專利名稱：一種基于附壁效應(yīng)的無閥壓電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流體傳輸與控制以及微機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于附壁效應(yīng)的無閥壓電泵。
背景技術(shù)：
壓電泵是機(jī)械式微泵的一種，屬于容積泵，廣泛應(yīng)用在藥物微量輸運、細(xì)胞分離、電子產(chǎn)品(如CPU)降溫、燃料微量噴射、化學(xué)微分析、管道流動中轉(zhuǎn)捩控制等領(lǐng)域；依據(jù)有無閥片結(jié)構(gòu)，可將壓電泵分為有閥壓電泵和無閥壓電泵兩類，有閥壓電泵具有閥片結(jié)構(gòu)，不易加工，限制泵體微型化，且工作頻率一般較低；無閥壓電泵結(jié)構(gòu)簡單，更適合于微型化，可以滿足在高頻頻率下的工作要求，且流體介質(zhì)不會因為閥片結(jié)構(gòu)而被隔斷，避免一些敏感介質(zhì)受到影響；大多數(shù)無閥壓電泵的結(jié)構(gòu)是在泵腔連接兩個特殊結(jié)構(gòu)流管，利用特殊結(jié)構(gòu)流管兩個方向上流動的流阻差異產(chǎn)生泵送效果，常見的特殊結(jié)構(gòu)流管有錐形管，tesla管， 三通管等，特殊結(jié)構(gòu)流管產(chǎn)生的流阻差異越大，則容積效率越高，但通過改變流管結(jié)構(gòu)參數(shù)難以得到很大的流阻差異，這導(dǎo)致大部分此類結(jié)構(gòu)的無閥壓電泵容積效率很低，與有閥壓電泵相比流量偏小，利用附壁效應(yīng)改變射流方向的射流控制元件具有結(jié)構(gòu)簡單，易于控制的特點，可以被應(yīng)用于無閥壓電泵的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有無閥壓電泵容積效率低的不足，提供一種基于附壁效應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡單、容積效率高的無閥壓電泵。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定于泵蓋上方，泵蓋上設(shè)置泵進(jìn)口和泵出口，泵體上設(shè)置泵腔、進(jìn)口腔、出口腔以及三通管；進(jìn)口腔與泵進(jìn)口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進(jìn)口流管和出口流管，進(jìn)口流管與進(jìn)口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特征在于匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進(jìn)口流管的管壁與泵腔為尖角連接。匯流管最小截面寬度a取值范圍為40 μ m至Imm,過渡圓角半徑r為O. 25至2倍的匯流管最小截面寬度，匯流管長度L為2至10倍的匯流管最小截面寬度，匯流管錐角4為20°至60°，其他結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)為常規(guī)取值。當(dāng)壓電振子變形使泵腔變小時，該泵處于排出過程，泵腔流體進(jìn)入?yún)R流管時圓角過渡連接處壓力損失小，尖角過渡連接處壓力損失大，導(dǎo)致匯流管兩側(cè)壓強(qiáng)不同，由于附壁效應(yīng)，泵腔排入?yún)R流管的流體沿著圓角過渡的側(cè)壁流入出口流管，由泵出口流出，此過程除從泵腔中排出的流體外，還有進(jìn)口流管中的部分流體被卷吸進(jìn)入出口流管，當(dāng)壓電振子變形使泵腔變大時，該泵處于吸入過程，經(jīng)由進(jìn)口流管和出口流管流入泵腔的流量基本相同，進(jìn)口流管(或出口流管)兩個方向上流量的差值為一個周期的泵送流量。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，泵的容積效率可達(dá)50%以上。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)剖視圖2為本發(fā)明俯視圖
圖3為圖1中A-A剖面圖4是圖3中I局部放大圖5為圖2中B-B剖面圖6是本發(fā)明排出過程工作原理圖；
圖7是本發(fā)明吸入過程工作原理圖8是實施例1在排出過程中的速度矢量圖9是實施例1在吸入過程的速度矢量圖10是實施例1 一個周期內(nèi)進(jìn)口流管和出口流管的瞬時流量曲線；
圖11是實施例1的結(jié)構(gòu)尺寸；
圖中1.壓電振子；2.泵蓋；3.泵腔；4.三通管；5.泵體；6.泵進(jìn)口 ；7.泵出口； 8.進(jìn)口腔；9.出口腔；10.匯流管；11.進(jìn)口流管；12.出口流管。
具體實施例方式如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明包括泵體5、泵蓋2和壓電振子1，泵體5和泵蓋2鍵合，壓電振子I通過黏結(jié)劑固定于泵蓋2上方，泵蓋2上鉆孔加工出泵進(jìn)口 6和泵出口 7，泵體5上一次加工出具有相同深度的泵腔3、進(jìn)口腔8、出口腔9以及三通管4 ;泵腔3位于壓電振子I下方，進(jìn)口腔8與泵進(jìn)口 6連通，出口腔9與泵出口 7連通，三通管4的所有截面為矩形，其兩分流管分別為進(jìn)口流管11和出口流管12，與進(jìn)口腔8和出口腔9連通，匯流管10為平面錐管，與泵腔3連通。匯流管10靠近出口流管12的管壁與泵腔3為圓角過渡連接，靠近進(jìn)口流管11的管壁與泵腔3為尖角連接；本發(fā)明工作時，加載交變電壓使壓電振子5振動，并帶動泵蓋2的一部分隨之運動，使泵腔體積發(fā)生變化，壓電振子5向下振動為排出過程，泵腔3體積減
小，泵腔3內(nèi)壓強(qiáng)大于外界，流體從泵腔3經(jīng)由三通管4排出，其流量為12,,三通管4中流動
情況如圖6所示；該流動為射流狀態(tài)，由于匯流管10靠近出口流管12的管壁與泵腔3為圓角過渡連接，壓力損失?。欢拷M(jìn)口流管11的管壁與泵腔3為尖角連接，壓力損失大，根據(jù)附壁效應(yīng)原理，在很短時間內(nèi)，射流將會偏轉(zhuǎn)并沿著有圓角過渡的匯流管10的管壁流向出口流管12，而另一側(cè)管壁附近出現(xiàn)回流漩渦，即泵腔中的流體從出口流管12流出，同時
進(jìn)口流管11中的部分流體被卷吸進(jìn)入出口流管12,流量為ρ η ,從出口流管12流出的總流 壓電振子5向上振動為吸入過程，泵腔3體積增大，泵腔3內(nèi)壓強(qiáng)小于外界，流體由三通管4流入泵腔3，由于壓電振子5向上振動和向下振動的變形量相同，所以流量為1 ，三通管4中流動情況如圖6所示；從泵進(jìn)口 6經(jīng)由進(jìn)口流管11流入的流量為，從栗進(jìn)
口 7經(jīng)由出口流管I2流入的流量為C.ar,C和1^ 基本相等，即私== ^一個泵送周期包括一個排出過程和一個吸入過程為，一個周期內(nèi)泵進(jìn)口 6吸入的流量為4，泵出口 7排出的流量為，即為泵的泵送流量；壓電泵容積效率
為凈流量與一個泵送周期內(nèi)泵腔體積變形量之比，如式(I)所示，由該式可知，本發(fā)明涉及的無閥壓電泵容積效率可達(dá)50%以上；
權(quán)利要求
1.一種基于附壁效應(yīng)的無閥壓電泵，包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定于泵蓋上方，泵蓋上設(shè)置泵進(jìn)口和泵出口，泵體上設(shè)置泵腔、進(jìn)口腔、出口腔以及三通管；進(jìn)口腔與泵進(jìn)口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進(jìn)口流管和出口流管，進(jìn)口流管與進(jìn)口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特征在于匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進(jìn)口流管的管壁與泵腔為尖角連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于附壁效應(yīng)的無閥壓電泵，其特征在于匯流管最小截面寬度a取值范圍為40 μ m至1mm，過渡圓角半徑r為O. 25至2倍的匯流管最小截面寬度，匯流管長度L為2至10倍的匯流管最小截面寬度，匯流管錐角弋力20°至60°值。
全文摘要
本發(fā)明涉及微流體傳輸與控制以及微機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于附壁效應(yīng)的無閥壓電泵。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括泵體、泵蓋和壓電振子，泵體和泵蓋鍵合，壓電振子固定于泵蓋上方，泵蓋上設(shè)置泵進(jìn)口和泵出口，泵體上設(shè)置泵腔、進(jìn)口腔、出口腔以及三通管；進(jìn)口腔與泵進(jìn)口連通，出口腔與泵出口連通，三通管的兩分流管分別為進(jìn)口流管和出口流管，進(jìn)口流管與進(jìn)口腔連通，出口流管和出口腔連通，三通管的匯流管為平面錐管，與泵腔連通，其特征在于匯流管最小截面處靠近出口流管的管壁與泵腔為圓角過渡連接，靠近進(jìn)口流管的管壁與泵腔為尖角連接。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，易于微型化，泵的容積效率可達(dá)50%以上。
文檔編號F04B53/00GK103016318SQ20121053633
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者楊嵩, 袁壽其, 何秀華, 蔡盛川, 韋丹丹 申請人:江蘇大學(xué)