CN202157940U - 一种渐开线流管无阀压电泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种渐开线流管无阀压电泵，包括由密封连接的上盖和下盖组成的泵体，上盖和下盖之间设有容纳有压电振子的泵腔，泵腔上设置有第一渐开线流管和第一直流管；所述的第一渐开线流管一端与泵腔连接，另一端与设置在泵体上的流体进口连接；所述的第一直流管一端与泵腔连接，另一端与设置在泵体上的流体出口连接。本实用新型的渐开线流管无阀压电泵将螺旋流管技术与压电技术有机结合，采用了渐开线流管，与锥形流管无阀压电泵相比具有较好的单向流动性，减少流动流体的能量损失，提高了泵的工作效率；同时，扩大了螺旋流管技术在传热、混合等领域的应用范围，尤其适用在对磁场敏感的环境下。

Description

一种渐开线流管无阀压电泵

技术领域

本实用新型涉及一种无阀压电泵，尤其涉及一种采用螺线形流管的无阀压电泵。

背景技术

属于容积式的压电泵如果按阀体分类的话，可分为有阀和无阀压电泵。若将阀定义为：在泵的吸入和排出过程中，至少有一时段，使泵腔与吸入口或排出口之间，产生不连通的机械装置，那么所谓的“无阀”就是：在任意时刻，泵腔与吸入口或排出口之间都是连通的。此时，流体的单向流动时依靠特殊的机械装置。这种装置利用了流体的性质，使得泵腔始终与吸入与排出口连通，而又可驱使流体单向流动。目前，无阀压电泵多采用互为倒置的收缩管和扩张管来作为控制流体单向流动的部件，比较典型的是锥形流管。图1为锥形流管无阀压电泵，这种泵的特点是结构简单，可以实现微型化；但圆锥形流管存在不同截面尺寸的突变，能量损失大，流量较小，反向止流性能差，这些缺点都影响了压电泵在实际领域的应用。

由于螺旋流管具有优越的结构特性、自生离心力场、二次流和高效换热率等特点，使螺旋流管技术在传热、混合等领域均有着广泛应用，而且近年来有研究者将螺旋流管技术应用在微滤、纳滤、渗透以及膜蒸馏等中空纤维传质分离过程，都取得了良好的效果。但是这些应用都是在外界给予液体流动动力的前提下进行的，这样对螺旋流管技术的应用受到限制，如果附加动力源是电磁电机，那在一些电磁敏感的地方就不能够使用，而且在需要精确控制流体流量的环境下时，也不能够满足要求。

实用新型内容

1.技术问题：本实用新型要解决的技术问题是提供一种可微型化，具有较好单向流动特性，可对流体流量进行精确控制的渐开线流管无阀压电泵。克服了现有无阀压电泵反向止流性能差等缺点，同时，扩大螺旋流管技术在传热、混合等领域的应用范围。

2.技术方案：为了解决上述的技术问题，本实用新型的渐开线流管无阀压电泵包括由上盖和下盖密封连接组成的泵体，上盖和下盖之间设有容纳有压电振子的泵腔，泵腔上设置有第一渐开线流管和第一直流管；所述的第一渐开线流管一端与泵腔连接，另一端与流体进口连接；所述的第一直流管一端与泵腔连接，另一端与流体出口连接。所述的渐开线流管为平面弯曲的流管，由于该流管的中心轴线属于渐开线，因此将该流管命名为“渐开线流管”。直线在圆上纯滚动时，直线上一点K的轨迹称为该圆的渐开线，如图2所示。该圆称为渐开线的基圆，直线称为渐开线的发生线。渐开线的形状仅取决于基圆的大小，基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直；基圆为无穷大时，渐开线为斜直线。渐开线参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x=r(\cos \mathrm{\φ}+\mathrm{\φ}\sin \mathrm{\φ})\\ y=r(\sin \mathrm{\φ}-\mathrm{\φ}\cos \mathrm{\φ})\end{array}\right.$

其中，r为基圆半径，常数；φ为参数，单位是弧度。

所述的第一渐开线流管可以直接与泵腔连接，也可通过一个第二直流管与泵腔连接。

所述的第一直流管的一端与泵腔连通，另一端直接或者通过第二渐开线流管与流体出口相连通；一般地，所述的第一渐开线流管为以流体进口为起点顺时针方向设置的螺旋流管，终点为与泵腔相连的连接点或者与第二直流管相连的连接点；所述的第二渐开线流管为以流体出口为起点逆时针方向设置的螺旋流管，其终点为与第一直流管相连的连接点。

所述的泵腔包括位于下盖并且开口朝向上盖的第一凹槽，以及位于上盖并且开口朝向第一凹槽的第二凹槽，第一、第二凹槽开口大小相同，与压电振子一起构成腔体。所述的第二凹槽边缘设计成阶梯状的通孔，压电振子粘结固定在第二凹槽内。

所述的压电振子一般由圆形的压电陶瓷片和金属片粘贴成的圆形振动片，为与圆形的压电振子的形状相适应，所述的泵腔的横截面呈圆形。

为了便于加工，第一、第二渐开线流管和第一、第二直流管以及第一凹槽均在下盖上面直接刻出，即渐开线流管、直流管以及第一凹槽与下盖是一体的；同时，第一、第二渐开线流管和第一、第二直流管的横截面相同的呈矩形。

本技术方案的渐开线流管无阀压电泵工作时，把压电陶瓷片和金属片作为两极，向压电振子通交流电时，压电陶瓷片会产生沿其径向的伸缩变形，由于压电陶瓷片和金属片粘结成一体，并且压电陶瓷片和金属片的径向伸缩不同，所以当压电陶瓷片产生沿径向的伸缩变形时，金属片也会产生伸缩变形，且伸缩方向与压电陶瓷片相反，则压电振子必然会产生沿轴向(压电陶瓷片的法向方向)的往复变形振动，把压电振子作为压电泵的动力源，随着压电振子的轴向往复变形振动，从而导致压电泵泵腔的体积周期性变化。压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔容积变化；一般可将压电泵的一个工作周期分为两个阶段：从下死点(压电振子在泵腔内远离平衡位置的最大位移)经平衡位置到达上死点(压电振子在泵腔外远离平衡位置的最大位移)为泵的吸程阶段；从上死点经平衡位置到达下死点为泵的排程阶段。在吸程阶段，流体沿第一渐开线流管和第一直流管进入泵腔；在排程阶段，流体沿沿第一渐开线流管和第一直流管流出泵腔。由于受到地球自转科氏力和流体自旋科氏力影响，使沿第一渐开线流管流入和流出的流体所受的阻力不相同，而流入或流出流体的体积大小又与流管的流阻大小成反比，因此综合吸程和排程阶段，沿第一渐开线流管流入泵腔的流体体积比流出泵腔的流体体积多，使得整个周期内会有一个净流量从泵的第一渐开线流管流向泵的第一直流管；从宏观上看，压电泵总是使流体从第一渐开线流管流入，从第一直流管流出，从而实现了流体的单向流动，实现了泵的功能。

同理，当本技术方案的渐开线流管无阀压电泵有两个渐开线流管时，把压电陶瓷片和金属片作为两极，向压电振子通交流电时，压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔容积变化，驱动流体沿两个渐开线流管往返流动，由于受到地球自转科氏力和流体自旋科氏力的影响，对沿逆时针和顺时针方向旋转的流体产生不同的作用，使沿渐开线流管流入和流出的流体所受的阻力不相同，而流入或流出流体的体积大小又与流管的流阻大小成反比，所以当泵腔体积增大时，流体从第一渐开线流管和第二渐开线流管流入泵腔，此时压电泵处于吸程阶段，但从两流管流入泵腔的流体体积不相同；当泵腔体积减小时，流体从第一渐开线流管和第二渐开线流管流出泵腔，此时压电泵处于排程阶段，但从两流管流出泵腔的流体体积不相同；分析从两流管在压电泵处于吸程和排程阶段时，流入和流出的流体体积的多少可以概括为：在压电泵处于吸程阶段时流入流体体积多的，则在压电泵处于排程阶段时流出流体的体积少；在压电泵处于吸程阶段时流入流体体积少的，则在压电泵处于排程阶段时流出流体的体积多；从宏观上看，压电泵总是使流体从一个流管流入，从另一个流管流出，从而实现了流体的单向流动，实现了泵的功能。

3.有益效果：本实用新型的渐开线流管无阀压电泵将螺旋流管技术与压电技术有机结合，采用了渐开线流管，与锥形流管无阀压电泵相比具有较好的单向流动性，减少流动流体的能量损失，提高了泵的工作效率；同时，扩大了螺旋流管技术在传热、混合等领域的应用范围，尤其适用在对磁场敏感的环境下；此外，本实用新型的无阀压电泵中，流管均为矩形截面，其加工近乎平面加工，与圆截面流管相比，尤其是在微尺度下，矩形截面流管的加工比较简单。

附图说明

图1是锥形流管无阀压电泵示意图；

图2是直角坐标系下渐开线示意图；

图3是第一实施例的渐开线流管无阀压电泵的立体分解示意图；

图4是第二实施例的渐开线流管无阀压电泵的立体分解示意图；

图5是渐开线流管无阀压电泵整体结构俯视图；

图6是渐开线流管无阀压电泵整体结构A-A剖视图；

图7是渐开线流管无阀压电泵泵上盖主视图；

图8是渐开线流管无阀压电泵泵上盖B-B剖视图；

图9是第一实施例的渐开线流管无阀压电泵泵下盖主视图；

图10是第二实施例的渐开线流管无阀压电泵泵下盖主视图；

图11是渐开线流管无阀压电泵泵下盖C-C剖视图；

图12是压电振子示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图3、图6及图9所示，本实施例的渐开线流管无阀压电泵包括由密封连接的上盖2和下盖3组成的泵体1，上盖2和下盖3之间设有容纳有压电振子4的泵腔5；上盖2和下盖3之间还包括一个第一渐开线流管6和第一直流管7；所述的第一渐开线流管6一端与设置在泵体1上的流体进口11连接，另一端通过第二直流管61与泵腔5连接；所述的第一直流管7一端与泵腔5连接，另一端与设置在泵体1上的流体出口12连接；第一渐开线流管6、第一直流管7以及第二直流管61都设置在下盖3上。上盖2与下盖3通过周围的螺栓孔10使用6个螺栓(螺母)9连接在一起。

如图9所示，所述的第一渐开线流管6为以流体进口11为起点顺时针旋向的流管，终点为与第二直流管61的连接点。

本实施例中，所述的流体进口11和流体出口12设置在泵腔5的两侧，流体进口11、第一渐开线流管6、泵腔5、第一直流管7和流体出口12形成流体流动的通道。

如图5、图6、图7、图8、图9及图11所示，所述的泵腔5截面呈圆形，包括位于下盖3并且开口朝向上盖2的第一凹槽31，以及位于上盖2并且开口朝向第一凹槽31的第二凹槽21，第一、第二凹槽开口大小相同，与压电振子4一起构成腔体。所述的第二凹槽21边缘设计成阶梯状的通孔，压电振子4粘结固定在第二凹槽21内。

本实施例中，采用的是单侧型压电振子。如图12所示，压电振子4一般由圆形的压电陶瓷片41和金属片42粘贴成的圆形振动片。

为了防止连接处渗漏，可以在部件的连接处均匀涂硅胶进行密封。

实施例二：

如图4所示，本实施例的主要结构与实施例一基本相同，不同的是本实施例中含有两个渐开线流管，即第一渐开线流管6和第二渐开线流管8，两流管以泵腔5中心线为对称轴相对称。

如图10所示，所述的第一渐开线流管6以流体进口11为起点，以与第二直流管61相连的连接点为终点，整体呈顺时针旋向；所述的第二渐开线流管8以流体出口12为起点，以与第一直流管7连接的连接点为终点，整体呈逆时针旋向。

Claims (9)

1.一种渐开线流管无阀压电泵，包括由密封连接的上盖（2）和下盖（3）组成的泵体（1），上盖（2）和下盖（3）之间设有容纳有压电振子（4）的泵腔（5），其特征在于，泵腔（5）上设置有第一渐开线流管（6）和第一直流管（7），所述的第一渐开线流管（6）一端与泵腔（5）连接，另一端与流体进口（11）连接，所述的第一直流管（7）一端与泵腔（5）连接，另一端与流体出口（12）连接。

2.根据权利要求1所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的第一渐开线流管（6）通过第二直流管（61）与泵腔（5）连接。

3.根据权利要求1或2所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的第一直流管（7）通过第二渐开线流管（8）与流体出口（12）相连接。

4.根据权利要求1所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的第一渐开线流管（6）为以流体进口（11）为起点顺时针旋向的流管。

5.根据权利要求3所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述第二渐开线流管（8）为以流体出口（12）为起点逆时针旋向的流管。

6.根据权利要求1所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的泵腔（5）设置在下盖（3）上并且开口朝向上盖（2）。

7.根据权利要求1所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的泵腔（5）由设置在下盖（3）上的第一凹槽（31）和设置在上盖（2）上的第二凹槽（21）封闭组成，所述的压电振子（4）固定在第二凹槽（21）内。

8.根据权利要求1所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的泵腔（5）截面呈圆形。

9.根据权利要求1或2所述的渐开线流管无阀压电泵，其特征在于，所述的第一渐开线流管（6）、第二渐开线流管（8）、第一直流管（61）、第二直流管（7）以及第一凹槽（31）均在下盖（3）上面直接刻出。

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