Всі виробники композитів стикаються із завданням перекачування або подачі смол з бочок і контейнерів, необхідності подачі смол до обладнання для забезпечення сталості потоку, використовують обладнання для напилення склопластику і гелькоута, працюють за технологією RTM із застосуванням інжекційного обладнання та вакуумних насосів, використовують вакуумні міксери і вакуумні камери для виготовлення штучного каменю, ливарні машини безперервного дії, автоклавного формування. У всіх цих додатках знаходять застосування насоси, тип і конструкція яких залежать від призначення і розв'язуваної задачі.
Зараз на ринку представлено багато різних типів насосів, призначених для перекачування різних рідин, паст, сипучих матеріалів, створення розрідження і вакууму. Ми поговоримо про декілька типів, які найбільш часто застосовуються в композитної промисловості.
Перекачування і ПОДАННЯ СМОЛ, напилення і інжекції
ПОРШНЕВІ НАСОСИ ДВОСТОРОННЬОГО ДІЇ
Поршневі насоси зазвичай використовуються для перекачування і подачі різних рідин з бочок (бочкові насоси) і при виробництві обладнання для напилення лаків, фарб, гелькоута й склопластику, напилення та заливки двокомпонентних полімерів, шпаклівок, в інжекційних установках для технології RTM.
Насос поршневого типу складається з рідинної секції та пневматичного приводу. Його принцип роботи заснований на витіснення рідини твердим тілом. Рідинна секція насоса являє собою циліндр з дзеркальними внутрішніми стінками, в якому здійснює зворотно-поступальні рухи шток з поршнем, що приводиться в дію приводом. Поршень розділяє рідинну секцію на дві камери із змінним обсягом - нижню вхідну, і верхню випускну.
Нижній кінець циліндра є впускним колектором і забезпечений впускним клапаном, який зазвичай є кулька, що сидить на спеціальному сідлі з отвором. Шток поршня насоса являє собою суцільнометалевий циліндр меншого діаметру, з порожнистим поршнем в нижній частині, в якому встановлений випускний клапан, який представляє собою кульку невеликого розміру, що сидить в сідлі з отвором, щоповідомляється з нижньою камерою. На поршні встановлено ущільнення з циліндром, що перешкоджає протіканню рідини з нижньої камери в верхню. У верхній частині циліндра рідинної секції розташований випускний колектор. Такі поршневі насоси називаються насосами двостороннього дії, так як вони забезпечують перекачування рідини при кожному зворотно-поступальному русі поршня.
Привід насоса являє собою пневматичний циліндр двосторонньої дії. Шток циліндра з'єднаний зі штоком поршня насоса. Подається в циліндр повітря створює тиск на поршень циліндра, який передає його на поршень насоса.
Для поршневих насосів існує така характеристика як передавальне співвідношення. Наприклад, вказане на насосі передавальне співвідношення 11: 1 означає, що на кожен 1 бар тиску повітря, поданого в привід насоса, буде згенеровано тиск в 11 бар в рідинної секції насоса. Фізично, передавальне співвідношення - це відношення площі перетину пневматичного циліндра і площі перетину рідинної насосної секції.
При такті всмоктування, коли поршень насоса рухається вгору, в нижній камері створюється розрідження, а у верхній надлишковий тиск. Шарик випускного клапана поршня опускається в сідло (клапан закривається), і рідина з верхньої камери тече в випускний колектор, що витісняється штоком поршня за рахунок зменшення обсягу верхньої камери. Одночасно кулька впускного клапана нижньої камери піднімається над сідлом (клапан відкривається), пропускаючи в нижню камеру рідина з впускного колектора, при цьому обсяг нижньої камери збільшується.
При такті перекачування, коли поршень насоса йде вниз, в нижній камері створюється надлишковий тиск за рахунок зменшення її об'єму, впускний клапан закривається (кулька сідає назад в сідло), а випускний клапан поршня відкривається (кулька піднімається над сідлом), даючи рідини можливість перетікати їх нижньої камери в верхню. Так як обсяг нижньої камери істотно більше, ніж обсяг верхньої камери, при русі поршня вниз у верхній камері створюється надлишок рідини, через що вона починає витікати в випускний колектор.
Таким чином забезпечується сталість перекачування рідини як при русі поршня насоса вгору, так і при русі вниз.
Переваги і недоліки
Перевага поршневих насосів - простота конструкції і можливість генерувати великі тиску. Це досягається установкою повітряного циліндра більшого діаметру, або насосної секції меншого діаметру, що дозволяє змінювати співвідношення їх перетинів, і як наслідок, тиск в насосної секції. Інша важлива перевага поршневих насосів - завдяки своїй конструкції вони автоматично зупиняються при досягненні робочого тиску. Тобто не потрібні спускні клапани, поліпшується безпеку роботи.
Деяким недоліком роботи поршневого насоса є падіння тиск при зміні руху поршня в крайніх точках. Через це в потоці виникають пульсації. Для того, щоб їх не було, поршневі насоси можуть забезпечуватися спеціальними компенсують ємностями, куди спочатку відбувається закачування рідини під тиском, а при зміні напрямку руху поршня рідина витікає з компенсує ємності, зрівнюючи тиск і знімаючи пульсації.
Основним недоліком поршневих насосів є необхідність періодичної заміни елементів ущільнювачів, неможливість перекачувати високонаповнені рідини або речовини з твердими включеннями, велика довжина, необхідність вертикального розташування. Це пов'язано з конструкцією впускного і випускного клапанів насоса, їх різними розмірами (випускний клапан істотно менше впускного клапана) та наявності ущільнення між поршнем і циліндром.
Наприклад, при суттєвому відхиленні положення насоса від вертикалі, кульки клапанів випадають зі своїх сідел, і клапани переходять в положення постійно відкритих. При перекачуванні рідин, що містять наповнювачі або тверді включення, допустимий розмір включень визначається діаметром отвору випускного клапана, яке невелика. Крім того, при перекачуванні наповнених субстанцій відбувається абразивний знос кульок і сідел клапанів, налипання на них наповнювача, знос і пошкодження стінок циліндра насоса і ущільнення поршня. В результаті погіршується прилягання кульок до сідел, циліндр покривається мікроскопічними канавками і подряпинами, зношується ущільнення. Як наслідок, насос починає «протікати»: на такті всмоктування випускний клапан поршня знаходиться в напіввідкритому положенні замість закритого, поршневе ущільнення нещільно прилягає до стінки циліндра, і рідина з верхньої камери перетікає в нижню через випускний клапан і зазори між ущільненням поршня і циліндра; на такті випуску впускний клапан знаходиться в напіввідкритому положенні і рідина тече назад у впускний колектор з нижньої камери, і з верхньої камери в нижню через зазори між ущільненням поршня і циліндра. Це призводить до погіршення швидкості перекачування насоса, падіння тиску. В цьому випадку необхідно розбирати насос, чистити клапани, міняти зношені деталі, шліфувати внутрішню поверхню циліндра насоса з метою видалення мікроскопічних подряпин, залишених частинками наповнювача.
Насоси цього типу в основному використовуються для перекачування рідин з бочок, контейнерів та ємностей, подачі рідин на відстані.
Мембранний насос складається з двох розташованих поруч рідинних камер 1 і 2, розділених товстої перегородкою, в якій розташований привід насоса і шток, що сполучає мембрани. Кожна камера постачена впускним і випускним клапаном сідельного типу (кульку і сідло). Впускні клапани камер з'єднані із загальним впускним колектором, випускні клапани з'єднані із загальним випускним колектором.
У кожній камері встановлена гнучка мембрана, зазвичай круглого перетину. Центри мембран з'єднані між собою за допомогою штока, що проходить через перегородку камер. Краї мембран жорстко закріплені на стінках перегородки. Завдяки цьому, при зворотно-поступальному русі штока, центр однієї мембрани висувається в рідинну камеру, зменшуючи її обсяг, а центр інший мембрани одночасно притискається до стінки перегородки, збільшуючи обсяг другої рідинної камери. У мембранних насосах використовується принцип витіснення рідини або створення розрідження шляхом збільшення і зменшення обсягу камер за рахунок зворотно-поступального руху гнучких мембран.
В якості приводу в мембранних насосах використовуються пневматичні клапани, які по черзі подають повітря в повітряні камери А і В. Це забезпечує безпеку роботи і граничну простоту конструкції за рахунок відсутності рухомих частин.
На першому такті роботи насоса привід подає повітря в повітряну камеру А між першою мембраною і перегородкою. За рахунок цього перша мембрана виштовхується в камеру 1, що призводить до зменшення обсягу камери і створює надлишковий тиск в ній. При цьому впускний клапан в першій камері закривається (кулька опускається в сідло), а випускний відкривається (кулька піднімається над сідлом), дозволяючи рідини перетекти з камери в випускний колектор. Одночасно друга мембрана притискається до перегородки, збільшуючи обсяг камери 2 і створюючи в камері розрідження. Впускний клапан другої камери відкривається, дозволяючи рідини з впускного колектора заповнити другу камеру.
На другому такті роботи насоса привід подає повітря в повітряну камеру В між другою мембраною і перегородкою. При цьому перша мембрана втягується притискається до перегородки, збільшуючи обсяг камери 1, впускний клапан камери відкривається, випускний клапан закривається, дозволяючи рідини перетікати з впускного колектора в першу камеру. Одночасно друга мембрана виштовхується з поданими через привід повітрям в камеру 2, зменшуючи її обсяг, в камері створюється надлишковий тиск, впускний клапан закривається, а випускний клапан другої камери відкривається, дозволяючи рідини текти в випускний колектор.
Таким чином на кожному такті роботи насоса забезпечується перекачування рідини і її постійний потік.
Переваги і недоліки
Перевага мембранних насосів - невеликі габарити, забезпечення сталості потоку рідини, відсутність негативних наслідків при замиканні випускного колектора або клапанів (насос автоматично зупиняється), відсутність необхідності використання перепускних клапанів, можливість перекачування широкого спектра рідин і середовищ, можливість перекачування високонаповнених рідин, або рідин, що містять тверді включення великих фракцій. Такі можливості з'явилися завдяки використанню впускних і випускних клапанів однакового розміру, на відміну від поршневих насосів, де випускний клапан істотно менше впускного клапана.
До недоліків мембранних насосів можна віднести неможливість отримання високих тисків, що не дозволяє використовувати їх при виготовленні розпилювального обладнання. Мембранні насоси працюють з передавальним співвідношенням 1: 1, тобто тиск рідини дорівнює тиску повітря, поданого в насос і надходить в порожнині між мембранами і перегородкою. Крім того, мембранним насосам притаманні, хоча і в меншій мірі, недоліки поршневих насосів, пов'язані з абразивним зносом і необхідністю чищення впускних і випускних клапанів при перекачуванні наповнених або абразівосодержащіх рідин, а також необхідність роботи в вертикальному положенні.
ГВИНТОВІ Бочкові насоси
Застосування насосів цього типу обмежена перекачуванням і наливом рідин з бочок, ємностей і контейнерів.
Гвинтовий насос має, мабуть, найпростішу конструкцію з усіх бочкових насосів. Він складається з рідинної секції і обертального приводу. Рідинна секція являє собою циліндр зі сталі або жорсткого пластика, усередині якого розташований довгий вал, на кінці якого закріплений гвинт. Нижній кінець циліндра, де розташований гвинт, є впускним колектором, а в верхньому кінці циліндра розташований випускний колектор. Привід насоса відділений від рідинної секції через ущільнювальний елемент вала. В якості приводів використовуються електричні і пневматичні двигуни.
Пневматичний бочковий гвинтовий насос