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蠕动泵脉动现象产生的原因

 

脉动现象是蠕动泵的一种固有现象,就目前所有的蠕动泵结构而言,是不可能消除的。但是有些使用场合,脉动现象是不允许的,或者需要适当减小才能满足要求。如果使用场合要求不能有任何的脉动现象,那么蠕动泵是不合适的,因此需要选择更加平稳的泵型,比如叶轮泵或者细齿轮泵。

所谓脉动现象指的是蠕动泵传输液体的时候是一股一股传输的。一般用两个参数来描述脉动现象,脉动的频率和脉动的幅度。(见下图) 

      

脉动的频率是指单位时间内脉动的次数,单位时间可以是1秒钟也可以是1分钟或者其他的时间。蠕动泵在较长时间,比如一分钟内传输的总量是一致的,也就是上一分钟和下一分钟传输的量是相等的,但是如果把时间缩短到几秒钟或者更短时间,蠕动泵的传输量就会有差异了,这是因为蠕动泵传输液体的瞬时速度是程周期性变化的。有些场合,比如合掌机点胶时候需要很均匀的涂抹在包装袋上。为了达到更加均匀的涂抹工艺,一般是先用蠕动泵将胶水传输到棉花或者海绵上,包装袋通过接触棉花或者海绵来均匀的带走胶水。如果想要涂抹的更加均匀,那么棉花或者海绵的胶水饱和度就要保证相对的稳定。如果蠕动泵的脉动频率较低的话,那么两股之间的间隔时间就会有些长,因为合掌机是一直高速运行的,这个间隔时间内就会带走大量的胶水,使棉花或者海绵的胶水饱和度大幅度下降,导致涂抹不均匀。所以为了涂抹均匀,必须快速的为棉花或者海绵补充胶水,使饱和度维持在一个相对稳定的值,这个时候可以通过提高蠕动泵脉动的频率来解决这个问题。提高脉动频率有两个方法,第一是提高蠕动泵的转速,在泵头结构一定的情况下,提高转速是最直接的增大脉动频率的方法。但是如果对流速有严格要求的话,单纯提高转速是不可以的,因为转速提高流速就会相应提高,因此应该更换更细的软管,然后提高转速,这样就能即保证流速要求,又提高了频率。第二是增加泵头滚轮的数量,同样转速下,脉动的频率会显著增加,但是滚轮数量多了以后,同样圆弧与滚轮结构下,泵头的流速会降低,因此要增加泵的转速来达到相同的流速,这样蠕动泵脉动的频率还会进一步增加。

脉动的幅度是脉动现象的另一个重要参数。不同的泵头以及软管,脉动的幅度是不相同的,脉动的幅度由软管的尺寸和滚轮的直径两个参数来决定。将管子直线水平放置,然后使滚轮以跟管子摆放方向垂直的方向压下去,完全压紧后,管子因为被压紧变形所减小的体积大小即为脉动的幅度大小。实际上蠕动泵传输流体的时候,不仅是两个脉动中间有暂停不传输液体,并且还会倒流一小段距离。那么在整个传输过程中,流体就是传输倒流传输,如此循环动作。在较长周期内,蠕动泵的传输速度是稳定的,瞬时速度是随时在变化的,在有些场合,这样的一个传输方式是不允许的。为了减小甚至是消除这种脉动现象,就有了脉动阻尼器这个产品。总的原理就是大口进液体,小口出液体,这样由于每一股液体快速到来时候,液体来不及完全迅速的从小口流出,多余的液体所产生的压力就会被阻尼器中的空气吸收,随着空腔中空气的压力逐渐增大,细口处流速也会相应增加,最终达到一个相对稳定的状态。为什么这样可以减小脉动呢,是因为从原理上讲,在所有管路状态不变的情况下,只要空腔里的空气压力保证绝对稳定,那么出口处流速就会绝对稳定,如果空腔的体积远大于脉动的幅度,那么在单次脉动到来时候,对阻尼器空腔空气的压力的影响就会很小,这样空腔的相对压力就会在一个很小的波动下保证相对稳定,那么细口处的流速也会只是有个很小的波动。因为脉动阻尼器不可能无限制大,所以流体的波动肯定会存在,但是倒流的现象已经消除了。使用脉动阻尼器是有条件限制的,第一,传输的流体必须可以接触空气,第二阻尼器的体积要与流速相兼容,即空腔大小要与脉动幅度保证合适的比例,这要根据对流速稳定性的要求来决定。同一个脉动阻尼器并不能适应所有流速,而只是对一个很窄的流速区间有较好的缓冲作用。因此如果液体传输涉及到一个较宽的流速区间并且都要明显的减小流速的脉动,那么光靠脉动阻尼器是实现不了的,可以想象一下,如果流速过低,那么脉动阻尼器空腔不能产生稳定的压力,就不能很好的减小脉动;如果流速过快,脉动是可以明显减小,但是由于细口想要增加流速,腔内压力就需要成倍增加,而蠕动泵本身是一个低压类的泵型,一般工作压力不超过0.15Mpa,并且长期处于临界压力下,软管的寿命会明显降低,所以在使用上应当综合考虑。另外在使用脉动阻尼器后,泵停机时,因为空腔内存在压力,出口还是会持续出液体,直到腔内压力减小至跟外界压力相同的程度。

利用类似的原理,也可以考虑利用软管的弹性来吸收脉动。蠕动泵使用的软管第一点要求就是弹性要足够高,这样才能保证流速的稳定性。那么可以在泵头的出口处适当延长软管,一般有一米以上就会有很明显的效果。根据不同流速的要求在软管出口处转接合适内径的细接头或者针头,同样在蠕动泵工作时候,每次脉动到来时,由于细接头或者针头来不及把液体全部迅速的排出,出口处软管内就会产生压力,当细接头或者针头的流速与蠕动泵进液的速度相同时,出口处软管内部压力就会稳定,而每一次脉动到来时,多余的压力就会被软管整体的膨胀来吸收掉,来达到减小脉动的作用。这样可以达到跟使用脉动阻尼器相同的效果,并且可以传输对空气敏感的液体,所以脉动阻尼器已经很少使用了。同样不同口径的细接头或者针头也只能适应一个很窄的流速区间,在泵停机后,出口处也会持续的流出液体,直到管内外压力平衡。

第三种减小脉动的方式原理稍有些不同,利用的是液位高度差以及管路状态不变的情况下,出口处流体的流速不变这一工作原理。其实最根本的原理都是相同的,都是设法构造稳定的压力,来达到减小脉动的目的。利用蠕动泵控制一个水槽的液位在一个很小的高度差内变化,那么出口处流速肯定就会维持一个很稳定的状态,但是这种使用方式只适合非常少的案例,使用不多。目前最常用的方式是第二种方案,利用软管自身的弹性来工作。

 

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