CN106762566B - 半柔性阀压电泵及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半柔性阀压电泵及其工作方法，包括由泵盖和泵底组成泵体、压电振子、阀座、半柔性阀、进水管和出水管；泵盖上设有进水口、出水口和沉孔，进水管与进水口连接，出水管与出水口连接，压电振子固定安装在沉孔内；泵底上设有泵腔、阀座安装槽、连接管，泵腔与沉孔相对应；阀座上设有卡槽，半柔性阀固定安装在卡槽内；泵盖与泵底之间密封连接，第一连接管的一端与泵腔连接，另一端与进水口连接，第二连接管的一端与泵腔连接，另一端与出水口连接，在第一连接管和第二连接管两侧对称安装半柔性阀。本发明结构简单，成本低，可以有效的实现有阀压电泵和无阀压电泵功能。

Description

半柔性阀压电泵及其工作方法
技术领域
本发明属于流体机械技术领域，具体涉及一种半柔性阀压电泵及其工作方法。
背景技术
泵是一种改变流体速度和压力的装置，可以实现流体的输送。传统意义上的泵一般由动力装置和执行装置组成，在设计方法和制造技术上已形成一套完善理论。由于工作原理和结构等因数，难以满足一些特殊领域如航空航天、精密仪器、生物化学、医疗和微机电等系统对泵提出了无电磁污染、微型化、噪音小、精密流量控制等新的要求。
压电泵是一种新型流体驱动器件，利用压电材料的逆压电效应使压电振子产生形变，再由形状引起泵腔容积変化实现流体的输送。
压电泵相对于传统泵，压电泵不需要附加驱动装置，将驱动装置、传动装置及泵体集于一体，具有结构简单、体积小、重量轻、耗能低等特点。可以改变电参数控制流体的输出，以满足上述领域的技术要求。
压电泵发展至今，各种新结构、新原理不断涌现，样式各异，根据不同的分类标准类别不同。以有无可移动部件阀分为有阀压电泵和无阀压电泵；从阀的开闭驱动形式又可以分为主动阀压电泵和被动阀压电泵。主动阀压电泵的泵体驱动需要外加驱动源和控制装置共同实现阀体的开闭。被动阀压电泵的泵体驱动依靠泵腔周期性变化的压力进行开闭，从而实现泵的功能。
有阀压电泵和无阀压电泵由于其结构和原理的差异，各有其优缺点：有阀压电泵流量大，可在背压下工作，但是结构复杂，存在接触磨损而产生的污染以及泵阀滞后性；无阀压电泵结构简单，易于微小型化，无污染，但存在着流量小、流动脉动大、有回流现象等问题。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种兼具有阀压电泵和无阀压电泵功能的半柔性阀压电泵及其工作方法，通过调节驱动电压，改变压电振子变形量，从而影响泵腔压力变化，进一步影响半柔性阀形变量。
为达到上述目的，本发明的一种半柔性阀压电泵，包括：泵体、压电振子、阀座、半柔性阀、进水管和出水管；所述泵体包括泵盖和泵底，所述泵盖和泵底密封连接；
所述泵盖上设有进水口、出水口和沉孔，所述进水管下端与进水口连接，所述出水管下端与出水口连接，所述压电振子固定在沉孔内；
所述泵底上设有泵腔、第一连接管、第二连接管及阀座安装槽，所述阀座设有卡槽，所述半柔性阀固定安装在卡槽内，阀座下端与阀座安装槽固定连接，所述第一连接管的一端与泵腔连接，第一连接管的另一端与进水口连接，所述第二连接管的一端与泵腔连接，第二连接管的另一端与出水口连接，所述泵腔与所述沉孔相对应。
优选地，所述半柔性阀由卡槽定位固定安装，半柔性阀的定位器宽度与卡槽的深度相对应。
优选地，所述的半柔性阀的阀体宽度应小于定位器宽度。
优选地，所述的阀座在第一连接管、第二连接管两侧的阀座安装槽定位安装，对称分布，阀座的形状与阀座安装槽的形状相匹配。
优选地，所述的两个半柔性阀之间的距离应小于两个半柔性阀允许的最大形变量之和。
优选地，所述的半柔性阀内侧布置两个铰链，外侧布置一个铰链。
优选地，所述的半柔性阀由弹性金属或非金属材料制成。
本发明的一种半柔性阀压电泵的工作方法，包括步骤如下：
在第一连接管、第二连接管处对称布置半柔性阀，控制流体的流动；
吸程的时候，压电振子向上弯曲，泵腔的体积变大压力降低，进口处的半柔性阀向内侧移动，出口处柔性阀向外侧移动，流体流入泵腔；
排程的时候，压电振子向下弯曲，泵腔的体积变小压力升高，进口处的半柔性阀向外侧移动，出口处柔性阀向内侧移动，流体流出泵腔。
本发明的有益效果：
半柔性阀属于悬臂梁阀，结构简单，成本低，其阀体形状类似静脉瓣结构，因阀体分布柔性铰链可以承受较大变形而不失效，该阀可以由弹性金属或非金属材料制成，可以实现有阀压电泵和无阀压电泵功能。
附图说明
图1为半柔性阀压电泵的立体分解示意图；
图2为压电振子的结构示意图；
图3为半柔性阀压电泵的俯视图；
图4为图3中A-A剖视图；
图5为半柔性阀压电泵的半柔性阀轴侧视图；
图6为半柔性阀压电泵的泵盖仰视图；
图7为图6中的B-B剖视图；
图8为半柔性阀压电泵的泵底俯视图；
图9为图7中的D-D剖视图；
图10为图7中的C-C剖视图；
图11a为半柔性阀压电泵处于无阀压电泵状态S1阶段振子工作原理图；
图11b为半柔性阀压电泵处于无阀压电泵状态S2阶段振子工作原理图；
图11c为半柔性阀压电泵处于无阀压电泵状态S3阶段振子工作原理图；
图11d为半柔性阀压电泵处于无阀压电泵状态S4阶段振子工作原理图；
图12a为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于无阀压电泵状态S1阶段的工作原理图；
图12b为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于无阀压电泵状态S2阶段的工作原理图；
图12c为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于无阀压电泵状态S3阶段的工作原理图；
图12d为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于无阀压电泵状态S4阶段的工作原理图；
图13a为半柔性阀压电泵处于有阀压电泵状态S5阶段振子工作原理图；
图13b为半柔性阀压电泵处于有阀压电泵状态S6阶段振子工作原理图；
图13c为半柔性阀压电泵处于有阀压电泵状态S7阶段振子工作原理图；
图13d为半柔性阀压电泵处于有阀压电泵状态S8阶段振子工作原理图；
图14a为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于有阀压电泵状态S5阶段的工作原理图；
图14b为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于有阀压电泵状态S6阶段的工作原理图；
图14c为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于有阀压电泵状态S7阶段的工作原理图；
图14d为半柔性阀压电泵去除泵盖、进水管和出水管处于有阀压电泵状态S8阶段的工作原理图；
其中：1—泵体，2—泵盖，3—泵座，4—阀座安装槽，5—泵底螺栓孔，6—螺栓，7—第一连接管，8—泵腔，9—压电振子，10—第二连接管，11—阀座，12—卡槽，13—半柔性阀，14—垫片，15—螺母，16—出水管，17—出水口，18—沉孔，19—进水口，20—进水管，21—泵盖螺栓孔，22—铰链，23—阀体，24—定位器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1至图5所示，本发明的一种半柔性阀压电泵，包括：泵体1、压电振子9、阀座11、半柔性阀13、进水管20和出水管16；所述的泵体1包括泵盖2和泵底3，泵盖2和泵底3的四角设有泵底螺栓孔5和泵盖螺栓孔21，并通过螺母15、螺栓6和垫片14配合密封连接。泵盖2上设有进水口19、出水口17和沉孔18，进水管20的下端和进水口19连接，出水管16的下端与出水口17连接；如图2所示，所述压电振子9由圆形压电陶瓷片和金属片粘接而成，所述圆形压电陶瓷片的直径小于金属片的直径，所述金属片的直径等于所述沉孔18的直径，如图6、图7所示，所述压电振子9固定在沉孔18位于泵盖2的中央。
如图8、图9、图10所示，泵底3上设有泵腔8、第一连接管7、第二连接管10及阀座安装槽4，泵腔8和所述沉孔18相对应；第一连接管7和第二连接管10是直流管；所述第一连接管7的一端与泵腔8连接，另一端与进水口19连接，所述第二连接管10的一端与泵腔8连接，另一端与出水口17连接。
所述阀座11设有卡槽12，所述半柔性阀13固定安装在卡槽12内，阀座11下端与阀座安装槽4固定连接；
如图1所示，所述半柔性阀13由卡槽12定位固定安装，半柔性阀13的定位器24宽度与卡槽12的深度相对应；所述阀座11在第一连接管7、第二连接管10两侧的阀座安装槽4定位安装，对称分布，阀座11的形状与阀座安装槽4的形状相匹配；所述的两个半柔性阀13之间的距离应小于两个半柔性阀13允许的最大形变量之和。
如图10所示，所述半柔性阀13内侧布置两个铰链22，外侧布置一个铰链22。所述半柔性阀13的阀体23宽度应小于定位器24宽度。所述半柔性阀由弹性金属或非金属材料制成。
本发明的一种半柔性阀压电泵的工作方法，包括步骤如下：
在第一连接管、第二连接管处对称布置半柔性阀，控制流体的流动；
吸程的时候，压电振子向上弯曲，泵腔的体积变大压力降低，进口处的半柔性阀向内侧移动，出口处柔性阀向外侧移动，流体流入泵腔；
排程的时候，压电振子向下弯曲，泵腔的体积变小压力升高，进口处的半柔性阀向外侧移动，出口处柔性阀向内侧移动，流体流出泵腔。
根据图11a-11d、图12a-12d所示，本发明的半柔性阀压电泵处于无阀压电泵状态，当对压电振子施加0~V1某个交流电信号激励作用下，压电振子产生往复弯曲变形，引起泵腔体积和压力交替变化，此时半柔性阀压电泵的工作过程如下：
第一阶段S1（0~1/4T），随着电压的不断增大，压电振子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，泵腔出现负压，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形，流体从进出口流入泵腔；
第二阶段S2（1/4T~2/4T），在这个过程，电压不断降低，压电振子的变形量减少，泵腔体积不断减少，泵腔压强不断增强，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧恢复，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧恢复，流体从进出口流出泵腔；
第三阶段S3（2/4T~3/4T），压电振子随着电压的增大由平衡位置不断向下弯曲运动至极限位置，泵腔体积不断减少，泵腔压力不断增加，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，流体从进出口流出泵腔；
第四阶段S4（1/4T~2/4T），在这个阶段，压电振子上的电压，不断降低，压电振子变形量不断减少，泵腔体积增加，泵腔压强不断降低，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧恢复，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧恢复，流体从进出口流入泵腔。
当压电振子沿S4→S1→S2运动时，泵腔处于舒张状态，泵腔体积增大，泵腔出现负压，此时阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形，流体流入泵腔，为泵的吸程；当压电振子沿S2→S3→S4运动时，泵腔体积压缩，泵腔压强增大，此时阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，流体流出泵腔，为泵的排程。如此，在一个工作周期内，处于无阀压电泵工作状态，实现了流体的吸入和排出。
根据图13a-13d、图14a-14d所示，本发明半柔性阀压电泵处于有阀压电泵状态，当对压电振子施加V1~V2某个交流电信号激励作用下，压电振子产生往复弯曲变形，引起泵腔体积和压力交替变化，此时半柔性阀压电泵的工作过程如下：
第一阶段S5（0~1/4T），随着电压的不断增大，压电振子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，泵腔出现负压，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形直至闭合，流体从进口流入泵腔；
第二阶段S6（1/4T~2/4T），在这个过程，电压不断降低，压电振子的变形量减少，泵腔体积不断减少，泵腔压强不断增强，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧恢复，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧恢复；
第三阶段S7（2/4T~3/4T），压电振子随着电压的增大由平衡位置不断向下弯曲运动至极限位置，泵腔体积不断减少，泵腔压力不断增加，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形直至闭合，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，流体从出口流出泵腔；
第四阶段S8（1/4T~2/4T），在这个阶段，压电振子上的电压，不断降低，压电振子变形量不断减少，泵腔体积增加，泵腔压强不断降低，阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧恢复，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧恢复。
当压电振子沿S8→S5→S6运动时，泵腔处于舒张状态，泵腔体积增大，泵腔出现负压，此时阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形直至闭合，流体流入泵腔，为泵的吸程；当压电振子沿S6→S7→S8运动时，泵腔体积压缩，泵腔压强增大，此时阀座进口处的半柔性阀的两个阀体向外侧变形直至闭合，阀座出口处的半柔性阀的两个阀体向内侧变形，流体流出泵腔，为泵的排程。如此，在一个工作周期内，处于有阀压电泵工作状态，实现了流体的吸入和排出。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半柔性阀压电泵，其特征在于，包括泵体(1)、压电振子(9)、阀座(11)、半柔性阀(13)、进水管(20)和出水管(16)；所述泵体(1)包括泵盖(2)和泵底(3)，所述泵盖(2)和泵底(3)密封连接；
所述泵盖(2)上设有进水口(19)、出水口(17)和沉孔(18)，所述进水管(20)下端与进水口(19)连接，所述出水管(16)下端与出水口(17)连接，所述压电振子(9)固定在沉孔(18)内；
所述泵底(3)上设有泵腔(8)、第一连接管(7)、第二连接管(10)及阀座安装槽(4)，所述阀座(11)设有卡槽(12)，所述半柔性阀(13)固定安装在卡槽(12)内，阀座(11)下端与阀座安装槽(4)固定连接，所述第一连接管(7)的一端与泵腔(8)连接，第一连接管(7)的另一端与进水口(19)连接，所述第二连接管(10)的一端与泵腔(8)连接，第二连接管(10)的另一端与出水口(17)连接，所述泵腔(8)与所述沉孔(18)相对应；
所述的阀座(11)在第一连接管(7)、第二连接管(10)两侧的阀座安装槽(4)定位安装，对称分布，阀座(11)的形状与阀座安装槽(4)的形状相匹配。
2.根据权利要求1所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，所述的半柔性阀(13)由卡槽(12)定位固定安装，半柔性阀(13)的定位器(24)宽度与卡槽(12)的深度相对应。
3.根据权利要求2所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，所述的半柔性阀(13)的阀体(23)宽度应小于定位器(24)宽度。
4.根据权利要求1所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，所述的半柔性阀(13)具有两个阀体，所述的半柔性阀(13)的两个阀体之间的距离应小于半柔性阀(13)的两个阀体允许的最大形变量之和。
5.根据权利要求1所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，所述的半柔性阀(13)内侧布置两个铰链(22)，外侧布置一个铰链(22)。
6.根据权利要求1所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，所述的半柔性阀(13)由弹性金属或非金属材料制成。
7.一种半柔性阀压电泵的工作方法，基于上述权利要求1至6中任意一项所述的半柔性阀压电泵，其特征在于，包括步骤如下：
在第一连接管、第二连接管处对称布置半柔性阀，控制流体的流动；
吸程的时候，压电振子向上弯曲，泵腔的体积变大压力降低，进口处的半柔性阀向内侧移动，出口处柔性阀向外侧移动，流体流入泵腔；
排程的时候，压电振子向下弯曲，泵腔的体积变小压力升高，进口处的半柔性阀向外侧移动，出口处柔性阀向内侧移动，流体流出泵腔。
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