CN102900658B - 一种多锥型腔无阀压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多锥形腔无阀压电泵，包括由底座、泵盖组成的泵体，和设置于泵体内的泵腔，所述的泵腔具有至少三个泵腔单元，所述的泵腔单元各具有一个进液口和一个出液口，所述的进液口处分别设有压电振子，所述的出液口的开口小于进液口的开口，所述的至少三个泵腔单元呈环形阵列布置，所述的各出液口相对布置，各出液口相连通并形成一个呈圆形的混合腔。本发明的无阀压电泵结构简单，安装简便，可批量生产；多腔并联，使流量，压差都有显著提高；异步驱动下减小了流体输出脉动和回流。圆形混合腔内形成漩涡，很好的起到了混合流体的作用，配合多进流口可用于不同流体的混合。采用异步驱动时还可进行流量供给的精确控制。

Description

一种多锥型腔无阀压电泵

技术领域

本发明涉及一种无阀压电泵，尤其涉及一种具有多锥形腔的无阀压电泵。

技术背景

压电泵的分类大致可以分为：容积式泵与回转式泵。目前，压电泵大多属于容积式泵，根据泵阀的有无可将压电泵分为有阀压电泵和无阀压电泵，如图1所示为有阀压电泵，其工作时，压电振子的往复振动引起泵腔容积的周期性变化，而容积的变化又引起泵腔内压力的变化，控制着泵阀的开启和关闭，由于有阀压电泵阀体等因素导致泵结构复杂，限制了泵体积的微型化。而无阀压电泵因为省去了复杂的动作阀体，可以使压电泵结构更加紧凑，简单，加工制作容易，并且易于使压电泵向小型化方向发展，其自身又无化学及电磁污染，可以适应于更广泛的领域。故在医疗、卫生、保健等领域有广阔的应用前景。

无阀压电泵利用流体通过其泵腔或流管时流阻不同形成单向流动，如图2所示。传统的无阀压电泵采用单一压电振子，输入能量低，输出流量小，影响无阀泵整体传输流体的性能，并且随着其在较低工作频率下工作的特点，形成明显的脉动和回流，不利于流体传输。单压电振子无阀泵，无法满足输送流量要求较大，以及需要精确控制流体流量等环境下的应用。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种具有多锥形腔的无阀压电泵，其泵腔内并联设置有多个使流体快速传输的锥形泵腔。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的多锥形腔无阀压电泵，包括由底座、泵盖组成的泵体，和设置于泵体内的泵腔，所述的泵腔具有至少三个泵腔单元，所述的泵腔单元各具有一个进液口和一个出液口，所述的进液口处分别设有压电振子，所述的出液口的开口小于进液口的开口，所述的至少三个泵腔单元呈环形阵列布置，所述的各出液口相对布置，各出液口相连通并形成一个呈圆形的混合腔；所述底座设有至少三个进流口，进流口的数量与泵腔单元的数量是对应的，每个泵腔单元内都设置一个进流口，所述的进流口分别设于泵腔单元的进液口处，流体经过进流口进入泵腔单元的进液口。所述的泵腔单元的数量也可以是四、五个或者更多，并且各泵腔单元的形状相同，并且呈环形阵列布置。

更进一步地，所述的至少三个进流口分别与底座上的至少三个进流导管连通，流体通过进流导管进入泵体内部。

更进一步地，所述的混合腔与泵盖上的出流导管连通。

更进一步地，所述的进液口纵截面为矩形或者圆形，并且设有用于固定安装压电振子的安装槽。

更进一步地，所述的泵腔单元的中心线为直线或者螺线等弧线。

本发明的多锥形腔无阀压电泵中，进流导管、进流口、泵腔单元的进液口、泵腔单元的出液口、混合腔以及出流导管形成了流体的流体通道。

所述的锥形泵腔单元主要起到改变通过其内部流体传输时流体所受流阻的作用，所述泵腔单元可以是直锥形，也可以是螺线曲锥形。上述锥形泵腔单元前端出液口壁面沿圆形混合腔壁面切线方向接入，该切线方向与水平呈一定夹角，各个泵腔单元类似，其使泵腔单元流出的流体沿泵腔壁面流线方向加速流入圆形混合腔。由于各个泵腔单元出口处流体都沿圆形混合腔壁面切线方向进入，使之在混合腔内形成漩涡，起到混合流体的作用。

考虑到需要保证泵体的密封性，需要在各部件的连接处进行密封，例如采用中性密封胶密封。

本技术方案的多锥形腔无阀压电泵工作时，分成两种驱动类型，一：同步单信号源驱动；二：异步多相驱动。

第一种类型工作时，把压电振子的压电陶瓷片和金属片作为两极，向压电振子通交流电时，压电陶瓷片会产生沿其径向的伸缩变形，由于压电陶瓷片和金属片粘结成一体，并且压电陶瓷片和金属片的径向伸缩不同，所以当压电陶瓷片产生沿径向的伸缩变形时，金属片也会产生伸缩变形，且伸缩方向与压电陶瓷片相反，则压电振子必然会产生沿轴向(压电陶瓷片的法向方向)的往复变形振动，把压电振子作为压电泵的动力源，随着压电振子的轴向往复变形振动，从而导致泵腔的体积周期性变化。压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔单元容积变化；一般可将压电泵的一个工作周期分为两个阶段：从下死点(压电振子在泵腔单元内远离平衡位置的最大位移处)经平衡位置到达上死点(压电振子在泵腔单元外远离平衡位置的最大位移处)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。当压电振子从下死点向上死点运动，即泵腔单元容积从最小向最大变化过程中，各锥型泵腔单元一端流体通过进流导管进入泵腔单元，在泵腔前端，流体通过圆形混合腔经过进流口进入锥型泵腔，这时泵完成吸程；当压电振子从上死点向下死点运动，即泵腔容积从大向小变化过程中，锥型泵腔一端流体通过进流导管排出泵腔，泵腔前端，流体通过泵腔前端出流口经过圆形混合腔排出泵腔，这时泵完成排程。所述的多个锥型泵腔单元工作过程都为如上所述。所述泵腔单元前端小，后端大，沿着锥型泵腔单元到出液口，随着泵腔截面积逐渐缩小，流阻变大，流体沿着泵腔单元后端流向前端的流阻小于沿着泵腔单元前端流向后端的阻力，故在一个工作周期内，流出出液口的流量大于流出进液口的流量，使得整个周期内会有一个净流量从泵腔单元的一边流向泵腔单元的另一边，当压电振子连续振动时，流体在宏观上就会变现出单向流动，实现泵的功能。多个泵腔单元同时工作时，则提高了泵的输出性能。

当其按第二种驱动方式工作时，每一个单独的泵腔单元工作原理如上述第一种驱动方式。多个泵腔单元异步驱动，既多个泵腔单元在相差一定的相位角的驱动信号驱动下，每一个泵腔单元后端的压电振子做往复振动。以三泵腔并联无阀压电泵在相差120度相位角驱动电源下工作为例：在第一个压电振子施加正弦信号，同时第二个、第三个压电振子被施加与一号压电振子分别相差120度，240度相位角同源正弦信号；当第一个压电振子开始从下死点经平衡位置向上死点运动的过程中，第二个压电振子开始从平衡位置与下死点中间位置开始向下死点位置运动，第三个压电振子从上死点与平衡位置中间位置开始向下死点位置运动。三个泵腔单元通过相差120度相位角正弦信号异步驱动下工作，在第一个泵腔单元处于排程的同时，第二个泵腔单元处于三分之一吸程，第三个泵腔单元处于三分之二吸程，这样三个泵腔单元在异步信号驱动下相互补偿，泵腔内流体流速在出流口形成有漩涡，减少了单一正弦信号驱动时的压电振子往复运动产生的流体在进出口处的脉动；每一个泵腔单元出液口处流体具有沿着圆形混合腔壁面方向速度，在混合腔内形成漩涡，流体旋度不为零，出液口进入混合腔的流体在惯性力的作用下加速与其他泵腔单元来流混合，达到减少回流与混合流体的作用。

有益效果

本发明的无阀压电泵结构简单，安装简便，可批量生产；多腔并联，使流量，压差都有显著提高；异步驱动下减小了流体输出脉动和回流。圆形混合腔内形成漩涡，很好的起到了混合流体的作用，配合多进流口可用于不同流体的混合。采用异步驱动时还可进行流量供给的精确控制。

说明书附图

图1是有阀压电泵的结构示意图；

图2是传统的无阀压电泵结构示意图；

图3是本发明一个实施例的剖视图；

图4是本发明一个实施例的另一角度的剖视图；

图5是本发明一个实施例的装配示意图；

图6是本发明一个实施例的底座内泵腔结构示意图。

具体实施方式

如图3、图4、图5所示，本实施例的多锥形腔无阀压电泵包括由底座1、泵盖2组成的泵体3，和设置于泵体3内的泵腔4，所述的泵腔4具有三个泵腔单元43，43’，43”，分别为第一泵腔单元43、第二泵腔单元43’、第三泵腔单元43”，所述的第一泵腔单元43、第二泵腔单元43’、第三泵腔单元43”各具有一个进液口42，42’，42”和一个出液口41，41’，41”，所述的进液口42，42’，42”分别设有压电振子5，5’，5”，所述的出液口41，41’，41”小于进液口42，42’，42”，所述的至少三个泵腔单元43，43’，43”呈环形阵列布置，所述的各出液口41，41’，41”相对布置并形成一个圆形混合腔7。所述底座1设有至少三个进流口9，9’，9”，所述的的进流口分别设于泵腔单元43，43’，43”的进液口42，42’，42”处。所述的泵腔单元的数量也可以多于3个，并且呈环形阵列布置。

如图5所示，本实施例三个进流口9，9’，9”分别与底座1上的三个进流导管10，10’，10”连通。所述的混合腔7与泵盖2上的出流导管8连通。这样形成了流体的流通通路。

如图6所示，本实施例的三个泵腔单元43，43’，43”前端小，后端大，其中心线为螺线，即泵腔单元呈螺线曲锥形。

本实施例的工作的工作过程如下：对三组压电振子5，5’，5”同时通正弦交流电，三组压电振子同时开始从下死点(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。当压电振子从下死点向上死点运动，即泵腔单元容积从最小向最大变化过程中，锥型泵腔一端流体通过进流导管进入泵腔单元，在泵腔前端，流体通过圆形混合腔7经过进液口进入锥型泵腔单元，这时泵完成吸程；当压电振子从上死点向下死点运动，即泵腔单元容积从大向小变化过程中，锥型泵腔单元一端流体通过进流导管排出，在泵腔单元前端，流体通过泵腔前端出液口经过圆形混合腔7排出泵腔单元，这时泵完成排程。整个周期每一泵腔会产生一个单向流动的净流量，当压电振子连续工作时，宏观上表现出单向流动，实现了泵的功能。

本实施例工作过程也可为采用相差120度相位角正弦交流电异步驱动，既多个泵腔单元在相差一定的相位角的驱动信号驱动下，每一个泵腔单元后端的压电振子做往复振动。如图3、图4所示，对第一压电振子5施加正弦信号，同时第二压电振子5’、第三压电振子5”被施加与第一压电振子5分别相差120度，240度相位角同源正弦信号；当第一压电振子5开始从下死点经平衡位置向上死点运动的过程中，第二压电振子5’压电振子开始从平衡位置与下死点中间位置开始向下死点位置运动，第三压电振子5”从上死点与平衡位置中间位置开始向下死点位置运动。三个泵腔单元通过相差120度相位角正弦信号异步驱动下工作，在第一个泵腔单元处于排程的同时，第二个泵腔单元处于三分之一吸程，第三个泵腔单元处于三分之二吸程，这样三个泵腔单元在异步信号驱动下相互补偿，泵腔内流体流速在出流口形成有漩涡，减少了单一正弦信号驱动时的压电振子往复运动产生的流体在进出口处的脉动；每一个泵腔单元出口处流体具有沿着圆形混合腔壁面方向速度，在混合腔内形成漩涡，流体旋度不为零，出水口进入混合腔的流体在惯性力的作用下加速与其他泵腔来流混合，达到减少回流与混合流体的作用；同时通过连接在混合腔上部的出流导管将流体输出。这样，每一个泵腔在压电振子往复振动的一个周期内，都有单向流动的净流量，宏观上三个泵腔形成无脉动的单向流动，实现了泵的功能。

Claims (6)

1.一种多锥形腔无阀压电泵，包括由底座(1)、泵盖(2)组成的泵体(3)，和设置于泵体(3)内的泵腔(4)，其特征在于，

所述的泵腔(4)具有至少三个泵腔单元(43，43’，43”)，所述的至少三个泵腔单元(43，43’，43”)各具有一个出液口(41，41’，41”)和一个进液口(42，42’，42”)，所述的进液口(42，42’，42”)分别设有压电振子(5，5’，5”)；

所述的出液口(41，41’，41”)小于进液口(42，42’，42”)；

所述的至少三个泵腔单元(43，43’，43”)呈环形阵列布置，各出液口(41，41’，41”)相对布置并形成混合腔(7)；

所述底座(1)设有至少三个进流口(9，9’，9”)，所述的进流口(9，9’，9”)分别设于泵腔单元(43，43’，43”)的进液口(42，42’，42”)处。

2.如权利要求1所述的多锥形腔无阀压电泵，其特征在于，所述的进流口为三个，三个进流口(9，9’，9”)分别与底座(1)上的三个进流导管(10，10’，10”)连通。

3.如权利要求1或2所述的多锥形腔无阀压电泵，其特征在于，所述的混合腔(7)与泵盖(2)上的出流导管(8)连通。

4.如权利要求1所述的多锥形腔无阀压电泵，其特征在于，所述的进液口(42，42’，42”)纵截面为矩形，并且设有固定压电振子(5，5’，5”)的安装槽(11，11’，11”)。

5.如权利要求1所述的多锥形腔无阀压电泵，其特征在于，所述的进液口(42，42’，42”)纵截面为圆形，并且设有固定压电振子(5，5’，5”)的安装槽(11，11’，11”)。

6.如权利要求1所述的多锥形腔无阀压电泵，其特征在于，所述的泵腔单元(43，43’，43”)的中心线为直线或者螺线。