[发明专利]低脉动高精度双柱塞高效液相色谱泵

说明书

本发明涉及液相色谱泵，具体地说是一种低脉动高精度双柱塞高效液相色谱泵。

在现有技术中，高压泵是高效液相色谱仪的重要组成部件之一，高压泵的性能直接影响分析的稳定性、重复性和分析精度。随着高效液相色谱分析在实际应用中的普及和分析要求的提高，对高压液相色谱泵的输液精度、脉动等性能的要求也越来越高。目前常用的液相色谱泵包括气动放大泵、往复泵、螺旋注射泵、隔膜泵等几种，由于气动放大泵和螺旋注射泵存在流量调节不便、溶剂更换困难、不利于进行梯度洗脱等缺点，应用越来越少，机械往复泵以其性能稳定、流量调节和溶剂更换方便等优势在液相色谱仪器中的应用最为广泛。目前机械往复泵主要有两种，一种为往复式柱塞泵，通过柱塞直接驱动液体，另一种为往复式隔膜泵，往复运动的柱塞机械地驱动隔膜或液压隔膜，使流动相只与隔膜接触而不与柱塞接触，其中前者应用相对较多。

常用往复式柱塞泵的结构如图1所示，由电机带动偏心轮或凸轮转动，凸轮驱动活塞往复运动，通过单向阀控制流向，凸轮往复一周完成一次吸液排液循环，输出特定体积的液体，通过改变电机转速可调整活塞往复频率控制流量。由于活塞往复运动中存在吸液过程，导致输出溶液存在正弦脉冲。采用双柱塞或多柱塞系统可在一定程度上减少输出脉冲，双柱塞泵凸轮和柱塞结构参见图2，常见的双柱塞泵有并联式和串联式两种，并联泵一般采用两个或一个凸轮，两个柱塞杆并联使用，凸轮相差180°，两个凸轮交替吸液和排液，从而得到较为平稳的输出液流，为了进一步减小脉冲，通常把360°凸轮曲线分为匀加速、匀速和匀减速三个阶段，凸轮相差为90°。这种泵需要4套单向阀，增加了污染和故障的机会。串联式双柱塞泵的第二个泵头通常不加单向阀，需要两个凸轮，主副柱塞输液流量比为2∶1，当主柱塞排液时，其中50％的液体进入色谱系统，另外的50％蓄积在副柱塞腔中，当主柱塞吸液时，副柱塞将其中的液体输送进色谱系统中。该系统只有两个单向阀，出现故障的机会减小，流量精度相应提高，压力波动也相应减小，更换溶剂方便，适于梯度淋洗。

虽然双柱塞泵的各种改进在很大程度上减小了脉冲，但是不能从根本上完全消除脉冲现象；另外，连动杆为一体式，容易断裂，且维修不便，所以一般柱塞泵还需要有脉冲阻尼器或实时压力反馈系统等进一步减小脉冲，还有，采用隔膜技术的泵，隔膜往往也容易断裂，并且易出现液体泄露问题，成本也高。因此，上述各项技术的改进是目前世界上主要色谱仪器公司共同的目标。

本发明的目的是提供一种成本低、无液体泄露问题、方便维修、液流平稳的低脉动高精度双柱塞高效液相色谱泵。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：由主副泵头串联组成，泵体与主副泵头相连，结构相同，由电机经变速箱分别带动凸轮驱动泵体上的推杆，主泵头设有单向阀，其特征在于：所述推杆为连动杆和柱塞杆分体两部分结构，柱塞杆通过柱心安装在泵体里，一端与连动杆紧密接触连接，另一端至泵头进液槽，泵头和泵体通过定位套安装在一起，所述定位套两侧分别设有密封环及密封垫片，于泵头和泵体间，构成双密封结构；所述凸轮与连动杆自由端所设滚轮滚动连接，分主、副凸轮，具有完全相同的基圆半径，主凸轮升程为10，起始点为0度，副凸轮升程为7.125，在256.6度点与主凸轮重合，两个凸轮相差为180°；

所述柱塞杆通过导向套安装在作为泵体的螺栓杆套上的凹槽里，其上套装阻尼压簧，阻尼压簧一端固定在螺栓杆套凹槽底部，另一端与设在柱塞杆上的支撑垫相连；导向套上设有行程槽；所述泵头和泵体之间安装一清洗管，于定位套处，通向柱心；所述主、副凸轮工作曲线遵照速度控制方程。

本发明具有如下优点：

1.液流平稳。本发明通过理论计算设计的凸轮结构及其工作曲线，相差为180°的凸轮在电机的驱动下推进柱塞杆，完成输液过程，主副凸轮具有完全相同的基圆半径，主凸轮升程为10，副凸轮升程为7.125，使得柱塞运行过程中输出液流平稳，保留时间的相对标准偏差小于0.00955；本发明采用步进电机细分步控制技术，改善了低频运行特性，减小了脉动现象，扩大了输液泵流量范围，其流量范围可达到4个数量级以上。

2.低成本有效缓冲效果。由于本发明设计了与主副凸轮匹配的阻尼压簧缓冲技术(如图6-1，6-2所示)，有效地防止了每次输液过程中的回流脉冲现象，压力缓冲效果理想，得到极低脉冲输出流型，克服了传统缓冲系统故障率高、效果差、成本高等不足。

3.维修方便。本发明改进传统连动杆与柱塞杆一体结构为分体结构，可获得低脉动极稳定的液流且机械噪声极低；高压密封垫和柱塞杆可以更容易地进行拆装维修。