蠕动泵原理和选型全面介绍

　　一、介绍

　　蠕动泵(peristalticpump)又称恒流泵和软管泵，主要由驱动器、泵头和弹性软管三部分组成。蠕动泵的主要竞争优势是将流体隔离在泵管中，可快速更换泵管，流体可逆行，可干燥运行。在泵送精度方面，属于计量泵和恒流泵；结构为软管泵；原理上是蠕动泵。但在行业内，蠕动泵通常指出口压力低、流量小的泵。行业内软管泵是指出口压力大、流量大的泵。

　　二、工作原理

　　通过交替挤压和释放泵的弹性输送软管来泵送流体。当滚筒在管道中移动时，它会膨胀并产生真空，以允许更多的流体进入。在运行过程中，至少有一个滚筒靠近管道。因此，无需阀门，滚筒直接由电机或齿轮箱旋转（就像用两根手指挤压软管一样，随着手指的移动，管道内形成负压，液体流动）

　　具体工作流程如下：

　　(1)电机驱动辊轮旋转(辊轮在绕电机轴旋转过程中，挤压泵管时也在旋转，以减少辊表面与泵管表面的摩擦)。

　　(2)辊与泵壳之间的间隙小于泵管壁厚的两倍。从而挤压泵管，将管道中的空气、或液体挤压到滚轮滚动的方向。

　　(3)辊继续向前滚动，由于泵管有弹性，辊不再挤压的泵管区域会恢复变形。

　　(4)泵管恢复成圆管形状时，在该区域附近形成负压，吸入上游液体或气体。

　　(5)下一个辊到达，将该区域吸入液体再次向后挤压。

　　(6)实现连续的液体或气体输送。

　　三、蠕动泵优缺点

　　优点：

　　(1)无污染：流体只接触泵管，不接触泵体；

　　(2)恒流，精度高，流量可调：重复精度高，稳定性强，流量调节方便；

　　(3)低剪切力：液体在泵管内蠕动挤出，不产生剪切力，是输送剪切敏感、侵蚀性强流体的理想工具；

　　(4)耐腐蚀性：能输送各种流体，如有机溶机、腐蚀性液体；

　　(5)具有相同的双向流量输送能力，可空转、干转：蠕动泵可长期干转、无水输送、空气、气液固三相混合输送，允许流体内固体直径达到管状元件内径的40%；

　　(6)维护简单：无阀门和密封件，管道是唯一与介质接触的部件，每个工艺周期后可轻松更换；

　　缺点：

　　(1)压力限制:使用柔性管，会限制压力。

　　(2)泵运行时会产生脉冲流。

　　解决方法如下：

　　①增加滚轮数量，减少流量。

　　②脉冲抑制器的使用：脉冲抑制器是一个简单的定位容器，其工作原理是空气比液体更可压缩，脉冲流入容器，液体上的气囊下沉吸收脉冲，然后缓慢流出脉冲抑制器。

　　四、蠕动泵分类

　　基本机械结构相同，增加传感器等外设，实现不同功能。

　　1、基本调速蠕动泵(LP100/LP120系列蠕动泵)：具有蠕动泵的基本控制功能，显示转速、启停、方向、调速、填充排空、掉电记忆、外部控制输入等功能。

　　2、流量计量型蠕动泵(TP200系列蠕动泵)：除具有基本功能外，还增加了流量显示、流量校正、通信等功能。

　　3、高精度分装蠕动泵(TP500/TP510/FP520/FP530/FP540/FP550系列组合泵以及SPF25/CPT24分离式组合灌装机)：除基本控制功能外，还增加了流量显示、流量校正、通信、液量分配、回吸、输出控制等功能。

       4、防爆蠕动泵(EP400/410/420系列)：除基本控制功能外,含有防爆电机驱动，动力强劲、无极调速、IP55、EXDLLBT4防爆等级等。

       5、医疗蠕动泵(MP300系列、TH152/TH162OEM蠕动泵)：除基本控制功能外，开盖保护、异常报警、弹簧滚轮、免维护无刷电机、自适应管卡等。

       6、大流量蠕动泵(TP600系列和TP700系列)：除基本控制功能外，力矩自动调节、动力强劲、高扬程输送、多种外控接口、流量显示、可计量并定量定时。

　　五、应用领域

　　化工：酸、碱、溶剂、悬浮物等；

　　医疗行业：输送手术液、软膏、植物提炼液、血浆等；

　　印刷造纸工业：粘合剂、树脂、油墨、颜料等；

　　日化行业：洗涤剂、乳液、表面活性剂等；

　　食品工业：输送果汁、醋、糖浆、大豆油、蜂蜜等；

　　饮料行业：酵母、糖浆、浓缩物、果汁等；

　　生物技术，水处理。

　　石化行业：原油、泥浆、油脂等；

　　涂料行业：着色剂、油漆等；

　　陶瓷行业：瓷浆、石灰浆、染色剂等；

　　矿业：煤浆、岩浆、砂浆等；

　　电子工业：电镀液、抛光液、清洗液等；

　　纺织业：燃料化学品、胶水等；

　　建筑业：水泥浆、岩石浆、天花板面漆等；

　　汽车工业：冷却剂、汽车底漆、油乳胶、脱脂液等；

　　家具行业：色剂、白木胶、环氧树脂等；

　　冶金铸造业：金属浆、氢氧化物、碳化物浆等；

　　农业：饲料添加剂等。

　　六、蠕动泵的扬程和压力

　　蠕动泵的扬程取决于蠕动泵的压力。一般小型OEM蠕动泵采用1.6mm蠕动泵软管或2.4mm蠕动泵软管，排出压力一般可达1KG左右，在蠕动泵流量稳定的前提下，扬程可达5-7米。壁厚为3.3mm、4.8mm、6.3mm蠕动泵软管的泵压力较大，扬程较高。

　　泵的出口压力有一定的局限性，一般不超过0.3MPa，一般在0.1-0.2MPa之间。

　　注:泵的吸程是泵的吸入扬程，是指泵的压力扬程。吸程又称吸高，是指泵的能力，即水面离泵有多深，也可以泵，又称“最大自吸高度”。扬程，又称排高，是指排水能力，即泵送的水能泵送多高。泵的扬程是指泵能提水的高度，通常用H表示，单位为m。

　　七、选型方法

　　确定蠕动泵流量的参数：

　　(1)泵管内径。

　　(2)电机转速。

　　(泵内径越大，电机转速越大，流量越大。)

　　确定蠕动泵输出流量的脉动参数：

　　(1)泵管内径。

　　(2)辊数。

　　(3)泵管不同区间壁厚内径均匀，多辊外径一致，辊与电机轴之间的距离一致。

　　(流量相同时，泵管内径越小，辊数越多，泵输出流量波动越小。)

　　具体选型流程：

　　1、确定需求

　　流量/精度。

　　通道数量。

　　传输介质。

　　工作压力/吸程或扬程。

　　工作环境。

　　通讯/控制方式。

　　2、选择泵头

　　流量-取决于泵头适应软管规格。

　　通道数量-取决于泵头结构。

　　滚轮数量-决定输出介质的脉动大小，如果输出脉动要求较小，应选择滚轮数量较多的泵头。

　　材料-决定传输介质的类型。如果介质中含有有机溶剂和腐蚀性物质，则应选择适合材料的泵头。

　　3、选择软管

　　内径-决定传输介质的流量，与流量成正比。

　　壁厚-决定介质的输出压力，壁厚越大，输出压力越大。

　　材料-决定输送介质的类型和软管的使用寿命。如果介质中含有有机溶剂和腐蚀性物质，则应选择适合材料的软管。

　　注：软管长期使用，由于磨损可能破裂，导致流体溢出，可能对人体或设备造成损坏，应经常检查软管状态，及时更换。

　　典型的蠕动软管或管材包括硅胶、热塑性硫化物（TPV）或聚氯乙烯，以及氟橡胶材料。硅胶通常用于泵送非侵蚀性介质，与其他材料相比较软。TPV具有聚丙烯的易加工性和EPDM的弹性。如果需要泵送化学腐蚀性较强的介质，则使用氟橡胶（硬）材料。

　　选择合适的管道时，正确选择管道尺寸非常重要。如果关键是尽可能延长管道的使用寿命，那么大内径管道和低电机的速度是非常有益的。为了实现高流量，应选择大内径管道和高电机速度。如果应用要求高精度，则管道内径应最小，电机转速应较高。泵送粘性液体，管壁应较厚，以确保快速恢复原状。

　　4.选择驱动器

　　转速-决定传输介质的流量，与流量成正比。

　　精度-取决于速度控制精度。

　　材料-决定产品的工作环境。如果工作环境中含有腐蚀性物质，应选择适合材料的驱动器。

　　防护等级-确定产品的工作环境。如果工作环境需要防水防尘，应选择适合IP等级的驱动器。

　　蠕动泵常见的电机类型包括刷直流（DC）、无刷直流（BLDC）、交流（AC）或步进电机。如果软管泵没有齿轮箱驱动，则可以通过改变电机速度来控制流量。典型的蠕动泵电机速度在0-400转/分钟之间。直流电机和无刷直流电机通常与齿轮箱一起使用，以便根据流量需要设定速度。步进电机的速度可由外部控制器板调节。

　　DC电机有不同的质量等级，运行时间为500到4000小时。这些电机的限制因素是电刷系统和轴承。交流电机的使用寿命从1000小时（盖极式）到1万小时（电容式）不等。对于步进电机和无刷DC电机，限制因素通常只是轴承系统。步进电机和无刷DC电机的速度在运行过程中可以很容易地调整。这些电机类型通常用于需要可变流量的场合。

　　成品蠕动泵流量计算方法：

　　蠕动泵属于正排量泵，每转一圈都会产生固定的流量输出，通过调节转速可以轻松获得所需的流量。因此，通过测量蠕动泵任意转速下的流量，可以计算出不同转速下的流量。通常，这些计算的流量与实际流量之间的误差范围可以达到2%以内。

　　例如，当蠕动泵转速为300rpm时，流量为210ml/min，如需流量为100ml/min，则需要驱动板电机转速。

　　(1)根据流量参数计算出每圈/min产生的流量=210/300=0.7ml/min。

　　(2)所需流量100/0.7=所需转速=142.9rpm。

　　八、流量计算

　　计算原理：

　　蠕动泵是两个转子辊之间的泵管形成的“枕头”流体。“枕头”的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征。流量取决于泵头的转速和“枕头”的大小以及每个转子圈产生的“枕头”的数量。“枕头”的大小一般为常量（泵送粘度特别高的流体除外）。

　　计算算法:

　　定义辊与泵壳之间的间隙为T，泵管壁厚为T，辊数为N，辊外旋转半径为R1，泵壳弧半径为R2，泵管内径为D，辊挤压部分长度为x，电机转速为n。

　　如果T>2t，辊子不会“堵塞”泵管，那么当泵出口有压力时，液体可能会部分回流或根本无法输送到出口。

　　如果T≤2t，泵管挤压后的绝对压缩变形为2t-T。挤压变形越大，可以更好地防止液体回流，提供更高的泵压力。但弹性泵管挤压越严重，使用寿命可能越短。因此，需要合理控制变形量，即控制辊尺寸、辊与电机轴距离、外壳尺寸等。

　　需要注意的是，泵管安装在泵头上后，往往处于轻度拉伸状态。因此，两个辊之间一段泵管的实际内径D实际上略小于泵管未安装状态下的内径D。

　　L=π(R1+R2)/(N-1)-x，两个辊之间的一段泵管长度。

　　泵管截面积A=πd/4。

　　两个辊之间这一小段管内的液体量，即一个脉冲的液体量v=L*πd/4。

　　泵转动一周后，会有N小段液体被挤出，即转动一周的液体量为V=N*V。

　　泵流量F=n*V=n*n*L*πd/4。

　　注：同一泵管内径d，由于加工公差不同，泵管不同区域相应截面积不同。由于加工公差，不同泵管和不同批次的泵管内径也会有很大差异。泵管使用一段时间后，由于弹性下降、挤压变形等问题，泵管实际工作内径d也会发生很大变化。这些都会导致蠕动泵的流量，因为不同的泵管或同一泵管的不同使用时间不同。

　　九、注意事项

　　为了减少脉动，许多蠕动泵都有弹簧负载机构，以确保泵的平稳运行。这一特性对活细胞和其他剪切敏感液体也非常重要。另一个需要考虑的方面是根据所需的流量调整泵的不同管道尺寸。

　　更复杂的泵类型也具有可调的咬合功能。该功能有助于根据流体系统中可能出现的不同压力水平调整泵。

　　为了提高产品效率，可以使用多通道蠕动泵。对于这样的泵，电机可以驱动多达十几个通道的泵头，每个通道都有一个单独的管道。这样，可以同时输送不同的介质，也可以将相同的介质分配到多个容器中。蠕动泵中使用的滚筒数量对流体处理有很大的影响。为了达到更高的流量，只能使用两个或三个滚筒。缺点是脉动高。如果需要温和输送介质，通常需要使用更多的滚筒来保持适度的脉动。