王道臣 陳志軍 韓玉明 李建冬

(北京機(jī)械設(shè)備研究所電液傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室，北京 100854 )

蠕動(dòng)泵是一種通過(guò)轉(zhuǎn)輥?zhàn)邮贡霉苋鋭?dòng)從而傳送流體的輸送泵，因其輸送流體的無(wú)污染性以及氣液兩相流體的適應(yīng)性等特點(diǎn)，是空間站流體輸送的重要元件之一。蠕動(dòng)泵工作時(shí)，被輸送的流體只能在泵管里流動(dòng)，不與泵體其他零件接觸，因而能夠避免流體被泵體污染或流體污染泵體。除空間站環(huán)境外，蠕動(dòng)泵還廣泛應(yīng)用于制藥、食品加工、化學(xué)工業(yè)、農(nóng)業(yè)及水處理等行業(yè)[1]。

流量是蠕動(dòng)泵的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，其理論計(jì)算值與試驗(yàn)值存在差值，有經(jīng)驗(yàn)的蠕動(dòng)泵設(shè)計(jì)師可根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)在其初期設(shè)計(jì)時(shí)考慮這一差

值并進(jìn)行修正，使其實(shí)際流量達(dá)到預(yù)期要求。筆者對(duì)蠕動(dòng)泵流量的理論值和試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析，并得出兩者的相差系數(shù)，為以后的設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。

1 蠕動(dòng)泵的工作原理①

蠕動(dòng)泵主要由驅(qū)動(dòng)器、泵頭、泵管和控制器組成[2](圖1a)，泵頭主要由泵殼和轉(zhuǎn)輥?zhàn)咏M成(圖1b)。驅(qū)動(dòng)器在控制器的控制下帶動(dòng)泵頭內(nèi)的轉(zhuǎn)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)反復(fù)碾壓和釋放泵管，這種碾壓作用使泵管內(nèi)產(chǎn)生真空，將被輸送的流體吸入泵管，泵管內(nèi)的流體在轉(zhuǎn)輥?zhàn)幼饔孟屡懦?，完成流體的輸送。

圖1 蠕動(dòng)泵結(jié)構(gòu)示意圖

2 蠕動(dòng)泵流量的理論計(jì)算

在圖2中，轉(zhuǎn)輥?zhàn)訌奈恢肁滾動(dòng)到位置B，不考慮轉(zhuǎn)輥?zhàn)幽雺罕霉苷加械捏w積，輸送流體的體積約等于圓弧AB段泵管內(nèi)存儲(chǔ)的流體體積，即：

(1)

式中D——泵殼圓周節(jié)圓直徑，m；

d——泵管內(nèi)徑，m；

Δq——圓弧AB段泵管內(nèi)存儲(chǔ)的流體體積，m3；

θ——轉(zhuǎn)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的角度，rad；

δ——泵管壁厚，m。

圖2 流量計(jì)算原理

蠕動(dòng)泵輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)輸出的流量等于2π/θ個(gè)Δq，即：

(2)

式中q——蠕動(dòng)泵的排量，m3。

則蠕動(dòng)泵的流量為：

Q=rq-6

(3)

式中Q——蠕動(dòng)泵的流量，m3/min；

r——蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速，r/min。

由式(3)可見(jiàn)，在不考慮轉(zhuǎn)輥?zhàn)幽雺罕霉苷加畜w積的前提下，蠕動(dòng)泵流量與轉(zhuǎn)輥?zhàn)訑?shù)量及泵管壁厚等參數(shù)無(wú)關(guān)，只與泵管內(nèi)徑、泵殼圓周節(jié)圓直徑和蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速相關(guān)。

3 蠕動(dòng)泵流量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)所用蠕動(dòng)泵的管內(nèi)徑為4.8mm，泵殼圓周節(jié)圓直徑為60.4mm，泵內(nèi)共4個(gè)通道。以自來(lái)水為工作介質(zhì)，采用稱(chēng)重法測(cè)量蠕動(dòng)泵在不同轉(zhuǎn)速下第二通道和第四通道的流量，每個(gè)通道流量測(cè)量3次，取其平均值記錄(表1)。

表1 蠕動(dòng)泵流量試驗(yàn)值

4 試驗(yàn)值與理論值的對(duì)比

根據(jù)表1中蠕動(dòng)泵的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速按式(3)計(jì)算蠕動(dòng)泵的理論流量。因蠕動(dòng)泵第二、四通道的流量試驗(yàn)值相差很小，因此以第二通道為例進(jìn)行對(duì)比。蠕動(dòng)泵流量試驗(yàn)值與理論值如圖3所示，試驗(yàn)值與理論值的比值如圖4所示。由圖3、4可知：蠕動(dòng)泵流量的試驗(yàn)值比理論值小，但兩者相差倍數(shù)較恒定，即試驗(yàn)值是理論值的66%左右。

圖3 蠕動(dòng)泵流量試驗(yàn)值和理論值對(duì)比

圖4 蠕動(dòng)泵流量試驗(yàn)值與理論值的比值

通過(guò)觀察新泵管和工作一段時(shí)間后泵管的截面發(fā)現(xiàn)：新泵管截面為圓形，式(3)也是按泵管截面為圓形進(jìn)行流量計(jì)算的；但工作一段時(shí)間后泵管的截面為橢圓形，即泵管被碾壓后無(wú)法完全回彈至圓形，這是造成蠕動(dòng)泵流量的試驗(yàn)值和理論值有差值的一個(gè)重要因素。同時(shí)，轉(zhuǎn)輥?zhàn)幽雺罕霉苷加幸欢w積、泵殼工作圓的加工尺寸公差及泵管內(nèi)徑公差等也可以影響蠕動(dòng)泵流量。

5 結(jié)束語(yǔ)

蠕動(dòng)泵流量的試驗(yàn)值比理論值小，但兩者相差倍數(shù)比較恒定，即試驗(yàn)值是理論值的66%左右，且這個(gè)倍數(shù)和泵管規(guī)格、轉(zhuǎn)輥?zhàn)又睆郊稗D(zhuǎn)輥?zhàn)訑?shù)量等有關(guān)，這一點(diǎn)對(duì)今后設(shè)計(jì)蠕動(dòng)泵具有一定的指導(dǎo)借鑒意義。

[1] 劉顯軍. 蠕動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用[J].流體機(jī)械，1998，26(12)：38～40.

[2] 高慧瑩，劉濤，孫振杰. 蠕動(dòng)泵原理及在化學(xué)機(jī)械拋光過(guò)程中的應(yīng)用[J]. 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2010，(9)：48～51.