Лабораторные перистальтические насосы

6.2.1. Назначение и технические характеристики насосов.

Учитывая потребности рынка и развитие науки и техники, можно сказать, что на сегодняшний день ни одна область медицинского оборудования не обходится без применения современных технических средств.

Так в большинстве случаев в лабораторных условиях с большим успехом применяются механические устройства по перекачке различного рода жидкостей, так называемые перистальтические насосы (еще их называют роликовыми или шланговыми насосами).

Современные модернизированные насосы компактны, соответствуют всем требованиям, предъявляемым к работе, как с агрессивными, так и высокочистыми жидкостями. Они незаменимы для перекачки высокоабразивных и вязких жидкостей, жидкостей большой плотности и веществ, разрушающихся от механического воздействия, а также пригодны для выполнения всех обычных лабораторных операций.

Основными преимуществами перистальтических насосов можно назвать следующее:

- перекачиваемая жидкость перемещается только по рабочей трубке и не контактирует с механическими деталями насоса;

- не разрушается структура перекачиваемой среды;

- возможна быстрая смена перекачиваемой жидкости без дополнительных затрат по промывке системы;

- надежность и простота эксплуатации;

- абсолютная герметичность.

На сегодняшний день российские и зарубежные производители (причем,

зарубежные производители занимают большую часть отечественного рынка – порядка 70 процентов) предлагают самые различные модели насосов. Они оснащены перистальтической головкой с набором из двух и более роликов. Для получения максимального расхода необходимо использовать ротор с тремя роликами. При износе используемой трубки ее замена не несет больших затрат, так как рынок расходных материалов сейчас предоставляет большой выбор и очень быстро развивается.

Собственно, в выборе системы конструкции самого насоса не возникает особых проблем.

Насос - механическое устройство, предназначенное для перекачивания жидкости.

Наибо­лее распространенным видом насосов, применяемых в последние тридцать лет в лабораторных условиях, являются перистальтические насо­сы.

Перистальтический насос – насос для перекачки жидкостей, текущих по гибкому трубопроводу в условиях стерильности. Перистальтические насосы предназначены для перекачки и дозирования газов и жидкостей, в том числе агрессивных и стерильных в лабораторных и промышленных условиях.

Перистальтические насосы используются в химико-фармацевтической, микробиологической промышленности, биотехнологии, медицине, электронике, гальванике.

В таких насосах транспортируемый материал соприкасается только с внутренней поверхностью шланга, а не с подвижными деталями насоса. Поэтому шланговые насосы особенно пригодны для транспортировки агрессивных, абразивных и вискозных продуктов, а также для транспортировки жидкостей с твердыми частицами и жидкостей, чувствительных к перемешиванию. Шланговые перистальтические насосы экономичны, обладают надежной и долговечной конструкцией, просты в эксплуатации и обслуживании.

Основным преимуществом перистальтических насосов является следующее:

- перекачиваемая жидкость перемещается только по рабочей трубке и не контактирует с механическими деталями насоса (это позволяет продлить жизнь насоса, не загрязняет перемещаемую жидкость и позволяет работать с химически активными жидкими веществами);

- не разрушается структура перекачиваемой среды;

- возможна быстрая смена перекачиваемой жидкости без дополнительных затрат по промывке системы;

- надежность и простота эксплуатации;

- абсолютная герметичность и отсутствие уплотнений.

Лабораторные насосы предназначены для перекачивания:

- жидкостей, в том числе суспензий биологически активных веществ;

- кислот, щелочей;

- агрессивных растворов;

- стерильных и пищевых растворов.

Перистальтические насосы представляют собой механическое устройство, в котором вращение ротора электродви­гателя через систему редукторов (ременная или зуб­чатая передача) передается на головку насоса, пред­ставляющую штангу, на концах которой располагаются два (или более) движущихся по радиусу ро­лика. В этой же штанге имеется механизм фиксации роликов. Помимо движущейся части головки насоса имеется и стационарная часть, которая представлена ложем, в которое укладывается насосная трубка. При вращении ротора насоса ролик прижимает сегмент трубки и толкает впереди себя жидкость, выдавливая ее.

На рис.6.9. показан принцип действия роликового насоса, который состоит из: электро­двигателя, на валу (3) которого установлена штанга (1) с роликами (2). При вращении штанги ролики обжимают трубку (5), которая размещается в ложе (4), и переме­щают жидкость сначала одним, а затем другими роликами от входа к выходу. Режим ра­боты насоса изменяется уменьшением или увеличением числа оборотов штанги.

Принцип действия роликового насоса

Рисунок 6.9.

Сейчас в современных перистальтических насосах головка насоса имеет два и более ролика. Для получения максимального расхода необходимо использовать ротор с тремя роликами.

На сегодняшний день на российском рынке медицинской техники представлены различные варианты лабораторных перистальтических насосов, предлагаемых как отечественными, так и зарубежными производителями. Следует отметить, что основная часть – около 70 процентов, предлагается именно зарубежными производителями.

Далее представлены технические характеристики некоторых насосов.

Швейцарская компания Ismatec предлагает новую модель перистальтического насоса – Ecoflow (рис. 6.10).

Ecoflow - компактный перистальтический насос средней производительности с аналоговым управлением. Корпус изготовлен из анодированного алюминия. Головка насоса имеет три ролика и позволяет изменять направление вращения.
Скорость потока - от 100 до 3800 мл/мин в зависимости от выбранного диаметра трубки (3,2-8,0 мм).

Особенности:

- уникальный дизайн, отсутствие мелких деталей;

- удобная панель управления насосом;

- защита от случайного включения;

- шаговый двигатель, который обеспечивает высокую точность скорости вращения.

Технические характеристики

Параметры трубок	3.2 - 8.0 мм внутренний диаметр 1.6 мм толщина стенки
Скорость вращения ротора	80-670 об/мин
Мощность	max 150 Ватт
Питание	230 В / 50Гц ±10%, 115В / 60Гц ±10%
Давление на выходе	max 1.5 бар
Габаритные размеры, г х ш х в	235 x 128 x 242 мм
Вес	6.3 кг

Серия Ecoline.

Особенности:

- конструкция перистальтических насосов Ecoline фирмы Ismatec обеспечивает расход жидкости от 0.25 до 5400 мл/мин;

- используется шаговый двигатель;

- скорость вращения ротора изменяется с шагом 1%;

- развиваемое давление составляет 1.5 Бар;

- направление вращения ротора можно изменять.

Рисунок 6.10. Насос Ecoflow

Рисунок 6.11. Насос Ecoline

Рисунок 6.12. Насос ЛАБ-НП-1-20М

Технические характеристики

Модель	Кол-во роликов	Расход (мл/мин)	Скорость вращения (об/мин)	Толщина стенок трубки (мм)	Внутренний диаметр трубки (мм)
Ecoline VC-360		0.25-1300	3.5-350	1.6	0.8-6.4
Ecoline VC-280		1.7-5400	3.5-350	1.6	1.6-11.1
Ecoline VC-380		1.6-5000	3.5-350	1.6	1.6-11.1

Модернизированный одноканальный перистальтический насос ЛАБ-НП-1-20М (Россия), соответствует всем требованиям, предъявляемым к работе, как с агрессивными, так и высокочистыми жидкостями. Кроме того, он незаменим для перекачки и дозирования высокоабразивных и вязких жидкостей, жидкостей большой плотности и веществ, разрушающихся от механического воздействия.

Перистальтический насос ЛАБ-НП-1-20М(рис. 6.12.) имеет:

- шаговый двигатель, поддерживающий с высокой точностью заданную частоту вращения и имеющий практически неограниченный ресурс работы;

- электронный таймер с устанавливаемым временем перекачки от 1 с до 10 час (через 1 с);

- микроконтроллерное управление;

- в комплекте поставляется шланг длиной 1 метр;

- насос имеет четыре ролика и работает со шлангами, имеющими наружный диаметр 8 мм;

- система крепления шланга разработана с учетом удобства его замены;

- насос может работать со шлангами, выполненными из материалов Silicone (универсальные химически стойкие трубки), Bioprene (используемые обычно для медицинских целей) и Marprene (применяемые в пищевой промышленности).

Технические характеристики

Наружный диаметр шланга, мм
Число пережимных роликов
Диапазон скорости вращения, об/мин	0-200
Диапазон регулирования расхода, мл/мин	3,3-533
Максимальное давление, Бар
Мощность, Вт
Габаритные размеры, мм	170х175х162
Масса, кг

Еще одна российская компания предлагает перистальтический регулируемый насос НП 250, со следующими характеристиками:

- производительность 250 мл/мин;

- рабочая длина трубки – 160 мм;

- диаметр трубки – 7 х 10 мм;

- число прижимных роликов – 2;

- потребляемая мощность – 25 Вт;

- габаритные размеры - 160х140х125 мм;

- вес - 1,5 кг;

- напряжение питания - 220 В, 50/60 Гц.

Особенности:

- при износе трубки в перистальтической головке не требуется замены всей магистрали, достаточно поменять рабочий участок трубки длиной всего 160 мм;

- корпус насоса герметичный, выполнен из небьющегося поликарбоната, материал нагнетающего контура - силиконовая резина;

- возможна поставка насоса в бескорпусном варианте для встраивания в имеющиеся технологические линии.

7.2.2. Анализ вариантов перистальтических насосов

Подводя итог, можно сказать, что на сегодняшний день предлагается широкий спектр современных перистальтических насосов, применяемых в лабораториях различного профиля. Производительность лабораторных перистальтических насосов находится в широком диапазоне, что позволяет использовать их для решения многих задач. Насосы отличаются высокой точностью, надежностью и простотой в использовании.

Перистальтические насосы предназначены для перекачки жидкостей, в том числе агрессивных и высокочистых. Основным преимуществом этих насосов является тот факт, что перемещаемая жидкость контактирует только с рабочей трубкой, а не с деталями насоса. Это позволяет продлить жизнь насоса, не загрязняет перемещаемую жидкость и позволяет работать с химически активными жидкими веществами.

Для выбора насоса, в большинстве случаев, подбирается комбинация привода, головки насоса и трубки, которая позволяет удовлетворить необходимым потребностям.

Все насосы просты в использовании и имеют общую схему и отличаются друг от друга производительностью, особенностями систем управления, исполнением привода и внешним видом.

Например, при износе трубки в перистальтической головке насоса НП 250 не требуется замены всей магистрали, а достаточно поменять лишь рабочий участок трубки длиной всего 160 мм, что очень удобно в работе. Насос ЛАБ-НП-1-20М имеет четыре ролика и работает со шлангами, имеющими наружный диаметр 8 мм, и не позволяет использовать шланги других диаметров. В отличие от него другие модели насосов позволяют работать со шлангами разного диаметра.

Насосы, имеющие три ролика – Ecoflow, PA-ST 1 basic, позволяют в отличие от остальных моделей обеспечить максимальный расход жидкости. Если на выходе требуется поток с низкой пульсацией, могут применяться роторы с шестью, восьмью и десятью роликами.

В рассмотренных насосах в основном применяется шаговый двигатель, который позволяет поддерживать с высокой точностью заданную частоту вращения и имеет практически неограниченный ресурс работы. Но применение данного типа двигателя имеет некоторые недостатки. Так, например, шаговым двигателям присуще явление резонанса, возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи, также затруднена работа на высоких скоростях.

В таблице приводятся сравнительные параметры аналогов насосов, описанных выше (таблица включена в графические материалы).

Аналоги насосов	Ecoflow (Ismatec, Швейцария)	Ecoline VC-360 (Ismatec, Швейцария)	ЛАБ-НП-1-20-М (Россия)	НП 250 (Россия)	PA-ST 1 basic (IKA-Werke, Германия)
Давление на выходе, бар	1,5	1,5
Производительность насоса, мл/мин	100-3800	0,25-5400	3,3-533		20-1800
Внутренний диаметр трубки, мм	3,2-8,8	0,8-11,1			3-7,9
Толщина стенки, мм	1,6	1,6	1,5	1,5	1,5
Количество пережимных роликов, шт		2/3
Скорость вращения, об/мин	80-670	3,5-350	0-200		20-200
Мощность, Вт
Напряжение питания, В

Рисунок 6.13.

Блок-схема перистальтического лабораторного насоса представлена на рисунке 6.13.

Все насосы питаются от бытовой однофазной сети 220В, 50Гц. Основной частью системы является регулируемый двигатель. Его питание осуществляется от внешнего источника питания постоянного тока. Имеется тумблер или кнопка, с помощью которой осуществляется включение двигателя.

Регулирование частоты вращения и, соответственно, производительности насоса осуществляется с помощью системы управления. Необходимо наличие панели управления, которая определяет режимы работы системы.

Исполнительным механизмом является редуктор и перистальтическая головка насоса с роликами. Стационарной частью насоса является его ложе, в котором располагается шланг – трубка, по которой перекачивается жидкость.

Все блоки системы важны и взаимосвязаны между собой.