CN101397988A - 一种连续流微泵 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种连续流微泵，该泵具有泵体(1)，泵体(1)上部有第一分流隔板(31)和第二分流隔板(32)，该二隔板之间形成出口(11)；泵体(1)下部为合成双射流激励机构(2)，与上述二隔板之间形成入口(12)。其振动膜(21)将泵体(1)内腔隔离成第一腔体(22)和第二腔体(23)。泵体(1)的上、下部分之间具有导流挡板(4)。该泵通过合成双射流激励机构(2)将泵体两侧流体经入口(12)吸入，经出口(11)排出。本发明解决了往复式微泵流体连续稳定传输难以及连续流微泵流量小的问题，且具有结构简单、成本低、容易和其它微控制元件集成的特点，适应于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于流体传输的泵，尤其是一种利用合成双射流激励机构驱动的连续流微泵。
背景技术
自从美国斯坦福大学的Smits和Wallmark两位教授于1980年首次研制成功一种压电驱动的蠕动式微机械泵以来，微泵就一直是MEMS(微机电系统)研究的热点。目前，微泵已在航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械等领域里得到成功应用。微泵的广泛应用、其巨大的研究价值，使之在当前的微执行器研究中占有重要地位，它的发展水平已被认为是MEMS技术发展的一个重要标志。
微泵按其泵流特征可分为两大类：往复式微泵和连续流微泵。往复式微泵是利用机械部件振动来驱动流体，如压力驱动微泵；连续流微泵主要是基于非机械式能量直接转化为流体连续流动，如电水力驱动、电渗驱动、热驱动微泵等。连续流微泵由于无机械往复运动部件，因此结构简单，可以实现流体的连续稳定传输，但是连续流微泵泵流流量小、工作性能也极大地受流体性能的影响，只适合很少的一部分流体，且很难实现气体的传输。往复式微泵如压力驱动微泵，利用机械部件振动引起的压强梯度来驱动流体传输，其工作原理简单，泵流流量大，适用范围广，是目前微泵应用和研究的重点。但是，往复式微泵由于是利用机械部件振动来驱动流体，很难实现流体的连续稳定传输，这是往复式微泵最大的工作缺陷，如应用于气流式惯性器件中的压电射流泵，其射流信号的连续稳定直接影响压电射流角速度传感器的性能。
现有技术中往复式微泵和连续流微泵存在的不足就在于：
1、往复式微泵由于是利用机械部件振动来驱动流体，很难实现流体的连续稳定传输，这是往复式微泵最大的工作缺陷。
2、连续流微泵主要是基于非机械式能量直接转化为流体连续流动，流量小，其工作性能极大地受流体性能的影响，只适合很少的一部分流体，且很难实现气体的传输。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于，针对现有往复式微泵和连续流微泵存在的不足，提供一种结构简单却能够有效实现流体连续稳定传输，且流量大，可以传输气体的连续流微泵。
本发明的技术解决方案是，所述连续流微泵，参见图1～3，具有泵体1。所述泵体1上部具有分流隔板3。其技术特点在于，所述泵体1上部的分流隔板3为两个并列的其截面呈锥形的隔板，即第一分流隔板31和第二分流隔板32。所述第一分流隔板31与第二分流隔板32之间相间隔形成出口11。所述泵体1下部为一合成双射流激励机构2，该合成双射流激励机构2与上述第一分流隔板31与第二分流隔板32组成的分流隔板3之间相间隔形成入口12。所述合成双射流激励机构2具有一振动膜21，该振动膜21轴向置入泵体1下部内腔并将该内腔隔离成一个其上端带第一出口24的第一腔体22和一个其上端带第二出口25的第二腔体23。所述振动膜21的宽度大小与所述泵体1下部内腔的腔径大小匹配，振动膜21的长度大小与该内腔的深度大小匹配。所述泵体1的上部分与下部分之间还具有一导流挡板4，该导流挡板4呈薄板状竖立于合成双射流激励机构2上方与上述振动膜21呈同一平面对接，并将第一出口24和第二出口25隔离在该挡板的两侧从而使泵体1内腔形成双射流通道。
本发明的工作原理是，由以上构成的连续流微泵，参见图3，其振动膜21在泵体1下部合成双射流激励机构2内来回振动，压缩与膨胀第一腔体22和第二腔体23内的流体。当振动膜21向右侧运动时，第一腔体22处于压缩状态，腔内部分流体经由激励机构2的第一出口24被挤压排出并在下游形成一股射流即第一射流13；而与此同时，第二腔体23处于膨胀状态，流体从左侧入口经由合成双射流激励机构2第二出口25吸入第二腔体23。当振动膜21向左侧运动时，第一腔体22处于膨胀状态，流体从右侧入口经由合成双射流激励机构2第一出口24吸入第一腔体22；而与此同时，第二腔体23处于压缩状态，腔内部分流体经由合成双射流激励机构2第二出口25被挤压排出并在下游形成一股射流即第二射流14。流体在这种吸入与排出交替进行的过程中如上述分别在在第一出口24下游形成非定常第一射流13，第二出口25下游形成非定常第二射流14，该两股射流相位差为180°。第一射流13和第二射流14引射和卷吸入口12两侧流体进入内流区15，第一射流13和第二射流14在导流挡板4的引导下在其末端上方相互作用而融合成一股流量大、波动小的合成射流。这股合成射流经过第一分流隔板31和第二分流隔板32之间的通道整流后形成连续泵流16经由泵体出口11向上排出。
综上所述，本发明即是通过上述泵体下部合成双射流激励机构2工作，将泵体左右两侧流体经入口12吸入并经过在内流区15混合整流后从泵体上部出口11排出。在这一过程中，第一分流隔板31和第二分流隔板32所起的主要作用即是利用合成射流独特的流场分区特征将流场进行分区，保证流体从出口11的排出为单向流动，不会有回流形象，并尽可能使泵流16流量最大化。第一分流隔板31和第二分流隔板32所起的另一个主要作用是利用该两隔板中间的通道对泵流进行整流。导流挡板4的作用则是利用该挡板的阻挡作用来减少第一射流13和第二射流14这两股射流在第一出口24和第二出口25之间相互卷吸、抵消，并促使该两股射流分别卷吸泵体左右两侧更多的流体进入泵体内；同时，还利用射流的附壁效应通过导流挡板4引导两股射流即第一射流13和第二射流14的并对融合，利用该两股流量、波动幅值及波动频率相同、相位相反的射流来合成一股流量连续定常的合成射流，这种合成的射流就会变得能量更高，卷吸周围的流体也就更多，从而使泵流16流量更大，使本发明连续流微泵的工作效率也就更佳。
本发明的有益效果是，
1、能有效解决现有往复式微泵难以实现的流体连续稳定传输的问题，也能有效解决常规连续流微泵泵流流量偏小、气体传输难以实现等问题；
2、本发明激励机构的二腔体共享一个振动膜，有效避免了微泵内外流场初始压差可能引发的振动膜压载问题，且使振动膜的振动能量得到充分利用；
3、由于本发明激励机构二腔体的出口之间安装了一个具有双重功能的导流挡板，即可利用该导流挡板的阻挡作用减少两射流间的相互卷吸与抵消作用。同时利用射流的附壁效应通过导流挡板引导两射流的并对融合，使合成双射流激励机构驱动的连续流微泵的泵流流量更大；
4、本发明具有结构对称、简单、体积小、成本低、容易和其它微控制元件集成的特点，适应于大批量生产。
附图说明
图1是本发明一种连续流微泵的一个具体实施例的结构示意图；
图2是图1所示连续流微泵的剖视图；
图3是工作原理参考图；
以上图1～3中的标示为：
1—泵体，
11—出口，
12—入口，
13—第一射流，
14—第二射流，
15—内流区，
16—泵流，
2—合成双射流激励机构，
21—振动膜，
22—第一腔体，
23—第二腔体，
24—第一出口，
25—第二出口。
3—分流隔板，
31—第一分流隔板，
32—第二分流隔板，
4—导流挡板。
具体实施方式
参见附图1～2，本发明的一种连续流微泵的该实施例的泵体1，其外部尺寸为20×50×70mm3，壳体取材非柔性的硬质铝合金材料；振动膜21采用弹性与柔性良好的橡胶膜材，呈矩形，压电振动驱动；导流挡板4取材铝合金薄板型材裁制，尺寸为0.2×40×6mm3；第一腔体22和第二腔体23之腔体深度与振动膜21长度匹配，都为5mm；第一出口24和第二出口25形同窄缝，其出口截面尺寸均为40mm2；而出口11一般可制作成截面呈喇叭状的喷管，本实施例中出口11之出口处截面尺寸为10×40mm2，入口12则为向内收缩的锥台形通道，入口处截面尺寸亦为10×40mm2。
上述部件按上述方案参照附图安装连接，由此构成的本发明的这种连续流微泵经数值仿真，被证明达到了设计要求，效果十分显著。该实施例利用泵流流量、波动幅值及波动频率相同、相位恰好相反的两股泵流合成一股流量连续定常的泵流，同时可依据驱动条件与导流挡板4高度的变化调节流量。
本发明不局限于以上实施例，除了作为一种连续流微泵使用，还可以作为一种微型推力器使用以提供稳定的推力。
Claims (1)
1、一种连续流微泵，具有泵体(1)，所述泵体(1)上部具有分流隔板(3)，其特征在于，所述泵体(1)上部的分流隔板(3)为两个并列的其截面呈锥形的隔板，即第一分流隔板(31)和第二分流隔板(32)，所述第一分流隔板(31)与第二分流隔板(32)之间相间隔形成出口(11)，所述泵体(1)下部为一合成双射流激励机构(2)，该合成双射流激励机构(2)与上述第一分流隔板(31)与第二分流隔板(32)组成的分流隔板(3)之间相间隔形成入口(12)，所述合成双射流激励机构(2)具有一振动膜(21)，该振动膜(21)轴向置入泵体(1)下部内腔并将该内腔隔离成一个其上端带第一出口(24)的第一腔体(22)和一个其上端带第二出口(25)的第二腔体(23)，所述振动膜(21)的宽度大小与所述泵体(1)下部内腔的腔径大小匹配，振动膜(21)的长度大小与该内腔的深度大小匹配，所述泵体(1)的上部分与下部分之间还具有一导流挡板(4)，该导流挡板(4)呈薄板状竖立于合成双射流激励机构(2)上方与上述振动膜(21)呈同一平面对接，并将第一出口(24)和第二出口(25)隔离在该挡板的两侧使泵体(1)内腔形成双射流通道。
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