专利名称：由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷液装置。
背景技术：
传统的喷液装置(如喷泉)一般采用泵作为动力装置使液体加速而实现喷射。泵需要较高电压驱动，并且有些泵直接浸泡在液体中，可能发生漏电等现象，泵的防水和防腐也是要着重考虑的问题。传统的大型喷液装置往往需要大量的管道连接喷嘴和泵，以传输泵泵出的液体，结构比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，它利用形状记忆合金驱动器通电受热收缩使柔性型腔收缩，并压迫型腔中的液体从喷嘴喷出实现喷液，从而解决传统喷液装置容易发生漏电现象、结构复杂的问题。本发明的喷液装置包括型腔1、喷嘴2、进液阀门3、形状记忆合金驱动器4、限位柱5和限位拉线6，型腔1与喷嘴2相连通，所述型腔1由动压板1-1、柔性侧蒙皮1-2和静压板1-3共同围成，柔性侧蒙皮1-2的左端面和右端面分别连接有动压板1-1和静压板1-3，动压板1-1和静压板1-3之间连接有形状记忆合金驱动器4和限位拉线6，静压板1-3的内端面上安装有限位柱5，进液阀门3安装在静压板1-3上并与型腔1相连通。
自20世纪60年代初在近等原子比Ti-Ni合金中发现形状记忆效应(SME，Shape Memory Effect)以来，至今发现的形状记忆合金已达几十种之多，目前已开发成功的形状记忆合金有Ti-Ni基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等，其中Ti-Ni合金和铜基形状记忆合金Cu-Zn-Al合金已经进入工业阶段，铜基形状记忆合金Cu-Al-Ni和铁基形状记忆合金Fe-Mn-Si合金已进入市场引入阶段。
形状记忆效应是指某些呈现马氏体相变的合金所具有的一种奇特的性能，合金处于低温相时变形，加热到临界温度(逆相变点)通过逆相变恢复到原始形状的现象。关于记忆合金的原理现在还不十分清楚。一般认为，记忆合金由复杂的菱形晶体结构转变成简单的立方晶体结构时，就会发生形状恢复的记忆。而当记忆合金恢复原形时伴随产生极大的力，镍钛诺合金高达60公斤/平方毫米，远比最初变形时加的力大。一般说来，可达原变形的十倍，这就意味着输出的能量比输入的能量大得多。形状记忆合金可以分为三种(1)单程记忆效应合金形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
(2)双程记忆效应合金某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。
(3)全程记忆效应合金加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。
形状记忆效应的应用有形状记忆效应合金驱动器(如形状记忆合金弹簧)、形状记忆合金连接及紧固件(如形状记忆合金管接头、铆钉)、医疗用的接骨器、眼镜镜架等。
本发明采用形状记忆合金驱动器通电受热收缩使柔性型腔收缩，并压迫型腔中的液体从喷嘴喷出实现喷液，由于形状记忆合金是利用合金的相变(热弹性马氏体相变)来进行能量转换的，它可直接实现各种直线运动或曲线运动轨迹，而不需任何机械传动装置。因此，形状记忆合金驱动器可做成非常简单的形式。另外，结构简单也有利于降低成本，提高系统的可靠性。形状记忆合金驱动器在工作时不存在外摩擦，因此工作时无任何噪声，不会产生磨粒，没有任何污染。形状记忆合金的电阻与其相变过程之间存在一定的对应关系，因此，形状记忆合金的电阻值可用来确定驱动器的位移量及作用在驱动器上的力。也就是说它具有传感功能，这一特点也使形状记忆合金驱动器的控制系统变得非常简单。
本发明的喷液装置与传统喷液装置相比，具有如下优点(1)结构简单，不需要传统喷液装置的泵、管道等设备。
(2)形状记忆合金驱动器驱动电压较低，而且可以直接暴露在水中，杜绝了因漏电而导致人员触电的现象，而且不需要考虑装置的密封。
(3)工作时噪音较小。
(4)采用合适的形状记忆合金驱动器、复位弹簧和喷头，能实现不同的喷液速度和力量。
(5)可以用做喷泉、喷水灭火装置、舰船推进装置等。
图1为本发明的喷液装置的整体结构及由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置处于扩张状态下的结构示意图，图2为图1的右视图，图3为图1的俯视图，图4为具体实施方式
二中喷液装置的整体结构示意图，图5为由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置处于收缩状态下的结构示意图，图6为图5的右视图，图7为静压水板背部进液柔性型腔喷液装置处于扩张状态下的结构示意图，图8为图7的左视图，图9为图7的右视图，图10为图7的俯视图，图11为进液阀门结构示意图，图12为由杆状形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置处于扩张状态下的结构示意图，图13为图12的右视图，图14为利用本发明装置的喷泉装置结构示意图，图15为利用本发明装置的喷水灭火装置结构示意图，图16为利用本发明装置的舰船双推进器结构示意图，图17为由双程形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置处于扩张状态下结构示意图，图18为由双程形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置处于收缩状态下的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一参见图1～3，本实施方式的喷液装置由型腔1、喷嘴2、进液阀门3、形状记忆合金驱动器4、限位柱5和限位拉线6组成，型腔1与喷嘴2相连通，所述型腔1由动压板1-1、柔性侧蒙皮1-2和静压板1-3共同围成，柔性侧蒙皮1-2的左端面和右端面分别连接有动压板1-1和静压板1-3，动压板1-1和静压板1-3之间连接有形状记忆合金驱动器4和限位拉线6，静压板1-3的内端面上安装有限位柱5，进液阀门3安装在静压板1-3上并与型腔1相连通。所述进液阀门3为单向进液阀门，如图11所示，进液阀门3的四周安装有密封圈14，静压板1-3上开有进液口15，进液阀门3通过螺钉16与静压板1-3的进液口15连接，进液阀门3可以安装在静压板1-3靠近喷嘴2的部位，也可以按安装在静压板1-3的背部。形状记忆合金驱动器4为双程形状记忆合金驱动器，由于双程形状记忆合金不但能记住高温母相和低温马氏体相的形状，而且能记住各中间温度的形状，因此，用它们制作的驱动器不但结构简单，而且控制方便。形状记忆合金驱动器4表面可以涂绝缘层或包覆绝缘层，它可以防止漏电而导致能量的流失。绝缘层可用三聚氰胺醇酸浸渍绝缘漆、聚氨脂等等。在某些场合，为了防止酸等化学物质的侵蚀，需要在形状记忆合金驱动器4表面附上防护层或进行防腐处理，如包覆聚酯薄膜等。绝缘层和防护层很薄，不妨碍形状记忆合金驱动器的运动以及形状记忆合金驱动器的散热。形状记忆合金驱动器4可以是螺旋弹簧形状，也可以是形状记忆合金空心杆状形状。形状记忆合金驱动器4的数目可以为三个或者三个以上。
工作原理整个喷液装置浸没在液体中，喷嘴2也可以伸出液面，工作时形状记忆合金驱动器4通电受热达到逆相变点收缩变形并产生大作用力，拉动动压板1-1向静压板1-3运动，使型腔1收缩，压迫型腔1中的液体从喷嘴2喷出，动压板被限位柱5限位时型腔1收缩至最小，停止喷液，形状记忆合金驱动器4断电冷却，双程形状记忆合金驱动器4恢复低温相形状使型腔1扩张，同时进液阀门3打开，型腔1重新充满液体，型腔1扩张至最大时，由限位拉线6拉住动压板1-1限位，双程形状记忆合金驱动器4使型腔1反复胀缩，实现脉冲喷液。
具体实施方式
二参见图4～6，本实施方式与具体实施方式
一不同的是，它还包括复位弹簧7，复位弹簧7位于动压板1-1和静压板1-3之间，所述形状记忆合金驱动器4为单程形状记忆合金驱动器。由于单程形状记忆合金只具有记忆高温母相形状的功能，当温度降低，使其处于低温马氏体相状态时，它不能自发地改变其形状，只有借助于外力才能实现双程动作。本实施方式是借助于复位弹簧7来实现的，其中复位弹簧数目为三个或者三个以上。
工作原理整个喷液装置浸没在液体中，喷嘴2也可以伸出液面，工作时形状记忆合金驱动器4通电受热达到逆相变点收缩变形并产生大作用力，拉动动压板1-1向静压板1-3运动，使型腔1收缩，压迫型腔1中的液体从喷嘴2喷出，动压板被限位柱5限位时型腔1收缩至最小，停止喷液，单程形状记忆合金驱动器4断电冷却，复位弹簧7使型腔1扩张，同时进液阀门3打开，型腔1重新充满液体，型腔1扩张至最大时，由限位拉线6拉住动压板1-1限位，形状记忆合金驱动器4和复位弹簧7使型腔1反复胀缩，实现脉冲喷液。
具体实施方式
三如图7～10所示，本实施方式为从静压板1-3背部进液的柔性型腔喷液装置，单向进液阀门3位于静压板1-3的背部。型腔1扩张时，单向进液阀门3打开，实现从背部进液。由于静压板1-3背部面积较大，可以开较大的进液口，实现快速进液，提高喷液频率。
具体实施方式
四如图17和图18，本实施方式为采用双程记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置。单向进液阀门3位于静压板1-3的背部，该喷液装置不用复位弹簧，采用双程记忆合金的高温状态和低温状态所记忆的不同形状来驱动动压板1-1。形状记忆合金驱动器4在室温下为低温状态，处于伸长状态，使动压板1-1运动至最上部，型腔1处于扩张状态。当形状记忆合金驱动器4通电加热，变为高温状态而伸长，使动压板1-1向下运动至最下部，压迫液体从喷嘴2喷出。然后形状记忆合金驱动器4断电，被液体冷却至低温的伸长状态，使型腔1扩张，单向进液阀门3打开，实现从背部进水。形状记忆合金反复通电升温、断电冷却，实现液体的脉冲喷射。
具体实施方式
五如图12和图13所示，本实施方式为采用杆状钛镍形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置。空心圆杆状形状记忆合金变形容易，另外可以防止电阻过小，通电时形成大电流，对电源冲击过大而损坏电源。型腔1处于扩张状态时，杆状形状记忆合金在冷却状态处于伸展状态。工作时形状记忆合金驱动器4通电发热，达到逆相变点后形状记忆合金驱动器4变为弯曲收缩状态，从而使动压板1-1向静压板1-3快速运动，型腔1快速收缩，压迫液体从喷嘴2高速喷出。冷却时由复位弹簧7将型腔1复位至扩张状态。杆状形状记忆合金横截面可以是长方形、圆形等，可以是空心的，也可以是实心的。
具体实施方式
六如图14所示，本实施方式用做喷泉装置。喷泉通过支架8安装在转向装置9上，整个装置浸没在水中，喷嘴2最上端靠近水面。四个形状记忆合金驱动器4串联在电路中，以确保通电时同时达到逆相变点，从而同时动作。单向进液阀门3位于静压板靠近喷嘴的部位。初始状态如图4所示，型腔处于扩张储水状态，单向进液阀门3关闭。工作时形状记忆合金驱动器4通电发热，达到逆相变点后形状记忆合金驱动器4收缩变形，克服复位弹簧7的弹力，使动压板1-1向静压板1-3快速运动，型腔1快速收缩，压迫水从喷嘴2高速喷出，水流喷出水面形成喷泉。喷泉转向装置9转向，使喷泉喷出方向随之改变，形成不同的喷泉图案。
具体实施方式
七如图15所示，本实施方式用做喷水灭火装置。采用四个具有较大输出力的形状记忆合金驱动器4以实现较大的喷射力，从而将水流喷射到较高楼层或者较远地方的着火处，将火灾扑灭。采用可调压喷头2，以调节水的喷射距离。型腔1通过支架安装在消防车水箱中，整个装置除喷头2外全部浸没在水中。整个装置通过由俯仰控制装置10控制的俯仰控制杆11和水平转向装置12来进行喷水瞄准。水箱内水面降低时，可以调节整体升降装置13使该喷水装置始终浸没在水中。四个形状记忆合金驱动器4串联在电路中，以确保通电时同时达到逆相变点，从而同时动作，使型腔1快速变形。
具体实施方式
八本实施方式作为舰船推进器。作为舰船推进装置时，可安装在需要提供推力的地方，如船尾、水下船体的侧向。图16所示的是双推进器示意图，这两个推进器装在船尾。两个推进器交替充水、喷水，实现持续的推力。由于推动舰船所需推力较大，应采用输出力较大的形状记忆合金驱动器4。该推进器结构简单，除了作主推进器之外，还可以作为加力推进器，在舰船需要高速运动时提供加力。
权利要求
1.由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于它包括型腔(1)、喷嘴(2)、进液阀门(3)、形状记忆合金驱动器(4)、限位柱(5)和限位拉线(6)，型腔(1)与喷嘴(2)相连通，所述型腔(1)由动压板(1-1)、柔性侧蒙皮(1-2)和静压板(1-3)共同围成，柔性侧蒙皮(1-2)的左端面和右端面分别连接有动压板(1-1)和静压板(1-3)，动压板(1-1)和静压板(1-3)之间连接有形状记忆合金驱动器(4)和限位拉线(6)，静压板(1-3)的内端面上安装有限位柱(5)，进液阀门(3)安装在静压板(1-3)上并与型腔(1)相连通。
2.根据权利要求1所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于所述形状记忆合金驱动器(4)为双程形状记忆合金驱动器。
3.根据权利要求1所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于所述进液阀门(3)为单向进液阀门。
4.根据权利要求1所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于它还包括复位弹簧(7)，复位弹簧(7)连接于动压板(1-1)和静压板(1-3)之间。
5.根据权利要求4所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于所述形状记忆合金驱动器(4)为单程形状记忆合金驱动器。
6.根据权利要求1、2或5所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于形状记忆合金驱动器(4)的表面涂覆或包覆有绝缘层或防护层。
7.根据权利要求6所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于防护层为聚酯薄膜。
8.根据权利要求1、2或5所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于形状记忆合金驱动器(4)的形状为螺旋弹簧形状或杆状形状。
9.根据权利要求1、2或5所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于形状记忆合金驱动器(4)的数目为至少三个。
10.根据权利要求4所述的由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，其特征在于复位弹簧(7)的数目为至少三个。
全文摘要
由形状记忆合金驱动的柔性型腔喷液装置，它涉及一种喷液装置。为了解决传统喷液装置容易发生漏电现象、结构复杂的问题，它包括型腔(1)、喷嘴(2)、进液阀门(3)、形状记忆合金驱动器(4)、限位柱(5)和限位拉线(6)，型腔(1)与喷嘴(2)连通，型腔(1)由动压板(1－1)、柔性侧蒙皮(1－2)和静压板(1－3)共同围成，柔性侧蒙皮(1－2)的左右端面分别连接有动压板(1－1)和静压板(1－3)，动压板(1－1)和静压板(1－3)之间连接有形状记忆合金驱动器(4)和限位拉线(6)，静压板(1－3)的内端面上安装有限位柱(5)，进液阀门(3)安装在静压板(1－3)上并与型腔(1)相连通。本发明结构简单，形状记忆合金驱动器驱动电压较低，而且可以直接暴露在水中，杜绝了因漏电而导致人员触电的现象，而且不需要考虑装置的密封性。
文档编号B05B9/047GK1718288SQ20051001021
公开日2006年1月11日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者王振龙, 杭观荣, 曹国辉 申请人:哈尔滨工业大学