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          蠕動泵脈動現象產生的原因

           

          脈動現象是蠕動泵的一種固有現象,就目前所有的蠕動泵結構而言,是不可能消除的。但是有些使用場合,脈動現象是不允許的,或者需要適當減小才能滿足要求。如果使用場合要求不能有任何的脈動現象,那么蠕動泵是不合適的,因此需要選擇更加平穩的泵型,比如葉輪泵或者細齒輪泵。

          所謂脈動現象指的是蠕動泵傳輸液體的時候是一股一股傳輸的。一般用兩個參數來描述脈動現象,脈動的頻率和脈動的幅度。(見下圖) 

                

          脈動的頻率是指單位時間內脈動的次數,單位時間可以是1秒鐘也可以是1分鐘或者其他的時間。蠕動泵在較長時間,比如一分鐘內傳輸的總量是一致的,也就是上一分鐘和下一分鐘傳輸的量是相等的,但是如果把時間縮短到幾秒鐘或者更短時間,蠕動泵的傳輸量就會有差異了,這是因為蠕動泵傳輸液體的瞬時速度是程周期性變化的。有些場合,比如合掌機點膠時候需要很均勻的涂抹在包裝袋上。為了達到更加均勻的涂抹工藝,一般是先用蠕動泵將膠水傳輸到棉花或者海綿上,包裝袋通過接觸棉花或者海綿來均勻的帶走膠水。如果想要涂抹的更加均勻,那么棉花或者海綿的膠水飽和度就要保證相對的穩定。如果蠕動泵的脈動頻率較低的話,那么兩股之間的間隔時間就會有些長,因為合掌機是一直高速運行的,這個間隔時間內就會帶走大量的膠水,使棉花或者海綿的膠水飽和度大幅度下降,導致涂抹不均勻。所以為了涂抹均勻,必須快速的為棉花或者海綿補充膠水,使飽和度維持在一個相對穩定的值,這個時候可以通過提高蠕動泵脈動的頻率來解決這個問題。提高脈動頻率有兩個方法,第一是提高蠕動泵的轉速,在泵頭結構一定的情況下,提高轉速是較直接的增大脈動頻率的方法。但是如果對流速有嚴格要求的話,單純提高轉速是不可以的,因為轉速提高流速就會相應提高,因此應該更換更細的軟管,然后提高轉速,這樣就能即保證流速要求,又提高了頻率。第二是增加泵頭滾輪的數量,同樣轉速下,脈動的頻率會顯著增加,但是滾輪數量多了以后,同樣圓弧與滾輪結構下,泵頭的流速會降低,因此要增加泵的轉速來達到相同的流速,這樣蠕動泵脈動的頻率還會進一步增加。

          脈動的幅度是脈動現象的另一個重要參數。不同的泵頭以及軟管,脈動的幅度是不相同的,脈動的幅度由軟管的尺寸和滾輪的直徑兩個參數來決定。將管子直線水平放置,然后使滾輪以跟管子擺放方向垂直的方向壓下去,完全壓緊后,管子因為被壓緊變形所減小的體積大小即為脈動的幅度大小。實際上蠕動泵傳輸流體的時候,不僅是兩個脈動中間有暫停不傳輸液體,并且還會倒流一小段距離。那么在整個傳輸過程中,流體就是傳輸倒流傳輸,如此循環動作。在較長周期內,蠕動泵的傳輸速度是穩定的,瞬時速度是隨時在變化的,在有些場合,這樣的一個傳輸方式是不允許的。為了減小甚至是消除這種脈動現象,就有了脈動阻尼器這個產品??偟脑砭褪谴罂谶M液體,小口出液體,這樣由于每一股液體快速到來時候,液體來不及完全迅速的從小口流出,多余的液體所產生的壓力就會被阻尼器中的空氣吸收,隨著空腔中空氣的壓力逐漸增大,細口處流速也會相應增加,來達到一個相對穩定的狀態。為什么這樣可以減小脈動呢,是因為從原理上講,在所有管路狀態不變的情況下,只要空腔里的空氣壓力保證絕對穩定,那么出口處流速就會絕對穩定,如果空腔的體積遠大于脈動的幅度,那么在單次脈動到來時候,對阻尼器空腔空氣的壓力的影響就會很小,這樣空腔的相對壓力就會在一個很小的波動下保證相對穩定,那么細口處的流速也會只是有個很小的波動。因為脈動阻尼器不可能無限制大,所以流體的波動肯定會存在,但是倒流的現象已經消除了。使用脈動阻尼器是有條件限制的,第一,傳輸的流體必須可以接觸空氣,第二阻尼器的體積要與流速相兼容,即空腔大小要與脈動幅度保證合適的比例,這要根據對流速穩定性的要求來決定。同一個脈動阻尼器并不能適應所有流速,而只是對一個很窄的流速區間有較好的緩沖作用。因此如果液體傳輸涉及到一個較寬的流速區間并且都要明顯的減小流速的脈動,那么光靠脈動阻尼器是實現不了的,可以想象一下,如果流速過低,那么脈動阻尼器空腔不能產生穩定的壓力,就不能很好的減小脈動;如果流速過快,脈動是可以明顯減小,但是由于細口想要增加流速,腔內壓力就需要成倍增加,而蠕動泵本身是一個低壓類的泵型,一般工作壓力不超過0.15Mpa,并且長期處于臨界壓力下,軟管的壽命會明顯降低,所以在使用上應當綜合考慮。另外在使用脈動阻尼器后,泵停機時,因為空腔內存在壓力,出口還是會持續出液體,直到腔內壓力減小至跟外界壓力相同的程度。

          利用類似的原理,也可以考慮利用軟管的彈性來吸收脈動。蠕動泵使用的軟管第一點要求就是彈性要足夠高,這樣才能保證流速的穩定性。那么可以在泵頭的出口處適當延長軟管,一般有一米以上就會有很明顯的效果。根據不同流速的要求在軟管出口處轉接合適內徑的細接頭或者針頭,同樣在蠕動泵工作時候,每次脈動到來時,由于細接頭或者針頭來不及把液體全部迅速的排出,出口處軟管內就會產生壓力,當細接頭或者針頭的流速與蠕動泵進液的速度相同時,出口處軟管內部壓力就會穩定,而每一次脈動到來時,多余的壓力就會被軟管整體的膨脹來吸收掉,來達到減小脈動的作用。這樣可以達到跟使用脈動阻尼器相同的效果,并且可以傳輸對空氣敏感的液體,所以脈動阻尼器已經很少使用了。同樣不同口徑的細接頭或者針頭也只能適應一個很窄的流速區間,在泵停機后,出口處也會持續的流出液體,直到管內外壓力平衡。

          第三種減小脈動的方式原理稍有些不同,利用的是液位高度差以及管路狀態不變的情況下,出口處流體的流速不變這一工作原理。其實根本的原理都是相同的,都是設法構造穩定的壓力,來達到減小脈動的目的。利用蠕動泵控制一個水槽的液位在一個很小的高度差內變化,那么出口處流速肯定就會維持一個很穩定的狀態,但是這種使用方式只適合非常少的案例,使用不多。目前常用的方式是第二種方案,利用軟管自身的彈性來工作。

           

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