Введение
Индуктивный насос – это насос с магнитным управлением, представляющий собой объемный насос, используемый для перекачки жидкостей и газов. Он способен работать со многими агрессивными химическими веществами, а также с растворителями и газами. Его особенностью является один поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в магнитном поле, что исключает необходимость в динамическом уплотнении для соединения поршня с внешним механическим приводом. На обоих концах корпуса поршня установлены обратные клапаны, обеспечивающие одновременный всасывающий и нагнетательный циклы, которые чередуются с каждым ходом. Это позволяет снизить пульсации, особенно при высоких расходах. Поршень и корпус изготавливаются из материалов, инертных к большинству жидкостей и газов. Поскольку поршень и корпус выполнены из неэластичных материалов, объем камеры не изменяется из-за изгиба и деформации, что обеспечивает высокую и стабильную точность индуктивных насосов с течением времени. Индуктивные насосы отличаются высокой точностью, поскольку каждый ход обеспечивает одинаковый объем, создаваемый твердым поршнем внутри твердой камеры. Общий объем перекачиваемой жидкости можно определить, подсчитывая или отсчитывая время совершения ходов. Они могут использоваться в стерильных и контролируемых средах, так как не допускают утечек наружу корпуса, даже при износе поршня.
Эффективность
Индуктивные насосы считаются высокоточными и энергоэффективными. Индуктивные насосы используют два основных параметра для управления потоком: Rate (скорость) и Dwell (время удержания). Параметр Rate определяет количество ходов в секунду или за любой заданный интервал времени. Параметр Dwell используется для контроля длительности включенного состояния катушки во время цикла Rate. По сути, если поршень завершил ход и ожидает обратного движения, нет необходимости продолжать подачу энергии на катушку, поскольку большая часть этой энергии будет преобразована в тепло, так как поршень больше не совершает полезную работу. Настройка Dwell позволяет регулировать время включения катушки в течение цикла Rate. Кроме того, настройка Dwell обеспечивает истинный параметр управления давлением для насоса. Уменьшая время удержания (Dwell) еще больше, можно снизить общую энергию, передаваемую поршню во время цикла перекачки. Это может привести к снижению максимального выходного давления при перекачке. Это отличается от многих других насосов, которые обычно снижают поток для уменьшения давления в определенных ситуациях. Однако, при возникновении закупорки выходного канала, другие насосы, как правило, наращивают давление до своего максимума, что может привести к разрыву трубки или повреждению внутреннего механизма. Индуктивные насосы можно остановить, перекрыв выход, и они не превысят установленное давление. Перекачка против закрытого выхода не вызывает повреждений насоса.
История
Индуктивный насос был впервые запатентован в Соединенных Штатах Лоуренсом Р. Саламеем в 1998 году по патенту США № 5 713 728 и повторно в 1999 году по патенту США № 5 899 672. В 2014 году Саламей подал заявку на дополнительный патент. Изначально насос был разработан как усовершенствование перистальтических и диафрагменных насосов, которые были склонны к разрушению рабочей камеры в процессе эксплуатации из-за изгиба пластиковых деталей. Индуктивные насосы показали себя лучше с точки зрения точности и срока службы до необходимости ремонта. Со временем Саламей продолжал углублять свое понимание магнитных полей и их применения для передачи силы в индуктивном насосе. Это привело к дальнейшим улучшениям и повышению эффективности. Кроме того, индуктивные насосы получили возможность создавать гораздо большее давление, превышающее 3000 psi. Та же технология индуктивного насоса может применяться как к очень маленьким насосам, подающим объемы в диапазоне микролитров, так и к гораздо более крупным насосам, подающим объемы до 10 галлонов в минуту. Углубленное понимание распространения магнитного поля позволило упростить конструкцию, что является отличительной особенностью индуктивных насосов. В них очень мало движущихся частей и отсутствуют механические соединения. Поршень – единственная движущаяся часть, помимо обратных клапанов, и он приводится в действие электрически управляемым магнитным полем.
Важные конструктивные характеристики
Индуктивные насосы используют обе стороны поршня для одновременной подачи и всасывания. Это означает, что обе стороны поршня насоса постоянно испытывают давление на входе, по крайней мере, до тех пор, пока цикл давления не превысит это давление. Это можно интерпретировать как то, что чистое давление в замкнутом контуре в начале цикла хода всегда равно нулю. Следовательно, индуктивные насосы могут применяться в замкнутых контурах с очень высоким давлением для циркуляции жидкостей при очень низких перепадах давления. По сути, индуктивному насосу не требуется преодолевать давление замкнутой системы для перемещения жидкости в системе. Это приводит к значительно меньшему расходу энергии на перемещение жидкости по контуру. Это также обеспечивает дополнительную циркуляцию без использования динамических уплотнений, которые со временем могут протекать наружу. Кроме того, индуктивные насосы могут быть соединены последовательно для приблизительного удвоения давления без увеличения объема. Они также могут быть соединены параллельно для приблизительного удвоения объема без увеличения давления. Большинство насосов вытеснительного типа не могут повысить выходное давление при последовательном соединении, поскольку оба насоса останавливаются при достижении максимального рабочего давления. Индуктивные насосы суммируют свои усилия, поскольку второй насос видит нулевой перепад давления от первого.
Эффективность
Индуктивные насосы разработаны для повышения эффективности и предназначены для снижения энергопотребления в условиях растущих требований к энергосбережению. Большинство электродвигателей имеют эффективность около 85% в среднем, что подтверждается стандартным испытанием на остановочное состояние, которое показывает значительное увеличение потребляемого тока при механической блокировке ротора. Индуктивные насосы не демонстрируют увеличения потребления тока при блокировке в процессе работы, поскольку более 95% тока используется для создания силы, действующей на поршень. По сравнению с традиционными поршневыми насосами и другими технологиями, механические потери минимальны, поскольку отсутствует механическая связь между поршнем и внешними источниками энергии. Поршень индуктивного насоса приводится в движение непосредственно магнитным полем, формируемым внутри корпуса вокруг цилиндра и внутри самого поршня. Минимальное трение между поршнем и цилиндром обеспечивается за счет кольцевого магнитного поля, которое равномерно притягивает поршень во всех направлениях к стенкам цилиндра. В результате сила направлена преимущественно по оси движения поршня, создавая выходное давление. Большинство других насосов используют различные редукционные механизмы для снижения скорости вращения двигателя при приводе поршня. Эти механизмы приводят к значительным энергетическим потерям, помимо неэффективности самого двигателя. Индуктивные насосы используют различные запатентованные покрытия для снижения сопротивления трению и повышения эффективности. В некоторых моделях индуктивных насосов применяется безторцевое керамическое соединение с соответствующими керамическими поверхностями цилиндра и поршня, обработанными с высокой точностью и не требующими использования эластичных уплотнений. Керамические поверхности инертны к агрессивным промышленным кислотам, щелочам и растворителям.