專利名稱：一種雙曲螺線流管無閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無閥壓電泵，尤其涉及一種采用螺線形流管的無閥壓電泵。
背景技術(shù)：
屬于容積式的壓電泵如果按閥體分類的話，可分為有閥和無閥壓電泵。若將閥定義為在泵的吸入和排出過程中，至少有一時段，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，那么所謂的“無閥”就是在任意時刻，泵腔與吸入口或排出口之間都是連通的。此時，流體的單向流動時依靠特殊的機(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。目前，無閥壓電泵多采用互為倒置的收縮管和擴(kuò)張管來作為控制流體單向流動的部件，比較典型的是錐形流管。圖1為錐形流管無閥壓電泵，這種泵的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)微型化；但圓錐形流管存在不同截面尺寸的突變，能量損失大，流量較小，反向止流性能差，這些缺點(diǎn)都影響了壓電泵在實(shí)際領(lǐng)域的應(yīng)用。由于螺旋流管具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特性、自生離心力場、二次流和高效換熱率等特點(diǎn)， 使螺旋流管技術(shù)在傳熱、混合等領(lǐng)域均有著廣泛應(yīng)用，而且近年來有研究者將螺旋流管技術(shù)應(yīng)用在微濾、納濾、滲透以及膜蒸餾等中空纖維傳質(zhì)分離過程，都取得了良好的效果。但是這些應(yīng)用都是在外界給予液體流動動力的前提下進(jìn)行的，這樣對螺旋流管技術(shù)的應(yīng)用受到限制，如果附加動力源是電磁電機(jī)，那在一些電磁敏感的地方就不能夠使用，而且在需要精確控制流體流量的環(huán)境下時，也不能夠滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
1.技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可微型化，具有較好單向流動特性，可對流體流量進(jìn)行精確控制的雙曲螺線流管無閥壓電泵?？朔爽F(xiàn)有無閥壓電泵反向止流性能差等缺點(diǎn)，同時，擴(kuò)大螺旋流管技術(shù)在傳熱、混合等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。2.技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的雙曲螺線流管無閥壓電泵包括由上蓋和下蓋密封連接組成的泵體，上蓋和下蓋之間設(shè)有容納有壓電振子的泵腔，泵腔上設(shè)置有第一雙曲螺線流管和第一直流管；所述的第一雙曲螺線流管一端與泵腔連接，另一端與流體進(jìn)口連接；所述的第一直流管一端與泵腔連接，另一端與流體出口連接。所述的雙曲螺線流管為平面彎曲的流管，由于該流管的中心軸線屬于雙曲螺線，因此將該流管命名為“雙曲螺線流管”。雙曲螺線又稱倒數(shù)螺線，即極徑與極角成反比的點(diǎn)的軌跡，如圖2所示。該曲線出發(fā)于極點(diǎn)，是阿基米德螺線的倒數(shù)，有一條平行于極軸的漸近線。雙曲螺線的極坐標(biāo)方程為r θ = c其中c為常數(shù)，r為極徑，θ為極角，y = c為漸進(jìn)線。所述的第一雙曲螺線流管可以直接與泵腔連接，也可通過一個第二直流管與泵腔連接。
所述的第一直流管的一端與泵腔連通，另一端直接或者通過第二雙曲螺線流管與流體出口相連通；一般地，所述的第一雙曲螺線流管為以流體進(jìn)口為起點(diǎn)順時針方向設(shè)置的螺旋流管，終點(diǎn)為與泵腔相連的連接點(diǎn)或者與第二直流管相連的連接點(diǎn)；所述的第二雙曲螺線流管為以流體出口為起點(diǎn)逆時針方向設(shè)置的螺旋流管，其終點(diǎn)為與第一直流管相連的連接點(diǎn)。所述的泵腔包括位于下蓋并且開口朝向上蓋的第一凹槽，以及位于上蓋并且開口朝向第一凹槽的第二凹槽，第一、第二凹槽開口大小相同，與壓電振子一起構(gòu)成腔體。所述的第二凹槽邊緣設(shè)計成階梯狀的通孔，壓電振子粘結(jié)固定在第二凹槽內(nèi)。所述的壓電振子一般由圓形的壓電陶瓷片和金屬片粘貼成的圓形振動片，為與圓形的壓電振子的形狀相適應(yīng)，所述的泵腔的橫截面呈圓形。為了便于加工，第一、第二雙曲螺線流管和第一、第二直流管以及第一凹槽均在下蓋上面直接刻出，即雙曲螺線流管、直流管以及第一凹槽與下蓋是一體的；同時，第一、第二雙曲螺線流管和第一、第二直流管的橫截面相同的呈矩形。本技術(shù)方案的雙曲螺線流管無閥壓電泵工作時，把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子通交流電時，壓電陶瓷片會產(chǎn)生沿其徑向的伸縮變形，由于壓電陶瓷片和金屬片粘結(jié)成一體，并且壓電陶瓷片和金屬片的徑向伸縮不同，所以當(dāng)壓電陶瓷片產(chǎn)生沿徑向的伸縮變形時，金屬片也會產(chǎn)生伸縮變形，且伸縮方向與壓電陶瓷片相反，則壓電振子必然會產(chǎn)生沿軸向(壓電陶瓷片的法向方向)的往復(fù)變形振動，把壓電振子作為壓電泵的動力源，隨著壓電振子的軸向往復(fù)變形振動，從而導(dǎo)致壓電泵泵腔的體積周期性變化。壓電振子在逆壓電效應(yīng)下產(chǎn)生軸向振動，引起泵腔容積變化；一般可將壓電泵的一個工作周期分為兩個階段從下死點(diǎn)(壓電振子在泵腔內(nèi)遠(yuǎn)離平衡位置的最大位移)經(jīng)平衡位置到達(dá)上死點(diǎn)(壓電振子在泵腔外遠(yuǎn)離平衡位置的最大位移)為泵的吸程階段；從上死點(diǎn)經(jīng)平衡位置到達(dá)下死點(diǎn)為泵的排程階段。在吸程階段，流體沿第一雙曲螺線流管和第一直流管進(jìn)入泵腔；在排程階段，流體沿沿第一雙曲螺線流管和第一直流管流出泵腔。由于受到地球自轉(zhuǎn)科氏力和流體自旋科氏力影響，使沿第一雙曲螺線流管流入和流出的流體所受的阻力不相同，而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，因此綜合吸程和排程階段， 沿第一雙曲螺線流管流入泵腔的流體體積比流出泵腔的流體體積多，使得整個周期內(nèi)會有一個凈流量從泵的第一雙曲螺線流管流向泵的第一直流管；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從第一雙曲螺線流管流入，從第一直流管流出，從而實(shí)現(xiàn)了流體的單向流動，實(shí)現(xiàn)了泵的功能。同理，當(dāng)本技術(shù)方案的雙曲螺線流管無閥壓電泵有兩個雙曲螺線流管時，把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子通交流電時，壓電振子在逆壓電效應(yīng)下產(chǎn)生軸向振動，引起泵腔容積變化，驅(qū)動流體沿兩個雙曲螺線流管往返流動，由于受到地球自轉(zhuǎn)科氏力和流體自旋科氏力的影響，對沿逆時針和順時針方向旋轉(zhuǎn)的流體產(chǎn)生不同的作用，使沿雙曲螺線流管流入和流出的流體所受的阻力不相同，而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，所以當(dāng)泵腔體積增大時，流體從第一雙曲螺線流管和第二雙曲螺線流管流入泵腔，此時壓電泵處于吸程階段，但從兩流管流入泵腔的流體體積不相同；當(dāng)泵腔體積減小時，流體從第一雙曲螺線流管和第二雙曲螺線流管流出泵腔，此時壓電泵處于排程階段，但從兩流管流出泵腔的流體體積不相同；分析從兩流管在壓電泵處于吸程和排程階段時，流入和流出的流體體積的多少可以概括為在壓電泵處于吸程階段時流入流體體積多的，則在壓電泵處于排程階段時流出流體的體積少；在壓電泵處于吸程階段時流入流體體積少的，則在壓電泵處于排程階段時流出流體的體積多；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從一個流管流入，從另一個流管流出，從而實(shí)現(xiàn)了流體的單向流動，實(shí)現(xiàn)了泵的功能。3.有益效果本發(fā)明的雙曲螺線流管無閥壓電泵將螺旋流管技術(shù)與壓電技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采用了雙曲螺線流管，與錐形流管無閥壓電泵相比具有較好的單向流動性，減少流動流體的能量損失，提高了泵的工作效率；同時，擴(kuò)大了螺旋流管技術(shù)在傳熱、混合等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，尤其適用在對磁場敏感的環(huán)境下；此外，本發(fā)明的無閥壓電泵中，流管均為矩形截面，其加工近乎平面加工，與圓截面流管相比，尤其是在微尺度下，矩形截面流管的加工比較簡單。


圖1是錐形流管無閥壓電泵示意圖；圖2是直角坐標(biāo)系下雙曲螺線示意圖(c = 2)；圖3是第一實(shí)施例的雙曲螺線流管無閥壓電泵的立體分解示意圖；圖4是第二實(shí)施例的雙曲螺線流管無閥壓電泵的立體分解示意圖；圖5是雙曲螺線流管無閥壓電泵整體結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6是雙曲螺線流管無閥壓電泵整體結(jié)構(gòu)A-A剖視圖；圖7是雙曲螺線流管無閥壓電泵泵上蓋主視圖；圖8是雙曲螺線流管無閥壓電泵泵上蓋B-B剖視圖；圖9是第一實(shí)施例的雙曲螺線流管無閥壓電泵泵下蓋主視圖；圖10是第二實(shí)施例的雙曲螺線流管無閥壓電泵泵下蓋主視圖；圖11是雙曲螺線流管無閥壓電泵泵下蓋C-C剖視圖；圖12是壓電振子示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖3、圖6及圖9所示，本實(shí)施例的雙曲螺線流管無閥壓電泵包括由密封連接的上蓋2和下蓋3組成的泵體1，上蓋2和下蓋3之間設(shè)有容納有壓電振子4的泵腔5 ；上蓋 2和下蓋3之間還包括一個第一雙曲螺線流管6和第一直流管7 ；所述的第一雙曲螺線流管 6 一端與設(shè)置在泵體1上的流體進(jìn)口 11連接，另一端通過第二直流管61與泵腔5連接；所述的第一直流管7 —端與泵腔5連接，另一端與設(shè)置在泵體1上的流體出口 12連接；第一雙曲螺線流管6、第一直流管7以及第二直流管61都設(shè)置在下蓋3上。上蓋2與下蓋3通過周圍的螺栓孔10使用6個螺栓(螺母)9連接在一起。如圖9所示，所述的第一雙曲螺線流管6為以流體進(jìn)口 11為起點(diǎn)順時針旋向的流管，終點(diǎn)為與第二直流管61的連接點(diǎn)。本實(shí)施例中，所述的流體進(jìn)口 11和流體出口 12設(shè)置在泵腔5的兩側(cè)，流體進(jìn)口 11、第一雙曲螺線流管6、泵腔5、第一直流管7和流體出口 12形成流體流動的通道。如圖5、圖6、圖7、圖8、圖9及圖11所示，所述的泵腔5截面呈圓形，包括位于下蓋3并且開口朝向上蓋2的第一凹槽31，以及位于上蓋2并且開口朝向第一凹槽31的第二凹槽21，第一、第二凹槽開口大小相同，與壓電振子4 一起構(gòu)成腔體。所述的第二凹槽21 邊緣設(shè)計成階梯狀的通孔，壓電振子4粘結(jié)固定在第二凹槽21內(nèi)。本實(shí)施例中，使用單側(cè)型壓電振子。如圖12所示，壓電振子4 一般由圓形的壓電陶瓷片41和金屬片42粘貼成的圓形振動片。為了防止連接處滲漏，可以在部件的連接處均勻涂硅膠進(jìn)行密封。實(shí)施例二 如圖4所示，本實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一基本相同，不同的是本實(shí)施例中含有兩個雙曲螺線流管，即第一雙曲螺線流管6和第二雙曲螺線流管8，兩流管以泵腔5中心線為對稱軸相對稱。如圖10所示，所述的第一雙曲螺線流管6以流體進(jìn)口 11為起點(diǎn)，以與第二直流管 61相連的連接點(diǎn)為終點(diǎn)，整體呈順時針旋向；所述的第二雙曲螺線流管8以流體出口 12為起點(diǎn)，以與第一直流管7連接的連接點(diǎn)為終點(diǎn)，整體呈逆時針方旋向。
權(quán)利要求
1.一種雙曲螺線流管無閥壓電泵，包括由密封連接的上蓋(2)和下蓋(3)組成的泵體 (1)，上蓋(1)和下蓋(2)之間設(shè)有容納有壓電振子(4)的泵腔(5)，其特征在于，泵腔(5)上設(shè)置有第一雙曲螺線流管(6)和第一直流管(7)，所述的第一雙曲螺線流管(6)—端與泵腔 (5)連接，另一端與流體進(jìn)口(11)連接，所述的第一直流管(7) —端與泵腔(5)連接，另一端與流體出口(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的第一雙曲螺線流管(6 )通過第二直流管(61)與泵腔(5 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的第一直流管(7)通過第二雙曲螺線流管(8)與流體出口(12)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的第一雙曲螺線流管(6)為以流體進(jìn)口(11)為起點(diǎn)順時針旋向的流管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述第二雙曲螺線流管(8)為以流體出口(12)為起點(diǎn)逆時針旋向的流管。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的泵腔(5)設(shè)置在下蓋(3)上并且開口朝向上蓋(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的泵腔(5)由設(shè)置在下蓋(3)上的第一凹槽(31)和設(shè)置在上蓋(2)上的第二凹槽(21)封閉組成，所述的壓電振子(4)固定在第二凹槽(21)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的泵腔(5)截面呈圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的雙曲螺線流管無閥壓電泵，其特征在于，所述的第一雙曲螺線流管(6)、第二雙曲螺線流管(8)、第一直流管(61)、第二直流管(7)以及第一凹槽(31) 均在下蓋(3)上面直接刻出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙曲螺線流管無閥壓電泵，包括由密封連接的上蓋和下蓋組成的泵體，上蓋和下蓋之間設(shè)有容納有壓電振子的泵腔，泵腔上設(shè)置有第一雙曲螺線流管和第一直流管；所述的第一雙曲螺線流管一端與泵腔連接，另一端與設(shè)置在泵體上的流體進(jìn)口連接；所述的第一直流管一端與泵腔連接，另一端與設(shè)置在泵體上的流體出口連接。本發(fā)明的雙曲螺線流管無閥壓電泵將螺旋流管技術(shù)與壓電技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采用了雙曲螺線流管，與錐形流管無閥壓電泵相比具有較好的單向流動性，減少流動流體的能量損失，提高了泵的工作效率；同時，擴(kuò)大了螺旋流管技術(shù)在傳熱、混合等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，尤其適用在對磁場敏感的環(huán)境下。
文檔編號F04B43/04GK102330663SQ20111016755
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者張建輝 申請人:無錫長輝機(jī)電科技有限公司