CN109307444A - 一种免维护多级组合电射流泵 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种免维护多级组合电射流泵，包括套管、发射电极、接地电极、端部支撑环和端盖，工作时管内充满电介质。其外形为有机玻璃制作的圆柱型套管，套管内装有发射电极和接地电极，发射电极和接地电极的电极对数根据泵的驱动能力大小任意组合，套管的内径与发射电极和接地电极的外经是紧密配合的；发射电极是组合体，发射电极的环体和调节螺栓由绝缘材料制成，发射电极极针由不锈钢制成，发射电极极针的一端成锥形针尖状；发射电极和接地电极接入高压直流电源，电压等级为正负5kV～40kV；电介质优选正戊烷，也可以使用丙酮、环已烷或硅油。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体泵，具体涉及强电场驱动作用下液体电介质可控流动的一种装置。
背景技术
自从环路热管（Loop Heat Pipe, LHP）和毛细抽吸两相回路（Capillary PumpLoop, CPL）问世以来，在工业部门和人民生活中得到广泛的应用，特别是宇航、军工等高端技术方面的应用收到了良好的效果。环路热管一般由蒸发器、冷凝器、储液器以及蒸气和液体管线构成。该技术（LHP）的工作原理是: 对蒸发器施加热载荷，液体介质在蒸发器毛细芯外表面蒸发，产生的蒸气从蒸气槽道流出进入蒸气管线，继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷，回流液体经液体管线进入液体干道对蒸发器毛细芯进行补给，如此循环，而液体介质的循环由蒸发器毛细芯所产生的毛细压力驱动，无需外加动力。
目前环路热管技术虽然应用广泛，但仍然存在一些不完善的问题：环路热管的启动问题和运行的不稳定性。启动问题主要涉及无法正常启动，例如，我国风云一号卫星的热控系统中使用了某国提供的环路热管，其中2套在空间飞行期间出现了无法正常启动和运行的故障，由此引起被控对象温度上升。启动问题还涉及启动时蒸发器温度过高，甚至超过仪器允许的温度范围。解决途径有两种，即对蒸发器辅助加热或对储液器制冷，但这两种方式都需要额外的较大的能耗和复杂的控制系统，破坏了环路热管本身自动工作的特性。第二，不稳定性问题。环路热管的工作不稳定性主要表现在运行时会出现温度波动和工质倒流现象。
如果采用常规的机械旋转泵来为管路提供辅助动力并非最佳方案，首先它破坏了环路热管本身免机械动力元件工作的特性。同时由于旋转泵体结构复杂、零件维护和更换难度高等不利因素，限制了环路热管的使用范围。可见，既要解决环路热管存在启动和运行稳定性问题，同时还要保持环路热管管路维护的简易性，是研究和解决问题的关键。
发明内容
针对环路热管存在的问题，本方案提供一种无旋转部件的电射流泵提供辅助动力对热管毛细力进行补充，以平衡工质在远距离回路或直径较大管路中循环的总压力降损耗，这些压降主要包括工质在蒸气槽道、蒸气管线、冷凝器、液体管线以及毛细芯内流动产生的摩擦压降以及反重力运行时液体回流所需克服的重力压降。以保证LHP系统在任何工况下都能正常运行。
为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种免维护多级组合电射流泵，包含：端盖、套管、电介质逐级流过的多级射流泵；
所述套管内部安装所述多级射流泵，且在套管的两端各设置端盖；
所述端盖上留有供电介质流进、流出射流泵的电介质接管；
所述多级射流泵的任一级射流泵包含：接地电极、发射电极；
所述发射电极包含：发射电极环体、调节螺栓和发射电极极针；
所述发射电极环体包含管状构造及其内部设置的第一圆盘；
所述第一圆盘上开若干个孔，以流过电介质；
所述第一圆盘的中心设置螺纹孔，其上安装所述调节螺栓；
所述发射电极极针的第二端固定在所述调节螺栓上，且在所述发射电极极针第二端连接高压直流电源；
所述第二圆盘中间开孔，以通过电介质；
所述套管第一端的端盖为电介质的输入端，第二端的端盖为电介质的输出端，且发射电极极针的第一端朝向输出端；
所述接地电极的第二圆盘与发射电极的发射电极环体固定连接；
所述接地电极的第二圆盘与接地回路连接；
所述发射电极极针的第一端与接地电极的第二圆盘之间的距离用调节螺栓调整。
优选地，所述发射电极环体和接地电极的第二圆盘用M3螺栓固定；
所述发射电极环体、调节螺栓、M3的螺栓均以绝缘材料制作。
优选地，所述发射电极环体的第一圆盘开设3个互成120º的孔，其直径16mm。
优选地，所述接地电极是不锈钢材质，第二圆盘上带三个支腿，使相邻两极泵之间保持合适的距离，确保电致流动的能量传递、流体卷吸得到充分发展。第二圆盘中间开直径6mm的圆孔；每一级射流泵的接地电极的支腿朝向输出端。
优选地，所述发射电极极针是不锈钢材质，其直径为0.5～1mm；
所述发射电极极针第一端为锥形，锥角60º，其曲率半径为200μm；
所述发射电极极针第二端为圆柱状，用绝缘树脂粘结于调节螺栓；
发射电极极针与接地电极的第二圆盘之间的距离为2～6mm。
优选地，所述套管的外形为圆管型，由有机玻璃构成，其直径50mm，壁厚1～2mm ；
套管的内侧壁与发射电极环体和第二圆盘紧密贴合；
所述套管两端的端盖由有机玻璃构成。
优选地，输入端端盖与第一级射流泵之间还设有端部支撑环；
所述端部支撑环用绝缘材料制作成圆环状，且带三个支腿，以将端盖与发射电极隔离开，形成合适的空间，确保入口流体流入第一级射流泵前扩展至整个套管范围，端部支撑环的支腿朝向输入端。
优选地，高压直流电源的电压为正负5kV～40kV。
优选地，电介质是正戊烷、或丙酮、或环已烷、或硅油。
优选地，高压直流电源的输出端接线及接地端接线分别穿过套管后，焊在发射电极极针的第二端及第二圆盘上；且在接线焊接处和穿入套管处均用树脂封褁严实，防止接线处与电介质接触。
本发明和以往相比较，具有以下的特点：
1）外形成管状且直径小、重量轻、体积小、利于安装；
2）构造简单，易于设计，制作周期短，没有旋转的复杂机械运动部件，几乎无需维护，与配套设备的兼容性好；
3）液体工质可选用不同电介质。电功率损耗极低，几乎无噪音。
附图说明
图1为多级电射流泵结构示意图；
图2a为多级电射流泵A-A面的剖面示意图；
图2b为多级电射流泵B-B面的剖面示意图；
图2c为多级电射流泵C-C面的剖面示意图；
图3为发射电极和接地电极组成的射流泵内部结构示意图；
图4为多级电射流泵电极接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施方案进行详细说明。参照图1多级电射流泵结构示意图所示，多级电射流泵的外层是有机玻璃制作的套管（2），套管内安装接地电极（3）、发射电极（4）、发射电极极针（7）、发射电极调节螺栓（8），端部支撑环（5），连接螺栓（6）等主要元件，套环两端用有机玻璃制作的端盖（1）密封。根据工况环境接入环路热管系统中作为液体流动的辅助动力。
套管（2）的材质是有机玻璃构成，其直径范围为30～80mm ，本方案优选50mm，壁厚1～2mm 。有机玻璃套管（2）的长度根据射流泵的级数而定，每一级大约80mm长，泵的级数一般可从1级到5级，本方案优选3级。每一对接地电极（3）、发射电极（4）组成一级射流泵，根据所需驱动力的大小，可以有多种级联组合方式。套管（2）的长度一般为300～500mm，本方案优选套管长320mm。工作时套管内充满电介质。
发射电极（4）由发射电极环体、调节螺栓（8）和发射电极极针（7）组成。发射电极环体、调节螺栓（8）用绝缘材料制作，发射电极环体中心加工M3螺纹孔，用以安装调节螺栓（8），发射电极极针（7）装在调节螺栓（8）中心，用绝缘树脂粘结牢固，发射电极极针用不锈钢制作，直径0.5～1mm，与接地电极相近的一端要磨成锥形，锥角60º，针头处曲率半径为200μm左右。另一端制成圆柱状，用以焊接导线。发射电极环体的圆盘上开3个互成120º的孔，直径16mm左右，用以流过电介质。接地电极（3）由不锈钢制作，设计成圆盘状带三个支腿，圆盘中间开直径6mm左右的圆孔，用以通过电介质。所述支腿的作用在于使相邻两极泵之间保持合适的距离，确保电致流动的能量传递、流体卷吸得到充分发展。端部支撑环（5）用绝缘材料制作，设计成圆环状带三个支腿，其作用是将端盖与发射电极隔离开，形成合适的空间，确保入口流体流入第一级射流泵前扩展至整个套管范围。端盖（1）左右两端对称布置，用有机玻璃制成，封住有机玻璃套管两端，将发射电极和接地电极密封在玻璃管内。端盖上留有进、出射流泵的电介质接管，便于与外部系统连接。套管的内经与发射电极和接地电极的外经是紧密配合的。电射流泵可以使用的介质液体优选正戊烷，也可以使用丙酮、环已烷或硅油，具体可结合射流泵使用的环境和被冷却的元器件确定。
发射电极环体和接地电极（3）用M3的螺栓（6）连接在一起。发射电极极针的针头到接地电极之间的距离，对产生驱动力的大小至关重要，所以其距离是可以调节的，一般在2～6mm之间，由调节螺栓（8）调整。
套管（2）的第一端端盖（1）为输入端，第二端端盖（1）为输出端，每一级射流泵的接地电极（3）的支腿朝向输入端；发射电极极针（7）的锥形端朝向输出端；端部支撑环（5）支腿朝向输入端。
如附图4所示，射流泵使用的电源为高压直流电，电压等级为正负5kV～40kV，根据实验验证，电射流泵进出口两端压强差随电压的升高而增大，液体的流速与施加的电压成正比。高压直流电源的输出端通过高压线缆连接到发射针圆柱端，高压直流电源的接地端与电射流泵接地极外圆相连，接线焊接处和进入套管处均用绝缘树脂封褁严实，防止接线处与介质液体接触。
电介质流向按照图1所示的方向流动，从射流泵入口流入，经端部支撑环进入第1级射流泵的发射电极环体，并由环体上互成120º的三个孔中流过，然后从接地电极中心孔流出，再流经第2级、第三级射流泵，最后从射流泵出口流出。
这种电射流泵的工作原理是：一定等级的高电压信号加载于特殊设计的有一定的（可调）距离的发射电极和接地电极两端，在两极之间产生电场力，在该电场力的作用下驱动管路中的电介质流动。流体介质的流动源于两种电场力源：一种是介质溶液中的杂质发生电离生成电荷，液体电介质随载流子在电场力作用下发生移动；另一种是高压电极产生“注入电荷”并大量聚集于发射极附近形成的同性电荷区，这些载流子受到电极附近电场的斥力作用而推动流体向另一电极方向运动，在以上两种驱动力共同作用下介质液体具有流动趋势，进而在泵体两端产生压差，正是这种压差为环路热管提供了稳定的辅助动力。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求。
Claims (10)
1.一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，包含：端盖（1）、套管（2）、电介质逐级流过的多级射流泵；
所述套管（2）内部安装所述多级射流泵，且在套管（2）的两端各设置端盖（1）；
所述端盖（1）上留有供电介质流进、流出射流泵的电介质接管；
所述多级射流泵的任一级射流泵包含：接地电极（3）、发射电极（4）；
所述发射电极（4）包含：发射电极环体、调节螺栓（8）和发射电极极针（7）；
所述发射电极环体包含管状构造及其内部设置的第一圆盘；
所述第一圆盘上开若干个孔，以流过电介质；
所述第一圆盘的中心设置螺纹孔，其上安装所述调节螺栓（8）；
所述发射电极极针（7）的第二端固定在所述调节螺栓（8）上，且在所述发射电极极针（7）第二端连接高压直流电源；
所述第二圆盘中间开孔，以通过电介质；
所述套管（2）第一端的端盖（1）为电介质的输入端，第二端的端盖（1）为电介质的输出端，且发射电极极针（7）的第一端朝向输出端；
所述接地电极（3）的第二圆盘与发射电极（4）的发射电极环体固定连接；
所述接地电极（3）的第二圆盘与接地回路连接；
所述发射电极极针（7）的第一端与接地电极（3）的第二圆盘之间的距离用调节螺栓调整。
2.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，所述发射电极环体和接地电极（3）的第二圆盘用M3螺栓（6）固定；
所述发射电极环体、调节螺栓（8）、M3的螺栓（6）均以绝缘材料制作。
3.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，所述发射电极环体的第一圆盘开设3个互成120º的孔，其直径16mm。
4.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，所述接地电极（3）是不锈钢材质，第二圆盘上带三个支腿，第二圆盘中间开直径6mm的圆孔；
每一级射流泵的接地电极（3）的支腿朝向输出端，使相邻两极泵之间保持距离，进而产生电致流动的能量传递及流体卷吸。
5.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，所述发射电极极针（7）是不锈钢材质，其直径为0.5～1mm；
所述发射电极极针（7）第一端为锥形，锥角60º，其曲率半径为200μm；
所述发射电极极针（7）第二端为圆柱状，用绝缘树脂粘结于调节螺栓（8）；
发射电极极针（7）与接地电极（3）的第二圆盘之间的距离为2～6mm。
6.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，所述套管（2）的外形为圆管型，由有机玻璃构成，其直径50mm，壁厚1～2mm ；
套管的内侧壁与发射电极环体和第二圆盘紧密贴合；
所述套管（2）两端的端盖（1）由有机玻璃构成。
7.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，输入端端盖（1）与第一级射流泵之间还设有端部支撑环（5）；
所述端部支撑环（5）用绝缘材料制作成圆环状，且带三个支腿，以隔离端盖（1）与发射电极（4）；
且，端部支撑环（5）的支腿朝向输入端。
8.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，高压直流电源的电压为正负5kV～40kV。
9.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，电介质是正戊烷、或丙酮、或环已烷、或硅油。
10.如权利要求1 所述的一种免维护多级组合电射流泵，其特征在于，高压直流电源的输出端接线及接地端接线分别穿过套管（2）后，焊在发射电极极针的第二端及第二圆盘上；且在接线焊接处和穿入套管（2）处均用树脂封褁，防止接线处与电介质接触。
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