CN101328879B - 一种阀-振子一体有阀压电泵 - Google Patents
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Abstract
一种阀-振子一体有阀压电泵属于流体机械领域。有阀压电泵工作效率较无阀压电泵高，但结构较无阀压泵复杂，需要在泵腔上有足够的空间以装配两只至少一只控制液体流向的阀门。本发明特征在于：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；压电振子由中间带通孔的金属片，环形压电陶瓷片和阀门组合而成；环形压电陶瓷片与金属片同轴粘接，阀门同轴安装在金属片与环形压电陶瓷片相对的另一侧；或者阀门与环形压电陶瓷片同侧安装，阀门安装在压电陶瓷片的孔中。本发明结构简单，可大幅度缩小泵腔体积，提高泵流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种阀-振子一体有阀压电泵，属于流体机械领域。
背景技术
用于液体输送泵主要可分类为：容积式泵与回转式泵。目前，压电泵大多属于容积式泵。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又分类为：有阀压电泵与无阀压电泵。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，需要装配两只至少一只控制液体流向的阀门，泵腔需要为阀的安装提供空间，因此泵腔和泵体不易减小。图1为一种典型的有阀压电泵。
无阀压电泵因为省去了作复杂的动作阀体，使得压电泵结构更加简单，加工制作容易。无阀压电泵的压电振子的支撑大多是采用金属基板被周边固定的模式，其中典型的一种是锥形流管无阀压电泵，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。图2为典型的锥形流管无阀压电泵。它采用了一对倒置的锥形流管，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。
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两只至少一只阀门的有阀压电泵，以克服上述有阀压电泵泵腔体积不易减小的缺陷，并可大幅度提高泵流量的一种阀-振子一体有阀压电泵。
本发明提供的一种阀-振子一体有阀压电泵，如图3所示，压电振子(8)与泵腔固联，其特征在于：压电振子8自身带有阀门3，能够依靠泵腔内外的压力变化而开启和关闭；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，由中间带通孔的金属片1，环形压电陶瓷片2和阀门3如图5所示组合而成；环形压电陶瓷片2与金属片1同轴粘接；阀门3为一片板材冲裁出切口而制成，切口不连通，它将阀门3分为运动和静止两部分，运动部分为切口包容的部分，其它部分为静止部分。静止部分与金属片1粘接，运动部分封闭住金属片1中间的通孔，它能根据通过孔而作用在其上的压力大小和方向而开启或关闭。从而形成阀门。这两部分在切口两端相联接，联接部分刚度很低，以保证阀门运动部分在压力作用下能够顺利开启和关闭。
阀门3同轴安装在金属片1与环形压电陶瓷片2相对的另一侧，如果环形压电陶瓷片2中部的孔足够大，阀门3也可以与环形压电陶瓷片2同侧安装，安装在环形压电陶瓷片2的孔中。这时，阀门3控制流体的流向与上述安装方法相反。
压电振子8还可以有另一种结构，如图6所示，孔板金属片9与制成环形的环形阀门10，圆形压电振子11同轴装配。孔板金属片9上分布有孔，环形阀门10为在一环形的板材上用冲裁的方式冲出若干个切口，切口将阀门分为运动部分和静止部分。切口包容的部分为运动部分，其余为静止部分。静止部分与孔板金属片9粘接，运动部分封闭住孔板金属片9上的孔，它能根据通过孔而作用在其上的流体压力的大小和方向而开启和关闭，从而形成阀门。圆形压电振子11装配在环形阀门10的环内。孔板金属片9，环形阀门10如图7a所示。
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，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，泵腔内部压力降低，当内部压力低于外部压力时，由于结构设计的特点，右侧压电振子上的阀门打开，而左侧压电振子上的阀门关闭，随着腔内压力的降低和右侧阀门的开启，外部液体从泵的右侧流入泵腔；随着交流电压的变化，两个压电振子开始向相反方向变形，泵进入了排程半周期，如图9所示，在排程中，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，腔内的压力增高，当内部压力高于外部压力时，由于结构设计的特点，左侧压电振子上的阀门打开，而右侧压电振子上的阀门关闭，随着泵腔内压力的增高和左侧阀门的开启，泵腔内的液体从泵腔内向泵的左侧流出；在交流电压的作用下，以上吸程和排程交替出现，泵将液体从泵的右侧输送到了泵的左侧。
本发明中使用了新型压电振子，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个阀门，又在相同体积的泵腔中安装了两个压电振子，工作效率大幅度提高，从而使该泵拥有更加广阔的实际应用前景。
附图说明
图1有阀压电泵示意图；
图2锥形流管无阀压电泵示意图；
图3本发明一种阀-振子一体有阀压电泵结构图；
图4(a)压电振子主视图；图4(b)压电振子左视图；
图5(a)阀门3；图5(b)环形压电陶瓷片2；图5(c)金属片1；
图6(a)压电振子8的另一种结构主视图；图6(b)压电振子8另一种结构左视图；
图7(a)环形阀门10；图7(b)孔板金属片9；
图8本发明一种阀-振子一体有阀压电泵吸程工作原理图；
图9本发明一种阀-振子一体有阀压电泵排程工作原理图。
图中：1、金属片，2、环形压电陶瓷片，3，阀门，4、螺栓，5、泵盖，6、泵体，7、密封垫圈，8、压电振子，9、孔板金属片，10、环形阀门，11、圆形压电振子。
具体实施方式
本发明的具体实施方式参见图3～5，两个泵盖5通过密封垫圈7和六个螺栓4将压电振子8固定在泵体6中，压电振子8中的环形金属片1为0.1mm厚，外径30mm，内径4mm的黄铜片，环形压电陶瓷片2外径20mm，内径5mm；阀门3为0.2mm的橡胶片制成。
本实施中两压电振子接入相位相反的220V，50Hz交流电压，驱动压电泵的工作。泵的流量达到650mL/min。
Claims (1)
1.一种阀-振子一体有阀压电泵，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；压电振子(8)由中间带通孔的金属片(1)，环形压电陶瓷片(2)和阀门(3)组合而成；
环形压电陶瓷片(2)与金属片(1)同轴粘接，阀门(3)为一片板材冲裁出不连通的切口而制成，切口将阀门(3)分为运动和静止两部分，运动部分为切口包容的部分，其它部分为静止部分；静止部分与金属片(1)粘接，运动部分封闭住金属片(1)中间的通孔；
阀门(3)同轴安装在金属片(1)与环形压电陶瓷片(2)相对的另一侧；或者阀门(3)与环形压电陶瓷片(2)同侧安装，阀门(3)安装在压电陶瓷片(2)中部的孔中；
或者压电振子(8)由孔板金属片(9)、环形阀门(10)、圆形压电振子(11)同轴装配；环形阀门(10)为在一环形的板材上用冲裁的方式冲裁出若干个不连通的切口，切口将阀门分为运动部分和静止部分，切口包容的部分为运动部分，其余为静止部分；静止部分与孔板金属片(9)粘接；孔板金属片(9)上分布有孔，环形阀门(10)的运动部分覆盖住孔板金属片(9)的孔；圆形压电振子(11)装配在环形阀门(10)的环内。
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