CN104696203B - 复合阻流体无阀压电泵 - Google Patents

Abstract

异形复合阻流体无阀压电泵，泵腔端面上安装有压电振子；泵座上设置有阻流体，泵侧壁上设置有连接泵腔与外界的第一、第二流体进出管，第一、第二流体进出管对称设置在泵侧壁上，阻流体包括前导体和主阻流体，前导体和主阻流体均为对称型结构，对称轴重合，对称轴的两端分别朝向第一、第二流体进出管；前导体具有引流面和阻流面，引流面朝向第一流体进出管，流体进出泵腔时，起分流引导作用；阻流面朝向主阻流体，流体进出泵腔时，起阻流引导作用；主阻流体包括引流面和阻流面，引流面朝向前导体的阻流面，阻流面朝向第二流体进出管。异形复合阻流体无阀压电泵较采用形状规则的阻流体的无阀压电泵可实现更好的泵送效果。

Description

复合阻流体无阀压电泵

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，涉及一种复合阻流体无阀压电泵。

背景技术

相对于传统泵，压电泵不需要附加驱动电机，而是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出或者利用压电振子产生波动来传输液体。按照泵腔内有无阀体可将压电泵分为有阀压电泵和无阀压电泵。无阀压电泵的流体入口和出口是连通的，靠管路的特殊形状、泵腔结构或在泵腔内设置阻流装置实现“阀”的作用。

阻流体无阀压电泵通过设置在泵底座上的阻流体的正反向流阻差来实现泵送流体的功能。现有阻流体无阀压电泵的阻流体的设置形式是：研究一种形状的阻流体，将阻流体按照一定的规律排列在泵底座上，流体在各个阻流体的间隙内流过。阻流体的形式是多样的，当其共性为：泵底座上的多个阻流体均是形状规则的、同一种形状的。

申请人的申请号为201210396143.X的在先专利申请公开了一种阻流体阻流无阀压电泵。其中公开了如下的技术特征：“泵底座上设置有至少一个阻流体”，“阻流体具有第一迎流面和第二迎流面，所述的第一迎流面具有光滑、圆顺的曲面，所述的第二迎流面具有陡直的端面”，“阻流体等间距地设置在直通槽上”。从在先专利申请的附图也可以看出，阻流体是均布在泵底座上的，虽然这种结构阻流体的第一迎流面和第二迎流面可形成流阻差，但由于阻流体的形状规则，排列结构均匀，并不能达到更佳的流阻差及泵送效果。

发明内容

本发明提出了复合阻流体的概念，目的在于提供一种结构合理、阻流效果好的复合阻流体无阀压电泵。

本发明的技术方案是：复合阻流体无阀压电泵，包括泵座、泵侧壁、泵上盖，三者围成泵腔，泵腔端面上安装有压电振子；泵座上设置有阻流体，泵侧壁上设置有连接泵腔与外界的第一、第二流体进出管，第一、第二流体进出管对称设置在泵侧壁上，所述阻流体包括顺次排列的至少一个前导体和至少一个主阻流体，所述前导体具有引流面和阻流面，引流面朝向第一流体进出管，流体进出泵腔时，起分流引导作用；阻流面朝向主阻流体，流体进出泵腔时，起阻流作用；所述主阻流体包括引流面和阻流面，引流面朝向前导体的阻流面，阻流面朝向第二流体进出管；所述主阻流体阻流面的横向端面大于所述前导体阻流面的横向端面，主阻流体的阻流面起主要阻流作用。所述前导体和主阻流体可采用同类型、不同类型或异形阻流体的复合，例如前导体和主阻流体可以是半求缺、半圆柱等类型的阻流体，也可以是V型、Ω型、π型等异形阻流体，。流体是从第一、第二流体进出管同时进出泵腔的，流体流入泵腔的过程中，前导体的引流面对从第一流体进出管流入的流体起引导作用，主阻流体的引流面也起到辅助引流的作用，前导体的阻流面和主阻流体的阻流面对从第二流体进出管进入的流体起阻流的作用，从宏观上看，流体流入泵腔的过程中，从第一流体进出管流入的流体较从第二流体进出管流入的流体多；同理，流体流出泵腔的过程中，从第二流体进出管流出的流体较从第一流体进出管流出的流体多。

优选的是：前导体和主阻流体呈直线排列，均为对称型结构，对称轴重合，对称轴的两端分别朝向第一、第二流体进出管。作为优选，前导体和主阻流体采用对称型结构可保证阻流体两侧流量均匀，增强无阀压电泵运行的稳定性。

优选的是：前导体为“V”形，“V”形的尖端面为引流面，朝向第一流体进出管；与尖端面相对的一面为阻流面，朝向主阻流体；“V”形尖端的两个侧面朝向从第一流体进出管进入的流体，引导流体沿着两个侧面的方向流动，起到引流的作用，与尖端面相对的一面朝向主阻流体，即朝向从第二流体进出管流入的流体，由于这一面形成一深“V”型槽，对流体阻力大，因此起到阻挡流体从第二流体进出管流入泵腔的目的。除了“V”形的结构外，前导体还可以采用其他形状，前导体的引流面不是与流体进出方向垂直的端面，其与流体进出的方向成一定角度的斜面，这个角度是介于0°～90°之间，才可实现正方向引流，相反的方向阻流的效果。

优选的是：主阻流体包括第一引流面、第二引流面和第三阻流面，第一引流面靠近前导体，对称轴两侧的第一引流面延伸成一“V”型，“V”形的尖端朝向前导体；第二引流面为弧形曲面；第三阻流面为陡直端面，朝向第二流体进出管。第一引流面和第二引流面辅助前导体的引流面达到引流、分流的作用，第三阻流面起到阻挡第二流体进出管流体流入的作用。主阻流体的形状并不局限于此，其引流面可根据需要做成多段结构，但引流面的方向一定是介于与第一流体进出管的流体流入的方向垂直与平行之间的。

优选的是：第三阻流面的宽度大于第二引流面。

优选的是：主阻流体的对称轴处形成一流体通道，在流体流入流出泵腔的过程中，流体通道起到辅助引流的作用。

优选的是：无阀压电泵设计的目的是在流体进出的过程中实现较大的流阻差，流体在泵腔内的流场内流动，流场的结构不同，也会对阻流引流起到不同的效果。泵侧壁与泵座安装后形成流场，对泵侧壁进行了特殊设计，泵侧壁上，以第一、第二流体进出管的连线为对称轴，分别设置了竖直的阻挡装置，阻挡装置的长度方向平行于对称轴。泵侧壁与泵座安装后，阻挡装置垂直于泵座，并与泵座相接，与泵座共同构成一矩形流场。流体仅可在两阻挡装置构成的流场内流动，进出泵腔。

本发明的工作原理如下(定义由第一流体进出管到第二流体进出管的方向为正向，反之为反向)：

压电振子通电后，将电能转换为机械能，产生向上隆起和向下凹陷的往复变形运动，使泵腔体积产生周期性的变化，泵腔内的压强随之变换，对流体产生吸入和排出力的作用。

泵的吸入过程：压电振子向上运动，泵腔变大压强减小，流体经由第一流体进出管、第二流体进出管同时吸入泵腔。

对正向流动来说，前导体是对流体起着分流、导引作用，使流体遇到阻流体的遮挡不会出现澭堵和水位涌高现象，减小压差阻力(即减小流动阻力)；主阻流体将前导体分流出的流体进一步导流，合适的间距范围内能够延缓前导体和主阻流体上边界层的分离，降低正向流动时的流动阻力。

对反向流动来说，陡直端面对流体的阻力较圆弧及斜面要大得多，流体沿垂直流向方向上被大面积阻挡容易形成水位涌高，压差阻力增大；同时，澭堵的部分流体经由泵腔和阻流体围成的矩形流道流入前导体内部凹入区域，更增加了流动阻力，从而使反向流动能够产生更大的流阻。

从而，反向与正向流动能够形成更大的流阻差，使正向吸入的流体多于反向吸入的流体。

泵的排出过程：

振子向下运动压缩泵腔，腔内体积减小、压强高于管口处压强，流体被压缩沿第一流体进出管、第二流体进出管同时排出泵腔，但由于复合阻流体的作用，使流体沿正向绕过主阻流体而流出泵腔的流动阻力同样小于沿反向绕流过前导体内部区域流出泵腔的流动阻力，因而经由正向排出的流体多于反向。

配合振子的周期振动，即形成了泵的连续泵送。前导体的开口角度、前导体和主阻流体形成流道宽度、前后两复合体的间距及两复合体的几何尺寸都直接影响着反正向流阻差的大小；流阻差越大，泵流量越高，泵送性能越好。

本发明的有益效果是：

1、复合阻流体与传统阻流体均是依据反、正向流阻差形成无移动部件阀的；单一组复合体所形成的反正向流阻差要远大于泵腔内均布形状均匀的阻流体所形成的流阻差，所以，复合阻流体替代多个形状均匀的阻流体，即简化了无移动部件阀及泵腔的结构又有效缩小了泵腔空间，更利于无阀泵的微型化。

2、复合阻流体采用部分式结构，前导体和主阻流体的引流面配合完成引流作用，阻流面配合完成阻流作用，有利于形成更大的流阻差。

3、现有无阀压电泵泵腔多为圆柱体，形成一个圆柱形边界的流场，本发明对泵侧壁进行了特殊设计，使泵侧壁在与泵座安装后，形成矩形边界的流场，与矩形边界流场相比，圆柱形边界的流场较分散，矩形流场更利于形成大的流阻差。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图

图2为本发明俯视结构示意图

图3为复合阻流体结构示意图

图4为复合阻流体与泵座形成的矩形流场空间示意图

图5为泵腔立体结构示意图

图中，1-泵腔，2-泵座，3-压电振子，4-前导体，5-主阻流体，6-第一流体进出管，7-第二流体进出管，8-引流面，9-阻流面，10-第一引流面，11-第二引流面，12-第三阻流面，13-阻挡装置,14-对称轴,15-流体通道，h1-流道，h2流道

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1至图5所示：

复合阻流体无阀压电泵，包括泵座2、泵侧壁、泵上盖，三者围成泵腔1，泵腔1端面上安装有压电振子3；泵座2上设置有阻流体，泵侧壁上设置有连接泵腔与外界的第一流体进出管6、第二流体进出管7，第一流体进出管6、第二流体进出管7对称设置在泵侧壁上，阻流体包括前导体4和主阻流体5，前导体4和主阻流体5均为对称型结构，二者对称轴14重合，对称轴14的两端分别朝向第一流体进出管6、第二流体进出管7；前导体4具有引流面8和阻流面9，引流面8朝向第一流体进出管6，流体进出泵腔1时，起分流引导作用；阻流面9朝向主阻流体5，流体进出泵腔1时，起阻流引导作用；主阻流体5包括引流面和阻流面，引流面朝向前导体4的阻流面9，阻流面朝向第二流体进出管7。

在本实施例中，前导体选用“V”形，“V”形的尖端面为引流面8，朝向第一流体进出管6；与尖端面相对的一面为阻流面9，朝向主阻流体5；“V”形尖端的两个侧面朝向从第一流体进出管6进入的流体，引导流体沿着两个侧面的方向流动，起到引流的作用，与尖端面相对的一面朝向主阻流体5，即朝向从第二流体进出管7流入的流体，由于这一面形成以深“V”型槽，对流体阻力大，因此起到阻挡流体从第二流体进出管7流入泵腔1的目的。

在本实施例中，主阻流体5的引流面有两个，阻流面有一个，主阻流体的结构包括第一引流面10、第二引流面11和第三阻流面12，第一引流面10靠近前导体4，对称轴14两侧的第一引流面10延伸成一“V”型，“V”形的尖端的方向朝向前导体4；第二引流面11为弧形曲面；第三阻流面12为陡直端面，朝向第二流体进出管7。第一引流面10和第二引流面11辅助前导体4的引流面8达到引流、分流的作用，第三阻流面12起到阻挡第二流体进出管7流体流入的作用。第三阻流面12的宽度大于第二引流面11。主阻流体5的对称轴14处形成一流体通道15，在流体流进、流出泵腔1的过程中，流体通道15起到辅助引流的作用。

无阀压电泵设计的目的是在流体进出的过程中实现较大的流阻差，流体在泵腔内的流场内流动，流场的结构不同，也会对阻流引流起到不同的效果。泵侧壁上，以第一流体进出管6、第二流体进出管7的连线为对称轴，分别设置了竖直的阻挡装置13，阻挡装置13的长度方向平行于对称轴。泵侧壁与泵座2安装后，阻挡装置13垂直于泵座2，并与泵座2相接，与泵座2共同构成一矩形流场。流体仅可在两阻挡装置13构成的流场内流动，进出泵腔1。

流体总是从第一流体进出管6、第二流体进出管7同时进出泵腔1的，流体正向流入泵腔1的过程中，前导体4的引流面对从第一流体进出管6流入的流体起引导作用，主阻流体5的第一引流面10、第二引流面11也起到辅助引流的作用，由流体惯性作用，流体沿前导体4与阻流装置13之间的流道h1以及主阻流体5与阻流装置13之间的流道h2流动，绕过主阻流体5流入泵腔1，呈现小流阻；流体反向流入泵腔1的过程中，主阻流体5的第三阻流面12和前导体4的阻流面9对从第二流体进出管7进入的流体起阻流的作用，大部分流体被主阻流体5的第三阻流面12阻挡，一部分流体经由流体通道15流入阻流面9形成的“V”形空间，被阻挡，还有一小部分流体经由流道h2流入泵腔，该过程整体效果为大阻流，从宏观上看，流体流入泵腔1的过程中，从第一流体进出管6流入的流体较从第二流体进出管7流入的流体多；同理，流体流出泵腔1的过程中，从第二流体进出管7流出的流体较从第一流体进出管6流出的流体多。

Claims (7)

1.复合阻流体无阀压电泵，包括泵座、泵侧壁、泵上盖，三者围成泵腔，泵腔端面上安装有压电振子；泵座上设置有阻流体，泵侧壁上设置有连接泵腔与外界的第一、第二流体进出管，第一、第二流体进出管对称设置在泵侧壁上，其特征在于：所述阻流体包括顺次排列的至少一个前导体和至少一个主阻流体，所述前导体具有引流面和阻流面，引流面朝向第一流体进出管，流体进出泵腔时，起分流引导作用；阻流面朝向主阻流体，流体进出泵腔时，起阻流作用；所述主阻流体包括引流面和阻流面，引流面朝向前导体的阻流面，阻流面朝向第二流体进出管；所述主阻流体阻流面的横向端面大于所述前导体阻流面的横向端面。

2.如权利要求1所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：前导体和主阻流体呈直线排列，均为对称型结构，对称轴重合，对称轴的两端分别朝向第一、第二流体进出管。

3.如权利要求2所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：所述前导体为“V”形，“V”形的尖端面为引流面，朝向第一流体进出管；与尖端面相对的一面为阻流面，朝向主阻流体。

4.如权利要求3所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：所述主阻流体包括第一引流面、第二引流面和第三阻流面，第一引流面靠近前导体，对称轴两侧的第一引流面延伸成一“V”型，“V”形的尖端朝向前导体；第二引流面为弧形曲面；第三阻流面为陡直端面，朝向第二流体进出管。

5.如权利要求4所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：所述第三阻流面的宽度大于第二引流面。

6.如权利要求2至5中任意一项所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：所述主阻流体的对称轴处形成一流体通道。

7.如权利要求6所述的复合阻流体无阀压电泵，其特征在于：所述泵侧壁上，以第一、第二流体进出管的连线为对称轴，分别设置了竖直的阻挡装置，阻挡装置的长度方向平行于对称轴，泵侧壁与泵座安装后，阻挡装置垂直于泵座，并与泵座相接，与泵座共同构成一矩形流场。