專利名稱：內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵。
背景技術(shù)：
屬于容積式的壓電泵如果按閥體分類的話，可分為有閥與無(wú)閥壓電泵。若將閥定義為在泵的吸入和排出過(guò)程中，至少有一時(shí)點(diǎn)，使泵腔與吸入口或排出中之間，產(chǎn)生不連通的機(jī)械裝置，那么所謂“無(wú)閥”就是在任意時(shí)刻，泵腔與入口或排口之間都是連通的。此時(shí)，流體的單向流動(dòng)是依靠特殊的機(jī)械裝置。這種裝置利用了流體的性質(zhì)，使得泵腔始終與吸入與排出口連通，而又可驅(qū)使流體單向流動(dòng)。目前，無(wú)閥壓電泵多采用一對(duì)互為倒置的錐形流管的形式。
圖1所示為錐形流管無(wú)閥壓電泵。在圖1中1為泵體，2為壓電振子，3為錐形流管A、4為與3放置相反的錐形流管B。壓電振子2作為泵體1的上蓋固接在泵體上。一對(duì)互為相反放置的錐形流管3和4，固接在泵體的吸入口和排出口上。泵腔只有兩個(gè)錐形流管3和4與外界連通。如果在壓電振子2的兩端施加交變電壓，它就會(huì)產(chǎn)生交替伸長(zhǎng)與收縮變形，這樣在壓電振子2、泵體1、兩個(gè)錐形流管3和4所組成的空間內(nèi)就形成了容積變化泵腔。
對(duì)于上述一對(duì)互為倒置的錐形流管結(jié)構(gòu)形式，吸入時(shí)流入泵腔流體量少的錐形流管，排出時(shí)流出泵腔流體量多。反之吸入時(shí)流入泵腔流體量多的錐形流管，排出時(shí)流出泵腔流體量少。上述結(jié)構(gòu)也就構(gòu)成了可以動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)流動(dòng)的泵。
錐形流管無(wú)閥壓電泵省去了復(fù)雜的閥體機(jī)構(gòu)，有利于壓電泵的小型化，提高可靠性。但錐形流管外伸至泵腔之外，無(wú)疑增大了壓電泵的結(jié)構(gòu)尺寸，不利于壓電泵的進(jìn)一步小型化，特別是在微機(jī)電系統(tǒng)中的微小化和高密度集成。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠進(jìn)一步減小體積及結(jié)構(gòu)尺寸的無(wú)閥壓電泵以適應(yīng)壓電泵的微小化及其在微納米級(jí)尺度機(jī)械上的應(yīng)用，壓電泵的尺寸大小很大程度上決定于機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)大小。本實(shí)用新型剔除了泵腔外一對(duì)互為倒置的錐形流管結(jié)構(gòu)，使泵腔與吸入口或排出口之間，產(chǎn)生不連通的機(jī)械裝置，即“無(wú)閥”機(jī)械裝置，由內(nèi)置波紋渠道結(jié)構(gòu)裝置替代，完成了在任意時(shí)刻，泵腔與吸入口或排出口之間都是連通的且可實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)流動(dòng)的目的，沒(méi)有泵腔外倒置的錐形流管結(jié)構(gòu)的泵尺寸可大幅度減小，且在微加工領(lǐng)域波紋渠道腔底結(jié)構(gòu)比錐形流管容易加工，精度也容易保證。比較起來(lái)內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵的成本要大幅度低于錐形流管無(wú)閥壓。
本實(shí)用新型提供的一種無(wú)閥壓電泵，如圖2所示，壓電振子2與泵體1固聯(lián)，其特征在于泵腔內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)置波紋渠道5，內(nèi)置波紋渠道5位于壓電振子2的正對(duì)面，它是沿吸口與排口軸線兩側(cè)形成寬度變化的渠道，渠道的側(cè)壁是波紋起伏形狀，波紋起伏形狀是由一系列與渠道軸線所夾角度不等的相交的平面構(gòu)成，每對(duì)相交平面構(gòu)成一個(gè)波紋單元，相鄰波紋單元之間有間距(圖3(a))或沒(méi)有間距(圖3(b))，在兩側(cè)壁上相對(duì)放置一對(duì)波紋單元構(gòu)成兩個(gè)錐度不等的流道，形成渠道單元，內(nèi)置波紋渠道5就是由一系列渠道單元構(gòu)成的。
圖4為內(nèi)置波紋渠道。它由一系列渠道單元串聯(lián)構(gòu)成。每個(gè)渠道單元由兩個(gè)與渠道軸線夾角不等的平面構(gòu)成波紋形狀。波紋的兩面為非對(duì)稱的。其目的是利用流體在沿左和右兩方向流動(dòng)時(shí)，由于兩波紋面所夾的銳角不同，產(chǎn)生的流阻不同，從而在壓電振子往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，往復(fù)流過(guò)泵腔中的流體會(huì)產(chǎn)生流量差，這一流量差在宏觀上表現(xiàn)為單一運(yùn)動(dòng)方向的液體流動(dòng)。具體的內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵工作原理可以作如下解釋。
圖5為吸程工作原理圖。壓電振子2向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，即圖5(a)中壓電振動(dòng)子2從E-E位置移動(dòng)到F-F位置泵腔容積增加，流體通過(guò)內(nèi)置波紋渠道5被吸入泵腔，由于波紋是非對(duì)稱的，波紋的頂部將非對(duì)稱波紋劃分為收縮管與擴(kuò)張管，至于具體何時(shí)為收縮管，何時(shí)為擴(kuò)張管，要由瞬時(shí)泵內(nèi)的流動(dòng)方向決定?？紤]內(nèi)置波紋渠道5中的任意一個(gè)渠道單元，傾角不等的內(nèi)置波紋渠道分別從左與右兩側(cè)同時(shí)向右與左流動(dòng)；假設(shè)此時(shí)的流體先從左向右流動(dòng)，再?gòu)挠蚁蜃罅鲃?dòng)；由于在圖5(a)中內(nèi)置波紋渠道右傾角小于左傾角，左右傾角均屬于收縮管，但是由于右傾角小于左傾角，內(nèi)置波紋渠道5中任意一個(gè)波紋的右收縮渠道流阻小于左收縮渠道流阻；在收縮渠道段內(nèi)，流阻大而流量小，從左收縮渠道向右流動(dòng)的瞬時(shí)流量小于從右收縮管向左流動(dòng)的瞬時(shí)流量。當(dāng)流過(guò)窄流道時(shí)，前述的假設(shè)流動(dòng)，就發(fā)生在從左向右流動(dòng)時(shí)下一個(gè)窄流道的右側(cè)，再?gòu)淖笙蛴伊鲃?dòng)時(shí)下一個(gè)窄流道的左側(cè)；在圖5(a)中內(nèi)置波紋渠道右傾角小于左傾角，左右傾角均屬于擴(kuò)張管，但是由于右傾角小于左傾角，內(nèi)置波紋渠道5中波紋的右擴(kuò)張渠道流阻小于左擴(kuò)張渠道流阻；在擴(kuò)張渠道段內(nèi)，流阻大則流量小，從左擴(kuò)張管向右流動(dòng)的瞬時(shí)流量大于從右擴(kuò)張管向左流動(dòng)的瞬時(shí)流量。而綜合上述結(jié)果吸程時(shí)，波紋小傾角邊大于波紋大傾角邊的瞬時(shí)流入泵腔的流量。
排程工作原理與吸程同理。用上述方法分析可以得到，排程時(shí)，波紋小傾角邊小于波紋大傾角邊的瞬時(shí)流出泵腔的流量。
這樣反復(fù)的出現(xiàn)吸入與排出工程，宏觀上波紋小傾角邊就成為吸入口，波紋大傾角邊就成為排出口，流體從波紋小傾角邊流入泵腔，流體從波紋大傾角邊流出泵腔，也就實(shí)現(xiàn)了單方向流動(dòng)。


圖1是傳統(tǒng)的錐形流管無(wú)閥壓電泵；其中1.壓電泵泵體 2.壓電振子 3.錐形流管A 4.錐形流管B圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵；圖2(a)為圖2(b)的B-B截面，圖2(b)為圖2(a)的A-A截面其中5.內(nèi)置波紋渠道圖3為波紋單元串聯(lián)圖；圖3(a)為兩波紋單元無(wú)間距，圖3(b)為兩波紋單元有間距圖4是波紋嵌塊；圖4(a)為圖4(b)的A-A截面，圖4(b)為俯視圖圖5吸程工作原理圖；
圖5(a)為圖5(b)的B-B截面，左右兩側(cè)的箭頭表示流體流動(dòng)方向，向上的箭頭表示壓電振子運(yùn)動(dòng)方向圖5(b)為圖5(a)的A-A截面，左右兩側(cè)的箭頭表示流體流動(dòng)方向圖6本實(shí)用新型的實(shí)施例；圖6(a)為圖6(b)的B-B截面，圖6(b)為圖6(a)的A-A截面其中6.泵腔蓋 7.導(dǎo)管具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖具體說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖6示，采用壓電振子為30mm；工作電源為電壓220V，50Hz交流電；內(nèi)置波紋渠道5的α1＝90°，α2＝30°，波紋數(shù)n＝4時(shí)，以水為實(shí)驗(yàn)用工作介質(zhì)，泵的左右兩側(cè)流道產(chǎn)生最大為壓差4mm的水柱。
導(dǎo)管7用市售密封膠固接在泵腔蓋6上，壓電振子2用市售密封膠固接在泵腔蓋6上，內(nèi)置波紋渠道5與泵體1在泵腔蓋6安裝前采用過(guò)盈配合的方式裝配在一起，泵腔蓋6與泵腔1用鏍釘緊固在一起。壓電振子2為市售非標(biāo)準(zhǔn)件，螺釘為標(biāo)準(zhǔn)件，其它泵所用零件均由有機(jī)玻璃或金屬加工而成。
權(quán)利要求1.內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵，包括泵體(1)、與泵體(1)固聯(lián)的壓電振子(2)，其特征在于還包括設(shè)置在泵腔內(nèi)部、位于壓電振子正對(duì)面的內(nèi)置波紋渠道(5)；所述的內(nèi)置波紋渠道(5)是沿吸口與排口軸線兩側(cè)形成寬度變化的渠道，是由渠道單元串接構(gòu)成的；其中所述的渠道單元是由在吸口與排口軸線兩側(cè)相對(duì)放置一對(duì)波紋單元構(gòu)成的兩個(gè)錐度不等的流道；所述的波紋單元是由與渠道軸線所夾角度不等的一對(duì)相交的平面構(gòu)成，相鄰的波紋單元之間有間距或沒(méi)有間距。
專利摘要本實(shí)用新型屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種內(nèi)置波紋渠道無(wú)閥壓電泵。目前的無(wú)閥壓電泵在泵腔外安裝控制流體流動(dòng)方向的部件，不利于其小型化。本實(shí)用新型的壓電振子(2)與泵體(6)固聯(lián)，壓電振子(2)的正對(duì)面為內(nèi)置波紋渠道(5)，它是沿吸口與排口軸線兩側(cè)形成寬度變化的渠道，渠道的側(cè)壁是波紋起伏形狀，該形狀是由一系列與渠道軸線所夾銳角不等的相交的平面構(gòu)成，每對(duì)相交平面構(gòu)成一個(gè)波紋單元，相鄰波紋單元之間有或沒(méi)有間距，在兩側(cè)壁上相對(duì)放置的一對(duì)波紋單元構(gòu)成兩個(gè)錐度不等的流道，形成渠道單元，內(nèi)置波紋渠道(5)即由一系列渠道單元構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)省略了安裝于泵腔之外的流體流動(dòng)方向控制裝置。達(dá)到了無(wú)閥壓電泵的微小型化的目的。
文檔編號(hào)F04B45/047GK2846796SQ20052012806
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者張建輝, 夏齊霄, 李洪 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)