专利名称：旋转嵌块无阀压电泵的制作方法
技术领域：
本发明属于流体机械领域，涉及一种旋转嵌块无阀压电泵。
背景技术：
属于容积式的压电泵如果按阀体分类的话，可分为有阀与无阀压电泵。若将阀定义为在泵的吸入和吐出过程中，至少有一时点，使泵腔与吸入口或吐出中之间，产生不连通的机械装置，那么所谓“无阀”就是在任意时刻，泵腔与入口或排口之间都是连通的。此时，流体的单向流动是依靠特殊的机械装置。这种装置利用了流体的性质，使得泵腔始终与吸入与排出口连通，而又可驱使流体单向流动。目前，无阀压电泵多采用一对互为倒置的锥形流管的形式，图1所示为锥形流管无阀压电泵。在图1中1为泵体，2为压电振子，3为锥形流管A、4为与3放置相反的锥形流管B。压电振子2作为泵体1的上盖固接在泵体上。一对互为相反放置的锥形流管3和4，固接在泵体的吸入口和排出口上。泵腔只有两个锥形流管3和4与外界连通。如果在压电振子2的两端施加交变电压，它就会产生交替伸长与收缩变形，这样在压电振子2、泵体1、两个锥形流管3和4所组成的空间内就形成了容积变化泵腔。而泵流量的调节则依靠变频电路，通过调节施加在压电振子上电压的频率来控制泵的流量。这种方法不仅需要复杂的变频电路来控制泵流量，而且不能改变流体的流动方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过旋转泵腔内嵌块而控制无阀压电泵流量和流向的压电泵，以替代目前的锥形流管辅以控制压电振子振动频率来控制泵流量的模式。
本发明提供了一种无需附加变频电路而可控改变流量的无阀压电泵，并且本发明不仅可以改变无阀压电泵的流量，而且可以改变无阀压电泵的流动方向。本发明所采用的技术方案参见图2～3，压电振子2与泵体6固联，压电振子2的正对面为可旋转的旋转嵌块5，该旋转嵌块5与泵体6间隙配合联接，旋转嵌块5正对着压电振子2的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交的平面构成非对称起伏形状，这组波纹单元与压电振子2之间构成锥形流道，构成波纹单元的两平面的交线称为波纹线，全部波纹单元的波纹线构成一组平行线，由于旋转嵌块5可以在泵体内旋转，所以波纹线与泵腔吸入口、排出口的轴线形成的夹角β可在0°至360°之间变化，该变化会引起起伏面被过吸入口和排出口轴线且垂直于压电振子的平面所截的截面的锥形角发生变化，等价于锥形流管的锥形角发生了改变，从而导致流量及流动方向的变化当倾角β＝0°时，流量为0；当倾角β＝90°时，流量最大；流量当倾角β＞90°时，流量减小；当倾角β＝180°时，流量为0；当倾角β＞180°时，流体的流动方向发生改变；当倾角β＝270°时，反方向流量最大。
图3(b)中的D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn即为波纹平面的交线，即波纹线。D1-D1、D2-D2、……Dn-1-Dn-1、Dn-Dn之间相互平行。吸入口和排出口的轴线为C-C；则C-C与任意波纹线Di-Di成零角度夹角时，旋转嵌块无阀压电泵将不能实现流体输送，C-C与Di-Di成非零角度夹角时，旋转嵌块无阀压电泵均能实现流体输送。
由于波纹与泵腔底面所夹的锐角不同，所以产生的流阻不同，从而在压电振子往复运动时，往复流过泵腔中的流体会产生流量差，这一流量差在宏观上表现为单一运动方向的液体流动。具体的旋转旋转嵌块的无阀压电泵工作原理可以作如下解释。
图4为吸程工作原理图。压电振子2向上运动时，即图4(a)中压电振动子2从E-E位置移动到F-F位置泵腔容积增加，流体通过旋转嵌块5被吸入泵腔，由于非对称波纹的存在，非对称波纹的山顶将非对称波纹划分为收缩管与扩张管，至于具体何时为收缩管，何时为扩张管，要由瞬时泵内的流动方向决定。考虑旋转嵌块5中的任意一个波纹，倾角不等的旋转嵌块分别从左与右两侧同时向右与左流动；假设此时的流动发生在从左向右流动时山顶的左侧，再从右向左流动时山顶的右侧；在图3(a)中旋转嵌块右倾角小于左倾角，左右倾角均属于收缩管，但是由于右倾角小于左倾角，旋转嵌块5中任意一个波纹的右收缩管流阻小于左收缩管流阻；在收缩管段内，流阻大流量小，从左收缩管向右流动的瞬时流量小于从右收缩管向左流动的瞬时流量。当流动越过山顶，前述的假设流动，就发生在从左向右流动时下一个山顶的右侧，再从左向右流动时下一个山顶的左侧；在图3(a)中旋转嵌块右倾角小于左倾角，左右倾角均属于扩张管，但是由于右倾角小于左倾角，旋转嵌块5中波纹的右扩张管流阻小于左扩张管流阻；在扩张管段内，流阻大流量小，从左扩张管向右流动的瞬时流量大于从右扩张管向左流动的瞬时流量。而综合上述结果吸程时，波纹小倾角边大于波纹大倾角边的瞬时流入泵腔的流量。
排程工作原理与吸程同理。用上述方法分析可以得到，排程时，波纹小倾角边小于波纹大倾角边的瞬时流出泵腔的流量。
这样反复的出现吸入与排出工程，宏观上波纹小倾角边就成为吸入口，波纹大倾角边就成为排出口，流体从波纹小倾角边流入泵腔，流体从波纹大倾角边流出泵腔，也就实现了单方向流动。
当收缩管或扩张管的锥角发生变化时，其流动阻力也发生相应的变化。应用此原理即可实现通过旋转旋转嵌块5来实现调节泵流量。定义过吸入口和排出口轴线且垂直于压电振子的平面为主平面，如图5所示。流体宏观的流动方向是沿着主平面方向的。当旋转嵌块5旋转时，每个波纹单元被主平面P所截的三角形截面的角度发生变化，即锥角∠BDC和∠CBD发生了变化。这将导致流经它们的流体的流动流动阻力发生变化，从而导致流量或流向的变化。当倾角β＝0°时，流量为0。当倾角β＝90°时，流量最大。流量当倾角β＞90°时，流量减小。当倾角β＝180°时，流量为0。当倾角β＞180°时，流体的流动方向发生改变。当倾角β＝270°时，反方向流量最大。
本发明摒弃了锥形流管，并可以在不需要附加变频电路的情况下，仅仅通过旋转泵腔内的嵌块就可完成泵的流量调节。并且本发明不仅可以调节无阀压电泵的流量，而且可以改变通过无阀压电泵的流体的流动方向，即泵的吸入口和排出口可以相互颠倒。
图1是传统的锥形流管无阀压电泵；其中1、锥形流管压电泵泵体 2、压电振子 3、锥形流管A 4、锥形流管B图2是本发明的旋转嵌块无阀压电泵；图2(a)为图2(b)的C-C截面，图2(b)为图2(a)的A-A截面；其中5、旋转嵌块 6、旋转嵌块压电泵泵体图3(a)是旋转嵌块的主视图；图3(b)是旋转嵌块的轴侧图；图4吸程工作原理图；图5波纹单元被主平面所截示意图；图6本发明的实施例；图6(a)为图6(b)B-B截面，图6(b)为图6(a)A-A截面；其中7、密封盖 8、固定板螺钉 9、导管 10、泵腔盖 11、螺钉12、内嵌磁铁 13、外置驱动磁铁。
具体实施例方式
本发明的实施例结构如图6示，采用压电振子为30mm；工作电源为电压220V，50Hz交流电；压电振子的α1＝90°，α2＝30°，波纹数n＝4时，以水为实验用工作介质，泵的左右两侧流道产生最大为压差6mm的水柱。
导管9用市售密封胶固接在泵腔上盖10上，密封盖7与上盖10使用固定板镙钉8固定，旋转嵌块5与泵体6在上盖10安装前采用间隙配合的方式装配在一起，内嵌磁铁12胶接在旋转嵌块5内，上盖10与泵腔6用镙钉11紧固在一起。压电振子2为市售非标准件，螺钉11为标准件，其它泵所用零件均由有机玻璃或金属加工而成，旋转嵌块5被外置驱动磁铁13驱动，当外置驱动磁铁13旋转时，旋转嵌块5被带动旋转。
权利要求
1.旋转嵌块无阀压电泵，包括泵体(6)、与泵体(6)固联的压电振子(2)，其特征在于在压电振子(2)的正对面设置有可旋转的旋转嵌块(5)，该旋转嵌块(5)与泵体(6)间隙配合联接，可在泵体(6)内旋转，旋转嵌块(5)正对着压电振子(2)的一面是波纹起伏形状，每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交的平面构成非对称起伏形状，这组波纹单元与压电振子(2)之间构成锥形流道，全部波纹单元的波纹线构成一组平行线，所述的波纹线为构成波纹单元的两平面的交线。
全文摘要
本发明为可改变流量与流向的无阀压电泵。压电振子(2)的正面为旋转嵌块(5)，它与泵体(6)间隙配合，且面向压电振子(2)的一面是波纹状。每个波纹单元由两个与泵腔底面所夹锐角不等的相交平面构成。这组波纹单元与压电振子(2)共同构成锥形流管。波纹单元的两平面交线为波纹线，波纹线间相互平行。旋转嵌块(5)可在腔内旋转，故波纹线与吸入口、排出口轴线间的倾角β可在0°至360°间变化，导致波纹面被过吸入口和排出口轴线且垂直于压电振子的平面所截的截面锥角发生变化，等价于锥形流管的锥角发生改变，导致流量或流向的变化。本发明可以在不需要附加变频电路的情况下，仅仅通过旋转泵腔内的嵌块就可完成泵的流量调节及流向转变。
文档编号F04B45/00GK1743671SQ200510114209
公开日2006年3月8日 申请日期2005年10月21日 优先权日2005年10月21日
发明者张建辉, 夏齐霄, 路计庄 申请人:北京工业大学