Peristaltiska pumpar klarar utmaningen med flerkanalig pumpning

Peristaltiska slangpumpar är den flexibla och ekonomiska lösningen på tillämpningar med flerkanalig vätsketransport

Presentation av flerkanaliga peristaltiska pumpar

Tekniker i forskningslaboratorier och processanläggningar behöver ofta pumpa flera vätskekanaler samtidigt. Prisvärda och utrymmesbesparande lösningar för dessa tillämpningar kan spara avsevärd tid och resurser och samtidigt i betydande grad förbättra processeffektiviteten.

Synkron kontroll av flera kanaler kan innebära flera fördelar. Om motorhastighet varieras kommer det samtidigt och proportionerligt att variera flödet i alla kanaler. Användning av en motor med enkel drivanordning kan signifikant minska kostnaden per kanal. Det kan också minska det totala energibehovet, samt antalet rörliga delar och pumpsystemets storleks- och utrymmesbehov. Det kombinerade resultatet kommer att bli ett vätskehanteringssystem som är ekonomiskt att köpa in, driva och underhålla.

Peristaltiska slangpumpar är ett extremt effektivt och kostandseffektivt alternativ för flerkanalig pumpning. Peristaltiska pumpar finns att tillgå med ett brett utbud av utbytbara pumphuvuden, drivanordningar och slangar.

Flerkanaliga peristaltiska pumpar används framgångsrikt inom en mängd olika branscher inklusive farmaceutiska och kemiska processer, bioteknik, livsmedelsbehandling, trycksättning, jordbruk och vattenhantering. Tillämpningar förutom allmän vätsketransport inkluderar mätning och dispensering.

Den mest betydande fördelen med den peristaltiska pumpen är användningen av en flexibel slangledning som pumpkammare. Vätskan som pumpas stannar hela tiden kvar på insidan av slangledningen – slangen är den enda delen av pumpen som väts av vätskan. Denna egenskap minskar risken för kontaminering oerhört och ger en utomordentlig kontroll över vätskeinnehållet och dess renhet samt över integriteten för hela processen.

Underhåll, rengöring och vätskeutbyte minimeras allt efter hand och en pump kan lätt transportera flera olika vätskor genom att byta slangledningen. Den peristaltiska pumpen tillhandahåller en varsam transport av känsliga vätskor som innebär en utmaning, inklusive gaser, viskösa vätskor och blandade tvåfasvätskor såsom kombinationer av vätska/gas och vätska/fasta partiklar.

Pumpspecifikationen och urvalskriterierna inkluderar: vätskans flödeshastigheter, vätskans egenskaper, kemisk kompatibilitet med slangen, enkelt slangbyte, flexibel pumpkonstruktion (t.ex. stapelbart huvud jämfört med kassetthuvud), allmän noggrannhet och noggrannhet mellan kanaler, vridmomentskrav och drivanordningens styrfunktioner. Läs vidare för detaljerad information om flera av dessa urvalskriterier.

Pumpslangar och vätskeegenskaper

Flödeshastigheten och flödesdynamiken genom en peristaltisk pump påverkas av slangens dimensioner, konstruktionen på pumpens grenrör, den geometriska utformningen av slangens ocklusionsurtag, antalet valsar och den totala diametern på valsuppsättningen. Som ett resultat ger varje kombination av slang och pumphuvud en unik uppsättning av prestandaegenskaper.

Pumpslang

Storleken på slangen (specifikt innerdiametern – ID) är direkt proportionerlig med flödeshastigheten i alla pumphuvuden. Stora slangar och rotorer med stor diameter har en stor "kudd"-volym (vätskeutrymmet i slangen mellan intilliggande valsar i pumphuvudet). Denna volym avgör flödet per varv som pumphuvudet förflyttas.

För att säkerställa noggrannhet är det viktigt att använda slang med hög tolerans avsedd för precisionspump och kalibrera pumpen. "Hög tolerans" innebär att slangens innerdiameter och väggtjocklek har hållits inom väldigt snäva toleransbegränsningar under tillverkningen. Minimala variationer av slangens dimensioner överförs direkt till minimala variationer i flödeshastigheten. Kalibrering av pumpen – genom att justera motorhastigheten, körtiden eller ocklusionen (den fastklämmande kraft som appliceras på slangen) – kommer att fortsatt minska variationen och förbättra repeterbarheten. Kalibrera alltid pumpen enligt de faktiska användningsförhållandena (vätsketyp, temperatur osv.).

De flesta slangmaterial har en inkörningsperiod, då justeras och stabiliseras slangens formminne och vätskans flödeshastighet. Längden på inkörningsperioden varierar beroende på slangstorlek och -material. För hög noggrannhet, kör en pump utrustad med en ny slang i minst 10 till 15 minuter innan flödet kalibreras genom individuella kanaler.

Grenrör

Det är möjligt att använda flödeskanalerna på flerkanaliga pumpar oberoende, eller samla ihop dem med Y-anslutningar. När ett grenrör är konstruerat att ge ett gemensamt inlopp eller utlopp för flera slangar, minskar den konstruktionen antalet ledningsdragningar från källan eller till det mottagande kärlet. När kanalerna på utloppssidan sätts ihop ökar det flödeshastigheten. Med ett speciellt förskjutet pumphuvud, kan en kombination av kanaler minska flödespulsation. Kom ihåg att använda slang med större diameter på den enkelkanaliga sidan av grenröret (antingen uppströms eller nedströms pumpen) så att du minimerar pumpkavitation och mottryck.

Uppsättningar med dubbla Y-slangar av Masterflex® platinahärdad silikonslang finns tillgängliga för dessa tillämpningar.

Flödestyp

Det som är viktigt för flödet gäller både för tillämpningar med enkelkanaliga och med flerkanaliga pumpar. Vattenliknande vätskor med låg viskositet rör sig lättare genom många olika slangstorlekar. Vätskor med högre viskositet kan kräva större slangdiameter och relativt långsammare pumningshastighet (varv/min). Slangar med en högre kvot väggtjocklek istället för innerdiameter (slangar med tjocka väggar) kommer att generera större sughöjd (i förhållande till slangar med tunna väggar och samma ID) och rekommenderas för viskösare vätskor.

Typer av peristaltiska pumphuvuden

Tre typer av pumphuvuden anpassas lätt till flerkanaliga tillämpningar: stapelbara enkelkanaliga huvuden, flerkanaliga huvuden och kassetthuvuden. Flerkanaliga huvuden och kassetthuvuden tillhandahåller det maximala antalet slangkanaler inom ett relativt litet utrymme.

Frekventa slangbyten påverkar i hög grad pumpinställningen och underhållstider. Visa stapelbara pumphuvuden måste demonteras eller tas bort från drivanordningen för att slangen ska kunna bytas ut. Andra stapelbara huvudmodeller, inklusive Masterflex® Easy-Load®-pumpar och de flesta kassett- och flerkanaliga pumphuvuden är enklare att ställa in och ge service. Operatörerna kan ta bort och byta ut slangen utan att demontera pumphuvudet.

Stapelbara enkelkanaliga pumphuvuden

Du kan lägga till eller ta bort stapelbara enkelkanaliga huvuden vid behov för olika tillämpningar. Stapelbara pumphuvuden är därför populära för tillämpningar som frekvent kräver flexibel omkonfigurering av pumpens utformning. Stapelbara huvuden föredras för större slangstorlekar och när tillämpningarna innefattar hög sughöjd och/eller tömningstryck.

Två eller fyra stapelbara huvuden kan normalt monteras på en drivanordning beroende på dess hastighetsintervall och hästkrafter. Det dubbelkanaliga Masterflex® L/S® Easy-Load® II-pumphuvudet kan ge dig upp till 8 kanaler med fyra huvuden staplade på en enda drivanordning.

Du kan installera individuella pumphuvuden med andra av samma typ eller med pumphuvuden som medger ett annat slangstorleksintervall. Detta är en värdefull fördel vid proportionerliga flödestillämpningar eftersom det låter dig blanda och matcha slangstorlekar eller pumphuvudmodeller för att få de proportionerliga flödeshastigheter som krävs. Proportionerliga flödeshastigheter med över 100:1 är möjliga.

Stapelbara pumphuvuden som innefattar en förskjuten valskonstruktion begränsar vridmomentets belastning på drivkretsen när två eller fler pumphuvuden installeras tillsammans. Staplade huvuden med förskjutna valsar tillhandahåller något olika volymer från kanal till kanal när de används för korta dispenseringstider/låga volymer (beroende på valsarnas slutposition). Denna begränsning försvinner när pumparna körs kontinuerligt eller med dispenseringsvolymer på flera hundra millimeter eller mer.

Flerkanaliga pumphuvuden

Flerkanaliga huvuden är det senaste alternativet för flerkanaliga användningsområden. Dessa pumphuvuden kombinerar många av de bästa egenskaperna för både kassetthuvuden och staplade enkelkanaliga huvuden.

Dessa pumphuvuden erbjuder relativt lågt pulsationsflöde från två, fyra eller åtta kanaler utan kassetter. De är också stapelbara för upp till 32 kanaler beroende på slangstorlek och -sammansättning samt drivkraft. Flödet sinsemellan kanalerna är synkront utan justeringar av ocklusionen. Dessa egenskaper ger flerkanaliga pumphuvuden flexibiliteten att konfigureras staplade som enkelkanaliga huvuden med synkront flöde och kassetthuvudenas kanalkapacitet.

Masterflex® L/S® flerkanaliga pumphuvuden finns tillgängliga för mikroloppsslangar och för Masterflex® L/S®-slangstorlekar.

Kassettpumphuvuden

Kassettpumphuvuden medger ett på förhand bestämt maximalt antal kanaler – hur många som helst av dessa kanaler kan användas, upp till så många som pumphuvudet och drivanordningen har kapacitet för. Kassettpumphuvuden finns tillgängliga separat eller integrerade i pumpkonstruktionen. Masterflex® L/S®-kassetthuvuden är av modulär typ och kan installeras på de flesta Masterflex^® L/S^® -drivanordningar. Upp till 12 enskilda kanaler installeras på ett enda pumphuvud med flödeshastigheter så låga som 0,0005 ml/min per kanal.

Kassettpumpar har långa valsar som ger synkron vätsketillförsel mellan kassetterna. Dessa pumphuvuden har också ett större antal valsar än enkelkanaliga huvuden, och det resulterar i lägre pulsationsflöde och högre noggrannhet vid låga volymer och låga flödeshastigheter. Dessa pumpar rekommenderas att användas för vätsketransporter med låga volymer/låga flödeshastigheter.

Av alla pumphuvudstyper, ger kassetthuvuden med justerbar ocklusion den högsta noggrannheten mellan kanaler. Fina justeringar av ocklusionen hos individuella kanaler kan på ett effektivt sätt kompensera för eventuella mindre variationer av slangdimensioner som leder till små variationer i flödet.

Val av drivanordning för pumphuvudet

Välj en drivanordning med tillräckligt vridmoment (och/eller hästkrafter) och hastighet för att tillgodose flödes- och pumphuvudkraven. Drivanordningar som drivs inom ett lägre hastighetsintervall erbjuder vanligtvis större vridmoment och kan driva ett större antal staplade huvuden och slangkanaler.

Drivanordningar med fast hastighet passar bra att använda för grundläggande transporter. Olika hastigheter och utväxlingsförhållanden ger flera olika utgående vridmoment och olika slangstorlekar möjliggör olika flödeshastigheter.

Drivanordningar med variabel hastighet låter dig justera flödeshastigheten samtidigt för alla kanaler med flödeshastigheten i den andra kanalen proportionerlig med den första kanalen. Det finns ett väldigt brett intervall av flödeshastigheter som är möjliga genom att justera drivhastigheten och välja olika slangstorlekar.

Digitala drivanordningar ger den mest noggranna och repeterbara hastighetskontrollen och på grund av det den mest noggranna flödeshastigheten. Beroende på vilka egenskaper och prestandanivåer de har, erbjuder digitala drivanordningar även visning av flödeshastigheten, pumphastigheten (varv/min), dispenseringsvolymen och den kumulativa volymen (totala volymen dispenserad över flera dispenseringscykler). Observera att vanligtvis är visning av flödeshastighet/volym endast för en kanal såvida inte flera flödesmätare har byggts in i systemet.

Vätsketillämpningar

Pumpar med fastställd hastighet och fastställd ocklusion är populära för sin repeterbara flödeshastighet och konsekventa slangbelastning och för att de generellt är enkla att använda. När dessa pumpar används med precisionsextruderade slangar, kan de leverera vätskor med en noggrannhet på 3 till 5 % mellan kanalerna. Denna prestandanivå är adekvat för tillämpningar med bulkvätsketransporter, värmeväxlare och bläcköverföringar för att nämna några. Kompletta Masterflex^® I/P^® -pumpsystem med fast hastighet som är avspolningsklassade för processtillämpningar finns tillgängliga i konfigurationer med 3 eller 4 kanaler.

Kassetthuvuden och flerkanaliga pumphuvuden är populära för noggrann provtagning, dispensering och mätning av vätskor. De synkrona valsarna koordinerar vätsketillförsel mellan varje kanal i pumphuvudet. Flerkanaliga huvuden tillhandahåller flöde sinsemellan kanaler med noggrannhet inom intervallet 1,5–2 %. Med justerbar ocklusion kan kassettpumphuvuden leverera flödet med en noggrannhet på 1 % mellan kanalerna. Exakt dispensering och mätning – analytiska tekniker inom forskning och kvalitetssäkring och miljöprover och -övervakning kräver denna höga nivå av prestanda och noggrannhet.

Sammanfattning

Peristaltiskaslangpumpar erbjuder en unik kombination av egenskaper för vätskehanteringen och flexibla konfigurationer för flerkanaliga tillämpningar. En mängd utbytbara slangstorlekar, slangmaterial, pumphuvuden och drivanordningar låter dig anpassa ditt pumpsystem till det mest ekonomiska alternativet. Flerkanaliga peristaltiska pumpsystem anpassas till en stor mängd tillämpningar och medför oerhörda besparingar av tid, utrymme och resurser

 

Författat av Phil Nyren, produktchef inom Fluidik