CN2818844Y - 无阀压电泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于流体机械领域，涉及一种波纹腔底无阀压电泵。目前的无阀压电泵都要在泵腔外安装控制流体流动方向的部件，不利于压电泵的进一步小型化。本实用新型如图所示，压电振子(2)与泵体(6)固联，压电振子(2)的正对面为波纹腔底(5)，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交的平面构成非对称起伏形状，相邻波纹单元之间有间距或没有间距，两平面的交线称为波纹线，全部波纹单元的波纹线构成一组平行线，这组平行线与泵腔吸入口、排出口的轴线成非零度角，这组波纹单元与压电振子(2)之间构成锥形流管。从而省略了安装于泵腔之外的流体流动方向控制装置。本实用新型达到了无阀压电泵的小型化和微型化的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于流体机械领域，涉及一种波纹腔底无阀压电泵。
背景技术
属于容积式的压电泵如果按阀体分类的话，可分为有阀与无阀压电泵。若将阀定义为：在泵的吸入和吐出过程中，至少有一时点，使泵腔与吸入口或吐出中之间，产生不连通的机械装置，那么所谓“无阀”就是：在任意时刻，泵腔与入口或排口之间都是连通的。此时，流体的单向流动是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，无阀压电泵多采用一对互为倒置的锥形流管的形式。
图1所示为锥形流管无阀压电泵。在图1中1为泵体，2为压电振子，3为锥形流管A、4为与3放置相反的锥形流管B。压电振子2作为泵体1的上盖固接在泵体上。一对互为相反放置的锥形流管3和4，固接在泵体的吸入口和排出口上。泵腔只有两个锥形流管3和4与外界连通。如果在压电振子2的两端施加交变电压，它就会产生交替伸长与收缩变形，这样在压电振子2、泵体1、两个锥形流管3和4所组成的空间内就形成了容积变化泵腔。
对于上述一对互为倒置的锥形流管结构形式，吸入时流入泵腔流体量少的锥形流管，吐出时流出泵腔流体量多。反之吸入时流入泵腔流体量多的锥形流管，吐出时流出泵腔流体量少。上述结构也就够成了可以动态可以实现单项流动的泵。
锥形流管无阀压电泵省去了复杂的阀体机构，有利于压电泵的小型化，提高可靠性。但锥形流管外伸至泵腔之外，无疑增大了压电泵的结构尺寸，不利于压电泵的进一步小型化，特别是在微机电系统中的微小化和高密度集成。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够进一步减小体积及结构尺寸的无阀压电泵，微纳米级尺度机械，其尺寸大小很大程度上决定于机械零部件结构大小。本实用新型剔除了泵腔外一对互为倒置的锥形流管结构，使泵腔与吸入口或吐出中之间，产生不连通的机械装置，即“无阀”机械装置，由波纹腔底结构装置替代，完成了在任意时刻，泵腔与吸入口或吐出口之间都是连通的且可实现单项流动的目的，没有泵腔外倒置的锥形流管结构的泵尺寸可大幅度减小，且在微加工领域波纹腔底结构比锥形流管容易加工，精度也容易保证。比较起来波纹腔底无阀压电泵的成本要大幅度低于锥形流管无阀压。
本实用新型提供的一种无阀压电泵，如图2所示，压电振子2与泵体6固联，其特征在于：压电振子2的正对面为波纹腔底5，该波纹腔底5以嵌块的形式与泵体6固联或者与泵体6制作为一体，波纹腔底5正对着压电振子2的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交的平面构成非对称起伏形状，相邻波纹单元之间有间距或没有间距，两平面的交线称为波纹线，全部波纹单元的波纹线构成一组平行线，这组平行线与泵腔吸入口、排出口的轴线成非零度角，这组波纹单元与压电振子(2)之间构成锥形流管。
图3中的D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn即为波纹平面的交线，也就是上述波纹线。D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn之间相互平行。若以Di-Di代表波纹线；吸入口和排出口的轴线为C-C；则C-C与Di-Di成零角度夹角时，波纹腔底无阀压电泵将不能实现流体输送，C-C与Di-Di成非零角度夹角时，波纹腔底无阀压电泵均能实现流体输送。
波纹的两面为非对称的目的是利用流体在沿左和右两方向流动时，由于波纹与泵腔底面所夹的锐角不同，产生的流阻不同，从而在压电振子往复运动时，往复流过泵腔中的流体会产生流量差，这一流量差在宏观上表现为单一运动方向的液体流动。具体的波纹底无阀压电泵工作原理可以作如下解释。
图4为吸程工作原理图。压电振子2向上运动时，即：图4(a)中压电振动子2从E-E位置移动到F-F位置泵腔容积增加，流体通过波纹腔底5被吸入泵腔，由于非对称波纹的存在，非对称波纹的山顶将非对称波纹划分为收缩管与扩张管，至于具体何时为收缩管，何时为扩张管，要由瞬时泵内的流动方向决定。考虑波纹腔底5中的任意一个波纹，倾角不等的波纹腔底分别从左与右两侧同时向右与左流动；假设此时的流动发生在从左向右流动时山顶的左侧，再从右向左流动时山顶的右侧；在图4(a)中波纹腔底右倾角小于左倾角，左右倾角均属于收缩管，但是由于右倾角小于左倾角，波纹腔底5中任意一个波纹的右收缩管流阻小于左收缩管流阻；在收缩管段内，流阻大流量小，从左收缩管向右流动的瞬时流量小于从右收缩管向左流动的瞬时流量。当流动越过山顶，前述的假设流动，就发生在从左向右流动时下一个山顶的右侧，再从左向右流动时下一个山顶的左侧；在图4(a)中波纹腔底右倾角小于左倾角，左右倾角均属于扩张管，但是由于右倾角小于左倾角，波纹腔底5中波纹的右扩张管流阻小于左扩张管流阻；在扩张管段内，流阻大流量小，从左扩张管向右流动的瞬时流量大于从右扩张管向左流动的瞬时流量。而综合上述结果：吸程时，波纹小倾角边大于波纹大倾角边的瞬时流入泵腔的流量。
排程工作原理与吸程同理。用上述方法分析可以得到，排程时，波纹小倾角边小于波纹大倾角边的瞬时流出泵腔的流量。
这样反复的出现吸入与排出工程，宏观上波纹小倾角边就成为吸入口，波纹大倾角边就成为排出口，流体从波纹小倾角边流入泵腔，流体从波纹大倾角边流出泵腔，也就实现了单方向流动。
附图说明
图1是传统的锥形流管无阀压电泵，其中：
1.锥形流管压电泵泵体 2.压电振子 3.锥形流管A 4.锥形流管B
图2是本实用新型的波纹腔底无阀压电泵，其中：
5.波纹嵌块 6.波纹腔底压电泵泵体(a)为主视图(b)为俯视图
图3是波纹嵌块的主视图和俯视图
图4吸程工作原理图(a)为主视图(b)为俯视图
图5本实用新型的实施例，其中：6.泵体 7.固定板 8.固定板螺钉9.导管 10.泵腔盖 11.泵腔盖螺钉
具体实施方式：
本实用新型结构如图5示，采用压电振子为30mm；工作电源为电压220V，50Hz交流电；压电振子的α1＝90°，α2＝30°，波纹数n＝4时，以水为实验用工作介质，，泵的左右两侧流道产生最大为压差6mm的水柱。
导管9用市售密封胶固接在上盖10上，密封盖7与上盖10使用镙钉8固定，波纹腔底5与泵体6在上盖10安装前采用过盈配合的方式装配在一起，上盖10与泵腔6用镙钉11紧固在一起。压电振子2为市售非标准件，螺栓10为标准件，其它泵所用零件均由有机玻璃或金属加工而成。
Claims (1)
1、一种无阀压电泵，压电振子(2)与泵体(6)固联，其特征在于：压电振子(2)的正对面为波纹腔底(5)，该波纹腔底(5)以嵌块的形式与泵体(6)固联或者与泵体(6)制作为一体，波纹腔底(5)正对着压电振子(2)的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交的平面构成非对称起伏形状，相邻波纹单元之间有间距或没有间距，两平面的交线称为波纹线，全部波纹单元的波纹线构成一组平行线，这组平行线与泵腔吸入口、排出口的轴线成非零度角，这组波纹单元与压电振子(2)之间构成锥形流管。
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| CN109322817A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-02-12 | 上海交通大学 | 一种操纵微流体的微泵 |
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