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微型隔膜泵的水力特性研究及隔膜的有限元分析

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微型隔膜泵的水力特性研究及隔膜的有限元分析

作者：游应强武汉工程大学

学位级别：硕士

微型隔膜泵作为隔膜泵的一个新型种类,是利用电机凸轮机构驱动的隔膜泵,拥有结构简单、噪音低、体积小等优点,主要满足小型化、低输出性能方面的需求,近年来在医药生物、微机械、精细化工与航空航天等领域的应用越来越广泛,显示着良好... 详细信息

微型隔膜泵作为隔膜泵的一个新型种类,是利用电机凸轮机构驱动的隔膜泵,拥有结构简单、噪音低、体积小等优点,主要满足小型化、低输出性能方面的需求,近年来在医药生物、微机械、精细化工与航空航天等领域的应用越来越广泛,显示着良好的发展前景。隔膜与缓冲腔作为隔膜泵中与输送介质直接接触的部件,是直接影响隔膜泵性能和使用寿命的关键。由于微型隔膜泵尺寸、结构上的特殊性,对其隔膜的研究成果较少,而针对缓冲腔对于微型隔膜泵整体水力特性影响的研究更是鲜有人道。因此对其关键部件和水力特性进行分析研究具有重要意义,能够为微型隔膜泵及同类泵的研发和优化设计提供理论依据。本文研究分析微型隔膜泵的工作原理和构成方法,并基于数值模拟与试验研究的方法对微型隔膜泵的水力特性和隔膜的性能进行重点讨论和对比分析。首先对微型隔膜泵的工作原理进行描述,选用电机形成动力驱动后凸轮机构推动活塞往复运动,带动橡胶隔膜来回鼓动做功吸入和排出液体。同时对流量、压力、功率等微型隔膜泵理论性能数据的计算公式进行推导,并对微型隔膜泵的缓冲腔、泵阀等关键部件进行选型与尺寸设计。其次利用ANSYS软件,采用结构非线性分析方法和流固耦合分析方法,对微型隔膜泵的橡胶隔膜进行模拟分析,通过对比两组模拟结果,得出针对隔膜真实工况下最合理的数值模拟方法为流固耦合分析方法,据此探究其运动规律,并对隔膜进行相关的优化设计。然后利用FLUENT软件对微型隔膜泵的缓冲腔流场进行数值模拟,研究其对泵体水力特性的影响,从直观上认识到缓冲腔对于微型隔膜泵压力特性和管路流量特性的改善效果,从而验证缓冲腔设计的合理性和设置的必要性。最后对微型隔膜泵进行样机制备,对其输送液体和气体的性能分别进行试验研究,通过实验的方法对微型隔膜泵往复运动单元和泵送单元各个部件的结构参数进行优化选择,并与仿真结果进行对比,验证数值模拟的准确性,通过分析得到关键部件影响微型隔膜泵输出流量和输出压力的原因,从而对微型隔膜泵的优化设计起到科学指导作用。

关键词：微型隔膜泵橡胶隔膜流固耦合数值模拟性能试验

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微型隔膜泵动态过程分析及关键部件优化

微型隔膜泵动态过程分析及关键部件优化

作者：张涛南昌大学

学位级别：硕士

微型隔膜泵以在医疗和环保领域中满足高标准要求的能力而闻名,其优势在于有效地控制流量和压力,同时具有较小的体积以及对系统洁净度的保持。本文采用试验与模拟结合的方法,对微型隔膜泵动态过程和关键部件进行研究。首先搭建基于高速... 详细信息

微型隔膜泵以在医疗和环保领域中满足高标准要求的能力而闻名,其优势在于有效地控制流量和压力,同时具有较小的体积以及对系统洁净度的保持。本文采用试验与模拟结合的方法,对微型隔膜泵动态过程和关键部件进行研究。首先搭建基于高速摄像机的可视化试验台,用以探究微型隔膜泵内部流动过程及空化现象的形成规律。然后,建立微型隔膜泵的三维模型,对泵腔压力、阀膜位移、质量流量以及空化体积与空化现象之间的关系进行深入分析。最后,通过对微型隔膜泵关键部件进行结构优化,提高其压缩比,达到提升输送性能的目的。全文主要研究内容如下:(1)通过可视化试验台研究微型隔膜泵内部出现的空化现象,额定电压工况(12 V;转速约2400 rpm)下,空化现象主要发生于进口阀打开的过程中,并在隔膜由下止点向上止点运动的过程中结束。此外,由于空化的存在,进出口阀的启闭存在一定的延迟现象,且随着转速的增加,空化现象和延迟现象也逐渐加剧。(2)建立三维仿真模型对微型隔膜泵的动态特性进行研究,阀膜仿真运动规律与试验结果较一致,验证了出口阀关闭与进口阀开启过程具有接续特征,而进口阀关闭与出口阀开启过程则呈现同步运动特征;额定电压下空化现象导致吸入阶段内部压力接近绝对真空,同时也是影响循环末期压力波动的重要原因;吸入与排出阶段的质量流量曲线表现不一致,吸入阶段的质量流量与隔膜速度变化趋势相符,而排出阶段的质量流量则因空化现象趋于稳定。(3)基于上述的研究结果,设计面向高输送性能要求的关键部件,系统分析“偏心距-垫片厚度”对其性能影响的协同作用机制,对于相等长度增量,增加偏心距较之增加垫片厚度能更有效地提高压缩比。选取合适的偏心距(1.2 mm)配合垫片厚度(0.9 mm),同时对隔膜轮廓进行优化设计,实现了5.50的压缩比。相较于原有结构,压缩比提高70.29%,提升了输送性能。本文针对微型隔膜泵的动态过程及关键部件进行研究,相关结果可为微型隔膜泵输送性能的优化提供理论指导和参考意义。

关键词：微型隔膜泵空化现象结构优化输送性能压缩比

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基于AMESim微型隔膜泵的动态性能分析

机床与液压 2020年第3期48卷 171-175页

作者：王成刚孙浩张光胤武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430000

分析微型隔膜泵的结构和工作原理,运用AMESim平台建立凸轮隔膜泵的整体仿真模型,考虑传动机构对泵的工作性能的重要影响,针对出口压力、凸轮转速及最大行程等核心参数进行仿真。研究分析了微型隔膜泵的流量和压力特性曲线,得出合理地改... 详细信息

分析微型隔膜泵的结构和工作原理,运用AMESim平台建立凸轮隔膜泵的整体仿真模型,考虑传动机构对泵的工作性能的重要影响,针对出口压力、凸轮转速及最大行程等核心参数进行仿真。研究分析了微型隔膜泵的流量和压力特性曲线,得出合理地改善凸轮转速及行程可以提高泵的工作性能,为微型隔膜泵的设计与进一步研究提供了重要依据。

关键词：微型隔膜泵 AMESim 凸轮转速凸轮最大行程出口压力

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一种单腔式微型隔膜泵的结构设计及流量分析

真空 2016年第6期53卷 12-14页

作者：何云鹏郅静刚臧辰鑫蔺增东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

针对市场的实际需求,设计研制了一台流量为200mL/min的单腔式微型隔膜泵,文章介绍了流量设计计算的基本原理和泵的结构组成,利用搭建的微型泵流量测试平台进行了测试。结果表明不同电压下隔膜泵的出气速率随电压成线性关系,所设计的微... 详细信息

针对市场的实际需求,设计研制了一台流量为200mL/min的单腔式微型隔膜泵,文章介绍了流量设计计算的基本原理和泵的结构组成,利用搭建的微型泵流量测试平台进行了测试。结果表明不同电压下隔膜泵的出气速率随电压成线性关系,所设计的微型隔膜泵流量控制稳定,可靠性较高。

关键词：微型隔膜泵气体采样抽速测试

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一种微型隔膜泵的结构设计及流量验证分析

科技创新与应用 2022年第11期12卷 120-123页

作者：于海江邓钺张萌程子昊河南驼人医疗器械集团有限公司河南长垣453400 河南省医用高分子材料技术与应用重点实验室河南长垣453400

针对实际需求,设计研制一台主要应用于医疗设备的微型隔膜泵。该泵用于医疗设备中供液部分的流量调节,进行流量配比;该医用微型隔膜泵流量调节范围为0~35 mL/min。文章简单介绍该医用微型隔膜泵的设计过程和医用微型隔膜泵的结构,并对... 详细信息

针对实际需求,设计研制一台主要应用于医疗设备的微型隔膜泵。该泵用于医疗设备中供液部分的流量调节,进行流量配比;该医用微型隔膜泵流量调节范围为0~35 mL/min。文章简单介绍该医用微型隔膜泵的设计过程和医用微型隔膜泵的结构,并对所设计的医用微型隔膜泵进行流量测试。结果表明,所设计的医用微型隔膜泵流量随着电机行程的增加线性增长;微型隔膜泵的流量可快速达到稳定状态,且精度较高,可靠性好。

关键词：微型隔膜泵流量调节流量测试

基于ANSYS Workbench的微型隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析

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机械 2018年第3期45卷 1-5页

作者：王成刚游应强孙宝坤武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430205

针对微型隔膜泵尺寸和结构上的特殊性,建立简化的隔膜三维数值模型,运用有限元分析软件ANSYS对其进行结构非线性分析,同时建立简化的三维结构的隔膜腔及隔膜的数值模型,采用Workbench中的数据调用功能对其进行流固耦合瞬态分析,最后通... 详细信息

针对微型隔膜泵尺寸和结构上的特殊性,建立简化的隔膜三维数值模型,运用有限元分析软件ANSYS对其进行结构非线性分析,同时建立简化的三维结构的隔膜腔及隔膜的数值模型,采用Workbench中的数据调用功能对其进行流固耦合瞬态分析,最后通过对比两组模拟结果,得出针对隔膜真实工况下最合理的数值模拟方法,从而指导隔膜的设计。

关键词：微型隔膜泵橡胶隔膜流固耦合结构非线性分析