ปั๊มแบบเพริสตัลติก: หลักการและส่วนประกอบ
แบ่งปัน
ปั๊มแบบเพริสตัลติกคืออะไร?
ในมุมมองของผู้เชี่ยวชาญ ปั๊มแบบเพริสตัลติกเป็นปั๊มปริมาตรแบบแทนที่เชิงบวกชนิดหนึ่ง หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับ "การบีบอัดและการคืนตัวเป็นระยะของท่อที่ยืดหยุ่น":
ตัวขับเคลื่อนจะให้พลังงานเพื่อขับเคลื่อนการหมุนของโรเตอร์ (ซึ่งติดตั้งลูกกลิ้งหลายตัว) ภายในหัวปั๊ม ขณะที่โรเตอร์หมุน ลูกกลิ้งจะบีบอัดท่อที่ยืดหยุ่นในหัวปั๊มอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิด "ห้องปิดผนึกชั่วคราว" ภายในท่อ เมื่อลูกกลิ้งหมุนไปข้างหน้า ห้องปิดผนึกเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปตามทิศทางการส่งของของเหลว ผลักของเหลวในท่อไปยังทางออก เมื่อลูกกลิ้งเคลื่อนตัวออกจากส่วนหนึ่งของท่อ ท่อจะดีดตัวกลับเนื่องจากความยืดหยุ่นของตัวมันเอง ทำให้ปริมาตรภายในช่องกลับคืนมาและดึงของเหลวใหม่จากทางเข้าเข้ามา วงจรนี้จะเกิดขึ้นซ้ำๆ เพื่อให้ของเหลวไหลอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียว
ยังไม่เข้าใจใช่ไหม ลองนึกถึงการกระทำในชีวิตประจำวัน: บีบหลอดด้วยนิ้วแล้วดันไปข้างหน้า ของเหลวในหลอดจะไหลไปในทิศทางที่นิ้วของคุณเคลื่อนที่ ปั๊มแบบเพริสตัลติกโดยพื้นฐานแล้วคือ "เวอร์ชันเชิงกลของ 'นิ้ว + หลอด'": มันใช้ "ลูกกลิ้ง" ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพื่อแทนที่นิ้วและ "ท่อที่ยืดหยุ่นได้" เพื่อแทนที่หลอด โดยการบีบอัดท่ออย่างต่อเนื่องด้วยลูกกลิ้ง ของเหลวจะไหลไปในทิศทางเดียวภายในท่อ
ข้อได้เปรียบหลักของปั๊มชนิดนี้ ซึ่งแตกต่างจากปั๊มแรงเหวี่ยงและปั๊มเฟือง คือ ของเหลวจะสัมผัสกับท่อเท่านั้น และไม่สัมผัสกับชิ้นส่วนภายในของตัวปั๊ม หมายความว่า:
- ไม่ต้องกังวลว่าของเหลวจะปนเปื้อนตัวปั๊ม
- ไม่ต้องกังวลว่าตัวปั๊มจะปนเปื้อนของเหลว
ส่วนประกอบหลักสามส่วน
1. ตัวขับ
แกนหลักของตัวขับประกอบด้วยมอเตอร์และโมดูลควบคุม
หน้าที่หลักของมอเตอร์ชนิดนี้คือการจ่ายพลังงานที่เสถียรให้กับหัวปั๊มและควบคุมความเร็วในการหมุนของลูกกลิ้ง (ความเร็วในการหมุนเป็นตัวกำหนดอัตราการไหลโดยตรง)ประเภทของมอเตอร์
- มอเตอร์ DC แบบมีแปรงถ่าน: ต้นทุนต่ำและแรงบิดเริ่มต้นสูง เหมาะสำหรับการถ่ายโอนของเหลวทั่วไป (เช่น การเติมน้ำในตู้ปลาขนาดเล็ก) และการจ่ายสารเคมีในอุตสาหกรรมต้นทุนต่ำ ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ไม่ต้องการความแม่นยำและอายุการใช้งานสูง
- มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน (BLDC): อายุการใช้งานยาวนาน เสียงรบกวนต่ำ และความเสถียรดี เหมาะสำหรับการถ่ายโอนของเหลวที่ต้องการความแม่นยำในห้องปฏิบัติการ (เช่น การจ่ายของเหลวสำหรับเครื่องโครมาโทกราฟ) และอุปกรณ์ให้ยาขนาดเล็กทางการแพทย์ ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ต้องการเสียงรบกวนต่ำและอายุการใช้งานยาวนาน ชีวิต
- มอเตอร์สเต็ปเปอร์: ควบคุมความเร็วได้อย่างแม่นยำมากและไม่มีข้อผิดพลาดสะสม เหมาะสำหรับการปิเปตตัวอย่างในห้องปฏิบัติการและการบรรจุอาหารปริมาณน้อย (เช่น การบรรจุสารสกัด 5 มล.) ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ต้องการความแม่นยำในการไหลอย่างเข้มงวด
- มอเตอร์ AC: กำลังขับสูงและเข้ากันได้กับอัตราการไหลขนาดใหญ่ เหมาะสำหรับการจ่ายสารเคมีขนาดใหญ่ในโรงบำบัดน้ำเสียและการส่งสารละลายธาตุอาหารที่มีอัตราการไหลสูงในภาคเกษตรกรรม ซึ่งเป็นสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมที่ต้องการอัตราการไหลสูงและความดันสูง
โหมดควบคุม
- การควบคุมด้วยตนเอง: ปรับความเร็วในการหมุนผ่านปุ่มหมุนหรือปุ่มกด หรือควบคุม เปิด/ปิดด้วยแป้นเหยียบเสริม ใช้งานง่าย เหมาะสำหรับการใช้งานปั๊มเดี่ยวแบบอิสระ
- การควบคุมแบบอนาล็อก: รับสัญญาณ เช่น 0-5V/4-20mA และสามารถเชื่อมต่อกับ PLC (Programmable Logic Controller) หรือ DCS (Distributed Control System) ได้
- การควบคุมแบบดิจิทัล: รองรับโปรโตคอล เช่น RS232/RS485/Modbus ทำให้สามารถตั้งค่าอัตราการไหลและอ่านข้อมูลการทำงานจากระยะไกลได้
2. หัวปั๊ม
หัวปั๊มเป็นส่วนประกอบที่สัมผัสกับท่อโดยตรงและบีบของเหลว; นอกจากนี้ยังเป็นกุญแจสำคัญในการส่งผลต่อ "ความเสถียรของการไหล" และ "อายุการใช้งานของท่อ" สำหรับผู้เริ่มต้น ให้เน้นที่สามแง่มุมการออกแบบเมื่อประเมินหัวปั๊ม:
จำนวนลูกกลิ้ง
กำหนดระดับความผันผวนของการไหล ลูกกลิ้งที่มากขึ้นหมายถึงความถี่ในการบีบอัดท่อที่สูงขึ้นและการไหลที่เสถียรมากขึ้น (เช่น หัวปั๊ม 10 ลูกกลิ้งช่วยลดความผันผวนของการไหลลง 30% เมื่อเทียบกับหัวปั๊ม 6 ลูกกลิ้ง)
อย่างไรก็ตาม ลูกกลิ้งที่มากขึ้นยังเร่งการสึกหรอของท่อ ทำให้ลดอายุการใช้งานลง 10%-20%กลไกการบีบอัด
ปริมาณการบีบอัดของท่อต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ การบีบอัดไม่เพียงพอทำให้เกิด "แรงดูดไม่เพียงพอและการรั่วไหล" ในขณะที่การบีบอัดมากเกินไปจะเร่งการเสื่อมสภาพของท่อ วิธีการบีบอัดหลักในอุตสาหกรรมแบ่งออกเป็นสองประเภท:
- การบีบอัดด้วยตนเอง: ปรับตำแหน่งของบล็อกแรงดันผ่านปุ่มหมุนเพื่อตั้งค่าปริมาณการบีบอัด เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดท่อคงที่และความถี่ในการใช้งานต่ำ (เช่น การทดลองในห้องปฏิบัติการชั่วคราว)
- กลไกการชดเชยแรงดันอัตโนมัติ: ชดเชยแรงดันแบบไดนามิกโดยใช้สปริงหรือกระบอกสูบอากาศ เมื่อท่อบางลงเนื่องจากการสึกหรอ บล็อกแรงดันจะปรับโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาระดับการบีบอัดให้คงที่ เหมาะสำหรับสถานการณ์การทำงานต่อเนื่อง 24/7 (เช่น สายการบรรจุอาหาร ระบบจ่ายสารเคมีในอุตสาหกรรม) และสามารถยืดอายุการใช้งานของท่อได้
วัสดุ
ควรเลือกวัสดุของหัวปั๊มตามคุณลักษณะของของเหลวที่ถ่ายโอน (ความกัดกร่อน อุณหภูมิ) และข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม:
- หัวปั๊มพลาสติกวิศวกรรม (PP/ABS): น้ำหนักเบา (เบากว่าโลหะผสมอลูมิเนียม 40%) ทนต่อการกัดกร่อน (เหมาะสำหรับการถ่ายโอนกรดและด่างอ่อน) และต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพา (เช่น ปั๊มเก็บตัวอย่างกลางแจ้ง) แต่ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ไม่ดี
- หัวปั๊มอลูมิเนียมอัลลอยด์: มีความแข็งแรงสูงและระบายความร้อนได้ดี เหมาะสำหรับการลำเลียงของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่น น้ำเชื่อม น้ำมันหล่อลื่น) อย่างไรก็ตาม มีน้ำหนักมากและราคาสูงกว่า
- หัวปั๊มสแตนเลส: ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมยาและเซมิคอนดักเตอร์ แต่มีราคาสูงกว่า (สูงกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์)
3. ท่อ
- ท่อซิลิโคน: คุ้มค่า มีความยืดหยุ่นดี และติดตั้งง่าย เหมาะสำหรับการลำเลียง "น้ำ สารเคมีที่เป็นกลาง และของเหลวเกรดอาหาร" (เช่น เครื่องดื่ม น้ำสะอาด) อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียที่เห็นได้ชัดคือ ไม่ทนต่อน้ำมัน ไม่ทนต่อกรด/ด่างเข้มข้น (เช่น กรดซัลฟิวริก แอลกอฮอล์) และจะแข็งตัวเมื่อเวลาผ่านไปหลังจากใช้งานเป็นเวลานาน
- ท่อยางฟลูออโร (FKM): "ราชาแห่งความต้านทานการกัดกร่อน" สามารถลำเลียงกรดซัลฟิวริก กรดไฮโดรคลอริก และตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น เมทานอล อะซิโตน) ได้ เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการการปกป้องทางเคมีและสิ่งแวดล้อม แต่มีความยืดหยุ่นต่ำและราคาสูง (3-5 เท่าของท่อซิลิโคน)
- ท่อซิลิโคนเกรดอาหาร: ได้รับการรับรองจาก FDA (เมื่อเทียบกับท่อซิลิโคนทั่วไป) และไม่มีส่วนผสมของพลาสติไซเซอร์ เหมาะสำหรับการลำเลียงของเหลวที่สัมผัสกับอาหารโดยตรง (เช่น ซอส โยเกิร์ต น้ำมันปรุงอาหาร) หมายเหตุ: ควรเลือก "รุ่นที่ทนความร้อนสูง" (เช่น ทนได้ถึง 120°C) เพื่อความสะดวกในการทำความสะอาดและฆ่าเชื้อ
- ท่อเทฟลอน (PTFE): ทนทานต่ออุณหภูมิสูง/ต่ำ (-200°C ถึง 260°C) และการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม (สามารถทนต่อกรดอะควาเรเจียได้) อย่างไรก็ตาม มันแข็งและมีความยืดหยุ่นต่ำ จึงต้องใช้คู่กับ "หัวปั๊มแรงดันสูง" โดยทั่วไปแล้วจะใช้เฉพาะในสถานการณ์พิเศษเท่านั้น (เช่น การจ่ายของเหลวสำหรับหม้อปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง)
เคล็ดลับ
- ที่ความเร็วรอบเท่ากัน อัตราการไหลจะเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ (เช่น อัตราการไหลของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 8 มม. จะเป็น 4 เท่าของท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 4 มม.)
- ความหนาของผนังมีผลต่อความต้านทานการบีบอัด: ผนังที่หนากว่า (เช่น 3 มม. เทียบกับ 2 มม.) จะให้ความต้านทานการบีบอัดที่ดีกว่า ประสิทธิภาพในการต่อต้านริ้วรอย แต่ต้องสอดคล้องกับการออกแบบแรงอัดของหัวปั๊ม (เพื่อหลีกเลี่ยงแรงอัดที่ไม่เพียงพอ)