專利名稱：一種連續(xù)流微泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體傳輸?shù)谋?，尤其是一種利用合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)的連續(xù)流微泵。
技術(shù)背景自從美國斯坦福大學(xué)的Smits和Wallmark兩位教授于1980年首次研制成 功一種壓電驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)式微機(jī)械泵以來，微泵就一直是MEMS (微機(jī)電系統(tǒng)) 研究的熱點(diǎn)。目前，微泵已在航空航天器、機(jī)器人、汽車、醫(yī)療器械、生物基 因工程、微型機(jī)械等領(lǐng)域里得到成功應(yīng)用。微泵的廣泛應(yīng)用、其巨大的研究?jī)r(jià) 值，使之在當(dāng)前的微執(zhí)行器研究中占有重要地位，它的發(fā)展水平已被認(rèn)為是 MEMS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。微泵按其泵流特征可分為兩大類往復(fù)式微泵和連續(xù)流微泵。往復(fù)式微泵 是利用機(jī)械部件振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)流體，如壓力驅(qū)動(dòng)微泵；連續(xù)流微泵主要是基于非 機(jī)械式能量直接轉(zhuǎn)化為流體連續(xù)流動(dòng)，如電水力驅(qū)動(dòng)、電滲驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)微泵 等。連續(xù)流微泵由于無機(jī)械往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)流體的連 續(xù)穩(wěn)定傳輸，但是連續(xù)流微泵泵流流量小、工作性能也極大地受流體性能的影 響，只適合很少的一部分流體，且很難實(shí)現(xiàn)氣體的傳輸。往復(fù)式微泵如壓力驅(qū) 動(dòng)微泵，利用機(jī)械部件振動(dòng)引起的壓強(qiáng)梯度來驅(qū)動(dòng)流體傳輸，其工作原理簡(jiǎn)單， 泵流流量大，適用范圍廣，是目前微泵應(yīng)用和研究的重點(diǎn)。但是，往復(fù)式微泵 由于是利用機(jī)械部件振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)流體，很難實(shí)現(xiàn)流體的連續(xù)穩(wěn)定傳輸，這是往 復(fù)式微泵最大的工作缺陷，如應(yīng)用于氣流式慣性器件中的壓電射流泵，其射流 信號(hào)的連續(xù)穩(wěn)定直接影響壓電射流角速度傳感器的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中往復(fù)式微泵和連續(xù)流微泵存在的不足就在于.-1、 往復(fù)式微泵由于是利用機(jī)械部件振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)流體，很難實(shí)現(xiàn)流體的 連續(xù)穩(wěn)定傳輸，這是往復(fù)式微泵最大的工作缺陷。2、 連續(xù)流微泵主要是基于非機(jī)械式能量直接轉(zhuǎn)化為流體連續(xù)流動(dòng)，流 量小，其工作性能極大地受流體性能的影響，只適合很少的一部分流體，且很 難實(shí)現(xiàn)氣體的傳輸
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于，針對(duì)現(xiàn)有往復(fù)式微泵和連續(xù)流微泵存在 的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單卻能夠有效實(shí)現(xiàn)流體連續(xù)穩(wěn)定傳輸，且流量大，可 以傳輸氣體的連續(xù)流微泵。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述連續(xù)流微泵，參見圖1 3，具有泵體l。 所述泵體1上部具有分流隔板3。其技術(shù)特點(diǎn)在于，所述泵體1上部的分流隔 板3為兩個(gè)并列的其截面呈錐形的隔板，即第一分流隔板31和第二分流隔板 32。所述第一分流隔板31與第二分流隔板32之間相間隔形成出口 11。所述泵 體1下部為一合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2，該合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2與上述第一分 流隔板31與第二分流隔板32組成的分流隔板3之間相間隔形成入口 12。所述 合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2具有一振動(dòng)膜21，該振動(dòng)膜21軸向置入泵體1下部?jī)?nèi) 腔并將該內(nèi)腔隔離成一個(gè)其上端帶第一出口 24的第一腔體22和一個(gè)其上端帶 第二出口 25的第二腔體23。所述振動(dòng)膜21的寬度大小與所述泵體1下部?jī)?nèi)腔 的腔徑大小匹配，振動(dòng)膜21的長(zhǎng)度大小與該內(nèi)腔的深度大小匹配。所述泵體l 的上部分與下部分之間還具有一導(dǎo)流擋板4，該導(dǎo)流擋板4呈薄板狀豎立于合 成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2上方與上述振動(dòng)膜21呈同一平面對(duì)接，并將第一出口 24 和第二出口 25隔離在該擋板的兩側(cè)從而使泵體1內(nèi)腔形成雙射流通道。本發(fā)明的工作原理是，由以上構(gòu)成的連續(xù)流微泵，參見圖3，其振動(dòng)膜21 在泵體1下部合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2內(nèi)來回振動(dòng)，壓縮與膨脹第一腔體22和第 二腔體23內(nèi)的流體。當(dāng)振動(dòng)膜21向右側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一腔體22處于壓縮狀態(tài)， 腔內(nèi)部分流體經(jīng)由激勵(lì)機(jī)，2的第一出口 24被擠壓排出并在下游形成一股射流 即第一射流13;而與此同時(shí)，第二腔體23處于膨脹狀態(tài)，流體從左側(cè)入口經(jīng) 由合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2第二出口 25吸入第二腔體23。當(dāng)振動(dòng)膜21向左側(cè)運(yùn) 動(dòng)時(shí)，第一腔體22處于膨脹狀態(tài)，流體從右側(cè)入口經(jīng)由合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2 第一出口 24吸入第一腔體22;而與此同時(shí)，第二腔體23處于壓縮狀態(tài)，腔內(nèi) 部分流體經(jīng)由合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2第二出口25被擠壓排出并在下游形成一股 射流即第二射流14。流體在這種吸入與排出交替進(jìn)行的過程中如上述分別在在 第一出口 24下游形成非定常第一射流13，第二出口 25下游形成非定常第二射 流14，該兩股射流相位差為180°。第一射流13和第二射流14引射和巻吸入口12兩側(cè)流體進(jìn)入內(nèi)流區(qū)15，第一射流13和第二射流14在導(dǎo)流擋板4的引導(dǎo)下在其末端上方相互作用而融合成一股流量大、波動(dòng)小的合成射流。這股合成射流經(jīng)過第一分流隔板31和第二分流隔板32之間的通道整流后形成連續(xù)泵流16 經(jīng)由泵體出口 11向上排出。綜上所述，本發(fā)明即是通過上述泵體下部合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)2工作，將 泵體左右兩側(cè)流體經(jīng)入口 12吸入并經(jīng)過在內(nèi)流區(qū)15混合整流后從泵體上部出 口 11排出。在這一過程中，第一分流隔板31和第二分流隔板32所起的主要作 用即是利用合成射流獨(dú)特的流場(chǎng)分區(qū)特征將流場(chǎng)進(jìn)行分區(qū)，保證流體從出口 11 的排出為單向流動(dòng)，不會(huì)有回流形象，并盡可能使泵流16流量最大化。第一分流隔板31和第二分流隔板32所起的另一個(gè)主要作用是利用該兩隔板中間的通 道對(duì)泵流進(jìn)行整流。導(dǎo)流擋板4的作用則是利用該擋板的阻擋作用來減少第一 射流13和第二射流14這兩股射流在第一出口 24和第二出口 25之間相互巻吸、 抵消，并促使該兩股射流分別巻吸泵體左右兩側(cè)更多的流體進(jìn)入泵體內(nèi)；同時(shí)， 還利用射流的附壁效應(yīng)通過導(dǎo)流擋板4引導(dǎo)兩股射流即第一射流13和第二射流 14的并對(duì)融合，利用該兩股流量、波動(dòng)幅值及波動(dòng)頻率相同、相位相反的射流 來合成一股流量連續(xù)定常的合成射流，這種合成的射流就會(huì)變得能量更高，巻 吸周圍的流體也就更多，從而使泵流16流量更大，使本發(fā)明連續(xù)流微泵的工作 效率也就更佳。本發(fā)明的有益效果是，1、 能有效解決現(xiàn)有往復(fù)式微泵難以實(shí)現(xiàn)的流體連續(xù)穩(wěn)定傳輸?shù)膯栴}， 也能有效解決常規(guī)連續(xù)流微泵泵流流量偏小、氣體傳輸難以實(shí)現(xiàn)等問題；2、 本發(fā)明激勵(lì)機(jī)構(gòu)的二腔體共享一個(gè)振動(dòng)膜，有效避免了微泵內(nèi)外流 場(chǎng)初始?jí)翰羁赡芤l(fā)的振動(dòng)膜壓載問題，且使振動(dòng)膜的振動(dòng)能量得到充分利用；3、 由于本發(fā)明激勵(lì)機(jī)構(gòu)二腔體的出口之間安裝了一個(gè)具有雙重功能的 導(dǎo)流擋板，即可利用該導(dǎo)流擋板的阻擋作用減少兩射流間的相互巻吸與抵消作 用。同時(shí)利用射流的附壁效應(yīng)通過導(dǎo)流擋板引導(dǎo)兩射流的并對(duì)融合，使合成雙 射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的連續(xù)流微泵的泵流流量更大；4、 本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱、簡(jiǎn)單、體積小、成本低、容易和其它微控制 元件集成的特點(diǎn)，適應(yīng)于大批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明一種連續(xù)流微泵的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示連續(xù)流微泵的剖視圖； 圖3是工作原理參考圖； 以上圖1 3中的標(biāo)示為 l一泵體，11— 出口，12— 入口，13— 第一射流， 14一第二射流，15— 內(nèi)流區(qū)，16— 泵流，2— 合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)，21— 振動(dòng)膜，22— 第一腔體，23— 第二腔體，24— 第一出口，25— 第二出口。3— 分流隔板，31— 第一分流隔板，32— 第二分流隔板， 4一導(dǎo)流擋板。
具體實(shí)施方式
參見附圖1 2，本發(fā)明的一種連續(xù)流微泵的該實(shí)施例的泵體l，其外部尺 寸為20X50X70mm:i，殼體取材非柔性的硬質(zhì)鋁合金材料；振動(dòng)膜21采用彈性 與柔性良好的橡膠膜材，呈矩形，壓電振動(dòng)驅(qū)動(dòng)；導(dǎo)流擋板4取材鋁合金薄板 型材裁制，尺寸為0.2X40X6mm、第一腔體22和第二腔體23之腔體深度與振 動(dòng)膜21長(zhǎng)度匹配，都為5鵬；第一出口 24和第二出口 25形同窄縫，其出口截 面尺寸均為40mnA而出口 11 一般可制作成截面呈喇叭狀的噴管，本實(shí)施例中 出口 11之出口處截面尺寸為10X40mm2，入口 12則為向內(nèi)收縮的錐臺(tái)形通道， 入口處截面尺寸亦為10X40mm2。上述部件按上述方案參照附圖安裝連接，由此構(gòu)成的本發(fā)明的這種連續(xù)流 微泵經(jīng)數(shù)值仿真，被證明達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，效果十分顯著。該實(shí)施例利用泵流 流量、波動(dòng)幅值及波動(dòng)頻率相同、相位恰好相反的兩股泵流合成一股流量連續(xù) 定常的泵流，同時(shí)可依據(jù)驅(qū)動(dòng)條件與導(dǎo)流擋板4高度的變化調(diào)節(jié)流量。本發(fā)明不局限于以上實(shí)施例，除了作為一種連續(xù)流微泵使用，還可以作為 一種微型推力器使用以提供穩(wěn)定的推力。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)流微泵，具有泵體(1)，所述泵體(1)上部具有分流隔板(3)，其特征在于，所述泵體(1)上部的分流隔板(3)為兩個(gè)并列的其截面呈錐形的隔板，即第一分流隔板(31)和第二分流隔板(32)，所述第一分流隔板(31)與第二分流隔板(32)之間相間隔形成出口(11)，所述泵體(1)下部為一合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)，該合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)與上述第一分流隔板(31)與第二分流隔板(32)組成的分流隔板(3)之間相間隔形成入口(12)，所述合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)具有一振動(dòng)膜(21)，該振動(dòng)膜(21)軸向置入泵體(1)下部?jī)?nèi)腔并將該內(nèi)腔隔離成一個(gè)其上端帶第一出口(24)的第一腔體(22)和一個(gè)其上端帶第二出口(25)的第二腔體(23)，所述振動(dòng)膜(21)的寬度大小與所述泵體(1)下部?jī)?nèi)腔的腔徑大小匹配，振動(dòng)膜(21)的長(zhǎng)度大小與該內(nèi)腔的深度大小匹配，所述泵體(1)的上部分與下部分之間還具有一導(dǎo)流擋板(4)，該導(dǎo)流擋板(4)呈薄板狀豎立于合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)上方與上述振動(dòng)膜(21)呈同一平面對(duì)接，并將第一出口(24)和第二出口(25)隔離在該擋板的兩側(cè)使泵體(1)內(nèi)腔形成雙射流通道。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種連續(xù)流微泵，該泵具有泵體(1)，泵體(1)上部有第一分流隔板(31)和第二分流隔板(32)，該二隔板之間形成出口(11)；泵體(1)下部為合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)，與上述二隔板之間形成入口(12)。其振動(dòng)膜(21)將泵體(1)內(nèi)腔隔離成第一腔體(22)和第二腔體(23)。泵體(1)的上、下部分之間具有導(dǎo)流擋板(4)。該泵通過合成雙射流激勵(lì)機(jī)構(gòu)(2)將泵體兩側(cè)流體經(jīng)入口(12)吸入，經(jīng)出口(11)排出。本發(fā)明解決了往復(fù)式微泵流體連續(xù)穩(wěn)定傳輸難以及連續(xù)流微泵流量小的問題，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易和其它微控制元件集成的特點(diǎn)，適應(yīng)于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)F04F5/00GK101397988SQ20081014300
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者夏智勛, 林 王, 王德全, 羅振兵, 胡建新 申請(qǐng)人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)