一种最速降线形流管结构及具有其的无阀压电泵

本发明涉及微型泵技术领域，特别涉及一种最速降线形流管结构及具有其的无阀压电泵。

背景技术：

在工业制造和农业生产中，泵如人类的心脏一般是不可缺少的一部分，在社会发展的过程中，人们对泵的要求越来越严格，泵的技术研究也随之发展，近年来，由于微机电系统技术的发展以及新材料、新能源等领域的崛起，使得许多有别于传统泵的微型泵出现。与传统泵相比，它无需附加电机，因此拥有体积小，重量低，能耗小，易微型化。并且驱动不产生磁场，所以无电磁干扰，此外，他还易于装配，具有较高驱动力，相应速度快，能实现微小流量输出，很好的解决了传统的泵具有体积大，流量难以精确控制等缺点。

无阀压电泵由于不存在可移动部件，其更易于集成化和微型化，对流体的包容性也更强，不会破坏流体，而且它不存在阀磨损、对频率相应滞后等问题，所以在一些特定领域中具有重要的应用价值。

然而传统的压电泵，通常是具有一流体进口和一流体出口，分别用于连接流体进入管和流体排出管，采用两根普通的流管作为流体传输的介质管道，流体的流动方向是从流体进口进入，通过流体进入管进入泵体内，然后从流体排出管排出至流体出口，流体的流动方向较为单一，在吸入和排出流体时，流体只能从进口到出口流动，限制了流体的流动方向，流体充盈和排出泵体内的效率有所受限；其次，流管通常是水平布置，流体在相应流管内的流动速度较为平缓，流体进出泵体的流速较为缓慢，也有的流管是竖直布置，流体在相应流管内的流动速度往往因为流体遇到较大的流动阻力而降低，能量损失较大。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够降低湍流强度、减少能量损失、快速充盈和排出流体的最速降线形流管结构以及具备该流管结构的无阀压电泵。

为此，本发明提供了一种最速降线形流管结构，包括腔体，腔体上部设有两个流体口，其中一个流体口与腔体内部之间限定一收缩管，另一个流体口与腔体内部之间限定一扩张管，收缩管具有从相应流体口至腔体内部方向不断缩小的流道截面，扩张管具有从相应流体口至腔体内部方向不断扩大的流道截面，收缩管和扩张管的外形均为旋轮线状或螺旋渐开线状，二者相互颠倒设置。

优选的，收缩管与扩张管相并行隔离设置。

优选的，收缩管和扩张管均向上凸出于腔体延伸，收缩管的上部和扩张管的上部均设有适于与管件相连接的连接部，两个流体口设置在相应连接部上。

优选的，收缩管上部的连接部与扩张管上部的连接部之间设有凹槽。

本发明还提供了一种的无阀压电泵，包括泵体和压电振子，还包括上述任一技术方案中所述的最速降线形流管结构，腔体形成在泵体内，压电振子设置在腔体内部，其配置为提供改变腔体容积的驱动力，以便流体在收缩管和扩张管之间往复运动。

优选的，压电振子是压电陶瓷片。

本发明的工作原理是，利用流管的性质，在泵工作过程中的任意时点，泵的两个流体口之间是连通的。当压电振子向上运动时，泵腔容积增加，两流管同时吸入液体，由于一个流管处于扩张状态，一个流管处于收缩状态，收缩管对流体的阻力大于扩张管对流体的阻力，所以扩张管吸入的流体量大于收缩管吸入的流体量。反之，压电振子向下运动时，泵腔容积减小，两流管同时排出液体。这样，随着压电振子在交变电压驱动下不断地往复运动，流体便不断地在两流管间流动。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.由于流管结构采用收缩管和扩张管的结构，且具有相应的流道截面，流体在进入和排出相应管时受到较小的阻力，流体充盈和排出腔体的效率得以提升，有效降低湍流强度，降低湍流强度，减小能量损失。

2.压电振子驱动不产生磁场，因此没有电磁干扰；

3.响应快速，驱动能力强，可通过对压电振子驱动电压与频率的控制，达到对流量的精准控制。

附图说明

图1是本发明的无阀压电泵的平面结构示意图；

图2是图1中所示无阀压电泵内部的流管结构示意图；

其中附图说明如下：

1、泵体；2、压电振子；3、腔体；4、流体口；5、收缩管；6、扩张管；7、连接部；8、凹槽。

具体实施方式

容易理解的是，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到的上、下、内、外等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

如图1、图2所示，一种无阀压电泵，包括泵体1和压电振子2，泵体1内设有一体形成的最速降线形流管结构，压电振子2设置在最速降线形流管结构的腔体3内部，其配置为提供改变腔体3容积的驱动力，以便流体藉由最速降线形流管结构充盈和排出泵体1。其中，压电振子2是压电陶瓷片。压电振子2在工作时，不产生任何磁场，因此没有电磁干扰。压电振子2响应快速，驱动能力强，可通过对压电振子驱动电压与频率的控制，达到对泵体流量的精准控制。

结合图2所示，最速降线形流管结构包括腔体3，腔体3上部设有两个流体口4，其中一个流体口4与腔体3内部之间限定一收缩管5，另一个流体口4与腔体3内部之间限定一扩张管6，收缩管5具有从相应流体口4至腔体3内部方向不断缩小的流道截面，扩张管6具有从相应流体口4至腔体3内部方向不断扩大的流道截面。具体的，收缩管5与扩张管6相并行隔离设置。收缩管5和扩张管6的外形均为旋轮线状，二者相互颠倒设置。在另一个具体的实施例中，收缩管5和扩张管6的外形也可是螺旋渐开线状，二者相互颠倒设置。

收缩管5和扩张管6均向上凸出于腔体3延伸，收缩管5的上部和扩张管6的上部均设有适于与管件相连接的连接部7，两个流体口4设置在相应连接部7上。收缩管5上部的连接部7与扩张管6上部的连接部7之间设有凹槽8。

本发明的工作原理是这样实现的：

基于流管的性质，在无阀压电泵工作过程中的任意时点，泵体1的两个流体口4之间是连通的。当压电振子2朝着一个方向运动时，使泵腔容积增加，两流管同时吸入液体，由于一个流管是扩张管，另一个流管是收缩管，收缩管对流体的阻力大于扩张管对流体的阻力，所以扩张管吸入的流体量大于收缩管吸入的流体量。反之，压电振子朝向另一个方向运动时，腔体3的容积减小，两流管同时排出液体。这样，随着压电振子2在交变电压驱动下不断地往复运动，流体便不断地在两流管间流动。

相比于其他电泵，这种具有最速降线形流体管结构的无阀压电泵，结合最速降线的物理原理，即在同一高度滚下的两个球，两球下滚的原因都是受重力分力的作用，沿直线下滚的球，下滑的加速度保持不变，速度稳定地增加。沿着旋轮线下滑时，开始的一段的坡度非常大，使得下滑的球在非常短的时间内取得的下滑速度非常大。虽然，在下滑的后半阶段，坡度逐渐变小、速度增加变缓，但此时的下滑速度已经变得很大。所以，沿着旋轮线下滑在整个下滑阶段的平均速度很大。即使旋轮线的长度比直线的长度大，沿着旋轮线下滑的时间也比直线短。这样可以使流体流动的阻力进一步降低，可以使流体的传递速度更加迅速、高效。

本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明书中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。