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仪器仪表常用各类微型泵

阅读:741发布时间:2012-6-21

 

   (ZX20120621)经过几十年来,我国仪器仪表已经形成产品门类品种比较齐全,具有一定生产规模和开发能力的产业体系。特别是近几年是我国仪器仪表行业自建国以来发展zui快的时期。我国已经成为仪器仪表行业规模zui大的国家之一,也是发展中国家仪器仪表行业规模zui大、产品品种zui齐全的国家。“十二五”期间,我国仪器仪表行业将主要围绕国家重大工程、战略性新兴产业和民生领域的需求,加快发展*自动控制系统、大型精密测试设备、新型仪器仪表及传感器三大重点。物联网、智能电网等新技术快速发展,食品、药品安全等领域的需求,国家对能源综合利用、环境保护更严格的要求,这些都为仪器仪表行业提供了广阔的市场和新的发展机会。

    微型泵是仪器仪表用以输送流体的重要元件。不同于大型的工业泵,仪器仪表对泵常有一些特殊要求:一般流量和扬程较小、具备自吸能力、无需维护和润滑、与样品隔离不污染样品、无泄漏、体积小、重量轻、很多场合对噪音限制严格、要求电磁兼容性好,有的还需要满足无人值守、远距离传输数据、控制,允许干式运转等。微型泵的种类繁多,按工作原理可分为容积式泵、动力式泵和其他类型泵,按用途可分为取样泵、抽水泵、打气泵、排污泵、计量泵、*等,按输送流体的性质可分为空气泵、水泵、油泵等。容积式泵是依靠包容流体的密封工作空间容积的周期性变化,把能量周期性地传递给流体,使流体的压力增加至将流体强行排出。

    工作元件作往复运动的容积式泵称为往复泵,作回转运动的称为回转泵。容积式泵在一定转速或往复次数下的流量是一定的,几乎不随压力而改变。往复泵的流量和压力有较大脉动,需要采取相应的消减脉动措施;回转泵一般只有小的脉动。往复泵适用于高压力和小流量;回转泵适用于中小流量和较高压力。往复泵适宜输送清洁的流体或气液混合物。

   动力式泵又称叶轮式泵或叶片式泵,靠快速旋转的叶轮对流体的作用力,将机械能传递给流体,使其动能和压力能增加,然后再通过泵缸,将大部分动能转换为压力能而实现输送。离心泵是zui常见的动力式泵。离心泵一般流量较大,小流量离心泵制造困难成本高。总的来说,容积泵的效率高于动力式泵。其他类型的泵是指以另外的方式传递能量的一类泵。

    仪器仪表中使用的微型泵流量多在20L/min以下,有的甚至低至每小时几十毫升。一般使用容积式泵,常用的微型泵有隔膜泵、蠕动泵、螺杆泵、齿轮泵、罗茨泵、柱塞泵、旋片泵等。

    蠕动泵是用滚轮对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。两个转辊子之间的一段泵管形成“枕”形流体。“枕”的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征。流量取决于泵头的转速与“枕”的尺寸、转子每转一圈产生的“枕”的个数这三项参数之乘积。“枕”的尺寸一般为常量(泵送粘性特别大的流体时除外)。产生较大“枕”体积的泵,其转子每转一圈所输送的流体体积也较大,但产生的脉动度也较大。快速、连续地形成的小“枕”使流体的流动较为平稳。蠕动泵的优点是流体只接触泵管,无污染;可输送固、液或气液混合相流体,可输送各种具有研磨、腐蚀、氧敏感特性的物料及各种药品食品等;精度高,精度稳定性好,精度可达0.5%;转速不高,易于控制流量;低剪切力,适合输送剪切敏感,侵蚀性强流体;具有良好的自吸能力,可空转,可防止回流,可以反运转;密封性好;平时仅需要替换软管。蠕动泵的局限在于:使用柔性管,会使承受压力受到限制;出口压力有很强的脉动,无法测量泵出口压力,一般会选配进出口缓冲罐来缓解,以减弱脉动。

    螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排流体的。各螺杆间以及螺杆与衬筒内壁之间被分隔成一个或多个密封空间。随着螺杆的转动和啮合,这些密封空间在泵的吸入端不断形成,将吸入室中的流体封入其中,并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端,将封闭在各空间中的流体不断排出。由于螺杆是等速旋转,所以流体出流流量也是均匀的。螺杆泵的优点是:运送流体的种类和粘度范围宽广,很适合输送高粘度介质、含有颗粒或纤维的介质;压力和流量范围宽阔,压力高而均匀,流量均匀连续,振动小,噪音低;低流量也可保持高的排出压力,排出压力与转速无关;泵可逆转;转速高,能与原动机直联;吸入性能好,具有自吸能力;要求输送压力稳定,介质固有结构不被破坏时,选用单螺杆泵输送zui为理想。缺点是不能输送气体;磨屑可能会污染输送的介质;螺杆的加工和装配要求较高;泵的性能对流体的粘度变化比较敏感;虽然具有干吸能力,但是必须防止干转;出口端不能受阻;尺寸大。

  齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送流体或使之增压的回转泵。由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间,当齿轮转动时,齿轮脱开侧的空间的体积从小变大,形成真空,将流体吸入,齿轮啮合侧的空间的体积从大变小,而将流体挤入管路中去。齿轮泵的排出口的压力*取决于泵出口处阻力的大小。齿轮泵结构简单,工艺性较好,成本低;与同样流量的其他各类泵相比,结构紧凑,体积小;有自吸能力;对工作介质清洁度要求低,能输送腐蚀性、高温的流体。缺点是工作压力较低;存在泄漏问题,容积效率较低;流量脉动大,引起压力脉动大,使管道、阀门等产生振动,噪声大。

    罗茨泵的泵腔内,有二个“8字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上,由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。在转子之间,转子与泵壳内壁之间,保持有一定的间隙,可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵,通常压缩比很低,故高、中真空泵需要前级泵。为了提高泵的极限真空度,可将罗茨泵串联使用。罗茨泵特点是在较宽的压强范围内有较大的抽速;起动快,能立即工作;对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感;转子不必润滑,泵腔内无油;振动小,转子动平衡条件较好,没有排气阀;驱动功率小,机械摩擦损失小;结构紧凑;运转维护费用低。罗茨泵是中真空的主流泵种。缺点是油泵内部零件磨损会造成内漏,使泵的性能下降很快,这时泵输出功率大大低于输入功率,其损耗全部转变为热能,会引起泵过热。国外罗茨泵的价格远比国产泵要高得多。目前,国内外几乎所有大型或小型的高真空和中真空系统,为了缩短抽气时间、提高生产效率都配有罗茨泵。国产罗茨泵与*水平相比,综合性能差距较大。国产罗茨泵需要进一步降低振动、噪声,*解决轴封漏油问题,改进泵的外观质量,提高泵内的光洁度和清洁度,增强可靠性。

     柱塞泵是依靠柱塞在缸体中往复运动,使密封工作容腔的容积发生变化来实现输送流体。柱塞泵具有额定压力高、能自吸、结构紧凑、传输功率大、转速范围宽、效率高和流量调节方便等优点,其缺点是有脉动、对工作介质清洁度要求苛刻、结构复杂、价格较高、维护困难,柱塞与输送介质接触,填料密封存在泄漏问题。在一些介质中柱塞磨损非常快,机器寿命短,寿命和可靠性不如隔膜泵。

     旋片泵主要由泵体(静子)和转子组成。在转子槽中装有两块以上的旋片,有些泵旋片间还装有弹簧。转子偏心地装在泵腔内,其外缘与泵腔顶部表面的间隙为23微米。转子旋转时,在离心力等作用下,旋片沿槽作往复滑动并与泵腔内壁始终保持接触,将泵腔分成两个或几个可变容积的工作室。转子顺时针方向旋转时,与吸气口相通的吸气腔容积由零逐渐增大,腔内气体压力降低,被抽气体便从吸气口*地吸入。同时与排气口相通的排气腔容积由大变小,吸入腔内的气体被压缩,待气体压力高于大气压力时,推开排气阀排出大气。转子连续转动,泵便不断抽气。旋片泵属于低真空泵,体积小、重量轻、运行安静平稳,脉冲波动小于一般其它真空泵。缺点是结构较复杂,对普通工业旋片泵而言,进气口不能暴露于大气,泵油会污染输送介质,不适用于抽除对金属有腐蚀的,对泵油起化学反应的,含有颗粒尘埃的气体,以及含氧过高的,有爆炸性的,有毒的气体。国产旋片泵在性价比上对进口产品有竞争优势。近几年国内主要生产厂对旋片泵的喷油、漏油问题下了很大的力气加以解决,过去长期存在的喷油、漏油问题近几年得到一定的控制,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。

上述各种小型、微型泵依据各自特性在仪器仪表行业众多领域得以应用,目前仪器仪表使用微型泵的zui主要类型是隔膜泵。隔膜泵也称薄膜泵,是通过薄膜的往复振动来达到泵送流体的目的。膜片向前运动时,泵腔体积增大,腔内压力降低,在压差作用下,进口阀打开,吸入流体;当膜片向后运动时,泵腔体积减小,腔内压力升高,在压差作用下,出口阀打开,排出流体;如此循环往复。它的驱动原理多种多样,有静电、压电、电磁、热、气动、电液、行波传递、凝胶致动和光热致动等。隔膜泵的特点是效率高;运动机构与输送介质*隔离、对介质无污染;非动密封,无泄漏;可靠性好;体积小、重量轻;具有自吸能力;不怕空转;无需润滑保养;自身噪音低。隔膜泵作为微型真空水泵使用时,无需灌泵,启动后立即吸水排水。它既能抽气又能抽水,无水时不怕干转。隔膜泵的优点尤其是无污染性、自吸性使它在仪器仪表行业得到了广泛运用。隔膜泵通常的驱动方式有电动和气动。气动隔膜泵是一种新型输送机械,采用压缩空气为动力源,对于各种腐蚀性流体,带颗粒的流体、泥浆、杂质,高粘度、易挥发、易燃、剧毒的流体,均能予以抽光吸尽,不*电,在易燃、易爆场所使用安全可靠,可以浸没在介质中工作。隔膜泵的主要缺点是输送介质温度受薄膜性能限制,一些隔膜泵不适于高粘度流体,出口压力波动幅度大,有时需安装缓冲设备。不同规格的隔膜泵流量差别大,从小于1/分钟到数百升/分钟。由于隔膜泵具有自吸能力,仪器仪表行业常用的微型隔膜泵也称为微型真空泵。随着国内仪器仪表行业的快速发展,对微型真空泵的需求日益增加。低端的微型真空泵市场几乎被国货占领,进口品牌在价格和服务上毫无优势。微型真空泵市场主要由进口微型泵KNFGASTTHOMAS等品牌和国内成都“气海”品牌瓜分市场。在应用领域,气海泵在技术上已经可与进口泵媲美,服务更胜*。但对于少数参数要求特别高的微型泵,即便是强的气海公司,都还无法与进口产品竞争。在微型泵的技术创新上,近年来国货大有作为。比如,成都气海推出的可PWM调速并且能输出FG反馈信号的无刷电机微型泵,已经广泛应用于自动控制市场,至今还无相同功能的产品。近年来技术的微型泵生产商在电机、隔膜材质上取得了突破性的进展,隔膜泵的使用在发达国家得到了很大发展,逐步占领了其它泵的领域。相信随着技术的进步,隔膜泵在我国的运用必将日益广泛。

 


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