一種連鎖螺線流管無閥壓電泵的製作方法

2023-12-11 16:38:22 1

專利名稱：一種連鎖螺線流管無閥壓電泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無閥壓電泵，尤其涉及一種採用連鎖螺線流管的無閥壓電泵。
背景技術：
壓電泵的分類大致可以分為容積式泵與迴轉式泵。目前，壓電泵大多屬於容積式泵，根據泵閥的有無可將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵，如圖1所示為有閥壓電泵， 其工作時，壓電振子的往復振動引起泵腔容積的周期性變化，而容積的變化又引起泵腔內壓力的變化，控制著泵閥的開啟和關閉，由於有閥壓電泵壓電振子的振幅很小，限制了泵的流量和所能承受的背壓。而無閥壓電泵因為省去了複雜的動作閥體，使得壓電泵結構更加簡單，加工製作容易，並且易於使壓電泵向小型化方向發展，其自身又無化學及電磁汙染， 故在醫療、衛生、保健等領域有廣闊的應用前景。螺線流管在散熱、溶液混合等均有很大的用處，而且近年來有研究者將螺線流管技術應用在微濾、納濾、滲透以及膜蒸餾等中空纖維傳質分離過程，都取得了良好的效果 (朱建國、仇性啟著，《螺線管技術研究》，《工業加熱》，2004年33卷1期，第13頁-17頁)。 但是這些應用都是在外界給予液體流動動力的前提下進行的，這樣對螺線流管技術的應用受到限制，如果附加動力源是電磁電機，那在一些電磁敏感的地方就不能夠使用，而且在需要精確控制流體流量的環境下時，也不能夠滿足要求。

發明內容
1.技術問題本發明要解決的技術問題在於克服現有無閥壓電泵的缺陷，提供一種單向流動特性好的連鎖螺線流管無閥壓電泵。2.技術方案為了解決上述的技術問題，本發明的連鎖螺線流管無閥壓電泵包括由密封連接的上蓋和下蓋組成的泵體，上蓋和下蓋之間設有容納有壓電振子的泵腔，上蓋和下蓋之間還包括一個第一連鎖螺線流管和第一直流管，所述的第一連鎖螺線流管一端與泵腔連接，另一端與設置在泵體上的流體進口連接，所述的第一直流管一端與泵腔連接，另一端與設置在泵體上的流體出口連接。如圖1所示，所述的連鎖螺線流管為彎曲的流管，這種彎曲流管是在泵體上蝕刻出的平面流管，由於該流管的中心軸線屬於連鎖螺線，因此將該流管命名為「連鎖螺線流管」。連鎖螺線的所有形式都可以用一個表達式寫出來r2· θ =k，公式中r為半徑，θ為夾角，k為斜率。所述的第一連鎖螺線流管可以直接與泵腔連接，也可通過一個第二直流管與泵腔連接，這樣可以起到減小流阻的效果。所述的第一直流管與泵腔之間還可通過第二連鎖螺線流管相連通；一般地，所述的第一連鎖螺線流管為以流體進口為起點順時針方向設置的螺線流管，終點為與泵腔相連的連接點或者與第二直流管相連的連接點；所述的第二連鎖螺線流管為以流體出口為中心和起點逆時針方向設置的螺線流管，其終點為與第一直流管相連的連接點。所述的流體進口和流體出口以泵腔中心線為對稱軸相對稱，尤其當本技術方案的無閥壓電泵中有兩個連鎖螺線流管時，這兩個連鎖螺線流管也以泵腔中心線為對稱軸相對稱。所述的泵腔設置在下蓋上並且開口朝向上蓋，也可以由設置在下蓋上的第一凹槽和設置在上蓋上的第二凹槽封閉組成，所述的壓電振子容納在第二凹槽內，考慮到壓電振子一般由圓形的壓電片和有彈性的銅片疊制而成並且壓電振子的直徑小於銅片的直徑，並且本發明的壓電泵在工作時壓電振子需要進行往復運動，第二凹槽邊緣呈階梯狀以與壓電振子的形狀相對應。為便於安裝壓電振子，根據壓電振子的結構，所述的泵腔的橫截面呈圓形。本發明的連鎖螺線流管無閥壓電泵中，流體進口、第一連鎖螺線流管、泵腔、第二連鎖螺線流管和流體出口共同形成流體流通的通道，而第一連鎖螺線流管和第二連鎖螺線流管在上蓋、下蓋上的設置可以有多種方式，如第一連鎖螺線流管為位於上蓋上的連鎖線形開槽，而第二連鎖螺線流管為位於下蓋上連鎖螺線形開槽，也可以是第一連鎖螺線流管和第二連鎖螺線流管都設置在下蓋上。所述的連鎖螺線流管截面呈矩形。本技術方案的連鎖螺線流管無閥壓電泵工作時，把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子通交流電時，壓電陶瓷片會產生沿其徑向的伸縮變形，由於壓電陶瓷片和金屬片粘結成一體，並且壓電陶瓷片和金屬片的徑向伸縮不同，所以當壓電陶瓷片產生沿徑向的伸縮變形時，金屬片也會產生伸縮變形，且伸縮方向與壓電陶瓷片相反，則壓電振子必然會產生沿軸向(壓電陶瓷片的法向方向)的往復變形振動，把壓電振子作為壓電泵的動力源，隨著壓電振子的軸嚮往復變形振動，從而導致壓電泵泵腔的體積周期性變化。壓電振子在逆壓電效應下產生軸向振動，引起泵腔容積變化；一般可將壓電泵的一個工作周期分為兩個階段從下死點(壓電振子在泵腔內遠離平衡位置的最大位移)經平衡位置到達上死點(壓電振子在泵腔外遠離平衡位置的最大位移)為泵的吸程階段；從上死點經平衡位置到達下死點為泵的排程階段。當壓電振子從下死點向上死點運動，即泵腔容積從最小向最大變換過程中，在壓電泵的一邊，流體從第一直流管直接進入泵腔，而另一邊流體經過連鎖螺線流管進入泵腔或者通過第二直流管進入泵腔，這個過程中，流體在連鎖螺線流管的流動方向，是該流管的曲率逐漸減小的方向；當壓電振子從上死點向下死點運動，即泵腔容積從最大向最小變換過程中，流體從泵腔向外排出，流體通過連鎖螺線流管時，是其曲率逐漸增大的方向。由於曲率的變化不同，受到地球科氏力和自旋科氏力的影響不同，曲率逐漸增大，流體受到的阻力是逐漸增大的，曲率逐漸減小，受阻力是逐漸減小的，那麼流體在通過連鎖螺線流管的往返方向上流動受到的阻力不同，那麼流體其從一邊的連鎖螺線流管向泵腔流入的流量，和從泵腔向另一邊流出的流量就會不同，使得整個周期內會有一個淨流量從泵的一邊流向泵的另一邊，當壓電振子連續振動時，流體在宏觀上就會變現出單向流動，實現泵的功能。同理，當本技術方案的連鎖螺線流管無閥壓電泵有兩個連鎖螺線流管時，把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子通交流電時，壓電陶瓷片會產生沿其徑向的伸縮變形，由於壓電陶瓷片和金屬片粘結成一體，並且壓電陶瓷片和金屬片的徑向伸縮不同，所以當壓電陶瓷片產生沿徑向的伸縮變形時，金屬片也會產生伸縮變形，且伸縮方向與壓電陶瓷片相反，則壓電振子必然會產生沿軸向(壓電陶瓷片的法向方向)的往復變形振動，把壓電振子作為壓電泵的動力源，隨著壓電振子的軸嚮往復變形振動，從而導致壓電泵泵腔的體積周期性變化。由於流體的運動受地球自轉的影響，以及流體自身沿連鎖螺線流管運動時產生的自旋科氏力影響，對沿逆時針和順時針方向旋轉的流體產生不同作用，使從流體進口流入和從流體出口流出的流體所受的阻力不相同，而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，所以當泵腔體積增大時，流體從第一連鎖螺線流管和第二連鎖螺線流管流入泵腔，此時壓電泵處於吸入階段，但從兩流管流入泵腔的流體體積不相同；當泵腔體積減小時，流體從第一連鎖螺線流管和第二連鎖螺線流管流出泵腔，此時壓電泵處於排出階段，但從兩流管流出泵腔的流體體積不相同；分析從兩流管在壓電泵處於吸入和排出階段時，流入和流出的流體體積的多少可以概括為在壓電泵處於吸入階段，流入流體體積多的，則在壓電泵處於排出階段時流出流體的體積少；在壓電泵處於吸入階段是流入流體體積少的，則在壓電泵處於排出階段時流出流體的體積多；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從一個流管流入，從另一個流管流出，從而實現了流體的單向流動，實現了泵的功能。3.有益效果本發明的無閥壓電泵採用連鎖螺線流管，拋棄了傳統的錐形流管， 改變了壓電泵的工作原理，與現有的無閥壓電泵相比具有較好的單向流動性，減少流動流體的能量損失，提高了泵的工作效率。本發明採用的連鎖螺線流管均為矩形截面，其加工近乎平面加工，與圓截面流管相比更便於加工。


圖1是連鎖螺線示意圖；圖2是錐形流管無閥壓電泵示意圖；圖3是第一個實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵分解結構示意圖；圖4是第一個實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵中螺線流管示意圖；圖5是第二個實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵整體結構圖；圖6是連鎖螺線流管無閥壓電泵剖視圖；圖7是連鎖螺線流管無閥壓電泵上蓋示意圖；圖8是圖7的剖視圖；圖9是第二個實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵下蓋示意圖；圖10是壓電振子結構示意圖。
具體實施例方式實施例一如圖3、圖4、圖6所示，本實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵包括由密封連接的上蓋2和下蓋3組成的泵體1，上蓋1和下蓋2之間設有容納有壓電振子4的泵腔5，上蓋1 和下蓋2之間還包括一個第一連鎖螺線流管6和第一直流管7，所述的第一連鎖螺線流管6 一端與泵腔5連接，另一端與設置在泵體1上的流體進口 11連接，所述的第一直流管7 — 端與泵腔5連接，另一端與設置在泵體1上的流體出口 12連接，第一連鎖螺線流管6、泵腔 5和第一直流管7都設置在下蓋3上；壓電振子4 一般由圓形的壓電片和有彈性的銅片疊制而成。所述的第一連鎖螺線流管6通過第二直流管61與泵腔5連接，第二直流管61起到減小流體在對數螺線流槽中受到的流阻的作用。如圖3、圖5所示，所述的第一連鎖螺線流管6為以流體進口 11為起點順時針旋向的流管，終點為與第二直流管61的連接點，其角度為0-360度。本實施例中，所述的流體進口 11和流體出口 12設置在泵腔5的兩側，流體進口 11、第一連鎖螺線流管6、泵腔5、第一直流管7和流體出口 12形成流體流動的通道；流體進口 11和流體出口 12也可以泵腔4的中心線為對稱軸相對稱。如圖7所示，所述的泵腔5設置在下蓋3上並且開口朝向上蓋2，且其截面呈圓形。本實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵的工作過程如下把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子4通交流電時，壓電陶瓷片會產生沿其徑向的伸縮變形，由於壓電陶瓷片和金屬片粘結成一體，並且壓電陶瓷片和金屬片的徑向伸縮不同，所以當壓電陶瓷片產生沿徑向的伸縮變形時，金屬片也會產生伸縮變形，且伸縮方向與壓電陶瓷片相反，則壓電振子4必然會產生沿軸向(壓電陶瓷片的法向方向)的往復變形振動，把壓電振子4作為壓電泵的動力源，隨著壓電振子4的軸嚮往復變形振動，從而導致壓電泵泵腔的體積周期性變化。壓電振子4在逆壓電效應下產生軸向振動，引起泵腔5容積變化；把泵的一個工作周期分為兩個階段從下死點(壓電振子4在泵腔5內遠離平衡位置的最大位移)經平衡位置到達上死點(壓電振子4在泵腔5外遠離平衡位置的最大位移)為泵的吸程階段； 從上死點經平衡位置到達下死點為泵的排程階段。當泵處於吸程時，泵腔5容積變大，壓強變小，在負壓作用下第一直流管7和第二直流管61中的流體向泵腔5中流動，從流體進口 8流進的流體經過連鎖螺線流管6時，由於受到地球科氏力和自旋科氏力的影響，連鎖螺線流管的輪廓線的線曲率變化方向是逐漸減小的，相對於連鎖螺線曲率逐漸增大的過程，對流體的流動阻礙小，那麼進入泵腔5的流量相對大些，當泵進入排程時，泵腔5容積變小，在壓力下泵腔5中的流體向兩側直流管流出，當從泵腔5向連鎖螺線流管6流動的流體經過連鎖螺線流管時，由於受到地球科氏力和自旋科氏力作用的影響是連鎖螺線的曲率逐漸增大的過程，相對連鎖螺線曲率逐漸減小，此刻第一連鎖螺線流管6對流體的阻礙程度大，那麼從泵腔5向第一連鎖螺線流管6流出的流量就會相對較小，往返的過程中就會產生一個流量差，由於泵腔5吸程和排程體積變化基本相等，那麼就會使得由泵腔5向第一直流管7 流出的流量大於由第二直流管61向泵腔5流入的流量，整個周期會產生一個單向運動的淨流量，當壓電振子4連續振動，流體在宏觀上就表現出單向流動，從而形成泵的功能。實施例二如圖3、圖5、圖6、圖8所示，本實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵包括由密封連接的上蓋2和下蓋3組成的泵體1，上蓋1和下蓋2之間設有容納有壓電振子4的泵腔5，上蓋1和下蓋2之間設置有二個連鎖螺線流管6、8，所述的第一連鎖螺線流管6 —端通過第二直流管61與泵腔5連接，另一端與設置在泵體1上的流體進口 11連接，所述的第二連鎖螺線流管8通過第一直流管7與泵腔5連接，另一端與設置在泵體1上的流體出口 12連接。如圖6、圖8所示，泵腔5為在下蓋3中間位置直接刻出的圓形凹坑，在泵腔5的兩側直接刻出截面形狀為矩形的第一連鎖螺線流管6和第二連鎖螺線流管8，即泵腔5、第一連鎖螺線流管6和第二連鎖螺線流管8與下蓋3是一體的；第一連鎖螺線流管6有流體進口 11為起點，以與第二直流管61相連的連接點為終點，整體呈順時針方向的螺線形；第二連鎖螺線流管8以流體出口 12為起點，以與第一直流管7連接的連接點為終點，整體呈逆時針方向的螺線形。如圖5、圖6、圖9、圖10所示，泵腔5由設置在下蓋3上的第一凹槽31和設置在上蓋2上的第二凹槽21封閉組成，所述的壓電振子4固定在第二凹槽21內，壓電振子4的壓電陶瓷片41位於泵腔5外側；上蓋2與下蓋3通過周圍的多個螺栓連接在一起，此時，連鎖螺線流管的一端與泵腔貫通，另一端與泵口相連通構成了流體流動的通道。為了防止連接處滲漏，可以在部件的連接處均勻塗矽膠進行密封。本實施例採用220V、50Hz交流電壓，也可使用其它頻率的電壓；如圖10所示，使用單側型壓電振子，把交流電加於壓電振子4的兩極——壓電陶瓷片41和金屬片42上面，使壓電振子4產生周期性的軸向彎曲變形，從而驅動壓電泵的工作。本實施例中，壓電泵上蓋2、壓電泵下蓋3均採用有機玻璃加工製造，也可以採用鋁加工製造；壓電振子4採用市售件，直徑為50mm，壓電陶瓷片41和金屬片42厚均為 0. 1mm，金屬片42的材料為黃銅。本實施例的連鎖螺線流管無閥壓電泵工作時，把壓電陶瓷片41和金屬片42作為兩極，向壓電振子4通交流電時，壓電振子4會產生沿軸向的往復變形振動，把壓電振子4 作為壓電泵的動力源，隨著壓電振子4的軸嚮往復變形振動，從而導致壓電泵泵腔5的體積周期性變化。當泵腔5體積增大時，流體從第一連鎖螺線流管6和第二連鎖螺線流管8流入泵腔5，此時壓電泵處於吸入階段，但從兩個流管流入泵腔5的流體體積不相同；當泵腔5 體積減小時，流體從第一連鎖螺線流管6和第二連鎖螺線流管8流出泵腔5，此時壓電泵處於排出階段，但從兩個流管流出泵腔的流體體積也不相同；在壓電泵處於吸入階段，從第一連鎖螺線流管6流入的流體體積大於從第二連鎖螺線流管8流入的流體體積，但是在壓電泵處於排出階段時，從第一連鎖螺線流管6流出的流體體積小於從第二連鎖螺線流管8流出的流體體積；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從一個流管流入，從另一個流管流出，從而實現了流體的單向流動，實現了泵的功能。
權利要求
1.一種連鎖螺線流管無閥壓電泵，包括由密封連接的上蓋(2)和下蓋(3)組成的泵體 (1)，上蓋(2)和下蓋(3)之間設有容納有壓電振子(4)的泵腔(5)，其特徵在於，上蓋(1)和下蓋(2)之間還包括一個第一連鎖螺線流管(6)和第一直流管(7)，所述的第一連鎖螺線流管(6)—端與泵腔(5)連接，另一端與設置在泵體(1)上的流體進口(11)連接，所述的第一直流管(7) —端與泵腔(5)連接，另一端與設置在泵體(1)上的流體出口(12)連接。
2.根據權利1所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的第一連鎖螺線流管(6)通過第二直流管(61)與泵腔(5)連接。
3.根據權利1或2所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的第一直流管(7)通過第二連鎖螺線流管(8)與流體出口(12)相連接。
4.根據權利1所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的第一連鎖螺線流管(6 )為以流體進口(11)為起點順時針旋向的流管。
5.根據權利3所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述第二連鎖螺線流管(8)為以流體出口(12)為起點逆時針旋向的流管。
6.根據權利要求1或2或4或5所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的流體進口( 11)和流體出口( 12)以泵腔(5)的中心線為對稱軸相對稱。
7.根據權利要求5所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的第一、第二連鎖螺線流管(6、8)設置在下蓋(3)上並且分別對稱地與泵腔(5)相連接。
8.根據權利要求1所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的泵腔(5)設置在下蓋(3)上並且開口朝向上蓋(2)。
9.根據權利要求1所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的泵腔(5)由設置在下蓋(3)上的第一凹槽(31)和設置在上蓋(2)上的第二凹槽(21)封閉組成，所述的壓電振子(4)固定在第二凹槽(21)內。
10.根據權利要求1所述的連鎖螺線流管無閥壓電泵，其特徵在於，所述的泵腔(5)截面呈圓形。
全文摘要
本發明涉及一種連鎖螺線流管無閥壓電泵，包括由密封連接的上蓋和下蓋組成的泵體，上蓋和下蓋之間設有容納有壓電振子的泵腔，上蓋和下蓋之間還包括一個第一連鎖螺線流管和第一直流管，所述的第一連鎖螺線流管一端與泵腔連接，另一端與設置在泵體上的流體進口連接，所述的第一直流管一端與泵腔連接，另一端與設置在泵體上的流體出口連接。本發明的無閥壓電泵採用連鎖螺線流管，拋棄了傳統的錐形流管，改變了壓電泵的工作原理，與現有的無閥壓電泵相比具有較好的單向流動性，減少流動流體的能量損失，提高了泵的工作效率。為了加工方便本發明採用的連鎖螺線流管均為矩形截面。
文檔編號F04B43/04GK102338066SQ20111016837
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月21日 優先權日2011年6月21日
發明者張建輝 申請人:無錫長輝機電科技有限公司