泵是输送流体或使流体增压的机械设备,泵的种类很多,蠕动泵是其中一种常见的工业用泵,它是现代工业发展的产物,其原理和结构相对简单,但却有着广泛的应用,多用于可靠性和精度要求严格的行业,例如实验室、制药和医疗,以及泵送腐蚀性或粘性液体的化工行业。本文将从原理、结构、特性和维护四个方面介绍蠕动泵。
蠕动泵又被称为软管泵,是一种容积泵,通过滚轮的旋转带动软管的压缩和释放来实现泵送。当软管被挤压时,流体就会被迫在管中顺着滚轮转动方向流动,当滚轮离开后软管会自然打开,流体又自动吸入软管中填充空间。如此循环往复,软管内的流体被分段单向挤出,每一次挤出的液体体积,等于软管截面积与软管长度的乘积。因此,只要控制电机每分钟的转速就可精确控制输出流量。实际运用中,考虑到系统增压和软管变形等因素,转速与流速之间并非线性关系,需要经过校验得到转速与流速的在数学上的函数关系,蠕动泵的校验方式多采用多点拟合校验。流体在软管中向前移动的现象在人体胃肠道消化过程中同样存在,被称为蠕动,所以这种泵被形象的称为蠕动泵。
蠕动泵原理(图源:工业蠕动泵-工作原理)
蠕动泵的结构包含三个模块:控制系统、驱动电机和泵头。控制系统接收用户输入,并将用户的输入转换为电机的转速和方向,从而来调节流体的流速和方向。驱动电机是能量转换装置,作用是将电能转换为机械能带动泵头中滚轮转动。泵头是发生“蠕动”的场所,由滚轮的转动来挤压和释放软管,驱动流体产生蠕动作用。
Unique AutoTFFTM 075自动化切向流过滤系统蠕动泵外观图
优越性
1.流体与运动部件隔离,只在软管内流动,不接触运动部件,不会产生交叉污染
2.流体输出稳定,可实现流量的高重复性和高精度控制
3.泵头可以正转或反转,可以双向输送流体,泵管中没有流体情况下也允许空转
4.输送低剪切力,在输送过程中不会破坏液体内的长分子链
5.密封性好,无需安装阀门和密封件,正确放置软管压紧后就可防止回流
6.泵头多为易装型设计,开启、闭合便捷,安装软管简单方便
蠕动泵的上述特性使其非常适合应用于生物制药领域,在药企的超滤、灌装工艺中起到重要作用。
局限性
1.泵管长期受到挤压容易磨损,尤其是腐蚀性带颗粒流体的输送,需要定期更换软管
2.蠕动泵输出会产生一定脉动现象,采用双通道蠕动泵可有效降低脉冲
3.蠕动泵属于低压泵,所能承受的最大出口压力取决于泵头型号和软管规格,大多在30bar左右,压力过大会发生流体反冲或直接导致软管爆裂,采用进口软管可以适当提高出口压力
1.蠕动泵不工作时,将压住软管的上压块松开,避免长时间挤压软管使软管产生塑性变形
2.泵头的滚轮要保持清洁和干燥,否则会加快软管的磨损,缩短软管使用寿命和导致滚轮过早损坏
3.如果泵头不慎进液体,应用吸水较好的软布料擦干防止泵头损坏
4.泵头和驱动电机不要轻易加入油脂,应咨询厂家,确认是否需要添加,不规范的油脂保养反而会损害到辊轴和泵管的寿命,甚至会对传输流体产生影响,例如发生软管跑管,传输流体不精准等
5.每次更换软管、流体后,务必重新校准流速,建议定期校准以保持精度
英赛斯Unique AutoTFFTM075是一款自动化切向流过滤系统,搭配膜包后可应用于药企生物分子的澄清、浓缩和透析工艺。其进料泵、补液泵和滤出泵选型都为蠕动泵,仪器出厂前均已在无压力条件下完成泵校验并通过验证。
Unique AutoTFFTM 075自动化切向流过滤系统外观图
针对蠕动泵的局限性以及用户使用中的操作痛点,Unique AutoTFFTM 075自动化切向流过滤系统采用以下方法进行改善:
1.选用进口橡胶管作为泵头软管,其化学性质稳定,耐弱酸和弱碱,使用寿命长,实验室耐久性测试在严苛环境下连续运行300小时以上都未破裂;
2.进料泵有1-5 档压杆刻度,允许用户根据工艺需求调整控制方式和参数,压杆刻度用于调节对泵管的压紧程度,数字越大压的越紧,密封性越好,能够承受更高的反冲压力,但软管使用时长相对较短;
3.进料泵具有管卡位置可调功能,通过调节错轮机构,可以调整下管卡位置,以装夹不同直径的软管。