Indukční čerpadlo - Inductive pump - Wikipedia

An Indukční čerpadlo je magneticky regulovaný pozitivní posunutí čerpadlo používané k čerpání kapalin a plynů. Je schopen zacházet s mnoha korozivními chemikáliemi, stejně jako s rozpouštědly a plyny. Vyznačuje se jediným pístem, který se vratně pohybuje v magnetickém poli, a proto nevyžaduje dynamické těsnění k propojení pístu s vnějším zdrojem mechanické energie. Zkontrolujte ventily jsou umístěny na obou koncích skříně pístu, což umožňuje současné sání a čerpání, které se při každém zdvihu obrací. Je známo, že snižuje pulzace, zejména při vyšších rychlostech proudění. Píst a skříň jsou vyrobeny z materiálů, které jsou inertní vůči mnoha kapalinám a plynům. Protože píst a pouzdro jsou neplastové materiály, komora s pozitivním posunem se nemění v rozměrech od ohýbání a zkreslení, což umožňuje, aby induktivní čerpadla zůstávala velmi přesná bez významných změn v průběhu času. Indukční čerpadla jsou extrémně přesná, protože každý zdvih obsahuje stejný objem vytvořený plným pístem uvnitř pevné komory. Počet tahů lze spočítat nebo načasovat, aby se určil celkový dodaný objem. Mohou být použity ve sterilním a kontrolovaném prostředí, protože nebudou prosakovat ven z krytu, i když došlo k opotřebení pístu.

Účinnost

Indukční čerpadla jsou považována za vysoce přesná a energeticky účinná. Indukční čerpadla používají k řízení průtoku dva primární parametry, a to rychlost a prodlevu. Rychlost se používá k určení počtu úderů za sekundu nebo v daném časovém intervalu. Prodleva se používá k řízení doby, po kterou zůstává cívka napájená během cyklu frekvence. V podstatě, pokud píst dokončil svůj zdvih a čeká na zpětný cyklus, není třeba pokračovat v napájení cívky, protože většina této energie bude přeměněna na teplo, protože píst již nepracuje. Nastavení Prodleva umožňuje úpravu této doby ZAPNUTÍ během cyklu rychlosti. Nastavení Prodleva také umožňuje skutečný parametr regulace tlaku pro čerpadlo. Dalším snížením doby prodlevy lze snížit celkovou energii aplikovanou na píst během čerpacího cyklu. To může snížit maximální výstupní tlak během čerpání. To se liší od mnoha jiných čerpadel, protože běžně snižují průtok za účelem snížení tlaku za daných okolností, avšak pokud dojde k ucpání výstupního kanálu, mají jiná čerpadla tendenci vytvářet svůj maximální tlak, dokud neprasknou hadičku nebo nepoškodí jejich vnitřní mechanismus. Indukční čerpadla lze vypnout na výstupu a nepřekročí tlak, na který jsou nastaveny. Čerpání proti uzavřenému výstupu nezpůsobí poškození čerpadla.

Dějiny

Induktivní pumpa byla poprvé patentována ve Spojených státech Laurence R. Salameyem v roce 1998 americký patent číslo 5 713 728 a znovu v roce 1999 americký patent číslo 5 899 672. Další patent byl podán v roce 2014 společností Salamey. Čerpadlo bylo původně navrženo jako vylepšení peristaltické a membránová čerpadla protože byly náchylné k prasknutí čerpací komory s použitím v důsledku jejich ohýbání plastových dílů. Bylo zjištěno, že indukční čerpadla zlepšují přesnost a délku provozu, než byly nutné opravy. V průběhu doby Salamey pokračoval v rozvoji porozumění magnetickým polím a jejich využití pro šíření síly pomocí indukční pumpy. To vedlo k dalšímu zdokonalování a zvýšení účinnosti. Navíc induktivní čerpadla vyvinula schopnost dosáhnout mnohem vyšších tlaků přesahujících 3 000 psi. Stejná technologie indukčního čerpadla může být použita u velmi malých čerpadel dodávajících objemy v rozsahu mikrolitrů u mnohem větších čerpadel dodávajících objemy v rozmezí 10 galonů za minutu. Pochopení šíření magnetického pole vedlo ke zvýšené konstrukční jednoduchosti, která je charakteristickým znakem indukčních čerpadel. Existuje jen velmi málo pohyblivých částí a žádné mechanické vazby. Píst je jedinou pohyblivou částí kromě zpětných ventilů a je poháněn elektricky ovládaným magnetickým polem.

Aplikace

Indukční čerpadla se používají v mnoha různých aplikacích, například v následujících:

  1. Systémy průmyslového chemického podávání
  2. Proces chemického vstřikování vody
  3. Mazání ložisek průmyslových čerpadel a motorových ložisek olejem (Block and Budris, 2004)
  4. Automobilové čerpací systémy, tj. Palivová čerpadla, vakuová čerpadla, čerpadla na úpravu výfukových plynů atd.
  5. Mikrolitrová výplata aromat ve výrobě potravin
  6. Vysokotlaké vstřikování chemikálií do přenosových potrubí ropy a plynu
  7. Průmyslové čištění odpadních vod před vypouštěním
  8. Průmyslové systémy chemického dávkování prádla
  9. Environmentální testování sub-oceánské hmotnostní spektroskopie in situ
  10. Odběr vzorků prostředí a dávkování chemického ošetření

Důležité konstrukční vlastnosti

Indukční čerpadla využívají obě strany pístu k současnému čerpání a sání. To znamená, že na obou stranách pístu čerpadla vždy dochází k minimálnímu vstupnímu tlaku, dokud nedojde k překročení vstupního tlaku. To lze interpretovat v tom smyslu, že čistý tlak hlavy v uzavřeném okruhu je na začátku cyklu zdvihu vždy nulový. Proto mohou být použita indukční čerpadla ve velmi vysokotlakých uzavřených obvodech k cirkulaci kapalin při velmi nízkých rozdílových tlacích. Indukční čerpadlo v zásadě nemusí překonávat tlak v uzavřeném systému, aby mohl v systému přenášet kapalinu. To má za následek mnohem menší využití energie k pohybu kapaliny v okruhu. To také zajišťuje další cirkulaci bez jakýchkoli dynamických těsnění, která by mohla nakonec uniknout ven z vnější strany systému.

Kromě toho mohou být do série zapojena také indukční čerpadla, která přibližně zdvojnásobí tlak a nezvýší objem. Mohou být také připojeny paralelně k přibližně dvojnásobnému objemu bez zvýšení tlaku. Většina objemových čerpadel nemůže zvýšit výstupní tlak, pokud jsou umístěny v sérii, protože se zastaví, když dosáhnou svého maximálního provozního tlaku. Indukční čerpadla se navzájem doplňují kvůli nulovému rozdílu pozorovanému u druhého čerpadla od prvního čerpadla.

Technologie

Základní základ pro indukované napětí v magnetickém poli pochází Faradayův zákon popisující indukovanou elektromotorickou sílu (EMF) následovně: Emf = -N (∆Φb / ∆t) (Nave, CR 2011). To znamená, že se zvyšujícím nebo snižujícím se počtem čar magnetického toku dochází k následné změně indukovaného napětí negativní nebo pozitivní polarita. Vztah elektrických sil a magnetických sil však byl shrnut v Lorentzův zákon o síle jako: F = qE + qv x B. Zde byly všechny tři síly navzájem kolmé (Nave, a, 2011). Lorentz tedy dal každé ze sil speciálně zaměřený směr, což umožnilo predikci směru sil v architektuře indukčního čerpadla. Salamey dále zkoumal vztah magnetického toku k obvodové oblasti kolem magnetického pole, kde bylo zjištěno, že většina magnetických sil vytváří mechanické síly používané k směrování pohybu pístu. Salamey dále popisuje ve svém druhém patentu zabudování mezery v magnetickém poli. Mezera je definována jako oblast nemagnetického vedení po obvodu umístěná na obou koncích otvoru pístu. Magnetická mezera umožňuje zvýšené šíření magnetického toku tělem magnetického pístu, což způsobuje zvýšenou sílu přitahující píst směrem k magnetickému koncovému pólu (Salamey, 1999).

Účinnost

Indukční čerpadla jsou navržena pro zvýšení účinnosti a byla určena ke snížení spotřeby energie v prostředí, které vyžaduje stále větší úsporu energie. Většina elektrických motorů je v průměru asi 85% účinná, o čemž svědčí obvyklý test zablokování, který ukazuje výrazné zvýšení odběru proudu, když je motor zastaven mechanicky. Indukční čerpadla nevykazují žádné zvýšení odběru proudu, když jsou během provozu zastaveny, protože k vytvoření síly na píst se používá více než 95% proudu.

Ve srovnání s konvenčními pístovými čerpadly a jinými technologiemi existuje jen velmi málo mechanických ztrát, protože mezi pístem a vnějšími zdroji energie nejsou žádné mechanické vazby. Píst indukčního čerpadla je poháněn přímo magnetickým polem vytvořeným ve struktuře těla kolem otvoru a uvnitř pístu. Mezi pístem a otvorem jsou minimální ztráty třením v důsledku obvodového magnetického pole, které táhne píst rovnoměrně ve všech směrech ke stěně otvoru. Výsledná síla je více axiální podél dráhy pístu a vytváří výstupní tlak. Většina ostatních čerpadel používá různé typy redukčních mechanismů ke zpomalení otáčení motoru při řízení pístu. Tyto vazby vedou kromě neefektivnosti motoru k významným ztrátám energie. Indukční čerpadla používají různé speciální povlaky ke snížení třecího odporu a zvýšení účinnosti. Specifické modely indukčních čerpadel obsahují keramické rozhraní bez těsnění s odpovídajícími rozhraními keramických otvorů a pístů, které jsou broušeny na těsné tolerance, které nevyžadují použití elastických těsnění. Keramická rozhraní jsou inertní vůči extrémně žíravým průmyslovým kyselinám, zásadám a rozpouštědlům.

Reference

  • Block, H. & Budris, A. (2004) Pump's user's handbook: life extension. Lilburn, GA: The Fairmont Press, Inc.
  • Nave, C. R. „Faradayův zákon“. Hyperfyzika. Gruzínská státní univerzita. Vyvolány 19 August 2014.
  • Nave, C. R. (a) „Fyzika Lorentzova zákona“ HyperPhysics. Gruzínská státní univerzita. Vyvolány 19 August 2014.
  • Salamey, L. (1999). Patent USA. 5 899 672. Washington, D C: Americký úřad pro patenty a ochranné známky.
  • Whelan, P. M., Hodgeson, M. J., (1978). Základní principy fyziky (2. vyd.). 1978, John Murray, ISBN  0-7195-3382-1