Study of existing designs of the peristaltic principle pumps

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Peristaltic pumps are used in a wide variety of applications due to their tightness, ease of maintenance and accurate delivery. Nevertheless, the use of peristaltic pumps is limited by their disadvantages: short service life of the working body and uneven feed. This work provides an overview of the existing design solutions for pumps. The main advantages and disadvantages of the most common modern designs of peristaltic pumps are considered. The developed design solutions are presented. These solutions are designed to extend the service life of the elastic working body of the pump. These include a spiral hose design, where hose life is improved by reducing the number of cyclic compressions using just one roller. Another solution is to operate the pump with incomplete compression of the working element, which reduces the stress values and thereby prolongs the service life of the working element. The special shapes of protrusions in the compression area were developed in order to compensate the decrease in flow caused by the operation of the pump with incomplete compression of the working member. The paper provides an overview of solutions to reduce the uneven flow of a peristaltic pump. The simplest of these is the use of multiple parallel channels. In other designs, the elimination of flow pulsations is achieved with a pneumatic damper. There is also a constructive solution, in which a special algorithm of actuation of five squeeze elements is used for uniform supply, each of which compresses only its own section of the pump working body. Based on the analysis, it is shown that in order to eliminate the disadvantages of peristaltic pumps the various methods are used. Nevertheless, those methods need further improvement.

About the authors

A. I. Grishin

Moscow Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: foxmccloud@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

A. V. Lepeshkin

Moscow Polytechnic University

Email: foxmccloud@rambler.ru

PhD in Engineering

Russian Federation, Moscow

References

  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. Patent US No 249285, 08.11.1881.
  3. Porter R., Bradley J.D. Rotary Pump. Patent US No 12753, 17.04.1855
  4. Loudin T. The evolution of peristaltic pump. Pump engineer. – Zutphen, Netherlands: KCI Publishing, Sep-tember 2007. P. 44−47.
  5. Mikheyev A.YU. Issledovaniye kharakteristiki i povysheniye nadezhnosti nasosov peristal'ticheskogo printsipa deystviya: dis. … kand. tekhn. nauk [Investigation of the characteristics and increasing the relia-bility of pumps of the peristaltic principle of operation: Dissertation for Degree of PhD in Engineering]. Ufa, 2004. 168 p.
  6. Kondrashchenko V.I., Emelianova I.A., Chaika D.O. Features of the Use of a Universal Hose Concrete Pump in the Construction 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. Poryadkov L.F. Rabochaya trubka dlya peristal'ticheskogo nasosa [Operating tube for peristaltic pump]. Patent na izobreteniye No 309294, Rossiyskaya Federatsiya. Opublikovano 27.10.2007. Byul. No 30.
  8. Tarasov YU. D. Peristal'ticheskiy nasos [Peristaltic pump]. Patent na izobreteniye No 2290536, Rossiyskaya Federatsiya. Opublikovano 27.12.2006. Byul. No 36.
  9. Grishin A.I. Influence of the cross-sectional shape and length of the compressible sections on the charac-teristics of a linear peristaltic pump. Izvestiya MGTU «MAMI». 2021. No 2(48), pp. 9−17 (in Russ.). doi: 10.31992/2074-0530-2021-48-2-9-17
  10. Kopchenkov V.G. Treniye i iznashivaniye elastomerov v usloviyakh kontaktno-dinamicheskogo nagru-zheniya: dis. … dokt. tekhn. nauk [Friction and wear of elastomers under dynamic contact loading: Disser-tation for Degree of DrSc in Engineering]. Stavropol', 2004. 424 p.
  11. Skafte-Pedersen P., Hemmingsen M., Blaga F.S., Bruus H., Dufva M. A self-contained, programmable mi-crofluidic 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. Grishin A.I. Method for calculating the characteristics of a linear peristaltic pump with incomplete com-pression of the working body. Izvestiya MGTU «MAMI». 2018. No 3, pp. 21–31 (in Russ.).
  13. Aznabayev B.M., Barakov V.N., Ramazanov V.N., Mukhamadeyev T.R., Bikchurayev D.R., Dibayev T.I. As-piratsionnyy nasos dlya oftal'mokhirurgicheskikh system [Ophthalmic surgery suction pump]. Patent RF 2434608 C1; opubl. 27.11.2011. Byul. No 33.
  14. Shlegel' I.F. Peristal'ticheskiy nasos [Peristaltic pump]. Patent RF No 2282056 S2; opubl. 20.08.2006. Byul. No 23.
  15. Daniel Minarik D., Beck J.E. Peristaltic pump having means for reducing flow pulsation. Patent US No 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 colloquium, 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 pub-lishing: IOP Publishing Ltd, 2006. No 17. P. 220−228.
  20. Trencle F., Haeberle S., Zengerle R. Normally-closed peristaltic micropump with reusable actuator and dis-posable fluidic chip // Sensors and Actuators B: Chemical. – Elsevier Science, 2011. 154 P. 137−141. doi: 10.1016/j.snb.2009.12.069

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. One of the first designs of a peristaltic pump: а) with a linearly located elastic working body; 1 – elastic working body, 2 – release elements; b) with a working body located in a circle

Download (98KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. The most common peristaltic pump designs today: а) with specific devices as release elements; b) with rollers as release elements; 1 – rotor with release elements; 2 – elastic working body; 3 – case

Download (131KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spiral arrangement of an elastic working body in a peristaltic pump: 1 – elastic working body; 2 – drum; 3 – grooves for an elastic working body; 4 – shaft; 5 – levers; 6 – roller

Download (110KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Peristaltic pump with linear resilient working body and pushers: 1 – shaft; 2 – eccentrics; 3 – pushers; 4 – elastic working body (tube); 5 – case

Download (145KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of the magnitude of the arising stresses depending on the compression ratio of the elastic working body

Download (245KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Theoretical pulsation flow of peristaltic pump: a) pump with one roller, b) pump with two rollers

Download (35KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Uneven flow of miniature peristaltic pump

Download (114KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Velocity pulsations in a miniature peristaltic pump with a linear arrangement of an elastic working body at high operating frequencies of the release elements: 1 – µ=20 mPa·s; 2 – µ=30 mPa·s; 3 – µ=40 mPa·s

Download (169KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Peristaltic pump with two parallel channels arranged in a circle: 1 – crosspiece; 2 – rollers; 3 – elastic tubes, 4 – body

Download (48KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Peristaltic pump with several parallel channels arranged in a linear manner: 1 – rotating shaft; 2 – eccentrics; 3 – elastic tubes; 4 – body; 5 – partitions

Download (178KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Flow in each individual channel and total flow of a peristaltic pump with two parallel channels

Download (106KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Grishin A.I., Lepeshkin A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».