一种三叉阀芯式超洁净阀

1.本发明属于超洁净阀技术领域，尤其是一种三叉阀芯式超洁净阀。


背景技术：

2.半导体、生物医药、电子级化工等领域对颗粒物等污染物的要求十分严苛，同时，对于生产工艺所需的液体或气体的生产环境，其洁净度要求也非常高，当达到一定洁净度标准的材料或工艺称为超洁净材料或超洁净工艺。在需要超洁净流体或腐蚀性流体输送的环境中，阀的结构必须安全可靠而其材料需耐腐蚀，严格杜绝阀内部介质与外界相通，同时阀的开闭过程中不能产生磨损和颗粒物。
3.传统阀通常设置有类似阀杆这样的外部伸入控制件，这就导致其在原理上难以消除动密封点，传统阀在长期、多次的开闭过程中易产生外泄漏，甚至促使内部介质与外界相通，进一步导致流体污染，产生重大安全隐患损失巨大的财务，而传统阀一般采用滑动摩擦副进行密封，在长时间的使用后会出现磨损以及颗粒污染的问题，对其内部介质以及外部环境产生干扰。
4.而为了适应超洁净生产的环境，摒除无法达到超洁净的普通传统阀，使用超洁净电磁阀，作为其超洁净阀的控制元件。如永磁体内嵌式超洁净阀，控制开闭的元件如外置电磁铁、外置永磁体置于流室之外，其在阀芯处内嵌永磁体，通过弹簧使得阀芯与阀盖进行连接，通过控制电磁铁的通断电进行控制阀芯的轴向移动，进而控制阀口的开闭。永磁体内嵌式超洁净阀通过磁力进行连接控制的方法，在保证了超洁净环境的要求上，杜绝了传统阀杆阀芯式连接外泄漏的问题，较现有隔膜阀、波纹管阀而言，解决了其弹性膜片寿命短、破裂后防护能力弱的问题，大幅提升了超洁净阀的使用寿命与安全性能；较现有的全密封超洁净单向阀而言，其开闭可受外界的控制，能更好地满足不同超洁净流体输送的控制需要。但还存在如下缺点：（1）其阀芯通过单点弹簧进行连接，在流速过大或在流控元件发生振动时，因其自由度过大而发生与阀璧等共振碰撞的风险，久而久之产生磨损或颗粒物污染了内部封闭结构。
5.（2）其阀芯采用圆柱体设计，仅靠阀芯平面与阀口平面接触封闭不严，会因其电磁力的不稳定因素而产生内部流室泄露的风险。


技术实现要素：

6.本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种精准控制阀开闭、不发生内部流室泄露且不产生磨损、污染颗粒的三叉阀芯式超洁净阀。
7.为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种三叉阀芯式超洁净阀，包括阀座，阀座前端套设在阀盖内，阀座、阀盖之间布设有阀芯，阀座的后端安装有阀芯尾部电磁体，阀芯尾部电磁体外包覆有阀芯尾部电磁体保护罩，阀盖的前端安装有阀芯头部电磁体，阀芯头部电磁体外包覆有阀芯头部电磁体保护罩，所述阀芯头部电磁体的体积、磁力均
大于阀芯尾部电磁体的体积、磁力。
8.作为本发明的一种优选方案，所述阀座、阀盖连接后内部形成超洁净流室，阀芯位于超洁净流室中。
9.作为本发明的一种优选方案，所述阀座包括过渡流室，过渡流室的一端连通阀前端流道，过渡流室的另一端连通导向流道、支流道。
10.作为本发明的一种优选方案，所述导向流道、支流道在阀座内周向布设，所述导向流道个数为2。
11.作为本发明的一种优选方案，所述阀芯包括内嵌永磁体、叉头、导向叉头以及流道，叉头、导向叉头在阀芯底部圆周布设，所述导向叉头的个数为2。
12.作为本发明的一种优选方案，所述叉头与支流道相适配，导向叉头与导向流道相适配。
13.作为本发明的一种优选方案，所述阀芯和阀盖之间还连接有弹簧，弹簧的一端嵌入阀芯头部的弹簧槽中，弹簧另一端嵌入阀盖内表面的阀盖弹簧槽中。
14.作为本发明的一种优选方案，所述弹簧的材质为超净弹簧钢。
15.作为本发明的一种优选方案，所述阀盖前端设有安装阀芯头部电磁体的电磁阀槽，所述阀座的后端设有安装阀芯尾部电磁体的阀座电磁阀槽。
16.作为本发明的一种优选方案，所述阀盖包括内部的阶梯面以及位于阀盖的管口，管口内形成出口流道。
17.本发明的有益效果是：1.本发明通过阀芯尾部电磁体、阀芯头部电磁体控制超洁净流室内的阀芯轴向移动，实现阀口的开闭，其中，阀芯上两个导向叉头轴向定位，有效地限制了阀芯的自由度，避免因流速过大等因素使阀芯在超洁净流室内发生不规律运动，导致内部流室泄露的风险以及阀芯碰撞产生的磨损。
18.2.本发明的电磁体驱动组件体积小，且相隔距离短，阀口的开闭的速度响应快，通过调节单个或两个电磁体的电流大小，即可控制阀芯的移动速度以及幅度，能较为精确地控制阀芯的开闭。
19.3.本发明的阀芯头部电磁体、阀芯尾部电磁体外包覆有阀芯头部电磁体保护罩、阀芯尾部电磁体保护罩，阀芯头部电磁体保护罩、阀芯尾部电磁体保护罩保护阀芯头部电磁体、阀芯尾部电磁体免受破坏和腐蚀，保证芯头部电磁体、阀芯尾部电磁体的正常工作；阀盖前端设置的电磁阀槽、阀座后端设置的阀座电磁阀槽，方便阀芯头部电磁体、阀芯尾部电磁体的定位安装。
附图说明
20.图1是本发明阀芯开启时的结构示意图；图2是本发明阀芯关闭时的结构示意图；图3是本发明阀座的结构示意图；图4是本发明阀座的侧面剖视图；图5是本发明阀盖的结构示意图一；图6是本发明阀盖的结构示意图二；
图7是本发明阀芯的结构示意图一；图8是本发明阀芯的结构示意图二；图中附图标记：阀芯头部电磁体保护罩1，阀盖2，阀座3，阀芯4，阀芯尾部电磁体5，阀芯尾部电磁体保护罩6，阀芯头部电磁体7，弹簧8，超洁净流室9，阀盖弹簧槽21，电磁阀槽22，阶梯面23，管口24，出口流道25，过渡流室31，阀前端流道32，导向流道33，支流道34，阀座电磁阀槽35，永磁体41，叉头42，导向叉头43，弹簧槽44，流道45。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
22.如图1-2所示，一种三叉阀芯式超洁净阀，包括阀座3，阀座3前端套设在阀盖2内，阀座3、阀盖2连接后内部形成超洁净流室9，阀芯4位于超洁净流室9中，阀座3的后端安装有阀芯尾部电磁体5，阀芯尾部电磁体5外包覆有阀芯尾部电磁体保护罩6，阀芯尾部电磁体保护罩6用于保护阀芯尾部电磁体5免受破坏和腐蚀，保证阀芯尾部电磁体5的正常工作，阀盖2的前端安装有阀芯头部电磁体7，阀芯头部电磁体7外包覆有阀芯头部电磁体保护罩1，阀芯头部电磁体保护罩1用于保护阀芯头部电磁体7免受破坏和腐蚀，保证阀芯头部电磁体7的正常工作，所述阀芯头部电磁体7的体积、磁力均大于阀芯尾部电磁体5的体积、磁力。
23.具体的，阀盖2、阀座3和阀芯4为构成阀的主体部分，阀芯头部电磁体保护罩1、阀芯尾部电磁体保护罩6、阀芯头部电磁体7、阀芯尾部电磁体5以及阀芯内永磁体41共同组成阀的驱动组件，阀芯4两端的阀芯尾部电磁体5、阀芯头部电磁体7能共同调节磁力进而相互作用，对阀芯4的轴向位移起到精准的牵引控制，实现超洁净阀的开闭。
24.考虑到电磁体在正常工作室需兼屏蔽变化的电磁场，如工频电磁场，除要求磁导率高外，还要求电导率高，因此，阀芯头部电磁体保护罩1和阀芯尾部电磁体保护罩6材料优选为坡莫合金，坡莫合金中含镍量高于40%时，磁导率和电导率都很好，当然也可采用含铝15%～16%左右的铁铝合金的磁屏材料。
25.为了适应超洁净加工的高洁净度要求，阀盖2、阀座3以及阀芯4应当是超洁净材料含氟塑料，包括过氟烷氧基、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯，或其任意组合。或是在高洁净度金属的内表面采取衬氟加工技术，可选的氟塑料种类繁多，包括聚四氟乙烯(ptfe)、聚全氟乙丙烯(fep)和聚三氟氯乙烯(pctfe)等，具体情况按使用环境决定。
26.阀座3包括过渡流室31，过渡流室31的一端连通阀前端流道32，过渡流室31的另一端连通导向流道33、支流道34，导向流道33、支流道34在阀座3内周向布设，所述导向流道33个数为2。
27.阀盖2前端设有安装阀芯头部电磁体7的电磁阀槽22，所述阀座3的后端设有安装阀芯尾部电磁体5的阀座电磁阀槽35，电磁阀槽22、阀座电磁阀槽35的设置方便阀芯头部电磁体7、阀芯尾部电磁体5定位安装。
28.具体的，阀芯尾部电磁体5和阀芯头部电磁体7使用环形电磁铁，其尺寸为适用电磁阀槽22、阀座电磁阀槽35的大小，需进行设计定做。
29.阀盖2包括内部的阶梯面23以及位于阀盖2前端的管口24，管口24内形成出口流道25。
30.阀芯4为三叉式结构，阀芯4包括内嵌的永磁体41、叉头42、导向叉头43以及流道
45，叉头42、导向叉头43在阀芯4底部圆周布设，外延式导向叉头43限制阀芯4在阀座3内的轴向移动，使阀芯4始终保持一个自由度，外延式短圆锥头叉头42控制流体的通断。
31.叉头42头部设置为圆锥状，锥形面的半锥角大于等于45
°
而小于等于75
°
，叉头42的长度尺寸远小于导向叉头43的长度尺寸，较长的导向叉头43避免阀芯4脱离阀座3，所述导向叉头33的个数为2，叉头42与支流道34相适配，导向叉头43与导向流道33相适配。
32.具体的，阀芯4除内嵌的永磁体41外其材料优选为聚四氟乙烯材质，永磁体41在制造时其表面需进行金属镀层，该镀层为微米级以上厚度的金属膜，同时，永磁体41以注塑的方式嵌入阀芯4中。
33.阀芯4和阀盖2之间还连接有弹簧8，弹簧8的一端嵌入阀芯4头部的弹簧槽44中，弹簧8另一端嵌入阀盖2内表面的阀盖弹簧槽21中。
34.弹簧8的材质是超净弹簧钢，该弹簧钢的钢丝硫含量为不大于10％的氧化物夹杂物，其存在于钢丝直径四分之一外的外层并且宽度不小于3μm的不少于70％的这样的夹杂物。
35.具体实施一种三叉阀芯式超洁净阀时：如图1、3-8所示，阀芯开启时:液体介质自阀前端流道32流入阀座32内的过渡流室31，后通往渡流室31另一端的三条流道，其中两条为导向流道33，另一条为方便液体介质通过支流道34，流体介质通过支流道34到达超洁净流室9，再通过阀芯4中的流道45，最后经过出口流道25后流入管道或下一浸液组件中。
36.如图2、3-8所示，阀芯关闭时:超洁净流室9内，弹簧8由于弹性势能的作用，弹簧8一端紧靠阀盖2，弹簧8另一端将阀芯4推向阀座3，导向叉头43在导向流道33内作轴向运动，叉头42从超洁净流室9内进入支流道34中，此时三条流道均被封闭，对阀芯尾部电磁体5通电，阀芯尾部电磁体5对阀芯4内的永磁体41产生轴向吸力，进而带动阀芯4向阀座3轴向移动，此时导向流道33、支流道34被密封，阀体处于关闭状态。
37.阀芯再次开启时:在阀体关闭状态下，对阀芯头部电磁体7进行通电，通入阀芯头部电磁体7的电流大小规律调节，当电流大小从零开始线性增加时，阀芯头部电磁体7对内嵌永磁体41的吸力大小也呈线性增大。当阀芯头部电磁体7的吸力大于阀芯尾部电磁体5的吸力与弹簧弹力矢量和时，阀芯4开始向阀盖2轴向移动，相应的，通过控制阀芯头部电磁体7的电流大小可以控制阀芯4的位移，通过控制电磁体7的电流增速可以控制阀芯4的移动速度。
38.当阀芯4因阀芯头部电磁体7的吸力到达贴近阀盖2的极限位置时，此时阀芯4上的叉头42已经从支流道34内移出，继而支流道34完全打开，流体介质得以从过渡流室31经过支流道34到达超洁净流室9内，并通过流道45流入出口流道25，此时阀体再次处于开启状态。
39.若本发明中的驱动组件只包含阀芯头部电磁体7和弹簧8，用来对阀芯4进行驱动，也可以实现阀口的开启和闭合，但若阀体的进液口流速过大，导致进入支流道34的液体介质流速过快，此时虽有弹簧的弹性势能做支撑，但阀芯4可能被浸液冲出支流道34，导致阀
体封闭阶段产生内部泄露的情况；加装双电磁体控制后，可通过调节阀芯头部电磁体7的输入电流调节阀芯头部电磁体7的吸力，从而对阀芯4进行调速。后期设计可在阀芯4以及阀盖2等位置加装位移传感器，或选择在阀体后端加装流量计对通过阀口的流量加以测量，以实现对阀芯位置或移速的实时监控并调整。
40.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
41.尽管本文较多地使用了图中附图标记：阀芯头部电磁体保护罩1，阀盖2，阀座3，阀芯4，阀芯尾部电磁体5，阀芯尾部电磁体保护罩6，阀芯头部电磁体7，弹簧8，超洁净流室9，阀盖弹簧槽21，电磁阀槽22，阶梯面23，管口24，出口流道25，过渡流室31，阀前端流道32，导向流道33，支流道34，阀座电磁阀槽35，永磁体41，叉头42，导向叉头43，弹簧槽44等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。