دیافراگم ها یکی از مهم ترین عناصر پمپ دیافراگمی دوگانه با هوا هستند. آنها سمت خیس شده (سمت مایع) پمپ را از قسمت خیس نشده (سمت هوا) جدا می کنند. هر گونه خرابی و پارگی دیافراگم ممکن است منجر به ورود مایع به قسمت خیس نشده پمپ شود. این ممکن است عواقب جدی ایجاد کند – تخریب کل قسمت خیس نشده پمپ، تخریب موتور هوا، آلودگی محصولات، خطر سلامتی برای کارگران، آلودگی محیط کار، خطر آتش سوزی یا انفجار.
بنابراین، فرآیند انتخاب دیافراگم برای عملکرد پمپ بدون مشکل حیاتی است. دانش در مورد سیال (نام شیمیایی، فرمول یا نام تجاری، غلظت، ویسکوزیته، دما، وزن مخصوص، محتوای مواد ساینده، حداکثر اندازه جامدات) برای اجرای صحیح این فرآیند ضروری است. ده فاکتور مهم برای انتخاب دیافراگم برای پمپ دیافراگمی با هوا وجود دارد.
10 عاملی که هنگام انتخاب دیافراگم باید در نظر گرفت:
- مقاومت شیمیایی در برابر سیال پمپ شده برای غلظت و دمای خاص.
- مقاومت شیمیایی و دما در برابر سیالات مورد استفاده در فرآیند تمیز کردن پمپ.
- در محدوده دمایی معین شرایط کار واقعی دیافراگم نباید فراتر از حد دمایی باشد که سازنده دیافراگم ارائه می دهد.
- مقاومت در برابر ذرات ساینده در سیال. مقاومت سایشی دیافراگم های لاستیکی و ترموپلاستیک به طور قابل توجهی متفاوت است.
- نباید از حد مجاز فشار ورودی تجاوز کند. به طور معمول، دیافراگم های PTFE می توانند در دمای اتاق حداکثر 0.6 بار فشار ورودی مثبت را تحمل کنند (سر مکش مثبت خالص – NPSH). دیافراگم های لاستیکی معمولاً می توانند تا 2.75 بار را تحمل کنند.
- با در نظر گرفتن طول عمر آنها (تخمین زده شده، حداکثر تعداد چرخه ها).
- قابلیت مکش متفاوت به طور کلی، مواد دیافراگمی لاستیکی در مکش کارآمدتر از ترموپلاستیک ها، به ویژه PTFE هستند.
- رسانایی مواد دیافراگم. پمپ های AODD دارای گواهینامه ATEX به دیافراگمی نیاز دارند که بتواند بار الکتریکی را حمل کند.
- استانداردهای بهداشتی. بسیاری از برنامه های کاربردی در صنایع غذایی، لبنیات، نوشیدنی، داروسازی و همچنین صنایع آرایشی و بهداشتی باید از دیافراگم هایی استفاده کنند که مطابق با استانداردهای بهداشتی 3A یا دستورالعمل های EHEDG باشد.
- هزینه ها هزینه خرید اولیه دیافراگم و هزینه مالکیت.
مقاومت شیمیایی
گروه های اصلی دیافراگم ها:
- دیافراگم های لاستیکی
- دیافراگم های ترموپلاستیک
- دیافراگم های دو تکه
سازگاری مواد شیمیایی باید همیشه در راهنمای مقاومت شیمیایی بررسی شود.
ترکیبات لاستیکی
Neoprene™ (CR)
نئوپرن اولین محصول موفق لاستیک مصنوعی است که تا به حال ساخته شده است. نام تجاری پلی کلروپرن است که در سال 1930 توسط شرکت آمریکایی DuPont اختراع شد.
Neoprene™ را می توان به عنوان یک لاستیک همه منظوره در کاربردهای شیمیایی غیر تهاجمی استفاده کرد. عمر انعطاف پذیری و مقاومت سایشی خوبی دارد. Neoprene™ در برابر تخریب خورشید، ازن و آب و هوا مقاومت می کند و در تماس با روغن ها عملکرد خوبی دارد.
در برابر: استرها، کتون ها، استون، اسیدهای اکسید کننده قوی مقاوم نیست. هیدروکربن های خاصی می توانند آن را فرسایش دهند. علاوه بر این، Neoprene™ می تواند آب را در طول زمان جذب کند.
نسخه های انطباق استاندارد بهداشتی دیافراگم Neoprene™ نیز موجود است.
سلام N (NBR)
لاستیک نیتریل NBR به طور ویژه برای جلوگیری از حمله روغن فرموله شده است، به این معنی که خواص مکانیکی آن حتی در تماس مستقیم با روغن و گریس دست نخورده باقی می ماند.
Buna مقاومت بسیار خوبی در برابر روغن های مبتنی بر نفت، سوخت، آب، الکل ها، گریس های سیلیکونی، روان کننده ها، مایعات هیدرولیک، نفت سفید، سقز و روغن موتور نشان می دهد.
لاستیک قطبی بودن به این معنی است که برای استفاده با مواد شیمیایی خشن، اسیدها، مایعات قطبی مانند کتون ها، اترها، آمین ها و کتون ها، هیدروکربن های هالوژنه، هیدروکربن های کلردار و مایعات ترمز خودکار / هواپیما توصیه نمی شود. Buna عمر انعطاف پذیری متوسط و مقاومت سایشی متوسطی را ارائه می دهد.
نسخه های مطابق با استانداردهای بهداشتی دیافراگم Buna نیز موجود است.
Viton® (FKM)
Viton® علامت تجاری ثبت شده DuPont Performance Elastomer است که به نام عمومی همه پلیمرها و ترکیبات لاستیکی FKM تبدیل شده است.
Viton® مقاومت بسیار خوبی در برابر دماهای بالا، ازن، اکسیژن، روغن معدنی، سوخت، سیالات هیدرولیک، بسیاری از حلال ها، مواد معطر، یا هیدروکربن ها و اسیدهای کلردار دارد.
Viton® برای قرار گرفتن در معرض کتون ها، آمین ها، استرها و اترها با وزن مولکولی کم، هیدروکربن های نیترو، هیدروفلوئوریک داغ یا اسید کلروسولفونیک توصیه نمی شود.
Viton® دارای نفوذپذیری گاز کم، مجموعه فشرده سازی کم و خواص مکانیکی خوب است. با این حال، دمای پایین بر انعطاف پذیری آنها تأثیر منفی می گذارد.
Nordel® (EPDM)
Nordel® یک لاستیک هیدروکربنی سنتز محصول شرکت داو کیمیکال است.
EPDM در برابر آب و بخار، قلیایی، اسیدهای ملایم و حلال های اکسیژن دار، ازن و نور خورشید مقاوم است. مقاومت خوبی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی خورنده دارد – می تواند در برابر اثر مایعات ترمز و دیگر مایعات هیدرولیک مبتنی بر استر فسفات مقاومت کند. عملکرد EPDM در آب گرم و بخار پرفشار بهتر از گرمای خشک است. EPDM ذاتاً در برابر حمله اکسیژن مقاوم است و UV EPDM مقاومت بسیار خوبی در برابر دماهای بسیار پایین دارد. محدوده دمای معمولی: -40 درجه سانتیگراد تا +100 درجه سانتیگراد برای ترکیبات استاندارد.
دیافراگم های EPDM نباید در ارتباط با موادی مانند روغن های معدنی و گیاهی، چربی های گیاهی و حیوانی، کربوهیدرات های معطر یا آلیفاتیک، بنزین، روغن نفتی و گریس، حلال های هالوژنه یا اسیدهای غلیظ استفاده شوند، زیرا این مواد به ساختار دیافراگم آسیب می رسانند و می تواند منجر به پارگی زودرس دیافراگم شود.
نسخه های مطابق با استانداردهای بهداشتی دیافراگم Buna نیز موجود است.
ترکیبات ترموپلاستیک
Santoprene® (TPO)
Santoprene® یک لاستیک گرمانرم با کارایی بالا است که توسط ExxonMobil Chemical تولید می شود. این برای ارائه مقاومت شیمیایی در برابر طیف گسترده ای از حلال ها و مواد شیمیایی طراحی شده است.
Santoprene® بازیابی الاستیک را فراهم می کند و دارای خواص مقاومت در برابر دما است. در حلال های معمولی به راحتی حل نمی شود، اما در حلال های معطر و حلال های آلی هالوژنه متورم می شود. مایعات قطبی بالا مانند الکل ها، کتون ها، گلیکول ها، استرها و محلول های آبی اسیدها، نمک ها و بازها تأثیر کمی بر Santoprene® دارند.
Santoprene® برای موارد زیر توصیه نمی شود: بنزن، تتراکلرید کربن، کلروبنزن، کلروفرم، سیکلوهگزان، اتیل کلرید، فریون، بنزین، بدون سرب، نفت سفید، تری کلرواتیلن، لاک، نفتا، اسید نیتریک-70٪، پرکلرواتیلن، تولولن.
دارای طول عمر بسیار عالی، دوام خوب و انعطاف پذیری در برابر سایش است.
Hytrel® (TPEE)
Hytrel® علامت تجاری ثبت شده DuPont برای خانواده الاستومرهای ترموپلاستیک مهندسی با کارایی بالا است.
دارای چقرمگی و انعطاف پذیری استثنایی، مقاومت بالا در برابر خزش، ضربه و خستگی خمشی، انعطاف پذیری در دماهای پایین و حفظ خواص خوب در دماهای بالا است. دارای عمر انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر سایش عالی است. در برابر بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی، روغن ها و حلال ها مقاومت می کند. بیشترین طول عمر را در کاربردهای غیر تهاجمی دارد.
تفلون پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE)
PTFE (Polytetrafluoroethylene) در سال 1938 توسط شرکت DuPont کشف شد و از دهه 1940 مورد استفاده تجاری قرار گرفت. علامت تجاری تفلون® در سال 1945 به ثبت رسید.
PTFE کاربردهای بسیار متنوعی دارد زیرا بسیار پایدار است (با سایر مواد شیمیایی واکنش نشان نمی دهد) و می تواند سطح تقریباً بدون اصطکاک ایجاد کند. این ماده با سیالات بسیار تهاجمی مانند هیدروکربن های معطر یا کلردار، اسیدها، کاستیک ها، کتون ها و استات ها استفاده می شود.
PTFE “حافظه” ندارد – به عبارت دیگر، برخلاف الاستومر، پس از تغییر شکل به شکل اولیه خود باز نمی گردد. تمایل به انبساط جریان دارد، یعنی اعوجاج تحت تنش، که در غیر این صورت به عنوان “جریان سرد” شناخته می شود.
به دلیل انعطاف پذیری ضعیف و کمبود حافظه، دیافراگم های PTFE توانایی کمی در مقاومت در برابر فشار مکش اضافی (فشار خلاء) یا فشار ورودی مثبت، چه در طرف مکش و چه در طرف تخلیه، ندارند.
هنگامی که پمپ های AODD به صورت سری یا موازی کار می کنند، هر گونه نقص در سیستم کنترل فشار ممکن است باعث انتقال فشار اضافی به دیافراگم های PTFE شود و باعث پارگی سریع آنها شود.
کاربران پمپ های دارای دیافراگم PTFE باید از اثرات منفی چکش آب و عملکرد خشک بر روی دیافراگم ها نیز آگاه باشند.
گاهی اوقات اتفاق می افتد که دیافراگم های PTFE در حین تمیز کردن پمپ آسیب می بینند. هنگامی که سیستم شستشو یا تمیز می شود، فشار مورد استفاده می تواند بیشتر از فشار معمولی پمپ باشد.
دیافراگم های دو تکه
دو قطعه دیافراگم با دو ماده مختلف (PTFE، لاستیک) به هم چسبیده شده اند تا مقاومت شیمیایی برتر PTFE را با انعطاف پذیری لاستیک ترکیب کنند. پشتی لاستیکی با دوام مکانیکی بالاتر، عمر انعطاف پذیر و حافظه بهتر که به PTFE غیر الاستیک متصل شده است، پشتیبانی و انعطاف پذیری بیشتری را برای لایه PTFE فراهم می کند.
دیافراگم دو تکه با لایه PTFE رو به سیال و لایه لاستیکی در سمت غیر مرطوب شده مقاومت گسترده ای را در برابر دماهای بالا ایجاد می کند. دیافراگم PTFE دو تکه با پشتی Viton® را می توان در کاربردهای پمپاژ استفاده کرد که دمای سیال به 176 درجه سانتیگراد می رسد.
دیافراگم های PTFE دو تکه به طور گسترده در صنایع چاپ، مواد غذایی و آشامیدنی، آرایشی و بهداشتی و صنایع دارویی استفاده می شود.
خانواده YTS از دیافراگم های دو تکه باند شده با نام رایج – PTFE ONE-PIECE SOLID مشخص شده اند. دیافراگم هایی که حاوی ورقه PTFE خالص در سمت خیس شده هستند و به پشتی لاستیکی که در سمت هوا قرار دارد چسبیده اند، پیشرفت قابل توجهی نسبت به دیافراگم های PTFE تک لایه معمولی دارند.
به دیافراگم ها
به دیافراگم های چسبانده شده دو تکه در اندازه های مختلف – این دیافراگم ها دارای سطح صاف و آسان برای تمیز کردن PTFE هستند. در سمت خیس نشده، یک لایه لاستیکی (به هم چسبیده با PTFE) و یک دیسک مرکزی فولاد ضد زنگ داخلی وجود دارد.
این نوع دیافراگم ها به طور قابل توجهی قوی تر با عمر انعطاف پذیری بیشتر است. آنها تحمل فشار را افزایش داده اند. نصب و تعویض آنها آسان است. سطح صاف PTFE که به راحتی تمیز می شود بدون هیچ گونه چین یا سوراخ، آنها را برای صنعت چاپ ایده آل می کند. پمپ باید قبل از تغییر رنگ جوهر پمپ شده کاملا تمیز شود تا از هرگونه آلودگی احتمالی رنگ جلوگیری شود.
دیافراگم های TS
دیافراگم های دو تکه TS در اندازه های مختلف – این دیافراگم ها دارای لایه PTFE ترکیبی اختصاصی، پشتیبان لاستیکی و دیسک مرکزی فولاد ضد زنگ داخلی هستند. لایه PTFE دارای برجستگی های تقویت کننده مارپیچ است.
این نوع دیافراگم تحمل فشار بسیار بالاتری را ارائه می دهد. آنها به طور قابل توجهی قوی تر هستند و عمر انعطاف پذیر بیشتری را ارائه می دهند. دیافراگم های TS مقاومت بیشتری در برابر نفوذ گاز دارند. نصب و تعویض آنها آسان است. دیافراگم TS در صنایع غذایی، نوشیدنی، داروسازی، آرایشی و بهداشتی و صنایع شیمیایی کاربرد دارد.
دیافراگم های TG
دیافراگم های دو تکه باند شده TG در اندازه های مختلف – دیافراگم های ویژه با پشتی لاستیکی برای کاربردهای در دمای بالا با حداکثر دمای سیال تا 176 درجه سانتی گراد.
مقاومت حرارتی
دما یکی دیگر از عوامل مهم با توجه به متغیرهای زیادی است. ارائه محدودیت های دمایی دقیق برای مواد دیافراگم برای همه شرایط کاری غیرممکن است. عواملی مانند:
- هندسه دیافراگم بسته به شکل و اندازه پمپ AODD بسیار متفاوت است.
- اندازه های مختلف دیافراگم. مقاومت دمایی دیافراگم‌های 1/4 اینچی و 3 اینچی از یک ماده متفاوت است، به‌ویژه زمانی که در دماهای پایین یا بالا استفاده می‌شوند.
- سرعت پمپ. در شرایط کاری دمای پایین و بالا، سرعت پمپ تا حد زیادی بر مقاومت دمایی دیافراگم تأثیر می گذارد.
بنابراین، هنگامی که پمپ در شرایط دماهای پایین یا بالا کار می کند، محدودیت های دمای عمومی ارائه شده توسط سازنده باید با توجه به شرایط عملکرد واقعی پمپ مجدداً رتبه بندی شوند.
حداکثر و حداقل دمای عمومی برای مواد مختلف، که در آن دیافراگم های ساخته شده از آن مواد می توانند کار کنند. دماهای همراه با فشار بر طول عمر قطعات پمپ دیافراگمی تأثیر می گذارد. حداکثر عمر را نباید در محدودیت های شدید محدوده دما انتظار داشت.
ترکیبات لاستیکی:
- Neoprene™ (CR) -18 درجه سانتیگراد تا 82 درجه سانتیگراد
- Buna N (NBR) -12 درجه سانتی گراد تا 82 درجه سانتی گراد
- Viton® (FKM) -29 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد
- Nordel® (EPDM) -50 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد
ترکیبات ترموپلاستیک:
- Santoprene® (TPO) -23 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد
- Hytrel® (TPEE) -18 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد
- تفلون (PTFE) 4 تا 100 درجه سانتی گراد
دیافراگم های دو تکه:
- TO (پشت PTFE/EPDM) 0 درجه سانتی گراد تا 100 درجه سانتی گراد
- TS (پشتیبان PTFE/EPDM) 0°C تا 100°C
- TG (پشت PTFE/Viton®) 0 درجه سانتی گراد تا 176 درجه سانتی گراد
محدودیت های دمایی نشان داده شده ایمن در نظر گرفته می شوند. آنها نه دیافراگم را تخریب می کنند و نه به طور قابل توجهی طول عمر آن را کاهش می دهند. عملکرد دیافراگم در خارج از محدوده دمایی معین برای مواد خاص همیشه باید با سازنده پمپ مشورت شود.
مقاومت در برابر ذرات ساینده در سیال
دانش در مورد ساینده بودن سیال برای انتخاب مناسب دیافراگم ضروری است. ساینده بودن سیال با ویژگی های جامدات (سختی مواد، اندازه، شکل)، غلظت و ویسکوزیته تعیین می شود.
دانش در مورد شکل و اندازه جامدات از عوامل مهم در انتخاب دیافراگم است. دانش در مورد شکل و اندازه جامدات از عوامل مهم در انتخاب دیافراگم است. یک نوع دیافراگم برای سیالاتی با محتوای جامدات بزرگ با لبه های تیز و انواع دیگر برای سیالاتی با غلظت زیاد ذرات گرد کوچک توصیه می شود.
همچنین ویسکوزیته سیال باید مشخص باشد. سیالات با ویسکوز بالا یک لایه محافظ روی اجزای پمپ ایجاد می کنند. چنین فیلم محافظی اثرات ذرات جامد را کاهش می دهد و سایش را کاهش می دهد (ماسه در روغن بسیار کمتر از ماسه در آب ساینده است).
نباید از حد فشار ورودی مثبت تجاوز کند.
دیافراگم های PTFE در شرایط دمای اتاق (حدود 20 درجه سانتیگراد) به دلیل انعطاف پذیری ضعیف و تحمل کم برای تنش مکانیکی به فشار ورودی مثبت 0.6 بار محدود می شوند. دمای پایین تر این حد را کاهش می دهد.
دیافراگم های پشتیبان ممکن است در ارتباط با دیافراگم های PTFE برای کمک به افزایش عمر آنها در کاربردهای شدید استفاده شوند.
در نصب پمپ AODD بسیار متداول – در پایین مخزن ذخیره سازی بسیار آسان است و می توان از حد مجاز فشار ورودی مثبت برای دیافراگم عبور کرد. NPSH باید با در نظر گرفتن ارتفاع مخزن ذخیره و وزن مخصوص سیال به دقت محاسبه شود. این دو عامل ترکیبی یک فشار ورودی استاتیک ایجاد می کنند.
فشار مثبت ورودی سیال می تواند بسیار مخرب باشد. زمانی که نزدیک به حد مجاز دیافراگم باشد، عمر آن را به شدت کاهش می دهد. هنگامی که از حد مجاز فراتر رود، پمپ و نصب می تواند آسیب ببیند.
طول عمر
هدف اصلی در انتخاب دیافراگم، استفاده کامل از چرخه عمر دیافراگم و تعویض به موقع آن، قبل از پارگی است.
بسیاری از متغیرها بر عمر دیافراگم تأثیر می گذارند. به همین دلیل، طول عمر مورد انتظار دیافراگم ارائه شده توسط سازنده پمپ های AODD فقط یک تخمین است و باید به این صورت در نظر گرفته شود.
طول عمر دیافراگم به عواملی مانند انعطاف پذیری مواد، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر سایش، محدودیت های دما، اندازه و شکل دیافراگم و پارامترهای کاری پمپ بستگی دارد.
با این حال، مواردی وجود دارد که در آن می توان بیش از یک ماده دیافراگمی را برای یک کاربرد خاص انتخاب کرد. اگر مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر دما و مقاومت در برابر مواد ساینده یکسان باشد، حداکثر تعداد چرخه های انعطاف پذیر ارائه شده توسط سازنده می تواند به کاربر کمک کند تا بهترین ماده دیافراگمی برای پمپ را تعیین کند.
قابلیت مکش مواد مختلف دیافراگمی
پمپ های دیافراگمی با هوا به صورت خود پراینگ هستند، اما قابلیت مکش آنها به عوامل زیادی بستگی دارد. نوع مواد دیافراگمی یکی از آنهاست.
انعطاف پذیری، شکل و اندازه دیافراگم در تعیین ظرفیت مکش مواد دیافراگمی مهم است. قابلیت مکش دیافراگم های PTFE کمتر از دیافراگم های دیگر است. این فاکتور باید هنگام انتخاب دیافراگم برای کاربردهای خاص در نظر گرفته شود.
رسانایی مواد دیافراگم
همه مواد دیافراگم نمی توانند بار الکتریکی حمل کنند. برای برخی از مواد (مانند PTFE برای مثال)، توانایی حمل بار الکتریکی به اندازه دیافراگم بستگی دارد.
پمپ‌های سایز بزرگ‌تر با دیافراگم‌های PTFE به دیافراگم‌های رسانای خاص PTFE یا نصب دیافراگم دوم – دیافراگم رسانا در پشت PTFE، در سمت هوا نیاز دارند.
دیافراگم ها هزینه خرید اولیه و هزینه مالکیت
بدون در نظر گرفتن دیافراگم های خاص، PTFE و Viton گران ترین مواد دیافراگمی هستند.