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液相色譜高壓凸輪泵發(fā)明創(chuàng)造專利
一、項目概要
以市場為目標、產(chǎn)業(yè)化為途徑，運用科學的管理體系，研制開發(fā)系列高壓恒流泵；同時開展微流控、超高壓密封、多向凸輪驅(qū)動、壓力閉環(huán)自動控制等技術的研究，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技術研究，建成全系列泵生產(chǎn)線，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代高壓恒流泵平臺。在自然界中，80%的有機物都可以用液相色譜進行分析和檢測，廣泛應用于醫(yī)藥衛(wèi)生、食品安全、石油化工、生物、環(huán)境監(jiān)測等多種領域，高壓恒流泵是液相色譜和其他相關儀器的核心部件，是流體動力的來源，本項目擬攻克多向凸輪驅(qū)動關鍵技術，開發(fā)研究出具有自主知識產(chǎn)權(quán)，能為國內(nèi)色譜及相關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，推動我國液相色譜和其他相關分析儀器的全面發(fā)展。
目擬攻克多向凸輪驅(qū)動關鍵技術，開發(fā)研究出具有自主知識產(chǎn)權(quán)，能為國內(nèi)色譜及相關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，推動我國液相色譜和其他相關分析儀器的全面發(fā)展。
二、項目的意義和必要性
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用范圍，隨著我國現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與分析技術的不斷改善，液相色譜越來越廣泛地被用于醫(yī)藥、食品安全、生命科學、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)分析以及一些新興科技行業(yè)。進行高壓恒流泵的開發(fā)，實現(xiàn)泵的產(chǎn)業(yè)化，不單是分析儀器行業(yè)發(fā)展需要，同時將填補我國該領域的空白，適應我國現(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，因此對其研究開發(fā)并進行產(chǎn)業(yè)化的意義是不言自明的。目前我國液相色譜市場，80%都是進口儀器，國產(chǎn)泵的穩(wěn)定性已經(jīng)嚴重制約了國產(chǎn)儀器的市場占有率，期望通過本項目的技術突破，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分析儀器的整體制造水平
目前國際上，分析儀器領域高壓恒流泵核心技術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階段，并無明顯技術優(yōu)勢，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產(chǎn)權(quán)的高壓恒流泵，并在2-3年內(nèi)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，將使我國在高壓恒流泵技術的研發(fā)保持與國際領先的水平。為充分發(fā)揮科學技術是第一生產(chǎn)力的作用，依靠科技進步加快我國科學儀器事業(yè)的發(fā)展，提升國產(chǎn)科學儀器的國際競爭力，增強科研自我裝備能力，為我國科技和經(jīng)濟發(fā)展提供強有力的支撐。滿足市場廣大用戶的需求、擴大市場占有率。
三、相關領域國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1. 高壓恒流泵國內(nèi)外現(xiàn)狀
自20世紀70年代 Waters推出首臺商品化高壓恒流泵以來，以其高壓特點，使液相色譜技術向前邁進了一大步，目前，全球已有300, 000臺高壓恒流泵在使用。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域最優(yōu)秀公司。各企業(yè)效仿 Waters 公司成功經(jīng)驗，在過去的30年中，推出自己的高壓恒流泵產(chǎn)品時，Waters公司于2004年推出了全球首款超高壓恒流泵，該泵的出臺標志著超高壓液相色譜（UPLC) 的問世，徹底改革了液相色譜，有效設定了“綠色”實驗系統(tǒng)的標準。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)儀器向國際先進儀器靠攏的步伐，近幾年，國家在基礎建設上加大了投資力度，期望推出自足創(chuàng)新的核心產(chǎn)品來，但由于基礎薄弱，相關專業(yè)人員稀少，加工能力匱乏，在高壓恒流泵核心技術及加工工藝上無明顯突破。
2. 高壓恒流泵技術發(fā)展趨勢
產(chǎn)品的多元化 泵設計水平提升與制造技術優(yōu)化的有機結(jié)合 產(chǎn)品的標準化與模塊化機電一體化的進一步發(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目的市場定位，基本涵蓋了市場上已有的液相色譜及相關分析儀器與之配套的高壓恒流泵，可以預測隨著技術的成熟，產(chǎn)業(yè)化的進展，價格的降低，產(chǎn)品將覆蓋整個應用與高壓恒流泵領域，其市場容量將非常大。全球高壓恒流泵已達到300, 000多臺，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臺左右，銷售額在4. 5億元左右。
四、主要研究內(nèi)容、技術工藝路線
1、關鍵技術和創(chuàng)新點
a、多相位凸輪技術在高壓恒流泵中的應用 研發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的多相凸輪技術，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。傳統(tǒng)凸輪泵均采用單相凸輪。即凸輪軸每運行一周系統(tǒng)完成一次供液過程，該泵采用自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)明專利－一多相凸輪驅(qū)動技術，即凸輪軸每運行一周系統(tǒng)完成n次供液（n≥2) , 其直接優(yōu)勢是：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；由于多相凸輪技術在高壓恒流泵成功應用，將使凸輪泵技術水平達到一個新的高度。
b、電機閉環(huán)控制技術
隨著自動控制技術的不斷發(fā)展，閉環(huán)控制技術越來越多的應用到各個領域，該泵才有最先進的電機閉環(huán)控制技術，將動態(tài)采集系統(tǒng)壓力，通過壓力變化，實時修正電機轉(zhuǎn)速，以使系統(tǒng)壓力波動值達到最小，保證了系統(tǒng)輸液穩(wěn)定性。
c、多點流速擬合技術 在現(xiàn)今科技高速發(fā)展時代，計算機仿真技術得到了廣泛應用，本系統(tǒng)成功運用計算動態(tài)機仿真、多點擬合技術，進一步確保了高壓恒流泵流速范圍內(nèi)輸液準確度。
2、關鍵技術內(nèi)容及技術路線
多相凸輪技術 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，可將一個物體的圓周運動轉(zhuǎn)換成另一個物體的勻速直線運動。為減小壓力脈動，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，脈動為零。設計凸輪可根據(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)設計需要將R做n （相位數(shù)）等分后就得到1/n等分的實際升程r。
3、技術考核指標
名稱 指標 流量準確度 0. 5% 流量重復性 0. 05%（國際最優(yōu)） 壓力波動 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、知識產(chǎn)權(quán)和預期成果
1、經(jīng)濟效益分析
可以預測，2012年高壓恒流泵國內(nèi)市場將突破8億。同時憑借其性價比優(yōu)勢，在國際上將會與國外產(chǎn)品形成正面競爭局勢，可以預測，公司2012年產(chǎn)品銷售額將突破5000萬，并隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這個數(shù)額顯然還將不斷增加。
國內(nèi)市場將突破8億。同時憑借其性價比優(yōu)勢，在國際上將會與國外產(chǎn)品形成正面競爭局勢，可以預測，公司2012年產(chǎn)品銷售額將突破5000萬，并隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，這個數(shù)額顯然還將不斷增加。
2、社會效益分析
液相色譜一直具有非常廣泛的應用范圍，隨著我國現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展與分析技術的不斷改善，液相色譜越來越廣泛地被用于醫(yī)藥、食品安全、生命科學、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)分析以及一些新興科技行業(yè)。進行高壓恒流泵的開發(fā)，實現(xiàn)泵的產(chǎn)業(yè)化，不單是分析儀器行業(yè)發(fā)展需要，同時將填補我國該領域的空白，適應我國現(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。