一种驱动流体的压电流体泵的改进设计,对于压电流体泵的射流孔的设置布局进行优化,充分利用泵腔内的高压区域里的高压流体的全部能量,依据仿真结果的压力场分布,优化设置布局多个射流孔,得到泵流量的显著提升。
背景技术:
1、在压电泵等射流泵的设计中,类似cn101542122a设计的如图4(cn101542122a的原附图1)所示的压电微型鼓风机,即压电驱动的气体射流泵有许多。其中压电致动部件压电陶瓷1在交变信号驱动下,上下弯曲变形并驱动空气,使得泵腔内产生大的正压或负压:正压时段内,泵腔内的流体(空气)自泵腔上壁中心的小孔高速射出,形成圆柱状的流体高速射流,穿过隔层后通过泵壳的对应的第二个小孔而流出(如图4中的d所示意)。负压时段中,空气隔层中的流体(空气)被吸入泵腔(如图4中的b示意)。从而获得不需要逆止阀的无回流流体射流泵。
技术实现思路
1、通过理论计算和仿真模拟,得到该泵工作时,泵腔里压力最大时刻的压力分布如图5所示(因为是轴对称模型,是以左侧边缘的垂线为轴的旋转对称模型的半边剖视图,相当于图4从中心垂直对剖后的右半部分),可以看出最大压力为13kpa,最大压力分布在泵的中心开孔(直径0.6毫米)的外侧周围大约距泵中心1~4毫米范围内(图5中10指向的范围,指以泵中心为圆心,直径1毫米和直径4毫米的圆之间所构成的圆环区域。图中最下一层是压电陶瓷,图中宽度为陶瓷的半径5.5毫米)。由此分析,现有技术采用的单个位于泵中心射流孔组(指泵腔上壁的小孔和对应的泵外壳上的小孔,原文献里的第一和第二开口部),对泵的有效压力能量利用不足,仅仅利用了泵中心的局部很小范围的高压区域的能量。对于高压区域中,超出距泵中心1毫米以外的大片高压区域的能量没有有效利用,可能存在较大的改进空间。为此,提出改进设计,在泵的中心以外的0.5到4毫米的圆环状区域内设置一个以上的、如四个射流孔或缝的组合,使得泵的直径4毫米左右的圆形高压区的压力能量得到充分地利用。可以是在上述区域以泵中心为圆心,直径1.2毫米的圆上均布的四个圆孔射流孔组(圆孔半径小于圆孔圆心所在圆心线的圆的半径,如圆心线的圆半径0.6毫米,圆孔半径0.5毫米或以下)、也可以是在以泵中心为圆心,直径1.2毫米的圆上均布四个圆弧状的狭缝射流孔组,分别如图2、图3所示。如此设置的多个射流孔组同时兼顾了泵中心和高压区域外缘的全部高压能量。试验证实,在以泵中心为圆心,直径1.2毫米的圆上均布四个圆孔射流孔组的设计,同样采用不锈钢材质,流量为1200ml/min,明显大于仅在中心设置单个射流孔组的现有技术的600ml/min的流量(见cn101542122a的原附图8),流量大幅提升到现有技术的200%。
2、由于泵腔内的圆形高压力区的直径是与驱动源的压电材料的直径直接相关的,从计算和仿真结果看高压力区的外缘直径在压电陶瓷直径的~2/5范围内。因而,本设计的多个射流孔组,为了充分利用高压区域中心和外侧的全部高压能量,分布在围绕泵中心的两个圆之间的圆环区域内:圆环的内圆直径为不小于压电陶瓷直径的1/15,圆环的外圆直径为不大于压电陶瓷直径的2/5。由于如此布局的多个射流孔组,充分利用了全部高压区域的高压能量(或低压时段对应的低压能量),兼顾了从泵中心到高压区域外缘的全部高压能量,因而泵中心是否设置射流孔已经无关紧要了。
1.一种驱动流体的压电射流泵,由压电材料、不锈钢垫片、振膜、泵腔、第二振膜、隔层、泵的外壳等构成,第二振膜和泵的外壳上设置有一一对应的小孔或狭缝的射流孔组成的射流孔组,泵腔压缩时流体形成高速射流,由泵腔经一一对应的射流孔穿过第二振膜、隔层和外壳流出泵体,其特征在于,所述的射流孔组有大于等于两个。
2.由权利要求1所述的驱动流体的压电射流泵,其特征还在于,所述的大于等于两个的射流孔组分布在以泵中心为圆心,直径为压电材料直径的1/15~2/5的圆上。
3.由权利要求1所述的驱动流体的压电射流泵,其特征还在于,所述的大于等于两个的射流孔组分布在以泵中心为圆心,直径为0.5~4毫米的圆上。
4.由权利要求1所述的压电流体泵,其特征还在于,泵外壳上的多个射流孔可以合并代替为一个孔。