一种带螺旋型导叶的微型圆盘泵的制作方法

1.本发明属于微型流体输运系统技术领域，具体涉及微型圆盘泵。


背景技术：

2.圆盘泵依靠旋转圆盘对流体剪切做功，输送一定压力和流量的流体，应用于传感器、分离设备、血液输送装置等流体输运系统。在圆盘剪切作用下，圆盘泵流道中的流体周向速度为主导运动。流体进入圆盘泵出口管时，周向速度仍然为主导运动。对于水力机械出口段，周向运动越显著，能量损失越大。常用的增效途径是将周向运动动能转化为压能，多采用扩散管、导叶等。在公开文献中，如《一种带螺旋形流道的微型圆盘泵设计方法》(cn202011110377.4)中，圆盘泵出口管为圆管且不带导叶等扩压零件，出口管无法高效地将流体的周向速度动能转化为压能，导致圆盘泵效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种带螺旋型导叶的微型圆盘泵，将圆盘泵出口管中的周向速度动能转化为压能，提高圆盘泵效率。
4.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
5.一种带螺旋型导叶的微型圆盘泵，包括泵体、圆盘、驱动圆盘转动的驱动元件；所述泵体上设有依次连接的进液孔、弧形流道、出液孔；所述进液孔和出液孔贯穿泵体；所述弧形流道设置于泵体端面，且所述圆盘与泵体设有弧形流道的端面贴合；所述出液孔内设有螺旋型导叶。
6.优选的，螺旋型导叶外径d4与出液孔直径d2相等。
7.优选的，选取系数c1，系数c1的范围为0＜c1≤0.2；螺旋型导叶内径d3为；
8.d3＝c1·
d2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(一)
9.公式(一)中，d2为出液孔直径，单位是m。
10.优选的，设出液孔中的轴向速度是均匀的，其轴向速度为：
[0011][0012]
公式(二)中，q为圆盘泵的流量，单位是m3/s；d2为出液孔直径，单位是m；π为圆周率。
[0013]
优选的，螺旋型导叶的内缘进口液流角β
3,a
'为：
[0014][0015][0016]
选取螺旋型导叶进口冲角δβ3；螺旋型导叶的内缘进口安放角β
3,a
为：
[0017]
β
3,a
＝β
3,a
' δβ3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(五)
[0018]
公式(三)和公式(四)中，ω为圆盘的转速，单位是rad/s；r2为圆弧形流道的内轮廓线半径，单位是m。
[0019]
螺旋型导叶的外缘进口液流角β
3,b
'为：
[0020]
v
b,u
＝r2·
ω
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(六)
[0021][0022]
选取螺旋型导叶进口冲角δβ3；螺旋型导叶的外缘进口安放角β
3,b
为：
[0023]
β
3,b
＝β
3,b
' δβ3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(八)
[0024]
公式(六)和公式(七)中，ω为圆盘的转速，单位是rad/s；r2为圆弧形流道的内轮廓线半径，单位是m。
[0025]
优选的，螺旋型导叶的内缘出口安放角β
4,a
和螺旋型导叶的外缘出口安放角β
4,b
均等于90度。
[0026]
优选的，选取系数c2，螺旋形导叶的螺距s为：
[0027]
s＝c2·
π
·
d2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(九)
[0028]
公式中，系数c2的取值范围为1≤c2≤5，π为圆周率，d2为出液孔(直径，单位是m。
[0029]
优选的，选取系数c3，螺旋形导叶的长度l为：
[0030]
l＝c3·
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(十)
[0031]
公式中，系数c3的取值范围是1≤c3≤10，s为螺旋形导叶的螺距s，单位是m。
[0032]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0033]
本发明所述泵体上设有依次连接的进液孔、弧形流道、出液孔；所述进液孔和出液孔贯穿泵体；所述出液孔内设有螺旋型导叶；圆盘对泵体上的圆弧形流道内的流体剪切做功，将流体从进口管输运到出口管；通过螺旋型导叶将出口管中的流体周向速度动能转化为压能，提高圆盘泵水力效率。
附图说明
[0034]
图1是本发明实施例提供的一种带螺旋型导叶的微型圆盘泵的剖视图；
[0035]
图2是本发明实施例提供的泵体的俯视图；
[0036]
图3是本发明实施例提供的螺旋型导叶的剖面图；
[0037]
图4是本发明实施例提供的螺旋型导叶内缘进口安放角示意图；
[0038]
图5是本发明实施例提供的螺旋型导叶外缘进口安放角示意图；
[0039]
图中：1圆盘、2泵体、2
‑
1弧形流道、2
‑
2进液孔、2
‑
3出液孔、3驱动元件、4螺旋型导叶。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0041]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、
“
外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0042]
如图1
‑
5所示一种带螺旋型导叶的微型圆盘泵，包括泵体2、圆盘1、驱动圆盘转动的驱动元件3；所述泵体2上设有依次连接的进液孔2
‑
2、弧形流道2
‑
1、出液孔2
‑
3；所述进液孔2
‑
2和出液孔2
‑
3贯穿泵体2；所述弧形流道2
‑
1设置于泵体2端面，且所述圆盘1与泵体2设有弧形流道2
‑
1的端面贴合；所述圆盘1设置圆槽；所述泵体2设置于圆槽内；圆盘1对泵体2上的圆弧形流道2
‑
1内的流体剪切做功，利用液体的粘性，将流体从进液孔2
‑
2输运到出液孔2
‑
3；所述出液孔2
‑
3内设有螺旋型导叶4，通过螺旋型导叶将出口管中的流体周向速度动能转化为压能，提高圆盘泵水力效率。
[0043]
输送的流体物性是：运动粘度υ＝0.0005m2/s，密度ρ＝800kg/m3；圆盘泵流量为q＝1
×
10
‑6m3/s；圆弧形流道2
‑
1的外轮廓线半径为r1＝0.018m；圆弧形流道2
‑
1的内轮廓线半径为r2＝0.002m；圆盘1的转速为ω＝1.394rad/s；进液孔2
‑
2的直径d1和出液孔2
‑
3直径d2等于0.016m。
[0044]
螺旋型导叶外径d4与出液孔直径d2相等；选取系数c1，系数c1的范围为0＜c1≤0.2；取c1＝0.1，螺旋型导叶内径d3由式(二)计算；
[0045]
d3＝c1·
d2＝0.0016m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(一)
[0046]
设出液孔2
‑
3中的轴向速度是均匀的，其轴向速度由式(三)计算。
[0047][0048]
螺旋型导叶4的内缘进口液流角β
3,a
'由式(四)和(五)计算：
[0049][0050][0051]
选取螺旋型导叶4进口冲角δβ3；螺旋型导叶4的内缘进口安放角β
3,a
由式(六)计算：
[0052]
β
3,a
＝β
3,a
' δβ3＝24
°ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(五)
[0053]
公式(三)和公式(四)中，ω为圆盘1的转速，单位是rad/s；r2为圆弧形流道的内轮廓线半径，单位是m。
[0054]
螺旋型导叶4的外缘进口液流角β
3,b
'由式(七)和(八)计算：
[0055]
v
b,u
＝r2·
ω＝2.788
×
10
‑3m/s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(六)
[0056][0057]
选取螺旋型导叶4进口冲角δβ3；螺旋型导叶4的外缘进口安放角β
3,b
由式(八)计算：
[0058]
β
3,b
＝β
3,b
' δβ3＝63
°ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(八)
[0059]
公式(六)和公式(七)中，ω为圆盘的转速，单位是rad/s；r2为圆弧形流道的内轮廓线半径，单位是m。
[0060]
螺旋型导叶4的内缘出口安放角β
4,a
和螺旋型导叶4的外缘出口安放角β
4,b
均等于90度。
[0061]
选取系数c2，系数c2的取值范围为1≤c2≤5；取c2＝5，螺旋形导叶的螺距s由式(十)计算：
[0062]
s＝c2·
π
·
d2＝0.25m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(九)
[0063]
选取系数c3，系数c3的取值范围是1≤c3≤10；取c3＝2，螺旋形导叶的长度l由式(十一)计算：
[0064]
l＝c3·
s＝0.5m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(十)
[0065]
根据以上主要设计参数，绘制螺旋形导叶4。
[0066]
由于螺旋形导叶4增加了出液孔2
‑
3的局部损失和沿程损失，采用ansys对带螺旋形导叶的圆盘泵进行数值模拟，使用式(十一)计算圆周动能到静压的转换率。
[0067][0068]
其中，a4是出液孔2
‑
3的出口面积，单位是m2；a3是出液孔2
‑
3的进口面积，单位是m2；p4是出液孔2
‑
3的出口静压，单位是pa；p3是出液孔2
‑
3的进口静压，单位是pa；v
m4
是出液孔2
‑
3的出口法向速度，单位是m/s；v
m3
是出液孔2
‑
3的进口法向速度，单位是m/s；ρ是圆盘泵工作介质的密度，kg/m3；v
u4
是出液孔2
‑
3的出口圆周速度，单位是m/s；v
u3
是出液孔2
‑
3的进口圆周速度，单位是m/s。将式(十一)编入ansys，计算圆周动能到静压的转换率为5.5％；转换率满足要求，设计完毕。
[0069]
工作原理，的驱动元件3驱动圆盘1转动；圆盘1对泵体2上的圆弧形流道2
‑
1内的流体剪切做功，利用液体的粘性，将流体从进液孔2
‑
2输运到出液孔2
‑
3；所述出液孔2
‑
3内设有螺旋型导叶4，通过螺旋型导叶将出口管中的流体周向速度动能转化为压能，提高圆盘泵水力效率。
[0070]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。