В арматуростроении мембраны являются одним из ответственных узлов, обеспечивающих трансформацию давления рабочей среды в сосредоточенное усилие, передаваемое исполнительному механизму и создающих уплотнение неподвижных и подвижных соединений.
Применяются в основном мембраны, изготовленные на основе полимерных материалов (резины, пластмассы). Мембраны (или диафрагмы) занимают особое место среди большого числа полимерных деталей, что объясняется рядом их преимуществ: высокой чувствительностью, отсутствием потерь на трение, значительными передаваемыми усилиями и так далее, чтобы запорная арматура для водоснабжения в Челябинске работала как часы.
Известно несколько типов мембран, применяемых в современной технике:
— разделительные мембраны, служащие для разделения различных сред (например, в гидроаккумуляторах);
— силовые мембраны, служащие для трансформации давления рабочей среды в сосредоточенное усилие, передаваемое исполнительному механизму;
— манжетные мембраны, применяемые для уплотнения поршней и шпинделей.
Из всех известных типов мембран в трубопроводной арматуре наиболее широкое применение получили силовые мембраны. Длительная и надежная работа мембран зависит от многих параметров, основными из которых являются:
— давление, температура и состав рабочей среды;
— физико-механические свойства материала;
— конструкция и размеры мембраны и посадочного места;
— качество уплотнительной поверхности и прочие.
С развитием арматуростроения требования к длительности и надежности работы мембран все время повышаются при одновременном ужесточении условий работы. Так, циркуляционный насос для отопления в Челябинске должен надежно работать в диапазоне малых и больших давлений при резких перепадах температур: от —40 до +100° С. Для мембран, изготовляемых из резинотехнических материалов, одновременно обеспечить все указанные требования бывает сложно. Например, при увеличении давления рабочей среды необходимо увеличивать толщину мембран и применять один или более слоев армирующей прокладки, что влечет за собой увеличение жесткости мембран и возрастание напряжений при увеличении их хода.
При понижении температуры рабочей среды увеличивается модуль резины, что также значительно повышает жесткость мембраны, увеличивает ее хрупкость, а кроме того, вызывает резкое возрастание напряжений в местах изгиба мембран (по заделке), создавая опасность быстрого выхода мембраны из строя. Работа мембран при повышенных температурах сопровождается ускоренным старением резины, из которой мембрана изготовлена. Поэтому для изготовления мембран необходимы термостойкие резины (обычно па основе спецкаучуков), отличающиеся плохой технологичностью.
Увеличение диаметра мембраны уменьшает жесткость и позволяет повысить передаваемые усилия и ход мембраны, но резко увеличивает напряжения в местах заделки мембраны по наружному диаметру и, как следствие, вызывает опасность вырыва мембраны из заделки и выхода арматуры из строя.
Большое значение для безотказной работы дистанционно управляемой арматуры имеет правильный расчет величины передаваемого усилия мембран в зависимости от подаваемого давления рабочей среды.
