CN103557142A - 一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，该容积泵包括下电磁铁、进液管或进液口、进液腔、出液管、上电磁铁、出液口、压液腔、磁性液体、可变形封囊、容积泵机壳、进液口单向阀或出液口单向阀；磁性液体在可变形封囊的包裹下在未受电磁力作用时为球体，当电磁铁通电后产生磁场可变形封囊变形为扁长椭圆体，通过控制可变形封囊体积变化实现容积泵的吸液排液过程。该容积泵将磁性液体技术与传统泵的结构特点有机结合，利用磁性液体在电磁场作用下变形的特点，有效地降低了传统机械零部件的摩擦、简化了泵体复杂的结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用电磁铁驱动磁性流体的泵，特别涉及一种容积泵，尤其涉及一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵。
背景技术
泵是输送液体或使液体增压的流体机械，它将原动机的机械能或其它外部能量传送给液体，使液体能量增加。泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液气混合物及含悬浮固体物的液体。目前常用泵主要有离心泵和容积泵，离心泵在工作前需在进水口注入一定量的液体，操作很不方便且负载变化时（即扬程变化）流量也发生变化，因此不能满足一些要求流量稳定的应用场合。容积泵依靠包容液体密封工作空间容积周期性变化，使液体压力增加后强行排出，所以容积泵不但具有很好的自吸特性且在负载发生变化时也有很稳定的流量。容积泵目前主要分往复泵和转子泵，其中往复泵具有高压力和小流量的特点，适宜输送清洁液体或气液混合物，往复泵主要有盘状活塞式、柱塞式、隔膜式。盘状活塞式往复泵虽然具有泵缸长度较短、流量大的优点，但是存在泵缸分为两空间，有压力差易泄漏等缺点；柱塞式往复泵虽然具有承压高，但是存在加工成本高的缺点；隔膜式往复泵虽然具有耐磨损和耐腐蚀，但是传动效率低。转子泵具有较高真空度和排放压力的特点，但是存在物料中不能含有焊渣、铁屑等硬性杂质，所以须安装过滤网。同时，现有容积泵采用传统机械结构，其传动与连接运用多个零部件，使得泵体的结构复杂且不易拆装造成维护困难。传统设计的容积泵因为运用多个零部件使得其在转动运动中会有大量的摩擦热损失，进而降低了泵的效率，也加快了泵的老化从而影响使用寿命。此外，传统容积泵在进液口与出液口均采用单向阀，这不仅增多了泵的零件，而且使泵的结构更加复杂。
磁流体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种功能材料，其既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。该磁流体是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体，它在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此它在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。
为克服传统容积泵诸多缺点同时提升和改进容积泵传动特性，本发明提出一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，该容积泵采用磁性液体替代传统容积泵机械零部件，与传统容积泵相比省去了复杂的结构与繁多的零件，同时减少了由于机械传动与摩擦产生的无用功。此外，本发明与一般的容积泵进出液体都需要单向阀不同，它可省去液体进口或出口其中一个单向阀进一步简化了结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，该容积泵将磁性液体技术与传统泵的结构特点有机结合，利用磁性液体在电磁场作用下变形的特点，有效地降低了传统机械零部件的摩擦、简化了泵体复杂的结构。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，该容积泵包括下电磁铁、进液管或进液口、进液腔、出液管、上电磁铁、出液口、压液腔、磁性液体、可变形封囊、容积泵机壳、进液口单向阀或出液口单向阀；上电磁铁和下电磁铁对称分布于容积泵机壳正上方与正下方，通电后产生变化的磁场；容积泵机壳从形状上可分为上下两部分，且下部比上部宽大，整个容积泵的内腔形状呈上面狭窄下面宽大；可变形封囊在容积泵机壳底部与容积泵机壳连接，从而与容积泵机壳下部形成进液腔与容积泵机壳上部形成压液腔；磁性液体在可变形封囊的包裹下在未受电磁力作用时为球体，当电磁铁通电后产生磁场，可变形封囊变形为扁长椭圆体将进液腔与压液腔隔开；电磁铁中的电流为零时电磁力为零，可变形封囊的形状恢复为球体。
该电磁铁驱动磁性流体的容积泵工作原理如下：磁性液体在可变形封囊的包裹下在未受电磁力作用时为球体，当电磁铁通电后产生磁场，可变形封囊变形为扁长椭圆体将进液腔与压液腔隔开，并造成处于进液腔的可变形封囊体积减小即可变形封囊与容积泵机壳形成进液腔的体积增大，同时处于压液腔的可变形封囊体积增大即可变形封囊与容积泵机壳形成的压液腔体积缩小；当电磁铁中的电流为零时电磁力为零，可变形封囊的形状恢复为球体从而使在进液腔的可变形封囊体积变大和进液腔体积减小，同时在压液腔的可变形封囊体积变小和压液腔体积增加；进液腔在可变形封囊和磁性流体未受电磁力为球体时与压液腔相通，而在电磁力作用下可变形封囊变形将进液腔和压液腔交接处密封，从而将进液腔与压液腔隔开；进液腔通过进液管吸入液体，在可变形封囊变形恢复为球体时重新与压液腔连通，从而把液体压入压液腔；压液腔在可变形封囊与磁性液体变形时与进液腔封闭，由于可变形封囊在压液腔体积增加，把在压液腔的液体从出液口排出到出液管；在可变形封囊变形恢复时重新与进液腔连通由进液腔补入液体；进液管在进液腔吸取液体时打开，在进液腔向压液腔补液时关闭；出液口在压液腔向出液管压液时打开，在压液腔从进液腔补液时关闭，以保证液体从进液管经过可变形封囊挤压不断流向出液管。
与传统容积泵相比，本发明具有以下优点：
1、本发明具有容积泵不但具有很好的自吸特性，而且在负载发生变化时也保持稳定流量，且与传统容积泵相比省去了复杂的结构与繁多的零件。
2、本发明采用磁性液体替代传统容积泵的机械零件，减少了机械传动各零部件摩擦，提高了容积泵的使用寿命。
3、与传统机械式容积泵的流体进出口均需单向阀不同，它可省去液体进口或出口其中一个单向阀，从而简化了泵体结构。
附图说明
图1为电磁铁驱动磁性流体容积泵的原理图。
图2为带出液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵示意图。
图3为带进液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵示意图。
图4为带进液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵底部图。
图中：1、下电磁铁2、进液管3、进液腔4、出液管，5、上电磁铁6、出液口7、出液口8、磁性液体9、可变形封囊10、容积泵机壳11、进液口单向阀12、出液口单向阀13、进液口
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示为电磁铁驱动磁性流体的容积泵原理图，该容积泵包括下电磁铁1、进液管2、进液腔3、出液管4、上电磁铁5、出液口6、压液腔7、磁性液体8、可变形封囊9、容积泵机壳10、进液口单向阀11；上电磁铁1和下电磁铁5对称分布于容积泵机壳10正上方与正下方，通电后产生变化的磁场；容积泵机壳10从形状上可分为上下两部分，且下部比上部宽，整个容积泵的内腔形状呈上狭窄下宽；可变形封囊9在容积泵机壳10底部a处与容积泵机壳10连接，从而与容积泵机壳10下部形成进液腔3与容积泵机壳10上部形成压液腔7；磁性液体8在可变形封囊9的包裹下在未受电磁力作用时为球体，当电磁铁通电后产生磁场可变形封囊9变形为扁长椭圆体；进液腔3在可变形封囊9和磁性流体8未受电磁力为球体时与压液腔7相通，而在电磁力作用下可变形封囊9变形将进液腔3和压液腔7交接处密封，从而将进液腔3与压液腔7隔开；进液腔3通过进液管2吸入液体，在可变形封囊9通过电磁作用发生变形将液体压入压液腔7；压液腔7在可变形封囊9与磁性液体8变形时与进液腔3封闭，在可变形封囊9通过电磁作用发生变形时将压液腔7的液体从出液口6排出到出液管4；在可变形封囊9恢复为球形时重新与进液腔3连通，并由进液管2向进液腔3不断泵入液体；容积泵内的磁性流体8，也可以使用具有磁性的液体金属；电磁铁可以由交流电、脉冲电源驱动，驱动电源频率根据可变形封囊9与磁性液体8的特性确定；当进液管2进口处安装单向阀时，出液口6可不用安装单向阀；当出液口6安装单向阀时，进液管2进口可不用安装单向阀。
如图2所示为带出液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵示意图，图中对称分布于容积泵机壳10的上电磁铁5与下电磁铁1通电后，装有磁性液体8的可变形封囊9在磁场的作用下发生变形为扁长椭圆体，进液管2的进液口单向阀11打开，在电磁力作用下变形为扁长椭圆体的可变形封囊9将进液腔3和压液腔7交接处密封，从而将进液腔3与压液腔7隔开，此时处于进液腔3的可变形封囊9体积减小即可变形封囊9与容积泵机壳10形成的进液腔3体积增加，进液腔3通过进液管2吸入液体，同时处于压液腔7的可变形封囊9体积增大即可变形封囊9与容积泵机壳10形成的压液腔7体积缩小，完成进液腔3的吸液和压液腔7的排液过程；当电流为零时电磁力为零，包裹磁性流体8的可变形封囊9在未受电磁力作用时恢复为球体，此时进液管2处的进口单向阀11关闭，进液腔3与压液腔7相通，此时在进液腔3的可变形封囊9体积变大即可变形封囊9与容积泵机壳10所构成的进液腔3体积减小，同时在压液腔7的可变形封囊9体积减小即可变形封囊9与容积泵机壳10所构成的压液腔7体积增大，完成进液腔3与压液腔7的液体传递和压液腔7通过出液管4的排液工作，实现一次电磁铁驱动磁性流体的容积泵工作过程；通过控制下电磁铁1与上电磁铁5的电流产生变化的磁场，进而控制包裹电磁液8的可变形封囊9变形实现容积泵的工作循环。
如图3所示为带进液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵示意图，图4为带进液口单向阀的电磁驱动磁性流体容积泵底部图，该电磁铁驱动磁性流体容积泵另外可采用取消在进液口处的单向阀并将单向阀安装在出液口处的方法。此种电磁驱动容积泵与图1容积泵的电磁铁位置、电磁液、可变形封囊、容积泵泵体均未发生变化，其将出液口单向阀12安装在出液口6处，同时进液口13布置在可变形封囊9为球形时和容积泵机壳10刚好重合部位，根据具体设计要求其数目可以是一个也可以为多个；利用磁性液体8在可变形封囊9的包裹下，未受电磁力作用为球体时，可变形封囊9包裹的磁性液体8正好封住进液口13，使得进液腔3中液体不会回流至进液口13；而当其受到电磁铁磁场作用时，可变形封囊9包裹的磁性液体8发生变形为扁长椭圆体，进液口13被打开使液体进入进液腔3。对称分布于容积泵机壳10的上电磁铁5与下电磁铁1通电后，装有磁性液体8的可变形封囊9在磁场的作用下发生变形为扁长椭圆体，此时进液口13打开，在电磁力作用下变形为扁长椭圆体的可变形封囊9将进液腔3和压液腔7交接处密封，从而将进液腔3与压液腔7隔开，此时处于进液腔3的可变形封囊9体积减小即可变形封囊9与容积泵机壳10形成的进液腔3体积增加，进液腔3通过进液口13吸入液体，同时处于压液腔7的可变形封囊9体积增大即可变形封囊9与容积泵机壳10形成的压液腔7体积缩小，出液口单向阀12打开完成进液腔3的吸液和压液腔7的排液过程；当电流为零时电磁力为零,包裹磁性流体8的可变形封囊9在未受电磁力作用时恢复为球体，此时进液口2关闭进液腔3与压液腔7相通，出液口单向阀12关闭，此时在进液腔3的可变形封囊9体积变大即可变形封囊9与容积泵机壳10所构成的进液腔3体积减小，同时在压液腔7的可变形封囊9体积减小即可变形封囊9与容积泵机壳10所构成的压液腔7体积增大，完成进液腔3向压液腔7的液体传递和压液腔7通过出液管4的排液工作，实现一次电磁铁驱动磁性流体的容积泵工作过程；通过控制下电磁铁1与上电磁铁5的电流产生变化的磁场，进而控制包裹电磁液8的可变形封囊9变形实现容积泵的工作循环。
Claims (3)
1.一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，其特征在于：该容积泵由：下电磁铁（1）、进液管（2）或进液口（13）、进液腔（3）、出液管（4）、上电磁铁（5）、出液口（6）、压液腔（7）、磁性液体（8）、可变形封囊（9）、容积泵机壳（10）、进液口单向阀（11）或出液口单向阀（12）组成；上电磁铁（1）和下电磁铁（5）对称分布于容积泵机壳（10）正上方与正下方，通电后产生变化的磁场；容积泵机壳（10）从形状上可分为上下两部分，且下部比上部宽，整个容积泵的内腔形状呈上窄下宽；可变形封囊（9）在容积泵机壳（10）底部a处与容积泵机壳（10）连接，从而与容积泵机壳（10）下部形成进液腔（3）与容积泵机壳（10）上部形成压液腔（7）；磁性液体（8）在可变形封囊（9）的包裹下在未受电磁力作用时为球体，当电磁铁通电后产生磁场可变形封囊（9）变形为扁长椭圆体；进液腔（3）在可变形封囊（9）和磁性流体（8）未受电磁力为球体时与压液腔（7）相通，而在电磁力作用下可变形封囊（9）变形将进液腔（3）和压液腔（7）交接处密封；进液腔（3）通过进液管（2）吸入液体，在可变形封囊（9）通过电磁作用发生变形时将液体压入压液腔（7）；压液腔（7）在可变形封囊（9）与磁性液体（8）变形时与进液腔（3）封闭，在可变形封囊（9）通过电磁作用发生变形将压液腔（7）的液体通过出液口（6）至出液管（4）排出液体；在可变形封囊（9）恢复为球形时重新与进液腔（3）连通，并由进液管（2）向进液腔（3）不断泵入液体。
2.根据权利要求1所述的一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，其特征在于：该电磁铁驱动磁性流体容积泵另外可采用取消在进液口处的单向阀，并将单向阀安装在出液口处即在出液口（6）处安装出液口单向阀（12），同时进液口（13）布置在可变形封囊（9）为球形时和容积泵机壳（10）刚好重合部位，根据具体设计要求其数目可以是一个也可以为多个；利用磁性液体（8）在可变形封囊（9）的包裹下未受电磁力作用为球体时，可变形封囊（9）包裹的磁性液体（8）正好封住进液口（13）；而当其受到电磁铁磁场作用时，可变形封囊（9）包裹的磁性液体（8）发生变形为扁长椭圆体，进液口（13）被打开使液体进入进液腔（3）；对称分布于容积泵机壳（10）的上电磁铁（5）与下电磁铁（1）通电后，装有磁性液体（8）的可变形封囊（9）在磁场的作用下发生变形为扁长椭圆体，此时进液口（13）打开在电磁力作用下变形为扁长椭圆体的可变形封囊（9）将进液腔（3）和压液腔（7）交接处密封，从而将进液腔（3）与压液腔（7）隔开，此时处于进液腔（3）的可变形封囊（9）体积减小即可变形封囊（9）与容积泵机壳（10）形成的进液腔（3）体积增加，进液腔（3）通过进液口（13）吸入液体，同时处于压液腔（7）的可变形封囊（9）体积增大即可变形封囊（9）与容积泵机壳（10）形成的压液腔（7）体积缩小，出液口单向阀（12）打开完成进液腔（3）的吸液和压液腔（7）的排液过程；当电流为零时电磁力为零,包裹磁性流体（8）的可变形封囊（9）在未受电磁力作用时恢复为球体，此时进液口（2）关闭进液腔（3）与压液腔（7）相通，出液口单向阀（12）关闭，此时在进液腔（3）的可变形封囊（9）体积变大即可变形封囊（9）与容积泵机壳（10）所构成的进液腔（3）体积减小，同时在压液腔（7）的可变形封囊（9）体积减小即可变形封囊（9）与容积泵机壳（10）所构成的压液腔（7）体积增大，完成进液腔（3）向压液腔（7）的液体传递和压液腔（7）通过出液管（4）的排液工作，实现一次电磁铁驱动磁性流体的容积泵工作过程；通过控制下电磁铁（1）与上电磁铁（5）的电流产生变化的磁场，进而控制包裹电磁液（8）的可变形封囊（9）变形实现容积泵的工作循环。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用电磁铁驱动磁性流体的容积泵，其技术特征在于：所述磁性流体，也可以为磁性液体金属；所述电磁铁，可以是交流电、脉冲电源驱动，驱动电源频率根据可形变封囊（9）与磁性液体（8）特性确定。
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