CN101285459B - 一种有阀压电泵 - Google Patents

Abstract

一种有阀压电泵属于流体机械领域。有阀压电泵工作效率较高，但结构较无阀压泵复杂，且泵的工作频率不可能提得很高。本发明特征：两个压电振子(8)沿流体流向同向安装于泵的吸入口与排出口上；所述压电振子由中部带孔的孔板金属片，环形压电陶瓷片和主动阀门组合而成；环形压电陶瓷片与孔板金属片同轴粘接；主动阀门为辐射状金属片与一辐射状压电陶瓷片粘接而成；金属片同轴安装在与孔板金属片在中心处联接，联接的部分为静止部分，其余部分为运动部分，运动部分盖住孔板金属片上的孔。本发明结构简单，服上述无阀压电泵效率低和有阀压电泵泵阀滞后、泵腔不易减小的缺陷，并可大幅度提高泵流量的有阀压电泵。

Description

一种有阀压电泵

技术领域

本发明涉及一种新型有阀压电泵，属于流体机械领域。

背景技术

压电泵因其机电转换效率高，无化学及电磁污染，故在医疗、卫生、保健等领域有广阔的应用前景。根据泵阀的有无将压电泵分为有阀压电泵和无阀压电泵。

无阀压电泵因没有作复杂的动作阀体，使得压电泵结构简单，容易加工制作和小型、微型化。由于其没有阀门，依靠形状特殊的泵腔或流管结构在宏观上控制液体单向流动。典型无阀压电泵是锥形流管无阀压电泵，如图1所示。它采用了一对至少一只倒置的锥形流管，由于液体从大端口流向小端口时的流动阻力与从小端口流向大端口的阻力不同，在泵周期性的吸程、排程过程中产生流量差，从而在宏观上表现为单向流动。由无阀压泵的工作原理可知，其工作效率较有阀压电泵低得多。

有阀压电泵依靠阀门控制液体的流动方向，当泵工作在吸程半周期时，吸入阀开启，排出阀关闭；当泵工作在排程半周期时，吸入阀关闭，排出阀开启。液体基本没有回流，工作效率较高，但结构较无阀压泵复杂，需要在泵体上装配两个控制液体流向的阀门，目前，装配在压电泵中的这两个阀门绝大多数都是随动的，当泵腔内的压力低于外界压力时，在外界压力作用下，吸入阀打开，而排出阀则在外界压力下关闭，泵进入吸程半周期；当泵腔内压力高于外界压力时，吸入阀在泵腔压力的作用下关闭，而排出阀则在泵腔压力的作用下开启。有阀压电泵通常依靠提高泵的工作频率来提高泵的流量，但受泵阀运动部件惯性的限制，泵的工作频率不可能提得很高，因此，泵的工作能力受到了限制。图2为一种典型的有阀压电泵。为提高泵阀的响应频率，目前，已有静电激励阀、磁激励阀等结构。但这些阀仍需要泵腔为其提供空间及安装位置，使泵的结构不能进一步减小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，不需要在泵腔上装配阀门的主动阀压电泵，以克服上述无阀压电泵效率低和有阀压电泵泵阀滞后、压电振子频率不可能提得很高、泵腔及泵体不易减小的缺陷，并可大幅度提高泵流量的有阀压电泵。

本发明提供了一种有阀压电泵，如图3所示，压电振子8由于自身带有主动阀门11，阀门能够在控制电压的作用下，按照吸程与排程的节拍开启和关闭；两个这样的压电振子8沿流体流向同向安装于泵的吸入口与排出口上；

压电振子8的结构如图4所示，由孔板金属片1，环形压电陶瓷片2和主动阀门11组合而成；孔板金属片1和环形压电陶瓷片I 2如图5a和图5b所示，孔板金属片1中部分部的孔的形状与个数可根据情况不同而不同；环形压电陶瓷片2与孔板金属片1同轴粘接；主动阀门11为金属片3与一压电陶瓷片5粘接而成，如图6所示，金属片3上可冲裁出槽，制成辐射状，同时，压电陶瓷片5也制成辐射状；金属片3同轴安装在孔板金属片1上与环形压电陶瓷片2相对的另一侧，辐射状的金属片3与孔板金属片1在中心处联接，联接的部分为静止部分，其余部分为运动部分，运动部分盖住孔板金属片1上的孔。

主动阀11制成辐射状是为了降低刚度，增大阀的开启量，减小液体流动阻力；如果不过多考虑减小液体流动阻力，主动阀11也可采用另一种比较简洁的结构，如图7所示，由一环形金属片12与一环形压电陶瓷片II 13粘接而成。

图8为该泵的吸程工作原理图。对泵中的两个压电振子施加相位相反的交流电压，左右两个压电振子上的主动阀也同时被施加交流电压，在交流电压的作用下，压电振子作周期性往复翘曲变形。在吸程半周期中，由于两个压电振子上的电压相反，左侧压电振子向左侧变形，右侧压电振子向右侧变形，泵腔的容积增大，与此同时，对左侧压电振子上主动阀施加与左侧压电振子相位相反的电压，使其翘曲方向与左侧压电振子相反；对右侧压电振子上的主动阀施加与右侧压电振子相位相同的电压，使之与右侧压电振子的翘曲方向相同。则左侧压电振子上的主动阀门打开，右侧压电振子上的主动阀门关闭。随着泵腔容积增大和腔内压力的降低，腔外的液体从左侧开启的阀门中进入泵腔。图9所示为泵的排程半周期，在电压的作用下左侧压电振子向右侧变形，右侧压电振子向左侧变形，泵腔的容积变小，此时，对左侧压电振子上的主动阀门施加与压电振子相位相同的电压，使得左侧的阀门产生与左侧压电振子方向相同的变形，而右侧阀门施加与压电振子相位相反的电压，产生与右侧压电振子相反的变形，则左侧阀门关闭，右侧阀门开启，随着泵腔体积的减少，液体被排出泵腔的右侧。从而使液体产生单一方向流动，在交流电作用下，以上过程反复交替出现，实现了泵的效果。

本发明中开发设计了新型压电振子，使有阀压电泵既省却了传统压电泵中泵体上必须安装的两只阀门，使泵腔可以进一步减小，又在相同体积的泵腔中使用了两个压电振子，工作效率大幅度提高，并且由于安装在压电振子上的主动阀门能够随着压电振子工作频率的变化而变化，不再会出现传统泵阀中会出现的滞后现象，不再会出现因泵阀滞后而影响泵的工作效率的问题，从而使该泵拥有更加广阔的实际应用前景。

附图说明

图1锥形流管无阀压电泵示意图。

图2有阀压电泵示意图。

图3本发明的有阀压电泵结构图。

图4(a)压电振子主视图。

图4(b)压电振子左视图

图5(a)孔板金属片(1)；图5(b)环形压电陶瓷片I(2)。

图6(a)主动阀门结构；图6(b)金属片(3)；图6(c)压电陶瓷片(5)。

图7(a)简洁形式的主动阀门(11)；图7(b)环形金属片(12)；图7(c)环形压电陶瓷片II(13)。

图8本发明的有阀压电泵吸程工作原理图。

图9本发明的有阀压电泵排程工作原理图。

图中：1、孔板金属片，2、环形压电陶瓷片I，3，金属片，4、铆钉，5、压电陶瓷片，6、泵体，7、密封垫圈，8、压电振子，9、螺钉，10、泵盖，11、主动阀门，12、环形金属片，13、环形压电陶瓷片II。

具体实施方式

本发明的具体实施方式参见图3～8，两个泵盖10通过密封垫圈和六个螺钉9将压电振子8固定在泵体6中，压电振子8中的孔板金属片1为0.1mm厚，外径30mm，的黄铜片，上有10个孔；环形压电陶瓷片2外径20mm，内径8mm；主动阀门11采用以上所介绍的简洁结构，环形金属片12外径12mm。主动阀门11通过铆钉4与孔板金属片1联接。

本实施中两压电振子接入相位相反的220V交流电压，主动阀接220V电压，该泵可在120Hz的频率下工作，流量达1.5L/min。

Claims (1)

1.一种有阀压电泵，压电振子(8)与泵腔固联，其特征在于：两个压电振子(8)沿流体流向同向安装于泵的吸入口与排出口上；所述压电振子(8)的结构，由中部带孔的孔板金属片(1)，环形压电陶瓷片(2)和主动阀门(11)组合而成；

环形压电陶瓷片(2)与孔板金属片(1)同轴粘接；主动阀门(11)为辐射状金属片(3)与一辐射状压电陶瓷片(5)粘接而成；辐射状的金属片(3)同轴安装在孔板金属片(1)上与环形压电陶瓷片(2)相对的另一侧，辐射状的金属片(3)与孔板金属片(1)在中心处联接，联接的部分为静止部分，其余部分为运动部分，运动部分盖住孔板金属片(1)上的孔。

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