Насос -дозатор перемещает точный объем жидкости за определенный период времени, обеспечивая точный объемный расход . [1] Подачу жидкостей с точно регулируемым расходом иногда называют дозированием . Термин «дозирующий насос» основан на применении или использовании, а не на конкретном типе используемого насоса, хотя несколько типов насосов гораздо более подходят, чем большинство других типов насосов. [2]
Хотя дозирующие насосы могут перекачивать воду , они часто используются для перекачивания химикатов , растворов или других жидкостей. Многие дозирующие насосы рассчитаны на перекачивание при высоком давлении нагнетания . Обычно они предназначены для измерения расхода, который практически постоянен (при усреднении по времени) в широком диапазоне давления нагнетания (выпуска). Производители снабжают каждую из своих моделей насосов-дозаторов максимальным номинальным давлением нагнетания, при котором каждая модель гарантированно сможет перекачивать. Инженер, проектировщик или пользователь должен убедиться, что номинальные значения давления и температуры , а также материалы насоса, контактирующие с рабочей средой, совместимы с областью применения и типом перекачиваемой жидкости.
Большинство насосов-дозаторов имеют головку насоса и двигатель . Перекачиваемая жидкость проходит через головку насоса, входит через впускную линию и выходит через выпускную линию. Двигатель обычно представляет собой электродвигатель , который приводит в движение головку насоса.
Для дозирования можно использовать некоторые дозирующие насосы . Дозирующий насос предназначен для подачи постоянного расхода, однако дозирующий насос предназначен для подачи точного общего количества.
Многие дозирующие насосы имеют поршневой привод. Поршневые насосы представляют собой насосы объемного действия, 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 .
Поршневые насосы-дозаторы обычно работают следующим образом: имеется поршень (иногда называемый плунжером), обычно цилиндрический, который может входить и выходить из камеры соответствующей формы в головке насоса. Впускная и выпускная линии соединены с поршневой камерой. К головке насоса прикреплены два обратных клапана , часто шаровые, один на впускной линии, а другой на выпускной линии. Впускной клапан пропускает поток из впускной линии в поршневую камеру, но не в обратном направлении. Выпускной клапан пропускает поток из камеры в выпускную линию, но не наоборот. Двигатель неоднократно перемещает поршень в поршневую камеру и из нее, в результате чего объем камеры постоянно становится все меньше и больше. Когда поршень выходит наружу, создается вакуум. Низкое давление в камере заставляет жидкость проникать и заполнять камеру через впускной обратный клапан, но более высокое давление на выходе приводит к закрытию выпускного клапана. Затем, когда поршень движется внутрь, он создает давление в жидкости в камере. Высокое давление в камере приводит к закрытию впускного клапана и открытию выпускного клапана, вытесняя жидкость на выходе. Эти попеременные ходы всасывания и нагнетания повторяются снова и снова для дозирования жидкости. В задней части камеры имеется уплотнение вокруг поршня или кольцевое уплотнение с тороидальной пружиной внутри, сжимающей уплотнение вокруг поршня. Это удерживает давление жидкости, когда поршень скользит внутрь и наружу, и обеспечивает герметичность насоса. После длительного использования упаковка или уплотнения могут изнашиваться, и их можно заменить. Скорость дозирования можно регулировать, изменяя длину хода поршня вперед и назад или изменяя скорость движения поршня.
Однопоршневой насос подает жидкость к выпускному отверстию только во время такта нагнетания. Если ходы всасывания и нагнетания поршня происходят с одинаковой скоростью и 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 слива и быстрое втягивание для наполнения головки насоса. В таких случаях общая скорость дозирования практически равна скорости откачки 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 обеспечения износостойкости, 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 потока откачки. Используется либо одинарный поршневой насос с возможностью быстрой дозаправки, либо двойная головка насоса с скоординированными ходами поршня, чтобы обеспечить максимально постоянную скорость откачки.
Чтобы избежать утечек 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 снаружи. Такое движение изменяет объем камеры в головке насоса так, что жидкость входит 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 нагнетают воду при довольно высоком давлении. Мембранные дозирующие насосы обычно имеют гидравлический привод.
Перистальтические насосы используют ролики с приводом от двигателя, которые катятся по гибкой трубке, сжимая ее и выталкивая жидкость внутрь. Хотя перистальтические насосы можно использовать для дозирования при более низких давлениях, гибкие трубки ограничены по уровню давления, которое они могут выдержать.
Максимальное номинальное давление дозирующего насоса фактически является верхним пределом диапазона давления нагнетания, при котором насос гарантированно перекачивает при разумно контролируемом расходе. Сам насос представляет собой устройство для создания давления, часто способное превысить номинальное давление, хотя это и не гарантировано. По этой причине, если за насосом имеется какой-либо запорный клапан , между ними должен быть установлен предохранительный клапан , чтобы предотвратить избыточное давление в трубах 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 трубы, трубки или любые другие компоненты.
Жидкости сжимаемы лишь незначительно. Это свойство жидкостей позволяет дозирующим насосам нагнетать жидкость под высоким давлением. Поскольку во время такта нагнетания жидкость может быть лишь слегка сжата, она вытесняется из головки насоса. Газы гораздо более сжимаемы. Насосы-дозаторы плохо перекачивают газы. Иногда перед работой необходимо заправить дозирующий или аналогичный насос, т.е. головку насоса необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью. Когда пузырьки газа попадают в головку насоса, компрессионное движение сжимает газ, но с трудом вытесняет его из головки насоса. Насос может перестать перекачивать жидкость с пузырьками газа в головке насоса, даже если механически насос совершает движения, неоднократно сжимая и разжимая пузырьки. Чтобы предотвратить этот тип «паровой пробки», растворители для хроматографии часто дегазируют перед закачкой.
Если давление на выходе ниже давления на входе и остается таким, несмотря на откачку, то эта разница давлений открывает оба обратных клапана одновременно и жидкость бесконтрольно перетекает через напор насоса от входа к выходу. Это может произойти независимо от того, работает насос или нет. Этой ситуации можно избежать, установив обратный клапан положительного перепада давления после насоса с правильным номиналом. Такой клапан откроется только в том случае, если будет превышен минимальный номинальный перепад давления на клапане, который может легко превысить большинство дозирующих насосов высокого давления.