기초 강좌｜정밀펌프기술 5-1. 스무즈플로우펌프

지금까지 다이아프램 펌프에는, 맥동이 반드시 발생한다고 이야기해 왔습니다.
과연 다이아프램(왕복동) 펌프를 해설한 참고서에는 "다이아프램 펌프에는 반드시 맥동이 발생한다"라고 쓰여 있습니다. 그러나 이는 설명 부족으로, 실은 "펌프 헤드가 1련(싱글 헤드: 펌프 헤드가 1개)인 경우에는"이라는 문장이 빠져습니다.
즉, 1련 이외(2련이나 3련)의 구조로 하면 "다이아프램 펌프이면서 무맥동"을 실현할 수 있다는 것입니다.

3련식 스무즈플로우펌프

"4-1. 에어 챔버의 원리"의 (그림 1)을 떠올려 보시기 바랍니다. 맥동을 없애려면 그림의 공백 부분을 채우면 된다고 했습니다. 그리고 공백 부분을 채우는 방법 중 하나가, 에어 챔버를 사용하는 것이었습니다.
여기서 무맥동이란 "그래프의 순간 유속을 나타내는 선이 시간축에 대해 일직선상이 되는 것"이라는 점에 주목하십시오.

따라서, 어떠한 방법으로 유량 특성을 (그림 1)과 같이 하면 됩니다.
3개의 편심축을 사용하여 구동 타이밍을 조금씩(구체적으로는 120°씩) 어긋나게 하면, 각 펌프 헤드로부터 토출되는 액체의 합성 파형은 직선에 가까워집니다.

편심축의 움직임을 120°씩 어긋나게 하면, 무맥동에 가까운 상태가 얻어짐을 알 수 있습니다. 이는 어디까지나 120°이어야 합니다. 90°에서도 180°에서도 무맥동이라는 상태가 얻어지지 않습니다.

다른 펌프를 3대 사용해도 무맥동 상태는 얻어지는가

펌프가 3대 있다는 것은, 모터도 3대 있다는 것입니다.
이 경우에는 각 모터의 회전수가 완전히 동일하면 좋겠지만, 실제로는 조금씩 다릅니다.
따라서, 운전 당초는 3련 각각의 구동 타이밍이 잘 맞아 무맥동 산태가 얻어졌다 해도, 얼마 지나면 파형이 어긋나게 됩니다.
즉, 맥동이 발생하기 시작한다는 것입니다. 공교롭게도 1련인 경우에 비해 맥동이 한층 더 커질 수 있습니다.
예를 들어, 구동 타이밍이 3련 모두 완전히 같아지면(동기) 아래 그림과 같이 맥동이 최대가 됩니다.

이 상태가 되면 맥동은 매우 커져, 맥동에 수반되는 현상(오버피드・과대 압력 발생)이 현저히 나타납니다.
이로 보아, 펌프를 3대를 사용하여 무맥동을 얻는 것은 사실상 불가능하다고 결론 지어도 좋을 것입니다.

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Ignoring※비용을 무시하면, 이론적으로는 모터의 회전수를 제어하면 가능합니다.

스무즈플로우펌프

TACMINA는 독자적인 유체 이송 기술을 통해 펌프만으로 맥동을 없애는 기구를 개발했습니다.
스무즈플로우펌프는 고정밀 등속도 캠 적용으로 맥동 없이 연속적인 흐름을 만들어 낼 수 있어 무맥동, 정량, 고정밀 송액을 실현합니다.
정량성이 있는, 폭넓은 약액에 대응하는 다이아프램 펌프의 이점은 그대로 유지하면서 유체 이송의 불만을 해소합니다.

동작 원리

(1)
모터의 회전을 감속기로 감속합니다.
(2)
회전 운동을 편심 기구를 통해 펌프 샤프트의 왕복운동으로 변환합니다.
(3)
펌프 샤프트 선단의 다이아프램이 왕복운동을 하면, 펌프 헤드 내 용적이 증감합니다.
(4)
다이아프램이 후방으로 이동할 때, 펌프 헤드 내에는 부압이 발생합니다. 이때, (그림 1)과 같이 토출측 체크볼이 유로를 닫아 토출측 배관 안에서 약액이 역류되는 것을 방지합니다. 한편, 흡입측 체크볼은 유로를 열기 때문에 흡입측으로부터 펌프 헤드 내에 약액이 유입하게 됩니다.
(5)
그 다음, 다이아프램이 전방으로 압출되면 펌프 헤드 내에 정압이 발생하기 때문에 흡입측 체크볼은 유로를 닫고 토출측은 열려 약액이 토출측으로 배출됩니다. (그림 2)

2련식 무맥동 기구

편심 기구에 고정밀 등속도 캠을 적용함으로써 1개의 펌프 헤드의 토출 특성을 (1)과 같은 사다리꼴 파형으로 합니다. 다른 하나의 펌프 헤드는 (2)와 같이 180° 어긋나게 해서 운전함으로써 합성 파형이 일정한 흐름이 됩니다.
또한 흡입측(그림의 아래쪽 절반)은 맥동을 일으킵니다.