专利名称：内置波纹渠道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，涉及一种内置波纹渠道无阀压电泵。
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排出过程中，至少有一时点，使泵腔与吸入口或排出中之间，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。
对于上述一对互为倒置的锥形流管结构形式，吸入时流入泵腔流体量少的锥形流管，排出时流出泵腔流体量多。反之吸入时流入泵腔流体量多的锥形流管，排出时流出泵腔流体量少。上述结构也就构成了可以动态实现单项流动的泵。
锥形流管无阀压电泵省去了复杂的阀体机构，有利于压电泵的小型化，提高可靠性。但锥形流管外伸至泵腔之外，无疑增大了压电泵的结构尺寸，不利于压电泵的进一步小型化，特别是在微机电系统中的微小化和高密度集成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够进一步减小体积及结构尺寸的无阀压电泵以适应压电泵的微小化及其在微纳米级尺度机械上的应用，压电泵的尺寸大小很大程度上决定于机械零部件结构大小。本发明剔除了泵腔外一对互为倒置的锥形流管结构，使泵腔与吸入口或排出口之间，产生不连通的机械装置，即“无阀”机械装置，由内置波纹渠道结构装置替代，完成了在任意时刻，泵腔与吸入口或排出口之间都是连通的且可实现单项流动的目的，没有泵腔外倒置的锥形流管结构的泵尺寸可大幅度减小，且在微加工领域波纹渠道腔底结构比锥形流管容易加工，精度也容易保证。比较起来内置波纹渠道无阀压电泵的成本要大幅度低于锥形流管无阀压。
本发明提供的一种无阀压电泵，如图2所示，压电振子2与泵体1固联，其特征在于泵腔内部有一个内置波纹渠道5，内置波纹渠道5位于压电振子2的正对面，它是沿吸口与排口轴线两侧形成宽度变化的渠道，渠道的侧壁是波纹起伏形状，波纹起伏形状是由一系列与渠道轴线所夹角度不等的相交的平面构成，每对相交平面构成一个波纹单元，相邻波纹单元之间有间距(图3(a))或没有间距(图3(b))，在两侧壁上相对放置一对波纹单元构成两个锥度不等的流道，形成渠道单元，内置波纹渠道5就是由一系列渠道单元构成的。
图4为内置波纹渠道。它由一系列渠道单元串联构成。每个渠道单元由两个与渠道轴线夹角不等的平面构成波纹形状。波纹的两面为非对称的。其目的是利用流体在沿左和右两方向流动时，由于两波纹面所夹的锐角不同，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。具体的内置波纹渠道无阀压电泵工作原理可以作如下解释。
图5为吸程工作原理图。压电振子2向上运动时，即图5(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，流体通过内置波纹渠道5被吸入泵腔，由于波纹是非对称的，波纹的顶部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。考虑内置波纹渠道5中的任意一个渠道单元，倾角不等的内置波纹渠道分别从左与右两侧同时向右与左流动；假设此时的流体先从左向右流动，再从右向左流动；由于在图5(a)中内置波纹渠道右倾角小于左倾角，左右倾角均属于收缩管，但是由于右倾角小于左倾角，内置波纹渠道5中任意一个波纹的右收缩渠道流阻小于左收缩渠道流阻；在收缩渠道段内，流阻大而流量小，从左收缩渠道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。当流过窄流道时，前述的假设流动，就发生在从左向右流动时下一个窄流道的右侧，再从左向右流动时下一个窄流道的左侧；在图5(a)中内置波纹渠道右倾角小于左倾角，左右倾角均属于扩张管，但是由于右倾角小于左倾角，内置波纹渠道5中波纹的右扩张渠道流阻小于左扩张渠道流阻；在扩张渠道段内，流阻大则流量小，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。
图1是传统的锥形流管无阀压电泵；其中1.压电泵泵体 2.压电振子 3.锥形流管A 4.锥形流管B图2是本发明的内置波纹渠道无阀压电泵；图2(a)为图2(b)的B-B截面，图2(b)为图2(a)的A-A截面其中5.内置波纹渠道图3为波纹单元串联图；图3(a)为两波纹单元无间距，图3(b)为两波纹单元有间距图4是波纹嵌块；图4(a)为图4(b)的A-A截面，图4(b)为俯视5吸程工作原理图；
图5(a)为图5(b)的B-B截面，左右两侧的箭头表示流体流动方向，向上的箭头表示压电振子运动方向图5(b)为图5(a)的A-A截面，左右两侧的箭头表示流体流动方向图6本发明的实施例；图6(a)为图6(b)的B-B截面，图6(b)为图6(a)的A-A截面其中6.泵腔盖 7.导管具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的优选实施例本发明实施例的结构如图6示，采用压电振子为30mm；工作电源为电压220V，50Hz交流电；内置波纹渠道5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4mm的水柱。
导管7用市售密封胶固接在泵腔盖6上，压电振子2用市售密封胶固接在泵腔盖6上，内置波纹渠道5与泵体1在泵腔盖6安装前采用过盈配合的方式装配在一起，泵腔盖6与泵腔1用镙钉紧固在一起。压电振子2为市售非标准件，螺钉为标准件，其它泵所用零件均由有机玻璃或金属加工而成。
权利要求
1.内置波纹渠道无阀压电泵，包括泵体(1)、与泵体(1)固联的压电振子(2)，其特征在于还包括设置在泵腔内部、位于压电振子正对面的内置波纹渠道(5)；所述的内置波纹渠道(5)是沿吸口与排口轴线两侧形成宽度变化的渠道，是由渠道单元串接构成的；其中所述的渠道单元是由在吸口与排口轴线两侧相对放置一对波纹单元构成的两个锥度不等的流道；所述的波纹单元是由与渠道轴线所夹角度不等的一对相交的平面构成，相邻的波纹单元之间有间距或没有间距。
全文摘要
本发明属于流体机械领域，涉及一种内置波纹渠道无阀压电泵。目前的无阀压电泵在泵腔外安装控制流体流动方向的部件，不利于其小型化。本发明的压电振子(2)与泵体(6)固联，压电振子(2)的正对面为内置波纹渠道(5)，它是沿吸口与排口轴线两侧形成宽度变化的渠道，渠道的侧壁是波纹起伏形状，该形状是由一系列与渠道轴线所夹锐角不等的相交的平面构成，每对相交平面构成一个波纹单元，相邻波纹单元之间有或没有间距，在两侧壁上相对放置的一对波纹单元构成两个锥度不等的流道，形成渠道单元，内置波纹渠道(5)即由一系列渠道单元构成。该结构省略了安装于泵腔之外的流体流动方向控制装置。达到了无阀压电泵的微小型化的目的。
文档编号F04B43/04GK1743670SQ20051011267
公开日2006年3月8日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者张建辉, 夏齐霄, 李洪 申请人:北京工业大学