计量泵

第期油化工·!·

微型计量泵

朱锡明

#上海石油化学研究所

介绍了流量在%。&()以下的微型计量泵的典型构造。并就它的设计要点、

打造关键、安装原则及配管选用等方方面面,联合具体试制情况作了进一步的论

述。谈及了微量泵在各类具体场合的应用。结论是设计、打造良好的泵能维待士%+

的计量精度。

随着石油化工出产及科研事业的发展,对

柱塞式计量泵的使用提出了各类各样的要求。

在实验室研究阶段的装置与设备中,广泛使用

了徽型及超微型计量泵

。本文就我所近几年

来,试制、,

应用微量泵历程中的经验,体会及

教训,联合有关资料,谈一些肤浅观念。

1、微量泵的构造

凡是,把流量在./()以下的计量泵

称作微量泵,%/.()以下的称作超微量泵

。微

量泵的结谈判普通计量泵类似,分作三大部分

动力及机械传动部分,泵缸头,流量调节

机构。

泵的原动力大都由微型交流电机供给,

普通采用小模数,大速比的蜗轮蜗杆一级变速

来达到要求的往复回数。泵缸头长进出口止逆

伐的设计几乎都采用球伐,为提高计量精度,

设计成二重或三重铅直排列

。

调节机构的情势

多种多样,在微量泵上,广泛采用控制冲程后

退量的措施来达到流量调节,即所谓"冲程递

减"方式。主要由于机构简单,打造方便而被采

用,其实不是理想的方式

。它的脉动形状在部分

冲程时变为锯齿形,在冲程数的!#附近,容易

产生净吸入压头不足%&(不足)以及过量排出

+,.,,/01 2)。因此,吸入侧要注意保持有

适当压入压头,排出口有适当反压头。下面列

举两个微量泵中常用的调节机构情势。图3用

偏疼轮或盘型凸轮驱动柱塞,以限位器控制冲

程"下死点",调节有效冲程长度,冲程回程则

依靠弹簧。图4用偏疼轮,杠杆带动柱塞,移

动杠杆支点5的位置高低来调节冲程有效长

度,如5点位置以及6点叠合,则冲程数最大,

如5点位置到达7点,则冲程数为零〔'〕。

此

外,也可使柱塞以及驱动轴之间组成游离冲程间

隙,加减这个间隙量,调节有效冲程长度或直

调节手轮

·0·第1卷

接改变偏疼轮的偏疼距以调节冲程长度等。

因

机构复杂,微量泵上不常采用。

众堆!。备

二、微量泵的设计

柱塞式计量泵有以下3个特点#

%&排液量正确,精度士%左右。

(&排液量不随压力、粘度等液体的物

理条件改变而变化

。

)&排液量能调节。

当然,微量泵也不例外,所有的设计也都

是围绕餍足上述要求而进行的

。所谓精度土%

是相对于最大排量而言,例如+,二.%/0 12 3,

在实际使用时,排量总在4一%/%0 12 3规模内

变化

。

如果常用的流量为其一半,则相对误差

就变为士(。

为了在低流量容易维持同样精

度,必须把绝对误差按比例减少

。这一点实现

起来却很困难。

微量泵的流量小,故在设计中,有特殊

点。支配泵的计量精度是整个泵缸头的设计

。

而最主要的是进出口止逆伐的设计,其次是柱

塞填料箱设计及汽缸的设计

。止逆伐设计的关

键是要求伐球严格按同一纪律进行重复运动。

进口的流速,导向管间隙,伐球选择,伐座加

工等是设计上的重要点。微量泵对伐球的扁圆

度有严格要求,一般误差不患上大于/5%微米。按

我国现行钢球标准,应拔取二级精度以上的产

品

。进口流速一般在每秒几厘米左右,导向管

的间隙,理论上越小越好,只要能保证流道畅

通,单边不应超过/5 6毫米。伐座孔的精度要

以及阀球相配

。伐座压紧面情势,从实际使用情

况看,以车成宽约/5(毫米锥面倒角为佳。

至

于伐球的升程,因微量泵每次排液量极微,实

际观察时,伐球其实不从伐座上跳起,仅向旁边

微微一侧,故伐球升程可取患上很小,也可用垫

片调节高低。

同时,进出口止逆伐的动作要以及

柱塞运动很好配合,不能产生时间滞后,在吸

入以及压出冲程时,被吸入及压出的液体不应产

生逆流倒回。即造成所谓瞬时纯粹关闭的理想

状况。对于柱塞填料箱的设计,要求运转中没

有泄漏。这从下面几个方面加以思量#

%&填料形状及材质的正确选择。对于

微量泵,广泛采用四氟乙烯棒料车制成""

型密封环,实际使用效果良好。不宜采用四氛

薄膜带、四氟粉末或丝状带料。因柱塞的往复

运动容易撕裂而带入缸内,导致堵塞。

(&柱塞表面不能存在强烈的摩擦。

)&柱塞轴心以及运动方向高度一致,即

同心度要好。

汽缸的净容积。要极力设计患上小,相比于

冲程容积矶,要近似于%,至少/1 75(,

这对提高微量泵精度很重要。特别在小冲程

时,要使两者的比率不至于急剧增大,由此着

眼去设计

。

同时81#越小,泵体的抽吸能力

越好。基于同样的理由,冲程的"上死点"位

置凡是都设计成固定稳定的

。

这样,随着冲程

的递减,汽缸容积也不会增大

。对比两种泵缸

头可以看出,阶梯式泵缸头比铅直式泵缸头

81 5要大患上多,故微量泵都采用后一种情势

图)&。在微量泵中,柱塞表面以及汽缸壁面吸

柱塞泵缸头。'叭&部分

阶梯式

铅直排列式

图)

附的微小气泡的离开是困难的,常常导致容积

效率降落。为避免这一点,汽缸内部不应有造

成气泡滞留的空间。

泵的各项参量的确定,我们

按典型的往复泵流量计算公式求取柱塞直径。

9:.一王一矛5 6

一"一刀/5;

其中#9二##

最大流量0 1:=&,

?

三一,

柱塞截面积Α柱塞直径0:&,

第期一1·

2柱塞冲程#3,

"每分钟往复回数#次(3 45 6

勺。容积效率,

7泵缸头数。

8(9比率凡是取为%

,

!一,往复回数的正确选

择在于受吸上口真空高度的限制,并使球伐的

运动不致产生撞击。"一般取为:/一!/

次(3 45左右,。过于低,容积效率及计量精度

变差

。伐座孔径的大小及伐球直径的拔取,按有

关资料介绍〔:〕,对于单缸,单作用柱塞泵,泵

流量;伐座孔的平均流速。=伐座孔面积

。是;的一个函数,画成图表是一线性关

系,从而对应于一定的设计流量,伐座孔的平

均流速也一定。然后,

鲡'一?万互二一了而哀正#3·。

几,粉

丫一了,"

伐球的选择,按我们实际试制经验,伐球直径

取伐座孔的/

,1!倍为佳。微型电机功率按下式

求取。

Α;

&Β

%/:,勺

#7Χ

其中2;同上式#3,(8ΔΔ,

Β泵的排出压力#7Ε(3Φ,

"泵的总效率。

凡是,理论功率很小,在微量泵中,常用弹簧

控制冲程的回程。

泵在运转时,主要降服弹簧

的压缩力以及柱塞填料箱的摩擦力。故实际功率

远大于理论功率。实际选用规模一般在几十到

二、三百瓦之间。

三、微量泵的打造及安装

为使微量泵适用于各类介质,泵缸头及柱

塞选用不同牌号的镍一铬不锈钢打造,最常用

的材质为%Γ%ΗΙ4Ε4

。

要求打造精度及光洁

度尽有可能高。泵缸头各部分连接、密封要安全

可靠,伐座接触面如用在高压场合,应适当加

宽推面,最好堆焊硬质合金,如钻基合金,司

太立合金等

。伐座打造完毕要以及伐球颠末人工

研磨扩流量越小,

'

这一步要求越严

。

可用同样

大小的伐球,蘸了稀释的高目数凡尔砂手工研

磨#注意对准伐座中间线,加工完毕以渗入性

强的煤油试漏。要求在相当时间内,伐座不渗

漏为及格

。小直径柱塞应选用较高强度的柱

塞,为便于打造,外形不能过于细长,直径一

般不低于:毫米,也可代用以不锈钢电焊条。

调节机构要有防松止退装置,现广泛采用"分

厘卡"调节情势,最好采用数字累积预示

。各

部件打造完毕,洗濯后组装,实际使用前,要

在尽有可能高的排出压力下运转%一:小时,一

方面检查各部分的密封情况,另一方面在高压

下使伐球以及伐座进一步"贴切"。设计,打造良

好的泵,出口压力表随着每次冲程,压力步步

上升,如果在两次冲程之间,压力表有较着回

跌现象,则说明进出口止逆伐密封有泄漏,

紧张时不能实现定量排出,应重新检查

。权衡

一台泵的好坏凡是以容积效率勺。来判定胜负

。所谓

容积效率是泵的实际排量以及理论排量之比。

测

定一按时间或一定冲程数的总流量,为求取比

值,取这段时间的平均值。

要求计量精度

士%+,则饥要在!+,要求精度士/,

!+,则

饥要达到1+,在"。Η/一/+的程度,误差

维持士Κ+是无论如何也做不到的。对于超微

量泵,踢在Η!+左右能大致餍足要求。

泵的特

性曲线应用使用介质予先测出,排液量以及冲程

数应表现出明确的线性瓜葛,一般画出理论流

量

、实际流量

、

容积效率三条线。

微量泵的安装及其配管正确选用对提高泵

的效率也很重要。

泵体设置原则上靠近给液

槽,位置尽有可能低于给液槽的最低液面,以确

保吸入管及汽缸内满液。配管选择有以下几点

原则2

#%进出口管径大小要以及液量相顺应,

,本式。,

!常数是单位换算成果2

;2设计流量#Κ(),。,进口流速#Δ3(8ΔΔ

。

吊,,Α

Κ'.

·

%///Δ3,()

倒,"伐自孔Λ之二,Α

,

,

%

,砂3(8Δ

了一迎些卫里三%%一一了。,

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一

,

#。间。

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一

0//·"亡3Μ'

,Η,第1卷

气密性良好,泵体不患上有任何振动。

#:液体应保持高度清洁,不然应予先

过滤。

#导致液体阻力的弯头

、接甲等尽量

少用。

#管内应平滑,无锈蚀,安装前用压

缩空气洗濯。

#!不同金属接触处,要注意电化腐

蚀。

#0应用各类塑料管时,采用挠性接

头

。

#1配管外形不能设计成"兑"形或

""形,以免管内滞留气体。对较长程度管,

应有一定坡度,铅直管顶部要便于赶除气体,

截止伐应程度或向下安装,平时要全开。

四、各类场合的应用

#%常压及中低压2这是应用最广泛的

场合。

为减少液体静压头的影响,常压时,吸

入管短,可将泵头位置以及给液槽液面大致拉

平

。如果灌注槽位置低于给液槽,为防止流体

自然流入,可将出口管位置抬高到给液槽最高

液面%米以上,搞成"肖"形,顶部通大气,

以防虹吸作用。

加压操作时,即使灌注槽保持

一定压力,但给液槽位置不能高于排出管顶

端。

不然,万一排出管压力下跌,也会产生自

然流入。

#:高压2精度良好的微量泵用在高压

场合,排出量不会随压力升高发生显著变化

。

但压力一高,由于液体的压缩性,导致容积效

率降落。若把乙",作为液体压缩性产生的容积

效率的减少,有下式成立2

。

,一犷今

一%、

,

/

,朋

、Ν了(

其中6Λ。汽缸净容积,

Λ

,一次冲程所占有的容积,

口液体压缩率6

八Β泵的进出口压差。

同时也可看出,汽缸容积Λ。比冲程容积Λ,

大的场合,由压力产生的效率降低显著。高压

排出时,为防止柱塞填料箱泄漏,老是拼命压

缩填料,造成柱塞的滑动摩擦变大,从而对于

高压泵,柱塞表面应进行电镀硬铬或喷涂硬质

合金等各类处理,防止擦伤。

#高温以及高粘度2所运送的液身体的温度度

一高,配管要思量到加热膨胀,泵体要思量到热

应力的影响。柱塞填料要选用耐热性好的材

料,并且要隔断从柱塞过来的热传导,使传动

部润滑温升不能太高,凡是在柱塞与驱动轴

之间隔以绝热材料,或选用导热性差的非金属

柱塞等。微量泵因为流量小,凡是宁愿采用较

低温度运送,而在排出管后再次加热到给定温

度。

液体粘度从水的程度到%/厘泊规模内,随

粘度增长,泵的容积效率反而提高,但粘度过

高,不单带来了净吸入压头不足,更紧张的是

球伐在液体中"浮动"而呈上下扭捏动作。随

着柱塞的运动,伐的关闭产生大幅度时间滞

后,容积效率紧张恶化,甚至到零。从设计角

度看,应把泵的往复回数大大降低,伐选用较

大型的,伐的升程尽量取小,但主要的还是对

伐球加用弹簧,强制伐球快速关闭,而使泵的

整体效率上升。

#真空2向真空容器的定量送入或从

高压槽的定量泵出都属于此类。这种场合的特

殊点是排出压力低于吸入压力。

原则上在压出

管应加以反压力,其作用力应大于吸入管的作

用力,而使泵仍旧加压操作。普通加一个用弹

簧调节的反压伐。

这里按有关资料介绍一种结

构简单的反压伐,如图所示帅,当泵出压力

半大于弹簧力时,隔膜起着把真空系统以及泵隔

绝的作用,只有当泵的累积压力大于弹簧力

时,才顶起隔膜,输入液体。

#!悬浊液2原则上悬浊液的定量运送

应选用隔膜泵,但微量隔膜泵还未见报道,如

工艺许可使用柱塞泵时,必须对原料进行仔细

过滤。

固体粒子不单容易擦伤柱塞,造成填料

箱密封失效,而且固体粒子进入伐腔造成止逆

伐失效。粒子越硬越显著

。用大容量的计量泵

第期··

调节峨钉

给液槽位置或吸入系统适当加压,给以足够的

吸入压头。

一

诬兹共

闷,只刁、〕

·

,Κ韶刁

嘴

爵叫瑙

盘目一

粼【门Κ、

准

产玉

Ο

上Ο』

图反压伐

能定量泵送的悬浊液,如果改用微量泵,则或

者是大大降低计量精度,或者爽性不能泵送

。

#0液体中含有气体2液体中含有气体

或吸入系统漏入气体,会紧张影响泵的计量精

度。当液体中含有单个大气泡时,液体的排出

呈间歇状态。当吸进气泡,在这一冲程中,,

变差,气泡一没有,刀。变好。故而泵的排出量

是棍乱的,精度也就变差,故在排出伐出口处

必须把汽缸设计成气泡容易集中的形状。液体

中含有乳化状态的藐小气泡时,则导致以及压缩

性液体不异的现象,即使压力其实不是很高,对

"。也有大影响。所以岂论含有那种气泡都必须

对液体予先进行脱泡处理

。

同时,大部分液体

多少老是消融一部分气体,当泵在吸入系统存

在局部低压时,若低于气体的消融饱以及压力,

气体就从液体中逸出变成气泡,或者存在液体

的饱以及蒸汽压以下的低压时,也会导致液体自

身的燕发,这都要加以注意。

予防方法是抬高

五、结语

设计、打造优良的柱塞式微量泵,一般能

达到士%+的计量精度。特别加以精心思量的

微量泵,即使在冲程数的%/+左右,精度仍能保

,

证。然而,以及通用机械一样,微量泵在连续长

期使用历程中,会导致各部件的磨耗而导致计

量精度变差

。一般最易损坏的部件是填料箱密

封的失效,进出口止逆伐磨耗导致的泄漏及弹

簧的疲劳失效等。

故定期检修更换是必不成少

的。填料箱磨耗全数更换新填料,止逆伐失效

则必须丢弃伐球,重新加工伐座面后,用新的

伐球再进行人工研磨。正常情况下,微量泵应

该可以连续使用

。

我们在某一催化剂%//。小时

寿命考察中,就是采用本所建造的超微量泵

#流量:!(),压力&7Ε(Δ3Φ作为原料液

定量进料装置的。

科学技术日新月异,气动式微量泵,电磁

式微量泵等相继出现即。迩来,更有电子控制

方式的高精度药液定量泵出现

。革掉了传统的

马达

、

减速机、偏疼凸轮等运动部分,使科研

工作的手段更加先进,促进了科研工作的发

展。

,考文欲

Π,Γ

,

Θ

,,%%Ρ%%〕,%0!#%0 0

,

通用机械研究所,化工与通用机械,

#%1。

化学工场#日

,%!〔〕,%1#%1%

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化工与通用机械,〔8〕,%#%1

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〔6〕

上接第)Χ(页&

设计浮选池时,必须保证足够的逗留时间,浮

选池的有效水深以及池长的比例是由气泡粘附乳

化油后上升速度决议的。

〔%〕

〔(〕

,考文傲

抚顺石油研究所,一种简易的炼厂污水除油方

法,一喷射浮选,%4Δ)。

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5Φ5

素科洛夫,Φ

5Γ5

津格尔若,黄秋云译,

喷射器,Η5%4 6,科学出书社,%4ΧΧ。

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