專利名稱：自對準(zhǔn)軸向約束調(diào)節(jié)器閥組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣流壓力調(diào)節(jié)器，并且更特別地涉及自對準(zhǔn)、軸向約束的調(diào)節(jié)器蕈形閥芯(valve poppet)以及包括該自對準(zhǔn)軸向約束調(diào)節(jié)器蕈形閥芯的相關(guān)調(diào)節(jié)器閥組件和調(diào)節(jié)器。本發(fā)明被特別地應(yīng)用于在相對低流量的系統(tǒng)中使用的壓力調(diào)節(jié)器，例如在制造半導(dǎo)體器件時使用的調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
氣流壓力調(diào)節(jié)器是將相對高的輸入壓力減小至可調(diào)整的相對恒定的較低出口壓力的器件。圖1描繪了常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器100。壓力調(diào)節(jié)器100可以包括上或范圍組件10和下組件20、以及位于上和下組件之間的隔膜30。范圍組件10是相當(dāng)普通的，并且如本領(lǐng)域中已知的，可以包括范圍彈簧12及關(guān)聯(lián)的支撐體和外殼結(jié)構(gòu)。下組件20包括進(jìn)口 22、出口 M以及用于調(diào)節(jié)從進(jìn)口到出口的氣流壓力的閥組件 40。閥組件40可以包括用于作用在閥44上的閥彈簧42。閥44包括蕈形閥芯46，蕈形閥芯46與壓靠隔膜30的閥桿47鄰接。作為對氣流進(jìn)行控制的一部分，閥44被閥彈簧42抵靠著閥座48偏置。如本領(lǐng)域中已知的，下組件20可以包括附加關(guān)聯(lián)支撐結(jié)構(gòu)。壓力調(diào)節(jié)器如下操作以控制從進(jìn)口 22、通過閥組件40到出口 M的流動氣體的壓力。閥彈簧42抵靠著閥座48對閥44進(jìn)行加載以停止氣體的流動。例如，在用于半導(dǎo)體制造中的示例性調(diào)節(jié)器中，閥彈簧可以用約三磅的力抵靠著閥座對閥44進(jìn)行加載以在沒有范圍彈簧負(fù)載的情況下實現(xiàn)防漏密封。借助于螺紋桿16來壓縮范圍彈簧12的上端14以產(chǎn)生向下負(fù)載。這向下驅(qū)動隔膜30以驅(qū)動閥40遠(yuǎn)離閥座48，這允許氣體流入隔膜30下面的室49中。隔膜40通常是具有與閥桿47連通的相對平坦表面的彈性構(gòu)件。隔膜用于防止氣體逸出到大氣，同時足夠柔軟而將來自范圍彈簧12的負(fù)載傳送至閥組件40?？梢杂捎脩魜磙D(zhuǎn)動上組件10中的旋鈕11以向范圍彈簧12施加力。范圍彈簧的此力被隔膜30傳送至閥組件40以使閥44從閥座48移動以允許氣體通過閥的流動。當(dāng)作用在隔膜區(qū)域上的壓力產(chǎn)生等于范圍彈簧力的力時，系統(tǒng)是平衡的，并且設(shè)備將保持該壓力以提供到出口的恒壓氣流。圖2在包含范圍彈簧12、隔膜30和閥組件40的部分中示出了壓力調(diào)節(jié)器100的更近視圖。圖2的圖例示出了此常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器用來進(jìn)行操作的壓力和力的關(guān)系，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的。作為此類關(guān)系的結(jié)果，相對高的壓力輸入氣流可以被轉(zhuǎn)換成跨越調(diào)節(jié)器閥的恒定且較低的輸出氣流。圖2所描繪的力平衡關(guān)系導(dǎo)致可以表示為曲線的基本性能特性。在圖3中示出了示例性性能特性曲線，圖3示出作為力量的函數(shù)的出口壓力。如從圖3可以看到的，隨著流量增加，閥必須進(jìn)一步打開，導(dǎo)致更低的范圍彈簧力向下按在隔膜上。其結(jié)果是耕地的出口壓力。隨著流量接近零，即閥接近閉合，圖3的曲線顯示出向上斜率的急劇增加。此急劇的斜率增加指示抵靠著閥座48密封閥44所需的力。在流動條件下，在隔膜30的任一側(cè)的力被平衡而使得閥位于與閥座間隔開的位置以允許氣流通過閥。隨著氣流減小而接近終止流動(即，閥正在閉合)，出口壓力將上升以減小閥上的向下負(fù)載，直至在閥與閥座之間存在足以產(chǎn)生密封的力為止。在本領(lǐng)域中將發(fā)生而產(chǎn)生閥與閥座之間的密封的壓力增加稱為 “蠕變”。如上所述的常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器具有在圖4和圖5中描繪的缺陷。如前所述，通過使用彈簧逐漸產(chǎn)生最終確定調(diào)節(jié)器出口壓力的力平衡。理想調(diào)節(jié)器將使所有部件相對于彼此而言完美地居中，并且所有彈簧負(fù)載沿著蕈形閥芯行進(jìn)的軸線居中。在實際執(zhí)行中，部件通常不是完美地居中，并且來自彈簧的力不是完美地沿著蕈形閥芯行進(jìn)的軸線。通常在壓力調(diào)節(jié)器的構(gòu)造中使用的常規(guī)螺旋彈簧(諸如圖1和圖2中描繪的那些) 被制造為具有打磨的端部，其位于離垂直于蕈形閥芯行進(jìn)方向一至兩度的平面中。另外，端部隨著彈簧被壓縮而變得甚至更加不垂直。部件失準(zhǔn)和非軸向彈簧負(fù)載的結(jié)果是蕈形閥芯抵靠著閥座的橫向負(fù)載。在圖4中示出了此非軸向、不對稱彈簧負(fù)載和結(jié)果得到的橫向負(fù)載。閥抵靠著閥座的橫向負(fù)載增加與閥的移動相關(guān)聯(lián)的摩擦，促使閥抵抗運動。因此，用于打開閥的力必須最初在閥能夠移動之前克服增加的摩擦力。借助于增加的摩擦力，閥趨向于隨著力嘗試打開閥而粘住。當(dāng)打開力變得足以克服摩擦?xí)r，閥越過其理想位置，導(dǎo)致流動中的臨時尖峰。閥然后恢復(fù)至其理想位置。在圖5 的圖表上示出了此過沖和恢復(fù)。與該過沖相關(guān)聯(lián)的突然壓力變化可能破壞下游部件的性能，特別是在相對低流量的系統(tǒng)中。例如，特別是在在半導(dǎo)體器件制造中采用的質(zhì)量流量控制器中，下游性能可能被破壞。閥座磨損是由常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器閥組件中的部件和力的失準(zhǔn)引起的第二缺陷。這在具有與其流率相關(guān)聯(lián)的高閥沖程速率的閥中尤其成為問題，這種閥趨向于導(dǎo)致遠(yuǎn)多于低沖程應(yīng)用的閥座磨損。閥座磨損的結(jié)果包括蠕變壓力的增加以及最終導(dǎo)致閥座上的泄漏。在僅僅2000個循環(huán)中能夠觀察到由于高沖程循環(huán)而引起的性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于氣流壓力調(diào)節(jié)器的改進(jìn)的調(diào)節(jié)器閥組件，其克服了常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器的缺陷。特別地，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的調(diào)節(jié)器閥組件，其降低了調(diào)節(jié)器閥和/ 或閥力的失準(zhǔn)的風(fēng)險，從而減少閥摩擦和閥座磨損。為了克服常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器閥的此類缺陷，本發(fā)明的一個方面是一種用于調(diào)節(jié)流過氣流壓力調(diào)節(jié)器閥的氣體的壓力的調(diào)節(jié)器閥。在示例性實施例中，調(diào)節(jié)器閥組件包括閥座和可相對于閥座在打開和閉合位置之間移動的閥。該閥可以包括閥盤，閥盤具有柔性部分和邊緣部分，柔性部分可沿著軸向方向向上和向下移動以打開和閉合閥，邊緣部分被構(gòu)造為使閥盤在閥座內(nèi)自對準(zhǔn)并軸向地約束柔性部分的運動。閥盤的柔性部分具有橫向彈簧力模量和軸向彈簧力模量，其中，橫向彈簧力模量大于軸向彈簧力模量，從而橫向地對準(zhǔn)閥盤并軸向地約束柔性部分的運動。
在調(diào)節(jié)器閥組件的另一示例性實施例中，所述閥還可以包括從閥盤的密封部分垂直地延伸的閥桿，其中，閥桿的向上和向下移動導(dǎo)致柔性部分的軸向偏轉(zhuǎn)。密封部分可以至少部分地由彈性材料形成，并且閥盤的柔性部分和邊緣部分可以由金屬耐腐蝕材料形成。 替換地，所述閥可以是形成閥盤和閥桿的單塊。閥盤還可以限定至少一個空間以允許氣流通過閥盤。在調(diào)節(jié)器閥組件的另一示例性實施例中，閥盤包括多個螺旋臂，其形成閥盤的柔性部分和邊緣部分。該螺旋臂是可徑向向內(nèi)壓縮的以使閥盤在閥座內(nèi)自對準(zhǔn)。所述多個螺旋臂可以形成閥盤的外側(cè)部分并且從密封部分向外螺旋以便接收閥桿，并且螺旋臂的邊緣部分可以被固定于閥座以軸向地約束柔性部分的向上和向下移動。閥桿的向上和向下移動導(dǎo)致柔性部分的軸向偏轉(zhuǎn)。在調(diào)節(jié)器閥組件的另一示例性實施例中，螺旋臂的邊緣部分可以被固定在閥座中，沿著軸向方向彼此移位，從而使密封部分沿著軸向向上方向偏置以便將閥密封。每個螺旋臂的端部部分可以由用于與閥座的接收部分協(xié)作的端部突出體形成。所述閥座可以包括用于接收閥盤的端部部分的彈簧杯(cup)以及至少部分地包在彈簧杯周圍以便保持彈簧杯和閥盤的彎曲支撐體。密封墊片可以密封彈簧杯和彎曲支撐體之間的空間。閥座還可以包括支架，并且閥盤位于支架與彈簧杯之間以便將閥盤固定在閥座內(nèi)。彈簧杯可以形成用于對閥盤進(jìn)行加載以使閥盤沿著向上軸向方向偏置的套環(huán)。調(diào)節(jié)器閥組件還可以包括被固定于閥座的篩網(wǎng)(screen)，其中，篩網(wǎng)和閥盤在篩網(wǎng)和閥盤之間限定用于氣體流動的閥內(nèi)空間。本發(fā)明的另一方面是一種用于調(diào)節(jié)從進(jìn)口通過調(diào)節(jié)器閥組件到出口的流動氣體的壓力的氣流壓力調(diào)節(jié)器。壓力調(diào)節(jié)器的示例性實施例可以包括范圍彈簧、如上所述的調(diào)節(jié)器閥組件以及在范圍彈簧和調(diào)節(jié)器閥組件之間的隔膜。從進(jìn)口至調(diào)節(jié)器閥組件的氣流的第一壓力被調(diào)節(jié)器閥組件轉(zhuǎn)換成從調(diào)節(jié)器閥組件至出口的第二恒壓氣流。在氣流壓力調(diào)節(jié)器的另一示例性實施例中，調(diào)節(jié)器閥組件的閥盤抵靠著隔膜對閥桿進(jìn)行偏置，并且施加于范圍彈簧的力使閥桿沿著軸向方向移位以允許流動氣體通過調(diào)節(jié)器閥組件。閥盤居中地對準(zhǔn)并軸向地約束閥桿的運動。本發(fā)明的另一方面是一種調(diào)節(jié)流過壓力調(diào)節(jié)器組件的氣體的壓力的方法。該方法的實施例可以包括提供閥座并提供可相對于閥座在打開與閉合位置之間移動的閥。該閥可以包括閥盤，閥盤具有柔性部分和邊緣部分，柔性部分可沿著軸向方向向上和向下移動以打開和閉合閥。該方法還可以包括將閥定位于閥座中，其中，所述邊緣部分使閥盤在閥座內(nèi)自對準(zhǔn)并軸向地約束柔性部分的運動。所述方法的另一實施例還可以包括提供多個螺旋臂以形成閥盤的柔性部分和邊緣部分。閥的定位還可以包括使螺旋臂沿著軸向方向移位以抵靠著閥座對閥進(jìn)行偏置以便將閥密封。參考以下說明和附圖，將清楚本發(fā)明的這些及其它特征。在說明和附圖中，已經(jīng)詳細(xì)地將本發(fā)明的特定實施例公開為指示可以采用本發(fā)明的原理的某些方式，但應(yīng)理解的是本發(fā)明在范圍上相應(yīng)地受到限制。此外，本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求的精神和術(shù)語內(nèi)的所有變更、修改和等價物。可以以相同的方式或以類似的方式在一個或多個其它實施例中和/或與其它實施例的特征相結(jié)合地或替代地使用相對于一個實施例所述和/或所示的特征。


圖1是描繪常規(guī)氣流壓力調(diào)節(jié)器的示意圖。圖2是圖1的常規(guī)調(diào)節(jié)器的一部分的示意圖，并描繪常規(guī)氣流壓力調(diào)節(jié)器的力關(guān)系。圖3是描繪用于常規(guī)氣流壓力調(diào)節(jié)器的作為流量的函數(shù)的出口壓力的圖形關(guān)系的圖表。圖4是圖1的常規(guī)調(diào)節(jié)器的一部分的示意圖，并描繪用于常規(guī)氣流壓力調(diào)節(jié)器的可能在常規(guī)閥構(gòu)造中發(fā)生的不對稱加載。圖5是可能在常規(guī)氣流壓力調(diào)節(jié)器中發(fā)生的壓力過沖和流量尖峰的圖形描繪。圖6是依照本發(fā)明的實施例的供在氣流壓力調(diào)節(jié)器閥組件中使用的具有蕈形閥芯和閥桿的示例性閥的示意性透視圖。圖7A和7B是描繪依照本發(fā)明的實施例的供在壓力調(diào)節(jié)器中使用的包括圖6的閥的示例性調(diào)節(jié)器閥組件的示意圖。圖8是依照本發(fā)明的實施例的完全組裝閥組件的示意性透視圖。圖9A和9B是描繪依照本發(fā)明的實施例的包括圖8的調(diào)節(jié)器閥組件的示例性壓力調(diào)節(jié)器的示意圖。圖10是描繪了示例性壓力調(diào)節(jié)器的一部分的示意圖，其中，閥桿的螺紋部分與在隔膜上提供的螺紋接受體協(xié)作以將閥桿固定于隔膜。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來自始至終指示相同的元件。應(yīng)理解的是附圖不一定按比例繪制。圖6描繪依照本發(fā)明的實施例的供在氣流壓力調(diào)節(jié)器閥組件中使用的示例性閥 50。閥50可以包括閥桿52以及與閥桿52物理連通的蕈形閥芯M。如下面進(jìn)一步解釋的， 蕈形閥芯M被設(shè)置成閥盤M的形式，閥盤M具有柔性部分，該柔性部分沿軸向方向、即閥桿的縱向軸線方向是柔性的，從而允許閥桿相對于閥盤的向上和向下移動。閥盤還具有可沿著徑向方向朝著閥盤的中心壓縮、從而允許將閥定位于閥組件內(nèi)的部分。閥的運動被軸向地約束，使得閥桿能夠沿著閥桿的縱向軸線基本僅軸向向上和向下地移動。蕈形閥芯/閥盤M可以包括被固定在更大閥組件內(nèi)的外側(cè)部分60以及內(nèi)側(cè)密封部分58，閥桿52可附接到該內(nèi)側(cè)密封部分58。外側(cè)部分60圍繞密封部分58。外側(cè)部分 60被以提供預(yù)加載力以使閥盤自對準(zhǔn)的方式固定在閥組件內(nèi)，這進(jìn)而軸向地約束閥桿的移動。在圖6的特定實施例中，外側(cè)部分或閥座載體60包括多個螺旋臂62。在圖6中描繪的示例性實施例中，外側(cè)部分60包含三個此類螺旋臂，但是應(yīng)認(rèn)識到可以采用不同數(shù)目的臂。螺旋臂為閥盤提供柔性部分60a和邊緣部分60b。螺旋構(gòu)造導(dǎo)致以下(但非限制性的)示例性特性。首先，螺旋構(gòu)造沿如圖所示的垂直于閥盤平面的方向、即沿著閥桿52的縱向軸線53的軸向方向給閥盤的部分60a提供柔性。換言之，由螺旋臂沿軸向方向相對于彼
7此的移位來提供向上和向下移動。其次，螺旋構(gòu)造沿徑向地朝向閥盤中心的方向給閥盤的外側(cè)部分60提供可壓縮性。如下文進(jìn)一步解釋的，當(dāng)蕈形閥芯/閥盤M被放置在閥組件內(nèi)時，可以使螺旋臂軸向地移位。這導(dǎo)致了預(yù)加載力，其使得蕈形閥芯在閥組件中自對準(zhǔn)， 從而居中地約束閥盤的密封部分58和附接的閥桿52。作為此類自對準(zhǔn)的結(jié)果，閥盤的柔性部分60a的移動被軸向地約束(即，沿著閥桿的縱向軸線)。每個螺旋臂可以在端部部分64 中終止。端部部分64可以是允許將閥盤固定在更大閥組件內(nèi)的突出體。應(yīng)認(rèn)識到在閥盤/蕈形閥芯M中可以利用除螺旋臂之外的構(gòu)造。如螺旋臂的情況一樣，此類其它構(gòu)造應(yīng)具有能夠相對于靜止的閥盤的平面向上和向上移動的柔性部分。此類其它構(gòu)造還應(yīng)允許使閥盤在閥組件內(nèi)自對準(zhǔn)，使得柔性部分的運動受到軸向約束。例如， 閥盤的外側(cè)部分的替換構(gòu)造可以是被柔性輪輻(spokes)連接的同心環(huán)、具有剛性周界以固定于閥座的柔性篩網(wǎng)、被連接到內(nèi)盤部分的周向彈簧構(gòu)件，等等。在典型的應(yīng)用中，期望的是閥盤是耐腐蝕的。為了提供螺旋臂的期望軸向柔性和耐腐蝕性，閥盤討可以由薄的耐腐蝕金屬材料制成。例如，閥盤可以由0. 020英寸厚的全硬 316L不銹鋼或Hastelloy C276形成。可以將閥盤臂形成為具有矩形截面，0. 02英寸的厚度與閥盤的徑向長度相比是小的，該徑向長度通常從閥盤的中心至外邊緣為0.204英寸?？梢詫⒚芊獠糠?8嵌入閥盤的內(nèi)側(cè)部分中。密封部分可以與閥盤的外側(cè)部分相連，密封部分至少部分地由彈性密封材料制成。例如，密封部分可以包括一類類似于彈性合成橡膠的化合物中任何一個的一層，諸如氟橡膠及其它氟代聚合物，包括全氟彈性體(FFKM)和類似化合物。實際上，期望的是使柔性材料的量最小化至僅允許密封材料在閥處于閉合位置時將閥密封的尺寸。在圖6的特定實施例中，密封部分58是圓形的且居中地位于閥盤內(nèi)以將閥桿連接至閥盤，但也可以采用密封部分58的其它形狀和構(gòu)造。蕈形閥芯/閥盤M和閥桿52可以一起形成閥50。在一個實施例中，可以由共同的材料將閥盤和閥桿模制為單塊，隨后添加一層密封材料。在閥50的操作中，通過驅(qū)動閥桿52軸向向下移動以打開閥，這導(dǎo)致柔性部分60a 的各自軸向向下移動以允許氣體流動。為了使閥閉合，可以從閥桿去除驅(qū)動力，并由閥盤使閥桿向上偏置以將閥密封。螺旋臂具有高橫向彈簧率，其保證螺旋臂能夠在沒有顯著橫向移位的情況下沿著閥50的縱向軸線53相對于彼此容易地移位。以這種方式，閥桿52的移動受到軸向約束并以基本上無摩擦的方式發(fā)生。相關(guān)地，由于密封部分58和閥桿52被螺旋臂62居中地對準(zhǔn)，所以不像在常規(guī)調(diào)節(jié)器閥組件中一樣存在由閥抵靠著閥座產(chǎn)生的摩擦。在另一示例性實施例中，閥盤M可以限定允許氣流通過蕈形閥芯(并因此通過調(diào)節(jié)器閥)的空間56。圖7A以部分分解的形式描繪了示例性調(diào)節(jié)器閥組件200，包括依照本發(fā)明的實施例的供在壓力調(diào)節(jié)器中使用的圖6的閥50。圖7B描繪圖7A的部件的放置。特別地，圖7A 和圖7B描繪具有如上所述的閥50以及閥座70的調(diào)節(jié)器閥組件200，閥抵靠閥座70密封和打開以分別限制和允許氣體的流動。用與在圖6中相同的附圖標(biāo)記來識別閥50的部分。如在圖7A和圖7B中看到的，螺旋臂62位于閥組件內(nèi)，相互之間沿閥組件的軸向方向移位。此移位定位向閥提供向上偏置以產(chǎn)生閉合力以執(zhí)行閥盤的密封部分50抵靠著閥座70的密封。由每個螺旋臂62的端部部分形成的閥盤M的邊緣部分60b被固定于閥座70。如下文進(jìn)一步解釋的，由范圍彈簧抵靠隔膜并進(jìn)而抵靠閥桿52的力來驅(qū)動蕈形閥芯的行進(jìn)。多個徑向臂軸向地約束該運動以允許閥桿僅沿著軸向方向移動，軸向方向被定義為通過閥桿的縱向軸線。徑向螺旋臂充當(dāng)懸臂梁，其可以以與螺旋臂沿軸向方向的相對低的彈簧力模量相比相對高的彈簧力模量徑向向內(nèi)地偏轉(zhuǎn)。在組裝時執(zhí)行一次向內(nèi)偏轉(zhuǎn)以將閥盤固定在閥座內(nèi)。閥盤的邊緣部分60b因此被固定，使得不存在邊緣部分的進(jìn)一步移動。在螺旋臂的更加徑向向內(nèi)的柔性部分60a處，充當(dāng)懸臂梁的三個螺旋臂仍能夠在操作期間沿著蕈形閥芯的軸線53 (參見圖6)和閥桿軸線偏轉(zhuǎn)。如所指示的，三個螺旋臂具有相對高的橫向彈簧力模量(與軸向彈簧力模量相比)，這防止密封部分58橫向地移動，從而將運動約束于軸向方向。如圖7A和圖7B中進(jìn)一步描繪的，螺旋臂的端部部分64 (還參見圖6)可以與閥座的接收部分協(xié)作。例如，螺旋臂62的端部突出體64可以與充當(dāng)接收部分的彈簧杯72接觸。彈簧杯72形成套環(huán)以抵靠著臂突出體64保持負(fù)載以使閥盤自對準(zhǔn)。套環(huán)呈現(xiàn)薄的環(huán)形肩部72a以在避免徑向臂62的元件的相鄰移動的同時牢固地將臂的突出體64保持在適當(dāng)位置。在本實施例中，套環(huán)肩部在沒有閥盤的可移動元件上的摩擦的情況下固定閥盤的周界，所述摩擦否則將產(chǎn)生摩擦力和腐蝕顆粒。臂突出體64因此被固定于彈簧杯，使得隨著閥桿52沿著其縱向軸線向上和向下移動，閥盤不從彈簧杯或套環(huán)72移位?？梢杂芍螛?gòu)件74將彈簧杯和套環(huán)72保持就位。另外，可以抵靠著彈簧杯將篩網(wǎng)80固定，使得篩網(wǎng) 80和閥盤M限定用于氣流的閥內(nèi)空間76。篩網(wǎng)80因此允許氣體從源(未示出)流到蕈形閥芯/閥盤M。圖8描繪了完全組裝的閥組件200。在圖8中，支撐構(gòu)件74已經(jīng)卷曲成彎曲支撐體，其至少部分地包在彈簧杯72周圍以固定彈簧杯。還可以在彈簧杯和彎曲支撐體之間提供密封墊片73。彎曲支撐體74從支架78 (也稱為承載凸緣78)連續(xù)地延伸。支架提供表面，當(dāng)閥被密封時，閥被抵靠著該表面偏置?？梢栽诿芊鈮|片73附近將篩網(wǎng)80固定在彈簧杯和彎曲支撐體之間。如上所述，當(dāng)蕈形閥芯/閥盤M被定位于閥座70內(nèi)時，可以使螺旋臂相互之間軸向地移位以提供預(yù)加載力以將閥密封。該移位提供偏置力以使閥盤自對準(zhǔn)并軸向地約束蕈形閥芯的柔性部分和因此的閥桿的運動。因此，閥桿隨后被適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)并軸向地約束，從而基本上消除了閥的失準(zhǔn)的潛在可能。以這種方式，避免了常規(guī)調(diào)節(jié)器閥的缺陷。特別地，不發(fā)生蕈形閥芯的失準(zhǔn)，因為螺旋臂的預(yù)加載力防止閥支撐體在閥座內(nèi)的任何橫向移位。此外，在閥與閥座之間不存在為使閥移位而要克服的摩擦力。以這種方式，避免了閥座磨損。 申請人:已發(fā)現(xiàn)具有本發(fā)明的構(gòu)造的調(diào)節(jié)器閥能夠在不經(jīng)歷顯著的性能變化的情況下運行兩百萬個循環(huán)或更多。圖9A和圖9B描繪依照本發(fā)明的實施例的包括圖7A-B和圖8的調(diào)節(jié)器閥組件的示例性壓力調(diào)節(jié)器300。特別地，圖9B是圖9A的調(diào)節(jié)器在用圓形部分“D”表示的區(qū)域中的局部放大圖。將圖9A與圖1的常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器相比較，如上所述，常規(guī)調(diào)節(jié)器閥組件包括閥彈簧42和蕈形閥芯46，蕈形閥芯46在一端處與閥彈簧連通并在相對端處與閥桿47連通。如在圖9A和圖9B中看到的，本發(fā)明的調(diào)節(jié)器閥組件200不包括閥彈簧42和與常規(guī)蕈形閥芯46類似地構(gòu)造的蕈形閥芯。相反，在圖9A和圖9B中，可以用包括閥盤M及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的閥50來代替此類結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的閥支架78壓靠壓縮構(gòu)件82，這幫助限制閥組件200 進(jìn)行遠(yuǎn)離閥50的移動的移動。因此，在圖9A和圖9B的實施例中，螺旋臂內(nèi)的閥盤的柔性部分允許閥桿52的向上和向下移動，而不是如在常規(guī)構(gòu)造中一樣采用閥彈簧。另外，螺旋臂使蕈形閥芯M在閥座70中自對準(zhǔn)并受到軸向約束，并且在圖1的常規(guī)壓力調(diào)節(jié)器中沒有可比較的結(jié)構(gòu)使閥調(diào)節(jié)器組件40自對準(zhǔn)并受到軸向約束。以這種方式，通過使蕈形閥芯自對準(zhǔn)并受到軸向約束，圖9A和圖9B的調(diào)節(jié)器300的閥組件200不像在圖1的常規(guī)閥40中一樣經(jīng)受失準(zhǔn)和性能方面的關(guān)聯(lián)的缺陷。除本發(fā)明的調(diào)節(jié)器閥組件200之外，圖9A和圖9B的調(diào)節(jié)器300可以包括與圖1 的常規(guī)調(diào)節(jié)器100類似的某些特征。例如，調(diào)節(jié)器300可以包括范圍彈簧12和關(guān)聯(lián)的支撐體及外殼結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)器300還可以在范圍彈簧12和閥組件200之間包括隔膜30?？梢詫㈤y組件200結(jié)合到具有用于氣流通過閥組件200的進(jìn)口 22和出口 M的下組件中。調(diào)節(jié)器 300如下操作以控制從進(jìn)口 22、通過閥組件200到出口 M的流動氣體的壓力。在閥組件 200中，通過螺旋臂的偏置來抵靠著閥座70對閥進(jìn)行加載以停止氣體的流動。由范圍彈簧抵靠著隔膜的力來驅(qū)動蕈形閥芯的軸向運動，該力進(jìn)而被抵靠著閥桿52傳送。多個徑向臂軸向地約束該運動以允許蕈形閥芯僅以軸向方式移動來打開閥。借助于螺紋桿16來壓縮范圍彈簧12的上端14以與常規(guī)調(diào)節(jié)器類似地產(chǎn)生向下負(fù)載以提供閥的打開力。如上所述，這向下驅(qū)動隔膜30以驅(qū)動閥50遠(yuǎn)離閥座70，這允許氣體流入隔膜30下面的室。隔膜用于防止氣體逸出到大氣，同時足夠柔軟以將來自范圍彈簧 12的負(fù)載傳送至閥組件200。當(dāng)作用在隔膜上的出口壓力產(chǎn)生等于范圍彈簧力的力時，系統(tǒng)是平衡的，并且該設(shè)備將保持從閥組件200至調(diào)節(jié)器出口 M的恒定氣流壓力。本發(fā)明的調(diào)節(jié)器300的力關(guān)系因此類似于用于常規(guī)調(diào)節(jié)器的圖2的那些關(guān)系。然而，關(guān)于閥組件200，與常規(guī)調(diào)節(jié)器相反，閥盤M的外側(cè)部分60 (例如螺旋臂62)的構(gòu)造使閥50在閥座70內(nèi)自對準(zhǔn)并受到軸向約束以防止閥50和關(guān)聯(lián)力的失準(zhǔn)。此外，閥盤螺旋臂的柔性部分允許在不必克服抵靠著閥座的任何摩擦力的情況下在操作期間進(jìn)行閥桿52的向上和向下移動。以這種方式，在沒有上述常規(guī)調(diào)節(jié)器構(gòu)造的缺陷的情況下適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)器的氣流壓力。在圖10中描繪了替換實施例。圖10描繪了閥組件200，其用于在多數(shù)方面與圖 9B的可比較的壓力調(diào)節(jié)器。在圖10的實施例中，螺紋部分90在閥桿52的端部上包括配合螺紋，其與在隔膜30上提供的接受體91上的相反配合螺紋協(xié)作。以這種方式，可以將閥桿固定于隔膜，使得兩個結(jié)構(gòu)作為單塊移動。雖然已相對于某些優(yōu)選實施例示出并描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀和理解本發(fā)明時將想到等價物和修改。本發(fā)明包括所有此類等價物和修改，并且僅僅受到以下權(quán)利要求的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)流過氣流壓力調(diào)節(jié)器(300)的氣體的壓力的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，所述調(diào)節(jié)器閥組件包括閥座(70)；以及閥(50)，其能相對于所述閥座在打開與閉合位置之間移動；其中，所述閥包括閥盤(54)，所述閥盤(54)具有柔性部分(60a)和邊緣部分(60b)， 所述柔性部分(60a)能沿著軸向方向向上和向下移動以打開和閉合所述閥，所述邊緣部分 (60b)被構(gòu)造為使所述閥盤在所述閥座內(nèi)自對準(zhǔn)并軸向地約束所述柔性部分的運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥盤(54)的柔性部分(60a) 具有橫向彈簧力模量和軸向彈簧力模量，其中，所述橫向彈簧力模量大于所述軸向彈簧力模量，從而橫向地對準(zhǔn)所述閥盤并軸向地約束所述柔性部分的運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥(50)還包括從所述閥盤(54)的密封部分(58 )垂直地延伸的閥桿(52 )，其中，所述閥桿的向上和向下移動分別導(dǎo)致所述柔性部分的向上和向下移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述密封部分(58)至少部分地由彈性材料形成且所述邊緣部分(60b)和所述柔性部分(60a)由金屬耐腐蝕材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥盤(54)限定至少一個空間(56)以允許氣流通過所述閥盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥盤(54)包括多個螺旋臂(62)，所述多個螺旋臂(62)形成所述閥盤的柔性部分(60a)和邊緣部分(60b)， 其中，所述螺旋臂能相互之間移位以使所述閥盤在所述閥座內(nèi)自對準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥盤(54)的多個螺旋臂 (62)從所述密封部分(58)向外螺旋以便接收閥桿(52)，并且其中，所述螺旋臂的端部部分 (64)被固定于所述閥座(70)以軸向地約束所述柔性部分的向上和向下移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，還包括從所述閥盤(54)的密封部分 (58)垂直地延伸的閥桿(52)，其中，所述閥桿的向上和向下移動分別導(dǎo)致所述柔性部分 (60a)的向上和向下移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述螺旋臂(62)的端部部分 (64)被固定于所述閥座(70)中，沿著軸向方向相互移位，從而使所述密封部分(58)沿著軸向向上方向偏置以便將所述閥(50)密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述螺旋臂(62) 每個具有矩形截面，所述矩形截面的尺寸小于所述閥盤(54 )的半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥盤(54) 的邊緣部分(60b)包括在所述螺旋臂(62)的每一個上的端部突出體(64)，用于與所述閥座 (70)的接收部分協(xié)作。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥座(70)包括用于接收所述閥盤(60)的端部部分(60b)的彈簧杯(72)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述閥座(70)還包括彎曲支撐體(74)，其至少部分地包在所述彈簧杯(72)周圍以便保持所述彈簧杯和所述閥盤(54)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，還包括用于密封所述彈簧杯(72)和所述彎曲支撐體(74 )之間的空間的密封墊片(73 )。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥(200)，其中，所述閥座(70)還包括支架(78)，并且閥盤(54)位于支架與彈簧杯之間以便將閥盤(54)固定在閥座內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述彈簧杯 (72)包括用于對所述閥盤(54)加載以使所述閥盤沿向上的軸向方向偏置的套環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，還包括被固定于所述閥座(70)的篩網(wǎng)(80)，其中，所述篩網(wǎng)和所述閥盤(54)在所述篩網(wǎng)和所述閥盤之間限定用于氣體流動的閥內(nèi)空間(76)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)，其中，所述密封部分 (58 )至少部分地由彈性材料形成且所述邊緣部分(60b )和柔性部分(60a)由金屬耐腐蝕材料形成。
19.一種用于調(diào)節(jié)從進(jìn)口(22)通過調(diào)節(jié)器閥組件(200)到出口(24)的流動的壓力的氣流壓力調(diào)節(jié)器(300)，所述壓力調(diào)節(jié)器包括范圍彈簧(12);根據(jù)權(quán)利要求1-18中的任一項所述的調(diào)節(jié)器閥組件(200)；以及在所述范圍彈簧和所述調(diào)節(jié)器閥組件之間的隔膜(30)；其中，從所述進(jìn)口到所述調(diào)節(jié)器閥組件的氣流的第一壓力被所述調(diào)節(jié)器閥組件轉(zhuǎn)換成從所述調(diào)節(jié)器閥組件到所述出口的第二恒壓氣流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的氣流壓力調(diào)節(jié)器(300)，其中，所述調(diào)節(jié)器閥組件(200)的閥盤(54)抵靠著所述隔膜(30)使所述閥桿(52)偏置，并且施加于所述范圍彈簧(12)的力使所述閥桿沿軸向方向移位以允許所述流動氣體通過所述調(diào)節(jié)器閥組件，并且其中，所述閥盤被構(gòu)造為居中地對準(zhǔn)并軸向地約束所述閥桿的運動。
21.一種調(diào)節(jié)流過壓力調(diào)節(jié)器組件的氣體的壓力的方法，包括步驟提供閥座(70);以及提供閥(50)，所述閥(50)能相對于所述閥座在打開與閉合位置之間移動，其中，所述閥包括閥盤(54)，所述閥盤(54)具有柔性部分(60a)和邊緣部分(60b)，所述柔性部分 (60a)能沿著軸向方向向上和向下移動以打開和閉合所述閥；以及將所述閥定位在所述閥座中，其中，所述邊緣部分使所述閥盤在所述閥座內(nèi)自對準(zhǔn)并軸向地約束所述柔性部分的運動。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的調(diào)節(jié)流過壓力調(diào)節(jié)器組件的氣體的壓力的方法，還包括提供多個螺旋臂(62)以形成所述閥盤(54)的所述柔性部分(60a)和所述邊緣部分(60b)；其中，對所述閥進(jìn)行定位還包括使所述螺旋臂沿著軸向方向移位以抵靠著所述閥座對所述閥進(jìn)行偏置以便將所述閥密封。
全文摘要
提供了蕈形閥芯(54)，其供在調(diào)節(jié)器閥組件(200)中用于調(diào)節(jié)通過氣流壓力調(diào)節(jié)器(300)的流動氣體的壓力。蕈形閥芯包括閥盤(54)，閥盤(54)具有柔性部分(60a)從而允許閥桿(52)沿著軸向方向的向上和向下移動。閥盤可以具有邊緣部分(60b)，其提供預(yù)加載力以使閥盤在閥座(70)內(nèi)自對準(zhǔn)并軸向地約束閥桿的運動。閥桿(52)可以從密封部分(58)相對于閥盤垂直地延伸。在閥被打開和閉合時，閥桿的移動受到軸向地約束并導(dǎo)致柔性部分的向上和向下移動。閥盤的柔性和端部部分可以由多個螺旋臂形成，以便自對準(zhǔn)和軸向約束閥盤。
文檔編號G05D16/06GK102439528SQ201080020028
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者P. 摩根 D. 申請人:帕克-漢尼芬公司