本帖最后由 阿道 于 2024-2-18 20:11 编辑
旋转往复柱塞泵，在比较好的保证加液精度的同时，实现了可连续加液的功能。这类泵，在IVD仪器、科学仪器上液使用较多。 Fluid Metering Inc.（FMI）公司是这类泵的头部生产公司。
我们先看一下活塞式空气压缩机的工作原理。
活塞与内腔壁面形成密封，活塞直线往复运动，活塞下拉形成负压，入口单向阀打开，出口单向阀关闭，空气从入口吸入内腔；活塞上推形成正压，入口单向阀关闭，出口单向阀打开，空气从出口排出内腔。 而旋转往复柱塞泵工作的动态图如下：
柱塞与内腔壁面形成密封。柱塞直线往复运动，形成正压负压。但不同于活塞式空气压缩机的是，这类泵没有单向阀，且活塞上下运动的同时，存在周向转动。 柱塞上切出一个缺口，这个缺口会随着活塞的周向转动，而有时对着进口，有时对着出口。当柱塞上缺口对着进口时，柱塞也正处于在向下直线运动，形成负压，将液体从进口与柱塞缺口之间的空隙吸入。当柱塞上缺口对着出口方向时，柱塞在向上运动形成正压，将液体从出口与柱塞缺口之间的空隙排出。
泵的动力源是步进电机。柱塞的周向+直线运动，通过驱动机构、万向节、柱塞杆结构来实现。
驱动机构和万向节
柱塞杆结构
驱动机构+万向节+柱塞杆结构
倒立安装示意
吸排过程中，柱塞的最远运动位置
电机在位置1，进液口、出液口都被柱塞挡住。 电机从位置1运动到位置2，柱塞下拉形成负压，缺口开始对向进液口一侧，将液体吸入。 电机运动到2位置，缺口面正对进液口。 电机从位置2运动到位置3，柱塞继续下拉形成负压，缺口仍然对向进液口一侧，将液体吸入。 电机运动到位置3，进液口、出液口都被柱塞挡住。 电机从位置3运动到位置4，柱塞上推形成正压，缺口开始对向出液口一侧，将液体排出。 电机运动到4位置，缺口面正对出液口。 电机从位置4运动到位置1，柱塞继续上推形成正压，缺口仍然对向出液口一侧，将液体排出。 电机回到位置1，一个循环完成。 电机转动一周，从而吸入、排出固定体积的液体，称为一个冲程（stroke）。 单转的加液量V/stroke=柱塞有效运动行程L’ * 柱塞的截面积A。 柱塞有效运动行程L’，与泵头倾斜的角度α有关。如下图，电机转动一周，柱塞总运动行程L= D * tanα。而有效吸液或排液运动行程L’≈L。
柱塞的截面积A，与机加工有关，柱塞杆直径更大，截面积更大，单次加液量更大。柱塞截面直径由于存在加工公差，实际每个冲程排出液体体积 ， 其中X0→Xt对应排液过程中，进入泵头内腔的一段柱塞杆的区域。
泵的流量 = V/stroke * round/min
由于有密封的要求，柱塞的直径与泵头内腔的直径，有很严格的公差要求。配合过松，可能出现泄漏。配合过紧，摩擦增大，可能发生卡转。 当然还有一些双头泵的产品，同一个电机，同时驱动两个泵头。可提高流量，也可以用来进行比例稀释，也可以通过相位的调整，来降低流量波动。
FMI还推出了单转流量可调节的泵，通过自动改变泵头倾斜角度来实现。
思考题： 1.泵头倾斜方向、泵进出口方向、L形柱塞杆结构缺口方向三者之间的关系是怎样的？下面图片中的结构示意图是否正确？
2. 进出口的内孔直径、柱塞杆直径、缺口大小之间的关系是怎样的？
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