多相位凸轮
同济仪器一液相色谱高压凸轮泵发明创造专利
一、项目概要
以市场为目标、产业化为途径，运用科学的管理体系，研制开发系列高压恒流泵【bèng】；同时开展微流控、超高压密封、多向【xiàng】凸轮驱动、压力闭环自动控制等技术的研究，以满足国内不断增长的需求。
展开微流高压恒流泵、分析泵、半制备／制备泵、超大规模工业制备泵、专用离子色谱泵、超高压恒流泵等专项技术研究，建成全系列泵生产线，形成具有自主知识产权的新一代高压恒流泵平台。在自然界中，80%的有机物都可以用【yòng】液相色谱进行分【fèn】析和检测，广泛应用于医药卫生、食品安全、石油化工、生物、环境监测等多种领域，高压恒流泵是液相色谱和其他相关仪器的核心部件，是流体动力的来源，本项目拟【nǐ】攻克多向凸轮驱动关键技术，开【kāi】发研究出具有自主知识产权，能为国内色谱及相关分析仪器厂家接受的高压恒流泵，与国外生产厂家相抗衡，生产出全系列泵产品，推动我国液相色谱和其他相关分析仪器的全面发展。
目拟攻克多向凸轮驱动关键技术，开发研究出具有自主知识产权，能为国内色谱及相关分析仪器厂家接受【shòu】的高压恒流泵，与国外生产厂家相抗衡。生产出全系列泵产品，推动我国液相色谱和其他相关分析仪器的全面发展。
二、项目的意义和必要性
1. 高压恒流泵的研究开发迎合了市场的迫切需求
高压恒流泵【bèng】的开发为液相色谱及相关分析仪器的市场带来了新的开拓空间。液相色谱一直具有非常广泛的应用范围，随着我国现代科【kē】技的不断发展与分析技术的不断改善，液相色谱越来越广泛地被用于医药、食品安全、生命科学、环境保护、农业分析以及一些新兴科技行业。进行高压恒流泵的开发，实现泵的产业化，不单是分析仪器行业发展需要，同时将填补我国该领域的空【kōng】白【bái】，适应我国【guó】现代【dài】化科技发展的需要，也为我国分析仪器追赶世界新潮流迈开新的一步，因此对其研究开发【fā】并进行产业化的意义是不言自明的。目前我国液相色谱市场，80%都是进口仪器，国产泵的稳定性已经严重制约了国产仪器的市场占有率，期望通过本项目的技术突破，给国产仪器带来新的开拓空间，另外现有仪器需要更新，加上近几年来新学科的发展也需要大量仪器，因此高压恒流泵具有广泛的市场空间。
2. 提高了我国液相色谱及相关分析仪器的整体制造水平
目前国际上，分析仪器领域高压恒流泵核心技术被国外几家【jiā】大公司所垄断【duàn】，各国其他厂家仍处在低水平重复阶段，并无明显技术优势，如果我们能在一到两年内组织力量研究开发出具有我国自主知识产权的高压恒流泵，并在12-17年内实现批量生产，将使我国在高压恒流泵技术的研发保持与国际领先的水【shuǐ】平。为充分发挥科学技术是第一生产力的作用，依靠科技进步加快我国科学仪器事业的发展，提升国产科学仪器的国际竞争力，增【zēng】强科研自我装备能力，为我国科技和经济发展提供强有力的支撑。满足市场广大用户的需求、扩大市场占有率。
三、相关领域国内外现状及发展趋势
1. 高压恒流泵国内外现状
自20世纪70年代 Waters推出首台商品化高压恒流泵以来，以其高压特点，使液相色谱技术向前迈进了一大步，目前【qián】，全球已有300, 000台高压恒流泵在使用。Waters公司凭借她在高压恒流泵【bèng】上的突破，使其成为液相色谱分析领域最优秀公司。各企业效仿 Waters 公司成功经验，在过去的30年中，推出自己的高压恒流泵产【chǎn】品时，Waters公司于2004年推出了全球首款超高压恒流泵，该泵的出台标志着超高压液相色谱（UPLC) 的问世，彻底改革了液相色谱，有效设定了“绿色”实验系统的标准【zhǔn】。随后，Agilent 公【gōng】司紧追其后推出了1290 Infinity超高压液色谱系统，其系统压力能够达到18000psi, PerkinElmer、JASCO 也陆续推出了超高压液相色谱，以上仪器共同特点是，系统耐压高，死体积小，检测速度快，效率高。
我国目前高压恒流泵【bèng】技术仍处在起步阶段，在一定程度上制约了我们国产仪器向国际先【xiān】进仪器靠拢的步伐，近几年，国家在基础建设上加大了投资力度，期望推出自足创新的核心产品来，但由于基础薄弱【ruò】，相关专业人员稀少，加工能力匮乏，在高压恒流泵核心技术及加工工艺上无明显突破。
2. 高压恒流泵技术发展趋势
产品的多元化 泵设计水平提升与制造技术优化的有机结合 产品的标准化与模块化机电【diàn】一体化的进一步发展 新材料新工艺【yì】的加速利用
3. 市场需求
本课题的高压恒流泵项目的市场定位，基本涵盖了市场上已有的液相【xiàng】色谱及相关分析【xī】仪器与之配套的高压恒流泵，可以预测随着技术的成熟，产业【yè】化的进展【zhǎn】，价格的降低，产品将覆盖整个应用与高压恒流泵领域，其市场容量将非常大。全球高压恒流泵已达到300, 000多台，且已每年已10%~15%增长速度递增，我国09年需求高压恒流泵15000台左右，销售额在4. 5亿元左右。
四、主要研究内容、技术工艺路线
1、关键技术和创新点
a、多相位凸轮技术在高压恒流泵中的应用 研发具有我国自主知识产权的多相凸轮技术，使高压恒流【liú】泵输液稳定性、可靠性、寿命上得【dé】到全面提升，为高压恒流泵跃居国际一流水平奠定了基础。传统凸轮泵均采用单相凸轮。即凸轮轴每运行一周系统完成一【yī】次供液过程，该泵采用自主知识产权的发明专利－一多相凸轮驱动技术，即凸轮轴每运行一周系统完成n次供液（n≥2) , 其直接优势是：在高压恒流泵流速相同条件下，泵使用寿命是传统泵的4~6倍，且压力脉动是传统泵的1/6~1/4倍；在寿命一致条件下，高压恒流泵输液量是传统泵的6~8倍；由于多相凸轮技术在高压恒流泵成功应用，将使凸轮泵技术水平达到一个新的高度。
b、电机闭环控制技术
随着自动控制技术的不断发展，闭环控制技术越来越多的应【yīng】用到各个领域，该泵才有最先进的电机闭环控制技术，将动态采集系统压力，通过压力变化，实时修正电机转速，以使系【xì】统压力波动值【zhí】达到最小，保证了系统输液稳定性。
c、多点流速拟合技术 在现今科技高速发展时代，计算机仿真技术得到了广泛应用，本系统成功运用计算动态机仿真、多点拟合技术，进一步确保了高压恒流泵流速范围内输液准确度。
2、关键技术内容及技术路线
多相凸轮技术 多相凸轮泵结构示意图如下：众所周知：阿基米德螺旋线，可将一个物体的圆周运动转换成另一个物体的匀速直线运动。为减小压力脉动，多相凸轮的所有【yǒu】吸液曲线和供液曲线均使用了阿基米德螺旋线，从【cóng】理论上讲，脉动为零。设计凸轮可根据理想的每转排【pái】量v和所选用的柱塞直径D, 计算出理论升程或导程R R=v/π (D/2)2=4v/元D2公式1再根据设计需要将R做n （相位数）等分后就得到1/n等分的【de】实际升程r。
3、技术考核指标
名称 指标 流量准确度 0. 5% 流量重复性 0. 05%（国际最优） 压力波动 0. 2% (国际最优）泵耐压 6000psi 流量范围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、知识产权和预期成果
1、经济效益分析
可以预测，2012年高压恒流泵国【guó】内市场将突破8亿。同时凭借其性价比优势，在国际上将会与国外产品形成正面竞争局势，可以预测，公司2012年产品销售额将突破5000万，并随着我国【guó】经济的不断发展，这个数额显然还将不断增加。
国内【nèi】市场将突破8亿。同时凭借其性价比优势，在国际上将会与国外产品形成正面竞争局势，可以预测，公司2012年产品销售【shòu】额将突破5000万，并随着我国经济的不断发展，这个数额显然还将不断增加。
2、社会效益分析
液相色谱一直具有非常广泛【fàn】的应用范围，随着我国现代科技的不断发展与分析技术的不断改善，液相色谱越来越广泛地被用于医药、食品安全、生命科学、环境保护、农业分【fèn】析以及一些新兴科技行业。进行高压恒流泵的【de】开发，实现泵的产业化，不单是分析仪器行业发展需要，同时将填补我国该领域的【de】空白，适应我国现代化科技发展的需要，也为我国分析仪器追赶世界新潮流迈开新的一步。