微型电磁泵单向阀方案优化设计

1、微型电磁泵单向阀方案优化

微型电磁泵单向阀方案的设计中,进、出口单向阀的行程、质量都是影响泵净输出流量的重要因素。应用正交试验设计方法对单向阀参数进行设计,主要以进口单向阀行程A、出口单向阀行程B、进口单向阀质量C、出口单向阀质量D4个影响因素,对每个因素选取3个水平如表2所示。

 

通过4种因素3个水平进行组合,然后在Gambit软件中进行建模并划分网格,并在相同电磁泵运动规律下,应用Fluent软件进行瞬态仿真分析,并以电磁泵单周期净输出流量Q为试验指标,选用L9(34)进行正交试验设计,试验方案和极差分析结果如表2、表3所示。

 单向阀正交试验方案与仿真结果

通过泵流量极差趋势R可以看出,决定微型电磁泵净输出流量的因素因子主次顺序为B>D>A>C,即依次为出口浮片阀行程、出口浮片阀质量、进口浮片阀行程、进口浮片阀质量。最佳水平组合为A0.55B0.72C0.5D0.44。从图5可知,四种因素的水平同比增加10%,A因素净输出流量却同比降低3.5%,而且行程在0.5mm~0.55mm附近净输出流量变化平缓,在设计进口浮片阀的行程应保持在0.5mm附近;B因素的净输出流量先降低后增加,应该有效的减小进口浮片阀质量;C因素的净输出流量同比增加为1.42%和4.1%,可知增加出口浮片阀行程能够有效的增加泵净输出流量;D因素的净输出流量先增加后降低,应将出口浮片阀质量控制在0.44g附近。

泵流量随单向阀参数水平的变化趋势

2、流场结果分析

通过上述分析得到的最佳方案为进口浮片阀的质量为0.5g、行程为0.55mm,出口浮片阀的质量为0.44g、行程为0.72mm,为探究单向阀与泵流场之间的关系,对泵腔内的流场分布与单向阀的运动规律分析。

进出口浮片阀运动曲线

      从图6可知在电磁泵进液与排液响应完成后,进出口浮片阀都会出现一定浮动,这是因为工质液体由于惯性作用,运动状态不能立刻变成静止,其会在泵腔中形成一定的涡旋,带动附近的流体运动,从而作用在进、出口浮片阀上,促使阀片运动,会造成部分流量的损失。

图7展示了工作循环中部分时刻电磁泵内液体的速度分布图,在橡胶膜片向左运动的过程中,泵腔真空度骤增,外部的液体作用在进口浮片阀的右侧,促使进口浮片阀开启,外部液体以高速经过阀口进入到泵腔中,直至橡胶膜片变形运动到最左侧。由于进口浮片阀结构特征的影响,泵腔内会出现明显的滚流的现象。当橡胶膜片向右运动的过程中,泵腔中的压力升高,液体在压力的作用下进口浮片阀关闭,出口浮片阀打开,液体在泵腔压力的作用下从出口流出。但进口浮片阀从开启位置到关闭过程中,由于自身质量以及行程因素,关闭需要一定的时间响应,会有部分少部分液体直接从进口流出,剩余液体从出口流出。

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