为液泵管路选择合适的材料

眼花缭乱的管路材料选择

在设计流体系统时，必须考虑包括所需流量和压力，以及介质特性的诸多因素。一个易被忽视的环节是系统中管道材料的选择。硬质管道可由诸如不锈钢或铜的多种金属及金属合金制成，也可由诸如聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）或丙烯酸树脂多种聚合物制成。软管则可由诸如聚乙烯（PE）、聚四氟乙烯（PTFE）或硅胶的多种聚合物制成。这些材料在化学和物理性质上均存在显著差异。

确保泵管路的化学兼容性

选择泵管路材料的最重要标准之一是化学兼容性。为此，需要了解输送的介质以及介质成分可能出现的波动。了解介质温度也很重要，因为高温会影响某些聚合物。凭借这些信息，工程师可查阅化学兼容性表，从而找到一套能够承受所输送介质的材料组合。

为何在使用容积式泵时泵管材料选择至关重要

在完成基于化学兼容性的材料预选后，即可做出进一步决策。该选择应同时考虑材料的物理特性以及泵的特性。当使用容积式泵（无论是传统隔膜泵、蠕动泵还是活塞泵）时，这一点尤为重要，因为这类泵会产生脉动，而脉动对整个流体系统的性能起着关键作用。KNF 低脉动泵是个例外，因为尽管它们属于容积式泵，但产生的脉动极低，在此环境下可忽略不计。

泵管路的物理特性

根据材料选择的不同，泵管路可能具有不同的物理特性。其中一个关键特性是表面光滑度。表面越光滑，在输送介质时产生的摩擦力就越小。当所需流速较高时，这一点尤为重要。另外一个更为关键的特性是管路的弹性，这主要取决于管壁厚度和材料成分。这种弹性与泵的脉动相结合，会产生容量效应，对泵以及整个液路系统的性能产生重大影响。

泵管路的物理特性在气体应用中不如在液体应用中重要。由于气体与液体不同，具有可压缩性，泵的脉动在气体应用中并非主要问题。传输气体时，脉动逐渐消散，因为气体本身起着某种弹簧的作用，不会如此剧烈地传递脉动冲击波。

理解泵管路容量效应

由于泵管路具有一定的弹性，在面对脉动时其作用类似于弹簧。当泵排出液体时，出口管路内的压力会升高，导致管路膨胀并容纳更多液体。当泵进行吸入冲程时，出口管路内的压力下降，管路随之收缩，从而排出液体。这种相互作用可能产生谐振效应，从而增强或削弱泵及整个液路系统的性能。

以下两个视频展示了该共振现象的模拟过程。该配置由左侧模拟脉动的活塞和右侧连接储液罐的 PVC-P 材质管材组成，该管路内径为 4 毫米，壁厚 1 毫米，长度 1.5 米。在视频1中，活塞以 1200 转/分钟的速度运行；在视频 2 中，活塞以 2700 转/分钟的速度运行。这种频率变化是两种配置之间的唯一区别，并对管材内的压力条件产生显著影响。在两种配置中，活塞每冲程产生的流量相同。然而，管材内的压力存在显著差异。以 1200 转/分钟的转速运行时，转速较低的活塞在出口管路中产生的压力约为其两倍。这种显著的压力差异源于管材的容量效应。

如何解决泵管谐振问题

当泵脉动与管路引发谐振问题时，可采取多种方法来缓解该问题。一种方法是尝试使用不同长度、直径、壁厚和材质的管材。较软的材料通常有助于减弱脉动效应。然而，由于这些交互关系的复杂性，这种方法无法进行规划。在许多情况下，试错法仍是识别有效解决方案的唯一途径。管材质、管长及介质温度等因素可能以难以预料的方式显著影响系统性能。

更可靠的解决方案是在泵的入口和出口两侧安装外部阻尼器。虽然外部阻尼器效果显著，但会增加系统体积和复杂性，并引入额外的潜在故障点和泄漏点。

一种更优且高度可靠的替代方案是采用 KNF 低脉动技术。这些泵结合了隔膜泵技术的优势，同时显著降低了脉动。这是通过先进的内部阻尼器实现，或采用多达五个隔膜并行工作，通过相位偏移来平滑各个脉动峰值。得益于这种先进而独特的设计，KNF 为可能出现谐振管问题的应用场景提供了理想解决方案。