CN114837920A - 一种三角转子蠕动泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三角转子蠕动泵，涉及蠕动泵技术领域，包括泵体和驱动器，所述泵体内设有泵腔，所述泵腔内设有三角转子，所述泵腔的内壁与所述三角转子之间设有软管，所述软管的相对两侧分别连接有贯穿所述泵体的连通管，所述驱动器与所述三角转子连接。本发明驱动器驱动三角转子转动，在三角转子的转动过程中，三角转子的两角压迫软管形成泵送区域；由于连通管分别位于泵体的相对两侧，则当其中一个转子角在经过泵送出口后，必然有其转动上游的另一个转子角已经经过了泵送入口，又对软管进行挤压，从而使得软管无法回弹而回流流体，保证了蠕动泵的高精度，避免了回流污染。

Description

一种三角转子蠕动泵

技术领域

本发明涉及蠕动泵技术领域，尤其是涉及一种三角转子蠕动泵。

背景技术

蠕动泵是一种新型流体输送泵，在各行业正得到广泛推广应用。蠕动泵工作时依靠滚轮组件旋转挤压弹性软管，进而输送液体。现有技术中的蠕动泵一般使用两个及以上的滚轮组件来挤压弹性软管输送液体，在滚轮结束挤压软管时，软管由于弹性回变会造成泵送流体出现回流，使部分流体回流入泵中，这一方面造成泵送流量的减少，增大流量脉冲，另一方面对于高精度应用场景会造成数据误差以及回流污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三角转子蠕动泵，能够无回流的持续泵送流体；

本发明提供一种三角转子蠕动泵，包括泵体和驱动器，所述泵体内设有泵腔，所述泵腔内设有三角转子，所述泵腔的内壁与所述三角转子之间设有软管，所述软管的相对两侧分别连接有贯穿所述泵体的连通管，所述驱动器与所述三角转子连接。

进一步地，所述驱动器通过偏心轴与所述三角转子连接。

进一步地，所述泵体包括相互扣合的泵盖和泵壳，所述泵腔开设在所述泵壳内。

进一步地，所述驱动器为电机，所述电机位于所述泵盖一侧，所述偏心轴的一端穿过所述泵盖与所述电机连接，所述偏心轴的偏心部与所述三角转子间通过第一轴承连接，所述偏心轴的另一端通过第二轴承与所述泵壳连接。

进一步地，所述软管包括分别位于泵腔两侧对称的第一软管和第二软管。

进一步地，所述第一软管和所述第二软管位于所述三角转子的转动上游端分别设有进料连通管，转动下游端分别设有出料连通管。

进一步地，所述三角转子由转动上游向转动下游压迫所述软管的容积逐渐减小。

进一步地，所述泵腔为阶梯结构，所述泵腔的小径层用于三角转子转动，其内壁型线表达式为：

上述方程中α∈[0,6π]，式中e表示偏心距，R为创成半径。

进一步地，所述三角转子的转子型线为所述泵腔的小径层内壁型线的内包络线，其表达式为：

上述方程中

分别代表一段转子型线，式中e表示偏心距，R为创成半径，“±”表示方程同取“+”或同取“－”。

进一步地，所述泵腔的大径层用于放置软管，其内壁型线表达式为：

式中，

a(取正值)为泵腔大径层内壁型线相对于泵腔小径层内壁型线往外等距扩大的距离。

本发明的技术方案通过驱动器驱动三角转子转动，在三角转子的转动过程中，三角转子的两角压迫软管形成泵送区域；由于连通管分别位于泵体的相对两侧，则当其中一个转子角在经过泵送出口后，必然有其转动上游的另一个转子角已经经过了泵送入口，又对软管进行挤压，从而使得软管无法回弹而回流流体，保证了蠕动泵的高精度，避免了回流污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的泵壳结构示意图；

图3为本发明的软管结构示意图；

图4为本发明的爆炸结构示意图；

图5为本发明的泵送过程示意图；

图6为本发明的流量-时间曲线图；

附图标记说明：

1-泵体、101-泵盖、102-泵壳、2-电机、3-泵腔、301-小径层、302-大径层、4-三角转子、5-软管、501-第一软管、502-第二软管、6-连通管、601-进料连通管、602-出料连通管、7-偏心轴、8-第一轴承、9-第二轴承；

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图5所示，本发明提供一种三角转子4蠕动泵，包括泵体1和驱动器，泵体1内设有泵腔3，泵腔3内设有三角转子4，泵腔3的内壁与三角转子4之间设有软管5，软管5的相对两侧分别连接有贯穿泵体1的连通管6，驱动器与三角转子4连接。

具体的，泵体1即整个蠕动泵的外壳体，泵体1内部设有空心的泵腔3，三角转子4在泵腔3内由驱动器驱动转动，三角转子4的转动轮廓与泵腔3的内壁之间形成一圈环形区域，该环形区域用于放置软管5，软管5的宽度大于三角转子4的转动轮廓与泵腔3内壁之间的距离，即三角转子4在转动时会压迫软管5使其变形，而位于软管5内部的待泵送液体受软管5形变的影响，与三角转子4转动方向相同的由进料连通管601向出料连通管602方向流动，对流体进行泵送。三角转子4的三个转子角处设有圆角结构，用于减小转子与软管5连接处的压强，提高软管5的使用寿命。

实施例2

现有技术存在的另一问题为，蠕动泵的出口压力有一定的局限性，一般不超过0.3MPa，通常在0.1-0.2MPa之间，本实施例2具体叙述提高本装置泵送出口压力的技术方案：

如图2-图4所示，驱动器通过偏心轴7与三角转子4连接。泵体1包括相互扣合的泵盖101和泵壳102，泵腔3开设在泵壳102内。驱动器为电机2，电机2位于泵盖101一侧，偏心轴7的一端穿过泵盖101与电机2连接，偏心轴7的偏心部与三角转子4间通过第一轴承8连接，偏心轴7的另一端通过第二轴承9与泵壳102连接。

具体的，在实施例1中，通过两个转子角之间对软管5形成的夹持空间的位置变化将流体由进料连通管601向出料连通管602方向泵送，该过程在进料连通管601向出料连通管602的流体压力是相同的。而本实施例2中，三角转子4通过偏心轴7和驱动器连接转动，三角转子4转动过程中，偏心轴7的偏心部会造成三角转子4向泵腔3壁偏移，进而进一步压迫软管5，使软管5内的空间随偏心部的路径加速变小，从而造成出料连通管602的流体压力增大；在偏心部离开出料连通管602后，结束该加压过程，在偏心部到达进料连通管601后，开始下一次加压过程。

电机2一体固定安装在泵体1上(如焊接连接)，电机2的输出轴与偏心轴7的一端采用热压配合；三角转子4中心设有轴承孔，轴承孔内设有第一轴承8，偏心轴7的偏心部(连杆颈)插入三角转子4的第一轴承8内，第一轴承8用于减小偏心轴7与三角转子4间摩擦力，进而减小磨损；偏心轴7的另一端置于泵体1底部的第二轴承9中，第二轴承9用于支持偏心轴7转动。

泵壳102和泵盖101的两端相同位置对应设置有半圆形凹槽，组合充用于夹持连通管6的伸出孔。泵壳102和泵盖101四周设置有四个螺栓孔，用于分别插入螺栓进行固定。

需要说明的是，本实施例2中，偏心轴7通过第一轴承8与三角转子4连接，该第一轴承8并不影响三角转子4的转动，因为三角转子4的转动是由于偏心轴7的偏心动作所驱动的。或者可以将第一轴承8设置为连接套筒形式，利用连接套筒直连偏心轴7与三角转子4，当长时间使用磨损时更换连接套筒即可，同样可以起到减小三角转子4和偏心轴7磨损的效果。

实施例3

现有技术存在的另一问题为，在一些场景下，需要对某一区域内的流体进行置换，这时一般通过设置两个泵实现，其中一个泵将该区域内的流体抽出，另一个泵同时向该区域注入流体。例如，血液透析过程。本实施例3主要叙述本装置作为双向蠕动泵的技术方案。

如图3-图5所示，软管5包括分别位于泵腔3两侧对称的第一软管501和第二软管502。第一软管501和第二软管502位于三角转子4的转动上游端分别设有进料连通管601，转动下游端分别设有出料连通管602。

具体的，第一软管501和第二软管502分别为半环形软管5，对称设置在泵腔3的两侧，三角转子4位于第一软管501和第二软管502之间。由于电机2的转动方向不变，则三角转子4的转动过程中，第一软管501和第二软管502内的流体流向必然相反，第一软管501的进料连通管601与第二软管502的出料连通管602位于整个泵体1的一端，第一软管501的出料连通管602与第二软管502的进料连通管601位于整个泵体1的另一端。

那么以血液透析过程为例，使位于泵体1同一端的第一软管501的进料连通管601和第二软管502的出料连通管602与人体连接，位于泵体1另一端的第一软管501的出料连通管602和第二软管502的进料连通管601与透析机连接。三角转子4在转动过程中，三角转子4的一半部与第一软管501的接触挤压使第一软管501将血液由身体抽出向透析机输送，同时，三角转子4的另一半部与第二软管502的接触挤压使第二软管502将血液由透析机抽出向身体输送，在该过程中，只需要使用单个本装置即可实现流体置换，而无需再另设一个泵体1，所以更为方便。

需要特别说明的是，本实施例3的结构并不会影响本装置只能用于双向泵送，也同样具有单向泵送的能力，例如至少包括以下两种方式，均可使本实施例3作为单向泵使用：

①仅使用第一软管501或第二软管502中的其中之一用于泵送流体；

②将第一软管501和第二软管502的进料连通管601在泵体1外连接起来成为一个总进料管用于进料，将第一软管501和第二软管502的出料连通管602在泵体1外连接起来成为一个总出料管用于出料。

实施例4

本实施例4叙述进一步提高流体出口压力的技术方案。

如图2-图5所示，三角转子4由转动上游向转动下游压迫软管5的容积逐渐减小。泵腔3为阶梯结构，泵腔3的小径层301用于三角转子4转动，其内壁型线表达式为：

上述方程中α∈[0,6π]，本实施例优选对e取值为3，对R取值为35，式中e取值表示偏心距，即偏心轴主轴颈的轴线距离连杆颈轴线的距离，也代表转子几何中心距离腔体几何中心的距离；R为创成半径，代表转子几何中心到转子顶点的距离。

三角转子4的转子型线为泵腔3的小径层301内壁型线的内包络线，其表达式为：

上述方程中

分别代表一段转子型线(转子型线由3段型线组成)，本实施例优选对e取值为3，对R取值为35，式中e表示偏心距，即偏心轴主轴颈的轴线距离连杆颈轴线的距离，也代表转子几何中心距离腔体几何中心的距离；R为创成半径，代表转子几何中心到转子顶点的距离。

泵腔3的大径层302用于放置软管5，其内壁型线表达式为：

式中，

本实施例优选对e取值为3，对R取值为35，则

对a取值为5，方程中意义为一直径为a＝5的圆在转子运动区域(泵腔的小径层)的内壁型线上做纯滚动，绕转子运动区域的内壁型线一圈生成一族曲线，该族曲线的外包络线即为泵腔的大径层内壁型线。

具体的，本实施例4中，上述公式中各赋值为优选的具体实施方式，如泵腔3小径层301的内壁型线表达式中的系数3、35为本发明所选的较优值，在该系数条件下三角转子4于软管5有较好的挤压效果。泵腔3大径层302的内壁型线表达式以转子运动区域(泵腔3小径层301)的内壁型线为基础生成，生成方式为：一半径为a的圆在转子运动区域的内壁型线上做纯滚动，绕转子运动区域的内壁型线一圈生成一族曲线，该族曲线的外包络线即为上级台阶的内壁型线，在该表达式中a取5，a满足的条件为：a略大于软管5厚度d。泵壳102侧面设置有半圆形凹槽，与泵盖101的半圆形凹槽共同构成软管5的伸出口。

泵体1使用摆线泵壳102，三角转子4型线为所用摆线的内包络线，工作时由电机2带动偏心轴7旋转，偏心轴7将动力传递到与之配合的转子上，转子做复合运动：转子绕偏心轴7公转的同时，自身做反方向的自转。由结构的特性，转子面与软管5所困的容积空间呈波形变化(三角函数)，在出口面积一定、不考虑转子碾压软管5所占的体积的前提下，本实施例4的蠕动泵的流量呈波形。在即将排出软管5中的液体时，转子面所困软管5的体积越来越小，在前一个挤压点推出挤压时，后一个挤压点越来越靠近前一个挤压点，在出口面积一定的情况下，本发明的蠕动泵出口压力较大，且不存在现有蠕动泵存在的液体回流问题。

泵腔3内呈阶梯结构，软管5的截面为矩形，以能够嵌入大径层302而被更好的固定，三角转子4具有一定厚度，其固定于小径层301内，并向大径层302延伸至软管5端面，以在转动过程中能够压迫软管5变形。软管5宽度(软管5外弧面与内弧面之间的距离)大于a。

图6是本发明的三角转子4蠕动泵的入口流量-时间曲线图。不考虑转子碾压软管5所占由的体积。流量变化的周期T由转子的转速决定，转子的转速越快，则流量变化周期越短。流量峰值M由软管5的宽度决定，为避免软管5壁面与转子之间的摩擦力过大，宽度应选择在合理的范围。在忽略转子碾压软管5所占的体积的条件下，本发明的蠕动泵流量是连续的，且呈波形变化(三角函数)，流量存在最小值m。

本发明的具体工作方式：

如图5中所示，三角转子4三个顶点由A、B、C表示，图中转子的运动方向为顺时针。

当顶点A位于第一软管501初始端的进料连通管601时，转子顶点A开始挤压第一软管501，与顺时针方向下另一顶点B困住第一软管501内的一段封闭空间，整个挤压过程中，并不只有顶点处在挤压第一软管501，三角转子4面(AB之间的转子面)对第一软管501也有挤压，但转子顶点处的挤压程度最大，三角转子4面的挤压程度次之。

在转子顺时针转动的过程中，AB两顶点所困住的第一软管501体积逐渐减少(由过程a～e可以看出)，过程a为刚开始挤压的阶段，此处所困第一软管501体积最大，当转子转动到c阶段时，整个转子面AB都在挤压第一软管501，电机2转速一定的前提下，由于偏心轴7的作用，第一软管501内的封闭体积加速减少，故本发明的三角转子4蠕动泵的出口压力较大。

当转子转动到d时，转子顶点A接近第一软管501出口末端的出料连通管602，A点参与的第一软管501的挤压过程结束。由于结构的中心对称，A点结束第一软管501的挤压过程后，开始参与对第二软管502的挤压，挤压过程可以参考a～e，不再赘述，同时B、C点已经开始又对第一软管501的挤压过程，如此即完成双向泵送(第一软管501内流体由上至下，第二软管502内流体由下至上)。

单向泵送原理与双向泵送原理除方向不同外，无有区别，不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三角转子蠕动泵，其特征在于，包括泵体和驱动器，所述泵体内设有泵腔，所述泵腔内设有三角转子，所述泵腔的内壁与所述三角转子之间设有软管，所述软管的相对两侧分别连接有贯穿所述泵体的连通管，所述驱动器与所述三角转子连接。

2.根据权利要求1所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述驱动器通过偏心轴与所述三角转子连接。

3.根据权利要求2所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述泵体包括相互扣合的泵盖和泵壳，所述泵腔开设在所述泵壳内。

4.根据权利要求3所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述驱动器为电机，所述电机位于所述泵盖一侧，所述偏心轴的一端穿过所述泵盖与所述电机连接，所述偏心轴的偏心部与所述三角转子间通过第一轴承连接，所述偏心轴的另一端通过第二轴承与所述泵壳连接。

5.根据权利要求1所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述软管包括分别位于泵腔两侧对称的第一软管和第二软管。

6.根据权利要求5所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述第一软管和所述第二软管位于所述三角转子的转动上游端分别设有进料连通管，转动下游端分别设有出料连通管。

7.根据权利要求2所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述三角转子由转动上游向转动下游压迫所述软管的容积逐渐减小。

8.根据权利要求7所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述泵腔为阶梯结构，所述泵腔的小径层用于三角转子转动，其内壁型线表达式为：

上述方程中α∈[0,6π]，式中e表示偏心距，R为创成半径。

9.根据权利要求8所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述三角转子的转子型线为所述泵腔的小径层内壁型线的内包络线，其表达式为：

上述方程中

分别代表一段转子型线，式中e表示偏心距，R为创成半径，“±”表示方程同取“+”或同取“－”。

10.根据权利要求9所述的三角转子蠕动泵，其特征在于，所述泵腔的大径层用于放置软管，其内壁型线表达式为：

式中，

a(取正值)为泵腔大径层内壁型线相对于泵腔小径层内壁型线往外等距扩大的距离。

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