专利名称：自对准轴向约束调节器阀组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及气流压力调节器，并且更特别地涉及自对准、轴向约束的调节器蕈形阀芯(valve poppet)以及包括该自对准轴向约束调节器蕈形阀芯的相关调节器阀组件和调节器。本发明被特别地应用于在相对低流量的系统中使用的压力调节器，例如在制造半导体器件时使用的调节器。
背景技术：
气流压力调节器是将相对高的输入压力减小至可调整的相对恒定的较低出口压力的器件。图1描绘了常规压力调节器100。压力调节器100可以包括上或范围组件10和下组件20、以及位于上和下组件之间的隔膜30。范围组件10是相当普通的，并且如本领域中已知的，可以包括范围弹簧12及关联的支撑体和外壳结构。下组件20包括进口 22、出口 M以及用于调节从进口到出口的气流压力的阀组件 40。阀组件40可以包括用于作用在阀44上的阀弹簧42。阀44包括蕈形阀芯46，蕈形阀芯46与压靠隔膜30的阀杆47邻接。作为对气流进行控制的一部分，阀44被阀弹簧42抵靠着阀座48偏置。如本领域中已知的，下组件20可以包括附加关联支撑结构。压力调节器如下操作以控制从进口 22、通过阀组件40到出口 M的流动气体的压力。阀弹簧42抵靠着阀座48对阀44进行加载以停止气体的流动。例如，在用于半导体制造中的示例性调节器中，阀弹簧可以用约三磅的力抵靠着阀座对阀44进行加载以在没有范围弹簧负载的情况下实现防漏密封。借助于螺纹杆16来压缩范围弹簧12的上端14以产生向下负载。这向下驱动隔膜30以驱动阀40远离阀座48，这允许气体流入隔膜30下面的室49中。隔膜40通常是具有与阀杆47连通的相对平坦表面的弹性构件。隔膜用于防止气体逸出到大气，同时足够柔软而将来自范围弹簧12的负载传送至阀组件40。可以由用户来转动上组件10中的旋钮11以向范围弹簧12施加力。范围弹簧的此力被隔膜30传送至阀组件40以使阀44从阀座48移动以允许气体通过阀的流动。当作用在隔膜区域上的压力产生等于范围弹簧力的力时，系统是平衡的，并且设备将保持该压力以提供到出口的恒压气流。图2在包含范围弹簧12、隔膜30和阀组件40的部分中示出了压力调节器100的更近视图。图2的图例示出了此常规压力调节器用来进行操作的压力和力的关系，如本领域的技术人员所理解的。作为此类关系的结果，相对高的压力输入气流可以被转换成跨越调节器阀的恒定且较低的输出气流。图2所描绘的力平衡关系导致可以表示为曲线的基本性能特性。在图3中示出了示例性性能特性曲线，图3示出作为力量的函数的出口压力。如从图3可以看到的，随着流量增加，阀必须进一步打开，导致更低的范围弹簧力向下按在隔膜上。其结果是耕地的出口压力。随着流量接近零，即阀接近闭合，图3的曲线显示出向上斜率的急剧增加。此急剧的斜率增加指示抵靠着阀座48密封阀44所需的力。在流动条件下，在隔膜30的任一侧的力被平衡而使得阀位于与阀座间隔开的位置以允许气流通过阀。随着气流减小而接近终止流动(即，阀正在闭合)，出口压力将上升以减小阀上的向下负载，直至在阀与阀座之间存在足以产生密封的力为止。在本领域中将发生而产生阀与阀座之间的密封的压力增加称为 “蠕变”。如上所述的常规压力调节器具有在图4和图5中描绘的缺陷。如前所述，通过使用弹簧逐渐产生最终确定调节器出口压力的力平衡。理想调节器将使所有部件相对于彼此而言完美地居中，并且所有弹簧负载沿着蕈形阀芯行进的轴线居中。在实际执行中，部件通常不是完美地居中，并且来自弹簧的力不是完美地沿着蕈形阀芯行进的轴线。通常在压力调节器的构造中使用的常规螺旋弹簧(诸如图1和图2中描绘的那些) 被制造为具有打磨的端部，其位于离垂直于蕈形阀芯行进方向一至两度的平面中。另外，端部随着弹簧被压缩而变得甚至更加不垂直。部件失准和非轴向弹簧负载的结果是蕈形阀芯抵靠着阀座的横向负载。在图4中示出了此非轴向、不对称弹簧负载和结果得到的横向负载。阀抵靠着阀座的横向负载增加与阀的移动相关联的摩擦，促使阀抵抗运动。因此，用于打开阀的力必须最初在阀能够移动之前克服增加的摩擦力。借助于增加的摩擦力，阀趋向于随着力尝试打开阀而粘住。当打开力变得足以克服摩擦时，阀越过其理想位置，导致流动中的临时尖峰。阀然后恢复至其理想位置。在图5 的图表上示出了此过冲和恢复。与该过冲相关联的突然压力变化可能破坏下游部件的性能，特别是在相对低流量的系统中。例如，特别是在在半导体器件制造中采用的质量流量控制器中，下游性能可能被破坏。阀座磨损是由常规压力调节器阀组件中的部件和力的失准引起的第二缺陷。这在具有与其流率相关联的高阀冲程速率的阀中尤其成为问题，这种阀趋向于导致远多于低冲程应用的阀座磨损。阀座磨损的结果包括蠕变压力的增加以及最终导致阀座上的泄漏。在仅仅2000个循环中能够观察到由于高冲程循环而引起的性能降低。
发明内容
本发明提供了一种用于气流压力调节器的改进的调节器阀组件，其克服了常规压力调节器的缺陷。特别地，本发明提供了一种改进的调节器阀组件，其降低了调节器阀和/ 或阀力的失准的风险，从而减少阀摩擦和阀座磨损。为了克服常规压力调节器阀的此类缺陷，本发明的一个方面是一种用于调节流过气流压力调节器阀的气体的压力的调节器阀。在示例性实施例中，调节器阀组件包括阀座和可相对于阀座在打开和闭合位置之间移动的阀。该阀可以包括阀盘，阀盘具有柔性部分和边缘部分，柔性部分可沿着轴向方向向上和向下移动以打开和闭合阀，边缘部分被构造为使阀盘在阀座内自对准并轴向地约束柔性部分的运动。阀盘的柔性部分具有横向弹簧力模量和轴向弹簧力模量，其中，横向弹簧力模量大于轴向弹簧力模量，从而横向地对准阀盘并轴向地约束柔性部分的运动。
在调节器阀组件的另一示例性实施例中，所述阀还可以包括从阀盘的密封部分垂直地延伸的阀杆，其中，阀杆的向上和向下移动导致柔性部分的轴向偏转。密封部分可以至少部分地由弹性材料形成，并且阀盘的柔性部分和边缘部分可以由金属耐腐蚀材料形成。 替换地，所述阀可以是形成阀盘和阀杆的单块。阀盘还可以限定至少一个空间以允许气流通过阀盘。在调节器阀组件的另一示例性实施例中，阀盘包括多个螺旋臂，其形成阀盘的柔性部分和边缘部分。该螺旋臂是可径向向内压缩的以使阀盘在阀座内自对准。所述多个螺旋臂可以形成阀盘的外侧部分并且从密封部分向外螺旋以便接收阀杆，并且螺旋臂的边缘部分可以被固定于阀座以轴向地约束柔性部分的向上和向下移动。阀杆的向上和向下移动导致柔性部分的轴向偏转。在调节器阀组件的另一示例性实施例中，螺旋臂的边缘部分可以被固定在阀座中，沿着轴向方向彼此移位，从而使密封部分沿着轴向向上方向偏置以便将阀密封。每个螺旋臂的端部部分可以由用于与阀座的接收部分协作的端部突出体形成。所述阀座可以包括用于接收阀盘的端部部分的弹簧杯(cup)以及至少部分地包在弹簧杯周围以便保持弹簧杯和阀盘的弯曲支撑体。密封垫片可以密封弹簧杯和弯曲支撑体之间的空间。阀座还可以包括支架，并且阀盘位于支架与弹簧杯之间以便将阀盘固定在阀座内。弹簧杯可以形成用于对阀盘进行加载以使阀盘沿着向上轴向方向偏置的套环。调节器阀组件还可以包括被固定于阀座的筛网(screen)，其中，筛网和阀盘在筛网和阀盘之间限定用于气体流动的阀内空间。本发明的另一方面是一种用于调节从进口通过调节器阀组件到出口的流动气体的压力的气流压力调节器。压力调节器的示例性实施例可以包括范围弹簧、如上所述的调节器阀组件以及在范围弹簧和调节器阀组件之间的隔膜。从进口至调节器阀组件的气流的第一压力被调节器阀组件转换成从调节器阀组件至出口的第二恒压气流。在气流压力调节器的另一示例性实施例中，调节器阀组件的阀盘抵靠着隔膜对阀杆进行偏置，并且施加于范围弹簧的力使阀杆沿着轴向方向移位以允许流动气体通过调节器阀组件。阀盘居中地对准并轴向地约束阀杆的运动。本发明的另一方面是一种调节流过压力调节器组件的气体的压力的方法。该方法的实施例可以包括提供阀座并提供可相对于阀座在打开与闭合位置之间移动的阀。该阀可以包括阀盘，阀盘具有柔性部分和边缘部分，柔性部分可沿着轴向方向向上和向下移动以打开和闭合阀。该方法还可以包括将阀定位于阀座中，其中，所述边缘部分使阀盘在阀座内自对准并轴向地约束柔性部分的运动。所述方法的另一实施例还可以包括提供多个螺旋臂以形成阀盘的柔性部分和边缘部分。阀的定位还可以包括使螺旋臂沿着轴向方向移位以抵靠着阀座对阀进行偏置以便将阀密封。参考以下说明和附图，将清楚本发明的这些及其它特征。在说明和附图中，已经详细地将本发明的特定实施例公开为指示可以采用本发明的原理的某些方式，但应理解的是本发明在范围上相应地受到限制。此外，本发明包括在所附权利要求的精神和术语内的所有变更、修改和等价物。可以以相同的方式或以类似的方式在一个或多个其它实施例中和/或与其它实施例的特征相结合地或替代地使用相对于一个实施例所述和/或所示的特征。
图1是描绘常规气流压力调节器的示意图。图2是图1的常规调节器的一部分的示意图，并描绘常规气流压力调节器的力关系。图3是描绘用于常规气流压力调节器的作为流量的函数的出口压力的图形关系的图表。图4是图1的常规调节器的一部分的示意图，并描绘用于常规气流压力调节器的可能在常规阀构造中发生的不对称加载。图5是可能在常规气流压力调节器中发生的压力过冲和流量尖峰的图形描绘。图6是依照本发明的实施例的供在气流压力调节器阀组件中使用的具有蕈形阀芯和阀杆的示例性阀的示意性透视图。图7A和7B是描绘依照本发明的实施例的供在压力调节器中使用的包括图6的阀的示例性调节器阀组件的示意图。图8是依照本发明的实施例的完全组装阀组件的示意性透视图。图9A和9B是描绘依照本发明的实施例的包括图8的调节器阀组件的示例性压力调节器的示意图。图10是描绘了示例性压力调节器的一部分的示意图，其中，阀杆的螺纹部分与在隔膜上提供的螺纹接受体协作以将阀杆固定于隔膜。
具体实施例方式现在将参考附图来描述本发明的实施例，在附图中，相同的附图标记用来自始至终指示相同的元件。应理解的是附图不一定按比例绘制。图6描绘依照本发明的实施例的供在气流压力调节器阀组件中使用的示例性阀 50。阀50可以包括阀杆52以及与阀杆52物理连通的蕈形阀芯M。如下面进一步解释的， 蕈形阀芯M被设置成阀盘M的形式，阀盘M具有柔性部分，该柔性部分沿轴向方向、即阀杆的纵向轴线方向是柔性的，从而允许阀杆相对于阀盘的向上和向下移动。阀盘还具有可沿着径向方向朝着阀盘的中心压缩、从而允许将阀定位于阀组件内的部分。阀的运动被轴向地约束，使得阀杆能够沿着阀杆的纵向轴线基本仅轴向向上和向下地移动。蕈形阀芯/阀盘M可以包括被固定在更大阀组件内的外侧部分60以及内侧密封部分58，阀杆52可附接到该内侧密封部分58。外侧部分60围绕密封部分58。外侧部分 60被以提供预加载力以使阀盘自对准的方式固定在阀组件内，这进而轴向地约束阀杆的移动。在图6的特定实施例中，外侧部分或阀座载体60包括多个螺旋臂62。在图6中描绘的示例性实施例中，外侧部分60包含三个此类螺旋臂，但是应认识到可以采用不同数目的臂。螺旋臂为阀盘提供柔性部分60a和边缘部分60b。螺旋构造导致以下(但非限制性的)示例性特性。首先，螺旋构造沿如图所示的垂直于阀盘平面的方向、即沿着阀杆52的纵向轴线53的轴向方向给阀盘的部分60a提供柔性。换言之，由螺旋臂沿轴向方向相对于彼
7此的移位来提供向上和向下移动。其次，螺旋构造沿径向地朝向阀盘中心的方向给阀盘的外侧部分60提供可压缩性。如下文进一步解释的，当蕈形阀芯/阀盘M被放置在阀组件内时，可以使螺旋臂轴向地移位。这导致了预加载力，其使得蕈形阀芯在阀组件中自对准， 从而居中地约束阀盘的密封部分58和附接的阀杆52。作为此类自对准的结果，阀盘的柔性部分60a的移动被轴向地约束(即，沿着阀杆的纵向轴线)。每个螺旋臂可以在端部部分64 中终止。端部部分64可以是允许将阀盘固定在更大阀组件内的突出体。应认识到在阀盘/蕈形阀芯M中可以利用除螺旋臂之外的构造。如螺旋臂的情况一样，此类其它构造应具有能够相对于静止的阀盘的平面向上和向上移动的柔性部分。此类其它构造还应允许使阀盘在阀组件内自对准，使得柔性部分的运动受到轴向约束。例如， 阀盘的外侧部分的替换构造可以是被柔性轮辐(spokes)连接的同心环、具有刚性周界以固定于阀座的柔性筛网、被连接到内盘部分的周向弹簧构件，等等。在典型的应用中，期望的是阀盘是耐腐蚀的。为了提供螺旋臂的期望轴向柔性和耐腐蚀性，阀盘讨可以由薄的耐腐蚀金属材料制成。例如，阀盘可以由0. 020英寸厚的全硬 316L不锈钢或Hastelloy C276形成。可以将阀盘臂形成为具有矩形截面，0. 02英寸的厚度与阀盘的径向长度相比是小的，该径向长度通常从阀盘的中心至外边缘为0.204英寸。可以将密封部分58嵌入阀盘的内侧部分中。密封部分可以与阀盘的外侧部分相连，密封部分至少部分地由弹性密封材料制成。例如，密封部分可以包括一类类似于弹性合成橡胶的化合物中任何一个的一层，诸如氟橡胶及其它氟代聚合物，包括全氟弹性体(FFKM)和类似化合物。实际上，期望的是使柔性材料的量最小化至仅允许密封材料在阀处于闭合位置时将阀密封的尺寸。在图6的特定实施例中，密封部分58是圆形的且居中地位于阀盘内以将阀杆连接至阀盘，但也可以采用密封部分58的其它形状和构造。蕈形阀芯/阀盘M和阀杆52可以一起形成阀50。在一个实施例中，可以由共同的材料将阀盘和阀杆模制为单块，随后添加一层密封材料。在阀50的操作中，通过驱动阀杆52轴向向下移动以打开阀，这导致柔性部分60a 的各自轴向向下移动以允许气体流动。为了使阀闭合，可以从阀杆去除驱动力，并由阀盘使阀杆向上偏置以将阀密封。螺旋臂具有高横向弹簧率，其保证螺旋臂能够在没有显著横向移位的情况下沿着阀50的纵向轴线53相对于彼此容易地移位。以这种方式，阀杆52的移动受到轴向约束并以基本上无摩擦的方式发生。相关地，由于密封部分58和阀杆52被螺旋臂62居中地对准，所以不像在常规调节器阀组件中一样存在由阀抵靠着阀座产生的摩擦。在另一示例性实施例中，阀盘M可以限定允许气流通过蕈形阀芯(并因此通过调节器阀)的空间56。图7A以部分分解的形式描绘了示例性调节器阀组件200，包括依照本发明的实施例的供在压力调节器中使用的图6的阀50。图7B描绘图7A的部件的放置。特别地，图7A 和图7B描绘具有如上所述的阀50以及阀座70的调节器阀组件200，阀抵靠阀座70密封和打开以分别限制和允许气体的流动。用与在图6中相同的附图标记来识别阀50的部分。如在图7A和图7B中看到的，螺旋臂62位于阀组件内，相互之间沿阀组件的轴向方向移位。此移位定位向阀提供向上偏置以产生闭合力以执行阀盘的密封部分50抵靠着阀座70的密封。由每个螺旋臂62的端部部分形成的阀盘M的边缘部分60b被固定于阀座70。如下文进一步解释的，由范围弹簧抵靠隔膜并进而抵靠阀杆52的力来驱动蕈形阀芯的行进。多个径向臂轴向地约束该运动以允许阀杆仅沿着轴向方向移动，轴向方向被定义为通过阀杆的纵向轴线。径向螺旋臂充当悬臂梁，其可以以与螺旋臂沿轴向方向的相对低的弹簧力模量相比相对高的弹簧力模量径向向内地偏转。在组装时执行一次向内偏转以将阀盘固定在阀座内。阀盘的边缘部分60b因此被固定，使得不存在边缘部分的进一步移动。在螺旋臂的更加径向向内的柔性部分60a处，充当悬臂梁的三个螺旋臂仍能够在操作期间沿着蕈形阀芯的轴线53 (参见图6)和阀杆轴线偏转。如所指示的，三个螺旋臂具有相对高的横向弹簧力模量(与轴向弹簧力模量相比)，这防止密封部分58横向地移动，从而将运动约束于轴向方向。如图7A和图7B中进一步描绘的，螺旋臂的端部部分64 (还参见图6)可以与阀座的接收部分协作。例如，螺旋臂62的端部突出体64可以与充当接收部分的弹簧杯72接触。弹簧杯72形成套环以抵靠着臂突出体64保持负载以使阀盘自对准。套环呈现薄的环形肩部72a以在避免径向臂62的元件的相邻移动的同时牢固地将臂的突出体64保持在适当位置。在本实施例中，套环肩部在没有阀盘的可移动元件上的摩擦的情况下固定阀盘的周界，所述摩擦否则将产生摩擦力和腐蚀颗粒。臂突出体64因此被固定于弹簧杯，使得随着阀杆52沿着其纵向轴线向上和向下移动，阀盘不从弹簧杯或套环72移位。可以由支撑构件74将弹簧杯和套环72保持就位。另外，可以抵靠着弹簧杯将筛网80固定，使得筛网 80和阀盘M限定用于气流的阀内空间76。筛网80因此允许气体从源(未示出)流到蕈形阀芯/阀盘M。图8描绘了完全组装的阀组件200。在图8中，支撑构件74已经卷曲成弯曲支撑体，其至少部分地包在弹簧杯72周围以固定弹簧杯。还可以在弹簧杯和弯曲支撑体之间提供密封垫片73。弯曲支撑体74从支架78 (也称为承载凸缘78)连续地延伸。支架提供表面，当阀被密封时，阀被抵靠着该表面偏置。可以在密封垫片73附近将筛网80固定在弹簧杯和弯曲支撑体之间。如上所述，当蕈形阀芯/阀盘M被定位于阀座70内时，可以使螺旋臂相互之间轴向地移位以提供预加载力以将阀密封。该移位提供偏置力以使阀盘自对准并轴向地约束蕈形阀芯的柔性部分和因此的阀杆的运动。因此，阀杆随后被适当地对准并轴向地约束，从而基本上消除了阀的失准的潜在可能。以这种方式，避免了常规调节器阀的缺陷。特别地，不发生蕈形阀芯的失准，因为螺旋臂的预加载力防止阀支撑体在阀座内的任何横向移位。此外，在阀与阀座之间不存在为使阀移位而要克服的摩擦力。以这种方式，避免了阀座磨损。 申请人:已发现具有本发明的构造的调节器阀能够在不经历显著的性能变化的情况下运行两百万个循环或更多。图9A和图9B描绘依照本发明的实施例的包括图7A-B和图8的调节器阀组件的示例性压力调节器300。特别地，图9B是图9A的调节器在用圆形部分“D”表示的区域中的局部放大图。将图9A与图1的常规压力调节器相比较，如上所述，常规调节器阀组件包括阀弹簧42和蕈形阀芯46，蕈形阀芯46在一端处与阀弹簧连通并在相对端处与阀杆47连通。如在图9A和图9B中看到的，本发明的调节器阀组件200不包括阀弹簧42和与常规蕈形阀芯46类似地构造的蕈形阀芯。相反，在图9A和图9B中，可以用包括阀盘M及其关联结构的阀50来代替此类结构。另外，本发明的阀支架78压靠压缩构件82，这帮助限制阀组件200 进行远离阀50的移动的移动。因此，在图9A和图9B的实施例中，螺旋臂内的阀盘的柔性部分允许阀杆52的向上和向下移动，而不是如在常规构造中一样采用阀弹簧。另外，螺旋臂使蕈形阀芯M在阀座70中自对准并受到轴向约束，并且在图1的常规压力调节器中没有可比较的结构使阀调节器组件40自对准并受到轴向约束。以这种方式，通过使蕈形阀芯自对准并受到轴向约束，图9A和图9B的调节器300的阀组件200不像在图1的常规阀40中一样经受失准和性能方面的关联的缺陷。除本发明的调节器阀组件200之外，图9A和图9B的调节器300可以包括与图1 的常规调节器100类似的某些特征。例如，调节器300可以包括范围弹簧12和关联的支撑体及外壳结构。调节器300还可以在范围弹簧12和阀组件200之间包括隔膜30。可以将阀组件200结合到具有用于气流通过阀组件200的进口 22和出口 M的下组件中。调节器 300如下操作以控制从进口 22、通过阀组件200到出口 M的流动气体的压力。在阀组件 200中，通过螺旋臂的偏置来抵靠着阀座70对阀进行加载以停止气体的流动。由范围弹簧抵靠着隔膜的力来驱动蕈形阀芯的轴向运动，该力进而被抵靠着阀杆52传送。多个径向臂轴向地约束该运动以允许蕈形阀芯仅以轴向方式移动来打开阀。借助于螺纹杆16来压缩范围弹簧12的上端14以与常规调节器类似地产生向下负载以提供阀的打开力。如上所述，这向下驱动隔膜30以驱动阀50远离阀座70，这允许气体流入隔膜30下面的室。隔膜用于防止气体逸出到大气，同时足够柔软以将来自范围弹簧 12的负载传送至阀组件200。当作用在隔膜上的出口压力产生等于范围弹簧力的力时，系统是平衡的，并且该设备将保持从阀组件200至调节器出口 M的恒定气流压力。本发明的调节器300的力关系因此类似于用于常规调节器的图2的那些关系。然而，关于阀组件200，与常规调节器相反，阀盘M的外侧部分60 (例如螺旋臂62)的构造使阀50在阀座70内自对准并受到轴向约束以防止阀50和关联力的失准。此外，阀盘螺旋臂的柔性部分允许在不必克服抵靠着阀座的任何摩擦力的情况下在操作期间进行阀杆52的向上和向下移动。以这种方式，在没有上述常规调节器构造的缺陷的情况下适当地调节通过调节器的气流压力。在图10中描绘了替换实施例。图10描绘了阀组件200，其用于在多数方面与图 9B的可比较的压力调节器。在图10的实施例中，螺纹部分90在阀杆52的端部上包括配合螺纹，其与在隔膜30上提供的接受体91上的相反配合螺纹协作。以这种方式，可以将阀杆固定于隔膜，使得两个结构作为单块移动。虽然已相对于某些优选实施例示出并描述了本发明，但应理解的是本领域的技术人员在阅读和理解本发明时将想到等价物和修改。本发明包括所有此类等价物和修改，并且仅仅受到以下权利要求的范围的限制。
权利要求
1.一种用于调节流过气流压力调节器(300)的气体的压力的调节器阀组件(200)，所述调节器阀组件包括阀座(70)；以及阀(50)，其能相对于所述阀座在打开与闭合位置之间移动；其中，所述阀包括阀盘(54)，所述阀盘(54)具有柔性部分(60a)和边缘部分(60b)， 所述柔性部分(60a)能沿着轴向方向向上和向下移动以打开和闭合所述阀，所述边缘部分 (60b)被构造为使所述阀盘在所述阀座内自对准并轴向地约束所述柔性部分的运动。
2.根据权利要求1所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀盘(54)的柔性部分(60a) 具有横向弹簧力模量和轴向弹簧力模量，其中，所述横向弹簧力模量大于所述轴向弹簧力模量，从而横向地对准所述阀盘并轴向地约束所述柔性部分的运动。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀(50)还包括从所述阀盘(54)的密封部分(58 )垂直地延伸的阀杆(52 )，其中，所述阀杆的向上和向下移动分别导致所述柔性部分的向上和向下移动。
4.根据权利要求3所述的调节器阀组件(200)，其中，所述密封部分(58)至少部分地由弹性材料形成且所述边缘部分(60b)和所述柔性部分(60a)由金属耐腐蚀材料形成。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀盘(54)限定至少一个空间(56)以允许气流通过所述阀盘。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀盘(54)包括多个螺旋臂(62)，所述多个螺旋臂(62)形成所述阀盘的柔性部分(60a)和边缘部分(60b)， 其中，所述螺旋臂能相互之间移位以使所述阀盘在所述阀座内自对准。
7.根据权利要求7所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀盘(54)的多个螺旋臂 (62)从所述密封部分(58)向外螺旋以便接收阀杆(52)，并且其中，所述螺旋臂的端部部分 (64)被固定于所述阀座(70)以轴向地约束所述柔性部分的向上和向下移动。
8.根据权利要求7所述的调节器阀组件(200)，还包括从所述阀盘(54)的密封部分 (58)垂直地延伸的阀杆(52)，其中，所述阀杆的向上和向下移动分别导致所述柔性部分 (60a)的向上和向下移动。
9.根据权利要求8所述的调节器阀组件(200)，其中，所述螺旋臂(62)的端部部分 (64)被固定于所述阀座(70)中，沿着轴向方向相互移位，从而使所述密封部分(58)沿着轴向向上方向偏置以便将所述阀(50)密封。
10.根据权利要求6-9中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述螺旋臂(62) 每个具有矩形截面，所述矩形截面的尺寸小于所述阀盘(54 )的半径。
11.根据权利要求7-10中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀盘(54) 的边缘部分(60b)包括在所述螺旋臂(62)的每一个上的端部突出体(64)，用于与所述阀座 (70)的接收部分协作。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀座(70)包括用于接收所述阀盘(60)的端部部分(60b)的弹簧杯(72)。
13.根据权利要求12所述的调节器阀组件(200)，其中，所述阀座(70)还包括弯曲支撑体(74)，其至少部分地包在所述弹簧杯(72)周围以便保持所述弹簧杯和所述阀盘(54)。
14.根据权利要求13所述的调节器阀组件(200)，还包括用于密封所述弹簧杯(72)和所述弯曲支撑体(74 )之间的空间的密封垫片(73 )。
15.根据权利要求12-14中的任一项所述的调节器阀(200)，其中，所述阀座(70)还包括支架(78)，并且阀盘(54)位于支架与弹簧杯之间以便将阀盘(54)固定在阀座内。
16.根据权利要求12-15中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述弹簧杯 (72)包括用于对所述阀盘(54)加载以使所述阀盘沿向上的轴向方向偏置的套环。
17.根据权利要求1-16中的任一项所述的调节器阀组件(200)，还包括被固定于所述阀座(70)的筛网(80)，其中，所述筛网和所述阀盘(54)在所述筛网和所述阀盘之间限定用于气体流动的阀内空间(76)。
18.根据权利要求1-17中的任一项所述的调节器阀组件(200)，其中，所述密封部分 (58 )至少部分地由弹性材料形成且所述边缘部分(60b )和柔性部分(60a)由金属耐腐蚀材料形成。
19.一种用于调节从进口(22)通过调节器阀组件(200)到出口(24)的流动的压力的气流压力调节器(300)，所述压力调节器包括范围弹簧(12);根据权利要求1-18中的任一项所述的调节器阀组件(200)；以及在所述范围弹簧和所述调节器阀组件之间的隔膜(30)；其中，从所述进口到所述调节器阀组件的气流的第一压力被所述调节器阀组件转换成从所述调节器阀组件到所述出口的第二恒压气流。
20.根据权利要求19所述的气流压力调节器(300)，其中，所述调节器阀组件(200)的阀盘(54)抵靠着所述隔膜(30)使所述阀杆(52)偏置，并且施加于所述范围弹簧(12)的力使所述阀杆沿轴向方向移位以允许所述流动气体通过所述调节器阀组件，并且其中，所述阀盘被构造为居中地对准并轴向地约束所述阀杆的运动。
21.一种调节流过压力调节器组件的气体的压力的方法，包括步骤提供阀座(70);以及提供阀(50)，所述阀(50)能相对于所述阀座在打开与闭合位置之间移动，其中，所述阀包括阀盘(54)，所述阀盘(54)具有柔性部分(60a)和边缘部分(60b)，所述柔性部分 (60a)能沿着轴向方向向上和向下移动以打开和闭合所述阀；以及将所述阀定位在所述阀座中，其中，所述边缘部分使所述阀盘在所述阀座内自对准并轴向地约束所述柔性部分的运动。
22.根据权利要求21所述的调节流过压力调节器组件的气体的压力的方法，还包括提供多个螺旋臂(62)以形成所述阀盘(54)的所述柔性部分(60a)和所述边缘部分(60b)；其中，对所述阀进行定位还包括使所述螺旋臂沿着轴向方向移位以抵靠着所述阀座对所述阀进行偏置以便将所述阀密封。
全文摘要
提供了蕈形阀芯(54)，其供在调节器阀组件(200)中用于调节通过气流压力调节器(300)的流动气体的压力。蕈形阀芯包括阀盘(54)，阀盘(54)具有柔性部分(60a)从而允许阀杆(52)沿着轴向方向的向上和向下移动。阀盘可以具有边缘部分(60b)，其提供预加载力以使阀盘在阀座(70)内自对准并轴向地约束阀杆的运动。阀杆(52)可以从密封部分(58)相对于阀盘垂直地延伸。在阀被打开和闭合时，阀杆的移动受到轴向地约束并导致柔性部分的向上和向下移动。阀盘的柔性和端部部分可以由多个螺旋臂形成，以便自对准和轴向约束阀盘。
文档编号G05D16/06GK102439528SQ201080020028
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者P. 摩根 D. 申请人:帕克-汉尼芬公司