Peristaltiline pump

Peristaltiline pump on vedelikke ja gaase doseeriv pump, mille abil saab liigutada erinevaid vedelikke või gaase. Peristaltilise pumba töö põhineb vedeliku ja gaasi edasitõukamisel järk-järgult kokkusurutavas voolikus^[1]. Peristaltilise pumba olulisim omadus on, et pumbatav vedelik ei puutu kokku pumba detailidega (välja arvatud voolik, milles pumbatav vedelik liigub). Olukorda võib võrrelda hambapasta doseerimisega – pasta surutakse tuubist välja, ilma et kasutaja käed (antud juhul aktuaatorid) sisuga kokku puutuks. See võimaldab pumbata selliseid aineid, mis oleks teist tüüpi pumpadele kahjulikud. Peristaltilise pumba nimi tuleneb sõnast peristalsis, mis tähendab radiaalselt sümmeetrilist kokkutõmbumist ja lõdvenemist musklilises torus.^[2] Selline nähtus ilmneb näiteks inimese seedetraktis.^[3]

Ajalugu

Peristaltilise pumba patenteeris Ameerika Ühendriikides Eugene Allen aastal 1881. Laiemasse kasutusse jõudis seda tüüpi pump aga alles 1932. aastal, kui selle kohandas kirurgilistele vajadustele vastavaks südamearst Michael E. DeBakey (1908–2008). Peristaltiline pump leidis kasutust südame-kopsu masinana avatud südameoperatsioonide puhul.^[4]

Tööpõhimõte

Peristaltilise pumba üldine tööpõhimõte on, et pumbatav vedelik liigub mööda painduvat ja kokkusurutavat voolikut pumba korpuses. Vedeliku edasi tõukamiseks võib kasutada nii rootorit, mis surub käppadega voolikut vastu korpuse siseseina, kui ka lineaarsete aktuaatorite süsteemi. Voolikus tekitatakse kinnisurutud osa; selle osa asukoha pideval liigutamisel surutakse edasi ka kahe kokkusurumiskoha vahele jäävat vedelikku. Kohas, kus kokusurumispunkt on üle liikunud, tekib aga vooliku elastsusest tingituna alarõhk ning see vooliku osa imetakse pumbatavat vedelikku või gaasi täis. Sellest tulenevalt ei vaja peristaltilised pumbad eelnevat täitmist.^[5]

Ehitus

Rotaarne peristaltiline pump

Rotaarne peristaltiline pump koosneb voolikust, mis on ühelt poolt vastu korpuse sisepinda, ning rootorist, mis liigub mööda voolikut, seda kokku surudes.

Lineaarne peristaltiline pump

Lineaarne peristaltiline pump koosneb lineaarsete aktuaatorite süsteemist, mis liigutavad mööda jäigal sirgel plaadil asuvat voolikut edasi punkti, kus vooliku sisepinnad kokkusurutud on. Aktuaatorite käitamiseks võib kasutada nukkvõlle või solenoide.

Kasutusalad

Peristaltilisi pumpasid kasutatakse reeglina steriilsete või ohtlike vedelike pumpamiseks oludes, kus ei ole soovitav kokkupuude pumba osade ja pumbatava aine vahel. See teeb peristaltilised pumbad sobivaks mikrobioloogia- ja meditsiinialastes rakendustes^[1].

Ehituslikud parameetrid

Lihtsamates rotaarsetes peristaltilistes pumpades kasutatakse klotse, mida lohistatakse mööda vooliku pinda. See tegevus aga kulutab voolikut ning nõuab pumba käitamiseks rohkem jõudu. Et vähendada kulumist ja käitamiseks vajalikku jõudu, kasutatakse klotside asemel veerevaid rullikuid.

Voolik kannatab vähem mehaanilise väsimuse all, kui rootoriga peristaltilise pumba rullikud, ja korpuse sisesein on suurema raadiusega, kuna voolikut painutatakse seeläbi vähem. Vooliku pikema kasutusea, suurema väljundrõhu ja parema imemisvõime huvides kasutatakse tänapäevastes peristaltilistes pumpades komposiitmaterjalidest voolikuid, kus soovitud omaduste saavutamiseks kasutatakse südamiku ümber mähitud tugevdavaid kihte.^[5]

Kuna lineaarsetel peristaltilistel pumpadel ei liigutata kokkupuutepinda vooliku suhtes märkimisväärselt, on seda tüüpi peristaltilised pumbad hõõrdumisest tingitud kulumisest vähem mõjutatud.

Eelised

Pumbatava vedeliku/gaasi eraldatus pumba mehhanismidest. Kuna vaid pumba voolik puutub pumbatava ainega kokku, on peristaltilise pumba puhastamine ja steriliseerimine lihtne.
Tihenditeta ehitus. Kuna peristaltilise pumbaga pumbatav vedelik ei välju voolikust, puudub ka vajadus tihendite järele. See tõstab töökindlust ja vähendab hooldusvajadust.^[5]
Madalad hoolduskulud. Ainus regulaarselt vahetamist vajav komponent on voolik, mille vahetamine tehakse pumpa välja töötades võimalikult lihtsaks.^[5] Puuduvad klapid, tihendid, simmerlingid jpt pumpade ehituses laialt levinud komponendid.
Isetäitumine. Peristaltilisi pumpasid ei pea eelnevalt töövedelikuga täitma, need suudavad tööruumi (vooliku) töötades ise täis imeda.^[5]
Võimalus töötada kuivalt. Peristaltilisi pumpasid ei kahjusta ilma pumbatava vedelikuta töötamine^[5] erinevalt näiteks impellerpumpadest^[6].
Suur imemisrõhk. Vooliku laienemisel tekkiv alarõhk on piisav, et imeda vett kuni 9,5 meetrit madalamalt.^[5]
Kõrge abrasioonikindlus. Pumba vooliku eluiga ei sõltu pumbatava aine abrasiivsetest omadustest, vaid vooliku mehaanilisest väsimisest või voolikus toimuda võivatest keemilistest reaktsioonidest. ^[5]
Vastupidavus pumbatavas vedelikus leiduvatele tahkistele. Koos abrasioonikindlusega võimaldab see omadus kasutada peristaltilisi pumpasid näiteks betooni pumpamisel.
Kasutatav mõlemat pidi. Kui peristaltilise pumba rootor/lineaarne aktuaator panna tööle teistpidi, s.o liigutada vooliku kokkusurutud ala teises suunas, muutub ka pumbatava vedeliku/gaasi pumpamise suund. See omadus on kasulik voolikute tühjendamisel ja ummistuste eemaldamisel.^[5]
Puudub tagasivool. Vooliku kokkusurutud osa ei lase pumbataval ainel pärast pumba seiskamist märkimisväärsel määral edasi voolata.^[5]

Puudused

Voolik vajab regulaarselt vahetamist. Pumba tähtsaim komponent, voolik, väsib kasutamise käigus mehaaniliselt ja keemiliselt. Vooliku eluea pikendamiseks kasutatakse näiteks pöörlevaid rullikuid libisevate klotside asemel.^[7]
Vooliku purunemine võib olla ootamatu. Eriti problemaatiline on see aspekt ohtlike ainete pumpamisel, sest vooliku purunemisel puutub pumba sisemus pumbatava ainega kokku ning võib kahjustada saada. Oht laieneb ka pumba kasutajale ja ümbritsevatele seadmetele. Seepärast on mitmel pumbal tihendatud korpus, mis vooliku purunemise korral ei lase pumbataval ainel välja voolata.^[8]
Pumba väljundrõhk on ajas pulseeriv, eriti madalatel töökiirustel.
Väike täpsus. Kuna peristaltilise pumba voolik peab olema veniv ja painduv, ei pruugi iga töötsükli ruumala alati vooliku ristläbilõikepindala muutumise tõttu täpselt sama olla. Oluline aspekt rakendustes, mis eeldavad suurt täpsust, näiteks bioloogiliste preparaatide doseerimine.
Madal pumpamiskiirus. Oluline näiteks betooni pumpamisel, kus on vaja liigutada kiiresti suurt ruumala betooni.
Kõrge hind. Täppispumpade seas on peristaltilised pumbad ühed kallimatest.