Пьезогидравлический насос Советский патент 1985 года по МПК F04F7/00 

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано при создании гидравлических систем автоматических линий, станков и манипуляторов. Целью изобретения является увеличение расхода жидкости. На фиг. 1 изображена общая схема насоса; на фиг. 2 - то же, в фазе нагнетания, на фиг. 3 - то же, в промежуточной фазе, на фиг. 4 - то же, в фазе всасывания. Пьезогидравлический насос содержит корпус 1, пьезокерамический генератор 2 с рабочими органами и электродами 3-5, разделяющий корпус 1 на две камеры, соединенные трубопроводами с обратными клапанами 6, нагнетательными 7 и всасывающими 8 патрубками, и генератор 9 электрических колебаний. Пьезокерамический генератор 2 снабжен управляемыми выключателями 10, логическим блоком 11 и блоком 12 питания постоянного тока и выполнен в виде пьезокерамического стержня и пьезокерамических шайб 13 и 14, последние из которых установлены внутри корпуса без радиального зазора и жестко связаны между собой пьезокерамическим стержнем 15, а электроды 3-5 подключены через управляемые выключатели 10 к генератору 9 электрических колебаний и к блоку 12 питания постоянного тока, а управляемые выключатели 10 - к логическому блоку 11. Работа пьезогидравлического насоса происходит в несколько этапов. В исходном положении, в соответствии с командными сигналами логического блока 11 управляемый выключатель 10, установленный на выходе блока 12 питания постоянного тока, размыкает цепь питания электродов 5, напряжением постоянного тока, а управляемые выключатели 10, установленные на выходе генератора 9 электрических колебаний обеспечивают подключение электродов 3 и 4 шайб 14 и 13 к высокочастотному сигналу. На генераторе 9 электрических колебаний задают частоту колебаний выше порога чувствительности перекачиваемой жидкости, определяемого ее инерционностью при заданном максимальном давлении, создаваемом насосом. В результате обратного пьезоэффекта шайбы 14 и 13 начнут уменьшаться в диаметре и соответственно увеличиваться по толщине с частотой электрического поля, созданного генератором 9 электрических колебаний. При этом шайбы 14 и 13 начнут с указанной частотой создавать радиальный зазор между своей боковой поверхностью и поверхностью внутренней полости корпуса 1. т. е. они будут периодически изменять свои размеры. Высокая частота защемлений щайб 14 и 13 в корпусе приводит к тому, что моменты, защемлений стают очень кратковременными и силы трения шайб о корпус 1 стают настолько незначительными, что устройство сжатия среды, образованное шайбами 14 и 13 и стержнем 15, окажется практически свободно плавающим. Поскольку частота пульсаций пьезокерамических шайб 14 и 13 выбрана больщей, чем порог чувствительности перекачиваемой жидкости, то жидкость из герметичных камер насоса не успевает проникать в периодически открывающийся радиальный зазор между щайбами 14 и 13 и поверхностью внутренней полости корпуса 1, т. е. инерционная жидкость не чувствует периодическое наличие зазора. Следовательно, при наличии практически свободно плавающего пьезокерамического генератора 2 рабочие камеры насоса остаются герметичными. В следующей фазе (фиг. 2) срабатывания насоса по команде логического блока 11 управляемый выключатель 10 отключает электроды 4 шайбы 13 от генератора 9. В результате шайба 13 принимает свои исходные геометрические размеры и защемляется в цилиндрической полости корпуса 1. Пьезокерамическая щайба 14 в этой фазе остается подключенной к генератору 9, т. е. остается незащемленной в корпусе 1. На фиг. 2 шайба 14 показана как увеличившаяся по толщине и уменьшившаяся по диаметру. Следующей командой логического блока 11 в этой фазе является сигнал на подключение электродов 5 пьезокерамического стержня 15 к источнику 12 постоянного тока. В результате обратного пьезоэффекта стержень 15 уменьшается по толщине и увеличивается подлине. При этом шайба 14 сдвигается влево. Исходное (статическое) положение пьезокерамического гене1 атора 2 по отношению к его положению после окончания второй фазы показано на фиг. 2 пунктирной линией. В следуюшей фазе (фиг. 3) по команде логического блока 11 с помощью управляе ого выключателя 10 отключаются от генератора 9 электроды 3 пьезокерамической шайбы 14. В результате шайба 14 принимает свои исходные геометрические размеры и защемляется в корпус 1. Пунктирной линией на фиг. 3 показано положение шайбы 14 перед отключением ее электродов от генератора. В очередной фазе (фиг. 4) логический блок 11 подключает к генератору 9 электроды 4 шайбы 13 и отключает от источника 12 постоянного тока электроды 5 стержня 15. В результате шайба 13, относительно внутренней полости корпуса 1, смещается влево стержнем 15, принимающим свои исходные геометрические размеры. Исходное положение пьезокерамического генератора 2 перед этой фазой показано на фиг. 4 пунктирной линией. После завершения указанной фазы пьезокерамический генератор смещается на

величину Д . Смещение генератора вдоль внутренней полости корпуса 1 приводит к расширению одной герметичной камеры корпуса и сжатию другрй герметичной камеры. В результате в одной камере с помощью обратных клапанов 6 происходит всасывание жидкости из трубопровода 8, а в другой камере происходит сжатие жидкости и вытеснение ее через обратный клапан 6 в нагнетающий трубопровод 7.

Последовательное переключение электродов пьезокерамического стержня и шайб в соответствии с указанной последовательностью приводит к перемещению пьезокерамического генератора вдоль внутренней полости корпуса на любую заданную величину. Высокое быстродействие пьезокерамических материалов позволяет осуществлять переключение электродов с большой частотой и, следовательно, обеспечить высокую

скорость перемещения генератора. Реверс движения генератора легко осуществляется при изменении последовательности переключения электродов.

Конструкция обеспечивает большие величины ходов генератора, пьезогидравлический насос при наличии малых колебаний пьезоэлементов позволяет получить большие расходы жидкости.

Высокая частота переключения пьезоэлементов, позволяющая . получить высокую скорость перемещения генератора, обеспечивает высокую плавность расхода на выходе насоса. Возможность установить не две, а более пьезокерамических шайб, позволяет обеспечить высокую прочность защемления генератора в корпусе и тем самым увеличить развиваемое им усилие и, следовательно, обеспечить значительное повышение создаваемого насосом давления.

ПЬЕЗОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ НАСОС, содержащий корпус, пьезокерамический генератор с рабочими органами и электродами, разделяющий корпус на две камеры. соединенные трубопроводами с обратными к.папанами, нагнетательными и всасывающими патрубками, и генератор электрических колебаний, отличающийся тем, что, с целью увеличения расхода жидкости, пьезокерамический генератор снабжен управляемыми выключателями, логическим блоком и блоком питания постоянного тока и выполнен в виде пьезокерамического стержня и пьезокерамических шайб, последние из которых установлены внутри корпуса без радиального зазора и жестко связаны между собой пьезокерамическим стержнем, причем электроды подключены через управляемые выключатели к генератору электрических колебаний и к блоку питания постоянi ного тока, а управляемые выключатели - к логическому блоку. (Л 01 ю to