专利名称：并联液相色谱泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于液相色谱仪的并联液相色谱泵。
背景技术：
液相色谱泵是液相色谱仪的重要组成部件之一，其性能直接影响分析的稳定性、 重复性和分析精度。目前用于液相色谱仪的液相色谱泵主要有180°单凸轮并联液相色谱 泵、120°单凸轮并联液相色谱泵和180°双凸轮液相色谱泵。如图1所示，180°单凸轮并联液相色谱泵包括一个安装在凸轮轴50上的凸轮51、 对称安装在凸轮51圆周围的两套往复送液机构和两个泵头55。其中往复送液机构包括由 轴承(图中未示出)支撑在液相色谱仪的壳体(图中未示出)上的柱塞推杆53、固定连接 在柱塞推杆53 —端的柱塞59、固定连接在柱塞推杆53另一端的插头以及转动安装在插头 内的随动轮52。柱塞59的另一端伸入泵头55的泵室56内，柱塞推杆53与泵头55之间设 有密封元件M。泵头55上设有分别与泵室56连通的进液孔57和排液孔58，进液孔57和 排液孔58内各自安装有单向阀(图中未示出)。凸轮51上在其基圆外圆周上设有凸轮曲 线，随动轮52与凸轮51的凸轮曲线接触配合。当驱动机构带动凸轮51转动时，随动轮52 沿着凸轮51的凸轮曲线滚动，从而将凸轮51的转动运动转化为柱塞推杆53及柱塞59的 往复运动，使泵头55的泵室56内的压强大小交替变化，同时在进、排液孔内的两个单向阀 的作用下，就实现了柱塞59每往复一次就从进液孔57抽取一定量的液体，并从排液孔58 排出一定量的液体，完成其送液功能。该种180°单凸轮并联液相色谱泵，由于两套往复送液机构对称布置在凸轮51的 两侧，这样就使得与之配套使用的其他结构，如与进液孔连通的进液机构、与排液孔连通的 排液机构以及分析结构、各连通管路等在空间布局上比较分散，工业设计困难；而且载液部 分所占体积大，导致液相色谱泵整体体积大，需要很大的容置空间。图2所示的是120°单凸轮并联液相色谱泵，其结构与180°单凸轮并联液相色谱 泵结构基本相同，仅仅多了一套往复送液机构和一个泵头阳。该120°单凸轮并联液相色 谱泵中共有3套往复送液机构和3个泵头55。3套往复送液机构在凸轮51的外圆周围呈 放射状均勻分布，相邻两套往复送液机构之间的夹角为120°。往复送液机构与图1中的往 复送液机构相同，不再赘述。该种120°单凸轮并联液相色谱泵中，3套往复送液机构相互间隔120°均勻布置 在凸轮51外圆周围，与上述180°单凸轮并联液相色谱泵结构一样存在各连通管路等在空 间布局上分散，工业设计困难、整机体积大等一系列缺陷。针对上述并联液相色谱泵的缺陷，出现了一种180°双凸轮液相色谱泵，也是目前 普遍使用的液相色谱泵。如图3所示，180°双凸轮液相色谱泵包括一根凸轮轴50、安装在 该凸轮轴50两端的主凸轮511和副凸轮512，以及两套平行的往复送液机构和两个泵头 55。往复送液机构分别与主凸轮511和副凸轮512配合工作。其中的往复送液机构与图1 所示的180°单凸轮并联液相色谱泵中的往复送液机相同，不再赘述。根据设计需要可以将该种180°双凸轮液相色谱泵设计成并联式的或者串联式的。在180°双凸轮并联液相色 谱泵中，主凸轮511与副凸轮512的相差为180°，当其中一套往复送液机构中的柱塞供液 时，另一套往复送液机构中的柱塞吸液时，两套往复送液机构如此交替工作，确保了液相色 谱泵连续供液。在180°双凸轮串联液相色谱泵中，主凸轮511与副凸轮512之间也具有一 定的相差。该种180°双凸轮液相色谱泵中，两个泵头55布置在凸轮的同一侧，两套往复送 液机构平行布置，在一定程度上改善了前述两种液相色谱泵体积大、管路等机构设计困难 的情况。但由于主、副凸轮均是圆周凸轮(即凸轮曲线设置于凸轮的圆周外围上)，两套 往复送液机构由主、副凸轮分别驱动，这就要求主、副凸轮的凸轮曲线必须达到足够高的精 度，才能保证两套往复送液机构按设计要求严格精确地交替动作。对其中一个圆周凸轮而 言，其凸轮曲线主要包括上升曲线、下降曲线和过渡曲线等。从理论上说，圆周凸轮的上升曲线采用阿基米德螺旋线，能够保证柱塞做勻速直 线运动，即能保证液相色谱泵得到平稳的进液压力。但是在实际运用中泵的压力从0到高 压或者超高压是要经历一个过程的，液体在这个过程中会随着压力变化而被压缩，因而需 要进行压缩系数补偿。因此为了保证最小的系统脉动，就需要对凸轮曲线进行修正。另外， 随动轮直径方向与凸轮圆周切线方向之间、加工刀具的直径方向与凸轮圆周切线方向之间 都会存在一个压力角，压力角的大小取决于凸轮采用的基园、上升曲线的导程的大小以及 随动轮和刀具的直径大小。压力角的产生会使理论设计曲线和加工所获得的曲线以及凸轮 推动随动轮时所获得的运动曲线产生偏差，这同样会导致压力波动。减小压力波动也需要 通过曲线的修正来实现。但对于该传统的180°双凸轮液相色谱泵来说，由于具有两个凸 轮，两个凸轮的两条凸轮曲线又必须保持严格精确、严格对应，所以当对其中一个凸轮的凸 轮曲线进行修正时，必须同时对另一个凸轮的凸轮曲线进行相适应的修正；而且由于主、副 凸轮之间存在相差，所以需要被修正的曲线不但包括作为上升曲线的阿基米德螺旋线，而 且还包括下降曲线和过渡曲线，这样形成于每个凸轮上的凸轮曲线数量可多达十几条，种 类也非常复杂，有加速曲线、减速曲线等，所以，该传统结构的180°双凸轮液相色谱泵中的 凸轮加工难度大，很难保证设计精度要求，由此导致液体压力稳定性差；同时因为很难保证 两个凸轮的修正曲线的严格对应性，所以为消除压力稳定性差的缺陷而进行的凸轮曲线修 正也很难达到预期的效果。在上述三种结构的凸轮液相色谱泵中，由于柱塞59相对于泵头55是运动的，所以 要求设置在柱塞59与泵头55之间的密封元件M既能保证柱塞59能够相对于泵头55运 动，又要保证泵室内的液体不泄漏，属动密封元件。密封元件M的使用寿命与柱塞59的 行程和动作频率直接相关。液相色谱泵的流量是受到凸轮升程设计限制的，若想增加流量 就得增加柱塞行程或者提高柱塞往复运动的频率，这会给密封元件的使用寿命带来不利影 响；而为了提高密封元件的使用寿命，往往只能减小柱塞行程或者降低柱塞往复运动的频 率，这又会影响理想的设计流量，降低了凸轮泵的应用范围，正所谓鱼和熊掌不可兼得。所 以怎样既能保证密封元件的密封性能，又能延长其使用寿命，继而延长两个凸轮泵的使用 寿命，是业界亟待解决的技术问题。综上所述，现有的凸轮液相色谱泵具有如下缺陷1.凸轮设计难度大；
2.凸轮结构复杂，加工困难，达不到设计精度要求，由此导致液体压力的稳定性 差，而压力稳定与否将直接影响基线的稳定和分析结果的重现性；3.连通管路等在空间布局上分散，工业设计困难；4.并联液相色谱泵的体积大；5.密封元件的使用寿命短，继而导致凸轮液相色谱泵的使用寿命短。鉴于上述现有技术存在的缺陷，本设计人提出一种液相色谱泵，能够避免上述各 种缺陷，使其更具有实用性。
发明内容
本发明要解决现有液相色谱泵中凸轮设计难度大，凸轮结构复杂、加工困难，并且 液体压力稳定性差的技术问题。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案本发明的并联液相色谱泵，包括具有凸轮轴的凸轮、泵头、至少两套往复送液机构 以及用于驱动所述凸轮转动的凸轮驱动机构。所述泵头内设有泵室、与该泵室连通的进液 孔和排液孔。所述每套往复送液机构包括柱塞推杆、固定连接在该柱塞推杆一端并与其同 轴的柱塞、转动地安装在所述柱塞推杆另一端的随动轮，所述柱塞的另一端伸入所述泵头 的泵室内与之配合工作。所述随动轮与所述凸轮的凸轮曲线接触配合工作。其中所述凸轮 是端面凸轮，其凸轮曲线设置在与具有凸轮轴的端面相反的另一端面上。所述凸轮曲线包 能将所述凸轮的转动运动转换成所述柱塞勻速直线运动的一条上升曲线和使所述柱塞回 复原位的一条下降曲线。所述上升曲线和所述下降曲线的导程相同，均为r = 4v/n π D2，所 述上升曲线的升角θ = 360° /η，其中ν表示所述凸轮转动一周的所述并联液相色谱泵排 量，D表示所述柱塞的直径，η表示柱塞的数量，η为2-10之间的整数。所述至少两套往复 送液机构布置在所述凸轮的具有凸轮曲线的一侧，并且在圆周方向均勻布置，他们的中心 线均平行于所述凸轮轴的中心线。所述随动轮为圆锥台形，该随动轮的任意两个横截面的 圆周长与相对应位置的凸轮曲线的周长的比值相等。
所述曲线单元还包括连接所述上升曲线和所述下降曲线的过渡曲线。所述凸轮曲线中的上升曲线的两端部分别设有修整曲线。所述凸轮曲线中相邻的两条曲线的连接处设有圆滑过渡线。所述上升曲线为等螺距螺旋线；所述下降曲线是等螺距螺旋线。所述往复送液机构的数量为3套；所述上升曲线的升角θ =120°，所述下降曲 线对应的角度为对0°。所述往复送液机构的数量为3套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线 对应的角度为40° -60°。所述往复送液机构的数量为4套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线 对应的角度为270°。所述往复送液机构的数量为4套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线 对应的角度为30° -55°。所述泵头的数量为一个，其内设有与往复送液机构数量相同并相互独立的泵室， 每个泵室连通有一个进液孔和一个排液孔。所述的至少两个往复送液机构中的至少两个柱塞分别伸入所述泵头内的相应的泵室内，与之配合工作。当然本发明中，也可以为每套往复 送液机构配备一个独立的泵头，每个泵头设有与柱塞配合工作的泵室，每个泵室连通有一 个进孔和一个排液孔。但这种多泵头结构由于要求的安装精度高，所占体积大，布置麻烦等 原因，一般较少使用。所述往复送液机构中的柱塞推杆端部固定连接有一个插头，该插头包括两个相对 布置的插脚，两个插脚中间为用于容纳所述随动轮的凹槽。所述随动轮的中心轴的两端分 别转动地支撑在两个所述插脚内侧。所述随动轮的中心轴与所述柱塞推杆的中心线之间的 夹角β =90° -α/2，α是所述圆锥台形随动轮的圆锥角。所述插脚的凹槽的底面与所述柱塞推杆的中心线之间的夹角β =90° -α/2。由上述技术方案可知，本发明的并联液相色谱泵的优点和积极效果在于本发明 中，由于其中的凸轮是端面凸轮，即凸轮曲线设置在与具有凸轮轴的端面相反的另一端面 上，所以至少两套往复送液机构中的至少两个柱塞推杆可以互相平行布置，并设置在凸轮 的同一侧面，故并联液相色谱泵中的各连通管路等在空间布局上比较集中，大幅度降低了 工业设计难度；同时大大减小了并联液相色谱泵的体积。另外，端面凸轮的凸轮曲线中的上升曲线可以根据凸轮转动一周的排量V、柱塞的 直径D及柱塞的数量η，仅仅利用导程公式r = 4ν/η π D2和上升曲线的升角公式θ = 360° /n即可完成凸轮上升曲线的设计，所以本发明的并联液相色谱泵中，凸轮曲线的上 升曲线是一条导程为Γ = 4ν/πιπ02，升角为θ = 360° /n的曲线，其中涉及的参数少，因而 设计大为简化，不但大大降低了凸轮的设计难度，而且减少了影响液体压力的诸多因素；同 时由于本发明中凸轮曲线简单，故凸轮加工方便、容易，轻易地就能达到设计精度，从而保 证了的液体压力稳定性能够达到设计时所预期的水平。同时，本发明的液相色谱泵只有一个凸轮，当对该凸轮的凸轮曲线进行修正时，不 必像现有技术那样考虑怎样与其他凸轮曲线对应，所以修整很容易；并且由于本发明中的 凸轮曲线数量少、类型简单，这使得凸轮曲线的修整难度进一步降低，所以本发明能够方便 地通过修整凸轮曲线方式有效提高液体压力稳定性。通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优 点将更加明显。
图1是现有的180°单凸轮并联液相色谱泵结构示意图；图2是现有的120°单凸轮并联液相色谱泵结构示意图；图3是现有的180°双凸轮液相色谱泵结构示意图；图4是本发明的并联液相色谱泵中用于四室并联液相色谱泵实施例中的凸轮结 构的立体图；图5是本发明的并联液相色谱泵中四室并联液相色谱泵实施例的结构示意图；图6是本发明的并联液相色谱泵中四室并联液相色谱泵实施例的随动轮的结构 示意图；图7表示图6所示的随动轮在柱塞推杆上安装的示意图；图8是本发明的并联液相色谱泵中用于三室并联液相色谱泵实施例中的凸轮结构的立体图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只 用于举例说明，并不用于限制本发明。如图4、图8所示，本发明的并联液相色谱泵中的凸轮61是端面凸轮，其凸轮曲线 设置在与具有凸轮轴60的端面相反的另一端面上。凸轮曲线包括一条能将凸轮61的转动 运动转换成柱塞69勻速直线运动的上升曲线、一条使柱塞69回复原位的下降曲线和一条 连接上升曲线和下降曲线的过渡曲线，在相邻的两条曲线连接处设有圆滑过渡线(图中未 示出)。为了提高液体压力稳定性，可以在上升曲线的两端部设置修整曲线(图中未示出)。上升曲线的导程为r = 4v/n3iD2，上升曲线的升角θ = 360° /η，其中ν表示凸 轮61转动一周的排量，D表示柱塞69的直径，η表示柱塞69的数量，为2_10之间的整数。 上升曲线优选为等螺距螺旋线，当然也可以是其他的能够将凸轮61的转动运动转换成柱 塞69勻速直线运动的曲线。下降曲线的导程必须与上升曲线的导程相同，即下降曲线的导程r = 4ν/η π D2，下 降曲线可以是等螺距螺旋线，也可以是其他类型曲线。过渡曲线可以是圆弧线，导程为零。图4所示的凸轮适用于四室并联液相色谱泵实施例，其上升曲线611的升角θ =90°，下降曲线612对应的角度为30°，过渡曲线613对应的角度为。即在凸 轮圆周方向0° -90°范围内对应上升曲线611，90° -120°范围内对应下降曲线612， 120° -360°范围内对应过渡曲线613。当然在上升曲线611的升角θ为90°情况下，下 降曲线612对应的角度不限于30°，下降曲线612对应的角度在30° -270°范围内均是可 行的，当下降曲线612对应的角度为270°时，凸轮曲线便只具有上升曲线611和下降曲线 612，而没有过渡曲线613。实际设计使用时，上升曲线611的升角θ为90°情况下，通常 下降曲线612对应的角度在30° -55°范围内，过渡曲线613对应的角度在215° -240° 范围内，并保证下降曲线612对应的角度与过渡曲线613对应的角度之和为270°。如图5所示，本发明的并联液相色谱泵中的四室并联液相色谱泵实施例，包括一 个如图4所示的凸轮61、一个泵头65、4套互相平行的往复送液机构以及用于驱动凸轮转动 的凸轮驱动机构(图中未示出)，如步进电机等。其中凸轮61具有一个凸轮轴60，4套往复 送液机构布置在凸轮的具有凸轮曲线的一侧，并且在圆周方向均勻布置，他们的中心线均 平行于凸轮轴60的中心线。泵头65内设有4个相互独立的泵室，每个泵室连通有一个进液孔和一个排液孔。 进液孔和排液孔内各自安装有一个单向阀。4套往复送液机构中的4个柱塞分别伸入4个 泵室内，与之配合工作。四室并联液相色谱泵指的是该泵中只有一个凸轮，该凸轮上只有一 条升曲线、一条降曲线和一条过渡曲线，该三条曲线布置在凸轮端面360°范围内；该泵的 泵头具有4个相互独立的泵室，4个泵室依次连续排出液体到液相色谱仪的下游机构中；该 泵中具有4套往复送液机构。该四室并联液相色谱泵主要的特点是在每转排量设定的前 提下，可以将往复送液机构的升程减小4倍，从而大幅度提高了泵的使用寿命。本实施例的四室并联液相色谱泵中只设计有一个泵头，这一方面可以减少并联液 相色谱泵的体积；另一方面使得本发明的安装非常方便，益于保证安装精度，而良好的安装精度同样利于改善液体压力稳定性。当然本发明中也可以设计成与往复送液机构数量相同 的多个泵头形式，每个泵头内设置一个泵室、一个进液孔和一个排液孔。每套往复送液机构包括一个塞推杆63、一个柱塞69和一个随动轮62。随动轮62呈圆锥台形，圆锥角为α。在随动轮62中央位置设有中心轴621。该 随动轮62与凸轮61的凸轮曲线接触配合。柱塞推杆63的一端固定连接有与其同轴的柱塞69，另一端固定连接有插头。柱 塞推杆63的另一端伸入到泵头65的泵室内，在柱塞推杆63与泵头65之间设有密封元件 (图中未示出)，密封元件及其安装可以与现有技术相同，这里不再赘述。如图6、图7所示，本实施例中的柱塞推杆63另一端的插头包括两个相对布置的插 脚631，两个插脚631中间为用于容纳随动轮62的凹槽。随动轮62的中心轴621的两端 分别可转动地支撑在两个插脚631内侧。随动轮62的中心轴621与柱塞推杆63的中心线 之间的夹角β = 90° -α/2，α是锥形随动轮62的圆锥角；也就是说随动轮62的中心轴 621并非垂直安装于两个插脚631上，而是倾斜一角度β，其目的在于保证随动轮62的任 一横截面的圆周长与相对应位置的凸轮曲线的周长比是常数，该常数可以是正整数，也可 以是小数；进一步说，当圆锥台形随动轮62在凸轮61上滚动时不会发生扭转等错位现象。 例如，随动轮62的锥底圆622的圆周长与凸轮61内圈617的周长比为0. 3，随动轮62的锥 顶圆623的圆周长与凸轮61外圈618的周长比也是0. 3。另外，插脚631的凹槽底面与柱塞推杆63的中心线之间的夹角β的角度可以设 计为90° - α /2，这样可以使插头及随动轮62这部分结构更加紧凑，利于减小泵的体积，并 有益于保证随动轮62与凸轮61的配合精度。如果柱塞推杆63端部不设置插头，随动轮62也可以其他方式转动安装在柱塞推 杆63端部，只要能保证随动轮62能够重复地与凸轮61的凸轮曲线接触配合工作即可。图8所示的凸轮适用于三室并联液相色谱泵实施例，其上升曲线611的升角θ =120°，下降曲线612对应的角度为40°，过渡曲线613对应的角度为200°。即在凸 轮圆周方向0° -120°范围内对应上升曲线611，120° -160°范围内对应下降曲线612， 160° -360°范围内对应过渡曲线613。当然在上升曲线611的升角θ为120°情况下，下 降曲线612对应的角度不限于40°，下降曲线612对应的角度在40° 440°范围内均是可 行的，当下降曲线612对应的角度为时，凸轮曲线便只具有上升曲线611和下降曲线 612，而没有过渡曲线613。实际设计使用时，上升曲线611的升角θ为120°情况下，通常 下降曲线612对应的角度在40° -60°范围内，过渡曲线613对应的角度在200° -180° 范围内，并保证下降曲线612对应的角度与过渡曲线613对应的角度之和为。上述无论是图4所示的凸轮中，还是图8所示的凸轮中，为了减小液体压力波动， 可根据具体情况在凸轮曲线的上升曲线对应的角度为理论值(图8中为120°，图4中为 90° )前提下，提前厂-5°或滞后1° -5°，与该上升曲线相邻的曲线所对应的角度相应地 滞后或提前1° "5°。上升曲线对应的角度提前或滞后与在上升曲线两端部设置修整曲线 是对应的，也就是在上升曲线对应的角度基础上提前的角度或滞后的角度对应于修整曲线 所占的角度。由图8所示的凸轮、3套往复送液机构及一个具有3个独立泵室的泵头55以及用 于驱动凸轮转动的凸轮驱动机构可共同组成三室并联液相色谱泵。该三室并联液相色谱泵9结构与图5所示的四室并联液相色谱泵结构不同之处仅在于其具有3套往复送液机构， 其凸轮曲线中的上升曲线的升角为120°，其泵头具有3个独立泵室，其余相同部分不再赘 述。本发明的并联液相色谱泵中，往复送液机构不限于4套，其数量为2套、3套、6套、 8套、10套均是可行的；但往复送液机构的数量与凸轮曲线中的上升曲线的升角要满足关 系式θ = 360° /n,以保证供液的连续性。下面对照说明本发明的并联液相色谱泵与现有的几种类型的液相色谱泵设计上 的比较。一、流量一定时，各种类型的液相色谱泵的柱塞行程的比较假设每分钟液体流量ν = lml/min，柱塞直径D = 3. 175mm,凸轮转速为20转/min， 求几种泵的柱塞行程。按设计给定条件，单个柱塞横截面面积=3.14159* (3. 175/2)2 = 7. 917 (mm) 2............推论 1泵每转总排量=lml/min/20转 /min = 50 μ 1/ 转.........................推论2所有柱塞每转总行程=50 μ 1/转/7. 917 (讓)2 = 6. 315284mm/转......推论3(一 )本发明中的四室并联液相色谱泵实施例中的柱塞行程的设计计算如图5所示，本发明的四室并联液相色谱泵实施例中，凸轮曲线中上升曲线的升 角，即上升曲线所对应的角度为90°，下降曲线的降角，下降曲线所对应的角度为30°，过 渡曲线对应的角度为，上升曲线的升程和下降曲线的降程的导程相同，过渡曲线的导 程为零。四室并联液相色谱泵工作时，步进电机带动凸轮61旋转，通过圆锥台形随动轮62 依次推动4个柱塞推杆63带动相应的柱塞69往复勻速直线运动。因为上升曲线的升角为 90°，所以在凸轮61转动一周的过程中，每时每刻都总有一个柱塞69往复勻速直线运动， 从而完成对系统所需流动相的连续精确供给。根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/4 = 1. 579mm/转....结论1. 1( 二)本发明中的三室并联液相色谱泵实施例中的柱塞行程的设计计算根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/3 = 2. 105mm/转....结论1. 2(三)180°单凸轮并联液相色谱泵(图1)的柱塞行程的设计计算根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/2 = 3. 1576mm/转....结论1. 3(四)120°单凸轮并联液相色谱泵(图2)的柱塞行程的设计计算根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/3 = 2. 1051mm/转......结论1. 4(五)180°双凸轮液相色谱泵(图3)的柱塞行程的设计计算(1)180°双凸轮并联液相色谱泵的柱塞行程根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/2 = 3. 1576mm/转....结论1. 5
(2)180°双凸轮串联液相色谱泵的柱塞行程根据推论1、推论2、推论3，得每个柱塞每转的行程=6. 315284mm/转/1 = 6. 315284mm/转......结论1. 6小结根据结论1. 1、结论1. 2、结论1. 3、结论1. 4、结论1. 5、结论1. 6，不难看出，在流量一定时，本发明中的四室并联液相色谱泵实施例的单个柱塞每转的行程会明显小于各传统 类型的液相色谱泵中单个柱塞每转的行程。正如前面所述柱塞泵头之间的密封元件的使用寿命与柱塞的行程和动作频率直 接相关。在排量相同时，本发明的并联液相色谱泵中的柱塞的行程小，可数倍提高并联液相 色谱泵的使用寿命。换句话说本发明的并联液相色谱泵在使用寿命上与各种传统类型的 并联液相色谱泵相比，将占有绝对的优势。二、柱塞行程一定时，各种类型的液相色谱泵的流量设计的比较假设单个柱塞每转的行程s = 3. 1576mm/转，柱塞直径D = 3. 175mm,凸轮转速为20转/min，求几种液相色谱泵的流量。按设计给定条件，柱塞横截面积=3.14159* (3. 175/2)2 = 7. 917 (mm) 2.................推论 2. 1每个柱塞每转的流量=3. 1576*7. 917 = 25 μ 1/转..................推论2. 2每个柱塞每分钟的流量=20转/min*25 μ 1/转=5ml/min.........推论2. 3(一 )本发明的三室并联液相色谱泵实施例每分钟流量的设计计算根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得三室并联液相色谱泵每分钟的流量=3*5ml/min = 15ml/min........结论2. 1( 二)本发明的四室并联液相色谱泵实施例每分钟流量的设计计算根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得四室并联液相色谱泵每分钟的流量=4*5ml/min = 20ml/min........结论2. 2(三)180°单凸轮并联液相色谱泵(图1)流量的设计计算根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得180 °单凸轮并联液相色谱泵每分钟的流量=2*5ml/min = IOml/ min.......结论 2. 3(四)120°单凸轮并联液相色谱泵(图2)流量的设计计算根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得120 °单凸轮并联液相色谱泵每分钟的流量=3*5ml/min = 15ml/ min.......结论 2. 4(五)180°双凸轮液相色谱泵(图3)流量的设计计算(1)180°双凸轮并联液相色谱泵的流量根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得双凸轮并联泵20转/min流量=2*5ml/min = 10ml/min.........结论2. 5(2)180°双凸轮串联液相色谱泵的流量
根据推论2. 1、推论2. 2、推论2. 3，得双凸轮串联泵20转/min流量=l*5ml/min = 5ml/min..........结论2. 6小结根据结论2. 1、结论2. 2、结论2. 3、结论2. 4、结论2. 5、结论2. 6，不难看出，在柱塞行程一定时，本发明的并联液相色谱泵的供液量会明显大于各传统类型的并联液相色谱 泵，这种在供液量上绝对的优势，会带给液相色谱应用领域更广大的想象空间。综上所述，本发明的并联液相色谱泵给我们带来的是全新的概念。端面凸轮在并 联液相色谱泵中的应用，使液相色谱泵的多室并联集成到一个有限的空间，不仅减小了色 谱泵的体积，更主要的是大幅度降低了凸轮的设计难度，提高了液体压力稳定性。虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示 例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实 质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神 和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权 利要求所涵盖。
权利要求
1.一种并联液相色谱泵，包括具有凸轮轴(60)的凸轮(61)、泵头(65)、至少两套往复 送液机构以及用于驱动所述凸轮(61)转动的凸轮驱动机构，所述泵头(65)内设有泵室、与 该泵室连通的进液孔和排液孔，所述每套往复送液机构包括柱塞推杆(63)、固定连接在该 柱塞推杆(6 —端并与其同轴的柱塞(69)、转动地安装在所述柱塞推杆(6 另一端的随 动轮(62)，所述柱塞(69)的另一端伸入所述泵头(6 的泵室内与之配合工作，所述随动 轮(62)与所述凸轮(61)的凸轮曲线接触配合工作，其特征在于所述凸轮(61)是端面凸 轮，其凸轮曲线设置在与具有凸轮轴(60)的端面相反的另一端面上，所述凸轮曲线包括能 将所述凸轮(61)的转动运动转换成所述柱塞(69)勻速直线运动的一条上升曲线和使所述 柱塞(69)回复原位的一条下降曲线，所述上升曲线和所述下降曲线的导程相同，均为r = 4v/n3iD2，所述上升曲线的升角θ = 360° /η，其中ν表示所述凸轮(61)转动一周所述并 联液相色谱泵的排量，D表示所述柱塞(69)的直径，η表示柱塞(69)的数量，η为2_10之 间的整数；所述至少两套往复送液机构布置在所述凸轮的具有凸轮曲线的一侧，并且在圆 周方向均勻布置，他们的中心线均平行于所述凸轮轴(60)的中心线；所述随动轮(62)为圆 锥台形，该随动轮(62)的任意两个横截面的圆周长与相对应位置的凸轮曲线的周长的比 值相等。
2.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述曲线单元还包括连接所述 上升曲线和所述下降曲线的过渡曲线。
3.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述凸轮曲线中的上升曲线的 两端部分别设有修整曲线。
4.如权利要求3所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述凸轮曲线中相邻的两条曲 线的连接处设有圆滑过渡线。
5.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述上升曲线为等螺距螺旋线； 所述下降曲线是等螺距螺旋线。
6.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述往复送液机构的数量为3 套；所述上升曲线的升角θ =120°，所述下降曲线对应的角度为对0°。
7.如权利要求2所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述往复送液机构的数量为3 套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线对应的角度为40° -60°。
8.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述往复送液机构的数量为4 套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线对应的角度为270°。
9.如权利要求2所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述往复送液机构的数量为4 套；所述上升曲线的升角θ =90°，所述下降曲线对应的角度为30° -55°。
10.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述泵头(65)的数量为一个， 其内设有与往复送液机构数量相同并相互独立的泵室，每个泵室连通有一个进液孔和一个 排液孔；所述的至少两个往复送液机构中的至少两个柱塞(69)分别伸入所述泵头(65)内 的相应的泵室内，与之配合工作。
11.如权利要求1所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述往复送液机构中的柱塞推 杆(6 端部固定连接有一个插头，该插头包括两个相对布置的插脚(631)，两个插脚(631) 中间为用于容纳所述随动轮(62)的凹槽，所述随动轮(62)的中心轴的两端分别转动地支 撑在两个所述插脚(631)内侧，所述随动轮(6 的中心轴(621)与所述柱塞推杆(63)的中心线之间的夹角β =90° -α/2, α是所述圆锥台形随动轮(62)的圆锥角。
12.如权利要求11所述的并联液相色谱泵，其特征在于所述插脚(631)的凹槽的底 面与所述柱塞推杆(63)的中心线之间的夹角β =90° -α/2。
全文摘要
本发明提供了一种并联液相色谱泵，包括具有凸轮轴的凸轮、泵头、至少两套往复送液机构以及凸轮驱动机构。所述凸轮是端面凸轮，凸轮曲线包括1-5个曲线单元，每个曲线单元包括能将凸轮的转动运动转换成柱塞匀速直线运动的一条上升曲线和使柱塞回复原位的一条下降曲线。上升曲线和下降曲线的导程均为r＝4v/nπD2，上升曲线的升角θ＝360°/n，其中v表示凸轮转动一周并联液相色谱泵的排量，D表示柱塞的直径，n表示柱塞的数量，n为2-10之间的整数。随动轮为圆锥形，随动轮的任意两个横截面的圆周长与相对应位置的凸轮曲线的周长的比值相等。本发明结构简单、设计加工容易，液体压力稳定性好。
文档编号G01N30/36GK102052275SQ200910209048
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者陆振宇 申请人:北京普析通用仪器有限责任公司