专利名称：阻流体阻流无阀压电泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无阀压电泵，尤其涉及一种利用阻流物体形成流阻差的无阀压电泵，属于流体机械领域。
背景技术：
压电泵是一种新型流体驱动器。相对于传统泵，压电泵不需要附加驱动电机，而是利用体积较小的压电陶瓷的逆压电效应使压电振子产生变形，再由变形产生泵腔的容积变化实现流体输出。无阀压电泵主要是利用了管道或者泵腔的特殊结构对流体阻力的不同来实现流 体的单向流动。无阀压电泵具有结构简单、易于微小型化、耗能低、无电磁干扰等优点，在生物、医学、保健、化学、化工和燃料供给等领域都拥有巨大的应用潜力。目前，无阀压电泵理论研究比较成熟的流管“阀”泵，如异形流管无阀压电泵、锥形流管无阀压电泵、“Y”形流管无阀压电泵等，均是靠流管的特殊形状(起到阀的作用)形成流阻差，均属于微流泵，且其形成单向流动的部件一出、入口流管均置于泵腔外部，这使泵的微小型化变得异常困难，同时复杂的流管结构也使工艺过程变得复杂；而腔底“阀”泵，如扁锥腔无阀压电泵、波纹渠道无阀压电泵和旋转嵌块无阀压电泵等都是将无移动部件阀即特殊的腔底结构或泵腔结构集成于泵腔内部并形成流阻差的，此类泵即克服了流管“阀”泵的结构特点，使泵的结构更加紧凑，又使泵送能力有所提高，但同时也使泵腔内部结构复杂，加工困难，安装、调整不方便。这些缺陷都严重影响了无阀压电泵在实际领域中的应用。另外，上述无阀压电泵多数只能泵送单一流体，不能实现混合流体的泵送，这无疑也限制了无阀压电泵的应用范围。
发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种利用阻流体影响流体流动的无阀压电泵，兼具流量可调功能和单一/混合泵送功能。技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的阻流体阻流无阀压电泵包括泵体侧壁、泵上盖和泵底座，泵侧壁、泵上盖和泵底座围绕形成泵腔，压电振子设置于泵腔内，所述的泵侧壁上设有连通泵腔与外界的第一、第二直流管，所述的第一、第二直流管对称地设置于泵侧壁上，所述的压电振子平行于泵底座设置；所述的泵底座上设置有至少一个阻流体。一般地，压电振子平行于泵底座设置，从而将泵腔分隔为两个独立的单元；阻流体的数量根据泵底座的大小确定。更进一步地，阻流体可围绕其垂直于泵底座表面的中心轴线可旋转地设置于泵底座上，旋转各阻流体相应角度，即可调整泵流量。亦可以采用另一种方式实现泵流量的调整，即旋转泵底座一定角度，从而带动全部固定于泵底座上的阻流体进行一定角度旋转，进而实现泵流量的调整。因此，理论上只要沿两个相反流动方向上的迎流面具有非对称形状的二维或三维型体，例如半圆柱、三棱柱、半球壳等，置于泵腔中，都会起到“阀”的作用，更进一步地，所述的阻流体具有第一迎流面和第二迎流面，所述的第一迎流面具有光滑、圆顺的曲面，所述的第二迎流面陡直的端面，当从直流管流进泵腔的来流沿两个方向同时作用到阻流体上时，阻流体各方向受到的流体阻力不同，受到阻力大的一侧表面处流体流过的体积少于受到阻力小的一侧表面处流体流过的体积，进而导致流经阻流体两侧的流体的体积不等。本发明中的阻流体采用这种结构，主要是利用不同表面形状对流体阻力有显著区别这一规律，即在流体力学领域，具有光滑、圆顺的表面对流体的阻力远远小于具有陆直端面的阻力，本发明的技术方案根据这一原理，设计出例如半球缺这样的阻流体，使其同时具有光滑圆顺的表面(球面)和陡直的端面(圆面)从而形成大而稳定的流阻差。更进一步地，所述的阻流体设置于泵底座上的直通槽上，所述的直通槽为蚀刻在泵底座朝向压电振子的表面上的矩形槽。所述的直通槽的数量依据阻流体的数量而定，当 设置多个直通槽时，相应地阻流体也更多，可以形成更大的阻流差。一般地，阻流体这样设置在直通槽上，即等间矩地分隔地设置在直通槽上。更进一步地，为了保证阻流体可以旋转，所述的阻流体底部设有一个延伸部，阻流体通过所述的延伸部可旋转地设置于直通槽内。更进一步地，所述的压电振子由一金属片和分别粘贴于两面的第一、第二压电片组成。金属片和压电片作为两极，当向其通一交流电时，压电片和金属片会同时产生沿径向的伸缩变形，但由于二者的伸缩性不同，且伸缩方向相反，则必然导致压电振子产生沿轴向的向上隆起和向下凹入的往复变形运动。因此，压电振子可作为本无阀压电泵的动力源。更进一步地，本发明的无阀压电泵还包括第一、第二辅助直流管，所述的第一、第二辅助直流管对称地设置于进液口的两侧。这两个辅助直流管根据泵送流体的要求，可以使用也可以不使用，使用时根据泵送要求注入相同或不同的流体，不使用时利用管塞或管帽密封。当同时使用直流管和辅助直流管时，为泵送单一流体或混合流体模式。更进一步地，为了使本无阀压电泵整体具有较好的密封性，尤其是泵底部与泵侧壁之间的密封性，在泵底座周缘与泵侧壁内表面之间设有密封件，其余连接部分可以用密封胶封堵。本发明技术方案的阻流体阻流无阀压电泵能够实现两种泵送流体模式，即泵送单一流体模式和泵送混合流体模式。当泵送单一流体时，只需将泵腔一侧的直流管(包括直流管和/或辅助直流管)注入相同的液体，或者根据流量需要关闭或堵塞输助直流管中的一个或两个；当泵送混合流体时，可以在泵腔一侧的直流管和辅助直流管注入不同的液体，可以实现2种或3种液体的混合泵送。无论是单一泵送模式还是混合泵送模式，都可以通过逐一调整泵座上的阻流体的固定角度或同步调整泵座的安装角度来调整泵流量，尤其是泵送混合流体时，通过部分或全部地调整阻流体相对于直流管的角度，能够改变泵腔内流场的运动方向，避免出现“孤岛”和“死区”，使流体混合的更均匀。在两种泵送模式下，其泵送流体的原理都是相同的，此处以泵送单一流体模式下的工作原理进行如下叙述
当把压电振子的压电陶瓷片和金属片作为两极，向压电振子通一交流电压时，压电陶瓷片和金属片会同时产生沿径向的伸缩变形，但由于二者的伸缩性不同，且伸缩方向相反，则必然导致压电振子产生沿轴向的向上隆起和向下凹入的往复变形运动。因此，压电振子可作为该无阀压电泵的动力源。随着压电振子的轴向隆起和凹入的往复变形运动的进行，使压电泵泵腔内容积发生周期性增大、缩小的变化，导致密闭的泵腔内的压强发生周期性的减小、增大的变化，从而导致流体沿泵腔两侧的直流管等量地流入、流出泵腔。多个阻流体按一定分布规律固定于泵腔内，例如沿着多个设于泵底座表面的直通槽延伸方向间隔分布，以实现流体沿泵腔两侧的直流管的不等量流入、流出。阻流体具有复杂的几何表面特征，其同时具有光滑、圆顺的表面和陡直的端面，来流沿两个方向同时作用到这两个面后受到的流体阻力不同，受到阻力大的一侧表面处流体流过的体积少于受到阻力小的一侧表面处流体流过的体积，进而导致流经阻流体两侧的流体的体积不等。当压电振子处于向上隆起变形时，泵腔体积增大，腔内压强变小，压电泵处于吸入流体阶段，流体经由两侧直流管及内置于泵腔内部的按一定规律分布的阻流体后同时流入泵腔，由于其沿流动方向上的两个表面对流体的阻力不同，致使从两侧直流管同时流入泵腔内的流体体积不同，沿流动方向上阻流体的两侧迎流面(例如球面和圆面)对流体阻力小的一侧迎流面所对的管口流入体积较多；当压电振子处于向下凹入变形时，泵腔体积被压缩而减小，腔内压强增大，压电泵处于排出流体阶段，流体流经泵腔内部分布排列的阻流体后经由两直流管排出泵腔，同理，由于沿流动方向上的流体所受到两个表面的阻力不同，致使流体流经阻流体后经由两侧直流管排出的流体体积不同，泵腔内部的流体流经阻流体的两侧表面(例如球面或圆面)时，对流体阻力小的一侧表面沿流动方向上所对的管口排出流体的体积较多。分析压电泵处于工作状态时，由泵的直流管同时吸入和排出流体体积量的大小可以概括为吸入流体阶段，两侧直流管同时吸入流体，一侧直流管吸入流体的体积明显多于另一侧直流管吸入的体积；排出流体阶段，泵腔内的流体同时经由两侧直流管排出泵腔，一侧直流管排出的流体体积明显多于另一侧直流管排出的体积。综合吸入和排出阶段的流动过程，吸入阶段吸入流体多的一侧直流管排出阶段排出流体就少；吸入阶段吸入流体少的一侧直流管排出阶段排出流体就多。从宏观上看，流体总是从一侧直流管流入泵腔，流经泵腔后的流体再经由另一侧流管流出，实现了流体的单向流动，从而起到了泵送流体的作用。本发明中使用置于泵腔内部的阻流体，在流动的流体中起到了 “阀”的作用，控制着流体流动的方向。理论上只要沿两个相反流动方向上的迎流面具有非对称形状的二维或三维型体(如半球缺、半圆柱、三棱柱、半球壳等)，置于泵腔中，都会起到“阀”的作用，出于工艺简单，安装、调整方便、且流阻差较稳定的角度考虑，优选半球缺作为阻流体。上述的直通槽可以为一个或三个等更多个，阻流体沿直通槽排列形成多排，调整泵座上阻流体的排数、排间距、同排内阻流体的间距及旋转阻流体的方位角均可调节泵的输出流量；在排数、排间距、排内间距、固定角度等参数确定的情况下，还可以通过旋转泵座进而统一调整泵流量；可以实现微量输出和大流量输出。有益效果
从结构方面看，本发明中的阻流体阻流无阀压电泵同以往的流管“阀”类压电泵相比，省去了复杂的泵腔外部管路结构，把无移动部件阀半球缺置于泵腔的内部，有效的利用了泵腔内部空间，简化了结构及工艺，缩小了泵体体积；同腔底“阀”类压电泵相比，因只有泵腔、泵座及半球缺为待加工件，所以泵体及泵腔内部结构简单，半球缺工艺简单，另外，泵体的安装不需要螺纹联结，使泵体及半球缺的安装、调整极为方便。从功能方面看，本发明中的阻流体阻流无阀压电泵同流管“阀”类、腔底“阀”类压电泵相比，泵的输出量较大且流量可调，可以实现微量输出和大流量输出；同时除具有传统无阀压电泵泵送单一流体功能外，还具有泵送混合流体的功能，拓宽了无阀压电泵的应用范围。
图I阻流体阻流无阀压电泵俯视 图2阻流体阻流无阀压电泵A-A主剖视 图3阻流体阻流无阀压电泵A-A主剖视工作原理 图4阻流体阻流无阀压电泵泵腔俯视 图5阻流体阻流无阀压电泵泵腔B-B主剖视图；·
图6阻流体阻流无阀压电泵泵座俯视 图7阻流体阻流无阀压电泵泵座C-C主剖视 图8压电振子主剖视 图9半球缺组件俯视 图10半球缺组件D-D主剖视图。图中序号说明
I泵腔
2泵底座 3压电振子 31金属片 32、32’压电片 4阻流体 41第一迎流面 42第二迎流面 43延伸部 5密封件
6，6’第一、第二直流管 7，7’第一、第二辅助直流管 8直通槽
具体实施例方式如图I、图2所示，本实施例的阻流体阻流无阀压电泵包括泵体侧壁、泵上盖和泵底座2，泵体侧壁、泵上盖和泵底座2共同围绕形成密封的泵腔1，压电振子3设置于泵腔I内，所述的泵侧壁上设有连通泵腔I与外界的第一直流管6、第二直流管6’，所述的第一直流管6、第二直流管6’对称地设置于泵侧壁上；所述的压电振子3平行于泵底座2设置并将泵腔I分隔为两个独立的区域，所述的泵底座2上设置有至少一个阻流体4，所述的阻流体4可围绕其垂直于泵底座2表面的中心轴线可旋转地设置于泵底座2上。本实施例的无阀压电泵横截面呈圆形。所述的泵底座2周缘与泵侧壁内表面之间设有密封件5。所述的阻流体4具有第一迎流面41和第二迎流面42，所述的第一迎流面41具有光滑、圆顺的曲面，所述的第二迎流面42陡直的端面。如图9、图10所示，本实施例的阻流体4为四分之一球体,亦可称为半球缺。如图I、图10所示，所述的半球缺4通过一延伸部43固定于泵座2上的直通槽8内，本实施例中延伸部43为一圆柱形插杆，其与直通槽是过渡配合，半球缺4可在直槽内绕垂直于泵座2所在平面的中心轴线方向任意转动，固定于泵座2上的半球缺4的个数为14 个。如图I、图6、图7所示，所述的直通槽8为蚀刻在泵底座2朝向压电振子3的表面上的矩形直通槽。本实施例中，直通槽8共有三排，其中一个沿泵底座2直径方向设置，另外两个相对于第一个直通槽对称设置。各半球缺4等间隔地设置在直通槽上。如图8所示，所述的压电振子3由一金属片31和分别粘贴于两面的第一压电片32、第二压电片32’组成。如图I、图4所示，本实施例的无阀压电泵还包括第一辅助直流管7和第二辅助直流管7’，所述的第一辅助直流管7和第二辅助直流管7’对称地设置于第一直流管6的两侧。如图6所示，泵底座2的圆周刻有角度刻线，整体旋转泵底座即可调节泵底座2上全部半球缺4相对于直流管口 6、7的角度，以调整泵流量。本实施例中，半球缺4通过圆柱形插杆在泵腔I内可实现0° 360°任意角度的转动，设半球缺4的棱线所在的方向与泵座2上的直通槽的方向一致为O°，则在半球缺4由0° 360°的转动过程中，只有处在0°、180°和360°三个位置时，由于沿流动方向上半球缺4呈对称结构，理论上无流量；处于90°和270°两个位置时，由于沿流动方向上两迎流面一球面和圆面互置，理论上泵腔内流体流动方向相反。如图3所示，当压电振子3通交流电时，会产生周期性的往复运动，从而使阻流体4所处的泵腔单元的体积产生周期性变化，根据上文所述，从宏观上看，流体总是从一侧直流管流入泵腔1，流经泵腔后I的流体再经由另一侧直流管流出，实现了流体的单向流动，从而起到了泵送流体的作用。
权利要求
1.一种阻流体阻流无阀压电泵，包括泵体侧壁、泵上盖和泵底座(2)，泵体侧壁、泵上盖和泵底座(2)围绕形成泵腔(1)，压电振子(3)设置于泵腔(I)内，所述的泵侧壁上设有连通泵腔(I)与外界的第一、第二直流管(6，6’)，所述的第一、第二直流管(6，6’)对称地设置于泵侧壁上；其特征在于，所述的压电振子(3)平行于泵底座(2)设置；所述的泵底座(2)上设置有至少一个阻流体(4)。
2.如权利要求I所述的阻流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的阻流体(4)可围绕其中心轴线可旋转地设置于泵底座(2 )上。
3.如权利要求I所述的阻流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的阻流体(4)具有第一迎流面(41)和第二迎流面(42)，所述的第一迎流面(41)具有光滑、圆顺的曲面，所述的第二迎流面(42)陡直的端面。
4.如权利要求I或2或3所述的流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的阻流体(4)设置于泵底座(2 )上的直通槽(8 )上。
5.如权利要求4所述的流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的直通槽(8)为蚀刻在泵底座(2 )朝向压电振子(3 )的表面上的矩形槽。
6.如权利要求4所述的流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的阻流体(4)底部设有延伸部(43)，阻流体(4)通过所述的延伸部(43)可旋转地设置于直通槽(8)内。
7.如权利要求4所述的流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的阻流体(4)等间距地设置在直通槽(8)上。
8.如权利要求I所述的阻流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的压电振子(3)由一金属片(31)和分别粘贴于两面的第一、第二压电片(32，32’)组成。
9.如权利要求I所述的阻流体阻流无阀压电泵，其特征在于，还包括第一、第二辅助直流管(7，7’)，所述的第一、第二辅助直流管(7，7’)对称地设置于第一直流管(6)的两侧。
10.如权利要求I所述的阻流体阻流无阀压电泵，其特征在于，所述的泵底座(2)周缘与泵侧壁内表面之间设有密封件(5)。
全文摘要
本发明公开了一种阻流体阻流无阀压电泵，其包括泵体侧壁、泵上盖和泵底座，泵侧壁、泵上盖和泵底座围绕形成泵腔，压电振子设置于泵腔内，所述的泵侧壁上设有连通泵腔与外界的第一、第二直流管，所述的泵底座上设置有至少一个阻流体。一般地，压电振子平行于泵底座设置，从而将泵腔分隔为两个独立的单元；阻流体的数量根据泵底座的大小确定。本发明的阻流体阻流无阀压电泵输出量较大且流量可调，可以实现微量输出和大流量输出；同时除具有传统无阀压电泵泵送单一流体功能外，还具有泵送混合流体的功能，拓宽了无阀压电泵的应用范围。
文档编号F04B43/04GK102913422SQ20121039614
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者纪晶, 张建辉, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学