Основы гидравлики





Диафрагменные и мембранные насосы



Одним из распространенных типов объемных насосов является диафрагменный (диафрагмовый, мембранный), принцип действия которого основан на изменении рабочего объема камеры насоса воздействием на гибкую перегородку - мембрану (диафрагму).
диафрагменные и мембранные насосы Мембрана таких насосов может быть выполнена из тонкой металлической пластинки, обладающей достаточной упругостью, или из неметаллических упругих материалов (резина, прорезиненная ткань, кожа, полимеры и т. п.). При этом термин диафрагменные насосы обычно применяют для насосов, имеющих неметаллическую гибкую мембрану (диафрагму), а мембранные насосы - для насосов с металлической мембраной в виде тонкой и упругой пластины. Принцип действия у мембранных и диафрагменных насосов одинаковый.

Края мембраны жестко и герметично закреплены в стенках рабочей камеры насоса, поэтому сама мембрана образует одну из таких стенок, обладающую гибкостью и упругостью. Посредством рычажного механизма на мембрану оказывается давление, она прогибается, уменьшая объем камеры насоса, при этом жидкость, заключенная в камере под давлением вытесняется в нагнетательную магистраль через систему выпускных клапанов. При обратном ходе диафрагмы (мембраны) жидкость засасывается в рабочую камеру из питающей магистрали через впускные клапана.
Рабочий и холостой (всасывающий) циклы насоса могут осуществляться только воздействием рычажного механизма, либо один из циклов совершается при помощи пружины, получающей энергию во время воздействия рычажного механизма.

Подача диафрагменных насосов зависит от объема рабочей камеры (т. е. от габаритов насоса), количества циклов воздействия на диафрагму в единицу времени, и у выпускаемых в настоящее время промышленностью насосов составляет от 1 до 150 м3 при напорах до 2000 м.

При расчете производительности (или теоретической подачи) диафрагменных насосов определяется изменение объема ΔV рабочей плости (камеры) из-за перемещения диафрагмы (мембраны) во время рабочего цикла, после чего изменение объема умножается на количество рабочих циклов k в единицу времени:

Qm = ΔV×k      3/с).

Преимущества диафрагменных насосов:

  • Простота и надежность конструкции, отсутствие вращающихся деталей и подшипников;
  • Минимальный риск искрообразования при работе, что делает его удобным для перекачки легковоспламеняющихся жидкостей и газов;
  • Компактность и малый вес при высоких рабочих характеристиках;
  • Высокая универсальность – возможность работы в различных жидких и газообразных средах, в т. ч. с вязкими и загрязненными жидкостями;
  • Хорошее уплотнение рабочей камеры, снижающее вероятность утечки жидкости;
  • Для работы насоса не требуется смазка деталей;
  • Достаточно высокое давление на выходе;
  • Относительно большая высота самовсасывания (до 5 метров);
  • Работа без жидкости (всухую) не наносит вреда деталям насоса.

Недостатки диафрагменных насосов:

  • Мембрана (диафрагма) при работе значительно изгибается, изнашивается, что может привести к выходу ее из строя;
  • Слабым местом в конструкции диафрагменного насоса является необходимость использования клапанов, которые могут выйти из строя при загрязнении (залипание клапанов) или износе;
  • Насосы данного типа не применимы для работы в гидросистемах с высоким давлением;
  • Диафрагменные и мембранные насосы отличаются особенно высокой неравномерностью подачи среди других типов объемных насосов (шестеренных, лопастных, роторных).

***

Область применения диафрагменных насосов

Сфера применения диафрагменных (мембранных) насосов является весьма обширной.
В автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной технике они получили наибольшее применение в качестве насосов системы питания карбюраторных двигателей. Кроме того, диафрагменные насосы используют в строительстве, в деятельности горных предприятий, в сфере перемещения порошковых сухих масс, в обработке отходов, в изготовлении продукции из керамических материалов, на транспортно-ремонтном производстве, в газодобывающих компаниях, на нефтяных комплексах, в химической и нефтехимической отраслях, фармацевтике, в пищевой промышленности и т. д.

Устройство и принцип работы диафрагменного насоса рассмотрим на примере насоса системы питания карбюраторного автомобильного двигателя ВАЗ.

***



Устройство и принцип работы диафрагменного насоса

Топливный насос, применяющийся в карбюраторной системе питания автомобилей ВАЗ, имеет конструкцию диафрагменного типа с механическим приводом через эксцентрик от вала привода масляного насоса. Для принудительной подкачки топлива на неработающем двигателе насос оборудован рычагом 20 ручной подкачки топлива.
Подача насоса составляет не менее 60 л/ч при частоте качаний 2000 циклов в минуту. Давление, развиваемое насосом, 20-30 кПа.

принцип работы топливного диафрагменного насоса

Насос состоит из нижнего корпуса 2 с рычагами привода, верхнего корпуса 7 с клапанами и патрубками, диафрагменного узла и крышки 10 насоса. Диафрагменный узел имеет три диафрагмы: две верхние 16 - рабочие для подачи топлива, нижнюю 18 - предохранительную. Диафрагма 18 предотвращает попадание топлива в картер при повреждении рабочих диафрагм.

Между рабочими и предохранительной диафрагмами установлены дистанционные наружная 17 и внутренняя 15 прокладки. Наружная прокладка 17 имеет отверстие для выхода топлива наружу при повреждениях рабочих диафрагм. Диафрагмы с тарелками и внутренней дистанционной прокладкой 15 установлены на шток 19 и закреплены сверху гайкой.

Диафрагменный узел установлен между верхним и нижним корпусами насоса. Под диафрагменный узел насоса на шток установлена сжатая пружина. Шток 19 Т-образным хвостовиком вставлен в прорезь балансира 3, которая позволяет заменить диафрагменный узел, не снимая насос с двигателя.

В нижнем корпусе 2 на оси 4 установлены рычаг 21 механической подачи топлива и балансир 3. Также в нижнем корпусе на оси с кулачком 28 установлен рычаг 20 ручной подкачки топлива с возвратной пружиной 1.

В верхнем корпусе 7 насоса установлены впускной 13 и нагнетательный 6 клапаны, поджатые пружинами к седлам 5 и 12. Сверху к корпусу центральным болтом прикреплена крышка 10. Между крышкой и корпусом установлен пластмассовый сетчатый фильтр 8.

принцип работы топливного насоса ВАЗ

В верхний корпус насоса запрессованы впускной 11 и нагнетательный 9 патрубки.

Привод топливного насоса осуществляется от эксцентрика 24 вала привода масляного насоса и распределителя зажигания через толкатель 22.

При работе двигателя эксцентрик 24 через толкатель 22 действует на рычаг 21 и поворачивает балансир 3, который оттягивает шток 19 вместе с диафрагмами насоса вниз. При этом над диафрагмами создается разрежение, в результате которого топливо через впускной клапан 13 заполняет рабочую полость над диафрагмами.
При сбеге эксцентрика с толкателя освобождается рычаг 21, балансир 3 и шток с диафрагмами. Диафрагмы под действием сжатой пружины создают давление топлива в рабочей полости, закрывается впускной клапан и топливо через нагнетательный клапан 6 подается в поплавковую камеру карбюратора, и далее – из карбюратора во впускной газопровод и цилиндры двигателя.

При небольшом расходе топлива диафрагмы осуществляют неполный ход, при этом ход рычага 21 частично будет холостым.

При ручной подкачке топлива нажимают на рычаг 20, кулачок 28 действует на балансир 3 и оттягивает шток с диафрагмами. Происходит впуск топлива в рабочую полость. При отпускании рычаг 20 и кулачок 28 под действием пружины 1 возвращаются в исходное положение, и диафрагмы выталкивают топливо в поплавковую камеру карбюратора.

***

Струйные насосы