CN101846059B - 一种自适应主动阀压电泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自适应主动阀压电泵，其包括上泵盖、下泵盖和置于上泵盖、下泵盖之间的泵中层，上泵盖和下泵盖通过紧固螺栓连接，上泵盖与泵中层之间形成上泵腔，下泵盖与泵中层之间形成下泵腔，压电振子置于泵中层之间；压电振子设有由第一阀体和第二阀体组成的阀体，其中，第二阀体与下泵盖上的入口形成入口阀，第一阀体与上泵盖上的出口形成出口阀。本发明将压电振子和阀有机结合，有利于微型化；压电振子完全处于流体中，有利于散热和降低噪声；整个压电泵采用轴向入流、轴向出流，可以做成管接头泵；整个泵零件较少、加工安装容易、密封性好、成本低，易于微型化便于生产。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种压电泵，尤其涉及一种主动阀压电泵。
二、背景技术
有阀压电泵如果按阀体是否有外驱动源来驱动分类的话，可分为：主动阀压电泵和被动阀压电泵两种。主动阀压电泵就是阀体的开闭是由外驱动源来驱动，而被动阀压电泵是由泵工作时泵腔内流体压力的周期性变化来驱动阀体的开闭，被动阀压电泵阀体的开闭有滞后性，所以影响了泵效率的提高，而主动阀压电泵虽消除了阀体的滞后性，却额外增加了阀体的驱动部分，使结构复杂、控制难度大，如果阀体开闭和泵的工作频率步调差太多反而会起到反作用，严重制约着主动阀压电泵的发展，而被动阀虽存在阀体的滞后性，但因结构简单且易于控制，所以发展较快，目前被动阀压电泵是研究和应用的主流。
图1所示为一传统压电式主动阀压电泵示意图。在图1中：上泵盖11、压电振子12、密封橡圈13、泵中层14、下泵盖15和紧固螺栓16。一个大压电振子作为压电泵的动力源部件固定在下泵盖上，两个小压电振子和密封橡圈构成两个主动阀。对压电振子施加交变电压，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，大压电振子轴向振动使泵腔容积周期变化进行吸水或排水，两个小压电振子的振动来控制两个主动阀的开闭。当压电泵处于吸程时，泵的容积变大，入口阀压电振子向上振动打开，出口阀压电振子向下振动关闭，流体经入口阀吸入泵腔；当进入排程时，泵腔的容积变小，入口阀压电振子向下振动关闭，出口阀压电振子向上振动打开，流体经出口阀排出泵外，从而实现流体的单向流动，随着泵腔容积按周期反复变化，实现泵的作用，但只有三个压电振子步调一致，配合协调才能使泵有较高的效率。
目前主动阀动力源还有气动式、热动式，电磁驱动式、静电驱动式等，虽然各种驱动方式都有自身的优点，但一个共同的缺点就是加工、安装困难，结构复杂，控制繁琐，使泵的效率难以得到提高，而且寿命短，工作不稳定，不利于压电泵的小型化以及可靠性的提高，这对主动阀压电泵的推广应用带来困难。
三、发明内容
1、技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种免于控制的自适应主动阀压电泵，克服了传统主动阀压电泵的缺点，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。
2、技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明的自适应主动阀压电泵包括上泵盖、下泵盖和置于上泵盖、下泵盖之间的泵中层，上泵盖和下泵盖通过紧固螺栓连接，上泵盖与泵中层之间形成上泵腔，下泵盖与泵中层之间形成下泵腔，泵中层包括第一泵中层和第二泵中层，压电振子置于第一泵中层和第二泵中层之间；压电振子设有由第一阀体和第二阀体组成的阀体，其中，第二阀体与下泵盖上的入口形成入口阀，第一阀体与上泵盖上的出口形成出口阀。
本技术方案的压电振子包括一黄铜基体，黄铜基体上下两面各贴设有第一、第二压电陶瓷片；第一阀体的一端贴设在第一压电陶瓷片上，第二阀体的一端贴设在第二压电陶瓷片上，压电振子与第一、第二阀体呈一整体，一般地，阀体的材料为橡胶材质。
为了实现本技术方案的泵的工作效果，压电振子在泵腔内不仅需要产生位移，同时需要也使泵腔内的流体流动方向单一，因此，本技术方案的阀体采用了独特设计，即第一阀体的凸缘置于上泵盖的出口内；第二阀体的凸缘置于下泵盖的入口内。入口容纳第二阀体的部分为一第一锥形孔，并且该第一锥形孔朝向下泵腔的开口部分的直径大于入口的直径；出口容纳第一阀体的部分为一第二锥形孔，并且该第二锥形孔朝向上泵腔的开口部分的直径小于出口的直径。上述阀体的顶端的形状一般采用弧形的形状，即第一阀体的顶端向着压电振子的方向凹下，第一阀体的凸缘朝向压电振子的部分也采用弧形结构；第二阀体的顶端向着压电振子相反的方向呈突出的弧形，其凸缘也采用弧形结构，以使泵内的流体流动较为顺畅，上述的阀体同样也可以采用其他的形状。
为了使流体在泵下腔和泵上腔之间通畅流动，第一泵中层和第二泵中层上各设有一组供流体流通的孔；由于一般泵的截面呈圆周状，所述的孔是均匀地分布在泵中层的圆周上。
在工作时，需要在第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片上各引出一个电极，黄铜基体接地，为了便于表述，假设引出的电极为A、B两个电极，对A和B两个电极分别施加正弦交流电，使A、B两相电压相位相差180°，即对压电振子施加交变电压，压电振子在逆压电效应下在平衡位置两侧产生轴向振动，轴向振动位移引起上下两个泵腔容积发生变化。把泵的一个工作周期分为两个阶段：从下死点(压电振子向下远离平衡位置的最大位移)经平衡位置到达上死点(压电振子向上远离平衡位置的最大位移)为泵上腔的排程阶段且同时为泵下腔的吸程阶段，所述的平衡位置是指A、B两个电极未通电时，压电振子所处的位置；从上死点经平衡位置到达下死点为流体从泵下腔向泵上腔转移的阶段。在第一阶段中压电振子向上振动，泵上腔容积变小，泵下腔容积变大，在某点处入口阀和出口阀均打开，泵上腔内的液体经出口阀排出，而泵外流体经入口阀吸入泵下腔；第二阶段中压电振子从上向下运动，泵上腔容积变大，泵下腔容积变小，在某点处入口阀和出口阀均关闭，泵下腔中的流体流入泵上腔，实现了流体在两个泵腔中的转移。在一个周期中泵中流体实现了单向流动，每个工作周期都会有一个净流量，这样反复的进入两个阶段，也就实现了流体的单方向流动，起到泵的作用。
3、有益效果
本发明的自适应主动阀压电泵具有以下优点：(1)压电振子和阀有机的粘合，使阀体开闭和泵的工作步调一致，省去了主动阀的控制部分，简化了结构，有利于泵的微型化；(2)压电振子完全处于流体中，使振子受力均匀，有利于压电振子散热，且可以降低压电振子振动产生的噪声；(3)整个压电泵采用轴向入流、轴向出流，可以做成管接头泵，可以用多个压电泵逐级加压，用在需要输出压力较大或是输出管路较长需要加压的管路；(4)整个泵零件较少、加工安装容易、密封性好、成本低，易于实现微型化、产业化。
四、附图说明
图1是现有的一种主动阀压电泵示意图；
图2是本发明的自适应主动阀压电泵的内部结构示意图；
图3是本发明的自适应主动阀压电泵的压电振子的结构示意图；
图4是本发明的自适应主动阀压电泵的泵中层示意图。
五、具体实施方式
如图2所示，本实施例的自适应主动阀压电泵，包括上泵盖3、下泵盖5和置于上泵盖3、下泵盖5之间的泵中层4，上泵盖3和下泵盖5通过紧固螺栓6连接，上泵盖3与泵中层4之间形成上泵腔，下泵盖5与泵中层4之间形成下泵腔，泵腔内容纳流体；泵中层4包括第一泵中层41和第二泵中层42，压电振子1置于第一泵中层41和第二泵中层42之间，即压电振子1的边缘被第一泵中层41和第二泵中层42夹紧固定；压电振子1设有由第一阀体21和第二阀体22组成的阀体2，其中，第二阀体22与下泵盖5上的入口32形成入口阀，第一阀体21与上泵盖3上的出口31形成出口阀。第一阀体21的凸缘211置于上泵盖3的出口31内；第二阀体22的凸缘221置于下泵盖5的入口32内。本实施中的阀体采用橡胶材质。
如图3所示，压电振子1包括一黄铜基体101，黄铜基体101上下两面各贴设有第一压电陶瓷片102、第二压电陶瓷片103；第一阀体21的一端贴设在第一压电陶瓷片102上，第二阀体22的一端贴设在第二压电陶瓷片103上。第一阀体21、第二阀体22上分别引出电极外接电源，中间的黄铜基体101接地。
如图2所示，入口32容纳第二阀体22的部分为一第一锥形孔321，并且该第一锥形孔321朝向下泵腔的开口部分的直径大于入口32的直径；出口31容纳第一阀体21的部分为一第二锥形孔311，并且该第二锥形孔311朝向上泵腔的开口部分的直径小于出口31的直径。
如图4所示，第一泵中层41和第二泵中层42上各设有一组供流体流通的孔，本实施例的泵剖面为圆形，所述的孔各为6个，均匀地分布在圆周上。
Claims (6)
1.一种自适应主动阀压电泵，包括上泵盖(3)、下泵盖(5)和置于上泵盖(3)、下泵盖(5)之间的泵中层(4)，上泵盖(3)和下泵盖(5)通过紧固螺栓(6)连接，上泵盖(3)与泵中层(4)之间形成上泵腔，下泵盖(5)与泵中层(4)之间形成下泵腔，其特征在于，泵中层(4)包括第一泵中层(41)和第二泵中层(42)，压电振子(1)置于第一泵中层(41)和第二泵中层(42)之间，第一泵中层(41)和第二泵中层(42)上各设有一组供流体流通的孔；压电振子(1)设有由第一阀体(21)和第二阀体(22)组成的阀体(2)，其中，第二阀体(22)与下泵盖(5)上的入口(32)形成入口阀，第一阀体(21)与上泵盖(3)上的出口(31)形成出口阀。
2.如权利要求1所述的自适应主动阀压电泵，其特征在于，压电振子(1)包括一黄铜基体(101)，黄铜基体(101)上下两面各贴设有第一、第二压电陶瓷片(102、103)；第一阀体(21)的一端贴设在第一压电陶瓷片(102)上，第二阀体(22)的一端贴设在第二压电陶瓷片(103)上。
3.如权利要求1或2所述的自适应主动阀压电泵，其特征在于，第一阀体(21)的凸缘(211)置于上泵盖(3)的出口(31)内；第二阀体(22)的凸缘(221)置于下泵盖(5)的入口(32)内。
4.如权利要求3所述的自适应主动阀压电泵，其特征在于，入口(32)容纳第二阀体(22)的部分为一第一锥形孔(321)，并且该第一锥形孔(321)朝向下泵腔的开口部分的直径大于入口(32)的直径；出口(31)容纳第一阀体(21)的部分为一第二锥形孔(311)，并且该第二锥形孔(311)朝向上泵腔的开口部分的直径小于出口(31)的直径。
5.如权利要求1所述的自适应主动阀压电泵，其特征在于，所述的自适应主动阀压电泵横截面呈圆形。
6.如权利要求1所述的自适应主动阀压电泵，其特征在于，所述的阀体(2)为橡胶阀体。
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