CN213270229U - 有气室的流体波动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种有气室的流体波动装置，所述装置包括后盖、振子、腔体和密封圈，所述腔体内部有一盘形或其他形状的容腔，所述腔体上设有气室和所述容腔相连通，所述容腔上有一进水孔和一出水孔，所述振子和所述容腔组成密闭腔室，所述振子的往复运动使所述密闭腔室的容积周期性地增大和缩小，具有一定流速的稳定流体从所述进水孔进入所述密闭腔室，所述密闭腔室通过容积变化连续排出流体脉冲，形成波动性流体，所述气室可以通过周期性地吸收和释放振子的动能来提高所述装置将电能转化为所述流体脉冲的动能的效率，从而节省能电能，降低噪声。

Description

有气室的流体波动装置

技术领域

本实用新型涉及流体机械领域，是一种使稳定流体转化为周期性波动流体的装置。

背景技术

中国专利201921764470X中提供了一种将稳定流体转化为波动性流体的装置，所述装置通过振子的往复振动使流体产生周期性波动，形成波动性流体。研究发现在所述装置中保留一定体积的气体，能使振子的动能更加高效地传递给流体，从而提高能量转化效率，降低噪声。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的一种或几种缺陷，提供一种更符合流体力学特性的装置，更高效地将稳定流体转化为波动性流体，产生更少的噪声。

为了实现以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种装置，所述装置包含后盖、振子、腔体和密封圈.

所述振子通过电信号驱动产生往复振动。

所述振子是压电陶瓷振子或者其他类型的振子。

所述腔体内部有一个容腔，所述振子安装在所述腔体中，与所述容腔构成一个密闭腔室，所述密封圈安装在所述腔体和所述振子之间，起到密封作用。

所述容腔为圆盘形或其他形状。

所述容腔上有一进水孔和一出水孔。

所述进水孔与进水导管相连通。

所述出水孔与出水导管相连通。

所述腔体中设有一气室，所述气室可以存储气体。

所述气室可以是独立于所述容腔的中空腔室结构，并通过一气孔与所述容腔相连通，也可以将所述容腔的一部围成相对独立的半封闭的空间结构。

所述容腔的面积大于所述进水孔横截面积的10倍，所述容腔的面积大于所述出水孔横截面积的10倍。

本实用新型所述装置是一种将稳定流体转化成波动性流体的装置，本实用新型所述装置包含一个振子和一个腔体，所述振子和所述腔体上的容腔组成密闭腔室，随着振子的往复振动(包括往复位移振动和往复形变)，所述密闭腔室的容积周期性地增大和缩小，所述密闭腔室的容积增大时，具有一定流速的流体从所述进水孔进入所述密闭腔室，所述密闭腔室的容积缩小时，内部流体受到所述振子的挤压，从所述出水孔流出，形成流体脉冲，随后流体脉冲从出水导管排出，由于所述进水孔内的流体具有指向所述容腔的压力，所述密闭腔室内的液体无法从所述进水孔流出，只能从所述出水孔流出，因此本实用新型所述装置无需单向阀依然可以将流入所述容腔的流体排出。所述密闭腔室的横截面积远大于所述进水孔的横截面积，具有较大的变径比，通过所述进水孔进入所述密闭腔室时，流体从轴向运动变为向四周扩散运动，流体动能迅速降低，随后所述密闭腔室的容积缩小，所述振子将流体从所述出水孔压出，由于流体进入所述密闭腔室内后丧失动能，从所述出水孔排出的流体脉冲的动能完全来自所述振子往复振动的动能，所述振子每振动一个周期，排出相同体积的流体，形成流体脉冲，连续排出的流体脉冲组成波动性流体。在研究过程中发现，所述密闭腔室中存留一定体积的空气时，所述装置产生的波动性流体的水压高于无气体存留时形成的波动性流体的水压，因此产生相同水压的波动性流体，有气体存留时所述振子消耗的电能更低。

所述振子与所述容腔形成的密闭腔室中存留的气体受到流体的冲刷，容易从所述出水孔逃逸，气体的体积不能长时间保持稳定，本实用新型提供了两种气室结构来促使所述气体保持稳定的体积，一是设置独立于所述容腔的气室，所述气室通过设于所述容腔中的气孔与所述容腔相连通，所述气室在结构上独立于所述容腔，且具有固定容积，不受所述容腔中的流体影响，所述气室内的气体具有稳定的体积；二是在所述容腔内部设置围栏结构，将所述容腔的一部分围成相对独立的半封闭气室，所述围栏阻挡了所述容腔内流体对所述半封闭气室内的气体的冲刷，所述半封闭气室内的气体的体积得以维持稳定。

在所述流体波动装置中引入气室结构，维持一定体积的气体，能使所述振子的动能更高效地转化为所述流体脉冲的动能。所述振子周期性往复振动使所述振子与所述容腔形成的密闭腔室的容积周期性地增大和减小，当所述密闭腔室的容积减小时，所述振子对所述密闭腔室内的流体施加压力，因为所述容腔的面积远大于所述出水孔的横截面积，所述振子的面积与所述容腔的面积相当，所述振子每次振动时对所述容腔内的流体施加的周期性压力是同时对所述容腔内所有的流体做功，只有在所述出水孔附近和内部的流体才能被从所述出水孔压出形成流体脉冲，而振子对距离所述出水孔较远的流体做的功对所述流体脉冲的形成没有贡献，是无效功，这部分能量最终被所述流体波动装置本身的结构吸收，使流体波动装置本身产生振动和噪声，以压电陶瓷振子为例，压电陶瓷振子通常直接或间接用市电驱动(使用变压器提供其他电压)，市电频率为50Hz，压电陶瓷振子每个振动周期有1/2周期的时间对所述容腔内的流体形成压力，即所述压电陶瓷振子每个周期的做功时间为0.01秒，由于所述容腔的横截面积远大于所述出水孔的横截面积，所述容腔内部分流体受到所述压力作用后无法在0.01秒的时间内从原本的位置流到出水孔，在所述流体波动装置中引入气室结构后，由于气体易被压缩，气体比所述流体波动装置本身的固体结构更易吸收动能，所述容腔内距离所述出水孔较远的流体受到所述振子推动时，其得到的动能将传递给所述气室内的气体，使所述气体被压缩，体积缩小，前述无效功将以内能的形式储存在所述气体中，当所述密闭腔室的容积增大时振子对容腔内流体的压力减小为0并逐渐出现负压，此时所述气体由此前的被压缩状态转变为膨胀状态，前述储存在所述气体中的内能释放到所述容腔内的流体中，使流体脉冲动能增加，因此在201921764470X所述的流体波动装置中增加气室结构可以提高动能传递效率，使电能更高效地转化为流体脉冲的动能。从于较大的时间尺度来观察，所述气体的重复压缩、膨胀与所述振子的往复振动频率相当，形成谐振。

所述气室的最佳容积与所述流体波动装置的整体结构有关，实际应用时可以先按所述容腔容积的0.1倍取值，然后逐步定量减少和增加所述气室容积，通过观测气室容积的不同对所述流体脉冲的影响来选取适合的气室容积，气室容积过小时由于内部气体体积有限，储能作用较小，无法明显改善所述流体波动装置的能效，而所述气室容积过大时，其内部气体具有较大体积，其可压缩性过大，能量的储存和释放的时间将大于所述振子的振动周期，无法形成谐振，因而无法提高所述流体波动装置的能效。

2017219262274提供了一种装饰水幕，其需要多个产生波动性水流的水泵同时工作，而多个产生波动性水流的水泵同时工作产生较大的共振噪声，严重限制了所述装饰水幕的应用场景，研究发现所述产生波动性流体的水泵工作时，大量的振动传导至所述装置水幕本身的结构，这部分振动对波动性水流的形成没有贡献，其传导至空气中则形成噪声，201921764470X 所述的流体波动装置采用无阀片设计，其振子的动能传递给所述容腔内的流体的效率有所提高(产生波动性水流的水泵具有阀片，其振子需要克服阀片阻力才能完成吸水和排水的动作，取消阀片可以省去克服阀片阻力做功的能量)，本实用新型所述的装置在专利201921764470X 所述装置中加入气室结构，进一步提高所述振子的动能传递给所述容腔内的流体的效率，使得所述流体脉冲的动能满足使用要求时只有极少量的能量以振动的形式传导至所述装饰水幕的结构和空气中，从源头上抑制了噪声形成，此外由于能量利用效率的提高，在满足要求的前提下可大大降低供电电压，延长了所述振子的寿命，也使所述装饰水幕具有更高的安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

图2为图1所述装置的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-后盖，2-振子，3-压电陶瓷层，4-金属基板，5-密封圈，6-出水导管，7-腔体，8-出水孔，9-容腔，10-进水孔，11-进水导管，12-气孔，13-气室，14-腔体，15-容腔，16-围栏，17-半封闭气室。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型可以以多种不同的形式来实现，并不限于以下实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚的理解，其中上、下、左、右等指示方向的字词仅是针对所示结构在对应附图中的位置而言。然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。本实用新型所说的“连接”，如无特别说明，均包括直接和间接的连接。

实施例一：

如图1所示，本实施例包括后盖1、振子2、密封圈5和腔体7，其中振子2和容腔9组成密闭腔室，密封圈5安装在腔体7的槽中，起到密封作用，本实施例中的振子2是一种通过交流电信号驱动的压电陶瓷振子，即压电陶瓷换能片，由压电陶瓷层3和金属基板4组成，在交流电压驱动下，振子2沿轴向的两个方向交替产生周期性的微小球面化形变，后盖1固定在腔体7上时将金属基板4的外沿紧紧压在密封圈5上，使得振子2与容腔9形成密闭腔室，后盖1的其余部分与振子2的压电陶瓷层3没有接触，不会影响振子2的振动，后盖1 可以通过卡扣、粘结、熔接、螺丝连接等多种方式固定在腔体7上。如图2，气孔12设于容腔9内，气室13设于容腔9外部，具有独立空间结构，并通过气孔12与容腔9相连通。在交流电信号驱动下振子2产生周期性往复形变，使所述密闭腔室的容积周期性地增大和缩小，由于容腔9的面积远大于进水孔10的横截面积，具有一定流速的流体通过与进水孔10相连接的进水导管11进入所述密闭腔室后流速迅速降低，由于进水孔10中的流体有指向容腔9 的压力，振子2的周期性形变只能将所述密闭腔室内的液体从出水孔8压出，形成流体脉冲，随后从出水导管6排出，在连续交流电信号驱动下连续产生的流体脉冲形成波动性流体，从图1中可以看出，容腔9的面积远大于出水孔8的横截面积，振子2往复运动时对位于容腔 9中的所有流体均产生压力，但只有位于出水孔8附近和出水导管6内部的流体才能在振子2 的振动周期内被压出出水导管6，形成流体脉冲，振子2对容腔内其余位置的流体的压力使得部分流体被压入气孔12，由于气室13内部足封闭的没有其他出口，气室13内部的气体被压缩，内能升高，当振子2的形变使所述密闭腔室的容积增大时，气室13内部的气体体积膨胀，其部分内能转化为动能释放给容腔9中的流体，促进流体脉冲的形成。气室13内部的气体压缩和膨胀运动的周期与振子2的往复运动周期相当，并保持一定的相位差，形成谐振。振子2的动能部分转化为出水孔8附近和出水导管6内内部的流体的动能直接促使所述流体脉冲形成，而振子2传递给位于容腔9内且远离出水孔8的流体的动能被暂时储存在气室13 内的气体中，并准确地在下一周期的流体脉冲形成时释放，使所述流体脉冲的动能增加，因而气室13的作用是临时储存振子2的部分动能，使其参与下一周期的流体脉冲形成，避免所述动能直接转移至外部结构和空气中。

实施例二：

如图3所示，本实施例中腔体14与实施例一中腔体7具有不同的气室结构，围栏16将容腔15的一部分隔离，围成半封闭气室17，围栏16上方没有密封组件，半封闭气室17与容腔15的剩余部分是连通的，腔体14的半封闭气室17与腔体7的气室13具有相同的功能，因此图3中的腔体14可以替换图1所示装置中的腔体7，其安装方式和作用原理均与实施例一相同，不再重复叙述(图3未示后盖、振子和密封圈三个组件)。

本实施例中半封闭气室17位于腔体14的一端，在实际安装使用时半封闭气室17所处的位置应朝向上方，使气体能半封闭气室17中存留，围栏16的作用是防止容腔15内的流体冲刷半封闭气室17内的气体，使所述气体体积保持稳定。

Claims (2)

1.有气室的流体波动装置，包括后盖、振子、腔体和密封圈，所述腔体内有一个容腔，所述腔体上有一进水导管和一出水导管，所述振子安装在所述腔体中，所述密封圈安装在所述腔体和所述振子之间，所述容腔为圆盘形，所述容腔上有一进水孔和一出水孔，所述进水孔与进水导管相连通，其特征在于：所述腔体上设有气室，所述气室与所述容腔相连通。

2.如权利要求1所述的有气室的流体波动装置，其特征在于：所述气室是独立于所述容腔的中空腔室结构或由所述容腔的一部分围成的空间结构。

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