Pompa indukcyjna

Pompa indukcyjna jest magnetycznie regulowaną pompą wyporową używaną do pompowania cieczy i gazów. Jest w stanie poradzić sobie z wieloma żrącymi chemikaliami, a także rozpuszczalnikami i gazami. Charakteryzuje się pojedynczym tłokiem, który porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym w polu magnetycznym i dlatego nie wymaga dynamicznego uszczelnienia, aby połączyć tłok z zewnętrznym mechanicznym źródłem zasilania. Sprawdź zawory są umieszczone na obu końcach obudowy tłoka, umożliwiając jednoczesne zasysanie i pompowanie, które odwraca się przy każdym skoku. Wiadomo, że zmniejsza to pulsacje, zwłaszcza przy wyższych prędkościach przepływu. Tłok i obudowa są zbudowane z materiałów, które są obojętne na wiele cieczy i gazów. Ponieważ tłok i obudowa nie są wykonane z tworzyw sztucznych, komora wyporowa nie zmienia wymiarów pod wpływem zginania i odkształcania, co pozwala pompom indukcyjnym zachować bardzo dużą dokładność bez znaczących zmian w czasie. Pompy indukcyjne są niezwykle dokładne, ponieważ każdy skok zawiera taką samą objętość, jaką tworzy solidny tłok w stałej komorze. Liczbę uderzeń można policzyć lub zmierzyć czas, aby określić całkowitą dostarczoną objętość. Mogą być używane w sterylnych i kontrolowanych środowiskach, ponieważ nie wyciekają na zewnątrz obudowy, nawet jeśli tłok uległ zużyciu.

Efektywność

Pompy indukcyjne są uważane za bardzo dokładne i energooszczędne. Pompy indukcyjne wykorzystują dwa podstawowe parametry do sterowania przepływem, są to szybkość i przerwa. Szybkość służy do określenia liczby uderzeń na sekundę lub w dowolnym przedziale czasu. Przerwa służy do kontrolowania czasu, przez jaki cewka zasilająca pozostaje włączona podczas cyklu Rate. Zasadniczo, jeśli tłok zakończył swój skok i czeka na wystąpienie cyklu odwrotnego, nie ma potrzeby dalszego zasilania cewki, ponieważ większość tej energii zostanie przekształcona w ciepło, ponieważ tłok nie wykonuje już więcej pracy. Ustawienie Przerwa umożliwia dostosowanie tego czasu WŁĄCZENIA podczas cyklu szybkości. Również ustawienie Przerwa pozwala na rzeczywisty parametr kontroli ciśnienia dla pompy. Poprzez dalsze skrócenie czasu przebywania można zredukować całkowitą energię dostarczaną do tłoka podczas cyklu pompowania. Może to zmniejszyć maksymalne ciśnienie wyjściowe podczas pompowania. Różni się to od wielu innych pomp, ponieważ zwykle zmniejszają one przepływ, aby zmniejszyć ciśnienie w danych okolicznościach, jednak jeśli wystąpi niedrożność kanału wyjściowego, inne pompy mają tendencję do zwiększania ciśnienia do maksymalnego, aż pękną rurki lub uszkodzą wewnętrzny mechanizm. Pompy indukcyjne mogą zostać wyłączone na wylocie i nie przekroczą ustawionego ciśnienia. Pompowanie przy zamkniętym wyjściu nie powoduje uszkodzenia pompy.

Historia

Pompa indukcyjna została po raz pierwszy opatentowana w Stanach Zjednoczonych przez Laurence'a R. Salameya w patencie USA nr 5 713 728 w 1998 r. I ponownie w patencie USA nr 5 899 672 w 1999 r. W 2014 r. Salamey złożył wniosek o dodatkowy patent. Pompa została pierwotnie zaprojektowana jako ulepszenie perystaltycznych i membranowych , ponieważ były one podatne na pękanie komory pompowania podczas użytkowania z powodu wyginania się plastikowych części. Stwierdzono, że pompy indukcyjne poprawiają dokładność i długość eksploatacji przed koniecznością naprawy. Z biegiem czasu Salamey nadal rozwijał swoją wiedzę na temat pól magnetycznych i ich wykorzystania do propagacji siły za pomocą pompy indukcyjnej. Doprowadziło to do dalszych udoskonaleń i zwiększenia wydajności. Dodatkowo pompy indukcyjne rozwinęły zdolność osiągania znacznie wyższych ciśnień, przekraczających 3000 psi. Tę samą technologię pomp indukcyjnych można zastosować do bardzo małych pomp dostarczających objętości w zakresie mikrolitrów do znacznie większych pomp dostarczających objętości w zakresie 10 galonów na minutę. Zrozumienie propagacji pola magnetycznego doprowadziło do zwiększenia prostoty konstrukcji, która jest cechą charakterystyczną pomp indukcyjnych. Jest bardzo mało ruchomych części i nie ma połączeń mechanicznych. Tłok jest jedyną ruchomą częścią oprócz zaworów zwrotnych i jest napędzany elektrycznie sterowanym polem magnetycznym.

Aplikacje

Pompy indukcyjne były używane w wielu różnych zastosowaniach, takich jak:

Przemysłowe systemy podawania chemikaliów
Proces wtrysku chemicznego do uzdatniania wody
Smarowanie olejowe łożysk pomp przemysłowych i łożysk silników (Block i Budris, 2004)
Samochodowe układy pompowe tj. pompy paliwowe, pompy próżniowe, pompy do oczyszczania spalin itp.
Wydatek mikrolitrowy środków aromatyzujących w produkcji żywności
Wtryskiwanie chemikaliów pod wysokim ciśnieniem do linii przesyłowych ropy i gazu
Oczyszczanie ścieków przemysłowych przed zrzutem
Przemysłowe systemy podawania środków chemicznych do prania
Testy środowiskowe spektroskopii mas pod oceanem in situ
Pobieranie próbek środowiskowych i dozowanie środków chemicznych

Ważne cechy konstrukcyjne

Pompy indukcyjne wykorzystują obie strony tłoka do jednoczesnego pompowania i ssania. Oznacza to, że obie strony tłoka pompy zawsze doświadczają minimalnego ciśnienia wlotowego, aż do cyklu ciśnienia, który przekroczyłby ciśnienie wlotowe. Można to interpretować w ten sposób, że ciśnienie głowicy netto w obiegu zamkniętym na początku cyklu skoku jest zawsze równe zeru. Dlatego pompy indukcyjne mogą być stosowane w obiegach zamkniętych o bardzo wysokim ciśnieniu do cyrkulacji cieczy przy bardzo niskich różnicach ciśnień. Zasadniczo pompa indukcyjna nie musi pokonywać ciśnienia w układzie zamkniętym, aby przemieszczać ciecz w układzie. Powoduje to znacznie mniejsze zużycie energii do przemieszczania cieczy w obwodzie. Zapewnia to również dodatkową cyrkulację bez żadnych dynamicznych uszczelnień, które mogłyby ewentualnie wyciekać na zewnątrz systemu.

Dodatkowo pompy indukcyjne można również łączyć szeregowo, aby w przybliżeniu podwoić ciśnienie bez zwiększania objętości. Można je również łączyć równolegle, aby w przybliżeniu podwoić objętość bez zwiększania ciśnienia. Większość pomp wyporowych nie może zwiększyć ciśnienia wyjściowego, gdy są ustawione szeregowo, ponieważ obie zatrzymują się po osiągnięciu maksymalnego ciśnienia roboczego. Pompy indukcyjne sumują się ze względu na zerową różnicę widoczną na drugiej pompie w stosunku do pierwszej pompy.

Technologia

Fundamentalne podstawy dla napięcia indukowanego w polu magnetycznym wywodzą się z prawa Faradaya opisującego indukowaną siłę elektromotoryczną (EMF) w następujący sposób: Emf = -N (∆Φb / ∆t) (Nave, CR 2011). Oznacza to, że wraz ze wzrostem lub spadkiem liczby linii strumienia magnetycznego następuje zmiana indukowanego napięcia o biegunowości ujemnej lub dodatniej. Jednak związek sił elektrycznych i sił magnetycznych został podsumowany w prawie siły Lorentza jako: F = qE + qv x B. Tutaj wszystkie trzy siły okazały się być do siebie prostopadłe (Nave, a, 2011). W ten sposób Lorentz nadał specjalnie zorientowany kierunek każdej z sił, umożliwiając przewidywanie kierunku sił w architekturze pompy indukcyjnej. Salamey dalej badał związek strumienia magnetycznego z obszarem obwodowym wokół pola magnetycznego, w którym stwierdzono, że większość sił magnetycznych tworzy siły mechaniczne wykorzystywane do kierowania ruchem tłoka. Salamey dalej opisuje w swoim drugim patencie włączenie przerwy w polu magnetycznym. Szczelina jest zdefiniowana jako obszar przewodnictwa niemagnetycznego, znajdujący się obwodowo na każdym końcu otworu tłoka. Szczelina magnetyczna pozwala na zwiększoną propagację strumienia magnetycznego przez korpus tłoka magnetycznego, powodując zwiększenie siły ciągnącej tłok w kierunku bieguna magnetycznego (Salamey, 1999).

Wydajność

Pompy indukcyjne zostały zaprojektowane z myślą o zwiększonej wydajności i miały na celu zmniejszenie zużycia energii w środowisku, które coraz bardziej wymaga oszczędzania energii. Większość silników elektrycznych ma średnio około 85% sprawności, o czym świadczy zwykły test utknięcia, który wykazuje znaczny wzrost poboru prądu, gdy silnik jest zatrzymywany mechanicznie. Pompy indukcyjne nie wykazują wzrostu poboru prądu, gdy utkną podczas pracy, ponieważ ponad 95% prądu jest wykorzystywane do wytworzenia siły działającej na tłok.

Straty mechaniczne są bardzo niewielkie w porównaniu z konwencjonalnymi pompami tłokowymi i innymi technologiami, ponieważ nie ma mechanicznych powiązań między tłokiem a zewnętrznymi źródłami zasilania. Tłok pompy indukcyjnej jest napędzany bezpośrednio przez pole magnetyczne wytwarzane w strukturze korpusu wokół otworu i wewnątrz tłoka. Straty tarcia między tłokiem a otworem są minimalne dzięki obwodowemu polu magnetycznemu, które ciągnie tłok jednakowo we wszystkich kierunkach w kierunku ściany otworu. Wynikowa siła jest bardziej osiowa wzdłuż ścieżki tłoka, tworząc ciśnienie wyjściowe. Większość innych pomp wykorzystuje różne typy mechanizmów redukcji biegów, aby spowolnić obroty silnika podczas napędzania tłoka. Te powiązania powodują znaczne straty energii oprócz nieefektywności silnika. Pompy indukcyjne wykorzystują różne zastrzeżone powłoki w celu zmniejszenia oporu tarcia i zwiększenia wydajności. Określone modele pomp indukcyjnych zawierają ceramiczne interfejsy bez uszczelek z dopasowanymi ceramicznymi interfejsami otworu i tłoka, szlifowanymi do wąskich tolerancji, które nie wymagają stosowania elastycznych uszczelnień. Interfejsy ceramiczne są obojętne na silnie żrące kwasy przemysłowe, zasady i rozpuszczalniki.

Block, H. & Budris, A. (2004) Podręcznik użytkownika pompy: przedłużenie życia. Lilburn, GA: The Fairmont Press, Inc.
Nave, CR „Prawo Faradaya”. Hiperfizyka. Georgia State University. Źródło 19 sierpnia 2014 r.
Nave, CR (a) „Prawo siły Lorentza” HyperPhysics. Georgia State University. Źródło 19 sierpnia 2014 r.
Salamey, L. (1999). Patent USA Nie. 5 899 672. Waszyngton, DC: Biuro Patentów i Znaków Towarowych USA.
Whelan PM, Hodgeson MJ (1978). Podstawowe zasady fizyki (wyd. 2). 1978, John Murray, ISBN 0-7195-3382-1