Skąd się biorą pulsacje?
Wpływ pulsacji na urządzenia pomiarowe
Jak tłumik pulsacji zapobiega uderzeniom hydraulicznym?
Zasada działania aktywnego tłumika pulsacji do pompy membranowej
Jak prawidłowo stosować tłumiki pulsacji?
Aktywne i pasywne tłumiki pulsacji montowane w instalacji
|
|
Autor artykułu: |
Zastosowania aktywnych samoregulujących membranowych tłumików pulsacji montowanych w instalacji
Tłumiki pulsacji są kluczowym elementem układów transportu cieczy, ponieważ pomagają ograniczać wahania ciśnienia i zapewniają stabilny przepływ medium. Urządzenia te mają istotne znaczenie w ochronie rurociągów, pomp i pozostałych elementów instalacji przed negatywnymi skutkami pulsacji. Wśród dostępnych rozwiązań szczególne zastosowanie znajdują aktywne samoregulujące membranowe tłumiki pulsacji montowane w instalacji, które zapewniają unikalne korzyści eksploatacyjnych. W artykule omawiamy zasadę ich działania, zalety oraz zastosowania w różnych gałęziach przemysłu.
Skąd się biorą pulsacje?
Tłumiki pulsacji kompensują gwałtowne wzrosty ciśnienia i pulsacje przepływu w układach cieczowych, które najczęściej są generowane przez pompy wyporowe (np. pompy tłokowe i membranowe) oraz wybrane pompy rotacyjne, takie jak pompy perystaltyczne. Choć pompy te oferują wiele zalet w porównaniu z innymi technologiami pompowania, pracują z relatywnie niską prędkością, a pomiędzy kolejnymi cyklami pracy występują zauważalne przerwy, co prowadzi do powstawania pulsacji.
Wpływ pulsacji na urządzenia pomiarowe
Wysoki poziom pulsacji utrudnia precyzyjny pomiar ciśnienia i natężenia przepływu, może także skracać żywotność aparatury pomiarowej. Przepływ pulsacyjny charakteryzuje się ciągłymi zmianami prędkości przepływającego medium, co wymaga stosowania wysokiej częstotliwości próbkowania, aby uzyskać wiarygone wyniki pomiarów. W takich warunkach często niezbędne jest zastosowanie zaawansowanych i kosztownych przepływomierzy masowych lub ultradźwiękowych.
Jak tłumik pulsacji zapobiega uderzeniom hydraulicznym?
Uderzenie hydrauliczne to zjawisko występujące, gdy poruszające się medium zostaje gwałtownie zatrzymane lub zmienia kierunek przepływu, powodując nagły wzrost ciśnienia. Może prowadzić do uszkodzeń rur, zaworów oraz pomp. Tłumiki pulsacji pełnią istotną funkcję w zapobieganiu i ograniczaniu skutków uderzeń hydraulicznych, pochłaniając i kompensując gwałtowne wzrosty ciśnienia. Poprzez redukcję pulsacji tłumiki zapewniają bardziej stabilny przepływ i zmniejszają ryzyko występowania skoków ciśnienia.
Zasada działania aktywnego tłumika pulsacji do pompy membranowej
Aktywne tłumiki pulsacji montowane w instalacji zostały zaprojektowane tak, aby automatycznie reagować na zmiany przepływu i ciśnienia. Jednym z ich głównych elementów jest elastyczna membrana oddzielająca medium procesowe od komory z gazem, zwykle wypełnionej powietrzem lub azotem.
Do komory doprowadzany jest ciągly strumień gazu o ciśnieniu równym lub nieznaczne wyższym od maksymalnego szczytowego ciśnienia generowanego przez pompę. W przypadku pompy membranowej zasilanej sprężonym powietrzem ciśnienie w komorze powinno odpowiadać ciśnieniu zasilania pompy.
Tłumik jest wyposażony w układ dystrybucji powietrza zintegrowany z trzpieniem łączącym membrany. Układ automatycznie reguluje dopływ gazu, otwierając i zamykając przepływ w zależności od warunków pracy, co wspomaga membranę i zapewnia równowagę ciśnienia po obu jej stronach.

Podczas fazy regulacji wewnątrz tłumika zachodzą dwa podstawowe procesy:
- Gdy po stronie medium występuje niższe ciśnienie, ciśnienie gazu wspomagającego wypycha membranę w kierunku komory hydraulicznej, jednocześnie otwierając wylot gazu do atmosfery.
- Wraz z uwalnianiem gazu ciśnienie w komorze spada do poziomu, który powoduje przemieszczenie membrany w przeciwnym kierunku. Po osiągnięciu przez nią skrajnego położenia ponownie otwierany jest dopływ gazu, który podtrzymuje membranę.
Po kilku takich cyklach membrana osiąga stan równowagi, w którym ciśnienie gazu wspomagającego odpowiada wartościom szczytowym ciśnienia występującym po stronie medium. Gaz wspomagający jest zużywany przez tłumik podczas fazy regulacji.
Mechanizm samoregulujący pozwala tłumikowi automatycznie dostosowywać się do stale zmieniających się warunków tłoczenia charakterystycznych dla pomp wyporowych, które wytwarzają ciśnienie w zależności od oporów przepływu w instalacji. Jest to szczególnie istotne w przypadku instalacji, w których zawory na rurociągu tłocznym są cyklicznie otwierane i zamykane (np. podczas dozowania) lub gdy proces wymaga ciągłej regulacji wydajności pompy.
Aktywne membranowe tłumiki pulsacji montowane w instalacji
Szczytowe wartości ciśnienia dla typowej pompy membranowej przy ciśnieniu tłoczenia 6 bar(g):
1) Instalacja bez tłumika pulsacji; wartości szczytowe ciśnienia: 4 bary

2) Instalacja z tłumikiem pulsacji; wartości szczytowe ciśnienia: 0.8 bara

Korzyści
Kontrola pulsacji – aktywne tłumiki pulsacji do pompy membranowej zapewniają stabilizację ciśnienia.
Niewielkie wymagania konserwacyjne – konstrukcja eliminuje konieczność stosowania zewnętrznych układów sterowania, upraszczając system i ograniczając potrzebę obsługi serwisowej.
Efektywność kosztowa – prostsza konstrukcja przekłada się na niższe koszty początkowe i eksploatacyjne.
Kompaktowa konstrukcja i oszczędność przestrzeni – rozwiązanie idealne do instalacji o ograniczonej przestrzeni montażowej.
Ciągła praca i aktywna regulacja – tłumiki działają automatycznie, bez konieczności ręcznej regulacji. Dostosowują się do różnych aplikacji i dobrze współpracują z pompami membranowymi zasilanymi sprężonym powietrzem oraz pompami perystaltycznymi.
Odporność na korozję i agresywne media – w zależności od zastosowanych materiałów mogą wykazywać wysoką odporność na agresywne chemicznie media.
Redukcja hałasu i drgań – aktywne tłumienie pulsacji zmniejsza poziom hałasu, tworząc cichsze środowisko pracy.
Dłuższa żywotność urządzeń – ograniczenie wzrostów ciśnienia zwiększa trwałość elementów instalacji.
Zastosowania
Przemysł spożywczy
Zakłady przetwórstwa ropy naftowej i gazu
Przemysł chemiczny i farmaceutyczny
Układy pomiaru przepływu cieczy
Jak prawidłowo stosować tłumiki pulsacji?
Dobór wielkości: produkt dobieramy do odpowiedniej objętości, dostosowanej do poziomu pulsacji występujących w instalacji.
Prawidłowe umiejscowienie: tłumik należy zamontować możliwie blisko źródła pulsacji, aby zapewnić maksymalną skuteczność działania.
Kompatybilność materiałowa: w przypadku agresywnych mediów należy stosować tłumiki wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna (AISI 316L) oraz tworzywa sztuczne, np. polietylen (PE) lub politetrafluoroetylen (PTFE).
Właściwości materiału: do cieczy abrazyjnych należy wybierać tłumiki wykonane z materiałów odpornych na zużycie, takich jak polietylen wysokiej gęstości (HDPE) oraz polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej (UHMW-PE).
Konstrukcja membrany: zaleca się stosowanie membran kompozytowych o gładkiej, jednolitej powierzchni, bez dodatkowych otworów montażowych mających kontakt z medium. Takie rozwiązanie ogranicza ryzyko wycieków i zużycia membrany, a jednocześnie ułatwia jej czyszczenie.
Higieniczna konstrukcja: W zastosowaniach spożywczych i farmaceutycznych należy wybierać konstrukcje przystosowane do procesów CIP (Cleaning in Place), czyli mycia bez konieczności demontażu urządzenia. Konstrukcja taka eliminuje martwe strefy, które mogą utrudniać czyszczenie i sprzyjać rozwojowi bakterii.
Aktywne i pasywne tłumiki pulsacji montowane w instalacji
Zarówno aktywne tłumiki membranowe, jak i tłumiki pasywne służą do redukcji pulsacji, jednak różnice konstrukcyjne i funkcjonalne powodują, że lepiej sprawdzają się w różnych zastosowaniach. Pasywne tłumiki pulsacji są zazwyczaj najtańszym rozwiązaniem w przypadku stałych warunków pracy oraz umiarkowanych i stałych pulsacji. Z kolei aktywne tłumiki pulsacji doskonale sprawdzają się w warunkach dynamicznie zmieniających się oraz tam, gdzie wymagana jest wysoka dokładność pomiarów. Aktywny tłumik automatycznie dostosowuje się do ciśnienia tłoczenia, natomiast tłumik pasywny wymaga dodatkowego wyposażenia, m. in. czujnika ciśnienia po stronie tłocznej oraz układu sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić odpowiednie ustawienie ciśnienia powietrza na wlocie tłumika. Zaletą rozwiązania pasywnego jest brak konieczności stałego doprowadzania powietrza. Z kolei tłumiki aktywne wymagają niewielkiego, lecz stałego źródła sprężonego powietrza, które umożliwia im automatyczną adaptację do aktualnych warunków tłoczenia.
Tłumiki pulsacji odgrywają istotną rolę w optymalizacji pracy układów przepływowych poprzez ograniczanie wahań ciśnienia. Wybór odpowiedniego rozwiązania zależy od takich czynników jak: ciśnienie robocze instalacji, właściwości medium, wymagany poziom redukcji pulsacji oraz ograniczenia budżetowe.
Aktywne samoregulujące membranowe tłumiki pulsacji montowane w instalacji stanowią ekonomiczne i niewymagające intensywnej obsługi rozwiązanie. Szczególnie dobrze sprawdzają się w układach o wysokich wymaganiach w zakresie dokładności, w których warunki po stronie tłocznej zmieniają się w czasie. Zrozumienie zasad działania tych technologii pozwala dobrać rozwiązanie najlepiej odpowiadające wymaganiom aplikacji, zapewniając bardziej stabilną pracę instalacji i wydłużoną żywotność jej elementów.
Szukasz rozwiązania dla Twojej instalacji? Sprawdź nasze tłumiki pulsacji
