基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置。

背景技术

现有的涡环产生装置，其涡环主要是断断续续一个一个的产生，通风量受到较大限制，对于有着最低通风量标准的供暖或者制冷领域，其产生的涡环通风量并不能满足要求。且现有轴向扰动涡环装置依靠电磁铁直接对薄膜进行冲击扰动，行程有限，扰动效果并不理想。如果使用电机带动丝杆对薄膜进行冲击扰动，则不方便实现短时间高速、间歇性扰动，且电机的不断改变转向使得电机性能无法最大限度的发挥，若使用旋转电机配合槽轮、棘轮等间歇运动结构，则实现上述要求的冲击及噪音过大，不是最佳选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置，能将热量变化转为了机械位移，加速通风管道内气流，产生轴向脉冲扰动，进而产生涡环。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置，包括固定机架、通风装置、扰动装置和动力装置，通风装置、扰动装置和动力装置均固设于固定机架上，动力装置通过扰动装置与通风装置中的弹性薄膜连接；

动力装置包括应变片、正负压发生腔室和冷热交替机构，应变片设置于正负压发生腔室的一端，应变片与扰动装置的输入端连接，正负发生腔室的另一端为敞口，并设有冷热交替机构。

按照上述技术方案，冷热交替机构包括连接杆、加热器、半导体制冷片和电机，连接杆的两端分别与加热器和半导体制冷片连接，电机的输出轴与连接杆的中部连接，电机驱动连接杆转动，带动加热器和半导体制冷片交替间歇置于正负发生腔室的敞口端。

按照上述技术方案，半导体制冷片的热端侧布置有轴流风机，半导体制冷片的冷端侧朝向正负压发生腔室。

按照上述技术方案，扰动装置包括回位弹簧、扰动撞针、一号杠杆、扰动盘和扰动撞针定位支撑板，一号杠杆的支点与固定机架连接固定，一号杠杆的短力臂与动力装置的应变片连接，一号杠杆的长力臂与扰动撞针的一端连接，扰动撞针定位支撑板和扰动盘依次布置于扰动撞针与弹性薄膜之间，回位弹簧套设于扰动撞针上，回位弹簧的两端分别与扰动撞针定位支撑板和扰动撞针连接，扰动撞针定位支撑板上设有撞针通孔；应变片来回振动，通过一号杠杆带动扰动撞针穿过扰动撞针定位支撑板上的扰动通孔撞击扰动盘，通过扰动盘反复击打弹性薄膜。

按照上述技术方案，扰动撞针上沿长度方向依次设有阻隔板和腹板，腹板设置于扰动撞针的下端，布置于扰动撞针定位支撑板和扰动盘之间，阻隔板布置于扰动撞针定位支撑板的上方。

按照上述技术方案，扰动盘包括扰动基座和二号杠杆，二号杠杆沿周向布置于扰动基座上，二号杠杆的支点固设于扰动基座上，每个二号杠杆的阻力臂上连接有开合板，开合板布置于弹性薄膜的一侧，二号杠杆的动力臂一侧的扰动盘上设有扰动通孔，腹板上沿周向分布有多个凸块，凸块的个数与扰动通孔相对应，凸块穿过相应的扰动通孔与二号杠杆的动力臂连接。

按照上述技术方案，二号杠杆的个数为4个，多个开合板沿周向布置于扰动基座的中心内侧，多个扰动通孔沿周向布置于扰动基座的外侧。

按照上述技术方案，开合板为三角形，扰动基座为圆盘，圆盘中央开设有方形通孔；

开合板与二号杠杆之间连接有开合连接杆。

按照上述技术方案，应变片为金属应变片。

按照上述技术方案，通风装置还包括通风管道、整流板和减缩喷口，通风管道的一端与扰动装置的输出端对接，通风管道的另一端与减缩喷口连接，整流板设置于通风管道和减缩喷口之间，弹性薄膜安设于通风管道内，通风管道的侧壁开设有进风槽，进风槽布置于弹性薄膜与减缩喷口之间。

本发明具有以下有益效果：

1、通过空气的冷热变化将应变片的振动转化为弹性薄膜的振动，能将热量变化转为了机械位移，加速通风管道内气流，产生轴向脉冲扰动，进而产生涡环。

2、本发明通过进风槽实现连续不间断送风，在一段连续的气流上产生若干涡环，并且涡环与涡环之间有普通风连接，而非以往的涡环与涡环之间无气流断断续续送风，大大提高通风量，可以满足供暖或制冷领域的最低通风量的要求。

3、利用两步杠杆放大金属应变片的形变，进而提升扰动薄膜凸起的行程，增强了薄膜对于气流的加速效果，提高涡环产生质量，进而使得涡环夹带的暖气流或冷气流在较低风速的情况下传播的更远，提高用户的使用体验，市场应用前景广阔；将杠杆的放大效果利用一号杠杆及扰动盘配合实现，扰动盘开合机构的二号杠杆及开合板可以防止扰动装置长度过大，提高装置空间利用率及动平衡效果，可以使得薄膜的凸起范围及凸起行程扩大，增强扰动效果，使得中央部位气流加速明显，提升涡环产生效果，本发明实现连续不间断送风，大大提高通风量，且通过两次扛杆放大了扰动薄膜的凸起的行程，使得气流扰动更加明显，提升涡环质量，可以满足供暖或制冷领域的最低通风量的要求。

附图说明

图1是本发明实施例中基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中主壳体内基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置的爆炸示意图；

图4是本发明实施例中加热器的结构示意图；

图5是本发明实施例中顶盖的结构示意图；

图6是本发明实施例中扰动撞针的结构示意图；

图7是本发明实施例中主壳体的结构示意图；

图8是本发明实施例中弹性薄膜的结构示意图；

图9是本发明实施例中通风管道的结构示意图；

图10是本发明实施例中扰动盘的结构示意图；

图中，1-半导体制冷片，2-轴流风扇，3-一号槽轮，4-步进电机，5-电机支架，6-主壳体，7-扰动撞针定位支撑板，8-弹性薄膜，9-通风管道，10-整流板，11-减缩喷口，12-二号槽轮，13-连接杆，14-加热器，15-正负压发生腔室，16-金属应变片，17-一号杠杆，18-顶盖，19-扰动撞针，20-回位弹簧，21-扰动基座，22-开合板，23-二号杠杆，24-阻隔板，25-腹板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图10所示，本发明提供的一个实施例中的基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置，包括固定机架、通风装置、扰动装置和动力装置，通风装置、扰动装置和动力装置均固设于固定机架上，动力装置通过扰动装置与通风装置中的弹性薄膜8连接；

动力装置包括金属应变片16、正负压发生腔室15和冷热交替机构，金属应变片16设置于正负压发生腔室15的一端，金属应变片16与扰动装置的输入端连接，正负发生腔室的另一端为敞口，并设有冷热交替机构，扰动装置的输出端与弹性薄膜连接。

进一步地，固定机架上设有主壳体6和顶盖18，顶盖18布置于主壳体6上，扰动装置和动力装置均设置于主壳体6内，通风装置穿入主壳体6内与扰动装置对接。

进一步地，冷热交替机构包括连接杆13、加热器14、半导体制冷片1和电机，连接杆13的两端分别与加热器14和半导体制冷片1连接，电机的输出轴与连接杆13的中部连接，电机驱动连接杆13转动，带动加热器14和半导体制冷片1交替间歇置于正负发生腔室的敞口端。

进一步地，半导体制冷片1的热端侧布置有轴流风机，半导体制冷片1的冷端侧朝向正负压发生腔室15。

进一步地，电机为步进电机4，电机可以通过至少两种方式实现连接杆13的间歇转动，例如：第一种方式为，电机与连接杆13之间连接有槽轮机构，通过槽轮机构实现连接杆13的间歇转动，第二种方式为，电机连接有控制器，通过控制器控制电机使连接杆13间歇转动。

进一步地，电机通过电机支架5固设于固定机架。

进一步地，槽轮机构包括相互连接的一号槽轮3和二号槽轮12，一号槽轮3和二号槽轮12分别与连接杆13和电机连接。

进一步地，扰动装置包括回位弹簧20、扰动撞针19、一号杠杆17、扰动盘和扰动撞针定位支撑板7，一号杠杆17的支点与固定机架连接固定，一号杠杆17的短力臂与动力装置的金属应变片16连接，一号杠杆17的长力臂与扰动撞针19的一端连接，扰动撞针定位支撑板7和扰动盘依次布置于扰动撞针19与弹性薄膜8之间，回位弹簧20套设于扰动撞针19上，回位弹簧20的两端分别与扰动撞针定位支撑板7和扰动撞针19连接，扰动撞针定位支撑板7上设有撞针通孔；应变片来回振动，通过一号杠杆17带动扰动撞针19穿过扰动撞针定位支撑板7上的扰动通孔撞击扰动盘，通过扰动盘反复击打弹性薄膜8。

进一步地，扰动撞针定位支撑板7中央开设有通孔，直径略大于扰动撞针19直径，扰动撞针定位支撑板7两端分别与主壳体6、顶盖18相连。

进一步地，扰动撞针19上沿长度方向依次设有阻隔板24和腹板25，腹板25设置于扰动撞针19的下端，布置于扰动撞针定位支撑板7和扰动盘之间，阻隔板24布置于扰动撞针定位支撑板7的上方，扰动撞针19的上端与一号杠杆连接。

进一步地，腹板25为矩形。

进一步地，扰动撞针主体为一圆柱状棍棒结构，撞针一端为一矩形腹板25，矩形腹板25均布四个凸块，凸块尺寸小于扰动盘四边形凹槽的尺寸，中后部设置有阻隔板24，阻隔板24中部开设有弹簧凹槽，在扰动撞针向前运动的时候，阻隔板24压缩回位弹簧20，弹簧凹槽可以定位弹簧，防止弹簧滑动。

回位弹簧20一端接触扰动撞针的阻隔板24，另一端接触扰动撞针定位支撑板7，扰动撞针定位支撑板7固定不动，在扰动撞针向前运动时，阻隔板24压缩回位弹簧20，储存弹性势能。

进一步地，扰动盘包括扰动基座21和二号杠杆23，二号杠杆23沿周向布置于扰动基座21上，二号杠杆23的支点固设于扰动基座21上，每个二号杠杆23的阻力臂上连接有开合板22，开合板22布置于弹性薄膜8的一侧，二号杠杆23的动力臂一侧的扰动盘上设有扰动通孔，腹板25上沿周向分布有多个凸块，凸块的个数与扰动通孔相对应，凸块穿过相应的扰动通孔与二号杠杆23的动力臂连接；扰动撞针带动腹板25来回移动，使凸块穿过相应的扰动通孔带动二号杠杆23的动力臂，使开合板22向上翘动反复击打弹性薄膜8。

进一步地，二号杠杆23的个数为4个，多个开合板22沿周向布置于扰动基座21的中心内侧，多个扰动通孔沿周向布置于扰动基座21的外侧。

进一步地，开合板22为三角形，扰动基座21为圆盘，圆盘中央开设有方形通孔。

进一步地，开合板22未翘起时，各三角形开合板22沿周向拼接成一个多边形，当开合板22的个数为4个时，4个开合板22沿轴向拼接成一个方形。

进一步地，开合板22与二号杠杆23之间连接有开合连接杆13；开合连接杆13使开合板22翘起的角度更高，更方便击打弹性薄膜8，开合连接杆13为矩形板。

进一步地，通风装置还包括通风管道9、整流板10和减缩喷口11，通风管道9的一端与扰动装置的输出端对接，通风管道9的另一端与减缩喷口11连接，整流板10设置于通风管道9和减缩喷口11之间，弹性薄膜8安设于通风管道9内，通风管道9的侧壁开设有进风槽，进风槽布置于弹性薄膜8与减缩喷口11之间，外界气流可通过进风槽进入通风管道9。

进一步地，薄膜安装于通风管道9后端，将管道后端密封。

进一步地，在管道前端设置有定位整流板10的凸起，整流板10一面紧贴凸起，另一面紧贴减缩喷口11壁面，两者共同将整流板10位置固定；通风管道9外径与减缩喷口11内径相同，两者通过嵌套相连。

本发明的一个实施例中，本发明提供的一个实施例中的一种基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置，包括固定机架装置、通风装置、扰动装置和动力装置，固定机架装置将通风装置、扰动装置和动力装置的相对位置进行固定。在动力装置的密闭腔室15内通过冷热交替进而使得密闭腔室15内产生正负压，从而使得腔室特定壁面发生形变，通过扰动装置内的一号杠杆17将形变放大，进而使得扰动装置撞针19可以具有更高的行程，增强扰动效果，提升涡环效果。

进一步地，固定机架装置包括主壳体6和顶盖18，在主壳体6上分别设置有固定通风管道9、一号杠杆17、扰动撞针定位支撑板7、正负压发生腔室15和电机支架5的一半固定机架，还设置有连接杆13的旋转中心轴。顶盖18对应位置也设置有另一半固定槽，当顶盖18与主壳体6连接固定时，通风管道9、一号杠杆17、扰动撞针定位支撑板7、正负压发生腔室15均被固定相对位置。

进一步地，通风装置包括通风管道9、薄膜8、整流板10和减缩喷口11。薄膜8安装于通风管道9后端，将管道9后端密封。

进一步地，通风管道9壁面开设有进风槽，外界气流可通过该槽进入通风管道9，在管道前端设置有定位整流板10的凸起，整流板10一面紧贴凸起，另一面紧贴减缩喷口11壁面，两者共同将整流板10位置固定。

进一步地，通风管道外径9与减缩喷口内径11相同，两者通过嵌套相连。

进一步地，扰动装置包括回位弹簧20、扰动撞针19、一号杠杆17、扰动盘和扰动撞针定位支撑板7。扰动撞针定位支撑板7中央开设有通孔，直径略大于扰动撞针19直径，扰动撞针定位支撑板7两端分别与主壳体6机架、顶盖18机架相连。

进一步地，扰动撞针19主体为一圆柱状棍棒结构，撞针一端为一矩形腹板25，矩形腹板25均布四个凸块，凸块尺寸小于扰动盘四边形凹槽的尺寸，中后部设置有阻隔板24，阻隔板24中部开设有弹簧凹槽，在扰动撞针19向前运动的时候，阻隔板24压缩回位弹簧20，弹簧凹槽可以定位弹簧20，防止弹簧滑动。

进一步地，扰动盘包括扰动基座21、二号杠杆23和开合板22。扰动基座21中央开设有矩形通孔，通孔四周均布有两圈、八个四边形通孔，在八个四边形通孔的前部均设置有旋转轴，共八个。

进一步地，开合板22前部为一倒圆面的三角形板，后部为一矩形板，开合板背面设置有旋转轴孔，旋转轴孔与扰动基座的旋转轴配合，二号杠杆23向下挤压开合板22的矩形板位置，进而使得前部的三角形板面向上翘动。

进一步地，回位弹簧20一端接触扰动撞针19的阻隔板24，另一端接触扰动撞针定位支撑板7，扰动撞针定位支撑板7固定不动，在扰动撞针19向前运动时，阻隔板24压缩回位弹簧20，储存弹性势能。

进一步地，杠杆17两侧设置有旋转轴，分别与主壳体6机架、顶盖18机架相连，杠杆长端与扰动撞针19接触，短端与金属应变片16接触，通过杠杆原理，将金属应变片16的形变放大，使得扰动撞针19运动行程加长。

进一步地，动力装置由金属应变片16、正负压发生腔室15、加热器14、半导体制冷片1、轴流风机2、槽轮3、步进电机4、步进电机支架5和连接杆13组成。二号槽轮12与连接杆13固定，两者同步运动，连接杆13两端分别连接加热器14与半导体制冷片1，半导体制冷片1热端与轴流风扇2相连，冷端朝向正负压发生腔室15。

进一步地，正负压发生腔室15为一长方体，两侧设置有定位凸块，分别与主壳体6机架、顶盖18机架相连，以固定相对位置。正负压发生腔室15五面为刚性壁面，一端面为开口。

进一步地，金属应变片16可以在外力作用下产生形变，实现外凸或内凹，金属应变片16与正负压发生腔室15开口相连，实现对正负压发生腔室15的密闭，腔室15内气体在温度作用下实现正负压的变化，当压力达到一定阈值时，会使得金属应变片16产生形变。

进一步地，加热器14壳体设置有安装连接杆13的凹槽，壳体内部安装有金属加热丝。

进一步地，连接杆13与二号槽轮12的组合体通过中心通孔内径与主壳体6上的旋转轴外径相同。

本发明的工作原理：参照图2所示，本发明提供的一种基于正负压交替的密闭腔室形变的轴向脉冲涡环产生装置，初始，本装置不运作时，空调或者风机产生的外接气流经过导管由通风管道9开口进入，经过整流板10的整流左右，由减缩喷口11处流出。喷口流出为普通气流。装置开启后，步进电机4驱动一号槽轮3、二号槽轮12，进而驱动连接杆13做间歇旋转，进而使得加热器14与半导体制冷片1也在做间歇旋转运动，初始，加热器14贴合膨胀室15底部，使得腔室内二氧化碳气体受热膨胀，产生正压，在压力升到一定阈值时，金属应变片16在气压作用下，发生形变，从内凹变成外凸，速度较快，外凸的金属应变片16触碰一号杠杆17，使得一号杠杆17发生转动，进而一号杠杆17驱动扰动撞针19做直线运动，在撞针19压缩回位弹簧20的同时，扰动撞针19前端腹板25凸起触碰到扰动盘的四个二号杠杆23，四个二号杠杆23运动按压对应的四个开合板22，四个开合板22翘起，使得薄膜8顶起一个凸起，薄膜8运动速度大于通风管道9内气流速度，因此将通风管道9内中心部位气体加速，进而产生气流扰动。下一时刻，半导体制冷片1贴合膨胀室15底部，对腔体15内气体进行降温，降温后，腔体15产生负压，在负压达到一定阈值之后，金属应变片16由外凸转变为内凹，金属应变片16不再与杠杆17接触，进而回位弹簧20不再受到外力压缩，此时回位弹簧20释放弹性势能，促使扰动撞针19复位，扰动盘在没有扰动撞针力的作用后，由于薄膜的弹性力作用下，开合板关闭，薄膜8恢复原状，此为一个扰动周期，每一次扰动产生一个脉冲涡环。可使本装置产生涡环连续不断的射出，即可大量快速产生涡环，可以满足供暖或制冷领域的最低通风量的要求。

利用两步杠杆放大金属应变片的形变，进而提升扰动薄膜凸起的行程，增强了薄膜对于气流的加速效果，提高涡环产生质量，进而使得涡环夹带的暖气流或冷气流在较低风速的情况下传播的更远，提高用户的使用体验，市场应用前景广阔；将杠杆的放大效果利用一号杠杆及扰动盘配合实现，扰动盘开合机构的二号杠杆及开合板可以防止扰动装置长度过大，提高装置空间利用率及动平衡效果，若只用一个杠杆机构实现扰动放大效果，则该杠杆长度较大，致使装置整体尺寸扩大；扰动盘的开合板机构，通过扰动装置内的两次杠杆将形变放大，可以使得薄膜的凸起范围及凸起行程扩大，增强扰动效果，使得中央部位气流加速明显，提升涡环产生效果，避免单纯使用电磁铁或者电机丝杆或杆状物尾端进行扰动冲击，则冲击范围过小，扰动效果并不理想，若刻意加粗杆状物的尾端，扩大扰动冲击范围，则不利于装置的动平衡。本发明实现连续不间断送风，大大提高通风量，且通过两次扛杆放大了扰动薄膜的凸起的行程，使得气流扰动更加明显，提升涡环质量，可以满足供暖或制冷领域的最低通风量的要求。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。