柔性鸭嘴阀压电泵的设计与试验

吴文东,张文斌,陈永华,酒晨霄,田 磊,周鋆宽

(1.昆明理工大学 机电工程学院,云南 昆明650000;2.中国航空工业集团公司 西安飞行自动控制研究所,陕西 西安 710000)

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压电泵是利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转换为机械能的一种新型泵,它通过控制压电陶瓷振子和阀体结构实现了单向输送。其具有结构简单,体积小,无电磁干扰,耗能低,且可以通过调节工作电压和频率实现流量的精密控制等优点,被广泛应用于药物输送[1-2]、燃料电池[3]和电子冷却[4]。根据泵体内部有无阀体,压电泵可分为有阀泵和无阀泵[5]。无阀压电泵利用流动阻力差来泵送流体,因此其整流能力低,导致流量和压力较低。相比之下,带止回阀的压电泵在流速和输出压力方面表现出更好的性能,这将成为今后研究的重点[6]。

Zhang等[7]提出了一种带多个伞状被动止回阀的压电薄膜泵,在驱动电压为150 V、360 Hz下获得最大输出流速为165.2 mL/min,最大输出压力为3.56 kPa,但伞阀需预埋在阀座的中心固定孔内,这需要较大的安装空间。文献[8]提出了一种悬臂阀压电泵,在驱动电压为100 V、130 Hz下得到最大输出流量为27.9 mL/min,但其截止性能差,开孔面积小,在大流量下流动阻力较大。Ma等[9]设计了一种新型的压电驱动泵,其主要特点是在低频范围内能够输出较高流量,在实验过程中测得最大流速达到196 mL/min,但几乎无输出压力。Chen等[10]提出了一种采用柔性阀的低频驱动压电泵,它通过调节驱动电压或驱动频率来实现精确的流量控制。在没有外部负载的情况下最大流量为18.1 mL/min,但输出压力有限。……