微型泵通常指體(ti) 積小巧,流量低的泵類產(chan) 品。按照不同的技術原理又可以分成微型離心泵、微型齒輪泵、微型隔膜泵、微型柱塞泵、微型蠕動泵、微型旋片泵、旋渦泵等等,按照驅動方式可以分成直聯式、磁力驅動式,按照運動方式可以分成往複式和旋轉式,按照材質可以分為(wei) 金屬泵、塑料泵、複合泵等,按照輸送液體(ti) 的溫度可以分為(wei) 低溫泵、高溫泵和常溫泵,按照不同動力來源可以分為(wei) 氣動式泵、直流泵(12V,24v,48v等等)、伺服泵、交流泵、變頻泵等等。而使用者往往習(xi) 慣於(yu) 用自己的實際使用需求來給泵命名,例如循環泵、加壓泵、取樣泵、冷卻泵、尿素泵、色譜泵、衝(chong) 洗泵、霧化泵等等。有了這麽(me) 多的細分,難免給用戶的選泵帶來很多的困惑,這裏我司針對微型泵的結構和性能特點,結合常見應用做一些分析和建議,供選泵時參考。
無論是什麽(me) 類型的泵,萬(wan) 變不離其宗,它們(men) 的作用就是通過對被輸送液體(ti) 做工,使得被輸送液體(ti) 產(chan) 生符合要求的流動。這裏就出現了泵選型的基本參數:流量和壓力。通常來說,離心泵在小流量下很難做到高揚程(高壓力),所以在需要小流量高壓力的場合,容積式泵出現的頻率很高。其中一種就是微型齒輪泵。
微型(磁力)齒輪泵的特點是:
(1)工作時主動輪和從(cong) 動輪需要相互齧合
(2)泵內(nei) 間隙小,齒輪與(yu) 泵體(ti) ,軸與(yu) 軸承之間的間隙都在幾十微米的範圍
(3)軸承和齒輪一般都采用高分子材料電機的扭矩通過磁力聯軸器傳(chuan) 遞到軸
所以在選擇該種類型泵的時候,需要考慮液體(ti) 的流量、入口和出口壓力、粘度、液體(ti) 的腐蝕性、顆粒情況、溫度、液體(ti) 對剪切力的敏感程度、入口和出口管線情況、電機的類型、流量和壓力的控製方式(精度、批量、逆止)等等。
1、流量
製造精良的微型磁力齒輪泵的一般可以在50~4000rpm轉速範圍內(nei) 工作,通過查找每個(ge) 型號的流量-壓力-轉速曲線,就可以方便的進行選型(lpm是升/分鍾,斜線代表壓差)
由於(yu) 泵內(nei) 部存在間隙的原因,總有一部分處於(yu) 泵出口端的高壓液體(ti) 會(hui) 沿著泵內(nei) 部的間隙從(cong) 泵內(nei) 部回流到泵的入口端,造成泵的實際輸出流量小於(yu) 理論值。並且隨著進出口壓力差的增大,內(nei) 部的回流流量也相應加大。泵的實際流量=泵的理論流量-泵內(nei) 部泄漏量。從(cong) 上圖中可以看出,在相同轉速下,壓力越高,實際流量越低。另外也可以看到在出口壓力穩定的情況下,泵的流量和轉速成線性關(guan) 係,這也是齒輪泵可以作為(wei) 計量泵的理論依據。但是如果壓力波動,那麽(me) 線性關(guan) 係將被破壞,這種現象在輸送低粘度液體(ti) 的係統中表現更為(wei) 明顯。
2、壓力
一般我們(men) 隻考慮進出口壓差,但是分別了解進口壓力和出口壓力對於(yu) 正確的選型至關(guan) 重要。因為(wei) 有時候泵的進口可能是負壓,有時候可能是正壓。如果是負壓的情況,需要知道具體(ti) 的負壓值,當泵的入口壓力小於(yu) 大氣壓時,泵在相同轉速和壓差情況下的流量會(hui) 低於(yu) 性能曲線中的正常值。當入口真空度達到一個(ge) 極值時,泵將無法正常工作(NPSHa<NPSHr)。另外每台泵都有一個(ge) 大允許工作壓力,也就是泵的大承壓,當泵的入口壓力>大氣壓時,必須保證出口壓力<泵的大承壓,也就是“入口壓力+壓差<泵的大承壓”,這樣才能保證泵的長期安全工作。
另外,我們(men) 也需要正確理解泵的出口壓力。齒輪泵是一種容積泵,我們(men) 通常說NP係列微型磁力泵可以達到20bar壓差,這裏的20bar指的是泵的能力。但是泵安裝在一個(ge) 係統裏以後,實際能夠達到的工作壓力是由係統的阻力決(jue) 定的。係統的阻力=液體(ti) 在管道中流動阻力+可能的容器壓力。
圖中泵的實際工作壓力=液體(ti) 流經管道的壓力降+液體(ti) 流經閥門的壓力降+罐體(ti) 內(nei) 的壓力。如果中間還有高度差引起的壓力降和彎管引起的壓力降,都要計算在內(nei) 。
3、粘度
液體(ti) 的粘度對泵的性能和功率都有影響,粘度同時又受溫度甚至是剪切力的影響。因為(wei) 齒輪泵內(nei) 部泄漏的存在,泵在輸送粘度越大的液體(ti) 時,內(nei) 部泄漏越小,實際輸出流量就會(hui) 大。所以相比於(yu) 低粘度的水來說,輸送高粘度的液體(ti) 時,同一型號的泵在相同轉速和壓差下,泵的實際輸出流量會(hui) 大一些。(加對比曲線)。但是隨著液體(ti) 粘度的升高,液體(ti) 本身的流動性下降,同時齒輪在高粘度液體(ti) 中旋轉所需要消耗的功率也會(hui) 急劇上升,所以隨著輸送液體(ti) 粘度的升高,泵的工作轉速也應該適當降低,這樣不僅(jin) 可以降低不必要的能耗,也能防止氣蝕的發生。齒輪泵工作時,由於(yu) 齒輪間的齧合、軸承和軸之間的摩擦以及磁力聯軸器的損耗都會(hui) 產(chan) 生溫升,進而對液體(ti) 粘度產(chan) 生影響,如果液體(ti) 的性狀或者工藝需求對溫度變化非常敏感,那麽(me) 選型時需要考慮泵轉速、內(nei) 部間隙、齒形設計等因素來限製泵的做功對液體(ti) 溫度的影響。如果液體(ti) 對剪切力非常敏感,那麽(me) 需要通過降低轉速來應對。
4、液體(ti) 的腐蝕性
液體(ti) 的腐蝕性會(hui) 嚴(yan) 重影響泵的使用壽命。我們(men) 必須保證泵內(nei) 所有接觸液體(ti) 的部件都是能夠耐受所輸送液體(ti) 的腐蝕的。通常來說,NP係列齒輪泵泵體(ti) 采用的316L不鏽鋼材料對各種液體(ti) 的耐腐蝕性性能比較容易查找,我們(men) 的陶瓷軸耐腐蝕性也很好,主要是PEEK/PPS齒輪和軸承對不同化學介質的適用性需要進一步考慮。PEEK和PPS本身的耐腐蝕性很好,適用範圍很廣,但是也有一些液體(ti) 會(hui) 讓它們(men) 溶脹,特別是它們(men) 在一些液體(ti) 中隻有非常輕微的溶脹,可能在其它的應用中可以被評判為(wei) “可用”,但是由於(yu) 微型泵本身非常小的內(nei) 部間隙,這些非常輕微的溶脹可能會(hui) 引起泵的卡死。
5、顆粒情況
由於(yu) 微型齒輪泵內(nei) 部的微小間隙,任何接近間隙範圍的顆粒都有可能將泵卡死,另外即便是非常微小的硬性顆粒,都有可能在齒輪高速運轉的情況下將齒輪或者軸承yong久性地破壞。有些顆粒是存在於(yu) 液體(ti) 中的,還有很多情況下可能液體(ti) 是幹淨的,但是係統管道和容器、接頭、焊點中可能會(hui) 有顆粒的存在,特別是新安裝或者改造的係統中這類情況非常普遍。所以建議用戶在泵的入口安300-400目的過濾器,以保護泵的安全。過濾器的選擇除了保證材料不被液體(ti) 腐蝕外,還要考慮過濾器的耐溫、耐壓和過流麵積。如果過流麵積太小會(hui) 導致入口阻力過大,也可能會(hui) 造成過濾器頻繁堵塞。
6、溫度:
談到溫度,我們(men) 需要考慮液體(ti) 的溫度以及泵工作的環境溫度二個(ge) 方麵。
1)液體(ti) 溫度
泵的零部件要能保證可以在液體(ti) 溫度範圍內(nei) 長期穩定工作,包括泵體(ti) 、軸承、齒輪、軸、磁驅和密封圈的材料。同時我們(men) 還要考慮在溫度下泵的大允許工作壓力的變化。特別是泵體(ti) 薄的磁力罩部位的承壓能力。對於(yu) 磁力聯軸器,我們(men) 不僅(jin) 要考慮到所用磁粉的耐溫等級,還要考慮磁體(ti) 成型以後老化的溫度。液體(ti) 溫度還會(hui) 影響到泵內(nei) 間隙。因為(wei) 不同部件的材料和尺寸的不同,在同樣的溫升下不同部件的尺寸變化量是不同的,造成間隙的變化。總的說來有可能造成低溫下流量太小,高溫時泵可能卡死。所以在前期谘詢時應該考慮實際工況下液體(ti) 的溫度範圍,以便出廠時設置合適的泵內(nei) 間隙。換句話說即便我們(men) 的泵可以在-40~150攝氏度下工作。但是如果詢價(jia) 時提供的液體(ti) 溫度與(yu) 實際範圍相差太大,有可能泵在運行中發生流量不夠或者卡死的現象。由於(yu) 泵和電機是用連接架連接的,泵頭的溫度也會(hui) 傳(chuan) 遞到電機上,對於(yu) 電機的耐溫等級也會(hui) 有一定影響。
2)環境溫度
環境溫度會(hui) 對電機的選型產(chan) 生很大影響。可能要配置低溫或者高溫電機,如果是配置無刷直流電機,那麽(me) 環境溫度對驅動器性能的影響也是相當大。另外有些液體(ti) 在常溫或者冬天的低溫下會(hui) 凝固,此時就需要考慮采用泵頭加熱的方式來保證泵的正常開機,比較常見的方式是在泵頭上纏繞伴熱帶。
七,電機的類型和功率選擇
通常來說電機可以分為(wei) 交流電機(普通交流電機,變頻電機,防爆電機,變頻防爆電機,單相電機等)、直流有刷電機、直流無刷電機(BLDC)、步進電機和伺服電機。在工業(ye) 領域各種交流電機用得比較多,首先看是1x220V還是3X220V或者3X380V,電壓確定了再看是否要防爆(防爆等級)或者變頻。選擇變頻通常是因為(wei) 要適應一定的流量範圍,但是一來變頻電機成本高,還要加裝變頻器,所以客戶還可以通過出口旁路的方式來調節流量。由於(yu) 交流電機體(ti) 積比較龐大,調速精度不高,在很多商用設備中不便於(yu) 安裝,此時各種直流電機、步進電機或者伺服電機就可以大顯神通了。普通的有刷直流電機可以直接通過供電電壓進行調速,但是由於(yu) 碳刷的壽命短,碳刷磨損後的微小碳粉可能對係統造成危害,所以在各類專(zhuan) 業(ye) 設備中的使用越來越少。無刷直流電機體(ti) 積小巧,拋除了傳(chuan) 統的碳刷,使用壽命得到延長,可以就地手動調速、遠程模擬信號調速或遠程數字信號調速,越來越多地被市場所接受。當客戶需要微小流量並且控製精度高時,可以考慮使用步進電機或伺服電機,步進電機成本相對低廉,轉速一般<800rpm,所以如果您需要的流量跨度大,精度高,那麽(me) 建議考慮使用伺服電機。
電機功率=(流量*壓力/效率)*安全係數。很多時候電機功率選擇的難點在於(yu) 安全餘(yu) 量的選擇上。對於(yu) 交流電機,國標中有對於(yu) 不同功率電機的安全係數有規定的值。但是我們(men) 還要根據實際使用環境,比如海拔高度,環境溫度,環境通風狀況,連續工作時間,啟停頻率,調速頻率,過載可能性等等因素來合理改變安全係數。