專利名稱：旋轉(zhuǎn)嵌塊無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，涉及一種旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵。
背景技術(shù)：
屬于容積式的壓電泵如果按閥體分類的話，可分為有閥與無閥壓電泵。若將閥定義為在泵的吸入和吐出過程中，至少有一時(shí)點(diǎn)，使泵腔與吸入口或吐出中之間，產(chǎn)生不連通的機(jī)械裝置，那么所謂“無閥”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。而泵流量的調(diào)節(jié)則依靠變頻電路，通過調(diào)節(jié)施加在壓電振子上電壓的頻率來控制泵的流量。這種方法不僅需要復(fù)雜的變頻電路來控制泵流量，而且不能改變流體的流動(dòng)方向。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種通過旋轉(zhuǎn)泵腔內(nèi)嵌塊而控制無閥壓電泵流量和流向的壓電泵，以替代目前的錐形流管輔以控制壓電振子振動(dòng)頻率來控制泵流量的模式。
本實(shí)用新型提供了一種無需附加變頻電路而可控改變流量的無閥壓電泵，并且本實(shí)用新型不僅可以改變無閥壓電泵的流量，而且可以改變無閥壓電泵的流動(dòng)方向。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案參見圖2～3，壓電振子2與泵體6固聯(lián)，壓電振子2的正對(duì)面為可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)嵌塊5，該旋轉(zhuǎn)嵌塊5與泵體6間隙配合聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)嵌塊5正對(duì)著壓電振子2的一面是波紋起伏形狀，每個(gè)波紋單元由兩個(gè)與泵腔底面所夾銳角不等的相交的平面構(gòu)成非對(duì)稱起伏形狀，這組波紋單元與壓電振子2之間構(gòu)成錐形流道，構(gòu)成波紋單元的兩平面的交線稱為波紋線，全部波紋單元的波紋線構(gòu)成一組平行線，由于旋轉(zhuǎn)嵌塊5可以在泵體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以波紋線與泵腔吸入口、排出口的軸線形成的夾角β可在0°至360°之間變化，該變化會(huì)引起起伏面被過吸入口和排出口軸線且垂直于壓電振子的平面所截的截面的錐形角發(fā)生變化，等價(jià)于錐形流管的錐形角發(fā)生了改變，從而導(dǎo)致流量及流動(dòng)方向的變化當(dāng)傾角β＝0°時(shí)，流量為0；當(dāng)傾角β＝90°時(shí)，流量最大；流量當(dāng)傾角β＞90°時(shí)，流量減?。划?dāng)傾角β＝180°時(shí)，流量為0；當(dāng)傾角β＞180°時(shí)，流體的流動(dòng)方向發(fā)生改變；當(dāng)傾角β＝270°時(shí)，反方向流量最大。
圖3(b)中的D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn即為波紋平面的交線，即波紋線。D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn之間相互平行。吸入口和排出口的軸線為C-C；則C-C與任意波紋線Di-Di成零角度夾角時(shí)，旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵將不能實(shí)現(xiàn)流體輸送，C-C與Di-Di成非零角度夾角時(shí)，旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵均能實(shí)現(xiàn)流體輸送。
由于波紋與泵腔底面所夾的銳角不同，所以產(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)。具體的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)嵌塊的無閥壓電泵工作原理可以作如下解釋。
圖4為吸程工作原理圖。壓電振子2向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，即圖4(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，流體通過旋轉(zhuǎn)嵌塊5被吸入泵腔，由于非對(duì)稱波紋的存在，非對(duì)稱波紋的山頂將非對(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]旋轉(zhuǎn)嵌塊5中的任意一個(gè)波紋，傾角不等的旋轉(zhuǎn)嵌塊分別從左與右兩側(cè)同時(shí)向右與左流動(dòng)；假設(shè)此時(shí)的流動(dòng)發(fā)生在從左向右流動(dòng)時(shí)山頂?shù)淖髠?cè)，再?gòu)挠蚁蜃罅鲃?dòng)時(shí)山頂?shù)挠覀?cè)；在圖3(a)中旋轉(zhuǎn)嵌塊右傾角小于左傾角，左右傾角均屬于收縮管，但是由于右傾角小于左傾角，旋轉(zhuǎn)嵌塊5中任意一個(gè)波紋的右收縮管流阻小于左收縮管流阻；在收縮管段內(nèi)，流阻大流量小，從左收縮管向右流動(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)流動(dòng)越過山頂，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)山頂?shù)挠覀?cè)，再?gòu)淖笙蛴伊鲃?dòng)時(shí)下一個(gè)山頂?shù)淖髠?cè)；在圖3(a)中旋轉(zhuǎn)嵌塊右傾角小于左傾角，左右傾角均屬于擴(kuò)張管，但是由于右傾角小于左傾角，旋轉(zhuǎn)嵌塊5中波紋的右擴(kuò)張管流阻小于左擴(kuò)張管流阻；在擴(kuò)張管段內(nèi)，流阻大流量小，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)。
當(dāng)收縮管或擴(kuò)張管的錐角發(fā)生變化時(shí)，其流動(dòng)阻力也發(fā)生相應(yīng)的變化。應(yīng)用此原理即可實(shí)現(xiàn)通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)嵌塊5來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)泵流量。定義過吸入口和排出口軸線且垂直于壓電振子的平面為主平面，如圖5所示。流體宏觀的流動(dòng)方向是沿著主平面方向的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)嵌塊5旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)波紋單元被主平面P所截的三角形截面的角度發(fā)生變化，即錐角∠BDC和∠CBD發(fā)生了變化。這將導(dǎo)致流經(jīng)它們的流體的流動(dòng)流動(dòng)阻力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致流量或流向的變化。當(dāng)傾角β＝0°時(shí)，流量為0。當(dāng)傾角β＝90°時(shí)，流量最大。流量當(dāng)傾角β＞90°時(shí)，流量減小。當(dāng)傾角β＝180°時(shí)，流量為0。當(dāng)傾角β＞180°時(shí)，流體的流動(dòng)方向發(fā)生改變。當(dāng)傾角β＝270°時(shí)，反方向流量最大。
本實(shí)用新型摒棄了錐形流管，并可以在不需要附加變頻電路的情況下，僅僅通過旋轉(zhuǎn)泵腔內(nèi)的嵌塊就可完成泵的流量調(diào)節(jié)。并且本實(shí)用新型不僅可以調(diào)節(jié)無閥壓電泵的流量，而且可以改變通過無閥壓電泵的流體的流動(dòng)方向，即泵的吸入口和排出口可以相互顛倒。


圖1是傳統(tǒng)的錐形流管無閥壓電泵；其中1、錐形流管壓電泵泵體 2、壓電振子 3、錐形流管A 4、錐形流管B圖2是本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵；圖2(a)為圖2(b)的C-C截面，圖2(b)為圖2(a)的A-A截面；其中5、旋轉(zhuǎn)嵌塊 6、旋轉(zhuǎn)嵌塊壓電泵泵體圖3(a)是旋轉(zhuǎn)嵌塊的主視圖；圖3(b)是旋轉(zhuǎn)嵌塊的軸側(cè)圖；圖4吸程工作原理圖；圖5波紋單元被主平面所截示意圖；圖6本實(shí)用新型的實(shí)施例；圖6(a)為圖6(b)B-B截面，圖6(b)為圖6(a)A-A截面；其中7、密封蓋 8、固定板螺釘 9、導(dǎo)管 10、泵腔蓋 11、螺釘12、內(nèi)嵌磁鐵 13、外置驅(qū)動(dòng)磁鐵。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例結(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；壓電振子的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6mm的水柱。
導(dǎo)管9用市售密封膠固接在泵腔上蓋10上，密封蓋7與上蓋10使用固定板鏍釘8固定，旋轉(zhuǎn)嵌塊5與泵體6在上蓋10安裝前采用間隙配合的方式裝配在一起，內(nèi)嵌磁鐵12膠接在旋轉(zhuǎn)嵌塊5內(nèi)，上蓋10與泵腔6用鏍釘11緊固在一起。壓電振子2為市售非標(biāo)準(zhǔn)件，螺釘11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，旋轉(zhuǎn)嵌塊5被外置驅(qū)動(dòng)磁鐵13驅(qū)動(dòng)，當(dāng)外置驅(qū)動(dòng)磁鐵13旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)嵌塊5被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵，包括泵體(6)、與泵體(6)固聯(lián)的壓電振子(2)，其特征在于在壓電振子(2)的正對(duì)面設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)嵌塊(5)，該旋轉(zhuǎn)嵌塊(5)與泵體(6)間隙配合聯(lián)接，可在泵體(6)內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)嵌塊(5)正對(duì)著壓電振子(2)的一面是波紋起伏形狀，每個(gè)波紋單元由兩個(gè)與泵腔底面所夾銳角不等的相交的平面構(gòu)成非對(duì)稱起伏形狀，這組波紋單元與壓電振子(2)之間構(gòu)成錐形流道，全部波紋單元的波紋線構(gòu)成一組平行線，所述的波紋線為構(gòu)成波紋單元的兩平面的交線。
專利摘要本實(shí)用新型為一種旋轉(zhuǎn)嵌塊無閥壓電泵。壓電振子(2)的正面為旋轉(zhuǎn)嵌塊(5)，它與泵體(6)間隙配合，且面向壓電振子(2)的一面是波紋狀。每個(gè)波紋單元由兩個(gè)與泵腔底面所夾銳角不等的相交平面構(gòu)成。這組波紋單元與壓電振子(2)共同構(gòu)成錐形流管。波紋單元的兩平面交線為波紋線，波紋線間相互平行。旋轉(zhuǎn)嵌塊(5)可在腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)，故波紋線與吸入口、排出口軸線間的傾角β可在0°至360°間變化，導(dǎo)致波紋面被過吸入口和排出口軸線且垂直于壓電振子的平面所截的截面錐角發(fā)生變化，等價(jià)于錐形流管的錐角發(fā)生改變，導(dǎo)致流量或流向的變化。本實(shí)用新型可以在不需要附加變頻電路的情況下，僅僅通過旋轉(zhuǎn)泵腔內(nèi)的嵌塊就可完成泵的流量調(diào)節(jié)及流向轉(zhuǎn)變。
文檔編號(hào)F04B45/047GK2839640SQ200520129459
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者張建輝, 夏齊霄, 路計(jì)莊 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)