Membránové vývěvy, použití membránových vývěv |

Membránová čerpadla jsou reprezentována objemovými čerpacími zařízeními. V těchto zařízeních jsou funkční úkoly pístového mechanismu přiřazeny membránové desce s pružnou strukturou. Membránová složka je upevněna na okrajích a ohýbá se vlivem proměnných tlaků média a také mechanických pák.

Při ohýbání membránových deskových prvků zahrnuje jednostranná metoda proces vtahování kapalné hmoty a oboustranná metoda zahrnuje čerpání. Provoz zařízení, jako jsou membránová čerpadla, se provádí pomocí hydraulického, pneumatického a mechanického pohonu.

Rozsah použití membránového čerpadla je velmi široký. Membránová čerpadla se používají při výrobě papírenských výrobků, v pracovních operacích stavebních procesů, v činnostech těžebních podniků, v oblasti pohybu práškových suchých hmot, při zpracování odpadů, při výrobě výrobků z keramických materiálů, v dopravní a opravárenské výrobě, v plynárenských společnostech, v ropných komplexech, v oblasti výroby kapalných pigmentových složek, v chemickém a petrochemickém průmyslu, farmaceutickém průmyslu a při výrobě potravin.

Zařízení membránových čerpadel

Membránová čerpadla mají pevné komorové části, které jsou umístěny na každé straně zařízení. Během pohybu je kapalná hmota směrována do průtokové komory. Ta se nachází v meziprostoru, který se nachází mezi povrchem membránového prvku a základnou pouzdra čerpacího zařízení.

Uvnitř membránového prvku se nachází vzduchová komora. Stlačený vzduch se pohybuje z rozdělovače vzduchové jednotky do této komorové sekce. Přitom je vyloučen kontakt mezi proudovou sekcí čerpacího zařízení a vzduchem naplněnými sekcemi komory. Jsou odděleny membránou.

Princip činnosti membránových čerpadel

Z pneumatického mechanismu membránového čerpadla vstupuje stlačený vzduch do vzduchové komory. Současně se dotýká vnitřního povrchu membrány, čímž usnadňuje její pohyb vzhledem k tělesu. V důsledku tohoto procesu je čerpaná kapalina vytlačována ve směru tlakového potrubí. Díky spojení membrán pístnicí jedna membrána současně vytlačuje kapalinu a druhá membrána vytváří podtlak v protější komoře, který je vtahován pístnicí a nasává čerpanou kapalinu.

Na konci každého zdvihu se mechanismus distribuce vzduchu automaticky přepne a stlačený vzduch je přiváděn do další vzduchové komory. Tento proces se periodicky opakuje.

Během sání a tlaku fungují ventily membránového čerpadla jako zpětné ventily, čímž zabraňují toku čerpaného produktu z tlakového potrubí do sacího potrubí. Díky dvojitým odbočným trubkám je průtoková část oddělena. V tomto případě se každá kapalina destiluje samostatně se stejnou produktivitou.

Výhody membránových čerpadel

Konstrukce membránových čerpadel je poměrně jednoduchá a spolehlivá. Tento mechanismus není vybaven převodovkou, motorem ani rotujícími částmi. Membránové čerpadlo je poháněno energií stlačeného vzduchu. Membránová čerpadla se vyznačují svou bezpečností díky absenci jisker. Díky tomu se tato čerpadla široce používají při práci s hořlavými a zápalnými kapalinami.

Tento typ čerpadel eliminuje netěsnosti a opotřebení hlavních částí díky absenci ložisek a těsnění. Změnou množství přiváděného vzduchu se provádí snadné nastavení produktivity. Membránová čerpadla nevyžadují údržbu mechanismů a jejich mazání.

Membránová čerpadla nepoužívají olej a jsou vyrobena z chemicky odolných materiálů. Faktory omezující jejich použití jsou nedostatečná rychlost akce a vytvoření konečného zbytkového tlaku pod 0,1 mm Hg. Sériovým zapojením membránových čerpadel s pomocnými čerpadly je možné kombinovat výhody obou typů čerpacích zařízení a získat tak vakuové systémy se zvýšenou chemickou odolností, nízkým konečným zbytkovým tlakem, vysokou čerpací rychlostí a nízkým obsahem uhlovodíků. Konvenční suchá vakuová čerpadla, která vytvářejí vysoké a nízké vakuum, často vyžadují další drahé komponenty k překonání specifických problémů: komprese plynů na atmosférický tlak a dosažení konečného zbytkového tlaku pod 0,1 mm Hg při použití jednoho typu čerpadla.

Membránová čerpadla poskytují uspokojivý výkon v rozsahu nízkého vakua v korozivním i čistém prostředí. V závislosti na skutečných požadavcích lze membránová čerpadla kombinovat s dvourotorovými čerpadly pro vytvoření vysokého vakua, turbomolekulárních čerpadel nebo kryogenních čerpadel pro dosažení vysokého nebo ultravysokého vakua.

Obr. 7. Výkonové charakteristiky sériově zapojených kombinací čerpadel: 1 — rotační a membránové čerpadlo (100 l/min); 2 — Rootsovo čerpadlo (170 l/min) a membránové čerpadlo (33 l/min); 3 — Rootsovo čerpadlo (500 l/min) a membránové čerpadlo (100 l/min) s maximálním zbytkovým tlakem 0,5 mm Hg.

Výkon rotačních čerpadel s olejovým těsněním je omezen při čerpání kondenzovatelných nebo korozivních par. Tato inherentní omezení těchto čerpadel lze překonat kombinací rotačního a membránového čerpadla. Membránové čerpadlo čerpá z atmosférického tlaku, zatímco rotační čerpadlo s olejovým těsněním čerpá pouze ze vstupního tlaku membránového čerpadla, obvykle 12 mm Hg. Rychlost působení a konečný tlak této kombinace jsou určeny výkonovými charakteristikami rotačního čerpadla (obr. 7). Požadavky na podtlak membránového čerpadla jsou složitou záležitostí založenou na rosném bodu a tlaku par typických čerpaných rozpouštědel.

Téměř ve všech případech lze pro typické chemikálie (viz tabulka 1) specifikovat maximální vstupní tlak, při kterém nedochází ke kondenzaci uvnitř olejově utěsněného čerpadla. Kromě toho kontinuální čištění olejových par destilací výrazně zkracuje intervaly výměny oleje a tím i náklady na údržbu. Snížení parciálního tlaku kyslíku v olejové nádrži snižuje korozi.

Tabulka 1. Tlak par typických rozpouštědel při nejnižších teplotách (45 °C) a nejvyšším vstupním tlaku, při kterém nedochází ke kondenzaci, při čerpání hybridním čerpadlem (rotačním/membránovým) s olejovým těsněním

Podobné argumenty platí i pro kombinaci Rootsových a membránových vývěv, u kterých je výstup Rootsova vývěvy připojen ke vstupu do membránového vývěvy. Výhoda absence oleje v pracovním objemu umožňuje použití těchto typů čerpacích jednotek nejen v chemických laboratořích, ale i tam, kde je vyžadována čistota vakua. Pro Rootsovo vývěvu není nutné žádné chlazení plynu ani další zdroje a všechny výhody membránového vývěvy, jako je vysoká rychlost chodu a bezolejové vakuum, zůstávají zachovány. Čtyřstupňové membránové vývěvy s konečným zbytkovým tlakem 0,5 mm Hg v každém stupni umožňují dosáhnout celkového zbytkového tlaku cca 5 * 10-2 mm Hg s výslednými charakteristikami znázorněnými na obr. 7. Čerpací jednotku lze použít jako relativně levnou předvakuovou jednotku pro konvenční turbomolekulární vývěvy. V případě kombinovaného uspořádání s Rootsovými vývěvami a membránovými vývěvami bylo pozorováno významné snížení obsahu uhlovodíků ve zbytkovém plynu konvenčního turbomolekulárního vývěvy ve srovnání s kombinací turbomolekulárního vývěvy a rotačního lamelového vývěvy s olejovým těsněním. Turbomolekulární čerpadlo bylo vybaveno horním ložiskem s permanentním magnetem a spodním olejovým těsněním na polštáři. Spektrogramy (obr. 8) zbytkových plynů byly získány pomocí kvadrupólového hmotnostního analyzátoru.

Podobných výsledků lze dosáhnout s hybridními nebo komplexními širokopásmovými turbomolekulárními vývěvami s magnetickými ložisky. Tyto kombinace umožňují dosáhnout zcela bezolejového vakua.

Obr. 8. Analýza zbytkového plynu s využitím čerpací sestavy sestávající z turbomolekulární pumpy s membránovou/Rootsovou pumpou a rotační pumpy jako záložního čerpadla. V obou případech nebyl obsah uhlovodíků zohledněn.

Byly provedeny úspěšné testy membránového čerpadla jako předvakuového čerpadla pro kryogenní čerpadlo. Membránové čerpadlo lze použít k vytvoření předběžného vakua před spuštěním kryogenních čerpadel a také k rychlé regeneraci.