Исследование существующих конструкций насосов перистальтического принципа действия

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Перистальтические насосы получили широкое распространение в самых разнообразных областях благодаря их герметичности, простоте обслуживания и точности подачи. Тем не менее, применение перистальтических насосов ограничено их недостатками: малым сроком службы рабочего органа и неравномерностью подачи. В настоящей работе проведен обзор существующих конструктивных решений насосов. Рассмотрены основные преимущества и недостатки наиболее распространенных современных конструкций перистальтических насосов. Приведены разработанные конструктивные решения, предназначенные для продления срока службы упругого рабочего органа насоса. К таким решениям относится конструкция со спиральным расположением шланга, где повышение срока службы шланга достигается благодаря уменьшению количества его циклических сжатий за счет использования всего одного ролика. Другим решением является эксплуатация насоса с неполным сжатием рабочего органа, что уменьшает величины напряжений и тем самым продлевает срок службы рабочего органа. Для компенсации уменьшения подачи, вызванного эксплуатацией насоса с неполным сжатием рабочего органа, разработаны особые формы выступов в области сжатия. В работе представлен обзор решений, позволяющих снизить неравномерность подачи перистальтического насоса. Простейшим из них является применение нескольких параллельных каналов. В других разработках устранение пульсаций подачи достигается при помощи пневматического демпфера. Существует также конструктивное решение, в котором для равномерной подачи применяется специальный алгоритм срабатывания пяти выжимных элементов, каждый из которых сжимает только свой участок рабочего органа насоса. На основе проведенного анализа показано, что для устранения недостатков перистальтических насосов используют различные методы, которые, тем не менее, нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

Об авторах

А. И. Гришин

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский политехнический университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: foxmccloud@rambler.ru
Россия, Москва

А. В. Лепешкин

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский политехнический университет»

Email: foxmccloud@rambler.ru

к.т.н.

Россия, Москва

Список литературы

  1. Treutel C. Peristaltic pumps in the food industry // Pumps & Systems. –Birmingham, USA: Cahaba Media Group, July 2007. P. 28−31.
  2. Allen E.E. Instrument for transfusion of blood // Патент US № 249285, 08.11.1881.
  3. Porter R., Bradley J.D. Rotary Pump // Патент US №12753, 17.04.1855.
  4. Loudin T. The evolution of peristaltic pump // Pump engineer. – Zutphen, Netherlands: KCI Publishing, September 2007. P. 44−47.
  5. Михеев А.Ю. Исследование характеристики и повышение надежности насосов перистальтического принципа действия: дис. … канд. техн. наук. Уфа, 2004. 168 c.
  6. Kondrashchenko V.I., Emelianova I.A., Chaika D.O. Features of the Use of a Universal Hose Concrete Pump in the Con-struction Site // OP Conf. Series: Earth and Environmental Science vol. 272 issue 3 32107. IOP Publishing, 2019, 6 p. doi: 10.1088/1755-1315/272/3/032107.
  7. Порядков Л.Ф. Рабочая трубка для перистальтического насоса // Патент на изобретение № 309294, Российская Федерация. Опубликовано 27.10.2007. Бюл. № 30.
  8. Тарасов Ю. Д. Перистальтический насос // Патент на изобретение № 2290536, Российская Федерация. Опубликовано 27.12.2006. Бюл. № 36.
  9. Гришин А.И. Влияние на характеристику линейного перистальтического насоса формы сечения и длины сжима-емых участков // Известия МГТУ «МАМИ». 2021. № 2(48) С. 9−17. doi: 10.31992/2074-0530-2021-48-2-9-17.
  10. Копченков В.Г. Трение и изнашивание эластомеров в условиях контактно-динамического нагружения: дис. … докт. техн. наук. Ставрополь, 2004. 424 c.
  11. Skafte-Pedersen P., Hemmingsen M., Blaga F.S., Bruus H., Dufva M. A self-contained, programmable microfluidic cell culture system with real-time microscopy access // Biomed Microdevices. Springer Science, Business Media. 2011. P. 385−399. doi: 10.1007/s10544-011-9615-6
  12. Гришин А.И. Методика расчета характеристики перистальтического насоса линейного типа с неполным сжатием рабочего органа // Известия МГТУ «МАМИ». 2018. № 3. С. 21–31.
  13. Азнабаев Б.М., Бараков В.Н., Рамазанов В.Н., Мухамадеев Т.Р., Бикчураев Д.Р., Дибаев Т.И. Аспирационный насос для офтальмохирургических систем // Патент РФ 2434608 C1; опубл. 27.11.2011. Бюл. № 33.
  14. Шлегель И.Ф. Перистальтический насос // Патент РФ № 2282056 С2; опубл. 20.08.2006. Бюл. № 23.
  15. Daniel Minarik D., Beck J.E. Peristaltic pump having means for reducing flow pulsation // Патент US № 5257917, 02.11.1993.
  16. Jönsson A., Toppi A., Dufva M. The FAST Pump, a low-cost, easy to fabricate, SLA-3D-printed peristaltic pump for multi-channel systems in any lab // HardwareX. Elsevier. 2020, 45 p. doi: 10.1016/j.ohx.2020.e00115.
  17. Liermann M. Active Pneumatic Pulsation Damper for Peristaltic Pump Flow Loops // Proceedings of the 2016 Bath/ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control, FPMC2016, Bath, England. 20 16, 9 p.
  18. Hoffmeier K.L., Hoffman D., Feller K.-H. A First Inherently Pulsation Free Peristaltic Pump // 58th Ilmenau scientific col-loquium, Technische Universität Ilmenau, 08 – 12 September 2014. 11 p.
  19. Lin Q., Yang B., Xie J., Tai Y. Dynamic simulation of a peristaltic micropump considering coupled fluid flow and structural motion // Journal of micromechanics and microengineering. – UK, Institute of physics publishing: IOP Publishing Ltd, 2006. No. 17. P. 220−228.
  20. Trencle F., Haeberle S., Zengerle R. Normally-closed peristaltic micropump with re-usable actuator and disposable fluid-ic chip // Sensors and Actuators B: Chemical. – Elsevier Science, 2011. 154 P. 137−141. doi: 10.1016/j.snb.2009.12.069.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Одни из первых конструкций насоса перистальтического принципа действия: а) с линейно расположенным упругим рабочим органом; 1 – упругий рабочий орган, 2 – выжимные элементы; б) с рабочим органом, расположенным по кругу

Скачать (98KB)
3. Рис. 2. Наиболее распространенные в настоящее время конструкции перистальтических насосов: а) с башмаками в качестве выжимных элементов; б) с роликами в качестве выжимных элементов; 1 – ротор с выжимными элементами; 2 – упругий рабочий орган; 3 – корпус

Скачать (131KB)
4. Рис. 3. Спиральное расположение упругого рабочего органа в перистальтическом насосе: 1 – упругий рабочий орган; 2 – барабан; 3 – пазы для упругого рабочего органа; 4 – вал; 5 – рычаги; 6 – ролик

Скачать (110KB)
5. Рис. 4. Перистальтический насос с линейно расположенным упругим рабочим органом и толкателями: 1 – вал; 2 – эксцентрики; 3 – толкатели; 4 – упругий рабочий орган (трубка); 5 – корпус

Скачать (145KB)
6. Рис. 5. Сравнение величины возникающих напряжений в зависимости от степени сжатия упругого рабочего органа

Скачать (245KB)
7. Рис. 6. Теоретическая пульсационная подача перистальтического насоса: а) насос с одним роликом, б) насос с двумя роликами

Скачать (35KB)
8. Рис. 7. Неравномерная подача миниатюрного перистальтического насоса

Скачать (114KB)
9. Рис. 8. Пульсации скорости в миниатюрном перистальтическом насосе с линейным расположением упругого рабочего органа при высоких частотах срабатывания выжимных элементов: 1 – µ=20 мПа·с; 2 – µ=30 мПа·с; 3 – µ=40 мПа·с

Скачать (169KB)
10. Рис. 9. Перистальтический насос с двумя параллельными каналами, расположенными по кругу: 1 – крестовина, 2 — ролики, 3 – упругие трубки, 4 – корпус

Скачать (48KB)
11. Рис. 10. Перистальтический насос с несколькими параллельными каналами, расположенными линейно: 1 – вращающийся вал, 2 – эксцентрики, 3 – упругие трубки, 4 – корпус, 5 – перегородки

Скачать (178KB)
12. Рис. 11. Подача в каждом отдельном канале и суммарная подача перистальтического насоса с двумя параллельными каналами

Скачать (106KB)

© Гришин А.И., Лепешкин А.В., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».