输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究

为了提高压电泵的输出能力,采用压电双晶片进行驱动,设计了双腔并联被动截止阀压电泵,并加工了试验样机.对不同压电振子驱动方式(同步驱动或异步驱动)的双腔并联压电泵输出性能的影响规律进行了理论分析,分别以液体和气体为介质对样机进行了试验测试.测试结果表明:在110 V驱动电压下,工作频率小于400 Hz时,输送液体最大输出流量为1 330 mL/min,2个振子异步驱动泵的输出能力好于同步驱动;输送气体最大输出流量为950 mL/min时,2个振子同步驱动和异步驱动泵的输出能力基本接近,从而确定了双腔并联压电泵输送流体时的最佳工作方式.

层叠型双腔并联压电泵结构设计

为减小双腔并联压电泵的泵体体积,采用新的设计方法设计了一种新型层叠型双腔并联有阀压电泵。将层叠型与一字型双腔并联泵的泵体体积进行比较,前者的体积为38 400 mm3,后者体积为59 904 mm3,前者是后者的0.64倍。分别以水和空气为介质对2种结构压电泵进行输出性能试验,试验结果显示:层叠型输送气体流量和输送液体压力好于一字型,最大输送气体流量为3 834 mL/min,最大输送液体压力为21.2 kPa;而输送液体流量不及后者,最大输出流量为744 mL/min。结果表明,层叠型结构极大减小了双腔并联压电泵体积,并在输出性能方面有所提高。

多腔体并联锥形管无阀压电泵输出流量研究

分析了压电振子各个振动状态下锥形管无阀压电泵的输出流量,推导出流量公式,分析了并联结构下多腔体的整体输出流量与单个腔体输出流量之间关系。设计制作了两腔体、四腔体并联扁锥管无阀压电泵样机并进行了流量测试,实验测得四腔体并联结构最大输出流量可达9.2mL/min。

四腔并联压电泵结构设计

为提高压电泵的输出性能,设计了一种层叠型四腔并联有阀压电泵。在80 V正弦交流电驱动下,40~400 Hz工作频率内,以水和空气作为介质,分别选用不同数量的压电振子进行驱动,在不同的驱动方式(指振子间工作时的相位差)下对泵的输出性能进行试验测试。结果显示,当泵送空气时,不管多少个振子进行驱动,驱动方式对泵的输出流量几乎不产生任何影响,在测试频率范围内,输出流量随频率成线性变化,最大输出气体流量可达3600 mL/min;当泵送液体时,驱动方式对泵的输出流量影响很大,当同侧的压电振子为异步驱动时,输出流量的效果更好,在工作频率180 Hz时,最大输出液体流量可达830 mL/min。试验结果为多振子驱动压电泵选择合适的振子间驱动方式提供了参考依据。

并联三通全扩散/收缩管无阀压电泵的性能

采用流固耦合的方法,对三通全扩散/收缩管单腔无阀微泵进行了数值模拟计算,并进行试验验证,结果表明:当激励电压幅值为100 V时,在50～175 Hz范围内,微泵的流量随频率的增大而增大,计算值与试验值的最大误差为12%;当确定频率为100 Hz时,微泵流量随电压的增大而线性增大;试验结果较好地验证了数值模拟方法的可行性.在此基础上,针对单腔无阀微泵低流量、低输出压力的缺点,设计并研究了基于三通全扩散/收缩管的并联结构无阀压电泵.应用上述数值模拟方法,分析了并联结构下两振子振动相位差对微泵流量的影响,绘制出了不同相位差下并联微泵流量图和微泵在1个周期内瞬时流量图,并与单腔结构的微泵进行了性能对比.结果表明:并联结构下微泵流量随振子振动相位差的变化不大;在相位差为180°时流量最大,为0.367 mL/min;在相位差为360°时微泵实现了流量的连续输送,其流量为0.349 mL/min,性能较单腔结构微泵有了较大的提高.

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比(压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值)下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.

层叠型双腔并联压电泵性能研究

为提高层叠型双腔并联压电泵的输出性能,在出口通孔处设计了隔板结构,以阻止流体同时出流时产生的正向碰撞和向对面腔内回流问题。采用液体水和空气作为输送介质,对试验样机进行了试验测试,结果表明:隔板结构可以大幅度提高层叠型双腔并联压电泵输送液体介质的能力,在80 V正弦交流电驱动下,最大输出流量可达460 mL·min^(-1),与没有隔板结构比较,输出流量可提高约30%。对该结构压电泵单个振子驱动与2个振子驱动时的关系进行了试验验证,结果表明:当工作介质为气体时,不管是同步驱动或异步驱动,2个振子工作时输出流量约为2个单个振子独立工作时输出流量之和;当工作介质为液体时,在2个振子同步驱动时输出流量出现小于单个振子工作时的输出流量情况,而异步驱动输出流量约为2个单个振子独立工作时输出流量和的1.4倍。

三腔并联气体压电泵设计

为提高压电泵输送气体能力,采用了一种开启压力较小、截止效果好的伞形橡胶阀,设计制造了三腔并联气体压电泵。试验测试了在3种工作方式下三腔并联压电泵的输出流量。结果显示：当3个振子同相工作时输出效果最好。将输出效果最好的试验数据同理论计算获得流量值比较,结果表明：在40~400 Hz工作频率内,二者结果非常接近,这证明了理论计算的正确性。所设计的三腔并联泵,在110 V正弦交流电驱动下,在测试工作频率段内,最大输出流量可达4 000m L/min。试验结果为了解三腔并联泵的工作特性提供了可信数据。

三腔并联压电泵结构设计与性能分析

为提高压电泵的输出性能,设计了两种结构的三腔并联压电泵。一种采用“层叠式”结构,另一种采用“一字”排列式结构。比较两种结构的体积,“层叠式”压电泵体积为74880 mm^3,“排式”压电泵体积为98928 mm^3,前者是后者的0.75倍。在80 V正弦交流电驱动下,工作频率在40~400 Hz内,对两种结构的三腔并联压电泵进行输出性能测试。可得,两种结构压电泵最大输出气体流量可达3405 mL/min,输出液体流量可达708 mL/min,输送液体压力最大可达20.6 kPa。结果显示,三腔并联压电泵可大幅提高泵的输出能力,并且采用“层叠式”结构设计可大幅度减小泵体体积。

锥形螺线泵腔并联无阀压电泵的实验研究

首先,提出了一种多泵腔并联、压电振子协同工作的锥形螺线泵腔并联无阀压电泵;其次,分析了锥形螺线泵腔并联无阀压电泵的工作机理,并推导了该泵的流量公式;最后,加工制作了锥形螺线泵腔并联无阀压电泵,并对其进行了流量和压差试验。试验结果表明:当驱动电压为160V、频率为10Hz时,流量达到最大,为21ml/min;当电压为160V、频率为8Hz时,压差达到最大,为40mm,从而验证了该泵的可行性。

两种三腔并联压电泵结构设计与性能比较

为提高压电泵的输出性能,设计2种结构形式的三腔并联有阀压电泵。选用伞形被动截止阀作为压电泵阀体,分别设计"一字型"和"层叠型"结构压电泵,其中"层叠型"结构压电泵的体积为"一字型"结构的0.85倍。选用水和空气为介质,对2种结构的压电泵进行输出性能试验。结果表明:驱动压电振子的正弦交流电信号相位差对三腔并联泵的输出性能影响很大,选用合理的驱动方式会提高泵的输出性能;在相同条件下,"一字型"结构三腔并联压电泵的输出性能略好于"层叠型",在80 V正弦交流电驱动下,该压电泵工作频率小于400 Hz,最大输出气体流量可达1236 mL/min,最大输出液体流量可达714 mL/min。