CN112412756B - 一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，包括螺纹泵盖、压电振子、密封圈、螺纹套、泵体、硅胶垫、嵌入式套、嵌入式入口阀、嵌入式出口阀、楔紧块，所述螺纹套、压电振子和泵体围成泵腔，所述泵体上设有嵌入式套，所述嵌入式入口阀和嵌入式出口阀均为随动伞形阀，泵腔内设有楔紧块。所述楔紧块之间设有硅胶垫，所述硅胶垫上方设有细丝。本发明的泵整体结构全部是嵌入模块化设计拆装更方便，所述楔紧块为所述压电振子的往复振动预留的振动空间，随动伞形阀使泵开启压力大大降低，且开启压力大，阀片开启迅速。本发明在硅胶垫上布置细丝用于消灭或粉碎气泡，提高泵送性能。本发明的各部分结构相互配合极大的提高了泵的性能。

Description

一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵

技术领域

本发明属于流体机械技术领域，具体涉及一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵。

背景技术

压电泵根据是否带有截止阀分为有阀压电泵和无阀压电泵，其中有阀压电泵又可分为主动阀压电泵和被动阀压电泵，主动阀压电泵因为需要额外的阀控制原件，使压电泵在结构设计上变得相对复杂，而被动阀压电泵阀的设计大多都采用薄片结构，这样不仅使泵的结构简单，还可保证阀在压电振子的驱动下以较小压力就能打开使压电泵正常工作。

当前应用在有阀泵中的阀片，阀片打开需要的开启压力较大，泵、阀滞后性问题严重，影响泵性能的发挥。主要是因为阀片多是固定的，对水流的微小波动和水压的微小变化不敏感，而需要积聚在阀片上的压力要达到阀片的开启压力时阀片才会打开，而当阀片打开时可能已经错过当前泵的吸入(或排出)的工作状态，因而泵阀滞后性显著。另外，当前有阀泵中，阀片大多与泵体(或泵腔)做成一体的，当阀片磨损或需要更换阀片类型时就需要拆泵，泵经常拆卸会影响气密性及泵送性能一致性，影响泵送寿命。

压电微泵可以实现微小流量流体的精确输运，是微流控系统的重要组成部分。由于具有体积小、结构简单和响应速度快等优点，压电微泵在微机电系统、医疗器械和生化工程等领域具有越来越广阔的应用前景。但是当微泵中出现气泡和气穴时，泵的工作性能和使用寿命大大降低，甚至无法正常工作，这已经成为压电泵的一个难题。当泵腔中存在气泡时，气泡对压电泵输出性能有很大影响，当泵腔中气泡达到一定体积时，压电泵甚至无法正常工作，因此研究气泡对压电泵性能的影响是很重要的。

同时，倍受关注的属于自身无化学污染源及无电磁污染源的容积型有阀压电泵工作时，将易产生气穴现象，而且由气穴演化成的气泡将会从泵内流出，气穴的发生将产生噪声并缩短泵的寿命，流出的气泡也严重地影响泵在医疗、卫生、保健等与输液，输血有关领域的应用。

发明内容

本发明提供了一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，用于降低阀开启压力、降低泵阀滞后性、消灭气泡和提高泵送性能。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：包括螺纹泵盖、压电振子、密封圈、螺纹套、泵体、嵌入式入口阀和嵌入式出口阀，所述压电振子设置在所述螺纹套中，所述螺纹套设置在所述泵体上，所述螺纹套、所述压电振子和泵体围成泵腔，所述螺纹泵盖螺纹连接在所述螺纹套内，所述密封圈夹在所述螺纹泵盖与所述压电振子之间；所述泵体上设有所述嵌入式入口阀和所述嵌入式出口阀，所述嵌入式入口阀和嵌入式出口阀均为随动伞形阀；所述随动伞形阀包括嵌入式套、伞形阀盖和活塞，所述嵌入式套形成阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面上设置有多个与所述泵腔连通的水孔，所述嵌入式套嵌入在所述泵体上，所述活塞可滑动的设置在所述嵌入式套中，所述伞形阀盖设置在所述活塞的杆上并用于遮挡住所述阶梯孔；其中，所述嵌入式入口阀的伞形阀盖位于所述泵腔内，所述嵌入式出口阀的伞形阀盖位于所述泵腔外。

进一步的，所述随动伞形阀还包括外管，所述外管与所述嵌入式套连接并位于所述泵体的外部。

进一步的，所述活塞的端面为圆周端面，圆周端面的上部和下部设有凸缘，所述嵌入式套内管壁面上设有凹槽，所述凸缘滑动设置在所述凹槽中。

进一步的，沿所述泵腔内水流方向，所述嵌入式入口阀的伞形阀盖的凸面朝向所述泵腔内，所述嵌入式出口阀的伞形阀盖的凸面朝向所述泵腔外。

进一步的，所述嵌入式入口阀的伞形阀盖靠近泵腔。

进一步的，所述嵌入式出口阀的伞形阀盖远离泵腔。

进一步的，所述泵体的底部设置有硅胶垫，所述泵腔内设有两个楔紧块，所述硅胶垫夹在两个所述楔紧块之间。

进一步的，所述楔紧块包括顶面、底面、壁面和圆弧形凹槽，所述壁面和所述硅胶垫贴紧，所述底面嵌入到所述泵体底面的圆形槽内。

进一步的，所述硅胶垫中间为长条形，两端为圆弧形。

进一步的，所述硅胶垫上方设有细丝，所述细丝的材质为金属或塑料。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：本发明提供了一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，泵整体结构全部是嵌入模块化设计，振子采用螺纹套模块嵌入到泵体，出入口阀采用套筒模块与泵体可螺纹可过渡配合连接，楔紧块嵌入到泵腔底面和硅胶垫之间。嵌入式模块化连接优点：拆装方便、更换、调试方便，同时，降低泵的加工难度和加工工艺，降低成本。

嵌入式随动伞形阀使阀开启压力大大降低：伞阀中间和圆周方向均受水流压力作用，这样单位面积上开启压力降低，使阀开启容易，迅速。随动伞形阀极大地降低了传统阀泵阀滞后性，具有开启压力大，阀片开启迅速，跟随性、随动性好的特点。同时泵底结构为嵌入式结构，缩小泵腔容积空间，规范流道特征，将流道规范成矩形区域，缩小泵腔内空间，增大泵一个行程的净排空量，提高泵的工作效率和泵流量。本发明增加刺破气泡的结构及功能，在泵腔正对出入口设置长条形硅胶垫，硅胶垫上布置细丝，消灭或粉碎气泡，提高泵送性能。

嵌入式随动伞形阀压电泵除可应用于传统压电泵领域外，还可与传统动力泵相结合，应用于作物培植、果园疏花等药剂及营养剂(水、肥、药)的精准喷施方面。

附图说明

图1为嵌入式随动伞形阀压电泵的剖视图；

图2为嵌入式随动伞形阀压电泵的俯示图；

图3为嵌入随动伞形阀结构示意图；

图4为活塞的结构示意图；

图5为嵌入式套上的水孔结构示意图；

图6为楔紧块的结构示意图；

图7为嵌入式入口阀吸入流体过程状态，(a)：阀关闭——反向截流；(b)：阀开启——正向吸入；

图8为嵌入式出口阀吸入流体过程状态，a)阀开启——正向排出；(b)阀关闭——吸入截留；

图9为嵌入式入口阀排出流体过程状态，(a)阀开启——正向吸入；(b)阀关闭——反向截流；

图10为嵌入式出口阀排出流体过程状态，(a)阀关闭——反向截流；(b)阀开启——正向排出；

其中，1、螺纹泵盖，2、压电振子，3、密封圈，4、泵体，5、嵌入式入口阀，6、嵌入式出口阀，7、外管，8、细丝，9、硅胶垫，10、楔紧块，11、螺纹套，12、水孔，13、嵌入式套，14、伞形阀盖，15、活塞，16、挡圈，I、内孔，II、外孔，17、圆弧形凹槽，18、顶面，19、壁面，20、底面，21、阶梯孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

请参阅图1～10，本发明提供了一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，包括螺纹泵盖1、压电振子2、密封圈3、泵体4、嵌入式入口阀5、嵌入式出口阀6、螺纹套11。所述螺纹套11、压电振子2和泵体4围成泵腔。所述压电振子设置在所述螺纹套中，所述螺纹套设置在所述泵体上，所述螺纹套、所述压电振子和泵体围成泵腔，所述螺纹泵盖螺纹连接在所述螺纹套内，所述密封圈夹在所述螺纹泵盖与所述压电振子之间。所述泵体4上设置有嵌入式入口阀5和嵌入式出口阀6。

其中，所述嵌入式入口阀5和嵌入式出口阀6均为随动伞形阀结构，所述随动伞形阀结构包括嵌入式套13、伞形阀盖14和活塞15。所述伞形阀盖14的边缘与所述嵌入式套13紧密贴合。所述活塞15的一端与所述伞形阀盖14连接，另一端与所述阶梯孔21的内孔I连接，所述嵌入式套13壁面上对应所述伞形阀盖14边缘处环形区域设有外孔II，沿圆周均布8个贯通泵腔的水孔12。泵工作时，所述嵌入式入口阀5开启，经入口管吸进的水经8个进水孔吸入泵腔排出时，嵌入式出口阀6开启，泵腔内的水流经壁面上8个水孔12排出水至出口管内。

所述嵌入式套13内形成阶梯孔21，所述外管7和所述阶梯孔21相连接，所述嵌入式套13嵌入到所述泵体4的侧壁，所述外管7设置于所述泵体4的外侧。

所述嵌入式入口阀5和嵌入式出口阀6的外部设有嵌入式套13，使泵的出入口工艺简单，阀门拆卸更换方便。

所述楔紧块为半圆柱形楔紧块，包括顶面18、底面20、壁面19和圆弧形凹槽17。所述壁面19和所述硅胶垫9壁面贴紧，所述底面20嵌入到所述泵体4底面的圆形槽内，所述圆弧形凹槽17空间是为所述压电振子2的往复振动预留的振动空间。

所述活塞15端面圆周端面但带凸缘，嵌入式套13的内孔I壁面处设有对应形状的凹槽(凹槽靠近伞形阀盖14是通槽，反方向不是通槽有截止面)，活塞15端部做出凸缘和阶梯孔21的内孔I做出对应凹槽，是为给阀提供运动导向和维持阀的稳定，固定阀位置的。

随动伞形阀装配时，先将活塞15的凸缘端对准内孔I的凹槽端推进内孔I中，活塞15凸缘与凹槽有间隙，确保活塞15能沿凹槽自由移动；在内孔I端部装入挡圈16，将伞形阀盖14与活塞15固定(伞形阀盖14是软弹，可预先加工出小孔)，将入口、出口的外管7插入嵌入式套13对应管孔处。具体的所述嵌入式入口阀5的伞形阀盖14靠近泵腔，阶梯孔21的内孔I靠近泵腔的一端设有挡圈16。所述嵌入式出口阀6的活塞15靠近泵腔，阶梯孔21的内孔I与外管7连接的一端设有挡圈16。装好后，活塞15与伞形阀盖14构成的随动伞形阀能够在内孔I内直线移动，移动长度范围受限于内孔I凹槽端与挡圈16之间，移动长度即是随动伞形阀的开启距离，随动伞形阀关闭时，伞形阀盖14正好遮盖住8个水孔；且活塞15非凸缘处圆周面与内孔I内壁也是有间隙，保证随动伞形阀在内孔I内自由移动。

随动伞形阀工作状态描述：

以吸入流体过程为例：压电振子2向上振动，腔内体积增大压强减小，泵外液体经出入口管吸入。

入口阀：初始状态保持为上个工作循环的排出液体状态，即阀关闭状态，伞形阀盖14将进入泵腔的环形区域对应的8个水孔12遮盖住。当流体经入口管吸入时：吸入进内孔I的流体至活塞15端面处被拦截，随着水压的增大，活塞15将沿来流方向移动，带动活塞15端伞形阀盖14沿来流方向移动，推力传递到伞形阀盖14中心；同时，吸入到环形区域的水流流入壁面上8个水孔12内，在水压作用下，8个水孔12内的水同时均匀作用到伞形阀盖14的边缘位置，即伞形阀盖14同时受到活塞15端传递到阀片中心的水压力和8个水孔12传递到阀片周边的均匀水压力，在两者水压作用下，伞形阀盖14迅速开启，水流经8个水孔12涌入泵腔，实现入口阀吸入过程(活塞15运动至挡圈16处停止)。

出口阀：在吸入流体过程嵌入式出口阀6的初始状态是上一个工作循环的排出流体状态，即阀口打开。流体反向被吸入时，即被排出的流体要反向回流到泵腔内，但回流流体遇到张开的伞形阀盖14的阻碍，水压作用到伞面上，压迫伞形阀盖14向反流方向运动；活塞15端迅速移动至内孔I凹槽截止端，伞形阀盖14刚好移动到壁面8个水孔12处，伞面将进入泵腔的8个水孔12封盖住，阻挡反向水流，阀实现关闭状态，因而吸入流体过程出口端无吸入。排出流体过程与吸入过程相似。

泵腔的底部为平面形式，为缩小流体流动区域，增加每次泵腔改变的容积量，泵腔内设有两个半圆柱形的楔紧块10，楔紧块10的顶面为小圆弧形凹槽，凹槽直径和压电振子2直径相当，目的是有效利用压电振子2上下振动产生的体积改变量，半圆柱形楔紧块10是嵌入到泵体4底面设有的圆形槽内。

在两个半圆柱形的楔紧块10之间，镶嵌有长条形(两端是圆弧形)光滑硅胶垫9，上面刺入细丝8，硅胶垫9厚度以不遮挡外孔II管口为适宜。增加硅胶垫9的目的是为方便插入细丝8而设置，因压电泵在工作时，腔内极易产生气泡，气泡可能越长越大，影响泵的吸入排出量，所以为处理气泡，可采用在硅胶垫9上插入细丝8，利用细丝刺破气泡，而将气泡消灭或变小。细丝8可以是细金属丝或细塑料丝。细丝8插在硅胶垫9里，以无序、杂乱无章、参差不齐为好，看似杂乱，却又兼顾上下左右前后空间范围，用以消灭泵腔内分布在各处的气泡。

泵体4的泵腔底部设计成嵌块结构，缩小泵腔内容积空间，增大泵一个行程的净排空量，提高泵的工作效率和泵流量，同时，泵体4底面正对入口和出口区域，设有硅胶垫9形成直通槽，使进入泵腔的水流直接经直通槽流动至出口处，避免现有技术中圆底泵腔吸入水流后，流体沿泵底圆周方向绕流而消耗的动能，提高泵出量。

使用时，当压电振子2向上振动时，泵开始吸入流体，入口处随动伞形阀结构向泵腔移动，水孔12打开，流体从入口流入泵腔，同时，出口处随动伞形阀结构向泵腔移动，水孔12关闭，流体不能从出口进入泵腔。硅胶垫9上的细丝8消灭或粉碎气泡。

当压电振子2向下振动时，泵开始排出流体，入口处随动伞形阀结构向远离泵腔移动，水孔12关闭，流体不能从入口流出泵腔，同时，出口处随动伞形阀结构向远离泵腔移动，水孔12打开，流体从出口流出泵腔。硅胶垫9上的细丝消灭或粉碎气泡。

与现有技术相比，本发明的创新性、有益效果为：

1、阀开启压力大大降低、泵阀跟随性好：伞形阀盖中间和圆周方向均受水流压力作用，这样单位面积上开启压力降低，使阀开启容易，迅速。下面举例说明如下：传统有阀压电泵中，通常一个阀片只对应一个水流通道。设泵腔内、外水流压差为Δp，经水流通道流进流出的水流作用到阀片上的面积为S，则传统有阀泵中经单一出入口作用到阀面上的开启压力可表示为：F_传启＝Δp·S。

但本文件中提出的随动伞形阀压电泵，每个伞形阀片对应设置9个水流通道，包括：一处中心位置的内孔I和圆周分布的8处外孔II，若泵腔内外压差仍为Δp，每个水孔水流作用到阀片的面积仍为S，则作用到出、入口伞形阀片上的开启压力可表示为：

F_伞启＝Δp·S_总≈9ΔpS

因此，本文件中提出的随动伞形阀提供给阀片上的开启压力F_伞启，远远大于传统阀片提供给阀片的开启压力F_传启(本文中设置了9个水孔，开启压力大约是传统阀片的9倍)，即相同内外压差和过流面积下，随动伞形阀片比单一进出通道阀片能够提供更大的开启压力，使阀片能够迅速开启。阀关闭时压力状态相同，使伞形阀片关闭迅速。本发明极大地降低了传统阀泵阀滞后性，通过上面分析可知，开启压力大，阀片开启迅速，跟随性、随动性好。

2、泵整体结构全部是嵌入模块化设计，体现在：压电振子2采用螺纹套模块嵌入到泵体，出入口阀采用套筒模块与泵体可螺纹可过渡配合连接(需要密封)，圆柱形楔紧块嵌入到泵底及硅胶垫嵌入到半圆块和泵底间。嵌入式模块化连接优点：拆装方便、更换、调试方便，同时，降低泵的加工难度和加工工艺，降低成本。本发明可以设置多入口多出口，使用泵流量大。

3、特殊的泵底结构：嵌入式结构，缩小泵腔容积空间，规范流道特征，将流道规范成矩形区域，缩小泵腔内空间，增大泵一个行程的净排空量，提高泵的工作效率和泵流量。

4、增加刺破气泡的结构及功能，在泵腔正对出入口设置长条形硅胶垫，硅胶垫上布置细丝，消灭或粉碎气泡，提高泵送性能。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：包括螺纹泵盖、压电振子、密封圈、螺纹套、泵体、嵌入式入口阀和嵌入式出口阀，所述压电振子设置在所述螺纹套中，所述螺纹套设置在所述泵体上，所述螺纹套、所述压电振子和泵体围成泵腔，所述螺纹泵盖螺纹连接在所述螺纹套内，所述密封圈夹在所述螺纹泵盖与所述压电振子之间；所述泵体上设有所述嵌入式入口阀和所述嵌入式出口阀，所述嵌入式入口阀和嵌入式出口阀均为随动伞形阀；所述随动伞形阀包括嵌入式套、伞形阀盖和活塞，所述嵌入式套形成阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面上设置有多个与所述泵腔连通的水孔，所述嵌入式套嵌入在所述泵体上，所述活塞可滑动的设置在所述嵌入式套中，所述伞形阀盖设置在所述活塞的杆上并用于遮挡住所述阶梯孔；其中，所述嵌入式入口阀的伞形阀盖位于所述泵腔内，所述嵌入式出口阀的伞形阀盖位于所述泵腔外；另外，所述活塞的一端与所述伞形阀盖连接，另一端与所述阶梯孔的内孔连接，所述嵌入式套壁面上对应所述伞形阀盖边缘处环形区域设有外孔，所述嵌入式套沿圆周均布多个贯通所述泵腔的水孔。

2.根据权利要求1所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述随动伞形阀还包括外管，所述外管与所述嵌入式套连接并位于所述泵体的外部。

3.根据权利要求1所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述活塞的端面为圆周端面，圆周端面的上部和下部设有凸缘，所述嵌入式套内管壁面上设有凹槽，所述凸缘滑动设置在所述凹槽中。

4.根据权利要求3所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：沿所述泵腔内水流方向，所述嵌入式入口阀的伞形阀盖的凸面朝向所述泵腔内，所述嵌入式出口阀的伞形阀盖的凸面朝向所述泵腔外。

5.根据权利要求1所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述嵌入式入口阀的伞形阀盖靠近泵腔。

6.根据权利要求1所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述嵌入式出口阀的伞形阀盖远离泵腔。

7.根据权利要求1所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述泵体的底部设置有硅胶垫，所述泵腔内设有两个楔紧块，所述硅胶垫夹在两个所述楔紧块之间。

8.根据权利要求7所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述楔紧块包括顶面、底面、壁面和圆弧形凹槽，所述壁面和所述硅胶垫贴紧，所述底面嵌入到所述泵体底面的圆形槽内。

9.根据权利要求7所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述硅胶垫中间为长条形，两端为圆弧形。

10.根据权利要求9所述的具有嵌入式随动伞形阀的压电泵，其特征在于：所述硅胶垫上方设有细丝，所述细丝的材质为金属或塑料。

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