一種基於附壁效應的無閥壓電泵的製作方法
2023-12-09 12:05:26 1
專利名稱：一種基於附壁效應的無閥壓電泵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及微流體傳輸與控制以及微機械技術領域，特指一種基於附壁效應的無閥壓電泵。
背景技術：
壓電泵是機械式微泵的一種，屬於容積泵，廣泛應用在藥物微量輸運、細胞分離、電子產品(如CPU)降溫、燃料微量噴射、化學微分析、管道流動中轉捩控制等領域；依據有無閥片結構，可將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵兩類，有閥壓電泵具有閥片結構，不易加工，限制泵體微型化，且工作頻率一般較低；無閥壓電泵結構簡單，更適合於微型化，可以滿足在高頻頻率下的工作要求，且流體介質不會因為閥片結構而被隔斷，避免一些敏感介質受到影響；大多數無閥壓電泵的結構是在泵腔連接兩個特殊結構流管，利用特殊結構流管兩個方向上流動的流阻差異產生泵送效果，常見的特殊結構流管有錐形管，tesla管，三通管等，特殊結構流管產生的流阻差異越大，則容積效率越高，但通過改變流管結構參數難以得到很大的流阻差異，這導致大部分此類結構的無閥壓電泵容積效率很低，與有閥壓電泵相比流量偏小，利用附壁效應改變射流方向的射流控制元件具有結構簡單，易於控制的特點，可以被應用於無閥壓電泵的設計。
發明內容本實用新型的目的是針對已有無閥壓電泵容積效率低的不足，提供一種基於附壁效應的結構簡單、容積效率高的無閥壓電泵。本實用新型採用的技術方案是:包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定於泵蓋上方，泵蓋上設置泵進口和泵出口，泵體上設置泵腔、進口腔、出口腔以及三通管；進口腔與泵進口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進口流管和出口流管，進口流管與進口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特徵在於:匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進口流管的管壁與泵腔為尖角連接。匯流管最小截面寬度a取值範圍為40 μ m至Imm,過渡圓角半徑r為0.25至2倍的匯流管最小截面寬度，匯流管長度L為2至10倍的匯流管最小截面寬度，匯流管錐角
4為20°至60°，其他結構尺寸參數為常規取值。當壓電振子變形使泵腔變小時，該泵處於排出過程，泵腔流體進入匯流管時圓角過渡連接處壓力損失小，尖角過渡連接處壓力損失大，導致匯流管兩側壓強不同，由於附壁效應，泵腔排入匯流管的流體沿著圓角過渡的側壁流入出口流管，由泵出口流出，此過程除從泵腔中排出的流體外，還有進口流管中的部分流體被卷吸進入出口流管，當壓電振子變形使泵腔變大時，該泵處於吸入過程，經由進口流管和出口流管流入泵腔的流量基本相同，進口流管(或出口流管)兩個方向上流量的差值為一個周期的泵送流量。本實用新型的有益效果是:結構簡單，易於微型化，泵的容積效率可達50%以上。
圖1為本實用新型結構剖視圖；圖2為本實用新型俯視圖圖3為圖1中A-A剖面圖；圖4是圖3中I局部放大圖；圖5為圖2中B-B剖面圖；圖6是本實用新型排出過程工作原理圖；圖7是本實用新型吸入過程工作原理圖；圖8是實施例1在排出過程中的速度矢量圖；圖9是實施例1在吸入過程的速度矢量圖；圖10是實施例1 一個周期內進口流管和出口流管的瞬時流量曲線；圖11是實施例1的結構尺寸；圖中:1.壓電振子；2.泵蓋；3.泵腔；4.三通管；5.泵體；6.泵進口 ；7.泵出口 ；
8.進口腔；9.出口腔；10.匯流管；11.進口流管；12.出口流管。
具體實施方式
如圖1、2、3、4所示，本實用新型包括泵體5、泵蓋2和壓電振子I，泵體5和泵蓋2鍵合，壓電振子I通過黏結劑固定於泵蓋2上方，泵蓋2上鑽孔加工出泵進口 6和泵出口 7，泵體5上一次加工出具有相同深度的泵腔3、進口腔8、出口腔9以及三通管4 ;泵腔3位於壓電振子I下方，進口腔8與泵進口 6連通，出口腔9與泵出口 7連通，三通管4的所有截面為矩形，其兩分流管分別為進口流管11和出口流管12，與進口腔8和出口腔9連通，匯流管10為平面錐管，與泵腔3連通。匯流管10靠近出口流管12的管壁與泵腔3為圓角過渡連接，靠近進口流管11的管壁與泵腔3為尖角連接；本實用新型工作時，加載交變電壓使壓電振子5振動，並帶動泵蓋2的一部分隨之運動，使泵腔體積發生變化，壓電振子5向下振動為排出過程，泵腔3體
積減小，泵腔3內壓強大於外界，流體從泵腔3經由三通管4排出，其流量為，三通管4
中流動情況如圖6所示；該流動為射流狀態，由於匯流管10靠近出口流管12的管壁與泵腔3為圓角過渡連接，壓力損失小；而靠近進口流管11的管壁與泵腔3為尖角連接，壓力損失大，根據附壁效應原理，在很短時間內，射流將會偏轉並沿著有圓角過渡的匯流管10的管壁流向出口流管12，而另一側管壁附近出現回流漩渦，即泵腔中的流體從出口流管12流
出，同時進口流管11中的部分流體被卷吸進入出口流管12，流量為，從出口流管12流出的總流量為Qeaf,且Qout =Qe + Qzn。[0022]壓電振子5向上振動為吸入過程，泵腔3體積增大，泵腔3內壓強小於外界，流體由三通管4流入泵腔3，由於壓電振子5向上振動和向下振動的變形量相同，所以流量為1 ，三通管4中流動情況如圖6所示；從泵進口 6經由進口流管11流入的流量為< 「，從泵進
口 7經由出口流管12流入的流量為，Qout『，Qin』和Qout』基本相等，即Qin= Qout = 1/2Qc 一個泵送周期包括一個排出過程和一個吸入過程為，一個周期內泵進口 6吸入的流量為Qout+Qin』泵出口 7排出的流量為Qout-Qout『，即為泵的泵送流量；壓電泵容積
效率 為淨流量與一個泵送周期內泵腔體積變形量之比，如式(I)所示，由該式可知，本實用新型涉及的無閥壓電泵容積效率可達50%以上；
權利要求1.一種基於附壁效應的無閥壓電泵，包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定於泵蓋上方，泵蓋上設置泵進口和泵出口，泵體上設置泵腔、進口腔、出口腔以及三通管；進口腔與泵進口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進口流管和出口流管，進口流管與進口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特徵在於:匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進口流管的管壁與泵腔為尖角連接。
2.如權利要求1所述的一種基於附壁效應的無閥壓電泵，其特徵在於:匯流管最小截面寬度a取值範圍為40 μ m至1mm，過渡圓角半徑r為0.25至2倍的匯流管最小截面寬度，匯流管長度L為2至10倍的匯流管最小截面寬度，匯流管錐角氣力20°至60°值。
專利摘要本實用新型涉及微流體傳輸與控制以及微機械技術領域，特指一種基於附壁效應的無閥壓電泵。本實用新型採用的技術方案是包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定於泵蓋上方，泵蓋上設置泵進口和泵出口，泵體上設置泵腔、進口腔、出口腔以及三通管；進口腔與泵進口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進口流管和出口流管，進口流管與進口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特徵在於匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進口流管的管壁與泵腔為尖角連接。本實用新型的有益效果是結構簡單，易於微型化，泵的容積效率可達50%以上。
文檔編號F04B53/00GK203067241SQ20122068571
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者楊嵩, 袁壽其, 何秀華, 蔡盛川, 韋丹丹 申請人:江蘇大學