柔性瓣膜阀锥流道压电泵的设计与试验

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.017

中国机械工程 ›› 2025, Vol. 36 ›› Issue (11): 2618-2624.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.017

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柔性瓣膜阀锥流道压电泵的设计与试验

严天祥¹^,²(), 张家璇¹^,², 蓝慕淳¹^,², 陈虎城³, 蒋海燕⁴()

^1.桂林理工大学广西高校先进制造与自动化技术重点实验室, 桂林, 541006
^2.桂林理工大学机械与控制工程学院, 桂林, 541006
^3.桂林电子科技大学机电工程学院, 桂林, 541004
^4.广西壮族自治区南溪山医院神经外科重症监护室, 桂林, 541002

收稿日期:2025-05-22 出版日期:2025-11-25 发布日期:2025-12-09
通讯作者: 蒋海燕
作者简介:严天祥，男，1987年生，正高级实验师。研究方向为压电材料与器件。发表论文20余篇。E-mail：yangtxboy@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金(52465004);国家自然科学基金(52365006);广西自然科学基金(2019GXNSFBA245069)

Design and Tests of Piezoelectric Pump with Flexible Valvular Valves in Conical Channels

Tianxiang YAN¹^,²(), Jiaxuan ZHANG¹^,², Muchun LAN¹^,², Hucheng CHEN³, Haiyan JIANG⁴()

^1.Key Laboratory of Advanced Manufacturing and Automation Technology，Education Department of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi，541006
^2.School of Mechanical and Control Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi，541006
^3.School of Mechanical and Electrical Engineering，Guilin University of Electronic Technology，Guilin，Guangxi，541004
^4.Department of Neurosurgery Intensive Care Unit，Nanxishan Hospital of Guangxi Zhuang Autonomous Region，Guilin，Guangxi，541002

Received:2025-05-22 Online:2025-11-25 Published:2025-12-09
Contact: Haiyan JIANG

摘要/Abstract

摘要：

为提高柔性瓣膜阀压电泵的输液性能，结合锥流道的流阻不等特性设计了一种柔性瓣膜阀锥流道压电泵。输水性能测试结果表明，驱动电压（峰峰值）为300 V时，柔性瓣膜阀锥流道压电泵的最大输水流量、压力差分别为104.6 g/min和1.53 kPa，较柔性瓣膜阀直流道压电泵均得到较大提高。柔性瓣膜阀锥流道压电泵的输血试验结果表明，驱动电压（峰峰值）为300 V时，最大输血流量、压力差分别为86.4 g/min和1.45 kPa，输血过程中对血细胞的破坏较小。

关键词: 压电泵, 柔性瓣膜阀, 锥流道, 流量, 压力差, 血液运输

Abstract:

To improve the infusion performance of piezoelectric pump with flexible valvular valves， a piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels was designed combined with unequal flow resistance characteristics of conical channels. The water delivery performance results show that， when the driving peak-to-peak voltage is 300 V， the maximum water delivery flowrate is as 104.6 g/min， and the pressure difference is as 1.53 kPa of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels， which are much better than those of piezoelectric pump with flexible valvular valves in straight channels. The blood transport tests results of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels show that when the driving peak-to-peak voltage is 300 V， the maximum blood transport flowrate is as 86.4 g/min， the pressure difference is as 1.45 kPa， and the damage to erythrocytes and platelets is small during blood transport.

Key words: piezoelectric pump, flexible valvular valve, conical channel, flowrate, pressure difference, blood transport

中图分类号:

TH38

严天祥, 张家璇, 蓝慕淳, 陈虎城, 蒋海燕. 柔性瓣膜阀锥流道压电泵的设计与试验[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2618-2624.

Tianxiang YAN, Jiaxuan ZHANG, Muchun LAN, Hucheng CHEN, Haiyan JIANG. Design and Tests of Piezoelectric Pump with Flexible Valvular Valves in Conical Channels[J]. China Mechanical Engineering, 2025, 36(11): 2618-2624.

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链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.017

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2025/V36/I11/2618

图/表 12

图1 柔性瓣膜阀锥流道压电泵的结构图

Fig.1 Structure diagram of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels

图2 柔性瓣膜阀锥流道压电泵的工作原理

Fig.2 Working principle of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels

图3 柔性瓣膜阀锥流道压电泵的泵腔结构

Fig.3 Cavity structure of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels

表1 柔性瓣膜阀锥流道压电泵的泵腔结构参数 (mm)

Tab.1 Cavity structure parameters of piezoelectric pump with flexible valvular valves in conical channels

泵腔结构参数	数值
泵腔内径D	30
泵腔高度h	0.5
出入口流管内径d₁	5.4
出入口流管长度h₁	12.5
流管到流道底面距离h₂	6.5
流管到泵腔中心距离x	36.5
锥流道的高度H	3.5

图4 两种泵的泵体和样机

Fig.4 Pump bodies and prototypes of two pumps

图5 流量和压力差的测试装置

Fig.5 Flowrate and pressure difference devices

图6 两种泵的输水流量与驱动频率关系

Fig.6 Relationship between water delivery flowrate and driving frequency for two pumps

图7 两种泵的输水压力差与驱动频率关系

Fig.7 Relationship between water delivery pressure difference and driving frequency for two pumps

图8 输水流量和驱动电压的关系

Fig.8 Relationship between water delivery flowrate and driving voltage

图9 输血性能与驱动频率的关系

Fig.9 Relationship between blood transport performance and driving frequency

图10 输血装置

Fig.10 Blood transport device and blood cell analyzer

表2 输血前后红细胞和血小板数量

Tab.2 Erythrocytes and platelets number before and after blood transport

参数	输血前	输血后
红细胞数量N₁/（10¹² ·L^-1）	5.55	5.72
血小板数量N₂/（10¹¹ ·L^-1）	2.07	2.37

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Design and Tests of Piezoelectric Pump with Flexible Valvular Valves in Conical Channels

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