多相位凸輪
同濟(jì)儀器一液相色譜高壓凸輪泵發(fā)明創(chuàng)造專利
一,、項(xiàng)目概要
以市場為目標(biāo),、產(chǎn)業(yè)化為途徑，運(yùn)用科學(xué)的管理體系,，研制開發(fā)系列高壓恒流泵,；同時(shí)開展微流控、超高壓密封,、多向凸輪驅(qū)動(dòng),、壓力閉環(huán)自動(dòng)控制等技術(shù)的研究,，以滿足國內(nèi)不斷增長的需求,。
展開微流高壓恒流泵、分析泵,、半制備／制備泵,、超大規(guī)模工業(yè)制備泵、專用離子色譜泵,、超高壓恒流泵等專項(xiàng)技術(shù)研究,，建成全系列泵生產(chǎn)線，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代高壓恒流泵平臺(tái),。在自然界中,，80%的有機(jī)物都可以用液相色譜進(jìn)行分析和檢測，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥衛(wèi)生,、食品安全,、石油化工、生物,、環(huán)境監(jiān)測等多種領(lǐng)域,，高壓恒流泵是液相色譜和其他相關(guān)儀器的核心部件，是流體動(dòng)力的來源,，本項(xiàng)目擬攻克多向凸輪驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù),，開發(fā)研究出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能為國內(nèi)色譜及相關(guān)分析儀器廠家接受的高壓恒流泵,，與國外生產(chǎn)廠家相抗衡,，生產(chǎn)出全系列泵產(chǎn)品,，推動(dòng)我國液相色譜和其他相關(guān)分析儀器的全面發(fā)展。
目擬攻克多向凸輪驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù),，開發(fā)研究出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),，能為國內(nèi)色譜及相關(guān)分析儀器廠家接受的高壓恒流泵，與國外生產(chǎn)廠家相抗衡,。生產(chǎn)出全系列泵產(chǎn)品,，推動(dòng)我國液相色譜和其他相關(guān)分析儀器的全面發(fā)展。
二,、項(xiàng)目的意義和必要性
1. 高壓恒流泵的研究開發(fā)迎合了市場的迫切需求
高壓恒流泵的開發(fā)為液相色譜及相關(guān)分析儀器的市場帶來了新的開拓空間,。液相色譜一直具有非常廣泛的應(yīng)用范圍，隨著我國現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與分析技術(shù)的不斷改善,，液相色譜越來越廣泛地被用于醫(yī)藥,、食品安全、生命科學(xué),、環(huán)境保護(hù),、農(nóng)業(yè)分析以及一些新興科技行業(yè)。進(jìn)行高壓恒流泵的開發(fā),，實(shí)現(xiàn)泵的產(chǎn)業(yè)化,，不單是分析儀器行業(yè)發(fā)展需要，同時(shí)將填補(bǔ)我國該領(lǐng)域的空白,，適應(yīng)我國現(xiàn)代化科技發(fā)展的需要,，也為我國分析儀器追趕世界新潮流邁開新的一步，因此對(duì)其研究開發(fā)并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的意義是不言自明的,。目前我國液相色譜市場,，80%都是進(jìn)口儀器，國產(chǎn)泵的穩(wěn)定性已經(jīng)嚴(yán)重制約了國產(chǎn)儀器的市場占有率,，期望通過本項(xiàng)目的技術(shù)突破,，給國產(chǎn)儀器帶來新的開拓空間，另外現(xiàn)有儀器需要更新,，加上近幾年來新學(xué)科的發(fā)展也需要大量儀器,，因此高壓恒流泵具有廣泛的市場空間。
2. 提高了我國液相色譜及相關(guān)分析儀器的整體制造水平
目前國際上,，分析儀器領(lǐng)域高壓恒流泵核心技術(shù)被國外幾家大公司所壟斷,，各國其他廠家仍處在低水平重復(fù)階段，并無明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì),，如果我們能在一到兩年內(nèi)組織力量研究開發(fā)出具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓恒流泵,，并在2-3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，將使我國在高壓恒流泵技術(shù)的研發(fā)保持與國際領(lǐng)先的水平,。為充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的作用,，依靠科技進(jìn)步加快我國科學(xué)儀器事業(yè)的發(fā)展,，提升國產(chǎn)科學(xué)儀器的國際競爭力，增強(qiáng)科研自我裝備能力,，為我國科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐,。滿足市場廣大用戶的需求、擴(kuò)大市場占有率,。
三,、相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1. 高壓恒流泵國內(nèi)外現(xiàn)狀
自20世紀(jì)70年代 Waters推出首臺(tái)商品化高壓恒流泵以來，以其高壓特點(diǎn),，使液相色譜技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步,，目前，全球已有300, 000臺(tái)高壓恒流泵在使用,。Waters公司憑借她在高壓恒流泵上的突破,，使其成為液相色譜分析領(lǐng)域最優(yōu)秀公司。各企業(yè)效仿 Waters 公司成功經(jīng)驗(yàn),，在過去的30年中,，推出自己的高壓恒流泵產(chǎn)品時(shí)，Waters公司于2004年推出了全球首款超高壓恒流泵,，該泵的出臺(tái)標(biāo)志著超高壓液相色譜（UPLC) 的問世,，徹底改革了液相色譜，有效設(shè)定了“綠色”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),。隨后,，Agilent 公司緊追其后推出了1290 Infinity超高壓液色譜系統(tǒng),，其系統(tǒng)壓力能夠達(dá)到18000psi, PerkinElmer,、JASCO 也陸續(xù)推出了超高壓液相色譜，以上儀器共同特點(diǎn)是,，系統(tǒng)耐壓高,，死體積小，檢測速度快,，效率高,。
我國目前高壓恒流泵技術(shù)仍處在起步階段，在一定程度上制約了我們國產(chǎn)儀器向國際先進(jìn)儀器靠攏的步伐,，近幾年,，國家在基礎(chǔ)建設(shè)上加大了投資力度，期望推出自足創(chuàng)新的核心產(chǎn)品來,，但由于基礎(chǔ)薄弱,，相關(guān)專業(yè)人員稀少，加工能力匱乏,，在高壓恒流泵核心技術(shù)及加工工藝上無明顯突破,。
2. 高壓恒流泵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
產(chǎn)品的多元化 泵設(shè)計(jì)水平提升與制造技術(shù)優(yōu)化的有機(jī)結(jié)合 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化機(jī)電一體化的進(jìn)一步發(fā)展 新材料新工藝的加速利用
3. 市場需求
本課題的高壓恒流泵項(xiàng)目的市場定位,，基本涵蓋了市場上已有的液相色譜及相關(guān)分析儀器與之配套的高壓恒流泵，可以預(yù)測隨著技術(shù)的成熟,，產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)展,，價(jià)格的降低，產(chǎn)品將覆蓋整個(gè)應(yīng)用與高壓恒流泵領(lǐng)域,，其市場容量將非常大,。全球高壓恒流泵已達(dá)到300, 000多臺(tái)，且已每年已10%~15%增長速度遞增,，我國09年需求高壓恒流泵15000臺(tái)左右,，銷售額在4. 5億元左右。
四,、主要研究內(nèi)容,、技術(shù)工藝路線
1、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)
a,、多相位凸輪技術(shù)在高壓恒流泵中的應(yīng)用 研發(fā)具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多相凸輪技術(shù),，使高壓恒流泵輸液穩(wěn)定性、可靠性,、壽命上得到全面提升,，為高壓恒流泵躍居國際一流水平奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)凸輪泵均采用單相凸輪,。即凸輪軸每運(yùn)行一周系統(tǒng)完成一次供液過程,，該泵采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利－一多相凸輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，即凸輪軸每運(yùn)行一周系統(tǒng)完成n次供液（n≥2) , 其直接優(yōu)勢(shì)是：在高壓恒流泵流速相同條件下,，泵使用壽命是傳統(tǒng)泵的4~6倍,，且壓力脈動(dòng)是傳統(tǒng)泵的1/6~1/4倍；在壽命一致條件下,，高壓恒流泵輸液量是傳統(tǒng)泵的6~8倍,；由于多相凸輪技術(shù)在高壓恒流泵成功應(yīng)用，將使凸輪泵技術(shù)水平達(dá)到一個(gè)新的高度,。
b,、電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)
隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，閉環(huán)控制技術(shù)越來越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,，該泵才有最先進(jìn)的電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù),，將動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)壓力，通過壓力變化,，實(shí)時(shí)修正電機(jī)轉(zhuǎn)速,，以使系統(tǒng)壓力波動(dòng)值達(dá)到最小，保證了系統(tǒng)輸液穩(wěn)定性,。
c,、多點(diǎn)流速擬合技術(shù) 在現(xiàn)今科技高速發(fā)展時(shí)代,，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，本系統(tǒng)成功運(yùn)用計(jì)算動(dòng)態(tài)機(jī)仿真,、多點(diǎn)擬合技術(shù),，進(jìn)一步確保了高壓恒流泵流速范圍內(nèi)輸液準(zhǔn)確度。
2,、關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)路線
多相凸輪技術(shù) 多相凸輪泵結(jié)構(gòu)示意圖如下：眾所周知：阿基米德螺旋線,，可將一個(gè)物體的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)。為減小壓力脈動(dòng),，多相凸輪的所有吸液曲線和供液曲線均使用了阿基米德螺旋線,，從理論上講，脈動(dòng)為零,。設(shè)計(jì)凸輪可根據(jù)理想的每轉(zhuǎn)排量v和所選用的柱塞直徑D, 計(jì)算出理論升程或?qū)С蘎 R=v/π (D/2)2=4v/元D2公式1再根據(jù)設(shè)計(jì)需要將R做n （相位數(shù)）等分后就得到1/n等分的實(shí)際升程r,。
3、技術(shù)考核指標(biāo)
名稱 指標(biāo) 流量準(zhǔn)確度 0. 5% 流量重復(fù)性 0. 05%（國際最優(yōu)） 壓力波動(dòng) 0. 2% (國際最優(yōu)）泵耐壓 6000psi 流量范圍0. 1~100 ul/min, 0. 01~9. 999ml/min,0. 1~100. 0ml/min, 0. 5~250. 0ml/min,1~500ml/min, 10~1000ml/min
五,、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和預(yù)期成果
1,、經(jīng)濟(jì)效益分析
可以預(yù)測，2012年高壓恒流泵國內(nèi)市場將突破8億,。同時(shí)憑借其性價(jià)比優(yōu)勢(shì),，在國際上將會(huì)與國外產(chǎn)品形成正面競爭局勢(shì)，可以預(yù)測,，公司2012年產(chǎn)品銷售額將突破5000萬,，并隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，這個(gè)數(shù)額顯然還將不斷增加,。
國內(nèi)市場將突破8億,。同時(shí)憑借其性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，在國際上將會(huì)與國外產(chǎn)品形成正面競爭局勢(shì),，可以預(yù)測,，公司2012年產(chǎn)品銷售額將突破5000萬,，并隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,，這個(gè)數(shù)額顯然還將不斷增加。
2,、社會(huì)效益分析
液相色譜一直具有非常廣泛的應(yīng)用范圍,，隨著我國現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與分析技術(shù)的不斷改善，液相色譜越來越廣泛地被用于醫(yī)藥,、食品安全,、生命科學(xué)、環(huán)境保護(hù),、農(nóng)業(yè)分析以及一些新興科技行業(yè),。進(jìn)行高壓恒流泵的開發(fā),，實(shí)現(xiàn)泵的產(chǎn)業(yè)化，不單是分析儀器行業(yè)發(fā)展需要,，同時(shí)將填補(bǔ)我國該領(lǐng)域的空白,，適應(yīng)我國現(xiàn)代化科技發(fā)展的需要，也為我國分析儀器追趕世界新潮流邁開新的一步,。