CN105179213A - 端面蠕动泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种端面蠕动泵。其特点是它包括有泵体定子、泵芯转子、固连在泵芯转子上均匀分布在泵芯转子端面的周边上的滚轮以及泵管；在泵体定子上有可供泵管嵌入的成圆形轨道的导向沟槽，导向沟槽内有供泵管出入沟槽的出、入口端口，导向沟槽中的一段区间，可以实现泵心转子周边滚轮从完全挤压沟槽内的泵管逐渐均匀释放挤压到完全放松挤压泵管的过程。实践证明本发明是改善消除蠕动泵输出液流波动的切实可行的技术方案。同时具有结构简单，方便更换泵管，运行稳定可靠的优点，是新型具有恒流功能的端面蠕动泵。

Description

端面蠕动泵

技术领域

本发明属于一种管道泵，特别是涉及一种端面蠕动泵。

背景技术

蠕动泵是广泛应用于化工，医疗，食品等领域的一种管道泵技术，具有通过更换泵管即可消除交叉污染的独特优势。结构可分为常见的旋转型柱面蠕动泵也称径向挤压蠕动泵，和新型的端面蠕动泵也称轴向挤压蠕动泵，以及线性蠕动泵等。在医疗器械领域应用目前主要以线性蠕动泵为主，旋转型蠕动泵存在更换泵管不便和输出液流波动的缺点。

传统的旋转泵芯柱面蠕动泵结构，其工作特点是安装在旋转泵芯转子周边均匀分布的若干个滚轮挤压位于滚轮与泵座定子圆柱型内壁之间的泵管，在泵管内部形成封闭点，泵芯转子旋转时，封闭点随之移动，推进泵管内液体流出泵管。滚轮连续不断接触并且挤压泵管，到出口处脱离泵管，运行时滚轮循环周而复始的工作，推动液流输出。通常蠕动泵需要至少有1个滚轮可靠挤压泵管形成封闭点，为保证滚轮挤压泵管不间断，在第一个滚轮脱离挤压泵管时，后续滚轮必须已经接触挤压泵管，因此蠕动泵管受到挤压的区间必须大于泵芯周边相邻滚轮之间相互间隔的区间。在蠕动泵内部，滚轮实现对于泵管挤压的区间，可称之为工作区间。因此通常蠕动泵管的出入口之间就成为工作区间。

由于滚轮在进入工作区间时挤压泵管，泵管受到挤压部分变形，泵管被挤压部分容积减小为0，形成封闭点。在滚轮离开工作区间时放开挤压脱离泵管，封闭点消失，泵管的弹性复原力恢复泵管形状，受到挤压部分容积释放出来，因为与滚轮推进液流的作用相反，使输出液流产生起伏和脉动现象，严重时甚至形成输出液体回流，这是一般蠕动泵运行时的特点。

由于泵芯周边滚轮为均匀配置，泵管受到滚轮挤压形成相邻的封闭点之间的区间，等于泵芯周边相邻滚轮之间的区间。

在蠕动泵作为医疗器械输注药液和精密化工应用时，对于液流输出平稳性能和精度控制有比较高的要求。通常可以滚轮之间的泵管容积作为单位，控制计算输出容积量，但这对于输注精度要求高的场合，并不适用。如果应用于可能随机启停的场合，输出量难以得到精确控制。对此目前已有多项专利，用以平滑或消除输出液流的脉动。

可以采取变换滚轮挤压方式，或改变泵管固定方式，平滑滚轮脱离释放挤压泵管的过程，以达到减缓滚轮脱离泵管时的形成的液流脉动如：(CN1711420A即<PCT/US2003/0368312003.11.17>)。这种方法要求泵管在蠕动泵内部成椭圆形放置，因此要求泵管自身结构独特，具备一个《凸缘》，使其能够与定子内部椭圆形结构上面的《凹槽》配合,方便固定在曲面上。且滚轮具有弹性支撑，变化对于泵管的挤压参数，这些在结构方面十分复杂，而且并没有消除脉动，只是可以平滑，缓解波动。

另一类解决方法是采用根据传感器采集滚轮位置信息，调节驱动电机，控制泵心转子转速，用加快液流输出补偿波动。还可根据输出液流容积，计算相应需要的滚轮位置参数，从而采用控制滚轮位置方法，保证输出液流的精度要求，但实际仍然存在回流的可能，也需要控制泵心调速，以消除回流。如<PCTWO2009/113075A1>。这种方法需要采集滚轮位置信息，安装多个传感器，结构复杂。如果蠕动泵要求间歇性工作，存在加减速时间点的控制问题，由于蠕动泵管的柔性软管，传感器对于滚轮位置的感知难以要求准确，控制困难。

在医疗器械领域应用，要求输注速度低，需要精确控制液流量，液流波动甚至回流，可能造成严重后果。蠕动泵广泛应用于医疗器械领域,通常需要频繁更换泵管，以消除交叉感染，因此泵管是常用的消耗品，每一次更换的泵管质量，参数存在较大的分散性。采用调整蠕动泵定子曲面弧度的方法，或采用控制蠕动泵机构的运动参数方法，难以适应医学应用要求。

由于旋转型蠕动泵在结构和运行方面具有一系列优势，因此需要进一步寻找解决旋转型蠕动泵输出液流稳定的方法及其装置。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以有较好解决产生液流脉动现象的端面蠕动泵。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：它包括有所述蠕动泵上的泵体定子、泵芯转子、泵管、固连在所述泵芯转子上均匀分布在所述泵芯转子端面的周边上的滚轮；在所述的泵体定子上有可供所述泵管嵌入的成圆形轨道的导向沟槽，所述的导向沟槽的圆形轨道为与所述泵心转子上的所述滚轮旋转的圆形轨迹相对应的圆形轨道沟槽，所述的导向沟槽内有供所述泵管出入沟槽的出、入口端口，在所述的出入端口之间挤压所述泵管的所述滚轮不少于2个；所述的导向沟槽中的一段轨道区段，是在距所述蠕动泵泵体定子的所述的导向沟槽中的所述泵管的出口端口为终点之前并与所述的泵芯转子上的两个相邻挤压泵管的滚轮在所述导向沟槽圆形轨道上挤压所述泵管的两个挤压点间的圆周长度相等长的一段长度相等的一段轨道区段，所述的轨道区段为一使得所述的泵管由完全被所述滚轮挤压到底的状态逐渐放松到完全被放开状态的一线性变化的轨道区段。

本发明具有的优点和积极效果是：

端面蠕动泵是新型结构的旋转蠕动泵，其特点是改变传统蠕动泵转子泵芯结构和滚轮的挤压泵管方向，在蠕动泵定子端面固定泵管，滚轮在旋转泵芯带动下驱动滚轮挤压泵管。由于改变了蠕动泵芯滚轮挤压泵管的方向，同时端面蠕动泵改变了泵管在泵内状态，限制了泵管在泵内自由度，其放置位置必须符合滚轮运动轨迹，为进一步改进蠕动泵各项性能指标提供了可能性。本发明由于采用了泵体定子导向沟槽圆形轨道中的泵管出口端口之前一段的使得泵管由完全被滚轮挤压的状态逐渐释放挤压到完全被放开状态的过程为一线性变化的过程。而且这一过程是在长度与转子上的两个相邻挤压泵管的滚轮在导向沟槽圆形轨道上挤压泵管的两个挤压点间的圆周长度相等的区间内实现的。

实践证明本专利具有结构简单，避免不同批次泵管参数分散性影响，可靠性高，稳定性好的优点，是切实可行的恒流蠕动泵技术方案。再加上端面蠕动泵方便更换泵管，尤其是可以改善蠕动泵输出液流波动，旋转型蠕动泵的优势更加凸显，对于在各个领域的推广应用，具有很好价值。

附图说明

图1是端面蠕动泵的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，采用设计容纳泵管导槽底部逐渐加深相应部分线性倾斜的方法，实现滚轮逐渐放松在滚轮径向压迫泵管的压力，一直到完全放松挤压泵管，现配合附图详细说明如下：

如图所示，泵芯转子2端面周边安装的4个绕泵芯转子2径向旋转的滚轮3，在泵体定子8有与泵心滚轮旋转的圆形轨迹相一致的导向沟槽9内有泵管4。滚轮3对于泵管4挤压力方向是泵芯转子2的轴向，即滚轮3的径向。

端面蠕动泵的泵体定子8设置有泵管4入、出口7、6，泵管4内的液体在滚轮3动态挤压泵管4过程中不断推进，并通过泵管4经沟槽出口6输出。泵体定子8内在泵管4出入口6、7之间,泵管受到滚轮3挤压的圆形沟槽部分即为蠕动泵的工作区间。泵体8和泵盖1由铰链11和铰链轴10连接成一体，并用相应螺栓通过孔12和13紧固；泵芯转子2置于泵体定子8和泵盖1之间；泵芯转子2上的滚轮3正好压在泵管4上。从泵管经过入口7进入圆形导向沟槽开始的沟槽底部为平面，可以保证滚轮均匀有效挤压泵管，从距离达到泵管出口6前的圆形沟槽弯曲点为90度的位置开始，到圆形沟槽通过输出口6的位置终止，是导向沟槽底部线性变化的倾斜轨道区段，图中的5表示了导向沟槽9底面形状的变化情况，安放在圆形沟槽内的泵管4的形状随导向沟槽9底面曲线变化。

如图所示，泵芯转子2直径75毫米，在泵芯转子2边缘均匀安装4个挤压泵管4的滚轮3。滚轮3直径13毫米，宽度7毫米，内径2毫米，因此可挤压泵管4最大深度为5.5毫米。泵管4外径6毫米，内径3毫米，壁厚1.5毫米。泵体定子8有宽度8毫米，深度为7毫米的圆形轨道导向沟槽9容纳泵管4，实际滚轮3挤压泵管4的深入导向沟槽9深度为4.5毫米，为保证挤压可靠性，过度挤压量为0.5毫米，泵管4被压缩后为2.5毫米。4个泵芯转子的滚轮3之间夹角为90度。

在圆形沟槽距离泵管4输出端口6为90度的位置，是滚轮3释放挤压泵管4的起始点，泵体定子8承压面开始形成均匀下降的坡度变化，泵管4受到挤压的深度逐渐减小，在输出口6前沟槽9的泵体定子8承压面下降值需要保证滚轮3最后不再接触泵管4，恢复泵管4未被挤压状态，输出口6释放终点沟槽深度下降数值应该等于或大于滚轮3深入导向沟槽9的深度，即导向沟槽加深大于4.5毫米，实际导向沟槽9深度大于11.5毫米，可以保证滚轮3与泵管4完全脱离。具体变化坡度曲线，实际上还会受到泵管自身材料性能，尺寸，滚轮半径，具体蠕动泵设计数据等等因素的影响，需要适当估算，并且经过试验和调整，最终确定。可以认为，采用线性坡面作为控制滚轮释放挤压泵管过程控制的基本方法是适当的。

上述的结构改变了通常蠕动泵在泵管出口处滚轮快速脱离挤压泵管的工作方式，蠕动泵工作由两个滚轮配合实现。其中临近出口的滚轮在出口前的一个滚轮区间，即两个相邻滚轮之间的区间开始逐渐均匀放松对于泵管的挤压，即逐渐均匀释放出此滚轮因挤压泵管形成封闭点而占有的空间；到出口处完全脱离泵管，使得滚轮脱离挤压泵管的过程展宽为出口前一个滚轮间隔的区间，可以把滚轮在泵管入口处受到挤压变形而减小的容积均匀分散释放出来，从而避免在出口处集中释放因挤压变形的容积；后续滚轮实现常规蠕动泵滚轮挤压推进液流工作。两个滚轮在同步推进时单位时间形成的容积是相反的，即在整个释放过程中，临近出口的滚轮逐步释放其形成封闭点而占有的全部空间的速率,与此临近出口的滚轮之前的那个滚轮,继续推动这两个滚轮间的液体向出口前进从而排出液体的速率，即成比例又相互配合的达到：当此临近出口的滚轮完全释放出其因形成封闭点而占有的全部空间之时，处于这两个滚轮之间的液体也正好全部流出。由于容积释放速率均匀平稳，可以均衡抵消部分推进的液流，不会产生输出液流的剧烈波动。保持两个滚轮推进时两部分容积的变化速率稳定，则输出液流保持恒定，这种蠕动泵工作方式可以称之为《同步容积控制》技术。采用《同步容积控制》的端面蠕动泵，由于工作区间内需要容纳2种不同工作机制的滚轮，泵心均匀配置的滚轮数量变化，蠕动泵工作区间角度也相应变化。

在实际的端面蠕动泵中，为提高挤压推进液流可靠性，旋转泵心可均匀配置有多个滚轮，滚轮之间的角度以及形成的区间相同，挤压泵管形成《枕形》也相同。实现《同步容积控制》时，释放挤压泵管的滚轮和区间只是工作区间出口前的一个滚轮和区间，由于这一段轨道滚轮是逐渐放开对于泵管的挤压，因此在上述导向沟槽的轨道中在与该区段相邻区段还需要有实现常规蠕动泵的滚轮挤压泵管功能的区段，即工作区间应该包括挤压区间和放松区间，因此工作区间至少为泵芯周边滚轮间隔区间的2倍。

实现《同步容积控制》蠕动泵所需滚轮数量大于常规蠕动泵滚轮数量。一般端面蠕动泵可以实现360度工作空间，需要1个滚轮完成挤压任务。但《同步容积控制》则需要2个滚轮，分别完成挤压和释放任务，此时泵管出入口在同一个位置，水平错开。一般小于360度工作空间，为确保在滚轮离开工作区间时，后续滚轮接触挤压泵管，在工作空间内工作的滚轮至少为3个。根据工程设计的需要，滚轮数量可以多，挤压推进液流的滚轮和区间，可能有多个，放松挤压的滚轮和区间只有一个。

根据蠕动泵管受到挤压和释放的特点，可以分析计算泵管变形及其容积变化的过程，并且推导控制滚轮释放挤压泵管的方法并给出多种放松轨道区段的具体实施方案，但数学分析比较复杂。实际工程应用中具体情况多变，难以符合分析模型的条件，而工程应用中更为切合实际的是采用近似方法。

在《同步容积控制》技术的实际应用时，可以采用多种近似方法，满足工程实际需要，实现蠕动泵输出液流消除波动的目的。在上述实施例中使用逐渐减少滚轮对于泵管压力的方法保证滚轮逐渐释放挤压泵管的过程，而且滚轮对于泵管的挤压深度与滚轮推进的角度成线性关系。即《权利要求》中描述的从释放起始点开始，逐渐达到最终完全释放挤压，整个过程挤压深度随滚轮推进形成均匀变化。为了实现泵管由完全被所述滚轮挤压到底的状态逐渐到完全被放开状态要求，有多种方法，可以采用定子承压面即滚轮径向渐进平滑加深的方法，也可以采用沿滚轮轴向逐渐改变泵管位置的方法，或采用沿滚轮径向轴向同时变化的方法，或其他能够在指定的区间内滚轮对于泵管挤压逐渐放松过程为线性变化，最终滚轮完全释放对泵管的挤压，可以消除输出液流脉动现象。

在端面蠕动泵中可以采用多种方法实现泵体定子上的导向沟槽的出口端口之前一段实现泵管由完全被滚轮挤压的状态到完全被放开状态的过程为一线性变化的过程，从而达到预期的稳定输出液流的实际结果。其他方案可以根据具体情况选择设计，上述实施例是比较简单易行的方案之一，实践表明可以采用多种方法实现滚轮逐渐放松对于泵管的挤压。

蠕动泵《同步容积控制》的实现，需要泵管在蠕动泵运行过程中能够保持其状态的稳定，滚轮可同步平稳均匀产生相互抵消的容积，稳定输出液流。这正是端面蠕动泵的独特优势，运行过程中导向沟槽可有效维持泵管位置状态的稳定性。实践证明，端面蠕动泵采用《同步容积控制》技术取得良好的效果，可以实现蠕动泵液流输出稳定，克服通常蠕动泵存在的输出液流波动的固有缺陷，充分发挥旋转型蠕动泵在各领域应用的优越性。

Claims (1)

1.一种端面蠕动泵，它包括有所述蠕动泵上的泵体定子、泵芯转子、泵管、固连在所述泵芯转子上均匀分布在所述泵芯转子端面的周边上的滚轮；在所述的泵体定子上有可供所述泵管嵌入的成圆形轨道的导向沟槽，所述的导向沟槽的圆形轨道为与所述泵心转子上的所述滚轮旋转的圆形轨迹相对应的圆形轨道沟槽，所述的导向沟槽内有供所述泵管出入沟槽的出、入口端口，其特征是；在所述的出入端口之间挤压所述泵管的所述滚轮不少于2个；所述的导向沟槽中的一段轨道区段，是在距所述蠕动泵泵体定子的所述的导向沟槽中的所述泵管的出口端口为终点之前并与所述的泵芯转子上的两个相邻挤压泵管的滚轮在所述导向沟槽圆形轨道上挤压所述泵管的两个挤压点间的圆周长度相等长的一段长度相等的一段轨道区段，在所述的轨道区段内为一使得所述的泵管由完全被所述滚轮挤压到底的状态逐渐放松到完全被放开状态的一线性变化的轨道区段。