本發(fā)明屬于流體機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無閥壓電泵，具體的說，涉及一種異形無閥壓電泵。

背景技術(shù)：

壓電泵屬于微機(jī)械流體系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾等特點(diǎn)，在精密儀器、生物化學(xué)、醫(yī)療器械、航空航天、生物基因工程、化學(xué)燃料供給、電子器件水冷技術(shù)方案及微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域里得到成功的應(yīng)用。

目前，有閥壓電泵和無閥壓電泵是備受關(guān)注的兩種壓電泵。

其中無閥壓電泵同有閥壓電泵的最大區(qū)別就是泵腔內(nèi)沒有運(yùn)動(dòng)的實(shí)體閥，泵內(nèi)流體的吸入及排出則是利用了管道或者泵腔等的非對稱結(jié)構(gòu)形成的“無移動(dòng)部件閥”，迫使流體沿同一流道流入、流出泵腔時(shí)所受的流動(dòng)阻力不等，在壓電振子的一個(gè)振動(dòng)周期中，通過同一個(gè)流道流入和流出的流體體積必然不相等，形成宏觀上泵的單向流動(dòng)，達(dá)到泵送流體的功能。

無閥壓電泵由于其無閥的特性，使得泵體內(nèi)除壓電驅(qū)動(dòng)器外再無任何的運(yùn)動(dòng)部件，利于泵體結(jié)構(gòu)小型化；且在工作時(shí)不產(chǎn)生電磁場及自身污染(無潤滑、無磨損)；無閥壓電泵因其控制方便，更易于集成及微小型化，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

基于不同驅(qū)動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)，無閥壓電泵可分為：管道閥類泵(錐形流管、Y形流管、V形流管、橢圓形組合管等)，腔底閥類(如波紋腔底、錐形腔底等)，阻流體閥類等。

無閥壓電泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的之一，是要獲得更好的泵送流體的效果?，F(xiàn)有無閥壓電泵結(jié)構(gòu)存在以下不足：(1)阻流體閥類無閥壓電泵，泵體通常為圓柱體，且形成一規(guī)則的圓柱狀泵腔，阻流體通常設(shè)置在泵體底座上，流體經(jīng)泵腔側(cè)壁的流體入口流入，經(jīng)流體出口流出；流體進(jìn)出過程中，靠泵座上的阻流體形成流阻差，泵送流量的效果完全取決于泵座上阻流體的形狀和排布，若阻流體設(shè)計(jì)合理，可在有限的泵腔空間內(nèi)形成較好的泵送流體的效果，若阻流體設(shè)計(jì)的不合理，則泵送流體的效果將大打折扣；(2)管道閥類無閥壓電泵靠管道的特殊形狀實(shí)現(xiàn)在泵送流體過程中形成流阻差，而異形管道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了無閥壓電泵生產(chǎn)和加工的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種管道閥、阻流體閥復(fù)合結(jié)構(gòu)的大流量阻流體無閥壓電泵。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：漏斗形無閥壓電泵，包括泵體、壓電振子，泵體具有“Y”形縱剖面，為“Y”形縱剖面繞其縱向中心對稱軸旋轉(zhuǎn)而形成的漏斗形泵體，且形成由“Y”形寬口端向“Y”形窄口端貫通的泵腔；漏斗形泵體的寬口端為流體入口端，設(shè)置有至少一個(gè)流體入口；漏斗形泵體的窄口端為流體出口端，設(shè)置有流體出口；沿泵腔內(nèi)側(cè)壁間隔設(shè)置有阻流體，且各阻流體間存在流體流動(dòng)間隙；壓電振子固定或可拆卸的安裝在泵體的寬口端。

優(yōu)選的是：流體入口和流體出口均為錐形口，且沿流體流入泵腔的方向，流體入口呈擴(kuò)張的錐形；沿流體流出泵腔的方向，流體出口也呈擴(kuò)張的錐形；且錐形口的錐角小于23°。

優(yōu)選的是：阻流體為板狀阻流葉片，沿泵腔內(nèi)側(cè)壁同一水平面，環(huán)繞排布有多片阻流葉片，形成一層阻流葉片組，且相鄰兩片阻流葉片間存在卸流間隙；多片阻流葉片朝泵腔縱向中心對稱軸的方向匯聚，并形成流體通道，且由阻流葉片與泵腔內(nèi)側(cè)壁的安裝端，由流體入口向流體出口的方向，阻流葉片呈與泵腔縱向中心對稱軸垂直或向流體出口的方向傾斜。即同層的多片阻流葉片在其匯聚的方向上并不相交，而是形成一匯聚間隙，作為流體通道。流體通道為流體流入流出的主要通道，卸流間隙為流體流入流出的輔助通道。

優(yōu)選的是：從流體入口向流體出口的方向，沿泵腔內(nèi)側(cè)壁間隔設(shè)置有多層阻流葉片組。

優(yōu)選的是：相鄰的兩層阻流葉片組的卸流間隙交錯(cuò)排布。

優(yōu)選的是：阻流葉片為扇形，同層阻流葉片呈輪輻式分布。

優(yōu)選的是：由流體入口向流體出口的方向，各層阻流葉片組中阻流葉片的葉片面積逐漸減小。

優(yōu)選的是：流體出口處設(shè)置有可拆卸的過濾網(wǎng)。

優(yōu)選的是：過濾網(wǎng)上設(shè)置過濾孔，為錐形孔，且其寬口一端朝向泵腔。

優(yōu)選的是：泵體采用透明材質(zhì)制作。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了漏斗形泵體，且在泵腔側(cè)壁上設(shè)置了阻流體，實(shí)現(xiàn)了一種管道閥、阻流體閥復(fù)合結(jié)構(gòu)的無閥壓電泵結(jié)構(gòu)。流體吸入過程中，漏斗形泵體進(jìn)一步擴(kuò)大了正向和反向的流阻差，可更顯著的提高泵送流體效果。

(2)流體入口和流體出口分別采用錐形擴(kuò)張口，基于此本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種錐形流管無閥壓電泵，利用流體入口和流體出口的不對稱結(jié)構(gòu)，使流體流經(jīng)管路時(shí)阻力(壓力損失)不同，從而使壓電振子每個(gè)收張的工作循環(huán)中，流入和流出泵腔的流量不同，宏觀上實(shí)現(xiàn)單向泵送。

(3)阻流體組分層設(shè)置，朝向流體出口方向，每層阻流體組形成收縮的錐面結(jié)構(gòu)，流體流入時(shí)，有利于渦流形成；流體流出時(shí)，有利于形成流動(dòng)死區(qū)；增強(qiáng)泵送流體效果，減少回流量。且設(shè)置多層阻流體組，及每層阻流體組設(shè)置卸流間隙，有效利用多層流體組，保證充分的渦流效果。

(4)目前，為實(shí)現(xiàn)不同流體的快速均勻混合，大多借助攪拌器或在泵的出入口中設(shè)置特殊的流道機(jī)構(gòu)，增加了系統(tǒng)配置，提高了泵體的加工工藝難度，也不利于泵體的微型化。本發(fā)明可根據(jù)需要配置流體入口的數(shù)量，泵送過程中，實(shí)現(xiàn)多種流體的混合，實(shí)現(xiàn)一泵多用。阻流葉片作為阻流體閥泵送流體，葉片還可以起到激起流體渦的作用，可實(shí)現(xiàn)不同流體間高效混合。

(5)配置過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)可拆卸清洗。過濾孔采用錐形孔，過濾物由過濾孔的窄口端向?qū)捒诙酥饾u堆積，可采用反向清洗技術(shù)，利于過濾網(wǎng)的清洗。過濾孔為激光加工而成微孔，加工工藝簡單，加工難度低，成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為阻流葉片組排布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為過濾孔結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-泵體，2-壓電振子，301-流體入口I，302-流體入口II，4-流體出口，5-阻流葉片，6-卸流間隙，7-過濾網(wǎng)，8-流體通道

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

如圖1-圖3所示，漏斗形無閥壓電泵，包括泵體1、壓電振子2，泵體1具有“Y”形縱剖面，為“Y”形縱剖面繞其縱向中心對稱軸旋轉(zhuǎn)而形成的漏斗形泵體1，且形成由“Y”形寬口端向“Y”形窄口端貫通的泵腔；漏斗形泵體1的寬口端為流體入口端，設(shè)置有至少一個(gè)流體入口；漏斗形泵體1的窄口端為流體出口端，設(shè)置有流體出口4；沿泵腔內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有阻流體5。本實(shí)施例中壓電振子2粘貼在漏斗形泵體1的寬口端；除此外，還可采用其他的安裝方式。

具體的，本實(shí)施例中，設(shè)置有兩個(gè)流體入口，分別為流體入口I301和流體入口II302，可通過兩個(gè)流體入口加入同種或異種流體，實(shí)現(xiàn)泵送流體過程中的流體混合。除此外，也可根據(jù)流體混合需求設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量的流體入口。

流體入口3和流體出口4均為錐形擴(kuò)張口；即沿流體流入泵腔的方向，流體入口3呈擴(kuò)張的錐形；沿流體流出泵腔的方向，流體出口4也呈擴(kuò)張的錐形；且錐形口的錐角范圍為均小于23°。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，錐形口無閥壓電泵的流體入口3和流體出口4的確定與錐形口的錐角范圍有關(guān)。其中錐形口可分為錐形擴(kuò)張口或錐形收縮口，錐形擴(kuò)張口和錐形收縮口的定義是按錐形口錐角的不同來定義的，錐角不同，流體流入和流出的流向也不同，當(dāng)錐角在30°～120°之間的范圍時(shí)，流體沿收縮的錐形口流入量大于沿?cái)U(kuò)張的錐形口的流入量，即宏觀上，流體沿收縮的錐形口流入，錐形口定義為錐形收縮口；當(dāng)錐角小于30°時(shí)，流體沿?cái)U(kuò)張的錐形口的流入量大于沿收縮的錐形口的流入量，即宏觀上，流體沿?cái)U(kuò)張的錐形口流入，錐形口定義為錐形擴(kuò)張口。相對于本申請，采用錐形擴(kuò)張口，當(dāng)錐角范圍為均小于23°時(shí)，為由流體入口3流向流體出口4，且可獲得更好的泵送流體效果。

通過這種結(jié)構(gòu)，組合了錐形流管無閥壓電泵與阻流體無閥壓電泵的結(jié)構(gòu)，壓電振子2在向上隆起、向下凹入往復(fù)振動(dòng)過程中，靠錐形流管和阻流體的共同作用實(shí)現(xiàn)更佳的泵送流體的效果。

傳統(tǒng)的阻流體無閥壓電泵，阻流體常采用球缺、球殼、棱柱、錐臺(tái)等具有非對稱結(jié)構(gòu)的二維、三維結(jié)構(gòu)，為非流線型物體。繞流非流線型物體(如常見的二維或三維鈍體：球缺、半圓柱、三角柱、半球體、錐臺(tái)等)，會(huì)使流體發(fā)生邊界層分離、產(chǎn)生旋渦。而有旋渦產(chǎn)生的地方必然有壓力的變化，這說明旋渦還具有阻力特性，使流體流過鈍體后產(chǎn)生壓力降，部分能量被消耗和轉(zhuǎn)換。大量實(shí)驗(yàn)表明：鈍體的阻力系數(shù)是與過流截面有關(guān)的系數(shù)，也就是說，鈍體的過流截面不同，產(chǎn)生的旋渦所消耗的壓力降就不同，即壓差阻力不同，也就是流體產(chǎn)生的流阻不同。

由此，把具有非對稱特征表面的二維或三維鈍體沿著流動(dòng)方向固定于泵腔中，那么沿來流方向，在鈍體表面就會(huì)產(chǎn)生邊界層分離，形成旋渦，進(jìn)而引起壓差阻力的變化。因鈍體沿兩來流(或出流)方向具有非對稱表面形狀，從而鈍體兩側(cè)產(chǎn)生旋渦的強(qiáng)度不同，也即流體流過該鈍體消耗的能量不同，形成了流阻差，從而在泵振子的一個(gè)振動(dòng)周期中，同時(shí)流進(jìn)、流出流體入口和流體出口4的流量不同，宏觀上形成了泵的單向流動(dòng)。

如圖4所示，與傳統(tǒng)的阻流體結(jié)構(gòu)不同，為了獲得更大的過流截面，本實(shí)施例中，阻流體5采用板狀阻流葉片，沿泵腔內(nèi)側(cè)壁同一水平面，環(huán)繞排布有多片阻流葉片5，形成一層阻流葉片組，且相鄰兩片阻流葉片5間存在卸流間隙6；多片阻流葉片5朝泵腔縱向中心對稱軸的方向匯聚，并形成流體通道，且由阻流葉片5與泵腔內(nèi)側(cè)壁的安裝端，由流體入口向流體出口的方向，阻流葉片呈與泵腔縱向中心對稱軸垂直或向流體出口的方向傾斜。具體如圖2所示，阻流葉片5與泵體的縱向中心對稱軸呈θ角。即同層的多片阻流葉片5在其匯聚的方向上并不相交，而是形成一匯聚間隙，作為流體通道8。流體通道8為流體流入流出的主要通道，卸流間隙6為流體流入流出的輔助通道。

從流體入口向流體出口4的方向，沿泵腔內(nèi)側(cè)壁間隔設(shè)置有多層阻流葉片組。相鄰的兩層阻流葉片組的卸流間隙6交錯(cuò)排布，例如，相鄰兩層阻流葉片組的卸流間隙6可交錯(cuò)45°排布；由流體入口向流體出口4的方向，各層阻流葉片組中阻流葉片5的葉片面積逐漸減小。

阻流葉片5為扇形，同層阻流葉片5呈輪輻式分布。作為一種更具體的實(shí)施，阻流葉片5為圓角扇形葉片，同層阻流體組包括4片阻流葉片5，每片阻流葉片5覆蓋小于90°的扇形范圍，如此，使相鄰的扇形葉片之間形成一定的卸流間隙6。除此外，也可采用其他數(shù)量的阻流葉片5構(gòu)建阻流葉片組，例如，每層阻流葉片組包括3片阻流葉片5，每片阻流葉片覆蓋小于120°的扇形范圍，如此，也可實(shí)現(xiàn)上述卸流間隙6的功能結(jié)構(gòu)。如此，同組的阻流葉片5布設(shè)在泵腔圓周上，朝向流體出口4方向，圍成收斂的錐形面。

當(dāng)泵送一種流體時(shí)，可通過流體入口I301和流體入口II302分別加入同一種流體，或用膠塞堵住其中一個(gè)流體入口，僅使用流體入口I301或流體入口II302。當(dāng)泵送兩種流體時(shí)，同時(shí)從流體入口I301和流體入口II302注入不同的流體，利用阻流葉片組實(shí)現(xiàn)對不同流體間的混合。

泵送流體過程描述：

流體流入過程：壓電振子2向上振動(dòng)過程中，泵腔體積增大。流體經(jīng)流體入口I301、流體入口II302和流體出口4同時(shí)被吸入至漏斗形泵腔內(nèi)，由于阻流葉片5朝向流體入口一側(cè)對流體的阻流小于其朝向流體出口4一側(cè)對流體的阻力，并且，阻流葉片圍成的“收斂的錐形面”的錐形區(qū)域?qū)α黧w的阻力顯著小于葉片錐形面相反的一側(cè)對流體的阻流，因而從流體入口一側(cè)流入的流體的量大于從流體出口4側(cè)流入的流體量。同時(shí)，采用錐形擴(kuò)張口作為流體入口和出口，使入口壓力損失小于出口壓力損失，也使得流體入口流入的流體多。

流體在泵腔內(nèi)流動(dòng)過程：進(jìn)入泵腔后，流體首先繞流與流體入口最接近的一層阻流葉片組，每個(gè)阻流葉片5對流體的撞擊、改向、擴(kuò)散和聚攏的過程中伴隨著漩渦的產(chǎn)生，對流體進(jìn)行高效的混合和攪拌。隨后，一部分流體經(jīng)卸流間隙6流下，至與其相鄰的一層阻流葉片組，同樣經(jīng)過該層的阻流葉片5對流體的撞擊、改向、擴(kuò)散和聚攏的過程中伴隨著漩渦的產(chǎn)生，對流體進(jìn)行高效的混合和攪拌。如此，實(shí)現(xiàn)不同流體間的混合作用。

流體流出過程：壓電振子2向下振動(dòng)過程中，泵腔體積減小。流體經(jīng)流體入口I301、流體入口II302和流體出口4同時(shí)排出漏斗形泵腔。由于阻流葉片組與流體入口相對一側(cè)(圓弧面?zhèn)?對流體的阻力小于其與流體出口4相對一側(cè)(陡直面?zhèn)?對流體的阻力，因而從流體出口4排出的流體多于從流體入口排出的流體，特別的，如圖1所示，流體經(jīng)由流體入口排出時(shí)，漏斗寬口端與流體入口端部的漏斗形泵腔形成的夾角α幾乎成為流動(dòng)的“死區(qū)”，阻止流體經(jīng)流體入口流出。同時(shí)，在這一過程中，流體入口對流體的阻力大于流體出口對流體的阻流，也使流體入口流出的流體少。

流體出口4處設(shè)置有可拆卸的過濾網(wǎng)。如圖5所示，過濾網(wǎng)上設(shè)置過濾孔，為錐形孔，錐角為β，且其寬口一端朝向泵腔。這種結(jié)構(gòu)保證流體經(jīng)流體出口4流出泵腔時(shí)，首先經(jīng)過的為過濾孔的寬口端。過濾物由過濾孔的窄口端向?qū)捒诙酥饾u堆積。

當(dāng)流體需要過濾時(shí)，將過濾網(wǎng)卡在流體出口4外端，不需要過濾時(shí)將網(wǎng)蓋取下。過濾網(wǎng)過濾流體時(shí)，流體中的大分子、顆粒、雜質(zhì)、塵埃等流經(jīng)孔網(wǎng)時(shí)會(huì)被網(wǎng)孔攔截住，達(dá)到過濾流體的目的。過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔要保持通暢狀態(tài)才能提高過濾效率，因此需要經(jīng)常對管網(wǎng)進(jìn)行清潔或更換。因過濾網(wǎng)置于泵腔的外部，網(wǎng)蓋的清洗或更換不需要拆裝泵結(jié)構(gòu)，因而清洗及更換更方便。錐形過濾孔的設(shè)計(jì)也有利于過濾網(wǎng)的反向清洗。

本發(fā)明中，壓電振子和過濾網(wǎng)為非加工件，只有泵體為加工件，阻流葉片與泵體之間為一體化結(jié)構(gòu)或可拆卸結(jié)構(gòu)。若泵體與阻流葉片間為一體化結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的加工方法不易獲得，可采用快速原型制造技術(shù)一次加工成型，如：光固化成型、選擇性激光燒結(jié)成型、熔融沉積成型、3D打印成型等工藝獲得，方便快捷，加工成本低。尤其是，泵體可加工成透明件，方便觀察流體的混合泵送效果。