CN200989293Y - 微型喷水推进泵 - Google Patents

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方科
李欣欣
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Abstract

本实用新型涉及一种能够应用于水下或水面微型航行器的微型喷水推进泵，尤其适合于受电磁干扰严重的特殊领域。其目的为了克服现有推进泵很难实现微型化的不足以及传统有阀压电泵流量较小、出流速度较低的缺点而设计的。具体技术方案是：该推进泵由泵体、泵腔、压电振子组成，以压电振子(4)为驱动元件，压电振子(4)由其周边的弹性元件支撑在泵体(9)与封盖(6)之间构成的腔体内，泵体(9)上设有入口流道和出口流道，入口流道对应的阀腔轴线与出口流道轴线处于同一平面且相互垂直，入口处采用橡胶截止阀作为入口阀，出口即是喷口(8)，喷口(8)处不设阀，与外界常通，由泵腔、阀腔和喷口组成的泵内腔体为不封闭腔体。

Description

微型喷水推进泵
技术领域
本实用新型是应用于水下或水面微型航行器的推进装置，尤其适合于受电磁干扰严重的特殊驱动领域。
背景技术
喷水推进器是利用推进泵喷出水流的反作用力作为动力，在操纵性能方面，喷水推进具有运行噪声低、适合浅水航行、附体阻力小、传动轴系简单、保护性能好和变工况范围广等优点。它可以通过改变喷嘴的方向来改变推进方向，通过操舵装置的配合来引导水流反向喷射以实现减速和倒车。目前，国内外的喷水推进器一般都采用轴流泵或混流泵，其效率已达到85％～90％，但是体积较大，限制了水下航行器的微型化，如要想在尺寸和性能上有更大的突破，必须研制一种新型的微型喷水推进器。
普通压电泵是利用逆压电效应原理制成的一种微小型流体输送装置。所谓逆压电效应就是当在压电体上加一电场时，晶体不仅要产生极化，还要产生应变和应力，这种由电场产生应变或应力的现象称为逆压电效应。如果在压电圆片振子上给予交变的激励电场，则压电振子就会出现径向的伸长或收缩，即发生往复振动。通过压电泵技术和喷水推进技术的融合，研制出一种新型的微型喷水推进器泵——压电反推喷流泵。
压电泵一般分为无阀和有阀两大类。现行的无阀压电泵的输出流量较小，不适合于推进泵使用。有阀压电泵是利用压电振子的径向弯曲变形来实现泵体内容腔体积的变化，从而改变内部压强，使阀片被迫开启或关闭。图4为传统有阀压电泵的结构示意图。其中9为泵体，4为压电振子，3为泵腔，15、16分别为进口阀与出口阀。其工作原理是：由泵体1、压电振子4、进口阀15及出口阀16组成封闭腔体，对压电振子4施加交变电信号，压电振子4产生往复的径向弯曲变形，这样使封闭腔体内的压强发生变化，在吸入过程，泵内压强减小，泵外压力大于泵内压力，在内外压力差的作用下，使进口阀15开启，出口阀16关闭。在吐出过程，泵内压强增大，泵内压力大于泵外压力，在内外压力差的作用下，使进口阀15关闭，出口阀16开启。在压电振子4周期性的变化下，使进、出口阀15、16产生周期性循环开启与关闭，泵体流体形成单向流动。受入口通流面积和泵阀迟滞性的影响，在每个周期内，液体并不能充满泵内容腔，影响泵的输出流量。并且由于出口阀的存在，大大提高了流体的出流阻力，流体的出流速度和流量都受到非常大的限制。而对于推进泵最重要的是要求大流量喷射和高的出流速度，这一点传统有阀压电泵就无法满足。另外，传统有阀压电泵的进出口结构布置也不适合于作为推进泵。
发明内容
本实用新型的目的在于：为了克服现有推进泵很难实现微型化的不足以及传统有阀压电泵流量较小、出流速度较低的缺点，提供一种新颖的融合压电泵技术和喷水推进技术的微型喷水推进泵，即压电反推喷流泵。
本实用新型的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：
一种微型喷水推进泵由泵体、泵腔、压电振子组成，以压电振子4为驱动元件，压电振子4由其周边的弹性元件支撑在泵体9与封盖6之间构成的腔体内，泵体9上设有入口流道和出口流道，入口流道对应的阀腔轴线与出口流道轴线处于同一平面且相互垂直，入口处采用橡胶截止阀作为入口阀，出口即是喷口8，喷口8处不设阀，与外界常通，由泵腔、阀腔和喷口组成的泵内腔体处于不封闭状态。
所说的入口流道采用两个，一个是入口A13，另一个是入口B11，入口A13对应的阀腔A5轴线与入口B11对应的阀腔B7轴线平行且置于泵腔3的正下方，两阀腔的轴线与喷口8的轴线处于同一平面，并且都与喷口轴线相垂直。
所说的入口A13对应的阀腔A5与入口B11对应的阀腔B7呈现阶梯状布置，其中一个高度较大的阀腔B7直接与喷口8相通，且出口流道内表面与其相连的阀腔底座平面相切。
所说的橡胶截止阀为整体开启阀，其阀芯固定，周边全开启，纵切面为伞状。
本实用新型的有益效果是，结构紧凑压电元件既是原动机又是工作机、单位体积输出喷流量大、能量密度高、无电磁干扰、可控性好、能实现较大推进力等特点，能与水下航行器良好集成。而且可以通过多个泵的组合实现水下航行器多自由度的简易控制，可应用于受电磁干扰严重的特殊领域。
附图说明
图1是本实用新型的结构主剖视图；
图2是图2的A-A截面图；
图3是图2的B向图；
图4是传统有阀压电泵的结构主剖视图。
图中：1.密封圈，2.上支撑密封圈，3.泵腔，4.压电振子，5.阀腔A，6.封盖，7.阀腔B，8.喷口，9.泵体，10.橡胶截止阀B，11.入口B，12.橡胶截止阀A，13.入口A，14.下支撑密封圈，15.为进口阀，16 出口阀。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本实用新型的具体内容及其工作原理进一步说明。
微型喷水推进泵——压电反推喷流泵是利用逆压电效应原理制成。该推进泵的泵内腔体呈不封闭状态，通过喷口8与外界直接连通。其工作原理是：对压电振子4施加交变电信号，压电振子4产生往复的径向弯曲变形。虽然推进泵腔体为不封闭状态，但由于推进泵是置于水中工作，当水充满整个腔体时，腔体就相当于构成了一个封闭状态，腔内任何压力的变化都可以引起阀片的开启或关闭。因此，对压电振子4施加交变电信号，压电振子4产生往复的径向弯曲变形，这样使封闭腔体内的压强发生变化。在吸入过程，泵内压强减小，泵外压力大于泵内压力，在内外压力差的作用下，使入口阀开启，流体同时从喷口和入口两个方向流入泵内。在吐出过程，泵内压强增大，泵内压力大于泵外压力，在内外压力差的作用下，使入口阀关闭，流体只从单一出口即喷口处排出泵体。在压电振子周期性的作用下，流体形成单向喷射运动。
推进泵由封盖6、泵体9、压电振子4、密封圈1和橡胶截止阀A、B五部分组成。压电振子4的周边上下两面通过弹性支撑元件即上支撑密封圈2和下支撑密封圈14，这样可以有效提高泵体容积的变化量。由于要在水下使用，为了提高***的密封性能，在压电振子4的***再增加一个密封圈1。这些密封圈都被安置于泵体9和封盖6的沟槽内。泵体9由泵腔3、阀腔A5和阀腔B7、出口流道喷口8、入口A13和入口B11四部分构成，其中阀腔和入口都为两个，两阀腔平行，置于泵腔3正下方，而且两阀腔A5、B7的轴线与喷口8的轴线处于同一平面，并且都与喷口轴线相垂直；阀腔正对入口，为同一轴线布置。离喷口8较远的阀腔A5容积小，刚好能放置一个橡胶截止阀A12，阀腔A5高度等于安装后的阀体即阀片的厚度高度；与喷口相连的阀腔容积大，其高度可参照以下公式确定：
hg+Φj+hv-hp+2≥H≥hg+Φj+hv-hp+1
式中H、hg、Φj、hv和hp分别为阀腔B7高度、沟槽深度、喷口8直径、阀体9高度和泵腔3高度。
入口与阀腔之间分别有一个橡胶截止阀即入口阀：橡胶截止阀A12和橡胶截止阀B10，出口即喷口8处无阀，且出口流道内表面和与其相连阀腔B7的底座表面相切，这样布局可以有效提高出口的出流速度和喷流量。而双入口结构使泵体容积最小化，能进一步提高其自吸能力和喷流量。
在图2中，压电振子4通过上支撑密封圈2和下支撑密封圈14支撑，并置于泵腔3的正上方。封盖6有环形沟槽，用于镶嵌上支撑密封圈2和密封圈1。
泵体9分别由泵腔3、阀腔A5、阀腔B7、入口A13、入口B11和喷口8构成。
入口A13、入口B11分别正对阀腔A5、阀腔B7，且它们的轴心线分别与喷口8的轴心线相垂直，并处于同一个平面内。阀腔A5和阀腔B7为阶梯状布置，阀腔B7与喷口8相连。橡胶截止阀A12和橡胶截止阀B10为入口阀，分别固定在入口A13和入口B11的正上方，阀片周边刚好与阀腔底座接触。出口即喷口8处无阀片，可以有效降低喷口阻力，提高喷射性能。同样，泵体内设有沟槽，用于镶嵌下支撑密封圈14和密封圈1。

Claims (4)

1、一种微型喷水推进泵由泵体、泵腔、压电振子组成，其特征在于以压电振子(4)为驱动元件，压电振子(4)由其周边的弹性元件支撑在泵体(9)与封盖(6)之间构成的腔体内，泵体(9)上设有入口流道和出口流道，入口流道对应的阀腔轴线与出口流道轴线处于同一平面且相互垂直，入口处采用橡胶截止阀作为入口阀，出口即是喷口(8)，喷口(8)处不设阀，与外界常通，由泵腔、阀腔和喷口组成的泵内腔体为不封闭腔体。
2、根据权利要求1所述的微型喷水推进泵，其特征在于所说的入口流道采用两个，一个是入口A(13)，另一个是入口B(11)，入口A(13)对应的阀腔A(5)轴线与入口B(11)对应的阀腔B(7)轴线平行且置于泵腔(3)的正下方，两阀腔的轴线与喷口(8)的轴线处于同一平面，并且都与喷口轴线相垂直。
3、根据权利要求1或2所述的微型喷水推进泵，其特征在于所说的入口A(13)对应的阀腔A(5)与入口B(11)对应的阀腔B(7)呈现阶梯状布置，其中一个高度较大的阀腔B(7)直接与喷口(8)相通，且出口流道内表面与其相连的阀腔底座平面相切。
4、根据权利要求1所述的微型喷水推进泵，其特征在于所说的橡胶截止阀为整体开启阀，其阀芯固定，周边全开启，纵切面为伞状。
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