CN104271996A - 具有改进的致动器设计的隔膜密封阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀，所述阀包括阀盖、阀体和定位在阀盖与阀体之间的隔膜。所述阀还具有通过致动系统可在关闭位置与打开位置之间移动的多个柱塞，其中在所述关闭位置柱塞接合隔膜，而在所述打开位置柱塞与隔膜脱离接合。每一个柱塞都包括：基部，所述基部连接到致动系统并具有远离致动系统突出的头部；顶部，所述顶部在基部与隔膜之间延伸，顶部具有与基部的头部接触的脚部；和偏压机构，所述偏压机构在柱塞位于打开位置时远离隔膜偏压顶部。致动部件和偏压机构之间也可以提供相切接触点，以用于防止致动系统在阀体内的不对准。

Description

具有改进的致动器设计的隔膜密封阀

技术领域

本发明整体涉及流体分析系统，并且更具体地，涉及一种具有改进柱塞、致动系统和/或偏压机构的隔膜密封阀以及包括相同部件的阀组件。

背景技术

本领域的技术人员众所周知的是色谱系统依赖于阀的使用，以允许可再现的样本引入和各种色谱柱切换方案。

在色谱应用领域中已知各种设计的隔膜阀。这种隔膜阀已经使用在许多市场上可买到的气相色谱仪中。所述隔膜阀由于其物理尺寸且由于致动器嵌入阀本身中而更容易地一体形成在气相色谱仪中。这些特性使得隔膜阀对于气相色谱仪制造商具有吸引力。

例如，由本申请人于2008年12月5日申请且公开为WO 2009/073966的国际申请第PCT/CA2008/002138号以及也由本申请人申请并公开为WO2010/063125的国际申请第PCT/CA2009/001783号公开了这种隔膜密封阀。另外，分别于2007年5月15日和2009年3月17日授予专利权给本申请人的美国专利第7,216,528号和第7,503,203号公开了隔膜密封阀的其它变型。

参照图1(现有技术)，显示了本领域所公知的典型隔膜密封阀的一个示例。阀1设置有具有交界面4和多个端口6的顶部块2。端口6中的每一个在交界面4处开口，并且具有螺纹通道8以连接各种分析配件和管道(未示出)。在螺纹通道8的底部具有在顶部块2中延伸并在交界面4处开口到端口6中的管道10。端口6沿着线(例如，圆形线)布置在顶部块2的交界面4上。交界面4有利的是平坦的并被抛光以最小化端口6之间的和来自环境大气的泄漏。阀1还设置有底部块12和隔膜14，所述隔膜通常由诸如聚酰亚胺、Teflon^TM(聚四氟乙烯)或者其它聚合物的材料制成。隔膜14被定位在顶部块交界面4与底部块12之间，并且所述隔膜中具有沿着由端口6形成的线延伸并偏离顶部块2的交界面4的凹部18。隔膜14中的凹部18位于形成在底部块12中的配合凹部20中，从而在相邻端口6之间允许一些间隙以用于流体循环。

阀1还设置有安装在底部块12中的多个柱塞16，每一个柱塞分别被布置成能够在位于两个端口6之间的位置处压紧隔膜14抵靠顶部块2。优选地且如图所示，在6个端口的阀的情况下，当阀静止时，三个柱塞16升起，同时其它三个柱塞下降。当柱塞升起时，所述柱塞压紧隔膜14抵靠在顶部块2上并关闭由隔膜凹部18形成的管道，使得流体循环被阻止。底部块12将柱塞16和致动系统保持在适当位置。

通常将柱塞16的一部分指定为“常开”，而另外的部分指定为“常闭”。常开柱塞16被向下偏压，即远离隔膜14偏压，因此通常允许在两个相邻端口6之间进行流体循环。常闭柱塞16被向上偏压，即朝向隔膜14偏压，因此阻挡两个相邻端口6之间的流体循环。使用者可以致动阀1，以便例如通过分别向上和向下滑动常开柱塞16和常闭柱塞16来改变柱塞16的位置。

已经发现所述阀有效地用于许多应用中，所述阀的致动系统的部件必须被机加工成具有高水平的机械公差，并且在装配和测试期间需要特定程序。例如，柱塞必须以其长度来分类，以确保任何阀内的柱塞具有精确相同的长度。另外，必须额外关注确保柱塞被对准且位于气缸体的柱塞通道中的中心处且随着时间的过去保持位于中心。实际上，摩擦将最终造成磨损并最终的颗粒，所述最终的颗粒将被聚集并影响阀的性能，因此，通常需要特定的定位销和精确的对准标记。部件的精确装配需要熟练的装配技术人员并使装配过程长且成本高。

考虑到上述因素，需要一种改进阀，所述改进阀依靠其设计和部件将能够克服或者至少最小化一些上述现有技术的关注问题。

发明内容

根据第一总体方面，提供一种包括阀盖的阀，所述阀盖具有延伸通过所述阀盖的多个过程管道，多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中。所述阀还具有阀体，所述阀体具有面对阀盖交界面的阀体交界面，阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道。所述阀还具有横过过程端口定位在阀盖交界面与阀体交界面之间的隔膜、以及多个柱塞。多个柱塞中的每一个定位在多个柱塞通道中的相应柱塞通道中并可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，柱塞接合隔膜，在所述打开位置，柱塞与隔膜分离或脱离接合。所述阀还具有用于使多个柱塞中的每一个在关闭位置与打开位置之间移动的致动系统。多个柱塞中的每一个都具有：基部，所述基部连接到致动系统并具有远离该致动系统突出的头部；顶部，所述顶部在基部与隔膜之间延伸，顶部具有与基部的头部接触的脚部；和柱塞偏压机构，所述柱塞偏压机构在柱塞位于打开位置时远离隔膜偏压顶部。

根据另一个总体方面，提供一种用于阀的阀组件，所述阀具有阀盖，所述阀盖具有延伸通过所述阀盖的多个过程管道和横过过程端口定位的隔膜，多个过程管道中的每一个在阀盖交界面处结束于过程端口中。所述阀组件包括阀体，所述阀体具有面对阀盖交界面的阀体交界面。阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道。阀组件还包括多个柱塞。多个柱塞中的每一个定位在多个柱塞通道中的相应柱塞通道中并可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，柱塞接合隔膜，在所述打开位置，柱塞与隔膜脱离接合。阀组件还包括用于使多个柱塞中的每一个在关闭位置与打开位置之间移动的致动系统。多个柱塞中的每一个具有：基部，所述基部连接到致动系统并具有远离该致动系统突出的头部；顶部，所述顶部在基部与隔膜之间延伸，顶部具有与基部的头部接触的脚部；和偏压机构，所述偏压机构在柱塞位于打开位置时远离隔膜偏压顶部。

在一个实施例中，顶部的脚部与基部的头部相切接触。

在一个实施例中，基部的头部和顶部的脚部中的至少一个呈现圆形化配置，而另一个呈现平坦配置或者圆形化配置。

在一个实施例中，基部的头部呈现平坦配置，顶部的脚部呈现圆形化配置。

在一个实施例中，阀体的多个柱塞通道中的每一个都包括肩部，所述肩部在肩部与阀体交界面之间限定通道的窄部。多个柱塞中的每一个的顶部的尺寸和形状形成为使得顶部的隔膜接合部比脚部窄且可在通道的窄部中移动。

在一个实施例中，多个柱塞中的每一个的柱塞偏压机构位于多个柱塞通道中相应的一个的肩部与柱塞的顶部的脚部之间。

在一个实施例中，柱塞偏压机构为弹簧。

在一个实施例中，致动系统包括活塞。

在一个实施例中，致动系统还具有推板和轴承，所述推板具有形成于其中的水平地居于中心处的轴承容纳部，所述轴承位于推板的轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出。轴承的突出部与活塞相切接触且为活塞与推板之间的单个接触点。多个柱塞中的至少一个安装在推板上。

在一个实施例中，致动系统还包括用于向上偏压致动系统的活塞的活塞偏压机构。活塞偏压机构具有：支撑件，所述支撑件具有形成于其中的水平地居于中心处的轴承容纳部；活塞偏压元件，所述活塞偏压元件定位在支撑件的一部分与活塞之间；底盖螺钉，所述底盖螺钉用于可调节地朝向活塞按压支撑件；和轴承，所述轴承位于支撑件的轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出。轴承的突出部与底盖螺钉相切接触且为支撑件与底盖螺钉之间的单个接触点。

在一个实施例中，支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，活塞偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。

根据另一总体方面，提供一种具有阀盖的阀，所述阀盖具有延伸通过所述阀盖的多个过程管道，过程管道中的每一个在阀盖交界面处结束于过程端口中。阀还具有阀体，所述阀体具有面对阀盖交界面的阀体交界面，阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道。阀还具有横过过程端口定位在阀盖交界面与阀体交界面之间的隔膜、以及多个柱塞。多个柱塞中的每一个定位在多个柱塞通道中相应的柱塞通道中并可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，柱塞接合隔膜，而在所述打开位置，柱塞与隔膜脱离接合。所述阀还具有用于使多个柱塞中的每一个在关闭位置与打开位置之间移动的致动系统。致动系统具有第一致动部件和第一轴承，所述第一致动部件具有形成在该第一致动部件中的水平地居于中心处的轴承容纳部，所述第一轴承位于第一致动部件的轴承容纳部内并从轴承容纳部突出。第一轴承的突出部与致动系统的第二致动部件相切接触且为第一致动部件与第二致动部件之间的单个接触点。所述阀还具有用于向上偏压致动系统的第二致动部件的偏压机构。偏压机构具有：第一偏压部件，所述第一偏压部件具有形成在该第一偏压部件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；偏压元件，所述偏压元件定位在第一偏压部件的一部分与第二致动部件之间；和第二轴承，所述第二轴承位于第一偏压部件的轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出。第二轴承的突出部与偏压系统的第二偏压部件相切接触且为第一偏压部件与第二偏压部件之间的单个接触点。

在一个实施例中，第一致动部件为推板，第二致动部件为活塞，第一偏压部件为支撑件，第二偏压部件为底盖螺钉。

在一个实施例中，支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。

根据另一个总体方面，提供一种具有阀盖的阀，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，过程管道中的每一个在阀盖交界面处结束于过程端口中。阀还具有阀体，所述阀体具有面对阀盖交界面的阀体交界面，阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道。阀还具有横过过程端口定位在阀盖交界面与阀体交界面之间的隔膜，以及多个柱塞。多个柱塞中的每一个定位在多个柱塞通道中的相应柱塞通道中，并且可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，柱塞接合隔膜，而在所述打开位置，柱塞与隔膜脱离接合。阀还具有用于使多个柱塞中的每一个在关闭位置与打开位置之间移动的致动系统。致动系统具有：活塞；推板，所述推板具有形成在该推板中的水平地居于中心处的轴承容纳部，多个柱塞中的至少一个安装在推板上；和轴承，所述轴承位于推板的轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出。轴承的突出部与活塞相切接触，并且为活塞与推板之间的单个接触点。

根据另一总体方面，提供一种具有阀盖的阀，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，过程管道中的每一个在阀盖交界面处结束于过程端口中。阀还具有阀体，所述阀体具有面对阀盖的阀体交界面，阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道。阀还具有横过过程端口定位在阀盖交界面与阀体交界面之间的隔膜以及多个柱塞。多个柱塞中的每一个定位在多个柱塞通道中的相应柱塞通道中，并且可在关闭位置与打开位置之间移动，在所述关闭位置，柱塞接合隔膜，而在所述打开位置，柱塞与隔膜脱离接合。阀还具有致动系统，所述致动系统具有用于使多个柱塞中的每一个在关闭位置与打开位置之间移动的活塞。阀还具有用于向上偏压致动系统的活塞的偏压机构。偏压机构具有：支撑件，所述支撑件具有形成在该支撑件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；活塞偏压元件，所述活塞偏压元件定位在支撑件的一部分与活塞之间；底盖螺钉，所述底盖螺钉用于可调节地朝向活塞按压支撑件；和轴承，所述轴承位于支撑件的轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出。轴承的突出部与底盖螺钉相切接触，并且为支撑件与底盖螺钉之间的单个接触点。

有利地，上述阀提供与公知阀相似的性能，同时要求较小机械公差、没有或者有很小的调整、较少的装配时间以及较少的测试时间，而这些对生产成本和速度有积极影响。

附图说明

其它目的、优点和特征将在参照附图阅读本发明的以下优选实施例的非限制性说明时变得更加清楚，所述优选实施例仅为了示例而给出，在所述附图中：

图1(现有技术)是部分透视的本领域所公知的隔膜密封阀的分解立体图；

图2是根据一个实施例的隔膜密封阀的俯视图；

图3是沿线V-V截得的图2的隔膜密封阀的横截面侧视图；

图3A是图3的截面3A的放大视图；

图3B是图3的截面3B的放大视图；

图4是沿线VI-VI截得的图2的隔膜密封阀的横截面侧视图；

图4A是图4的截面4A的放大视图；

图4B也是沿线VI-VI截得的图2的隔膜密封阀的横截面侧视图，其中锁销被移除；

图5是沿线IV-IV截得的图2的隔膜密封阀的横截面侧视图；

图6A是根据一个实施例的阀盖的俯视图；

图6B是沿线B-B截得的图6A的阀盖的横截面侧视图；

图6C是沿线C-C截得的图6A的阀盖的横截面视图；

图6D和图6E分别是图6A的阀盖的仰视立体图和俯视立体图；

图7A是根据一个实施例的阀体的气缸的俯视图；

图7B是图7A的气缸的仰视立体图；

图7C是沿线C-C截得的图7A的气缸的横截面侧视图；

图7D是图7C的截面7D的放大视图；

图8A是根据一个实施例的隔膜的仰视图；

图8B是沿线B-B截得的图8A的隔膜的横截面侧视图；

图8C是图8B的截面8C的放大视图；以及

图8D是图8A的隔膜的俯视立体图。

具体实施方式

在下文说明中，相同的附图标记表示相同的元件。图中显示或者本说明书中说明的实施例、几何结构配置、提到的材料和/或尺寸仅是为了示例目的给出的优选实施例。

另外，虽然阀和阀组件及其相应部分的实施例由在此说明和显示的特定几何结构配置构成，但是不是所有这些部件和几何结构都是必需的且因此将不会以限制性含义理解。将要理解且对本领域技术人员也是显而易见的是其它适当的部件和其之间的协同操作以及其它适当的几何结构配置可以用于阀和阀组件，如在此简要说明且可以由本领域技术人员容易地由此推论出。另外，将要认识的是诸如“上方”、“下方”、“左侧”、“右侧”和类似表述的位置说明除非另有说明，否则应理解为附图的情形中的含义并将不会被认为是限制性的。

整体参照图2-5，显示根据一个实施例的隔膜密封式阀30。这种阀可以用于各种类型的分析设备中，并且更具体地用于色谱设备或线上分析器中。

如图2-5中所示，阀30包括五个主要元件：阀盖32；阀体33；隔膜36，所述隔膜可压缩地定位在阀盖32与阀体33之间；多个柱塞82；和致动系统220。阀30可以包括气缸34和底盖40或者形成阀体33并允许多个柱塞82和致动系统220的致动机构96安装到阀体33的其它等同结构。

阀盖

仍然参照图2-5且另外还参照图6A-6E，显示根据一个实施例的阀盖32。在显示的实施例中，阀盖32具有延伸通过该阀盖的多个过程管道44和以下称为阀盖交界面42的交界面。该阀盖交界面42是平坦且光滑的，并且在组装阀时与隔膜36接触(如图3-5中所示)。每一个过程管道44结束于在阀盖交界面42处开口的过程端口46中。在一个实施例中，过程端口46成圆形地布置在阀盖交界面42上。

如图6C中最佳显示地，在一个实施例中，过程管道44中的每一个由以用于容纳管道连接件的较大的螺纹孔48和结束于过程端口46的较小的流体通道50形成。

在显示的实施例中，阀盖32具有圆柱形形状，并且例如且在不是限制性地的情况下由电化抛光的不锈钢制成。阀盖32还设置有用于容纳用于将阀盖32安装到气缸34的内六角螺钉54的螺钉孔52。如图4上可以看到，在一个实施例中，例如但不是限制性地为Belleville(贝勒维尔或贝氏)垫圈堆的偏压机构55设置在内六角螺钉54的头部与螺钉孔52之间，以便在位于阀盖32与阀体33之间的隔膜36上保持恒定压力而与阀可能遭受的温度变化无关。

当然，也可以考虑用于将阀盖32保持到气缸34的其它布置。可选地，聚合物层可以覆盖阀盖32的阀盖交界面42。例如且不是限制性地为陶瓷或者各种类型的聚合物的其它材料可以用作用于阀盖32或者其一部分的材料。本领域技术人员将容易理解阀盖32可以存在不同于图中显示的实施例中所示的圆柱形的形状、形态或者配置。当然，阀盖的其它实施例可以包括4个、8个、10个、12个或者任何其它适当数量的过程端口46。

气缸

现在参照图3-5和7A-7D，为了示例性目的显示了阀30的主体33的气缸34的一个实施例。类似于如上所述的阀盖32，气缸34还具有交界面，以下称为阀体交界面58，所述交界面在组装阀时面向阀盖的阀盖交界面42(如图3-5中所示)。再次，阀体交界面58是光滑且平坦的。阀体交界面58设置有主凹部60，所述主凹部具有使过程端口46的布置配合在阀盖交界面42上的轮廓。因此，在过程端口46成圆形地布置在阀盖交界面42上的所示实施例中，主凹部60呈现圆形轮廓。当阀元件被组装且阀准备使用时(如图3-5中)，主凹部60与阀盖32的过程端口46对准。

气缸34还包括多个柱塞通道62，每一个柱塞通道在气缸34中延伸且在一端处在主凹部60中在两个过程端口46之间开口。柱塞通道62的其它端部在阀体空腔63中开口。

气缸34还设置有用于容纳将气缸34保持到阀盖的内六角螺钉54(图7A中最佳显示)的第一组螺钉孔64和用于容纳将气缸34保持到底盖40的内六角螺钉(图7B中最佳显示)的第二组螺钉孔64。当然，其它布置也可以考虑用于将气缸34固定到阀盖32或者底盖40。

隔膜

现在参照图8A-8D，显示阀30的隔膜36的一个实施例。隔膜36具有面对阀盖32的第一表面74和面对气缸34的第二表面76。当阀被组装且准备使用时(如图3-5)，隔膜36可压缩地定位在阀盖交界面42与阀体交界面58之间，使得隔膜横跨过程端口46定位。如图8C中更清楚地显示，当组装阀时，隔膜优选地具有位于气缸34的主凹部60内的预先形成的变形部78。隔膜36的第一表面74和阀盖32的阀盖交界面42在过程端口46之间限定连通通道。

隔膜36可以由单层聚合物或者具有或者没有薄金属层的多层聚合物制成，或者可选地仅由金属制成。例如且不是限制性，可以使用的金属为不锈钢316、铝、铬镍合金、铜和类似物。对于需要高气密性密封的应用，优选地使用由多层聚合物制成的隔膜36，而其它应用需要在聚合物层上的薄金属层。

泄漏收集

另外参考图7C和图7D，气缸34还可以设置有泄漏收集系统，所述泄漏收集系统包括沿着主凹部60延伸的过程清洗通道65、过程清洗入口通道66和过程清洗出口通道68。过程清洗入口通道66连接到清洗管线的入口67，并且过程清洗出口通道68连接到清洗管线的出口69。气缸34可以还设置有一对流体入口70和一对流体出口72，一对流体入口70也连接到清洗管线的入口67，并且一对流体出口72连接到清洗管线的出口69。

气缸34还可以设置有致动清洗/通风出口通道112，从而允许流体朝向致动系统220流动。清洗/通风出口通道112之间的直径的不同指定流动方向，流体从具有较小直径的清洗/通风出口通道112移动到具有较大直径的清洗/通风出口通道。

如图6D所见，清洗循环管线可以进一步包括在阀盖32的阀盖交界面42处延伸的内环形通道51和外环形通道53。在显示的实施例中，流体入口70和流体出口72每一个都具有在内环形通道51中的第一开口和在外环形通道53中的第二开口。

这种泄漏收集系统的操作在本申请人的上面提到的申请PCT/CA2008/002138中详细说明，通过引用将该申请再次并入本文且在此将不会进一步说明。

柱塞

现在参照图4、图4A和图4B，阀30还设置有用于接合和脱离隔膜36的多个柱塞82，以便允许或者防止相邻端口之间的连通。柱塞82每一个定位在气缸34的柱塞通道62中的一个中。在本文献的上下文中，术语“柱塞”被理解为表示由机械力或者流体压力驱动或者抵抗机械力或者流体压力的机械部件或组件。

在一个实施例中，每一个柱塞82由基部200和顶部202形成。基部200优选地具有结束于头部201中的圆柱形形状，该头部向上突出到通道中。顶部202优选地包括隔膜接合部215和脚部203。在说明的实施例中，基部200和顶部202物理上不连接，但是在交界面205处相遇，其在基部200的头部201与顶部202的脚部203之间呈现相切接触点。在本文献中，术语“相切接触点”被理解为表示接触的两个表面的相切处的接触点。在圆形和平坦表面的情况下，相切接触点位于平坦表面与之接触的圆形表面的相切或切线处。在两个圆形表面的情况下，相切接触点位于两个圆形表面接触的公共的切线处。

本领域技术人员将会理解在一个可选实施例中，基部200的头部201和顶部202的脚部203会在交界面处相遇，在所述交界面处基部200的头部201和顶部202的脚部203呈现平坦的配置。因此，在该可选实施例中，头部201与脚部203之间的接触可以不是相切接触。

如图4中可以看到，在所述实施例中，顶部202在气缸34的相应柱塞通道62内、位于柱塞的基部200的上方。基部200的头部201呈现平坦配置，而顶部202的脚部203呈现圆形化配置。因此，头部201与脚部203之间的接触在基部200的平坦头部201与顶部202的圆形脚部203的相切处出现。本领域技术人员将会理解在可选实施例中，基部的头部201可以呈现圆形化配置，而顶部的脚部203将呈现平坦配置，或者头部和脚部均可以呈现圆形化配置，同时仍然在头部和脚部之间提供相切接触点。类似地，在基部200的头部201与顶部202的脚部203之间使用轴承的配置(例如，如下关于Belleville垫圈支撑件和底盖螺钉或者活塞和推板所述的配置)也可以用于在这些部件之间提供相切接触点。

在一个可选实施例中，其中基部200的头部201与顶部202的脚部203之间的接触不是相切接触，基部200的头部201与顶部202的脚部203可以两者都呈现整体平坦的配置，或者基部200的头部201和顶部202的脚部203中任一个可以呈现圆形部分和平坦部分的组合。在该实施例中，基部200的头部201和顶部202的脚部203将在基部200的头部201和顶部202的脚部203都是平坦的点处接触。

仍然参照图4、图4A和图4B，在所述实施例中，阀体33的气缸34的每一个柱塞通道62包括肩部210。因此，柱塞通道62在肩部210与气缸34的阀体交界面58之间具有窄部207。为了适用于这种肩部210，每一个柱塞82的顶部202的尺寸和形状形成为使得与顶部202的脚部203相对定位的隔膜接合部215可在肩部210所限定的窄部207内移动。因此，隔膜接合部215本身比相应的顶部202的脚部203窄，从而导致相应顶部202的脚部203可在柱塞通道62中移动，但是由于过大而不能进入窄部207。

偏压机构212设置在肩部210与顶部202的脚部203之间，以用于在没有通过基部200将压力施加于顶部202上时远离隔膜36偏压每一个柱塞82的顶部202。例如且不是限制性的，偏压机构可以为围绕隔膜接合部215的一部分的弹簧212。因此，弹簧邻接在脚部203的顶表面和肩部210的底表面上，从而向下偏压顶部202。

本领域技术人员将会理解上述柱塞配置在没有肩部210的情况下也可以正确地工作，只要偏压机构被设置成在没有通过相应基部200施加压力时远离隔膜36偏压每一个柱塞82的顶部202即可。

当激活阀时，柱塞82可以在关闭位置与打开位置之间在相应通道62中滑动。例如，在图4B中，显示右侧柱塞位于关闭位置，而显示左侧柱塞位于打开位置。

在关闭位置，柱塞82接合在两个相邻的端口之间的隔膜36，因此中断这些端口之间的连通。隔膜36的接合由柱塞82的基部200向上移动并压靠在顶部202上实现。由基部200施加的压力例如通过压缩弹簧212抵抗偏压机构，使得顶部202向上，并且隔膜接合部215接合隔膜36。

在打开位置，柱塞82与隔膜36分离，因此允许两个相邻端口之间的连通。当基部200向下且远离顶部202滑动时，到达打开位置。当通过底部200没有将压力或者将不足的压力施加于顶部202上时，偏压机构用于远离隔膜36偏压顶部202，以便允许两个相邻端口之间的连通。

在所述实施例中，柱塞82的底部200和顶部202都为圆柱形。然而，本领域技术人员将会理解底部200和顶部202可以采用不同于气缸的其它形状，只要底部200和顶部202可以产生上述的打开位置和关闭位置即可，其中在打开位置允许相邻端口46之间的连通，而在关闭位置防止相邻端口46之间的连通。

即使当柱塞82的基部200不完全垂直于气缸34的阀体交界面58时或者在柱塞82的基部200不完全与柱塞82的顶部202对准的情况下，每一个柱塞82的基部200的头部201与顶部202的脚部203之间的分离造成柱塞82的顶部202的隔膜接合部215垂直接触隔膜36。此外，如果由于任何原因，支撑结构(将在下面说明)不完全平行于气缸34的阀体交界面58，或者如果阀盖32与气缸34的对准未被完美地调节，则当支撑结构在致动气体的作用下被强制向上时，柱塞82的顶部202将保持与气缸34的阀体交界面58垂直，如将在下文所述。

致动系统

为了使柱塞82可在打开位置与关闭位置之间移动，每一个柱塞82的基部200连接到致动系统220。基部200连接到致动系统220，使得每一个基部200的头部201从致动系统220突出。例如且不是限制性的，螺钉可用于将柱塞82的基部200安装到致动系统220。

如图3中更好地显示的，在一个实施例中，致动系统220包括第一支撑结构87和第二支撑结构89，所述第一支撑结构87包括推板88和第一活塞92，所述第二支撑结构包括第二活塞90。如图所示，第一活塞92位于第二活塞90的下方，并且为简单起见，这两个活塞将在下文中被分别称为下活塞92和上活塞90。

在所述实施例中，每一个柱塞82为常闭或常开。常闭柱塞的基部200安装在推板88上，常开柱塞的基部200安装在第二活塞90上。

推板88在气缸34的空腔63内平行于气缸34的阀体交界面58延伸，即，垂直于柱塞通道62和气缸34的中心轴线延伸。推板88可横向于阀体交界面58移动，或者换句话说平行于气缸34的中心轴线移动。常闭柱塞82的底部200安装在推板88上。多个空腔横跨推板88延伸，以用于允许常开柱塞82的底部200移动通过所述空腔。上活塞90在推板下持续延伸，常开柱塞82的底部200安装在所述上活塞上。下活塞92在上活塞90下持续延伸到该上活塞。

如图3和图3A可以看到，推板88没置有在该推板的右侧末端232与左侧末端234之间的中心处的轴承容纳部230。轴承容纳部230位于推板88的底部壁238中，从而形成向下延伸的空腔。由轴承容纳部230形成的空腔的尺寸和形状形成为用于在其中容纳轴承236的第一部分。应该理解的是在本文中，术语“轴承”用于表示由硬化材料制成并具有光滑表面以在邻接面之间提供滚动邻接的任何球体或者球状物。轴承236的第二部分向下远离底部壁238突出。该第二部分被称为突出部242。轴承236的尺寸可以使得第一部分紧密地匹配轴承容纳部230的内部，从而防止两个部件之间的任何松动，同时允许轴承236在该轴承容纳部中自由地滚动。下活塞92在轴承236与下活塞92的顶部240之间的单个相切接触点244处接合推板88。相切接触点244由轴承236的圆形化配置和下活塞92的顶部240的平坦配置提供，并允许下活塞92与推板88之间的滚动邻接。这种配置通过允许推板88在柱塞82被推动而抵靠隔膜36时自动地重新定中心可防止推板88在气缸34的空腔63内出现未对准，该未对准会导致柱塞82的未对准。

在所述实施例中，下活塞92的顶部240是由硬化材料制成的单独的部件，以便在接触点处设置高硬度材料，所述硬化材料例如但不是限制性地为不锈钢17-4PH。然而，在一个实施例中，顶部240也可以与下活塞92一体形成。

O型环优选地设置在每一个活塞的轮廓上，以适当地将上活塞92和下活塞90与气缸34的内表面密封。在所述实施例中，当上活塞90或下活塞92缩回时，连接到该活塞的柱塞82的相应底部200被向下拉，从而造成释放施加于顶部202上的压力。

如图3中可以看到，偏压机构94被设置成使得下活塞92被向上偏压，而上活塞90被向下偏压。在一个实施例中，Belleville垫圈支撑件101和Belleville垫圈组件100共同协作以向上偏压下活塞92。底盖加载螺钉102可以被设置用于控制Belleville垫圈支撑件101上的向上力。仍然根据一个实施例，在上活塞90上延伸的波状弹簧104将向下力施加在上活塞90上，因此向下偏压上活塞90。本领域技术人员将会理解在可选的实施例中，不同的偏压组件可以设置用于向上偏压下活塞92和向下偏压上活塞90。

为了致动柱塞，致动机构96被设置成控制上活塞90与下活塞92之间的距离或空间。在该实施例中，可以看到致动机构96例如通过上活塞90与下活塞92之间的致动气体的喷射在打开位置与关闭位置之间致动柱塞82，致动机构96为气动致动器。

如图3和图3B可以看到，底盖40优选地通过内六角螺钉被固定到气缸34且还容纳底盖加载螺钉102，所述底盖加载螺钉允许经由Belleville垫圈支撑件101和Belleville垫圈组件100调节施加于下活塞92上的压力。为了有助于在通过底盖加载螺钉102在Belleville垫圈支撑件101上施加压力之后对准致动系统220，Belleville垫圈支撑件101可以在其右侧末端132与左侧末端134之间的水平中心处设置有轴承容纳部130。轴承容纳部130位于Belleville垫圈支撑件101的底部壁138上，并形成向下延伸的空腔。由轴承容纳部130形成的空腔的尺寸和形状形成为用于在其中容纳轴承136的第一部分。轴承136的第二部分向下远离Belleville垫圈支撑件101的底部壁138突出。该第二部分被称为突出部140。轴承136的尺寸使得该轴承紧密地匹配轴承容纳部130的内部，从而防止轴承136与轴承容纳部130之间的任何松动，同时允许轴承136在该轴承容纳部中自由地滚动。底盖加载螺钉102在轴承136与底盖加载螺钉102的顶部131之间的单个相切接触点142处接合Belleville垫圈支撑件101。相切接触点142由轴承136的圆形化配置和底盖加载螺钉102的顶部131的平坦配置提供。单个相切接触点142防止由底盖加载螺钉102在Belleville垫圈支撑件101上施加偏离中心的压力而造成致动系统的未对准，该未对准又将会导致下活塞92的未对准。由于用于将底盖加载螺钉102锁定在适当的位置的锁定螺钉103趋向于使底盖加载螺钉102的位置偏离其中心位置，因此在现有技术的阀中会遇到底盖加载螺钉102在Belleville垫圈支撑件101上的这种偏离中心的压力。

在一个实施例中，底盖40还可以设置有在该底盖中延伸且与致动机构96相对定位的底盖致动通风孔114，以用于防止下活塞92与底盖40之间的压力增大。

这种致动通风孔114的操作在本申请人的上述申请PCT/CA2009/001783中进行了详细说明，通过引用将该申请并入本文且因此将不再在此进一步说明。

本领域技术人员将会容易地理解即使在此说明优选的致动系统，但是在可选的实施例中，可以使用引起柱塞在关闭位置与打开位置之间移动的任何其它致动系统。

锁定机构

经常在隔膜阀被制造和充分测试之后，所述隔膜阀在运送到顾客之前被密封在库存中被封装并储存的塑料封装体中。根据各种因素，例如市场需求、库存管理、顾客需求和类似因素，阀可能在制造之后保持几周或几个月未使用。另外，在一些情况下，阀的所有人在再次将其投入使用中之前可以暂时关闭或者使得阀免于激活使用一待定的时间量。当阀空转(如图4B中所示)时，阀的常闭柱塞位于其关闭位置，因此将恒定压力施加在隔膜上。根据隔膜材料，这会导致隔膜的永久变形，并且降低阀的效率。因此，当阀不处于使用中时，锁定机构有利的用于将柱塞82的常闭基部200锁定在其打开位置(如图4中所示)。

在一个实施例中，当常闭柱塞82的基部200位于打开位置时，锁定机构119有利地接合第一支撑结构87，从而抵抗偏压机构94并实际上防止柱塞82到达关闭位置，在该关闭位置顶部202被推动抵靠隔膜36。如本领域普通技术人员所理解，当阀30不在使用中时，这种锁定机构119的使用可以有利地用于防止关闭的柱塞82变形、压缩或以其它方式作用于隔膜36。

还将认识到这种锁定机构119在维修和类似操作期间还可以有利地容易更换隔膜。通过使使用者能够在阀体内约束柱塞的常闭基部200，可以确保柱塞不会干扰隔膜的正确定位。

这种锁定机构的不同的可能实施例在本申请人的上述申请PCT/CA2009/001783中详细说明，通过引用将该申请并入本文，并因此将不会在此进一步说明。

在此已经说明和显示了几个可选的实施例和示例。如上所述的实施例仅用于示例性。本领域技术人员将会想到单独实施例的特征以及部件的可能的组合和变化。本领域技术人员还将认识到所述实施例中的任一个可以以与在此公开的其它实施例的任何组合来设置。还能理解的是本发明在不背离其中心特征的情况下可以具体表现为其它特定形式。因此，本示例和实施例将被认为是在各方面作为示例性而不是限制性的，并且本发明不限于在此给出的细节。因此，虽然已经说明和显示了具体的实施例，但是在没有明显背离所附权利要求限定的本发明的保护范围的情况下能够想到许多变型。

Claims (27)

1.一种阀，包括：

阀盖，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，所述多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中；

阀体，所述阀体具有面对所述阀盖交界面的阀体交界面，所述阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道；

隔膜，所述隔膜横过所述过程端口定位在所述阀盖交界面与所述阀体交界面之间；

多个柱塞，所述多个柱塞中的每一个柱塞被定位在所述多个柱塞通道中的相应柱塞通道中且能够在关闭位置与打开位置之间移动，其中在所述关闭位置，所述柱塞接合所述隔膜，而在所述打开位置，所述柱塞与所述隔膜脱离接合；和

致动系统，所述致动系统用于使所述多个柱塞中的每一个柱塞在所述关闭位置与所述打开位置之间移动；

其中，所述多个柱塞中的每一个柱塞都包括：

(i)基部，所述基部连接到所述致动系统并具有远离该基部突出的头部；

(ii)顶部，所述顶部在所述基部与所述隔膜之间延伸，所述顶部具有与所述基部的所述头部接触的脚部；和

(iii)柱塞偏压机构，所述柱塞偏压机构在所述柱塞位于所述打开位置时远离所述隔膜地偏压所述顶部。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述顶部的所述脚部与所述基部的所述头部相切接触。

3.根据权利要求2所述的阀，其中，所述基部的所述头部和所述顶部的所述脚部中的至少一个呈现圆形化配置，而另一个呈现平坦配置或者圆形化配置。

4.根据权利要求3所述的阀，其中，所述基部的所述头部呈现平坦配置，所述顶部的所述脚部呈现圆形化配置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的阀，其中，所述阀体的所述多个柱塞通道中的每一个柱塞通道包括肩部，所述肩部在所述肩部与所述阀体交界面之间限定所述通道的窄部，其中所述多个柱塞中的每一个柱塞的顶部的尺寸和形状形成为使得所述顶部的隔膜接合部比所述脚部窄且能够在所述通道的所述窄部中移动。

6.根据权利要求5所述的阀，其中，所述多个柱塞中的每一个柱塞的所述柱塞偏压机构位于所述多个柱塞通道中的相应一个的肩部与所述柱塞的所述顶部的脚部之间。

7.根据权利要求6所述的阀，其中，所述柱塞偏压机构为弹簧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的阀，其中，所述致动系统包括活塞。

9.根据权利要求8所述的阀，其中，所述致动系统还包括：

推板，所述推板具有形成在该推板中的水平地居于中心处的轴承容纳部，所述多个柱塞中的至少一个安装在所述推板上；和

轴承，所述轴承位于所述推板的所述轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述活塞相切接触且为活塞与所述推板之间的单个接触点。

10.根据权利要求8或9所述的阀，其中，所述致动系统还包括：

活塞偏压机构，所述活塞偏压机构用于向上偏压所述致动系统的活塞，所述活塞偏压机构包括：

支撑件，所述支撑件具有形成在该支撑件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；

活塞偏压元件，所述活塞偏压元件定位在所述支撑件的一部分与所述活塞之间；

底盖螺钉，所述底盖螺钉用于以能够调节的方式朝向所述活塞按压所述支撑件；和

轴承，所述轴承位于所述支撑件的所述轴承容纳部内且从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述底盖螺钉相切接触且为所述支撑件与所述底盖螺钉之间的单个接触点。

11.根据权利要求10所述的阀，其中，所述支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，所述活塞偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。

12.一种阀组件，所述阀组件用于具有阀盖的阀，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，所述多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中，所述阀还具有横过所述过程端口定位的隔膜，所述阀组件包括：

阀体，所述阀体具有面对所述阀盖交界面的阀体交界面，所述阀体包括在该阀体中延伸的多个柱塞通道；

多个柱塞，所述多个柱塞中的每一个柱塞被定位在所述多个柱塞通道中的相应柱塞通道中且能够在关闭位置与打开位置之间移动，其中在所述关闭位置，所述柱塞接合所述隔膜，而在所述打开位置，所述柱塞与所述隔膜脱离接合；和

致动系统，所述致动系统用于使所述多个柱塞中的每一个柱塞在所述关闭位置与所述打开位置之间移动；

其中，所述多个柱塞中的每一个柱塞包括：

(i)基部，所述基部连接到所述致动系统并具有远离该基部突出的头部；

(ii)顶部，所述顶部在所述基部与所述隔膜之间延伸，所述顶部具有与所述基部的所述头部接触的脚部；和

(iii)偏压机构，所述偏压机构在所述柱塞位于所述打开位置时远离所述隔膜地偏压所述顶部。

13.根据权利要求12所述的阀组件，其中，所述顶部的所述脚部与所述基部的所述头部相切接触。

14.根据权利要求13所述的阀组件，其中，所述基部的所述头部和所述顶部的所述脚部中的至少一个呈现圆形化配置，而另一个呈现平坦配置或者圆形化配置。

15.根据权利要求14所述的阀组件，其中，所述基部的所述头部呈现平坦配置，所述顶部的所述脚部呈现圆形化配置。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的阀组件，其中，所述阀体的所述多个柱塞通道中的每一个柱塞通道包括肩部，所述肩部在所述肩部与所述阀体交界面之间限定所述通道的窄部，其中所述多个柱塞中的每一个的顶部的尺寸和形状形成为使得所述顶部的隔膜接合部比所述脚部窄且能够在所述通道的所述窄部中移动。

17.根据权利要求16所述的阀组件，其中，所述多个柱塞中的每一个柱塞的所述偏压机构位于所述多个柱塞通道中的相应一个柱塞的肩部与所述柱塞的所述顶部的脚部之间。

18.根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述偏压机构为弹簧。

19.权利要求11-18中任一项所述的阀组件，其中，所述致动系统包括活塞。

20.根据权利要求19所述的阀组件，其中，所述致动系统还包括：

推板，所述推板具有形成在该推板中的水平地居于中心处的轴承容纳部，所述多个柱塞中的至少一个柱塞安装在所述推板上；和

轴承，所述轴承位于所述推板的所述轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述活塞相切接触且为活塞与所述推板之间的单个接触点。

21.根据权利要求19或20所述的阀组件，其中，所述致动系统还包括：

活塞偏压机构，所述活塞偏压机构用于向上偏压所述致动系统的活塞，所述活塞偏压机构包括：

支撑件，所述支撑件具有形成在该支撑件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；

活塞偏压元件，所述活塞偏压元件定位在所述支撑件的一部分与所述活塞之间；

底盖螺钉，所述底盖螺钉用于以能够调节的方式朝向所述活塞按压所述支撑件；和

轴承，所述轴承位于所述支撑件的所述轴承容纳部内且从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述底盖螺钉相切接触且为所述支撑件与所述底盖螺钉之间的单个接触点。

根据权利要求21所述的阀组件，其中，所述支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，所述活塞偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。

22.一种阀，包括：

阀盖，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，所述多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中；

阀体，所述阀体具有面对所述阀盖交界面的阀体交界面，所述阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道；

隔膜，所述隔膜横过所述过程端口定位在所述阀盖交界面与所述阀体交界面之间；

多个柱塞，所述多个柱塞中的每一个柱塞被定位在所述多个柱塞通道中的相应柱塞通道中且能够在关闭位置与打开位置之间移动，其中在所述关闭位置，所述柱塞接合所述隔膜，而在所述打开位置，所述柱塞与所述隔膜脱离接合；

致动系统，所述致动系统用于使所述多个柱塞中的每一个柱塞在所述关闭位置与所述打开位置之间移动，所述致动系统包括：

第一致动部件，所述第一致动部件具有形成在该第一致动部件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；

第一轴承，所述第一轴承位于所述第一致动部件的所述轴承容纳部内且从该轴承容纳部突出，所述第一轴承的突出部与所述致动系统的第二致动部件相切接触且为所述第一致动部件与所述第二致动部件之间的单个接触点；

偏压机构，所述偏压机构用于向上偏压所述致动系统的所述第二致动部件，所述偏压机构包括：

第一偏压部件，所述第一偏压部件具有形成在该第一偏压部件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；

偏压元件，所述偏压元件定位在所述第一偏压部件的一部分与所述第二致动部件之间；和

第二轴承，所述第二轴承位于所述第一偏压部件的所述轴承容纳部内且从该轴承容纳部突出，所述第二轴承的突出部与所述偏压系统的第二偏压部件相切接触且为所述第一偏压部件与所述第二偏压部件之间的单个接触点。

23.根据权利要求22所述的阀，其中，所述第一致动部件为推板，所述第二致动部件为活塞，并且其中所述第一偏压部件为支撑件，所述第二偏压部件为底盖螺钉。

24.根据权利要求23所述的阀，其中，所述支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，所述偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。

25.一种阀，包括：

阀盖，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，所述多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中；

阀体，所述阀体具有面对所述阀盖交界面的阀体交界面，所述阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道；

隔膜，所述隔膜横过所述过程端口定位在所述阀盖交界面与所述阀体交界面之间；

多个柱塞，所述多个柱塞中的每一个柱塞被定位在所述多个柱塞通道中的相应柱塞通道中且能够在关闭位置与打开位置之间移动，其中在所述关闭位置，所述柱塞接合所述隔膜，而在所述打开位置，所述柱塞与所述隔膜脱离接合；和

致动系统，所述致动系统用于使所述多个柱塞中的每一个在所述关闭位置与所述打开位置之间移动，所述致动系统包括：

活塞；

推板，所述推板具有形成在该推板中的水平地居于中心处的轴承容纳部，所述多个柱塞中的至少一个柱塞安装在所述推板上；和

轴承，所述轴承位于所述推板的所述轴承容纳部内并从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述活塞相切接触且为活塞与所述推板之间的单个接触点。

26.一种阀，包括：

阀盖，所述阀盖具有延伸通过该阀盖的多个过程管道，所述多个过程管道中的每一个过程管道在阀盖交界面处结束于过程端口中；

阀体，所述阀体具有面对所述阀盖的阀体交界面，所述阀体具有在该阀体中延伸的多个柱塞通道；

隔膜，所述隔膜横过所述过程端口定位在所述阀盖交界面与所述阀体交界面之间；

多个柱塞，所述多个柱塞中的每一个柱塞被定位在所述多个柱塞通道中的相应柱塞通道中且能够在关闭位置与打开位置之间移动，其中在所述关闭位置，所述柱塞接合所述隔膜，而在所述打开位置，所述柱塞与所述隔膜脱离接合；和

致动系统，所述致动系统用于使所述多个柱塞中的每一个柱塞在所述关闭位置与所述打开位置之间移动，所述致动系统具有活塞；和

偏压机构，所述偏压机构用于向上偏压所述致动系统的活塞，所述偏压机构包括：

支撑件，所述支撑件具有形成在该支撑件中的水平地居于中心处的轴承容纳部；

活塞偏压元件，所述活塞偏压元件定位在所述支撑件的一部分与所述活塞之间；

底盖螺钉，所述底盖螺钉用于以能够调节的方式朝向所述活塞按压所述支撑件；和

轴承，所述轴承位于所述支撑件的所述轴承容纳部内且从该轴承容纳部突出，所述轴承的突出部与所述底盖螺钉相切接触且为所述支撑件与所述底盖螺钉之间的单个接触点。

27.根据权利要求26所述的阀，其中，所述支撑件为贝勒维尔垫圈支撑件，所述活塞偏压元件为贝勒维尔垫圈组件。