《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》是張彥峰於2014年11月17日申請的發明專利，該專利的申請號為2014206914505，公布號為CN204253335U，授權公布日為2015年4月8日，發明人是張彥峰、張明慧。
《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》包括殼體（1）、滾輪體（2）、滾輪（3）和軟管（4），所述滾輪（3）的數量大於3，所述滾輪（3）將所述軟管（4）在殼體（1）上的工作面分為第一漸變曲面區間（AB）、傳輸曲面區間（BC）和第二漸變曲面區間（CD）。採用該蠕動泵頭，能夠在有效降低蠕動泵的輸出脈動的同時降低其工作轉速，並延長軟管的使用壽命。
2019年9月29日，《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
（概述圖為《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：微脈動蠕動泵頭及蠕動泵
- 公布號：CN204253335U
- 公布日：2015年4月8日
- 申請號：2014206914505
- 申請日：2014年11月17日
- 專利權人：張彥峰
- 地址：河北省保定市復興東路支點創業園3號樓101雷弗流體科技有限公司
- 發明人：張彥峰、張明慧
- Int.Cl.：F04B43/12(2006.01)I
- 代理機構：北京匯澤智慧財產權代理有限公司
- 代理人：劉淑敏
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年11月，在蠕動泵套用領域，普遍存在蠕動泵流速脈動大的問題，尤其是在運行於100轉/分鐘（rpm）以下的中低轉速蠕動泵，因周期性的流速脈動甚至瞬間的斷流，影響其在很多行業的套用。
2014年11月前已有的同類蠕動泵採用的降低脈動的方法均有一定的局限性。常用的方法包括：1）通過減小軟管內徑、提高轉速來降低脈動，雖然效果比較好，但會縮短軟管的壽命和可使用的流量範圍。2）通過增加滾輪數目，不改變脈動幅值，只是提高脈動頻率的做法，其效果並不明顯，而且還縮短了軟管的壽命。3）在蠕動泵的出口端增加脈衝阻尼器，不但增加了較高的成本，而且還要求蠕動泵輸出的流體必須達到一定的流速，形成傳輸壓力才能降低脈動；但同時也帶來其他問題：在蠕動泵啟動或停止時，流量變化有延遲，在某些情況下延遲非常大，會導致無法準確控制輸出流速和流體的流量。
發明內容
專利目的
《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的主要目的在於提供一種微脈動蠕動泵頭及蠕動泵，通過改進蠕動泵頭的機械結構，以有效降低蠕動泵的輸出脈動同時降低其工作轉速，並延長軟管的使用壽命。
技術方案
一種微脈動蠕動泵頭，包括殼體1、滾輪體2、滾輪3和軟管4，所述滾輪3的數量大於3，所述滾輪3將所述軟管4在殼體1上的工作面分為第一漸變曲面區間AB、傳輸曲面區間BC和第二漸變曲面區間CD。
其中：任一滾輪3在傳輸曲面區間BC之間時，與外殼1擠壓軟管4將其閉合，由滾輪體2帶動滾輪3轉動，液體則向滾輪體2的轉動方向輸送；另外兩個滾輪3則分別在第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD與殼體1之間形成的距離沿著轉動方向逐漸增加或減少，將其間的軟管4擠壓和回彈所引起的體積變化變為均勻緩慢的過程。
所述傳輸曲面區間BC的包角大於360/n，其中：n為滾輪數，以確保前一滾輪3到達傳輸曲面區間BC的末端前，下一滾輪3到達進入傳輸曲面區間BC的起始端。
當一個滾輪3處於第一漸變曲面區間AB和另一個滾輪3處於第二漸變曲面區間CD時，所述兩個滾輪3與殼體1之間的間隙逐漸變化，其對軟管4的擠壓和釋放為對應變化，使軟管4變形引起的體積變化近似線性增加或減小。
在第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD的末端，滾輪3與殼體1形成的第一間隙AA’和第二間隙DD’的長度等於軟管自然狀態的外徑。
所述第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD的包角均大於30度。
所述第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD的弧長越大，脈動降低作用越大。
一種微脈動蠕動泵，包含權利要求1～7所述的微脈動蠕動泵頭。
一種微脈動蠕動泵頭，包括殼體1、滾輪體2、滾輪3和軟管4，所述滾輪3的數量大於3，所述滾輪3將所述軟管4在殼體1上的工作面分為傳輸曲面區間EF和一個出液端漸變曲面區間FG；所述傳輸曲面區間EF的包角大於120度，所述出液端漸變曲面區間FG的包角大於140度。
一種微脈動蠕動泵，包含權利要求9所述的微脈動蠕動泵頭。
改善效果
《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》具有以下優點：該泵頭經過改進滾輪體和滾輪的結構，較好的解決了2014年11月前已有蠕動泵頭的缺陷問題，在降低脈動的同時也降低了蠕動泵頭的工作轉速，從而延長了軟管壽命。採用該泵頭結構的蠕動泵，具有進一步精確控制蠕動泵的流速和流量的效果。該蠕動泵頭的結構簡單，穩定可靠，具有很好的套用前景。
附圖說明
圖1為《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的雙向微脈動泵頭的結構示意圖；
圖2為圖1所示雙向微脈動泵頭的工作曲面示意圖；
圖3為該實用新型的單向微脈動泵頭工作曲面示意圖；
圖4為該實用新型的泵頭與傳統泵頭流速脈動對照曲線示意圖。
權利要求
1.一種微脈動蠕動泵頭，包括殼體（1）、滾輪體（2）、滾輪（3）和軟管（4），其特徵在於，所述滾輪（3）的數量大於3，所述滾輪（3）將所述軟管（4）在殼體（1）上的工作面分為第一漸變曲面區間（AB）、傳輸曲面區間（BC）和第二漸變曲面區間（CD）。
2.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，任一滾輪（3）在傳輸曲面區間（BC）之間時，與外殼（1）擠壓軟管（4）將其閉合，由滾輪體（2）帶動滾輪（3）轉動，液體則向滾輪體（2）的轉動方向輸送；另外兩個滾輪（3）則分別在第一漸變曲面區間（AB）和第二漸變曲面區間（CD）與殼體（1）之間形成的距離沿著轉動方向逐漸增加或減少，將其間的軟管（4）擠壓和回彈所引起的體積變化變為均勻緩慢的過程。
3.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，所述傳輸曲面區間（BC）的包角大於360/n，其中：n為滾輪數，以確保前一滾輪（3）到達傳輸曲面區間（BC）的末端前，下一滾輪（3）到達進入傳輸曲面區間（BC）的起始端。
4.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，當一個滾輪（3）處於第一漸變曲面區間（AB）和另一個滾輪（3）處於第二漸變曲面區間（CD）時，所述兩個滾輪（3）與殼體（1）之間的間隙逐漸變化，其對軟管（4）的擠壓和釋放為對應變化，使軟管（4）變形引起的體積變化近似線性增加或減小。
5.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，在第一漸變曲面區間（AB）和第二漸變曲面區間（CD）的末端，滾輪（3）與殼體（1）形成的第一間隙（AA’）和第二間隙（DD’）的長度等於軟管自然狀態的外徑。
6.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，所述第一漸變曲面區間（AB）和第二漸變曲面區間（CD）的包角均大於30度。
7.根據權利要求1所述的微脈動蠕動泵頭，其特徵在於，所述第一漸變曲面區間（AB）和第二漸變曲面區間（CD）的弧長越大，脈動降低作用越大。
8.一種微脈動蠕動泵，其特徵在於，包含權利要求1～7所述的微脈動蠕動泵頭。
9.一種微脈動蠕動泵頭，包括殼體（1）、滾輪體（2）、滾輪（3）和軟管（4），其特徵在於，所述滾輪（3）的數量大於3，所述滾輪（3）將所述軟管（4）在殼體（1）上的工作面分為傳輸曲面區間（EF）和一個出液端漸變曲面區間（FG）；所述傳輸曲面區間（EF）的包角大於120度，所述出液端漸變曲面區間（FG）的包角大於140度。
10.一種微脈動蠕動泵，其特徵在於，包含權利要求9所述的微脈動蠕動泵頭。
實施方式
傳統的蠕動泵頭中，外殼僅具有傳輸區間，在傳輸區間內至少應有一個滾輪存在，滾輪在任意位置與外殼的間隙相等，且使軟管截止。液體被分為兩段，滾輪體均勻轉動，兩段液體沿轉動方向同步均勻流動。但當滾輪進入傳輸區間時滾輪對軟管會形成突然擠壓，進液端軟管體積瞬間變化，進液端本來均勻的流速瞬間減小；滾輪離開傳輸區間時，滾輪對軟管會形成突然釋放，出液端軟管體積瞬間變化，出液端本來均勻的流速瞬間減小。因而傳統蠕動泵頭的結構設計，在液體傳輸時會產生很大的脈動。
中國公開號為CN1350617A的發明申請，公開了一種蠕動流體泵，利用一軟管沿著泵殼的弓形表面延伸，馬達帶動不同步轉子帶動兩個相對的滾子碾過軟管，工作中，利用一個滾子將軟管中的液體分為吸入側（入口部分）和泵送側（出口部分），兩個滾子交替轉動，以此獲得一種壓差小和壓縮脈動小的泵送流體（如血液）效果，並能夠防止流體倒流現象，以此防止透析器泵送病人的血液時降低或避免溶血作用。
而《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的蠕動泵頭，通過在滾輪體上設定若干個可自由轉動的滾輪，由滾輪體帶動滾輪轉動，使每個滾輪交替順序工作在緩壓階段、傳輸階段、緩放階段和非工作階段，滾輪工作在兩個對稱的漸變曲面區間時，與殼體之間形成的距離逐漸增加或減少，將放入其間的軟管在滾輪處的擠壓和回彈所引起的體積變化變為均勻緩慢的變化過程，因而按照此工作原理設計的蠕動泵頭能夠最大程度降低流體傳輸經過泵頭時的進液側和出液側的流速脈動。
圖1為《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的雙向微脈動泵頭的結構示意圖；圖2為圖1所示雙向微脈動泵頭的工作曲面示意圖。
如圖1所示，該微脈動蠕動泵頭，主要包括殼體1、滾輪體2、滾輪3及軟管4。
如圖2所示，該微脈動蠕動泵頭，殼體1上的工作面分為傳輸曲面區間BC和第一漸變曲面區間AB以及第二漸變曲面區間CD。滾輪體2的主軸與電機相連，在電機的帶動下，以O點為軸心帶動三個等間距的滾輪3轉動。
當每個滾輪轉動到傳輸區間BC時，與殼體1之間形成的間隙恆定，始終保持軟管4處於截止狀態，隨著滾輪體2帶動滾輪3轉動，液體沿轉動方向（）傳輸。所述轉動方向既可以是順時針轉動，也可以是逆時針轉動。每個滾輪3在第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD時,與殼體1之間形成的距離逐漸增加或減少，對放入其間軟管4在滾輪處的擠壓和回彈所引起的體積變化變為均勻緩慢的變化過程，按照此原理設計的蠕動泵頭能夠最大程度降低液體傳輸經過泵頭時進液側和出液側的流速脈動。
如圖2所示，根據所述蠕動泵的每個滾輪3交替工作在傳輸曲面區間BC、第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD的過程，每個滾輪交替順序工作在如下四個階段：
一、緩壓階段：滾輪勻速從第一個漸變曲面區間AB的外緣進入，該曲面與滾輪形成的間隙從等於軟管自然狀態的外徑開始逐漸減小，變化規律由該曲面決定，軟管在其間的擠壓變形逐漸變大，滾輪侵占軟管的體積線形變大，進口端本來均勻的流速有一定減小，但與突然的擠壓變形相比脈動大幅減小。當滾輪轉動到達該漸變曲面區間與傳輸區間交界時軟管變形達到最大，此時軟管被外殼和滾輪完全截止，軟管兩端液體不能互通。
二、傳輸階段：滾輪進入傳輸曲面區間BC（中間位置為K點），在整個區間內，曲面與滾輪形成的間隙不變，且使軟管處於截止狀態，滾輪體帶動滾輪勻速轉動，流體勻速沿轉動方向流動。
三、緩放階段：滾輪勻速從傳輸曲面區間BC轉入第二個漸變曲面區間CD，該漸變曲面與滾輪形成的間隙從截止狀態開始到等於軟管自然狀態的外徑時結束，變化規律由該漸變曲面決定，軟管在其間的變形逐漸釋放變小，滾輪侵占軟管的體積線形變小，出口端本來均勻的流速有一定減小，但與突然的變形釋放相比液體脈動已大幅降低。當滾輪轉動到第二漸變曲面區間的末端時，軟管完全恢復自然狀態。
四、非工作階段：滾輪體帶動滾輪繼續轉動進入區間DA，滾輪與軟管完全無接觸，不再工作，直到進入下一循環。
進一步地，在上述傳輸曲面區間BC段，三個滾輪3均與外殼1等距，包角a+a’大於360/n度（n為滾輪數），由此保證前一個滾輪到達傳輸曲面區間末端前，下一個滾輪剛好進入傳輸曲面區間的起始端。這樣，總有一個滾輪處在該傳輸區間內，使放入中間的軟管4始終處於截止狀態，不會發生漏液或回流現象。當滾輪勻速轉動時，流體即可勻速流動。
在對稱的第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD段，每個滾輪與殼體1之間形成的距離沿著轉動方向逐漸增加或減少，擠壓和釋放按照圖2所示的曲線變化，保證了軟管變形引起的體積變化近似線性增加或減小。在第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD的末端，滾輪與外殼形成的間隙AA’和DD’長度等於軟管自然狀態外徑，此時軟管與滾輪和外殼剛好離開。漸變曲面區間AB和CD的包角b和b’均大於30度。在此蠕動泵頭中，第一漸變曲面區間AB和第二漸變曲面區間CD對應的包角越大或弧長越長，脈動降低效果就越好。
此外，在該蠕動泵頭設有三個可轉動的滾輪3，還可根據實際需求改變滾輪的數量，如4個以上，其設計原則相同，但脈動降低的效果並不是隨滾輪數量的增加而降低，而是接近某一定值後，變化不再明顯。
圖3為《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的單向微脈動泵頭工作曲面示意圖。如圖3所示，該實用新型的泵頭，還可根據實際需求進行改變，以進一步降低脈動，如，還可省略進液端的漸變曲面區間（第一漸變曲面區間），只保留工作區間EF（傳輸曲面區間）和擴大一倍包角的出液端漸變曲面FG（第二漸變曲面區間），工作曲面的包角c略大於120度，出液端漸變曲面FG的包角d可加大一倍（相較於圖2），達到140度，這樣進一步減小流速脈動，但此設計僅能用於單方向的流體傳輸中降低脈動。
上述的微脈動蠕動泵頭，均可用於2014年11月前已有的蠕動泵上，且相互兼容，因而具有廣泛的使用空間。
圖4為《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》的泵頭與傳統泵頭流速脈動對照曲線示意圖。如圖4所示，為傳統泵頭（I）與該實用新型的微脈動蠕動泵頭（II）進行測試的瞬時流速曲線，從圖中不難得知，該實用新型的蠕動泵頭的脈動作用已降低。
榮譽表彰
2019年9月29日，《微脈動蠕動泵頭及蠕動泵》獲2018年河北省專利獎優秀獎。
