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成都氣海機電制造有限公司


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技術文章

儀器儀表常用各類微型泵

閱讀:735發布時間:2012-6-21

 

   (ZX20120621)經過幾十年來,我國儀器儀表已經形成產品門類品種比較齊全,具有一定生產規模和開發能力的產業體系。特別是近幾年是我國儀器儀表行業自建國以來發展zui快的時期。我國已經成為儀器儀表行業規模zui大的國家之一,也是發展中國家儀器儀表行業規模zui大、產品品種zui齊全的國家。“十二五”期間,我國儀器儀表行業將主要圍繞國家重大工程、戰略性新興產業和民生領域的需求,加快發展*自動控制系統、大型精密測試設備、新型儀器儀表及傳感器三大重點。物聯網、智能電網等新技術快速發展,食品、藥品安全等領域的需求,國家對能源綜合利用、環境保護更嚴格的要求,這些都為儀器儀表行業提供了廣闊的市場和新的發展機會。

    微型泵是儀器儀表用以輸送流體的重要元件。不同于大型的工業泵,儀器儀表對泵常有一些特殊要求:一般流量和揚程較小、具備自吸能力、無需維護和潤滑、與樣品隔離不污染樣品、無泄漏、體積小、重量輕、很多場合對噪音限制嚴格、要求電磁兼容性好,有的還需要滿足無人值守、遠距離傳輸數據、控制,允許干式運轉等。微型泵的種類繁多,按工作原理可分為容積式泵、動力式泵和其他類型泵,按用途可分為取樣泵、抽水泵、打氣泵、排污泵、計量泵、*等,按輸送流體的性質可分為空氣泵、水泵、油泵等。容積式泵是依靠包容流體的密封工作空間容積的周期性變化,把能量周期性地傳遞給流體,使流體的壓力增加至將流體強行排出。

    工作元件作往復運動的容積式泵稱為往復泵,作回轉運動的稱為回轉泵。容積式泵在一定轉速或往復次數下的流量是一定的,幾乎不隨壓力而改變。往復泵的流量和壓力有較大脈動,需要采取相應的消減脈動措施;回轉泵一般只有小的脈動。往復泵適用于高壓力和小流量;回轉泵適用于中小流量和較高壓力。往復泵適宜輸送清潔的流體或氣液混合物。

   動力式泵又稱葉輪式泵或葉片式泵,靠快速旋轉的葉輪對流體的作用力,將機械能傳遞給流體,使其動能和壓力能增加,然后再通過泵缸,將大部分動能轉換為壓力能而實現輸送。離心泵是zui常見的動力式泵。離心泵一般流量較大,小流量離心泵制造困難成本高。總的來說,容積泵的效率高于動力式泵。其他類型的泵是指以另外的方式傳遞能量的一類泵。

    儀器儀表中使用的微型泵流量多在20L/min以下,有的甚至低至每小時幾十毫升。一般使用容積式泵,常用的微型泵有隔膜泵、蠕動泵、螺桿泵、齒輪泵、羅茨泵、柱塞泵、旋片泵等。

    蠕動泵是用滾輪對泵的彈性輸送軟管交替進行擠壓和釋放來泵送流體。兩個轉輥子之間的一段泵管形成“枕”形流體。“枕”的體積取決于泵管的內徑和轉子的幾何特征。流量取決于泵頭的轉速與“枕”的尺寸、轉子每轉一圈產生的“枕”的個數這三項參數之乘積。“枕”的尺寸一般為常量(泵送粘性特別大的流體時除外)。產生較大“枕”體積的泵,其轉子每轉一圈所輸送的流體體積也較大,但產生的脈動度也較大。快速、連續地形成的小“枕”使流體的流動較為平穩。蠕動泵的優點是流體只接觸泵管,無污染;可輸送固、液或氣液混合相流體,可輸送各種具有研磨、腐蝕、氧敏感特性的物料及各種藥品食品等;精度高,精度穩定性好,精度可達0.5%;轉速不高,易于控制流量;低剪切力,適合輸送剪切敏感,侵蝕性強流體;具有良好的自吸能力,可空轉,可防止回流,可以反運轉;密封性好;平時僅需要替換軟管。蠕動泵的局限在于:使用柔性管,會使承受壓力受到限制;出口壓力有很強的脈動,無法測量泵出口壓力,一般會選配進出口緩沖罐來緩解,以減弱脈動。

    螺桿泵是利用螺桿的回轉來吸排流體的。各螺桿間以及螺桿與襯筒內壁之間被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉動和嚙合,這些密封空間在泵的吸入端不斷形成,將吸入室中的流體封入其中,并自吸入室沿螺桿軸向連續地推移至排出端,將封閉在各空間中的流體不斷排出。由于螺桿是等速旋轉,所以流體出流流量也是均勻的。螺桿泵的優點是:運送流體的種類和粘度范圍寬廣,很適合輸送高粘度介質、含有顆粒或纖維的介質;壓力和流量范圍寬闊,壓力高而均勻,流量均勻連續,振動小,噪音低;低流量也可保持高的排出壓力,排出壓力與轉速無關;泵可逆轉;轉速高,能與原動機直聯;吸入性能好,具有自吸能力;要求輸送壓力穩定,介質固有結構不被破壞時,選用單螺桿泵輸送zui為理想。缺點是不能輸送氣體;磨屑可能會污染輸送的介質;螺桿的加工和裝配要求較高;泵的性能對流體的粘度變化比較敏感;雖然具有干吸能力,但是必須防止干轉;出口端不能受阻;尺寸大。

  齒輪泵是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化和移動來輸送流體或使之增壓的回轉泵。由兩個齒輪、泵體與前后蓋組成兩個封閉空間,當齒輪轉動時,齒輪脫開側的空間的體積從小變大,形成真空,將流體吸入,齒輪嚙合側的空間的體積從大變小,而將流體擠入管路中去。齒輪泵的排出口的壓力*取決于泵出口處阻力的大小。齒輪泵結構簡單,工藝性較好,成本低;與同樣流量的其他各類泵相比,結構緊湊,體積小;有自吸能力;對工作介質清潔度要求低,能輸送腐蝕性、高溫的流體。缺點是工作壓力較低;存在泄漏問題,容積效率較低;流量脈動大,引起壓力脈動大,使管道、閥門等產生振動,噪聲大。

    羅茨泵的泵腔內,有二個“8字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上,由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間,轉子與泵殼內壁之間,保持有一定的間隙,可以實現高轉速運行。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵,通常壓縮比很低,故高、中真空泵需要前級泵。為了提高泵的極限真空度,可將羅茨泵串聯使用。羅茨泵特點是在較寬的壓強范圍內有較大的抽速;起動快,能立即工作;對被抽氣體中含有的灰塵和水蒸氣不敏感;轉子不必潤滑,泵腔內無油;振動小,轉子動平衡條件較好,沒有排氣閥;驅動功率小,機械摩擦損失小;結構緊湊;運轉維護費用低。羅茨泵是中真空的主流泵種。缺點是油泵內部零件磨損會造成內漏,使泵的性能下降很快,這時泵輸出功率大大低于輸入功率,其損耗全部轉變為熱能,會引起泵過熱。國外羅茨泵的價格遠比國產泵要高得多。目前,國內外幾乎所有大型或小型的高真空和中真空系統,為了縮短抽氣時間、提高生產效率都配有羅茨泵。國產羅茨泵與*水平相比,綜合性能差距較大。國產羅茨泵需要進一步降低振動、噪聲,*解決軸封漏油問題,改進泵的外觀質量,提高泵內的光潔度和清潔度,增強可靠性。

     柱塞泵是依靠柱塞在缸體中往復運動,使密封工作容腔的容積發生變化來實現輸送流體。柱塞泵具有額定壓力高、能自吸、結構緊湊、傳輸功率大、轉速范圍寬、效率高和流量調節方便等優點,其缺點是有脈動、對工作介質清潔度要求苛刻、結構復雜、價格較高、維護困難,柱塞與輸送介質接觸,填料密封存在泄漏問題。在一些介質中柱塞磨損非常快,機器壽命短,壽命和可靠性不如隔膜泵。

     旋片泵主要由泵體(靜子)和轉子組成。在轉子槽中裝有兩塊以上的旋片,有些泵旋片間還裝有彈簧。轉子偏心地裝在泵腔內,其外緣與泵腔頂部表面的間隙為23微米。轉子旋轉時,在離心力等作用下,旋片沿槽作往復滑動并與泵腔內壁始終保持接觸,將泵腔分成兩個或幾個可變容積的工作室。轉子順時針方向旋轉時,與吸氣口相通的吸氣腔容積由零逐漸增大,腔內氣體壓力降低,被抽氣體便從吸氣口*地吸入。同時與排氣口相通的排氣腔容積由大變小,吸入腔內的氣體被壓縮,待氣體壓力高于大氣壓力時,推開排氣閥排出大氣。轉子連續轉動,泵便不斷抽氣。旋片泵屬于低真空泵,體積小、重量輕、運行安靜平穩,脈沖波動小于一般其它真空泵。缺點是結構較復雜,對普通工業旋片泵而言,進氣口不能暴露于大氣,泵油會污染輸送介質,不適用于抽除對金屬有腐蝕的,對泵油起化學反應的,含有顆粒塵埃的氣體,以及含氧過高的,有爆炸性的,有毒的氣體。國產旋片泵在性價比上對進口產品有競爭優勢。近幾年國內主要生產廠對旋片泵的噴油、漏油問題下了很大的力氣加以解決,過去長期存在的噴油、漏油問題近幾年得到一定的控制,旋片材料性能得到改善,一定程度上增加了旋片泵的可靠性。

上述各種小型、微型泵依據各自特性在儀器儀表行業眾多領域得以應用,目前儀器儀表使用微型泵的zui主要類型是隔膜泵。隔膜泵也稱薄膜泵,是通過薄膜的往復振動來達到泵送流體的目的。膜片向前運動時,泵腔體積增大,腔內壓力降低,在壓差作用下,進口閥打開,吸入流體;當膜片向后運動時,泵腔體積減小,腔內壓力升高,在壓差作用下,出口閥打開,排出流體;如此循環往復。它的驅動原理多種多樣,有靜電、壓電、電磁、熱、氣動、電液、行波傳遞、凝膠致動和光熱致動等。隔膜泵的特點是效率高;運動機構與輸送介質*隔離、對介質無污染;非動密封,無泄漏;可靠性好;體積小、重量輕;具有自吸能力;不怕空轉;無需潤滑保養;自身噪音低。隔膜泵作為微型真空水泵使用時,無需灌泵,啟動后立即吸水排水。它既能抽氣又能抽水,無水時不怕干轉。隔膜泵的優點尤其是無污染性、自吸性使它在儀器儀表行業得到了廣泛運用。隔膜泵通常的驅動方式有電動和氣動。氣動隔膜泵是一種新型輸送機械,采用壓縮空氣為動力源,對于各種腐蝕性流體,帶顆粒的流體、泥漿、雜質,高粘度、易揮發、易燃、劇毒的流體,均能予以抽光吸盡,不*電,在易燃、易爆場所使用安全可靠,可以浸沒在介質中工作。隔膜泵的主要缺點是輸送介質溫度受薄膜性能限制,一些隔膜泵不適于高粘度流體,出口壓力波動幅度大,有時需安裝緩沖設備。不同規格的隔膜泵流量差別大,從小于1/分鐘到數百升/分鐘。由于隔膜泵具有自吸能力,儀器儀表行業常用的微型隔膜泵也稱為微型真空泵。隨著國內儀器儀表行業的快速發展,對微型真空泵的需求日益增加。低端的微型真空泵市場幾乎被國貨占領,進口品牌在價格和服務上毫無優勢。微型真空泵市場主要由進口微型泵KNFGASTTHOMAS等品牌和國內成都“氣海”品牌瓜分市場。在應用領域,氣海泵在技術上已經可與進口泵媲美,服務更勝*。但對于少數參數要求特別高的微型泵,即便是強的氣海公司,都還無法與進口產品競爭。在微型泵的技術創新上,近年來國貨大有作為。比如,成都氣海推出的可PWM調速并且能輸出FG反饋信號的無刷電機微型泵,已經廣泛應用于自動控制市場,至今還無相同功能的產品。近年來技術的微型泵生產商在電機、隔膜材質上取得了突破性的進展,隔膜泵的使用在發達國家得到了很大發展,逐步占領了其它泵的領域。相信隨著技術的進步,隔膜泵在我國的運用必將日益廣泛。

 


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