作者：林強(qiáng)興（索富 做精品泵）

微型泵通常指體積小巧，流量低的泵類產(chǎn)品。

按照不同的技術(shù)原理又可以分成微型離心泵、微型齒輪泵、微型隔膜泵、微型柱塞泵、微型蠕動(dòng)泵、微型旋片泵、旋渦泵等等；按照驅(qū)動(dòng)方式可以分成直聯(lián)式、磁力驅(qū)動(dòng)式，按照運(yùn)動(dòng)方式可以分成往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式；按照材質(zhì)可以分為金屬泵、塑料泵、復(fù)合泵等；按照輸送液體的溫度可以分為低溫泵、高溫泵和常溫泵；按照不同動(dòng)力來源可以分為氣動(dòng)式泵、直流泵（12V,24V,48V等等）、伺服泵、交流泵、變頻泵等等。

而使用者往往習(xí)慣于用自己的實(shí)際使用需求來給泵命名，例如循環(huán)泵、加壓泵、取樣泵、制冷泵、冷卻泵、尿素泵、色譜泵、沖洗泵、噴霧泵、消防泵等。

有了這么多的細(xì)分，難免給用戶的選泵帶來很多的困惑，這里我針對(duì)微型泵的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，結(jié)合常見應(yīng)用做一些分析和建議，供選泵時(shí)參考。

無論是什么類型的泵，萬變不離其宗，它們的作用就是通過對(duì)被輸送液體做工，使得被輸送液體產(chǎn)生符合要求的流動(dòng)。這里就出現(xiàn)了泵選型的最基本參數(shù)：流量和壓力。

通常來說，離心泵在小流量下很難做到高揚(yáng)程（高壓力），所以在需要小流量高壓力的場(chǎng)合，容積式泵出現(xiàn)的頻率很高。其中一種就是微型齒輪泵。

微型（磁力）齒輪泵的特點(diǎn)是：

1. 工作時(shí)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪需要相互嚙合，

2. 泵內(nèi)間隙小，齒輪與泵體，軸與軸承之間的間隙都在幾十微米的范圍

3. 軸承和齒輪一般都采用高分子材料電機(jī)的扭矩通過磁力聯(lián)軸器傳遞到軸

所以在選擇該種類型泵的時(shí)候，需要考慮液體的流量、入口和出口壓力、粘度、液體的腐蝕性、顆粒情況、溫度、液體對(duì)剪切力的敏感程度、入口和出口管線情況、電機(jī)的類型、流量和壓力的控制方式（精度、批量、逆止）等等。

1. 流量

制造精良的微型磁力齒輪泵的一般可以在3~4000rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，通過查找每個(gè)型號(hào)的流量-壓力-轉(zhuǎn)速曲線，就可以方便的進(jìn)行選型(lpm是升/分鐘，斜線代表壓差)

由于泵內(nèi)部存在間隙的原因，總有一部分處于泵出口端的高壓液體會(huì)沿著泵內(nèi)部的間隙從泵內(nèi)部回流到泵的入口端，造成泵的實(shí)際輸出流量小于理論值。并且隨著進(jìn)出口壓力差的增大，內(nèi)部的回流流量也相應(yīng)加大。

泵的實(shí)際流量=泵的理論流量-泵內(nèi)部泄漏量。

從上圖中可以看出，在相同轉(zhuǎn)速下，壓力越高，實(shí)際流量越低。另外也可以看到在出口壓力穩(wěn)定的情況下，泵的流量和轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，這也是齒輪泵可以作為計(jì)量泵的理論依據(jù)。但是如果壓力波動(dòng)，那么線性關(guān)系將被破壞，這種現(xiàn)象在輸送低粘度液體的系統(tǒng)中表現(xiàn)更為明顯。

2.壓力

一般我們只考慮進(jìn)出口壓差，但是分別了解進(jìn)口壓力和出口壓力對(duì)于正確的選型至關(guān)重要。

因?yàn)橛袝r(shí)候泵的進(jìn)口可能是負(fù)壓，有時(shí)候可能是正壓。如果是負(fù)壓的情況，需要知道具體的負(fù)壓值，當(dāng)泵的入口壓力小于大氣壓時(shí)，泵在相同轉(zhuǎn)速和壓差情況下的流量會(huì)低于性能曲線中的正常值。

當(dāng)入口真空度達(dá)到一個(gè)極值時(shí)，泵將無法正常工作(NPSHa大氣壓時(shí)，必須保證出口壓力<泵的最大承壓，也就是“入口壓力+壓差<泵的最大承壓”，這樣才能保證泵的長(zhǎng)期安全工作。

另外，我們也需要正確理解泵的出口壓力。齒輪泵是一種容積泵，我們通常說NP系列微型磁力泵可以達(dá)到20bar壓差，這里的20bar指的是泵的能力。但是泵安裝在一個(gè)系統(tǒng)里以后，實(shí)際能夠達(dá)到的工作壓力是由系統(tǒng)的阻力決定的。系統(tǒng)的阻力=液體在管道中流動(dòng)阻力+可能的容器壓力。

圖中泵的實(shí)際工作壓力=液體流經(jīng)管道的壓力降+液體流經(jīng)閥門的壓力降+罐體內(nèi)的壓力。如果中間還有高度差引起的壓力降和彎管引起的壓力降，都要計(jì)算在內(nèi)。

3.粘度

液體的粘度對(duì)泵的性能和功率都有影響，粘度同時(shí)又受溫度甚至是剪切力的影響。因?yàn)辇X輪泵內(nèi)部泄漏的存在，泵在輸送粘度越大的液體時(shí)，內(nèi)部泄漏越小，實(shí)際輸出流量就會(huì)大。所以相比于低粘度的水來說，輸送高粘度的液體時(shí)，同一型號(hào)的泵在相同轉(zhuǎn)速和壓差下，泵的實(shí)際輸出流量會(huì)大一些。

但是隨著液體粘度的升高，液體本身的流動(dòng)性下降，同時(shí)齒輪在高粘度液體中旋轉(zhuǎn)所需要消耗的功率也會(huì)急劇上升，所以隨著輸送液體粘度的升高，泵的工作轉(zhuǎn)速也應(yīng)該適當(dāng)降低，這樣不僅可以降低不必要的能耗，也能防止氣蝕的發(fā)生。

齒輪泵工作時(shí)，由于齒輪間的嚙合、軸承和軸之間的摩擦以及磁力聯(lián)軸器的損耗都會(huì)產(chǎn)生溫升，進(jìn)而對(duì)液體粘度產(chǎn)生影響，如果液體的性狀或者工藝需求對(duì)溫度變化非常敏感，那么選型時(shí)需要考慮泵轉(zhuǎn)速、內(nèi)部間隙、齒形設(shè)計(jì)等因素來限制泵的做功對(duì)液體溫度的影響。如果液體對(duì)剪切力非常敏感，那么需要通過降低轉(zhuǎn)速來應(yīng)對(duì)。

索富NP系列齒輪泵可以適用于0.2～10000cps粘度范圍內(nèi)的液體。即從氟利昂到膠液都可以輕松應(yīng)對(duì)。

4.液體的腐蝕性

液體的腐蝕性會(huì)嚴(yán)重影響泵的使用壽命。

我們必須保證泵內(nèi)所有接觸液體的部件都是能夠耐受所輸送液體的腐蝕的。通常來說，NP系列齒輪泵泵體采用的316L不銹鋼材料對(duì)各種液體的耐腐蝕性性能比較容易查找，我們的陶瓷軸耐腐蝕性也很好，主要是PEEK/PPS齒輪和軸承對(duì)不同化學(xué)介質(zhì)的適用性需要進(jìn)一步考慮。

PEEK和PPS本身的耐腐蝕性很好，適用范圍很廣，但是也有一些液體會(huì)讓它們?nèi)苊?，特別是它們?cè)谝恍┮后w中只有非常輕微的溶脹，可能在其它的應(yīng)用中可以被評(píng)判為“可用”，但是由于微型泵本身非常小的內(nèi)部間隙，這些非常輕微的溶脹可能會(huì)引起泵的卡死。

索富有大量的數(shù)據(jù)來判斷液體和材料的互容性，但某些材料不在索富已有的數(shù)據(jù)庫中時(shí)，索富也可以為用戶提供樣品浸泡測(cè)試。特別要注意的是，很多時(shí)候材料的耐腐蝕性是和溫度相關(guān)的。

5.顆粒情況

由于微型齒輪泵內(nèi)部的微小間隙，任何接近間隙范圍的顆粒都有可能將泵卡死，另外即便是非常微小的硬性顆粒，都有可能在齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下將齒輪或者軸承永久性地破壞。有些顆粒是存在于液體中的，還有很多情況下可能液體是干凈的，但是系統(tǒng)管道和容器、接頭、焊點(diǎn)中可能會(huì)有顆粒的存在，特別是新安裝或者改造的系統(tǒng)中這類情況非常普遍。所以建議用戶在泵的入口安裝300-400目的過濾器，以保護(hù)泵的安全。過濾器的選擇除了保證材料不被液體腐蝕外，還要考慮過濾器的耐溫、耐壓和過流面積。如果過流面積太小會(huì)導(dǎo)致入口阻力過大，也可能會(huì)造成過濾器頻繁堵塞。

6.溫度

談到溫度，我們需要考慮液體的溫度以及泵工作的環(huán)境溫度二個(gè)方面。

1）液體溫度：泵的零部件要能保證可以在液體溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，包括泵體、軸承、齒輪、軸、磁驅(qū)和密封圈的材料。

同時(shí)我們還要考慮在極端溫度下泵的最大允許工作壓力的變化。

特別是泵體最薄的磁力罩部位的承壓能力。對(duì)于磁力聯(lián)軸器，我們不僅要考慮到所用磁粉的耐溫等級(jí)，還要考慮磁體成型以后老化的溫度。上海索富泵業(yè)的NP系列磁力泵磁驅(qū)都經(jīng)過150℃高溫老化，全泵體可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地在-120~150℃范圍內(nèi)工作。

液體溫度還會(huì)影響到泵內(nèi)間隙。因?yàn)椴煌考牟牧虾统叽绲牟煌?，在同樣的溫升下不同部件的尺寸變化量是不同的，造成間隙的變化。

總的說來有可能造成低溫下流量太小，高溫時(shí)泵可能卡死。所以在前期咨詢時(shí)應(yīng)該考慮實(shí)際工況下液體的溫度范圍，以便出廠時(shí)設(shè)置合適的泵內(nèi)間隙。換句話說即便我們的泵可以在-120~150攝氏度下工作。

但是如果詢價(jià)時(shí)提供的液體溫度與實(shí)際范圍相差太大，有可能泵在運(yùn)行中發(fā)生流量不夠或者卡死的現(xiàn)象。由于泵和電機(jī)是用連接架連接的，泵頭的溫度也會(huì)傳遞到電機(jī)上，對(duì)于電機(jī)的耐溫等級(jí)也會(huì)有一定影響。

2）環(huán)境溫度：環(huán)境溫度會(huì)對(duì)電機(jī)的選型產(chǎn)生很大影響。

可能要配置低溫或者高溫電機(jī)，如果是配置無刷直流電機(jī)，那么環(huán)境溫度對(duì)驅(qū)動(dòng)器性能的影響也是相當(dāng)大。另外有些液體在常溫或者冬天的低溫下會(huì)凝固，此時(shí)就需要考慮采用泵頭加熱的方式來保證泵的正常開機(jī)，比較常見的方式是在泵頭上纏繞伴熱帶。

7.液體對(duì)剪切力的敏感程度

齒輪泵在工作中，主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間的嚙合會(huì)產(chǎn)生剪切力。有些液體對(duì)剪切力很敏感，在大剪切力下液體的性狀會(huì)發(fā)生改變直至不能使用。對(duì)于這些液體，必須采用降低泵工作轉(zhuǎn)速、加大泵內(nèi)間隙的方式來盡量降低剪切。更多時(shí)候可能需要選擇隔膜泵、蠕動(dòng)泵等剪切力更小的泵型來完成輸送。我們可以為您提供這方面的咨詢服務(wù)。

8.入口和出口管線情況

一般來說，入口和出口管徑要不小于泵體的接口直徑。

為了保證泵的正常吸入，入口管徑希望盡可能地短，并且減少彎頭。所有的入口管線長(zhǎng)度或者泵與液面高度差的因素，都可以歸結(jié)到NPSHa的概念范圍，較大的差別是NPSHa是對(duì)應(yīng)泵入口充滿液體的情況。

如果泵工作前，入口管線是空的，那么必須考量泵在無液體狀態(tài)下最長(zhǎng)的允許運(yùn)行時(shí)間以及在這種情況下泵的抽吸能力。

對(duì)于需要自吸的場(chǎng)合，泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力以及在干運(yùn)行時(shí)的抽吸能力就顯得非常重要了，否則泵會(huì)直接燒壞。上海索富NP系列微型磁力齒輪泵可以達(dá)到最長(zhǎng)100小時(shí)的干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間以及1米左右全干狀態(tài)的垂直吸上能力。

出口管徑會(huì)影響到出口的系統(tǒng)壓力，特別是在輸送高粘度的液體時(shí)，有時(shí)出口管徑大一級(jí)，出口的管道壓力可以有30%甚至更高的降幅，這對(duì)于日常運(yùn)行的節(jié)能將起到非常大的作用。

齒輪泵的出口管路系統(tǒng)要防止憋壓，索富提供的直流無刷電機(jī)一般都帶有過流保護(hù)功能，我們也建議用戶在可能的情況下在出口管路上安裝安全閥，以防止過高的出口壓力損壞管道或泵體。我司的產(chǎn)品不提供泵頭內(nèi)置的安全閥，因?yàn)檫@類型產(chǎn)品體積太小，一旦泵內(nèi)安全閥開啟，所有的能量將推動(dòng)液體在狹小的泵頭空間高速循環(huán)，液體的溫度會(huì)很快上升。包括進(jìn)口微型齒輪泵都發(fā)生過由于泵頭安全閥開啟引起過熱將泵卡死磨損的現(xiàn)象。

干運(yùn)轉(zhuǎn)：干轉(zhuǎn)有幾種典型的情況：

1）泵啟動(dòng)前，入口管是空的，泵需要自行把遠(yuǎn)處的液體吸入泵內(nèi)。

2）當(dāng)輸送結(jié)束后，系統(tǒng)沒有自停機(jī)功能或者自停機(jī)功能有延遲，需要泵再干運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間。

3）泵所輸送的液體非常容易氣化或者本身就是輸送氣液兩相的介質(zhì)，泵內(nèi)常常有氣體的存在。

干運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于液體泵來說是個(gè)比較麻煩的狀況，主要是因?yàn)楸帽旧淼慕Y(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)是為輸送液體考慮的，并不會(huì)過多考慮干運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸送氣體的情況。

對(duì)于常用的離心泵，使用者都知道開泵前需要保證泵入口管道是充滿液體的，但是當(dāng)使用者聽說容積式的泵具有自吸能力的時(shí)候，往往認(rèn)為不需要再考慮入口情況了，這會(huì)導(dǎo)致很大的問題。

主要的問題來自于：

1、齒輪相互嚙合時(shí)缺少液體潤(rùn)滑導(dǎo)致的過量磨損；

2、軸和軸承之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)缺少液體潤(rùn)滑導(dǎo)致的過量磨損；

3、齒輪側(cè)面和泵體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)缺少液體潤(rùn)滑導(dǎo)致的過量磨損。在此過程中，由于過度摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致材料的尺寸發(fā)生膨脹變形，甚至?xí)?dǎo)致泵的直接卡死，部件損壞。同時(shí)磁力聯(lián)軸器工作時(shí)在磁力罩內(nèi)產(chǎn)生的渦流損失也會(huì)引起磁力罩的發(fā)熱。

索富實(shí)業(yè)的NP系列微型磁力齒輪泵通過應(yīng)用特殊的齒輪、軸承和軸材料的選擇，以及特殊的齒輪型線，將上述的問題大大緩解。所以全系列產(chǎn)品都有良好的耐干運(yùn)轉(zhuǎn)能力。其中NP039型號(hào)在測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)的干運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試。全系列產(chǎn)品完全能夠應(yīng)付現(xiàn)場(chǎng)幾分鐘時(shí)長(zhǎng)的干運(yùn)轉(zhuǎn)。

9.電機(jī)的類型和功率選擇

通常來說電機(jī)可以分為交流電機(jī)（普通交流電機(jī)，變頻電機(jī)，防爆電機(jī)，變頻防爆電機(jī)，單相電機(jī)等）、直流有刷電機(jī)、直流無刷電機(jī)（BLDC）、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。

在工業(yè)領(lǐng)域各種交流電機(jī)用得比較多，首先看是1X220V還是3X220V或者3X380V，電壓確定了再看是否要防爆（防爆等級(jí)）或者變頻。

選擇變頻通常是因?yàn)橐m應(yīng)一定的流量范圍，但是一來變頻電機(jī)成本高，還要加裝變頻器，所以客戶還可以通過出口旁路的方式來調(diào)節(jié)流量。由于交流電機(jī)體積比較龐大，調(diào)速精度不高，在很多商用設(shè)備中不便于安裝，此時(shí)各種直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)就可以大顯神通了。

普通的有刷直流電機(jī)可以直接通過供電電壓進(jìn)行調(diào)速，但是由于碳刷的壽命短，碳刷磨損后的微小碳粉可能對(duì)系統(tǒng)造成危害，所以在各類專業(yè)設(shè)備中的使用越來越少。

無刷直流電機(jī)體積小巧，拋除了傳統(tǒng)的碳刷，使用壽命得到延長(zhǎng)，可以就地手動(dòng)調(diào)速、遠(yuǎn)程模擬信號(hào)調(diào)速或遠(yuǎn)程數(shù)字信號(hào)調(diào)速，越來越多地被市場(chǎng)所接受。當(dāng)客戶需要微小流量并且控制精度高時(shí)，可以考慮使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)成本相對(duì)低廉，轉(zhuǎn)速一般<800rpm，所以如果您需要的流量跨度大，精度高，那么建議考慮使用伺服電機(jī)。

電機(jī)功率=（流量*壓力/效率）*安全系數(shù)。很多時(shí)候電機(jī)功率選擇的難點(diǎn)在于安全余量的選擇上。對(duì)于交流電機(jī)，國(guó)標(biāo)中有對(duì)于不同功率電機(jī)的安全系數(shù)有規(guī)定的值。但是我們還要根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境，比如海拔高度，環(huán)境溫度，環(huán)境通風(fēng)狀況，連續(xù)工作時(shí)間，啟停頻率，調(diào)速頻率，過載可能性等等因素來合理改變安全系數(shù)。

*上海索富實(shí)業(yè)定制開發(fā)的直流無刷電機(jī)功率覆蓋40W到2500W，400W以下電機(jī)可以提供內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器選項(xiàng)，進(jìn)一步縮小空間的占用，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝。我們可以提供就地手動(dòng)調(diào)速或者遠(yuǎn)程0-5V電壓信號(hào)或者PWM信號(hào)調(diào)速，支持轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出功能，支持電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。使用環(huán)境溫度-40~80℃，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP66。我們還專門針對(duì)小型化的應(yīng)用為NP系列產(chǎn)品開發(fā)了無電機(jī)軸的屏蔽式內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器無刷直流電機(jī)。

10.流量和壓力的控制方式

齒輪泵的流量控制一般是通過控制泵的轉(zhuǎn)速來達(dá)到的。比如NP039，它的名義排量是0.39毫升/轉(zhuǎn)，就是說泵每轉(zhuǎn)一圈，它理論上應(yīng)該輸出0.39毫升的流量。那么如果泵的轉(zhuǎn)速是1000轉(zhuǎn)/分鐘，那么理論上泵應(yīng)該輸出的流量就是390毫升/分鐘。所以通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，就可以很容易地達(dá)到需要的流量。

因此如果系統(tǒng)對(duì)流量的精度要求不高的時(shí)候（+-2%左右），采用交流變頻電機(jī)或者直流無刷電機(jī)控制齒輪泵的轉(zhuǎn)速的方式來達(dá)到對(duì)流量的調(diào)節(jié)是一個(gè)很好的方式。在對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合（~0.5%）還是建議采用伺服電機(jī)。

泵的流量精度也受出口管路壓力波動(dòng)的影響。

可能很多人會(huì)有疑問：壓力不是靠泵產(chǎn)生的嗎？怎么還說受出口管路壓力波動(dòng)的影響？

因?yàn)槿莘e泵后的壓力其實(shí)是由管網(wǎng)的阻力和負(fù)載決定的，如果容積泵的出口直接聯(lián)通大氣，那么實(shí)際工作壓力就為0（表壓）。它是典型的“遇強(qiáng)則強(qiáng)，遇弱則弱”。

管網(wǎng)阻力就是液體流經(jīng)管路時(shí)產(chǎn)品的阻力，直管，彎管，變徑，閥門等等都會(huì)帶來壓力降；負(fù)載可以包括高度差，容器壓力，執(zhí)行元件動(dòng)力等等。泵出口壓力的波動(dòng)不僅會(huì)直接引起泵輸出流量的波動(dòng)，也會(huì)因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)引起扭矩的波動(dòng)進(jìn)而引起電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。因此在精確的計(jì)量系統(tǒng)中，需要在泵后安裝穩(wěn)壓閥并且使用轉(zhuǎn)速受扭矩變化影響小的電機(jī)。

齒輪泵的結(jié)構(gòu)相異于柱塞泵和隔膜泵，后者在泵內(nèi)都有進(jìn)出口單向閥，所以在停泵時(shí)液體是無法流動(dòng)的。齒輪泵沒有內(nèi)置的單向閥，所以停機(jī)時(shí)管道內(nèi)的液體可以流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生“滴液”現(xiàn)象或者停機(jī)一段時(shí)間后有可能發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)會(huì)有空氣進(jìn)入。

如果不希望有此類現(xiàn)象的發(fā)生，可以在泵出口安裝一個(gè)開啟壓力盡可能小的單向閥。另外齒輪泵內(nèi)不帶單向閥的特性也有很多好處，比如停機(jī)前可以簡(jiǎn)單地通過電機(jī)反轉(zhuǎn)來將管道中的液體排入進(jìn)液罐，不會(huì)發(fā)生隔膜泵的“氣鎖”等現(xiàn)象。

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