CN105201793B - 一种开槽式有阀压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开槽式有阀压电泵，进液段靠近下泵体一端的进液口处依次设有进口格栅、进口单向阀，所述下泵体一端通过法兰与进液段相连，下泵体另一端通过法兰与出液段相连，且下泵体在该端的出液口处依次设有出口格栅、出口单向阀，所述下泵体的上端通过法兰连接有上泵体，上泵体的顶面紧密贴合固定有压电振子；设计了新型的开槽式(钹型，平板)被动阀结构，提出利用槽口变形来实现阀门作用的一种构想。设计一种(钹型，平板)隔栅结构，并且在其中均匀开孔，使得出液均匀。而且，阀门能够响应性好；同时，隔栅的存在由于与阀门的出流位置是交叉的，所以在阀门关闭时，隔栅充当了一部分的阀门的作用。

Description

一种开槽式有阀压电泵

技术领域

本发明涉及一种有阀压电泵，尤其涉及一种开槽式阀体压电泵。

背景技术

压电泵是微型泵的一个重要组成部分，它的工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生容积的变化实现流体的输出或者利用压电振子产生波动来输出液体。相比于其它传统泵，它有能量密度更大，结构简单，体积小，重量轻，能耗低，无噪声，无电磁干扰，可以精确控制微流体等优点，得到了国内外广大研究人员的关注。目前，压电泵已经逐渐应用于医疗、机械、小家电、微化学混合，刀片服务器冷却等等研究领域。

压电泵可以分为压电薄膜泵和压电超声泵，而压电薄膜泵根据有无截止阀又可分为无阀压电泵和有阀压电泵。在多数领域，压电泵需要保证流量的稳定输出，无阀压电泵流量小，回流大。所以，应用上有阀压电泵相较于无阀压电泵，应用更广泛。有阀压电泵分为主动阀压电泵和被动阀压电泵，主动阀压电泵依靠外界输入的信号进行开合，阀门的响应频率较高，但是，控制系统太复杂，阀门的制作也复杂，所以目前市场上主要以被动阀压电泵为主体。而现在的被动阀法压电泵的阀体部分在运行过程中所受应力比较大，影响了阀体的稳定性。

发明内容

为了解决被动阀体的应力大的问题，提出一种钹型中间开槽结构的被动阀体，并基于此阀体设计一种压电泵。本发明提出了一种开槽式有阀压电泵结构。其基本思路是先设计一种钹型或平板结构的阀体，然后再在该结构正上方开十字槽，使得被输送液体从阀体的中间出来。

同时为了使得阀体能够响应快，跟随性好，在阀体部分添加一个隔栅，并且为使得出液均匀，在隔栅上均布一些圆孔，使得液从这些圆孔中出来，阀体受力更加均匀，避免了阀体开槽尖端的应力集中。泵体与管道，以及泵体之间采用法兰连接，带来一种加工和安装的简洁性。阀体、隔栅和管道通过螺栓同时固定，避免二次分开固定带来的定位问题和空隙问题。

为了实现上述要求，本发明采用以下技术方案：

一种开槽式阀体压电泵，包括进液段、进口格栅、进口单向阀、下泵体、上泵体、压电振子、出口隔栅、出口单向阀和出液段；

所述下泵体一端通过法兰与进液段相连，所述进液段靠近下泵体一端的进液口处依次设有进口格栅、进口单向阀，下泵体另一端通过法兰与出液段相连，且下泵体该端的出液口处依次设有出口格栅、出口单向阀，所述下泵体的上端通过法兰连接有上泵体，上泵体的顶面紧密贴合固定有压电振子；

所述上泵体为圆盖形状，所述上泵体的圆盖能够在压电振子的振动下发生形变，所述下泵体为一体铸造结构，包括下泵体钹型进液段、下泵体钹型出液段、圆柱形泵腔及其两端的直通管道，所述下泵体钹型进液段、下泵体钹型出液段分别位于圆柱形泵腔及其两端的直通管道的两端且与圆柱形泵腔相连通。

进一步，所述进口格栅与进口单向阀、出口格栅与出口单向阀均采用同向排列，紧密贴合且一体式安装。这样的排列方式，保证在一个阀门工作时，另一个阀门处于关闭状态，保证了流体的单向传输。

进一步，所述进口单向阀、出口单向阀为一种钹型结构的阀体，并且在钹型结构阀体上面进行开十字槽处理；使得液体可以通过阀体的中心来进行传输，可以减小阀体的应力。所述进口格栅、出口隔栅为一种钹型结构的隔栅，并且在隔栅上面开有若干小圆孔。使得来流能够被均匀地分散成几束小的流体，可以进一步减小阀体所受应力，而且可以提高阀体的响应速度。

进一步，所述隔栅上面开有的若干小圆孔和所述阀体上面开有的十字槽在对应的空间上不重合。

进一步，所述隔栅上面开有若干小圆孔的个数为12个，孔径为1mm，每四分之一个圆上分布3个小圆孔。

进一步，所述下泵体钹型进液段、下泵体钹型出液段内部采用倒角结构。以尽量符合流体的流线型，减小流动过程中在凸起里面的漩涡，减小损失。

进一步，所述下泵体的圆柱形泵腔底面采用仿流线型凹面结构，仿流线型剖线为上接直通管道，下与泵腔底部相切的一个半径为40mm的圆弧，其凹面同直通管道平滑过渡，使得漩涡小，能量损失小，用于医疗，对细胞损伤小。

进一步，所述进口单向阀、出口单向阀采用高分子高韧性聚合物；所述进口格栅、出口隔栅采用高强度高刚性的复合材料制成。

本发明具有以下技术效果：

1、设计了新型的开槽式(钹型，平板)被动阀结构，提出利用槽口变形来实现阀门作用的一种构想。

2、设计一种(钹型，平板)隔栅结构，并且在其中均匀开孔，使得出液均匀。钹型(平板)结构的隔栅，上面开12孔，每个孔直径为1mm，每四分之一个圆上分布3个(不局限于这一种孔布置方式，隔栅上有孔都在保护范围内。)，而且，阀门响应性能好；同时隔栅上面开有的若干小圆孔和所述阀体上面开有的十字槽在对应的空间上不重合。所以在阀门关闭时，隔栅充当了一部分的阀门的作用。

3、在下泵体钹型出液段采用倒角结构，可以比没倒角时更加贴近流线的情况，减小液体在流动时产生的漩涡，减小能量损失。

4、压电泵泵腔采用仿流线型结构，仿流线型剖线为上接管道，下与泵腔底部相切的一个半径为40mm的圆弧，可以减小泵腔内的漩涡，减少能量损失，如果运输细胞，可以减少细胞的死亡率。

5、进口格栅、出口隔栅，还可以在阀体关闭时起到支撑阀体的作用；还可以在阀体关闭时起到帮助阀体阻隔液体的作用。设计了法兰连接结构，上泵体和下泵体之间，下泵体和管道之间通过法兰连接，使得加工与安装都变得更加简便。

附图说明

图1是本发明装置整体的爆炸图；

图2是本发明装置整体的剖视图；

图3是本发明装置整体的俯视图；

图4是本发明装置整体吸程原理图；

图5是本发明装置整体排程原理图；

图6是本发明装置下泵体剖视图；

图7是本发明装置下泵体俯视图；

图8是本发明装置上泵体剖视图；

图9是本发明装置上泵体俯视图；

图10是本发明装置进出口隔栅俯视示意图；

图11是本发明装置进出口单向阀俯视示意图。

图中序号对应关系：1-进口段、2-进口隔栅、3-进口单向阀、4-下泵体、4-1-下泵体钹型进液段、4-2-圆柱形泵腔两端的直通管道、4-3-圆柱形泵腔、4-4-下泵体钹型出液段、5-上泵体、6-压电振子、7-出口隔栅、8-出口单向阀、9-出口段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。(但本发明的保护范围并不限于此。)

一种开槽式有阀压电泵，主要由上泵体、压电晶片、下泵体(包括下泵体钹型进液段、下泵体钹型出液段、圆柱形泵腔及其两端的直通管道)进口单向阀、出口单向阀、进口隔栅、出口隔栅和控制器组成。泵体左右两边采用对称布置，进出液口阀体和隔栅采用同向布置，这样在其中一个阀体打开工作时，另一个是处于关闭状态，可以实现液的单向传输。

本发明中泵体可以采用3D打印技术，使用塑性高分子聚合物，具有较强刚性，较大的强度。本发明中单向阀有高分子橡胶制成，其韧性较好，可反复变形，在应力较小的情况下，不易产生疲劳损伤，阀体的可靠性提高。

如图1所示：一种钹型开槽式有阀压电泵主要由进液段1、进口隔栅2、进口单向阀3、下泵体4(包括下泵体钹型进液段4-1、下泵体钹型出液段4-4、圆柱形泵腔4-3及其两端的直通管道4-2)、上泵体5、压电振子6、出口隔栅7、出口单向阀8和出液段9组成。所述进液段1、出液段9和下泵体钹型进液段4-1、下泵体钹型出液段4-4相配合连接，所述进液段1、出液段9和下泵体钹型进液段4-1、下泵体钹型出液段4-4的连接处均为钹型。

压电泵出液口段1由塑性材料加工而成，通过法兰和下泵体4连接。下泵体4通过法兰和上泵体5通过法兰连接，上泵体5和下泵体4使用塑性材料通过3D打印技术制成，压电振子6使用强力胶粘在上泵体5的中心，尽量保证压电振子6圆和上泵体5圆的同心度。

将进口单向阀3和进口隔栅2通过螺栓和进液段1紧密固定在一起，进口单向阀3用高韧性材料制成，进口隔栅2用高强度塑性材料制成，进口隔栅2的作用是能够将来流液体均分成几部分分别从小孔射出，能够避免进口单向阀3开槽尖端部位的应力集中，可以提高进口单向阀3的可靠性。

同理，出口单向阀8和出口隔栅7通过螺栓与下泵体4紧密连接在一起，出口单向阀使用和进口单向阀同样的材质，同样的加工方法制成，出口隔栅7和进口隔栅2一样，同方向排列进出口阀可以使得液体能够实现单向传输。

如图2-5所示：当压电振子6在电信号的驱动下产生向上的形变时，圆柱形泵腔4-3体积变大，压力降低，当进液段1内压力大于圆柱形泵腔4-3内的压力时，进口单向阀3会在压差下打开，液体进入圆柱形泵腔4-3，形成吸程；反之，当压电振子6在电信号的驱动下产生向下的形变时，圆柱形泵腔4-3体积变小，压力增加，当圆柱形泵腔4-3内的压力大于出液段9的压力时，出口单向阀8会在压差下打开，液体排出泵腔，形成排程，如此往复，实现泵液的功能。

如图6-7所示：是下泵体4的零件图，下泵体4为三段式一体铸造结构，包括下泵体钹型进液段4-1、下泵体钹型出液段4-4、圆柱形泵腔4-3及其两端的直通管道4-2。

所述下泵体的圆柱形泵腔4-3底面采用仿流线型凹面结构，仿流线型剖线为上接直通管道4-2，下与泵腔底部相切的一个半径为40mm的圆弧，其凹面同直通管道平滑过渡，使得漩涡小，能量损失小，用于医疗，对细胞损伤小。

如图8-9所示：是上泵体5的零件图，是个圆盖形结构。

如图10-11所示：分别为进出口格栅俯视图和进出口单向阀俯视图。

钹型(平板)结构的隔栅，上面开12孔，每个孔直径为1mm，每四分之一个圆上分布3个(不局限于这一种孔布置方式，隔栅上有孔都在保护范围内。)，而且，阀门响应性能好；同时隔栅上面开有的若干小圆孔和所述阀体上面开有的十字槽在对应的空间上不重合。所以在阀门关闭时，隔栅充当了一部分的阀门的作用。

这种压电泵的安装过程如下：第一步先将进液段1、进口隔栅2和进口单向阀3通过螺栓紧密结合在一起，第二步再将进液段1和下泵体4通过法兰连接紧密结合在一起，第三步将压电振子6和上泵体5紧密粘在一起，第四步将粘连了压电振子6的上泵体5通过法兰和下泵体4连接在一起，第五步将下泵体4和出口隔栅7、出口单向阀8通过螺栓结合在一起，第六步最后将出液段9和下泵体4通过法兰连接。

压电泵阀门采用钹型(平板)结构，中间开槽，在根据阀门采用相同结构形式的隔栅，隔栅开孔过流，隔栅起到分流和支撑阀门，并且一定程度上起到一部分阀门的作用，泵腔采用仿流线型(例如：仿流线型剖线为上接管道，下与泵腔底部相切的一个半径为40mm的圆弧)。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。如：开槽阀门并不仅仅指钹型和平板两种结构，还包括其他结构形式。

Claims (6)

1.一种开槽式有阀压电泵，其特征在于，包括进液段(1)、进口格栅(2)、进口单向阀(3)、下泵体(4)、上泵体(5)、压电振子(6)、出口隔栅(7)、出口单向阀(8)和出液段(9)；

所述进液段(1)靠近下泵体(4)一端的进液口处依次设有进口格栅(2)、进口单向阀(3)，所述下泵体(4)一端通过法兰与进液段(1)相连，下泵体(4)另一端通过法兰与出液段(9)相连，且下泵体(4)在该端的出液口处依次设有出口格栅(7)、出口单向阀(8)，所述下泵体(4)的上端通过法兰连接有上泵体(5)，上泵体(5)的顶面紧密贴合固定有压电振子(6)；

所述上泵体(5)为圆盖形状，所述上泵体(5)的圆盖能够在压电振子(6)的振动下发生形变，所述下泵体(4)为一体铸造结构，包括下泵体钹型进液段(4-1)、下泵体钹型出液段(4-4)、圆柱形泵腔(4-3)及其两端的直通管道(4-2)，所述下泵体钹型进液段(4-1)、下泵体钹型出液段(4-4)分别位于圆柱形泵腔(4-3)及其两端的直通管道(4-2)的两端且与圆柱形泵腔(4-3)相连通；

所述进口格栅(2)与进口单向阀(3)、出口格栅(7)与出口单向阀(8)均采用同向排列，紧密贴合且一体式安装；

所述进口单向阀(3)、出口单向阀(8)为一种钹型结构的阀体，并且在钹型结构阀体上面进行开十字槽处理；所述进口格栅(2)、出口隔栅(7)为一种钹型结构的隔栅，并且在隔栅上面开有若干小圆孔。

2.根据权利要求1所述的一种开槽式有阀压电泵，其特征在于：所述隔栅上面开有的若干小圆孔和所述阀体上面开有的十字槽在对应的空间上不重合。

3.根据权利要求2所述的一种开槽式有阀压电泵，其特征在于：所述隔栅上面开有若干小圆孔的个数为12个，孔径为1mm，每四分之一个圆上分布3个小圆孔。

4.根据权利要求1所述的一种开槽式有阀压电泵，其特征在于，所述下泵体钹型进液段(4-1)、下泵体钹型出液段(4-4)内部采用倒角结构。

5.根据权利要求1所述的一种开槽式有阀压电泵，其特征在于：所述下泵体的圆柱形泵腔(4-3)底面采用仿流线型凹面结构，其凹面同直通管道(4-2)平滑过渡。

6.根据权利要求1所述的一种开槽式有阀压电泵，其特征在于：所述进口单向阀(3)、出口单向阀(8)采用高分子高韧性聚合物；所述进口格栅(2)、出口隔栅(7)采用高强度高刚性的复合材料制成。