专利名称：蝶形阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及蝶形阀，更具体地说是涉及具有较长工作寿命并且产生较少细粒的蝶形阀机构。
传统的蝶形阀结构包括一具有一流体管道和一阀座的阀壳、一可在流体管道中的一打开位置与一关闭位置之间移动的密封件以及一将密封件在打开与关闭位置之间转动的机构。通常，密封件是一块板，它在打开位置平行于流体流动方向，而在关闭位置转到垂直于流体流动方向。密封件在关闭位置可与阀座接合而封住流体管道。
蝶形阀可用于许多场合。不同的场合可涉及液体、气体和真空。某些场合可能要求有较长的工作寿命，打开与关闭位置之间的循环较为频繁，而且要求产生较少的细粒。这种场合的一个实例是半导体晶片的真空加工设备。随着半导体装置几何尺寸的减小和电路密度的增大，半导体晶片变得对细粒杂质越来越敏感。加工室的真空密封外壳内的诸部件，诸如真空管路中的蝶形阀，是细粒杂质的潜在源。而且，一个蝶形阀的失效可能需要使所有或部分半导体生产线停机，因而对生产率造成不利影响。因此，工作寿命长和产生较少细粒是蝶形阀的重要特性。
密封件与阀座的接合和分离运动是细粒杂质和磨损的潜在源。为缓解这些问题，现有技术的蝶形阀设计对密封件采用了旋转运动与直线运动的组合。于1989年4月4日授予罗斯特朗的美国专利4,817,916、1990年5月1日授予德奎伊的美国专利4,921,212以及1994年7月19日授予德恩等人的美国专利5,330,157所揭示的蝶形阀都是这样工作的，先将密封件从一打开位置转到与阀座对齐，然后密封件直线移动而与阀座接合。所揭示的蝶形阀均有一凸轮结构。于1987年1月6日授予盖泽的美国专利4,634,094中揭示了一种关闭阀，它具有一移动杆和滑动引导封闭机构。所有已知的现有技术蝶形阀结构都有一或多个缺点，包括工作寿命有限和产生较多细粒。
按照本发明的第一个方面，提供了一种蝶形阀。该蝶形阀包括一具有一流体管道并限定出一阀座的阀壳、一具有一密封板的密封板组件以及一封闭组件。封闭组件使密封板在一打开位置、密封板从阀座缩回的一中间位置和密封板与阀座密封接合的一关闭位置之间移动。
封闭组件包括一安装在阀壳中并可绕其一纵轴线转动的主轴；一同心地设置在主轴内并可绕纵轴线转动的曲轴；一固定于主轴并可与主轴一起转动的轮毂，该轮毂可动地连接于密封板组件而允许密封板组件相对于轮毂平移；一安装于曲轴而绕纵轴线偏心转动的滚动件，该滚动件与密封板组件接合；以及一或多个连接于密封板组件与轮毂之间、将密封板朝中间位置偏压的弹簧。
该蝶形阀可具有一阀致动件，或可具有一供手动操作的手柄。阀致动件可连接于曲轴而使曲轴绕纵轴线转动，其中，密封板通过主轴和轮毂的转动而从打开位置转动到中间位置，并且密封板通过曲轴相对于主轴的转动和滚动件绕纵轴线的偏心转动而从中间位置平移到关闭位置。
主轴可包括一连接于轮毂一侧并可转动地安装于阀壳的实心轴和一连接于轮毂另一侧并可转动地安装于阀壳的空心轴。曲轴可以是一具有偏心结构的实心轴，并可以安装在空心轴内。
实心轴可具有一平表面。蝶形阀还可包括一安装于阀壳而在主轴转动到与密封板的打开位置相对应的一第一位置时与实心轴上的平表面相接合的第一挡块和一安装于阀壳而在主轴转动到与密封板的中间位置相对应的一第二位置时与实心轴上的平表面相接合的第二挡块。主轴和曲轴在第一位置与第二位置之间可转过约90°。曲轴可相对于主轴转动约180°，同时使实心轴上的平表面与第二挡块相接触，从而将密封板从中间位置移动到关闭位置。
密封板组件可具有引导销，它们在密封板相对于轮毂平移过程中在轮毂上的孔中滑动。密封板组件还可包括一用于保持弹簧的保持板。
为便于更好地理解本发明，下面参照附图来进行描述，这些
如下图1是本发明蝶形阀的一个实施例的剖开的侧视图，其密封板处于打开位置；图2是图1蝶形阀的剖开的侧视图，其密封板处于中间位置；图31蝶形阀的剖开的侧视图，其密封板处于关闭位置；图4是图1蝶形阀沿流体管道方向观察的、局部剖开的端视图；图5是图1蝶形阀的剖开的俯视图，其密封板处于中间位置；图6是图1蝶形阀的剖开的俯视图，其密封板处于关闭位置；图7是图1蝶形阀的剖开的侧视图，表示出一限定打开位置的挡块；图8是图1蝶形阀的剖开的侧视图，表示出一限定中间位置的挡块。
图1-8示出了具有本发明的特征的一个蝶形阀的实施例。图1-8中相同的部件由相同的标号表示。
蝶形阀10包括一阀壳12，该阀壳具有一供气体或液体通过的流体管道14。在蝶形阀用于真空场合下，气体压力可以很低。阀壳12限定出一阀座16，用于与一密封板接合，如下所述。流体管道14可以大致呈圆筒形，阀座16可以呈锥台形。最好，阀座16具有一弹性体O型圈20，用于确保密封板与阀座之间的流体密封。阀壳12还可具有多个安装孔22(图4)。
蝶形阀10还包括一密封板组件30和一封闭组件32(在图4-6中看得最清楚)。蝶形阀10可包括一阀致动件34。在封闭组件32和阀致动件34的控制下，密封板组件30可以在图1中所示的打开位置、图2和5中所示的中间位置和图3和6中所示的关闭位置之间移动。在打开位置，密封板组件30转动离开阀座16和流体管道14，从而允许液体或气体流过。在中间位置(图2)，密封板组件30转动成与阀座16对齐但与其隔开。在关闭位置(图3)，密封板组件30从中间位置平移到与阀座16相接合，因而封住流体管道14。在关闭位置，蝶形阀10被关闭。在另一种结构中，致动件34由一手柄或其它适合于手动操作蝶形阀的装置来代替。当然，密封板组件30可以沿相反的方向从关闭位置移动到打开位置。在打开和关闭过程中，密封板组件均经过中间位置。
封闭组件32包括一主轴40、一曲轴110、一中心轮毂60、一滚珠轴承122以及弹簧90和92。如下面要描述的，封闭组件32连接于致动件34与密封板组件30之间，使密封板组件在打开与关闭位置之间移动。主轴40安装于阀壳12中，并可绕主轴40的纵轴线42转动。如图4-6中清楚表示的，主轴40具有两部分，即一可转动地安装于一滚珠轴承46中的实心轴44和一可转动地安装于一滚珠轴承52中的空心轴50。实心轴44和空心轴50固定连接于中心轮毂60的相对侧上。这样，实心轴44、空心轴50和中心轮毂60作为一个整体绕纵轴线42转动。
实心轴44插入中心轮毂60一侧的一孔中并通过一销62固定。空心轴50插入中心轮毂60另一侧的一孔中并通过一固定螺钉64固定。因此，中心轮毂60相对于实心轴44和空心轴50而定位。中心轮毂60连接于密封板组件30，从而允许密封板组件30与中心轮毂60一起转动，并允许密封板组件30相对于中心轮毂60平移，如下所述。
如图1-3中清楚表示的，密封板组件30包括一密封板70，它大致呈圆盘形，其外周边具有一凸缘72，用于在关闭位置与阀座16和O型圈20接合。密封板70是当阀关闭时堵塞和密封流体管道14的封闭件。密封板组件30还包括一保持板74以及引导销76和78。保持板74通过引导销76和78与密封板70隔开，从而限定出一腔室80。密封板70、保持板74以及引导销76和78通过机用螺钉82固定于一起。密封板70具有一支座84，它面对腔室80，并提供一用于滚珠轴承122的接触表面。
弹簧90和92设置在密封板组件30与中心轮毂60之间，用于将密封板组件30朝中间位置偏压。更具体地说，弹簧90和92安装在保持板74上的槽中以及中心轮毂60所限定的各轴套94和96中。当密封板组件30处于关闭位置时，弹簧90和92被压缩，如图3所示，而当密封板组件30处于中间位置时伸展开，如图2所示。中心轮毂60还限定出一接纳引导销76的轴套100和一接纳引导销78的轴套102。引导销76和78分别在轴套100和102中滑动，以使密封板组件30相对于中心轮毂60在中间位置与关闭位置之间平移。
如图4-6中清楚表示的，曲轴110安装在空心轴50内，并可绕纵轴线42转动。曲轴110通过一滚珠轴承112可转动地固定于阀壳12中，并通过一滚针轴承114可转动地固定于中心轮毂60中。曲轴110最好是实心的。致动件34固定于曲轴110的一端，因而曲轴110可以在致动件34被驱动时绕纵轴线42转动。在上述的另一种结构中，曲轴110的一端固定有一手柄。弹性圈116在曲轴110与阀壳12之间提供密封。曲轴110在中心轮毂60内的端部处具有一延伸销120，该延伸销相对于纵轴线42而偏心设置。偏心的延伸销120使曲轴110起到偏心轴42的作用。延伸销120上安装有一滚动件，该滚动件通常以滚珠轴承122的方式来实现。滚珠轴承122的外座圈可以绕一与纵轴线42平行隔开的滚动件轴线124转动。另外，整个滚珠轴承122随曲轴110的转动而相对于纵轴线42偏心转动。如下面要描述的，滚珠轴承122的偏心运动使密封板组件30在中间位置与关闭位置之间移动。
一轴承盖130固定于阀壳12，如图4-8中所示。轴承盖130将滚珠轴承46保持在阀壳12内，并具有一用于接纳实心轴44的一扩大端134的槽132。一弹性圈136在轴承盖130与阀壳12之间提供密封；一弹性圈138在轴承盖130与实心轴之间提供密封。如图7和8所示，轴端134具有一与一第一挡块142接合的平表面140，如图7中所示，并具有一第二挡块144，如图8中所示。挡块142和144均可以用一定位螺钉的方式来实现，该定位螺钉拧入轴承盖130中并延伸入轴承盖130中的槽132中。参照图7和8，主轴44可以在一由第一挡块142限定的第一位置(如图7中所示)与一由第二挡块144限定的第二位置(如图8中所示)之间转动。在第一位置，第一挡块142接触平表面140，在第二位置，第二挡块144接触平表面140。由第一挡块142限定的第一位置相当于密封板组件30的打开位置，如图2中所示。实心轴44由第二挡块144所限定的第二位置相当于密封板组件30的中间位置，如图1中所示。另外，当密封板组件30因曲轴110的转动而平移到关闭位置时，实心轴44保持在第二挡块144所限定的第二位置。可以理解，可对挡块142和144进行调节，以分别调节密封板组件30的打开位置和中间位置。最好，实心轴44在第一挡块142与第二挡块144之间转过90°。
下面描述蝶形阀的工作情况。在图1所示打开位置与图2所示中间位置之间的移动过程中，致动件34使曲轴110绕轴线42转动。在打开位置与中间位置之间，主轴40可自由转动，弹簧90和92在密封板组件30和中心轮毂60之间保持固定的位置关系。而且，滚珠轴承122和曲轴110在打开位置和中间位置之间与密封板组件30和中心轮毂60保持固定的位置关系。这样，在曲轴110从打开位置转动到中间位置后，主轴40、中心轮毂60和密封板组件30与曲轴110一起转动。因此，密封板70在图1所示打开位置与图2所示中间位置之间转过90°。如图1和2中所示的，滚珠轴承122在打开位置与中间位置之间绕轴线42偏心地转过90°。
当封闭组件32到达中间位置时，实心轴44的平表面140(图7)接触第二挡块144，从而防止主轴40的进一步转动。但是，曲轴110继续由致动件34转动，因而相对于当前静止的主轴40转动。滚珠轴承122继续绕轴线42偏心转动，并抵靠于密封板70上的支座84。致动件34施加的力通过曲轴110和滚珠轴承122使弹簧90和92压缩，并使密封板组件30相对于中心轮毂60沿直线平移。更具体地说，密封板组件30通过引导销76和78分别在中心轮毂60的轴套100和102中的滑动运动而平移。如图2和3中所示，滚珠轴承122在中间位置与关闭位置之间绕轴线42转过180°。因此，密封板70相对于中心轮毂60和主轴40而平移到与阀座16和O型圈20接合的位置，从而关闭和密封流体管道14。
在蝶形阀10的打开过程中，简单地反过来进行上述操作。也就是说，致动件34使曲轴10转动，使滚珠轴承122绕轴线42偏心转动并抵靠保持板74，因而密封板组件30从阀座16和O型圈20缩回到中间位置。在密封板组件30从关闭位置缩回的过程中，弹簧90和92的力与保持板74上的滚珠轴承的力相结合而使密封板70缩回，从而克服密封板粘附于关闭位置的趋势。主轴40可自由地从中间位置绕轴线42朝打开位置转动。这样，包括密封板组件30、中心轮毂60、主轴40、滚珠轴承122和曲轴110在内的封闭组件作为一个整体在中间位置与打开位置之间转动。当实心轴44的平表面140(图8)接触第一挡块142时，密封板70处于图1所示的打开位置，并防止封闭组件32的进一步转动。
以上所揭示的蝶形阀具有较长的工作寿命和较少的细粒杂质。由于封闭组件利用滚珠轴承122来实现中间位置与关闭位置之间的平移，因而滚珠轴承122与腔室80的内侧表面之间的摩擦接触减至最小，所产生的细粒非常少。结构如以上所述和图1-8所示的蝶形阀已成功试验了一百多万次循环。
虽然已经示出和描述了本发明目前以为是最佳的实施例，但本技术领域的技术人员清楚，在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下可以对其进行各种变化和改制。
权利要求
1.一种蝶形阀，包括一具有一流体管道并限定出一阀座的阀壳；一具有一密封板的密封板组件；以及一使所述密封板在一打开位置、所述密封板从所述阀座缩回的一中间位置和所述密封板与所述阀座密封接合的一关闭位置之间移动的封闭组件，所述封闭组件包括一安装在所述阀壳中并可绕其一纵轴线转动的主轴；一同心地设置在所述主轴内并可绕所述纵轴线转动的曲轴；一固定于所述主轴并可与所述主轴一起转动的轮毂，所述轮毂可动地连接于所述密封板组件而允许所述密封板组件相对于所述轮毂平移；一安装于所述曲轴而绕所述纵轴线偏心转动的滚动件，所述滚动件与所述密封板组件接合；以及一或多个连接于所述密封板组件与所述轮毂之间、将所述密封板朝所述中间位置偏压的弹簧。
2.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，所述主轴具有一平表面，并且所述蝶形阀还包括一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的打开位置相对应的一第一位置时与所述主轴上的平表面相接合的第一挡块和一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的中间位置相对应的一第二位置时与所述主轴上的平表面相接合的第二挡块。
3.如权利要求2所述的蝶形阀，其特征在于，所述第一和第二挡块是可调的。
4.如权利要求2所述的蝶形阀，其特征在于，所述曲轴在所述主轴的平表面与所述第二挡块相接触时可以相对于所述主轴转动。
5.如权利要求2所述的蝶形阀，其特征在于，所述主轴和所述曲轴在所述第一位置与所述第二位置之间转过约90°，并且所述曲轴相对于所述主轴转动约180°，同时使所述主轴上的平表面与所述第二挡块相接触，从而将所述密封板从所述中间位置移动到所述关闭位置。
6.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，所述滚动件包括一滚珠轴承。
7.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，所述主轴包括一连接于所述轮毂一侧并可转动地安装于所述阀壳的实心轴和一连接于所述轮毂另一侧并可转动地安装于所述阀壳的空心轴，所述曲轴安装在所述空心轴内。
8.如权利要求7所述的蝶形阀，其特征在于，所述实心轴具有一平表面，并且所述蝶形阀还包括一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的打开位置相对应的一第一位置时与所述实心轴上的平表面相接合的第一挡块和一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的中间位置相对应的一第二位置时与所述实心轴上的平表面相接合的第二挡块。
9.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，所述密封板组件具有引导销，它们在所述密封板相对于所述轮毂的平移过程中在所述轮毂中的孔中滑动。
10.如权利要求9所述的蝶形阀，其特征在于，所述密封板组件还包括一用于保持所述弹簧的保持板。
11.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，它还包括一连接于所述曲轴而使所述曲轴绕所述纵轴线转动的阀致动件，所述密封板通过所述主轴和所述轮毂的转动而从打开位置转动到中间位置，并且所述密封板通过所述曲轴相对于所述主轴的转动和所述滚动件绕所述纵轴线的偏心转动而从中间位置平移到关闭位置。
12.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，它还包括一连接于所述曲轴而使所述曲轴绕所述纵轴线转动的手柄，所述密封板通过所述主轴和所述轮毂的转动而从打开位置转动到中间位置，并且所述密封板通过所述曲轴相对于所述主轴的转动和所述滚动件绕所述纵轴线的偏心转动而从中间位置平移到关闭位置。
13.一种蝶形阀，它包括一具有一流体管道并限定出一阀座的阀壳；一具有一密封板的密封板组件，所述密封板组件限定一腔室；以及一使所述密封板在一打开位置、所述密封板从所述阀座缩回的一中间位置和所述密封板与所述阀座密封接合的一关闭位置之间移动的封闭组件，所述封闭组件包括一安装在所述阀壳中并可绕其一纵轴线在打开位置与中间位置之间转动的主轴；一安装在所述阀壳内内并可绕所述纵轴线在打开位置与关闭位置之间转动的曲轴；一固定于所述主轴并可动地连接于所述密封板组件而允许所述密封板组件相对于所述轮毂平移的轮毂；一安装于所述曲轴而绕所述纵轴线偏心转动的滚动件，所述滚动件设置在所述密封板组件的腔室内；以及安装于所述密封板组件与所述轮毂之间、将所述密封板朝所述中间位置偏压的弹簧装置。
14.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，所述主轴包括一连接于所述轮毂一侧并可转动地安装于所述阀壳的实心轴和一连接于所述轮毂另一侧并可转动地安装于所述阀壳的空心轴，所述曲轴安装在所述空心轴内。
15.如权利要求14所述的蝶形阀，其特征在于，所述实心轴具有一平表面，并且所述蝶形阀还包括一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的打开位置相对应的一第一位置时与所述实心轴上的平表面相接合的第一挡块和一安装于所述阀壳而在所述主轴转动到与所述密封板的中间位置相对应的一第二位置时与所述实心轴上的平表面相接合的第二挡块。
16.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，所述密封板组件还包括一保持板，所述弹簧装置包括安装在所述保持板与所述轮毂之间的第一和第二弹簧。
17.如权利要求16所述的蝶形阀，其特征在于，所述密封板组件还具有引导销，它们在所述密封板组件相对于所述轮毂的平移过程中在所述轮毂中的孔中滑动。
18.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，所述滚动件包括一安装在所述曲轴的一偏心于所述纵轴线的延伸部分上的滚珠轴承。
19.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，它还包括一连接于所述曲轴而使所述曲轴绕所述纵轴线转动的阀致动件，所述密封板通过所述主轴和所述轮毂的转动而从打开位置转动到中间位置，并且所述密封板通过所述曲轴相对于所述主轴的转动和所述滚动件绕所述纵轴线的偏心转动而从中间位置平移到关闭位置。
20.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，它还包括一连接于所述曲轴而使所述曲轴绕所述纵轴线转动的手柄，所述密封板通过所述主轴和所述轮毂的转动而从打开位置转动到中间位置，并且所述密封板通过所述曲轴相对于所述主轴的转动和所述滚动件绕所述纵轴线的偏心转动而从中间位置平移到关闭位置。
全文摘要
一种碟形阀包括一具有一流体管道并限定出一阀座的阀壳、一具有一密封板的密封板组件和一封闭组件。封闭组件包括:一安装在阀壳中并可绕其一纵轴线转动的主轴;一同心地设置在主轴内并可绕纵轴线转动的曲轴;一固定于主轴并可与主轴一起转动的轮毂,它可动地连接于密封板组件而允许密封板组件相对于轮毂平移;一安装于曲轴而绕纵轴线偏心转动的滚动件,它与密封板组件接合;一或多个连接于密封板组件与轮毂之间、将密封板朝中间位置偏压的弹簧。
文档编号F16K51/02GK1264804SQ9912753
公开日2000年8月30日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年2月18日
发明者C·M·基恩 申请人:凡利安股份有限公司