CN110112888B - 一种磁流体泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁流体泵，包括至少2个串联的单体泵，任一所述单体泵的出口与相邻所述单体泵的进口连接；所述单体泵包括泵壳、隔板和磁流体；所述泵壳内固定隔板，所述泵壳内设有磁流体，所述泵壳外壁上设有可独立控制的若干电磁线圈，通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使得磁流体围绕隔板往复循环运动。回流腔和进液腔内分别设有所述磁流体，通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使得磁流体在回流腔和进液腔内循环移动。本发明克服传统容积泵诸多缺点同时提升和改进容积泵传动特性，与传统容积泵相比省去了复杂的结构与繁多的零件，同时减少了由于机械传动与摩擦产生的无用功。

Description

一种磁流体泵

技术领域

本发明涉及变容积泵领域，特别涉及一种磁流体泵。

背景技术

泵是输送液体或使液体增压的流体机械，它将原动机的机械能或其它外部能量传送给液体，使液体能量增加。容积泵依靠包容液体密封工作空间容积周期性变化，使液体压力增加后强行排出，所以容积泵不但具有很好的自吸特性且在负载发生变化时也有很稳定的流量。容积泵目前主要分往复泵和转子泵，其中往复泵具有高压力和小流量的特点，适宜输送清洁液体或气液混合物，往复泵主要有盘状活塞式、柱塞式、隔膜式。盘状活塞式往复泵虽然具有泵缸长度较短、流量大的优点，但是存在泵缸分为两空间，有压力差易泄漏等缺点；柱塞式往复泵虽然具有承压高，但是存在加工成本高的缺点；隔膜式往复泵虽然具有耐磨损和耐腐蚀，但是传动效率低。同时，现有容积泵采用传统机械结构，其传动与连接运用多个零部件，使得泵体的结构复杂且不易拆装造成维护困难。传统设计的容积泵因为运用多个零部件使得其在转动运动中会有大量的摩擦热损失，进而降低了泵的效率，也加快了泵的老化从而影响使用寿命。此外，传统容积泵在进液口与出液口均采用单向阀，这不仅增多了泵的零件，而且使泵的结构更加复杂。

磁流体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种功能材料，其既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。该磁流体是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体，它在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此它在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种磁流体泵，克服传统容积泵诸多缺点同时提升和改进容积泵传动特性，该容积泵采用磁性流体替代传统容积泵机械零部件，与传统容积泵相比省去了复杂的结构与繁多的零件，同时减少了由于机械传动与摩擦产生的无用功。此外，本发明与一般的容积泵进出液体都需要单向阀不同，它可省去液体进口和出口的单向阀，密封效果极好。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种磁流体泵，包括至少2个串联的单体泵，任一所述单体泵的出口与相邻所述单体泵的进口连接；

所述单体泵包括泵壳、隔板和磁流体；所述泵壳内固定隔板，所述泵壳内设有磁流体，所述泵壳外壁上设有可独立控制的若干电磁线圈，通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使得磁流体围绕隔板往复循环运动。

进一步，所述固定隔板与所述泵壳内壁的间隙为回流腔，所述隔板内孔为进液腔，所述回流腔与进液腔连通，回流腔和进液腔内分别设有所述磁流体，通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使得磁流体在回流腔和进液腔内循环移动。

进一步，根据所述电磁线圈的磁感应区域将回流腔划分为若干回流区，根据所述电磁线圈的磁感应区域将进液腔划分为若干进液区；通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使得一部分磁流体在回流区内移动，且使得另一部分磁流体在回流腔和进液腔内循环移动。

进一步，当另一部分磁流体位于靠近出口处的进液区时，另一部分磁流体完全进入靠近出口处的回流区，使二部分磁流体汇合。

进一步，通过选择性的控制若干电磁线圈的通断，使汇合后的磁流体从靠近出口处的回流区通过回流腔进入靠近进口处的回流区和靠近进口处的进液区。

进一步，所述泵壳内同轴固定隔板，所述隔板外表面为锥面，且所述锥面沿泵壳进口向出口渐缩。

进一步，所述隔板两端面分别设有倒角，靠近出口的所述隔板端面的倒角β₁大于靠近进口的所述隔板端面的倒角β₃。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的磁流体泵，采用磁性流体替代传统容积泵机械零部件，与传统容积泵相比省去了复杂的结构与繁多的零件，充分保证密封性能。

2.本发明所述的磁流体泵，采用磁性流体替代传统容积泵机械零部件，减少了机械传动各零部件摩擦，提高了容积泵的使用寿命。

3.本发明所述的磁流体泵，与传统机械式容积泵的流体进出口均需单向阀不同，它可省去液体进口和出口的单向阀，从而简化了泵体结构。

4.本发明所述的磁流体泵，多个单体泵串联并通过特定的相位差设定，可以充分保证防倒流。

附图说明

图1为本发明所述的磁流体泵主视图。

图2为本发明所述的剖视图。

图3为本发明所述的两个磁流体泵工作步骤顺序。

图中：

1-第一电磁线圈；2-第二电磁线圈；3-第三电磁线圈；4-第四电磁线圈；5-磁流体；6-泵壳；7-隔板；a-支撑肋板；b-磁流体回流腔。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的磁流体泵，包括至少2个串联的单体泵，任一所述单体泵的出口与相邻所述单体泵的进口连接；所述单体泵包括泵壳6、隔板7和磁流体5；所述泵壳6内同轴固定隔板7，所述固定隔板7与所述泵壳6内壁的间隙为回流腔b，所述隔板7内孔为进液腔，所述回流腔b与进液腔连通，回流腔b和进液腔内分别设有所述磁流体5，在靠近回流腔b的泵壳6外部沿泵壳6出口到泵壳6进口依次设有第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4；第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4可分别独立控制的或者集中统一控制；通过选择性的控制第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4通断，使得磁流体5围绕隔板7往复循环运动，推动流体运动。

根据所述第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4的磁感应区域将回流腔b划分为一一对应的第一回流区、第二回流区、第三回流区和第四回流区；根据所述第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4的磁感应区域将进液腔划分为一一对应的第一进液区、第二进液区、第三进液区和第四进液区。本发明的磁流体5位于泵壳6进口处时，磁流体5分别位于第四回流区和第四进液区，依次通断第三电磁线圈3、第二电磁线圈2和第一电磁线圈1，使第四回流区内的一部分磁流体5沿回流腔b进入第一回流区，且第四进液区内的另一部分磁流体5进入第一进液区；当另一部分磁流体5进入第一进液区后，由于隔板7两端与泵壳6存在间隙，另一部分磁流体5完全进入靠近出口处的第一回流区，使二部分磁流体5汇合。此时同时连通第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4，此时使汇合后的磁流体5充满回流腔b，当仅连通第四电磁线圈4，回流腔b内的磁流体5向第四回流区挤压，由于第四回流区体积不足以填充全部的磁流体5，因此此时，磁流体5分流一部分在第四回流区，另一部分在第四进液区，这样实现磁流体5围绕隔板7往复循环运动，推动流体运动。

所述泵壳6内通过支撑肋板a同轴固定隔板7，所述隔板7外表面为锥面，且所述锥面沿泵壳6进口向出口渐缩。锥面角度β₂>0，所述隔板7两端面分别设有倒角，靠近出口的所述隔板7端面的倒角β₁大于靠近进口的所述隔板7端面的倒角β₃。这个可以保证在靠近出口时，另一部分磁流体5完全进入靠近出口处的第一回流区，使二部分磁流体5汇合。且在靠近进口时，磁流体5出现分流。

如图3所示，其由两个相同的左单体泵和右单体泵串联组成，通过控制不同电磁线圈的通电和断电来控制磁流体5围绕隔板7往复循环运动，以达到磁流体推水的效果，从而产生泵水的目的。如表1所示，一个工作周期分为以下五个步骤：

步骤一：左单体泵的第四电磁线圈4通电，左单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2和第三电磁线圈3断电。左单体泵的第四电磁线圈4产生的磁场将磁流体5吸引到第四电磁线圈4内部对应的第四进液区和第四回流区中，磁流体5将流体分隔为左右两部分。

右单体泵的第一电磁线圈1通电，右单体泵的第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4断电。第一电磁线圈1产生的磁场将磁流体5吸引到第一电磁线圈1内部对应的第一回流区内。此刻右单体泵内的进液腔畅通，左单体泵内的第四进液区和第四回流区内通过磁流体5截断泵内流体。

步骤二：左单体泵的第三电磁线圈3通电，左单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2和第四电磁线圈4断电。左单体泵的第三电磁线圈3产生的磁场将磁流体5由第四进液区进入第三进液区、由第四回流区进入第三回流区，磁流体5推动左侧水，吸拉右侧水，从而起到泵水作用。

右单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4同时通电。右单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4产生的磁场将磁流体5全部吸引到回流腔b中。

步骤三：

左单体泵的第二电磁线圈2通电，左单体泵的第一电磁线圈1、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4断电。左单体泵的第二电磁线圈2产生的磁场将磁流体5由第三进液区进入第二进液区、由第三回流区进入第二回流区，磁流体5推动左侧水，吸拉右侧水，从而起到泵水作用。

右单体泵的第四电磁线圈4通电，右单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2和第三电磁线圈3断电。右单体泵的第四电磁线圈4产生的磁场将磁流体5吸引到第四电磁线圈4内部对应的第四进液区和第四回流区中，磁流体5将流体分隔为左右两部分。

步骤四：

左单体泵的第一电磁线圈1通电，左单体泵的第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4断电。第一电磁线圈1产生的磁场将磁流体5吸引到第一电磁线圈1内部对应的第一回流区内。此刻右单体泵内的进液腔畅通，

右单体泵的第三电磁线圈3通电，右单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2和第四电磁线圈4断电。右单体泵的第三电磁线圈3产生的磁场将磁流体5由第四进液区进入第三进液区、由第四回流区进入第三回流区，磁流体5推动左侧水，吸拉右侧水，从而起到泵水作用。此刻右单体泵产生主要动力推动流体移动。

步骤五：

左单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4同时通电。左单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4产生的磁场将磁流体5全部吸引到回流腔b中。

右单体泵的第二电磁线圈2通电，右单体泵的第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4断电。右单体泵的第二电磁线圈2产生的磁场将磁流体5由第三进液区进入第二进液区、由第三回流区进入第二回流区，磁流体5推动左侧水，吸拉右侧水，从而起到泵水作用。

周期性的循环这5步可以实现连续的泵送。此外第一电磁线圈1、第三电磁线圈3和第四电磁线圈4产生的磁场可以根据需要递增或者递减，或者在磁流体5输送过程中增大或减小。

表1主要电磁阀通断表

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。

Claims (6)

1.一种磁流体泵，其特征在于，包括至少2个串联的单体泵，任一所述单体泵的出口与相邻所述单体泵的进口连接；

所述单体泵包括泵壳(6)、隔板(7)和磁流体(5)；所述泵壳(6)内固定隔板(7)，所述泵壳(6)内设有磁流体(5)，所述泵壳(6)外壁上设有可独立控制的若干电磁线圈(1、2、3、4)，通过选择性的控制若干电磁线圈(1、2、3、4)的通断，使得磁流体(5)围绕隔板(7)往复循环运动；所述固定隔板(7)与所述泵壳(6)内壁的间隙为回流腔(b)，所述隔板(7)内孔为进液腔，所述回流腔(b)与进液腔连通，回流腔(b)和进液腔内分别设有所述磁流体(5)，通过选择性的控制若干电磁线圈(1、2、3、4)的通断，使得磁流体(5)在回流腔(b)和进液腔内循环移动。

2.根据权利要求1所述的磁流体泵，其特征在于，根据所述电磁线圈(1、2、3、4)的磁感应区域将回流腔(b)划分为若干回流区，根据所述电磁线圈(1、2、3、4)的磁感应区域将进液腔划分为若干进液区；通过选择性的控制若干电磁线圈(1、2、3、4)的通断，使得一部分磁流体(5)在回流区内移动，且使得另一部分磁流体(5)在回流腔(b)和进液腔内循环移动。

3.根据权利要求2所述的磁流体泵，其特征在于，当另一部分磁流体(5)位于靠近出口处的进液区时，另一部分磁流体(5)完全进入靠近出口处的回流区，使二部分磁流体(5)汇合。

4.根据权利要求3所述的磁流体泵，其特征在于，通过选择性的控制若干电磁线圈(1、2、3、4)的通断，使汇合后的磁流体(5)从靠近出口处的回流区通过回流腔(b)进入靠近进口处的回流区和靠近进口处的进液区。

5.根据权利要求2或3或4所述的磁流体泵，其特征在于，所述泵壳(6)内同轴固定隔板(7)，所述隔板(7)外表面为锥面，且所述锥面沿泵壳(6)进口向出口渐缩。

6.根据权利要求2或3或4所述的磁流体泵，其特征在于，所述隔板(7)两端面分别设有倒角，靠近出口的所述隔板(7)端面的倒角β₁大于靠近进口的所述隔板(7)端面的倒角β₃。

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