CN105927517A - 对称螺旋线形阀压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对称螺旋线形阀压电泵，包括压电振子（1）、泵盖（2）、阀座（3）、螺钉（4）、泵座（6）、密封圈（7）、密封圈（8）、螺钉（9），所述泵座（6）顶部设有泵盖（2），泵座（6）上端为阀座（3），阀座（3）与泵座（6）之间设有密封圈（7），阀座（3）与泵盖（2）之间设有密封圈（8），阀座（3）顶部设有压电振子（1），所述压电振子（1）设于阀座（3）和泵盖（2）之间，所述压电振子（1）与泵盖（2）、阀座（3）及泵座（6）之间通过螺钉（9）固定连接，在阀座（3）的进口和出口处通过螺钉（4）分别安装有一对相互倒置的对称螺旋线形单向阀(5)，结构简单，成本低，可以有效实现压电泵的开启和关闭。

Description

对称螺旋线形阀压电泵

技术领域

本发明涉及一种对称螺旋线形阀压电泵，属于流体机械领域。

背景技术

泵是输送流体或传递能量的机械。传统意义上的泵一般是由电机驱动，无论在理论上、设计方法或制造技术上，已达到十分完善的程度。但受工作原理和结构的限制，如需要附加驱动电机，则体积较大，受电磁干扰，不易控制微小流量，因而难以满足当前航空航天器、机器人、汽车、医疗器械、生物基因工程、微型机械的应用需求。

压电泵是一种新型流体驱动器。它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。

压电泵具有传统泵所不具备的特点，能将传统泵的驱动源部分、传动部分及泵体三者合为一体，可实现结构简单、体积小、重量轻、耗能低、无噪声、无电磁干扰，可根据施加电压或频率控制输出微小流量。尽管它的发明与发展仅30多年的历史，已经在上述领域里得到成功的应用。

压电泵的种类繁多，形式各异，根据不同的分类标准分类不同。从阀体的有无可分为有阀压电泵和无阀压电泵；从阀体开闭的驱动方式可分为主动式有阀压电泵和被动式有阀压电泵。有阀压电泵通常指由一对相互倒置的单向阀分别安装在泵的进口和出口处，用于控制流体的流向。主动式有阀压电泵的阀体的开闭需要用外加驱动电源和控制设备来控制阀体的开启，增加了压电泵的设计、安装和控制环节。被动式有阀压电泵是指压电泵中阀体的开闭是由压电泵的工作周期中泵腔的周期性变化的压力来打开和关闭阀体，从而实现泵的作用。

迄今为止，有阀压电泵发明了很多结构形式，已经得到了广泛的应用。有阀压电泵的功能主要由控制流体流向的单向阀来实现，因此，单向阀的结构对压电泵的性能有决定性的影响。传统有阀压电泵的单向阀是单臂的简单曲臂梁形，它的开启和关闭滞后于压电泵驱动源很多，由于是单臂，阀在工作过程中会受到流体的侧向作用力，使得阀体和阀座之间不居中而存在间隙，导致阀的关闭不可靠，跟从性和截止性不好，而压电泵的动力源压电陶瓷的振动幅度很低，所以压电泵的频率、流量和压力就上不去。为了解决这些问题，有人发明了软的漏斗形的阀、山形阀、轮式平板阀等。但是这些阀仍然有局限性，比如漏斗形的阀需要空间大，加工工序复杂，成本高；山形阀的面积大；轮式平板阀阀片与阀座的固定工艺复杂，容易出现阀片平整度的不好，阀的截止性能降低等。

发明内容

为了克服有阀压电泵结构复杂、跟从性和截止性不好、成本高等缺点，本发明的目的是提供一种对称螺旋线形阀压电泵，在阀座的进口和出口处分别安装有一对相互倒置的对称螺旋线形单向阀，用于控制流体的流向。吸程的时候，压电振子向上弯曲，泵腔的体积变大压力降低，进口处的对称螺旋线形单向阀打开而出口处的关闭，这样流体就流入泵腔；排程的时候，压电振子向下弯曲，泵腔的体积变小压力升高，进口处的对称螺旋线形单向阀关闭，出口处的打开，这样流体就从出口处流出。经过吸程和排程一个完整的周期，泵就实现了流体的单向传输。这种泵具有效率高、流量大、结构简单、安装方便、成本低等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种对称螺旋线形阀压电泵，包括压电振子、泵盖、阀座、螺钉、泵座、密封圈，所述泵座顶部设有泵盖，泵座上端为阀座，阀座与泵座之间设有密封圈，泵座与泵盖之间设有密封圈，泵座顶部设有压电振子，所述压电振子设于泵座和泵盖之间，所述压电振子与泵盖、阀座及泵座之间通过螺钉固定连接，在阀座的进口和出口处通过螺钉分别安装有一对相互倒置的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀的阀体与阀座的进口孔和出口孔相对应，通过螺钉安装在阀座进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀为吸入阀，通过螺钉安装在阀座出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀为排出阀。

本发明所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀由螺钉通过定位器安装在阀座的进出口处，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀的阀体与阀座的进出口相对应；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀的阀体的形状与进出口孔的形状相匹配，其尺寸大于进出口孔的尺寸；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀的阀体和定位器之间通过两个对称的螺旋线形状的曲臂相连接；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀由弹性金属或非金属材料制成。

采用以上技术方案后，本发明的有益效果是：简支梁结构的对称螺旋线形单向阀属于对称等螺旋角截锥螺旋弹簧阀，结构简单，成本低，其对称曲臂的形状是简支梁结构的对称螺旋线，臂长是传统阀臂长的数倍，因而其对泵腔压力变化的反应灵敏，开启量大，跟随性好，该阀可以由金属或非金属弹性材料制成，且因为其曲臂的对称结构，且两曲臂的弹性系数一致，开启和关闭时不会发生翘曲变形，也不会因为流体侧向力的影响而不对中，因此关闭时具有较好的截止性能，可以有效实现压电泵的开启和关闭，而大大提高泵的输出。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明对称螺旋线形阀压电泵的结构示意图。

图2为本发明对称螺旋线形阀压电泵的俯视图。

图3为本发明对称螺旋线形单向阀主视图的剖视图。

图4为本发明对称螺旋线形单向阀的俯视图。

图5为本发明流体吸程时进口处对称螺旋线形单向阀打开出口处关闭的状态图。

图6为本发明流体排程时出口处对称螺旋线形单向阀打开入口处关闭的状态图。

图7为本发明对称螺旋线形阀压电泵的工作原理图。

具体实施方式

根据图1、图2、图3、图4所示，本发明一种对称螺旋线形阀压电泵，包括压电振子1、泵盖2、阀座3、螺钉4、泵座6、密封圈7、密封圈8、螺钉9，所述泵座6顶部设有泵盖2，泵座6上端为阀座3，阀座3与泵座6之间设有密封圈7，阀座3与泵盖2之间设有密封圈8，阀座3顶部设有压电振子1，所述压电振子1设于阀座3和泵盖2之间，所述压电振子1与泵盖2、阀座3及泵座6之间通过螺钉9固定连接，在阀座3的进口和出口处通过螺钉4分别安装有一对相互倒置的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体11与阀座3的进口孔和出口孔相对应，通过螺钉4安装在阀座3进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5为吸入阀，通过螺钉4安装在阀座3出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5为排出阀。

本发明所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5由螺钉4通过定位器10安装在阀座3的进出口处，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体11与阀座3进出口孔相对应，其尺寸大于阀座3的进出口孔的尺寸；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体11的形状与阀座3进出口孔的形状相匹配，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体11和阀座3的进出口孔的形状可以为圆形，也可以为其它几何形状；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体11和定位器10之间通过两个对称的螺旋线形状的曲臂12相连接，该曲臂的螺旋线形状为包括但不限于阿基米德螺旋线或者对数螺旋线；所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5由弹性金属或非金属材料制成，如：铍青铜或者弹簧钢。

根据图5、图6所示，本发明一种对称螺旋线形阀压电泵，简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5用螺钉4安装在阀座3进口孔内部的是吸入阀，简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5用螺钉4安装在阀座3出口孔外部的是排出阀，当泵腔容积变化引起腔内流体压力变化时，在流体的作用下简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5可以实现单向开启和关闭。

根据图7所示，本发明对称螺旋线形阀压电泵的工作原理图，压电泵工作时，对压电振子1施加交流电信号，在电信号的激励作用下，压电振子1产生往复弯曲变形振动，引起泵腔体积和压力交替变化，对称螺旋线形阀压电泵的工作过程如下：

第一阶段（0~1/4T），随着电压的不断增大，压电振子1由平衡位置不断向上弯曲运动至极限位置，泵腔体积增至最大，腔内出现负压，阀座3进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体打开，流体由进口孔流入泵腔。

第二阶段（1/4T~2/4T），在这个过程中，电压不断降低，压电振子1的变形量减小，泵腔体积也不断减小，腔内压强不断增大，阀座3进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体在压力的作用下紧贴于阀座3进口的上端，关闭进口。

第三阶段（2/4T~3/4T），压电振子1随着电压的增大由平衡位置向下做弯曲运动至最低点，泵腔体积不断减小，腔内压力增至最大，阀座3出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体打开，流体由出口孔流出泵腔。

第四阶段(3/4T~T），在这一阶段，压电振子上的电压不断降低，压电振子1的变形量不断减小，泵腔体积增大，腔内压强不断降低，阀座3出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5的阀体在压力的作用下紧贴于出口的下端，关闭进口。

当压电振子1沿S4→S1→S2运动时，泵腔处于舒张状态，泵腔体积增大，腔内出现负压，此时阀座3出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5关闭，进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5打开，流体流入泵腔，为泵的吸程；当压电振子1沿S2→S3→S4运动时，泵腔体积压缩，腔内压强增大，此时阀座3进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5关闭，出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀5打开，流体流出泵腔，为泵的排程。如此，在一个工作周期内，实现了流体的吸入和排出。

Claims (4)

1.一种对称螺旋线形阀压电泵，包括压电振子（1）、泵盖（2）、阀座（3）、螺钉（4）、泵座（6）、密封圈（7）、密封圈（8）、螺钉（9），所述泵座（6）顶部设有泵盖（2），泵座（6）上端为阀座（3），阀座（3）与泵座（6）之间设有密封圈（7），阀座（3）与泵盖（2）之间设有密封圈（8），阀座（3）顶部设有压电振子（1），所述压电振子（1）设于阀座（3）和泵盖（2）之间，所述压电振子（1）与泵盖（2）、阀座（3）及泵座（6）之间通过螺钉（9）固定连接，其特征在于在阀座（3）的进口和出口处通过螺钉（4）分别安装有一对相互倒置的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀(5)，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）的阀体（11）与阀座（3）的进口孔和出口孔相对应；通过螺钉（4）安装在阀座（3）进口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）为吸入阀，通过螺钉（4）安装在阀座（3）出口处的简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）为排出阀，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）的阀体（11）和定位器（10）之间通过两个对称的螺旋线形状的曲臂（12）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种对称螺旋线形阀压电泵，其特征在于所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）由螺钉（4）通过定位器（10）安装在阀座（3）的进出口处，所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）的阀体（11）与阀座（3）进出口孔相对应，其尺寸大于阀座（3）的进出口孔的尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种对称螺旋线形阀压电泵，其特征在于所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）的阀体（11）的形状与阀座（3）进出口孔的形状相匹配。

4.根据权利要求1所述的一种对称螺旋线形阀压电泵，其特征在于所述简支梁结构的对称螺旋线形单向阀（5）由弹性金属或非金属材料制成。