Перистальтические насосы: полное руководство по принципу работы, применению и выбору

Приложения по обработке жидкостей в различных отраслях промышленности сталкиваются с многочисленными проблемами: от поддержания стерильности до перекачивания вязких или едких жидкостей. Выбор неправильного насоса может привести к загрязнению, утечке и частому техническому обслуживанию, что приводит к дорогостоящему простою и снижению эффективности.

Перистальтические насосы предлагают уникальное решение этих проблем благодаря своему особому принципу работы, который обеспечивает мягкий, безпульсационный поток без какого-либо контакта между насосом и жидкостью. Используя простую, но эффективную конструкцию, перистальтические насосы преодолевают ограничения традиционных типов насосов, что делает их идеальными для широкого спектра применений.

В этом всеобъемлющем руководстве мы погрузимся в мир перистальтических насосов, изучив их компоненты, типы и принципы работы. Мы также обсудим их преимущества, недостатки и ключевые соображения по выбору подходящего насоса для вашего конкретного применения.

Что такое перистальтический насос?

Перистальтический насос — это тип насоса положительного вытеснения, который использует попеременное сжатие и расслабление гибкой трубки для перемещения жидкостей. Насосное действие похоже на перистальтику, сокращение и расслабление мышц, которые помогают перемещать пищу по пищеварительному тракту. Этот уникальный насосный механизм позволяет перистальтическим насосам аккуратно и эффективно перекачивать широкий спектр жидкостей.

Концепция позитивного смещения

Перистальтические насосы относятся к категории насосов прямого вытеснения. В насосе прямого вытеснения фиксированный объем жидкости вытесняется или перемещается с каждым циклом работы насоса. Это достигается путем улавливания определенного количества жидкости и принудительного ее протекания через насос в выпускную трубу. Насосы прямого вытеснения обеспечивают постоянную скорость потока при заданной скорости, независимо от давления нагнетания, что делает их идеальными для применений, требующих точного дозирования или измерения.

Компоненты перистальтических насосов

Основными компонентами перистальтического насоса являются:

• Гибкая трубка: Сердце перистальтического насоса — гибкая трубка, по которой перекачивается жидкость. Трубка обычно изготавливается из таких материалов, как силикон, ПВХ или других эластомеров, которые могут выдерживать многократное сжатие и расслабление.
• Ротор и ролики/башмаки: Ротор представляет собой круглый компонент с двумя или более роликами или башмаками, прикрепленными к его окружности. При вращении ротора ролики или башмаки сжимают гибкую трубку, создавая уплотнение между всасывающей и нагнетательной сторонами насоса.
• Корпус насоса: Корпус насоса или корпус охватывает ротор и трубку, обеспечивая защиту и поддержку. Корпус также включает в себя впускные и выпускные отверстия для жидкости.
• Двигатель: Перистальтические насосы приводятся в действие электродвигателем, который может быть переменного или постоянного тока в зависимости от применения. Скорость двигателя определяет производительность насоса.

Как работают перистальтические насосы

Перекачивающее действие в перистальтическом насосе достигается посредством следующих этапов:

1. Гибкая трубка вставляется в корпус насоса, образуя петлю вокруг ротора.
2. При вращении ротора закрепленные на нем ролики или башмаки сжимают трубку, создавая уплотнение между сторонами всасывания и нагнетания.
3. Вращение ротора заставляет точку сжатия перемещаться по длине трубки, втягивая жидкость за сжатую секцию и выталкивая ее вперед.
4. По мере того как ротор продолжает вращаться, новая жидкость всасывается в трубку, а ранее забранная жидкость выводится из насоса.

Этот процесс повторяется непрерывно, создавая постоянный поток жидкости через насос. Скорость потока пропорциональна скорости ротора и размеру трубки.

Типы перистальтических насосов

Существует три основных типа перистальтических насосов:

Трубчатые насосы

Трубчатые насосы, также известные как лабораторные или низкопоточные перистальтические насосы, являются наиболее распространенным типом. Они используют гибкие трубки малого диаметра (обычно менее 8 мм) и предназначены для более низких скоростей потока и давления. Трубчатые насосы широко используются в лабораторных, медицинских и биотехнологических приложениях для точного дозирования и измерения жидкостей.

Шланговые насосы

Шланговые насосы, также называемые высокопроизводительными или промышленными перистальтическими насосами, используют армированные шланги большего диаметра (обычно 10-25 мм) и рассчитаны на более высокие скорости потока и давления. Шланги часто изготавливаются из таких материалов, как Norprene или Marprene, которые обеспечивают большую прочность и устойчивость к химикатам. Шланговые насосы обычно используются в промышленных приложениях, таких как очистка сточных вод, химическая обработка и горнодобывающая промышленность.

Микрофлюидные насосы

Микрофлюидные насосы — это специализированные перистальтические насосы, предназначенные для работы с чрезвычайно малыми объемами жидкостей, обычно в диапазоне микролитров или нанолитров. Эти насосы используют миниатюрные компоненты и трубки очень малого диаметра (часто менее 1 мм). Микрофлюидные насосы используются в таких приложениях, как поиск лекарств, диагностика в месте оказания помощи и устройства «лаборатория на чипе».

Расчет расхода для перистальтических насосов

Расход перистальтического насоса можно рассчитать по следующей формуле:

Q = n × V

Где:

• Q = Скорость потока (мл/мин)
• n = Скорость вращения ротора (об/мин)
• V = Объем за оборот (мл/об)

Объем за оборот зависит от размера трубки и количества роликов или башмаков на роторе. Производители обычно предоставляют графики расхода или калькуляторы, чтобы помочь пользователям определить подходящий размер трубки и скорость ротора для желаемого расхода.

Преимущества перистальтических насосов

Бережное обращение с жидкостями

Перистальтическое насосное действие является мягким и неинвазивным, что делает его пригодным для работы с деликатными жидкостями, такими как клеточные культуры, кровь и другие биологические образцы. Жидкость контактирует только с внутренней частью трубки, что сводит к минимуму риск загрязнения или повреждения.

Низкие эксплуатационные расходы

Перистальтические насосы имеют мало движущихся частей, и жидкость контактирует только с трубкой, что снижает износ компонентов насоса. Это приводит к снижению требований к техническому обслуживанию и увеличению срока службы по сравнению с другими типами насосов.

Реверсивный поток

Изменяя направление ротора, перистальтические насосы могут легко менять направление потока жидкости. Эта двунаправленная способность полезна в приложениях, требующих опорожнения линий или устранения засоров.

Самовсасывающий

Перистальтические насосы являются самовсасывающими, то есть они могут всасывать жидкость из источника, даже если насос сухой. Это устраняет необходимость в ручной заливке или дополнительных системах заливки.

Возможность сухого хода

В отличие от некоторых других типов насосов, перистальтические насосы могут работать всухую без повреждений. Если подача жидкости заканчивается, насос может продолжать работать без риска заклинивания или перегрева.

Недостатки перистальтических насосов

Ограниченная способность давления

Перистальтические насосы обычно имеют более низкие возможности давления по сравнению с другими насосами положительного вытеснения, такими как шестеренчатые или поршневые насосы. Максимальное давление ограничено прочностью материала трубки и силой сжатия роликов.

Пульсирующий поток

Перистальтическое насосное действие создает легкую пульсацию в потоке жидкости, особенно на низких скоростях. Эту пульсацию можно минимизировать, используя больше роликов или более длинную зону сжатия, но это может не подойти для приложений, требующих чрезвычайно плавного потока.

Износ трубок

Повторное сжатие и расслабление трубки может привести к ее износу с течением времени, требуя периодической замены. Срок службы трубки зависит от таких факторов, как материал, свойства жидкости и условия эксплуатации.

Низкая эффективность

Перистальтические насосы обычно имеют более низкую энергоэффективность по сравнению с другими типами насосов из-за трения между роликами и трубкой. Это может привести к более высокому потреблению энергии и эксплуатационным расходам.

Применение перистальтических насосов

Дозирование химикатов

Перистальтические насосы широко используются для дозирования химикатов в очистке воды и сточных вод, бассейнах и промышленных процессах. Они обеспечивают точное, повторяемое дозирование химикатов, таких как хлор, регуляторы pH и флокулянты.

Биомедицина и фармацевтика

В медицинских и биотехнологических приложениях перистальтические насосы используются для задач по обработке жидкостей, таких как кровообращение, диализ и доставка лекарств. Их мягкое насосное действие и способность обрабатывать деликатные жидкости делают их хорошо подходящими для этих приложений.

Еда и напитки

Перистальтические насосы используются в пищевой и технологической обработке напитков для таких задач, как дозирование ингредиентов, впрыскивание ароматизаторов и перемещение продуктов. Насосы могут работать с вязкими жидкостями, такими как сиропы и пасты, а их санитарная конструкция помогает поддерживать качество продукции.

Печать и подача чернил

В полиграфии перистальтические насосы используются для систем подачи чернил в струйных принтерах и другом цифровом печатном оборудовании. Точный контроль потока и способность работать с пигментированными чернилами делают их популярным выбором для этого применения.

Как правильно выбрать перистальтический насос

При выборе перистальтического насоса для конкретного применения следует учитывать несколько ключевых факторов:

Требования к расходу и давлению

Первый шаг — определить требуемый расход и давление нагнетания для приложения. Это поможет сузить выбор размера насоса и диаметра необходимой трубки. Ознакомьтесь с таблицами расхода производителя или воспользуйтесь их онлайн-инструментами для определения размера, чтобы выбрать насос, который соответствует вашим требованиям.

Вязкость жидкости

Вязкость перекачиваемой жидкости — еще один важный фактор. Для жидкостей с более высокой вязкостью требуются более мощные двигатели, что может ограничить максимально достижимую скорость потока. Убедитесь, что насос способен справиться с диапазоном вязкости вашего применения.

Химическая совместимость жидкости с материалами насоса

Трубки и другие смачиваемые части насоса должны быть совместимы с перекачиваемой жидкостью. Проверьте таблицы химической стойкости, предоставленные производителем, чтобы убедиться, что материал трубки может выдерживать жидкость без деградации или выщелачивания. При оценке совместимости учитывайте такие факторы, как температура, концентрация и время воздействия.

Сравнение перистальтических насосов с другими типами насосов

Распространенные проблемы и их устранение

• Неисправность трубки: Если трубка разрывается или протекает, немедленно остановите насос и замените трубку. Проверьте на наличие признаков износа, закупорки или химического воздействия.
• Уменьшение расхода: Уменьшение расхода может указывать на засорение трубки или износ ротора. Осмотрите трубку на предмет перегибов или препятствий и очистите или замените при необходимости. Проверьте ротор на предмет износа и замените при необходимости.
• Шумная работа: Необычный шум во время работы может указывать на проблему с насосом. Проверьте наличие мусора в головке насоса, ослабленного ротора или изношенных подшипников. Обратитесь к руководству по устранению неисправностей производителя для получения конкретных инструкций.
• Перегрев двигателя: Если двигатель перегревается, это может указывать на проблему с электропитанием или на помеху в насосе. Проверьте правильность напряжения и тока, а также осмотрите трубки и ротор на предмет засоров или застреваний. Дайте двигателю остыть перед повторным запуском.