Дозирующий насос перемещает точный объем жидкости за определенный период времени, обеспечивая точный объемный расход . [1] Доставка жидкостей с точным регулируемым расходом иногда называется измерением . Термин «дозирующий насос» основан на применении или использовании, а не на точном типе используемого насоса, хотя несколько типов насосов гораздо более подходят, чем большинство других типов насосов. [2]
Хотя дозирующие насосы могут перекачивать воду , их часто используют для перекачивания химикатов , растворов или других жидкостей. Многие дозирующие насосы рассчитаны на перекачивание при высоком давлении нагнетания . Обычно они изготавливаются для измерения при расходах, которые практически постоянны (при усреднении по времени) в широком диапазоне давления нагнетания (выпуска). Производители указывают для каждой из своих моделей дозирующих насосов максимальное номинальное давление нагнетания, против которого каждая модель гарантированно может перекачивать. Инженер, проектировщик или пользователь должны убедиться, что номинальные значения давления и температуры , а также смачиваемые материалы насоса совместимы с применением и типом перекачиваемой жидкости.
Большинство дозирующих насосов имеют головку насоса и двигатель . Перекачиваемая жидкость проходит через головку насоса, поступая через впускную линию и выходя через выпускную линию. Двигатель обычно представляет собой электродвигатель, который приводит в действие головку насоса.
Некоторые дозирующие насосы могут использоваться для дозирования . Дозирующий насос предназначен для обеспечения непрерывной скорости потока, однако дозирующий насос предназначен для обеспечения точного общего количества.
Многие дозирующие насосы имеют поршневой привод. Поршневые насосы — это насосы объемного вытеснения, которые могут быть спроектированы для перекачивания с практически постоянным расходом (усредненным по времени) в широком диапазоне давления нагнетания, включая высокие давления нагнетания в тысячи фунтов на квадратный дюйм .
Дозирующие насосы с поршневым приводом обычно работают следующим образом: имеется поршень (иногда называемый плунжером), как правило, цилиндрический, который может входить и выходить из камеры соответствующей формы в головке насоса. Входная и выходная линии соединены с поршневой камерой. К головке насоса прикреплены два обратных клапана , часто шаровые обратные клапаны, один на входной линии, а другой на выходной линии. Впускной клапан пропускает поток из входной линии в поршневую камеру, но не в обратном направлении. Выпускной клапан пропускает поток из камеры в выходную линию, но не в обратном направлении. Двигатель многократно перемещает поршень в поршневую камеру и из нее, в результате чего объем камеры многократно уменьшается и увеличивается. Когда поршень выдвигается, создается вакуум. Низкое давление в камере заставляет жидкость поступать и заполнять камеру через входной обратный клапан, но более высокое давление на выходе заставляет выпускной клапан закрываться. Затем, когда поршень входит, он нагнетает давление в жидкости в камере. Высокое давление в камере заставляет впускной клапан закрываться и заставляет выпускной клапан открываться, вытесняя жидкость через выпускное отверстие. Эти чередующиеся ходы всасывания и нагнетания повторяются снова и снова для измерения жидкости. В задней части камеры находится набивка вокруг поршня или уплотнение в форме пончика с тороидальной пружиной, похожей на сфинктер, внутри, сжимающей уплотнение вокруг поршня. Это удерживает давление жидкости, когда поршень скользит внутрь и наружу, и делает насос герметичным. Набивка или уплотнения могут изнашиваться после длительного использования и могут быть заменены. Скорость дозирования можно регулировать, изменяя длину хода, на которую поршень движется вперед и назад, или изменяя скорость движения поршня.
Однопоршневой насос подает жидкость к выпускному отверстию только во время такта нагнетания. Если всасывающий и нагнетательный ходы поршня происходят с одинаковой скоростью, а жидкость дозируется половину времени работы насоса, то общая скорость дозирования, усредненная по времени, равна половине средней скорости потока во время такта нагнетания. Некоторые однопоршневые насосы могут иметь постоянное медленное движение поршня для нагнетания и быстрое движение обратного хода для повторного заполнения головки насоса. В таких случаях общая скорость дозирования практически равна скорости нагнетания во время такта нагнетания.
Насосы, используемые в хроматографии высокого давления , такой как ВЭЖХ и ионная хроматография, во многом похожи на небольшие поршневые дозирующие насосы. Для износостойкости и химической стойкости к растворителям и т. д. поршни обычно изготавливаются из искусственного сапфира , а шаровые обратные клапаны имеют рубиновые шарики и сапфировые седла. Для получения хороших хроматограмм желательно иметь как можно более постоянную скорость откачки. Используется либо однопоршневой насос с быстрой заправкой, либо двухнасосная головка с координированными ходами поршней для обеспечения как можно более постоянной скорости откачки.
Чтобы избежать утечки через набивку или уплотнение, особенно когда жидкость опасна, токсична или вредна, для дозирования используются мембранные насосы . Мембранные насосы имеют диафрагму , через которую передается повторяющееся движение сжатия/декомпрессии. Жидкость не проникает через диафрагму, поэтому жидкость внутри насоса изолирована от внешней среды. Такое движение изменяет объем камеры в головке насоса, так что жидкость поступает через впускной обратный клапан во время декомпрессии и выходит через выпускной обратный клапан во время сжатия, аналогично поршневым насосам. Также могут быть изготовлены мембранные насосы, которые выгружают при довольно высоком давлении. Мембранные дозирующие насосы обычно имеют гидравлический привод .
Перистальтические насосы используют ролики с электроприводом для прокатки по гибкой трубке, сжимая ее и проталкивая жидкость внутрь. Хотя перистальтические насосы можно использовать для измерения при более низких давлениях, гибкая трубка ограничена в уровне давления, которое она может выдержать.
Максимальное номинальное давление дозирующего насоса на самом деле является верхним пределом диапазона давления нагнетания, при котором насос гарантированно будет качать с разумно контролируемой скоростью потока. Сам насос является устройством для нагнетания давления, часто способным превысить свое номинальное давление, хотя это и не гарантировано. По этой причине, если ниже по потоку от насоса есть какой-либо запорный клапан , между ними следует установить предохранительный клапан , чтобы предотвратить избыточное давление в трубке или трубопроводной линии в случае, если запорный клапан случайно закроется во время работы насоса. Настройка предохранительного клапана должна быть ниже максимального номинального давления, которое могут выдержать трубопровод, трубки или любые другие компоненты.
Жидкости сжимаемы лишь очень слабо. Это свойство жидкостей позволяет дозирующим насосам выкачивать жидкости под высоким давлением. Поскольку жидкость может быть сжата лишь слегка во время такта нагнетания, она вытесняется из головки насоса. Газы сжимаемы гораздо сильнее. Дозирующие насосы не очень хороши для перекачки газов. Иногда дозирующий или аналогичный насос необходимо заполнить перед работой, т. е. заполнить головку насоса жидкостью, которую нужно перекачать. Когда пузырьки газа попадают в головку насоса, компрессионное движение сжимает газ, но с трудом выталкивает его из головки насоса. Насос может прекратить перекачивать жидкость с пузырьками газа в головке насоса, хотя механически насос совершает движения, многократно сжимая и декомпрессируя пузырьки. Чтобы предотвратить этот тип «паровой пробки», хроматографические растворители часто дегазируют перед перекачкой.
Если давление на выходе ниже давления на входе и остается таким, несмотря на перекачку, то эта разница давлений одновременно открывает оба обратных клапана, и жидкость бесконтрольно течет через головку насоса от входа к выходу. Это может произойти независимо от того, работает насос или нет. Эту ситуацию можно избежать, разместив правильно рассчитанный обратный клапан с положительным перепадом давления ниже по потоку от насоса. Такой клапан откроется только в том случае, если будет превышен минимальный номинальный перепад давления на клапане, который большинство дозирующих насосов высокого давления могут легко превысить.