CN101666307B

CN101666307B - 一种漏斗形阀压电泵及其工作方法

Info

Publication number: CN101666307B
Application number: CN2009100352175A
Authority: CN
Inventors: 张建辉; 郭宗信
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: CN101666307A

Abstract

一种漏斗形阀压电泵及其工作方法，属于流体机械领域。其泵体(1)具有倒置的圆锥或圆台形泵腔，还具中心通道、侧向通道；上述阀体由阀芯和与阀芯相连的中心导管组成；阀芯还具有开口式阀芯内腔，阀芯和中心管结合后整体呈漏斗状；阀芯边缘和泵腔内壁形成边缘阀口；阀芯将泵腔分成A腔和B腔，其中泵腔内壁与阀芯侧壁构成A腔，阀芯内壁、泵腔内壁、泵盖及压电振子围成B腔。漏斗形阀边缘和漏斗形腔锥面近似点接触，压电振子振动使泵腔B容积周期性变化，流体只能从泵腔A经漏斗型阀的边界流入泵腔B，而不能反向流动，从而起到阀的作用。达到了压电泵的小型化、简单化和安装方便的目的。

Description

一种漏斗形阀压电泵及其工作方法

技术领域

本发明的漏斗形阀压电泵及其工作方法，属于流体机械领域，具体涉及被动式阀压电泵。

背景技术

容积式压电泵如果按阀体有无分类的话，可分为：有阀和无阀两种压电泵。阀的定义为：在泵的吸入和吐出过程中，至少有一时点，使泵腔与吸入口或吐出口之间，产生不连通的机械装置。目前，大多数有阀压电泵多采用在流管管腔中或流管端部安装活动部件，通过活动部件来控制管路的开闭，从而实现对流体的导通或阻止。

图1所示为传统有阀压电泵示意图。在图1中：泵体1、泵盖2、压电振子3、相互倒置流管阀4、导线5和紧固螺栓6。压电振子3作为动力源部件固定在泵盖上，一对相互倒置的阀体4固接在管路内腔或管路端部，如果在压电振子上施加交变电压，压电陶瓷会产生交替伸长与收缩变形，压电振子表现为轴向振动，这样引起由压电振子、泵盖、两个阀体和泵体所包围成的泵腔容积发生变化。

对于上述一对互为倒置的流管阀结构，随着泵腔容积反复变化，两个阀口分别打开或关闭。在泵处于吸程时，入口阀打开，出口阀关闭，流体从泵入口流入；排程时，入口阀关闭，出口阀打开，流体从泵出口流出，从而实现流体的单向流动，实现泵的作用。

目前流管阀阀体机构有球形阀、薄膜阀、悬臂梁阀和碟形阀等，由于这些阀须安装在管路内或流管端部，所以要做的很小，这就给加工和安装带来难度，而且还有寿命短，工作不稳定，易发生堵塞等缺点，不利于压电泵的小型化以及可靠性的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工简单、安装方便、工作稳定且不易发生堵塞的新型有阀压电泵及其工作方法，克服了流管阀及流管阀压电泵的缺点，提高了压电泵工作的稳定性，简化了压电泵的结构，使压电泵更易于小型化。

一种漏斗形阀压电泵，包括泵体、带有压电振子的泵盖和漏斗阀体；其特征在于：上述泵体具有倒置的圆锥或圆台形泵腔，泵腔底部还具有与外界相通的中心通道，上述泵腔和中心通道结合后整体呈漏斗状；上述泵体还具有与外界相通的侧向通道；上述阀体由阀芯和与阀芯相连的中心导管组成，其中阀芯置于泵腔内，中心导管置于中心通道内；阀芯还具有开口式阀芯内腔，阀芯和中心管结合后整体呈漏斗状；阀芯边缘和泵腔内壁形成边缘阀口；阀芯将泵腔分成A腔和B腔，其中泵腔内壁与阀芯侧壁构成A腔，阀芯内壁、泵腔内壁、泵盖及压电振子围成B腔。

上述漏斗形阀压电泵的工作方法，其特征在于包括以下过程：(1)、对压电振子施加交流电压，压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔B容积变化；(2)、当压电振子从下死点向上死点运动，即B腔容积从最小向最大变换过程中，边缘阀口在负压力下打开，A腔内流体经过边缘阀口流进B腔，同时泵外流体在压力下经过侧向通道流进A腔；(3)、当压电振子从上死点向下死点运动，即B腔容积从最大向最小变换过程中，边缘阀口在正压力下闭合，B腔内流体从中心管流出。

本发明还有以下优点：

1、压电振子截面变形近似为抛物线形，泵腔B亦近似为抛物线形，B腔内流体充分受到压电振子作用，无死角，充分利用了泵腔空间；

2、漏斗形阀体把泵腔分隔为A、B两腔，A腔内流体受压电振子扰动小，能量损耗小，压电泵的效率提高；

3、漏斗形阀体边缘较薄，且和泵体锥面圆周贴合，且与泵体锥面有一角度，接触处近似为点接触，阀体和锥面脱离性好；且为圆周接触，接触面大，故某个地方的堵塞不会造成整个阀的堵塞；

4、漏斗形阀和泵体锥面之间有一角度，类似锥形流管，流体易于从A腔流入B腔，而不易于从B腔流入A腔；

5、整个泵零件较少，制造成本低，易于实现微型化，产业化。

附图说明

图1是传统的有阀压电泵示意图。

图2是本发明的漏斗形阀压电泵。

图中标号名称：1.泵体 2.泵盖 3.压电振子 4.一对相互倒置的流管阀 5.导线 6.紧固螺栓 7.漏斗形阀体

具体实施方式

本发明提供的一种被动式新型有阀压电泵-漏斗形阀压电泵，结构如图2所示，带导线圆形压电振子3圆周固支在泵盖2的阶梯槽上，泵盖2和泵体1用紧固螺栓6(6个)紧固在一起，泵体的泵腔成漏斗状，在泵体侧面和底面各开一通孔，侧面孔为泵入口，在泵腔内安装一带导管的漏斗形阀体7，漏斗形阀体与漏斗形腔角度不同，该阀体把漏斗形泵腔分隔为A和B两个腔。阀体用弹性较好的材料(如：树脂类)做成中间厚、边缘薄的漏斗状，其上开一中心孔与导管相连，阀体边缘和泵体锥面贴合形成圆周式阀。在B腔容积发生周期性变化时，流体只能从A腔流入B腔，而不能反向流动，从而起到阀的作用。阀体有中心孔，可通过导管经泵腔底面中心孔导出为泵出口。这种漏斗形圆周配合阀安装在泵腔内部，充分利用泵腔的空间，结构简单，安装方便，反向止流性好，有利于实现泵的微型化。

本发明结构如图2示，采用压电振子为50mm，压电陶瓷和金属基体厚度均为0.2mm，金属基体为弹性较好的黄铜，市场上可以买到，价钱不足一元；泵体和泵盖均为有机玻璃加工而成，压电振子用玻璃胶粘在泵盖的阶梯台上，用橡胶吸盘代替漏斗形阀，打中心孔和导管相连并安装在泵腔内，用标准件紧固螺栓固定泵盖和泵体，以水为实验用工作介质，泵的总加工成本很低。

本发明漏斗形阀压电泵为容积式压电泵。该泵的工作原理为：对压电振子施加交流电压，压电振子在逆压电效应下在平衡位置两侧产生轴向振动，轴向振动位移引起泵腔B容积变化。把泵的一个工作周期分为两个阶段：从下死点(压电振子在泵腔内远离平衡位置的最大位移)经平衡位置到达上死点(压电振子在泵腔外远离平衡位置的最大位移)为泵的吸程阶段；从上死点经平衡位置到达下死点为泵的排程阶段。当泵处于吸程时，泵腔B容积变大，压强变小，在负压作用下漏斗形阀体边缘和泵腔壁脱离，A腔内的流体沿漏斗形阀边缘切向流入B腔，A腔中流体减少，泵外流体在压力下经泵体侧向通道进入A腔，此过程也会有液体经泵出口回流，直至吸程结束；当泵进入排程时，B腔容积变小，在压力下漏斗形阀边缘和泵腔锥面贴合，阀口关闭，流体只能经泵出口流出泵外，而不能从阀口流回泵腔A，直至排程结束。在泵的一个周期中在漏斗形阀处实现了流体的单向流动，从而实现了泵中流体的单向流动，每个工作周期都会有一个净流量，这样反复的进入吸程和排程，也就实现了流体的单方向流动，起到泵的作用。

Claims

1.一种漏斗形阀压电泵，包括泵体(1)、带有压电振子(3)的泵盖(2)和阀体；其特征在于：

上述泵体(1)具有倒置的圆锥或圆台形泵腔，泵腔底部还具有与外界相通的中心通道，上述泵腔和中心通道结合后整体呈漏斗状；上述泵体还具有与外界相通的侧向通道；

上述阀体由阀芯和与阀芯相连的中心导管组成，其中阀芯置于泵腔内，中心导管置于中心通道内；阀芯还具有开口式阀芯内腔，阀芯和中心管结合后整体呈漏斗状；

阀芯边缘和泵腔内壁形成边缘阀口；阀芯将泵腔分成A腔和B腔，其中泵腔内壁与阀芯侧壁构成A腔，阀芯内壁、泵腔内壁、泵盖及压电振子围成B腔。

2.根据权利要求1所述的漏斗形阀压电泵的工作方法，其特征在于包括以下过程：

(1)、对压电振子施加交流电压，压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔B容积变化；

(2)、当压电振子从下死点向上死点运动，即B腔容积从最小向最大变换过程中，边缘阀口在负压力下打开，A腔内流体经过边缘阀口流进B腔，同时泵外流体在压力下经过侧向通道流进A腔；

(3)、当压电振子从上死点向下死点运动，即B腔容积从最大向最小变换过程中，边缘阀口在正压力下闭合，B腔内流体从中心管流出。