób wprawiania membrany w ruch i sterowania kolejnymi cyklami.

Jak wygląda budowa pompy membranowej do wody?

W urządzeniach przeznaczonych do transportu wody podstawowy mechanizm pracy pozostaje taki sam jak w innych pompach tego typu. Konstrukcja konkretnego modelu musi być jednak dostosowana do parametrów medium i wymagań instalacji. Budowa pompy membranowej do wody powinna uwzględniać m.in. wymagany przepływ i ciśnienie, temperaturę cieczy oraz ewentualną obecność zanieczyszczeń. Jeśli w wodzie znajduje się piasek, osad lub inne cząstki, trzeba sprawdzić ich dopuszczalną wielkość oraz odporność elementów mających kontakt z medium na zużycie. Dodatkowe wymagania pojawiają się w instalacjach przeznaczonych do kontaktu z wodą pitną. W takim przypadku należy zweryfikować materiały wykonania urządzenia oraz wymagane dla danego zastosowania atesty i dopuszczenia.

Jakie znaczenie ma rodzaj tłoczonego medium?

Jedną z charakterystycznych cech konstrukcji membranowej jest oddzielenie tłoczonej cieczy od mechanizmu napędowego. W części cieczowej nie występuje klasyczne uszczelnienie obracającego się wału, jakie można znaleźć w wielu konstrukcjach pomp wirowych. Nie oznacza to jednak, że jedno urządzenie może bez ograniczeń transportować każdą substancję. Innych rozwiązań wymaga woda, a innych ciecze agresywne chemicznie, lepkie czy zawierające cząstki stałe. Właśnie dlatego przed wyborem urządzenia trzeba określić, z jakim medium będzie pracowała pompa membranowa. Zastosowanie konkretnego modelu zależy m.in. od materiałów, z których wykonano korpus, membrany, kule i gniazda zaworów. Przy cieczach lepkich należy dodatkowo uwzględnić wpływ lepkości na osiągi pompy. Dla mediów zawierających ciała stałe istotna jest dopuszczalna wielkość cząstek, natomiast przy substancjach o podwyższonej temperaturze trzeba sprawdzić ograniczenia termiczne urządzenia.

Gdzie wykorzystuje się pompy membranowe?

Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie przede wszystkim w instalacjach, w których trzeba transportować medium o właściwościach utrudniających wykorzystanie innych technologii pompowania. Odpowiednio wykonane modele mogą pracować z cieczami lepkimi, chemikaliami, zawiesinami czy mediami zawierającymi cząstki stałe. Pompy membranowe, zastosowanie znajdują m.in. w przemyśle chemicznym, spożywczym i farmaceutycznym, gospodarce wodno-ściekowej, górnictwie oraz różnego rodzaju instalacjach procesowych. Mogą być wykorzystywane do opróżniania zbiorników, transferu medium pomiędzy etapami procesu, zasilania urządzeń technologicznych czy transportu cieczy produkcyjnych. Zakres możliwych zastosowań zawsze należy jednak odnosić do parametrów konkretnego modelu. Dwa urządzenia działające według podobnego mechanizmu mogą mieć zupełnie inną odporność materiałową, wydajność czy dopuszczalną wielkość transportowanych cząstek.

Jakie są zalety i ograniczenia pomp membranowych?

Do zalet konstrukcji membranowej należy przede wszystkim oddzielenie medium od części napędowej. W przypadku pomp pneumatycznych AODD istotna jest również zdolność samozasysania oraz możliwość transportowania – w granicach określonych dla konkretnego modelu – cieczy zawierających cząstki stałe. Taka konstrukcja ma jednak również swoje ograniczenia. Przepływ generowany przez pompę ma charakter pulsacyjny, co w niektórych instalacjach wymaga zastosowania tłumika pulsacji. Urządzenia pneumatyczne potrzebują ponadto odpowiednio przygotowanego źródła sprężonego powietrza. Analizując pompy membranowe, budowa urządzenia jest więc tylko jednym z elementów, które należy brać pod uwagę. Równie ważne są warunki zasilania, oczekiwany charakter przepływu oraz wymagania całej instalacji.

Pompa membranowa – co sprawdzić przed wyborem urządzenia?

Pierwszym krokiem jest określenie wymaganego przepływu i ciśnienia. Następnie należy sprawdzić właściwości medium: jego lepkość, temperaturę, skład chemiczny oraz obecność i wielkość cząstek stałych. Ważna jest również kompatybilność materiałowa. Korpus, membrany, kule i gniazda zaworowe powinny być odporne na transportowaną substancję. W przypadku pomp pneumatycznych trzeba dodatkowo sprawdzić wymagane parametry instalacji sprężonego powietrza.

Znajomość tego, jak działa pompa membranowa, pomaga właściwie ocenić wymagania urządzenia i jego miejsce w całym układzie. Przy wyborze konkretnego modelu należy korzystać z charakterystyk producenta dla rzeczywistych warunków pracy, ponieważ na osiągi mogą wpływać m.in. lepkość medium, wysokość ssania oraz opory instalacji.

FAQ