CN104662347B

CN104662347B - 具有负载变化机构的阀以及操作阀的方法

Info

Publication number: CN104662347B
Application number: CN201380050465.1A
Authority: CN
Inventors: Y·加马什
Original assignee: Mecanique Analytique Inc
Current assignee: Apn Afp Co
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: US20150198255A1; JP2015528544A; JP6129967B2; EP2880342A4; EP2880342B1; EP2880342B8; EP2880342A1; US9435440B2; CN104662347A; US20160348795A1; US10428960B2; WO2014022932A1

Abstract

提供了一种阀。所述阀包括设有流体通路的主体，所述流体通路用于循环其中的流体。所述主体具有体界面，所述体界面具有连接到所述流体通路的端口。所述阀还包括阀元件，所述阀元件具有对着体界面的阀元件界面。阀元件可以在不同位置之间移动，以允许或阻塞流体通路之间的连通。偏压元件抵着体界面偏压阀元件界面。负载变化机构被设置为根据阀元件的不同位置采用不同的密封负载力加载偏压元件。施加到转子上的密封负载力由此在旋转期间减小，减少所述阀的主体和阀元件之间的摩擦。

Description

具有负载变化机构的阀以及操作阀的方法

技术领域

本发明大体涉及关于阀的系统和方法，更具体地涉及具有负载变化机构的阀以及用于在阀元件移动期间减少摩擦的方法。

背景技术

液相色谱和自动采样系统大部分依赖基于平面旋转设计的阀来处理各种流体。可以有许多不同的构造，如标准的六端口喷射阀、具有注射端口的阀或者用于样本流选择、列选择、多位置/多作业(如加载、注射、洗涤等)的阀。在大多数情况下，阀具有扁平式转子和扁平式定子。推动扁平式转子靠在固定的扁平式定子上。转子具有加工在其中的各种沟槽，允许不同的定子端口连接方式以适合任意特定的应用。

为了示例这样的现有技术的阀系统的描述，我们将参考典型的六端口液相色谱阀，如图1A至图2所示。此技术已经被使用了超过半个世纪。通过将负载应用到转子上提供的在相邻两端口之间的密封(如泄漏完整性)以及从任意端口的所有向外的泄漏完整性，对于较高的压力操作，所需的负载更大。负载或者压力通常由机械偏压元件(如压缩弹簧或者贝氏盘堆叠)设置。因为将转子维持在定子上的力相对高，摩擦和由此产生的磨损也是如此。由于将转子抵着定子转动时发生磨损，所以这样的阀的寿命短。在转子上最终出现刮痕，通常制成转子的材料比定子更软。

在转子和定子之间的摩擦导致粒子产生，进一步增加了与磨损相关联的问题。可能出现泄漏，并且最终将必须维修或更换阀。在大多数可用的平面和锥形旋转阀中可能发现这个问题。

参考图3，示出了来自关于罗丹尼(Rheodyne)的US6,643,946的典型的平面旋转阀的转子和定子，两者呈现有摩擦和磨损造成的刮痕。为了增加旋转阀的寿命，美国专利6,453,946公开了一种阀，其中一个密封表面涂有碳化钨/碳(WC/C)而另一个密封表面提供有氟碳聚合物。

在超高性能液相色谱(UHPLC)的应用中，过程压力可高达20,000PSI。“过程压力”的意思是在阀中循环的流体的压力，如样气、载气或液体流动相。在这样的压力水平，偏压元件提供的所需转子负载力高，并且摩擦和由此产生的磨损也是如此。尽管在定子的密封表面涂层可以提高旋转阀的寿命，但仍然需要改进的阀系统，其允许甚至更长的寿命，尤其是对于高压力应用。

还已知的是以下文献：美国专利3,297,053；3,640,310；6,193,213；6,453,946；7,503,203；以及美国专利申请20100059701。

在US6,193,213中，过程流体用于在转子上施加额外的负载力。因此，负载力是过程压力的函数，一般为常量。结果，无论转子是静止还是旋转，在转子上的超压也是常量并且被同等地施加，这个不利是不允许负载力的改变。另一个不利可能是在阀的不同部分内使用过程流体导致的，因为这增加了污染流体的风险。那么需要额外的密封件来适当密封阀的不同部分。

另一个问题源于一个事实，就是阀通常在环境温度下调节，但大多数用在不同的温度，从低温到大约350℃的温度。阀的每个部件的性能根据其操作的温度范围可能因此会有很大的差异。因此，当在环境温度下调节和操作时，阀能够很好地工作，但当阀用在不同温度下操作的系统中时可能发生重大泄漏。

鉴于上述，还需要一种改进的阀或者用于改变施加到阀的阀元件上的负载的改进的系统。还需要一种操作阀的方法，该方法可以帮助减少可移动阀元件与阀的静止主体之间的摩擦。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种阀。所述阀包括设有流体通路的主体，流体通路用于在流体压力下循环主体中的流体。所述主体具有体界面，所述体界面具有连接到流体通路的端口。所述阀还包括阀元件，所述阀元件具有对着所述体界面的阀元件界面，所述阀元件与所述体界面的端口相互作用。所述阀元件在不同位置之间可移动，以允许或阻塞流体通路之间的连通。所述阀包括驱动机构，所述驱动机构用于在不同位置之间移动所述阀元件。所述阀包括偏压元件，所述偏压元件被配置为用密封负载力抵着所述体界面偏压所述阀元件界面。所述阀包括负载变化机构，所述负载变化机构被配置为基于所述阀元件的不同位置可变化地加载所述偏压元件，所述偏压元件因此基于不同位置对所述阀元件施加不同的密封负载力。

在一个实施例中，阀为旋转阀，阀元件为转子以及所述主体是外壳，转子安装在外壳中。驱动机构是旋转所述转子的旋转驱动机。偏压元件在所述转子上施加密封负载力。负载变化机构允许基于转子的不同位置将不同的密封负载力应用到转子上。当阀静止时，偏压元件施加具有预定值的过程密封负载力。当阀在旋转时，所施加的密封负载力减少到小于密封负载力的旋转负载力。

在另一个实施例中，旋转阀是锥形旋转阀。阀元件具有平截锥形主体。平截锥形主体设有至少一个通道，通道在主体内或者在其表面延伸，用于将外壳的不同端口置于流体连通状态。

在另一个实施例中，旋转阀是球形阀。阀元件是球状部，且具有通路的主体是包围球状部的包封部。球状部设有贯穿孔，其允许根据球状部的位置将通路安置在流体连通状态，或者阻塞它们。

在另一个实施例中，负载变化机构包括控制器和改变高度的发动机，且因此压缩偏压元件。优选地，阀包括或者结合第二驱动发动机使用以驱动阀元件。作为一个例子，阀可以是样本流选择阀，其中控制器用于，通过施加具有在过程密封力值和移动负载力值之间的值的密封力，当跨越端口时进一步改变密封负载力。优选地，发动机为电动机。

在一个实施例中，负载变化机构包括位置检测器来确定阀元件的位置。负载变化机构还可以包括负载力检测器来确定偏压元件施加的压力或密封负载力。

在一个实施例中，负载变化组件包括固定构件和可移动构件，可移动构件可操作地关联到驱动机构和/或转子，以及关联到偏压元件。当驱动机构在不同位置之间移动阀元件，负载变化机构的可移动构件也移动，因此对偏压元件进行压缩或解压。当阀元件移动时，解压阀元件减少施加到阀元件上的密封负载力，从而减少在阀中的摩擦。

在一个实施例中，固定和可移动构件是凸轮垫圈，凸轮垫圈具有交替的凹部和凸部。凸轮垫圈可位于密封和旋转的结构。当置于密封结构时，凸轮垫圈的凸部是对齐的，增加了凸轮垫圈组件的高度，这压缩弹簧偏压元件以将密封负载力施加到阀元件上。当置于旋转结构时，凹部和凸部逐渐互锁，减少凸轮垫圈组件的高度，这对偏压元件进行解压，施加小于密封负载力的负载力。

根据本发明的另一方面，提供了用于通过阀的不同通路引导流体的方法。该方法包括当阀元件移动到不同位置时用不同的密封负载力加载偏压元件的步骤。

在一个实施例中，该方法包括步骤：a)当阀元件静止并且阀在操作中时，将密封负载力施加到阀元件上，以及b)当移动阀元件时，在阀元件上施加减小的密封负载力。

在一个实施例中，该方法在步骤b)之前执行的步骤：在阀元件上施加启动负载力，启动负载力小于当阀元件在位置之间移动时施加的减小的密封负载力。在一个实施例中，启动负载力为0。

在一个实施例中，该方法包括在步骤b)之后执行的步骤：在阀元件上施加中间密封负载力，中间负载力小于过程密封负载力但大于旋转负载力。例如，当跨越端口时，这个方法可以应用在样本流选择阀中。

本方法和阀的优点是在阀元件移动期间，减少阀元件的密封表面和阀的静止主体之间的摩擦，并且优选地刚好在移动启动之前。当移动阀元件时，减少密封表面之间摩擦减少了在阀中的磨损和粒子产生，这反过来减少泄漏和/或污染。本方法的另一个优点是施加到阀元件上的负载力不依赖与阀的操作压力，正如美国专利6,193,213。

有利地，负载变化机构还允许清洗/冲洗循环，而不必拆除或拆卸阀。事实上，当将阀元件负载减少到中间清洗负载时，清洗流体可以适用于从净化端口流过阀，以通过移动阀元件清洗所有表面和沟槽，该中间清洗负载足够低以允许阀元件从静止主体稍微间隔开。这个方法特别适用于旋转阀，在旋转阀中，阀元件是转子，可以被高速旋转。

本方法和阀的另一个优点是阀元件在操作位置静止时，能够施加比一般在其它商用阀中提供的要高得多的负载，并且没有破坏阀元件的风险。这结果是有高得多的密封完整性。

负载变化机构还帮助维持相同的预定负载方案，即使部件的一些特性随时间变化，例如发生在偏压元件变软或阀的零件在高温应用的情况下热膨胀时。

根据本发明实施例的方法可以用于平的、锥形和球形旋转阀，以及其它可能的阀中。

参考附图，在阅读本发明的优选的实施例后，能够更好的理解本发明的特征和优点。

附图说明

图1A是现有技术中已知的，部分示出的六端口液相色谱阀的侧视立体图。图1B是转子的俯视图，转子形成如图1A所示的现有技术的阀的部分。

图2是现有技术中已知的液相色谱阀的横截面图。

图3是现有技术的旋转阀的定子和转子的密封表面的俯视图，密封表面示出磨损迹象。

图4是根据本发明第一实施例的阀的示意性横截面图。

图5A是根据方法的一个实施例，应用到图4中的阀元件上作为时间的函数的密封负载力的曲线图。图5B是根据方法的另一个实施例，应用到图4中的阀元件上作为时间的函数的负载力的曲线图。图5C是针对用于阀元件的两种不同材料，作为过程压力(单位PSI)的函数的负载的曲线图。

图6是根据本发明第二实施例的旋转阀的立体图。

图7是图6的旋转阀的分解图。

图8是图6的旋转阀的立体图，其中外壳以截面形式示出。

图9是图6的旋转阀的侧面图，其中外壳以截面形式示出，在结构中两个端口处于流体连通状态且转子是静止的。

图10是图6的旋转阀的侧面图，其中外壳以截面形式示出，在结构中两个端口之间的流体连通被阻止，转子是旋转的。

图11是应用到图6中的阀的转子上作为时间的函数的密封负载力的曲线图。

图12是根据本发明第三实施例的球形阀的立体图。

图13是图12的球形阀的分解图。

图14A，14B和14C分别是图12的旋转阀的两个部件的俯视立体图、仰视立体图和侧面图。图14D是图14C的细节的放大图。

图15和图16是图12的旋转阀的局部横截面图，示出不同位置的阀。图15A和图16A是图15和图16的部分的放大图。

图17是根据本发明第四实施例的旋转阀的立体图。

图18是图17的旋转阀的分解图。

图19A，19B和19C分别是图17的旋转阀的两个部件的俯视立体图图、仰视立体图和侧面图。

图20是图17的旋转阀的立体图，其中包封和包装以截面图形式示出。

图21是根据本发明第五实施例的旋转阀的立体图。

图22是图21的旋转阀的分解图。

图23A是图21的旋转阀的立体图，示出定子的横截面，在结构中球形阀被移动。图23B是图21的旋转阀的立体图，示出定子的横截面，在结构中两个端口之间的流体连通被阻止，转子是静止的。

图24是示出应用为阀元件位置的函数的密封负载力的曲线图。

图25A和图25B是针对T-通道球形旋转阀和L-通道球形旋转阀，根据转子的不同位置应用到转子上的负载力的曲线图，各球状件以顶视截面形式示出。

当联合示例性的实施例对本发明进行描述时，将会被理解并不意味着将本发明的范围限制在这些实施例。相反，是为了涵盖可以包括在本申请所限定范围内所做的所有替换、修改、等同。

具体实施方式

在以下描述中，附图中相同的参考标记表述相同的特征。为了保持附图的清楚性，当已经在之前的图中标识时，一些参考符号会被省略。

下面描述的实施例仅是通过例子的方式给出的且其各种特征和细节不应认为是对本发明范围的限制。除非特别声明，否则位置的描述，如“上”，“下”和诸如此类的表述应在附图的情形下进行解释而不应被认为是限制性的。

参考图4，示出的是根据本发明的阀的第一实施例。阀10包括设置有流体通路18和19的静止主体14，用于以流体压力循环在其中的流体。流体通路还可以被称为通道。流体通路包括过程流体通路18，以及还优选地包括净化流体通路19。流体通路18、19以体界面22上端口的形式开放。体界面22还可以被称为密封表面。简明起见，在图4仅标识了针对图右侧的流体通路18的一个端口20，但当然，流体通路18、19中的每个以体界面22上端口的形式开放。

在该第一实施例中，主体14是阀盖，但当然，在其它实施例中，主体14可以是阀外壳、球状包装或者包封罩。主体14是静态的、固定部分，包括流体通路，在流体通路中进行流体循环或阻断流体。

阀10还包括阀元件16，在本实施例中阀元件16是转子。阀元件16是阀10的可移动元件，其阻断或允许流体通过静止主体14的不同端口进入。在其它实施例中，阀元件16可以是球形阀的球形部或者滑动阀的滑板。在旋转阀的情况下，阀元件16包括至少一个通道，当两个端口连接时，流体流入或流经所述通道。

阀元件16具有面对体界面22的阀元件界面24。阀元件16与体界面22的端口相互作用。阀元件16在不同位置之间移动以允许或阻断流体通路18或19之间的连通。在本例子中，阀元件16是包括至少一个通道的转子，通道可以由用于使静止主体14的端口彼此流体连通放置的沟槽组成。静止主体14的界面和阀元件16可以呈现不同类型的构造，其中的一个例子如图3所示。在操作中，界面22、24密封接触并且相互之间带有摩擦地接合。

驱动机构26，在这个实施例中是发动机，用来在不同位置之间移动阀元件16。偏压元件30配置为将阀元件界面24偏压向体界面22。偏压元件30是抵着静止主体14推动阀元件16的元件。偏压元件30在阀元件16上施加密封负载力，保证在阀的操作期间总是应用最小密封。最小密封负载力可以根据使用阀的不同应用而变化。

负载变化机构12配置为基于阀元件的不同位置可变地加载偏压元件30。偏压元件30由此基于阀元件的不同位置将不同的密封负载力施加到阀元件16上。当对阀10进行操作时，负载变化机构12配置偏压元件30，以便当端口处于连通或阻断状态并且需要高密封水平时，偏压元件30施加高过程密封负载力。负载变化机构还配置偏压元件，以便当阀元件移动并且可接受或需要较低的密封水平时，偏压元件施加较低的移动密封负载力。减少密封负载压力还可以被视为在阀元件上释放压力，反过来减少界面22、24之间的摩擦。

在本实施例中，偏压元件30是可压缩成不同高度的弹簧组件，用于将不同的负载密封力施加到阀元件16。还可以考虑其它类型的偏压元件，例如拉伸或压缩螺旋状弹簧，贝氏垫圈(Belleville washer)堆叠及诸如此类。

在这个实施例中，定子界面22涂有厚的TiN(氮化钛)抛光层，这样的材料是非常硬和惰性的材料。可以考虑其它材料，如WC/C(碳化钨/碳)、c-BN(立方氮化硼)、DLC(类金刚石碳)和CrN(氮化铬)。然而，据发现，在阀驱动时减少在阀元件上的密封负载力也大大减少了不加涂层的不锈钢定子的磨损，由此延长阀的寿命。针对转子的较佳材料是PEEK、聚酰胺(Polymide)、PPS或者含氟聚合物，如PTFE。在阀元件16内加工或蚀刻的沟槽也优选地设计为耐受高过程和机械压力。驱动系统12可以允许在需要时被轻易替换和改装。机构12还允许被轻易地集成在现有分析系统内并且被用作智能子系统。

驱动机构，在这个例子是发动机26，允许旋转阀元件16。

负载变化机构12可控制地压缩偏压元件30，用于在阀元件16上施加预定的密封负载力。在本实施例中，负载变化机构12包括可以升高或降低的可移动构件17，用于压缩或解压缩偏压元件30，可移动构件17可操作地关联到阀元件，在这个例子中是通过控制器36连接到阀元件。

在本实施例中，负载变化机构12还包括发动机32和控制器36。控制器通过发动机26或位置传感器28在输入端上接收阀元件16的不同位置。控制器36基于从发动机26或传感器28接收的不同位置控制发动机32。当然，可以认为是采用独立的控制器控制彼此独立的发动机26、32。

优选地，平行补偿组件34用来补偿偏压元件30的任何失准。在本例子中，平行补偿组件34包括置于偏压元件30和阀元件16之间的轴承滚珠。

优选地，发动机26和32为电动机，且控制器为嵌入旋转阀10的微控制器36。微控制器包括24伏特DC输入37，以及一个或多个通信端口39。当然，可以考虑其它操作电压。该微控制器36还可以用于通过发动机26控制阀元件16的旋转速度。

优选地，负载变化机构12可以用范围从12到24VDC的电源来操作。可以通过简单的数字接口来访问内置的微控制器36。可替代地，可以支持各种串行接口如I²C、SPI、CAN、USB等。还可以考虑仅使用一对导线来控制发动机32和/或发动机26，例如通过在网络上(如以RS-485系统为例)将它们连接到另一控制系统或者将一个以上的阀连接到一起。

使用一个特定的负载变化机构配置，允许当阀操作时，在旋转期间和操作结束时，采用适当的力值，实时调整施加在阀元件16上的密封负载力。可以考虑结合压力监控系统使用旋转阀10，允许实时调整或控制阀，以在阀元件移动期间，可选地基于过程流体压力，调节施加在阀元件16上的密封负载力。这种方式，通过避免不必要的高负载力的使用来增加阀的寿命。

此外，基于应变仪或其它相似设备的力转换器40可以用于监控在阀元件16上的负载。力转换器可操作地关联到控制器36。这个监控系统还可以被用来检测偏压元件30的最终软化。在这种情况下，当转换器从偏压元件检测到较低的负载力，控制器36使用发动机32增大偏压元件30的压缩，用于补偿这种软化，为了获得从应变仪40读取的所需负载。

为了评估阀的状况和完善性，还可以周期性监控或分析阀10的净化出口。

也能够经控制器和分析仪器软件来设置备用模式下的阀10。在这个例子中，减少密封负载力来减少在阀元件16上的应力。当阀10长期没有操作时，这将帮助减少粘附现象的可能性。此外，如果出于任何原因，阀在很长一段时间内保持在两个操作位置之间，较低的旋转负载力将大大减少转子材料延伸到静止主体14的端口的可能性。转子材料延伸到过程端口中对于柔软转子材料像特氟龙(Teflon)可能是一个问题。

在一些气相色谱应用中，如复杂的烃类分析，所需的操作温度可能高达350℃。在这种情况下，在阀中增加小的温度传感器42(如微型RTD或者热电偶)是可取的。传感器42向控制器36发送信息信号，控制器36反过来基于传感器42的温度读数控制发动机以改变施加到转子的密封负载力。传感器42可以因此帮助补偿偏压元件30的软化或阀10的许多部分中的每一部分的不同的热膨胀。换句话说，温度传感器42检测阀10的操作温度并且发送检测到的温度给控制器36。控制器控制分析温度检测并确定发动机32是否需要改变偏压元件30的高度或压缩。根据温度传感器42检测的操作温度，变化机构因此可变地对偏压元件进行加载。

在其它一些应用中，分析系统以及由此的阀的操作温度，必须频繁地改变。聚合物的硬度基于其应用的温度改变很大，由此影响其对定子的密封能力。根据这些系统温度的每个温度，应用不同的密封负载力方案是可取的。进一步地，由于蠕变现象，将相同的负载应用到在高温时而不是低温时的聚合物阀元件16上可能永久地使其变形以及破坏。通过在各种操作因素(如操作温度、流体压力、分析的流体类型)的作用下控制发动机26、32，控制器允许避免损坏阀元件16。

在这个实施例中，阀10包括位置传感器或者检测器28，位置传感器或者检测器28允许确定阀元件16的角位置，所述阀元件16也称为相对于静止主体14的转子，所述静止主体14也称为用于此类型阀的定子。例如，数字编码器可以用作位置传感器28。检测器28也可以用于指示和控制在样本流选择阀中的阀元件的位置。位置传感器28优选地是负载变化机构12的部分，并且连接到控制器36。其检测阀元件16的不同位置并将检测到的位置发送给控制器36，控制器可以经发动机32调节施加到阀元件30上的作为阀元件16的不同位置的函数的负载力。

仍然是优选地，驱动系统12包括力转换器40，力转换器40也称为负载力检测器40。在阐明的实施例中，检测器40是应变仪，其允许确定偏压元件30施加在阀元件16上的负载。当然，可以使用其它类型的压力和/或负载力检测器。负载力还可以从发动机32所需要的功率推导或计算出来，而不是使用单独的负载检测器。

仍参考图4，以及图5A，将对根据一个实施例的操作阀的方法进行说明。尽管提供的例子是针对旋转阀，本方法还可以应用到其它类型的阀，如滑动阀或球形阀。

在时间T＝0，阀元件16处于第一操作位置，这意味着主体14的至少两个过程端口是流体连通的。偏压元件30施加的密封负载力A，也可以称为过程密封负载力，将阀元件推向主体14，在本例中阀元件是转子16，以便使阀元件和体界面22、24或密封表面彼此密封。这样做，发动机32压缩偏压元件30，以便偏压元件30将与密封负载力对应的负载力A施加到转子16上。在该Ts(从T0到T1)时间段内，转子是静止的，并且流体可以分别通过定子14和转子16的通道以及沟槽进行循环。

在时间T1，在旋转转子16之前，发动机32降低支撑偏压元件30的板，由此对偏压元件进行解压。由转子16施加到定子14上的负载力现被减少到旋转启动负载力，在图5A的表示为“D”。已知的是当在转子上施加大的密封力时，施加的负载如此大以致转子16趋向粘附于定子14。因此，为了开始旋转转子，需要克服因这种粘附所产生的摩擦力，并由此驱动器需要应用相对高的扭矩，驱动器在这个例子是发动器26。将在时间T1的压力降低到静摩擦之下，优选地为0，允许在转动转子16之前将转子16从定子14释放，这反过来减小旋转启动所需的扭矩。可以在非常短的时间T_{R start-up}内(如在50ms到100ms之间)施加旋转启动负载。旋转启动负载(D)是根据使用阀的过程应用类型来确定的。例如，旋转启动负载基于阀中小的泄漏是否可接受来确定。当然，可以考虑向转子提供过程净化沟槽，正如US 7,503,203所公开的。

在T1与T2之间，发动机1略微升高支撑偏压元件30的板，直到应变仪38检测到负载力C。负载力C对应于旋转密封负载力。

在时间T1开始转子的旋转是可能的，但可以考虑等到T2。这样当达到旋转密封负载力C时，发动机26将转子16从第一操作位置旋转到第二操作位置，以使不同的过程端口处于流体连通。在T1到T5或者T2到T5之间经过的时间段因此对应于时间段T_R，在此期间转子16旋转。可选地，可以在T3和T4之间施加中间负载B。如当净化阀通道或当跨越端口时可以施加这个中间负载力。

参考图5B，在一个实施例中在三个时间段内，负载力增加到中间密封负载力B，其中每个时间段对应于跨越中间端口的转子。将负载力增加到中间负载力允许在跨越端口时限制泄漏和/或污染风险，因为在这个时期，阀的密封是渐增的。中间负载力不需要与密封负载力一样高，可以基于使用阀的应用类型选择以与可接受的泄漏率相对应。

回到图5A，在T5，转子被置于第二操作位置，负载力增加到密封负载力A。在本例中，参考图4，通过升高支撑弹性元件的板来增加密封负载力以对其进行压缩。发动机32升高可移动构件17直至应变仪检测到已达到负载力A。

当然，为了增加阀的操作寿命，当旋转转子时能够逐渐增加和减少施加到转子的密封负载力，如图11的曲线图所示。替代地，在旋转转子之前，密封负载力可以首先被减少到旋转负载力。

优选地，基于位置检测器28和负载检测器38的读数控制发动机26和32的操作。控制器接收来自它们各自的检测器的位置和负载力(或压力)信号并相应地将指令信号发送到发动机26、32。

应当理解，上面描述的方法包括当阀元件静止且阀操作时施加密封负载力的步骤，以及在不同位置之间移动阀时施加减小的密封负载力的步骤。换句话说，当两个或更多的端口处于阻塞或连通状态，并且阀元件静止时，密封负载力以过程密封负载力的大小进行施加。在移动阀元件之前稍短的时间或者在移动阀元件时，密封负载力减少为移动负载力，以减少在阀元件和体界面处的摩擦及磨损。当阀元件在两个位置之间移动时，施加到阀元件16上的密封负载力比阀操作时和静止时要少或更小。当阀元件到达或即将到达它的其中一个操作位置时，施加到阀元件的负载力增加直到达到密封负载力，从而在阀操作期间适当地将阀元件相对于外壳或定子密封。移动负载力保证阀元件与外壳之间的最小限度的密封，该密封与可容忍的泄漏率对应，可以根据阀所用于的应用来改变。可选地，密封负载力的产生与流体压力无关。密封负载力的减少可以快速发生，如当使用如图4以及图5A和5B的曲线图所示的实施例中的发动机时，或者密封负载力的减少可以随着转子在不同位置之间移动逐渐进行，如同随后说明的第二至第五实施例的情况。

当阀元件在两个位置之间开始移动时，且优选地在移动启动之前稍短的时间，负载力减小到较小的负载力直到其达到预定的“移动负载力”。移动负载力可以保持相对恒定或者在达到下一个所期望的操作位置之前是变化的。负载力和压力因此在阀元件移动期间释放，从而减少外壳与阀元件之间的摩擦，以及当阀元件在下一个操作位置时再次施加负载力和压力以保证适当的密封。

根据本方法，当移动阀元件时，将阀元件16压向主体14的负载力可以减少到远低于将阀10在操作过程压力下密封通常需要的水平。该负载力可以减少到足以维持密封的完整性或者减少到低于可容忍的泄露发生的点，在这种情况下净化沟槽可以减轻这样的泄漏。然后快速移动阀。摩擦因此降低很多，磨损以及颗粒产生也一样。

当处于操作位置时，将阀元件16压向主体14的负载力可以增加到远高于一般用于标准阀的负载力，没有磨损密封表面或聚合物通过端口挤出的风险。

在阀元件16在操作位置之间移动期间，减小密封负载力允许避免其部分密封界面(即接触静止主体14的转子的表面)被进入主体14的端口的挤压效应破坏。事实上，当柔软的材料用于转子和/或转子界面的构造时，并且当在转子的旋转期间密封负载力维持不变时，转子的密封表面的挤出能够在静止主体的端口内发生，这产生颗粒且增加转子的磨损。一般邵氏D硬度(D shore)小于75的柔软材料有好的密封特性，但在阀元件16抵着主体14在位置之间滑动或旋转时，如果负载力保持不变，这个优势就变成缺点。阀元件抵着静止主体移动期间，密封负载力的减少允许使用柔软的材料用于转子，否则不会考虑柔软的材料。柔软材料的例子包括全氟橡胶(如硬度/邵氏D值为25的)、邵氏D值为65的PFTE(聚四氟乙烯，如)。当然，较硬材料也可以适用于本阀和方法中的阀元件，如PEEK(聚醚醚酮)以及邵氏D为85的和邵氏D为90的PPS(聚苯硫醚)。

参考图5C，可以考虑根据过程压力以及基于制成转子的材料类型改变施加到转子的负载。过程压力与在阀内循环的流体的压力相对应。对于低压应用，施加到转子上的负载可以更少，且抵着静止主体的转子的密封仍足够。对于高压应用，较高负载必须应用到转子上以将转子适当地靠在静止主体进行密封。如图所示，与转子静止(表示为“密封负载”)时相比，在转子旋转期间负载(进而密封负载力)减少。同样，比材料A更软的材料B，施加到转子上的密封负载小于施加到由材料A制成的转子上的负载。

当阀在其最终的(或操作的)位置，结合适当材料的选择时转子负载力的增加导致当使用相对高的压力时密封效果的增加，没有一般与操作在高密封力负载下的阀相关联的过早磨损的烦扰。进一步地，针对清洗阀的表面的目的，可以应用清洗中间力来允许溶剂或其它适合的清洗/冲洗液在所有表面面积上流过，而不必拆除或拆卸阀。这个清洗中间负载比旋转负载要低。根据阀所用于的应用类型，所述负载可以足够低以允许转子与定子稍微间隔开。

优选地，该方法包括当外壳的两端口流体连通且阀元件在第一位置静止时将偏压元件压缩到第一高度的步骤；以及包括将偏压元件解压直到第二高度的步骤，从而随着阀元件移向第二位置减少施加到阀元件的密封负载力以中断所述两端口之间的流体的流动。

优选地，该方法包括当外壳的所述两端口或其它端口处于流体连通状态且转子在第二位置静止时，将偏压元件重新压缩到第一高度的步骤。还可以考虑在外壳的所述两个端口被阀元件阻塞且转子在第二位置静止时将偏压元件重新压缩到第一高度。

现参考图6至图11，提供了阀的另一实施例。在这个实施例中，阀是具有主体140的旋转阀100，主体140设有由侧壁144(标识在图8中)限定边界的腔体142。侧壁144包括体界面220。在这个实施例中，阀元件是设置在腔体142内的转子160。转子160具有至少一个通道190、191，其开放在界面240上，用于与体界面220的端口200相互作用。转子160在不同的过程位置之间是可旋转的，这些过程位置在这个例子中是角位置，以允许或阻塞经过至少一个通道190的流体通路180之间的连通。驱动机构包括连接到转子160的可旋转轴126。偏压元件130是压缩弹簧组件130，更具体地是贝式垫圈堆叠。

负载变化机构120包括静止构件122和可移动构件121，静止构件122借助止动件125固定就位。可移动构件121包括部分129(在图8中标识)和面部131，部分129可操作地关联到转子160以同转子一起旋转，面部131可滑动地接触静止构件122的面部132(所述面部在图7中标识)。静止和可移动构件122、121的面部132、131具有各自的轮廓，其轮廓构造为在转子转动时移开或拉近静止和可移动构件122、121，从而压缩或解压偏压元件130。换句话说，静止构件和可移动构件形成具有总高度的组件，总高度可以根据可移动构件121的位置改变。因为构件121、122和偏压元件30包含在阀的主体140内，所以构件组件的高度变化需要改变偏压元件130的高度以及由此的压缩率，并且偏压元件130的压缩率反过来影响偏压元件施加到转子160的密封负载力。

在图6至图10中说明的旋转阀是圆锥形旋转阀。主体140是具有顶端和底端的外壳。转子160具有带有窄端和宽端的平截锥形(frustro-conical)的主体。转子160配合在腔体142内，其窄端置于主体140的顶端处。所述至少一个通道存在于设置在平截头圆锥体的表面处的至少一个沟槽190。可旋转轴126连接到平截头圆锥体160的窄端并且从外壳140顶端向外延伸。

负载变化机构120设置在平截头圆锥体的较宽端，弹簧组件130设置在负载变化机构120的下方。圆锥形旋转阀100包括固定在外壳底端的圆板126，保证用最小的密封负载力压缩弹簧组件130。圆板126还封闭腔体142。当然，负载变化机构120和偏压元件130的设置可以反过来，以及取而代之的，机构120和元件130可以放置在转子160之上。可以考虑多种可能的结构。

在这个实施例中，负载变化机构120的静止和可移动构件是第一和第二凸轮垫圈122、121，它们各自的面部131、132包括凹部和凸部129、123(在图9和图10中标识)。在第一结构中，如图9所示，凸轮垫圈121、122各自的凸部123有接触，由此将压缩弹簧压缩到高度Hs。在第二结构中，相应的凸部和凹部123、127是匹配的，由此将弹簧组件130解压到高度Hr，Hr大于Hs，从而减少施加到转子160的负载力。

图6和图7示出圆锥形旋转阀100。阀100包括定子140。定子140设有多个通道或流体通路180、181，过程或净化流体可以通过所述通道或通路注入或抽出。手柄110允许在不同操作位置之间移动容纳在定子140中的转子。

仍参考图8，圆锥形旋转阀100设有以截面示出的定子140。阀包括在定子界面220上开放的端口200以及设置在转子密封界面240上的沟槽190、191。基于转子160的位置，沟槽190允许使定子的选定的过程端口(在图8标识了一个端口200)彼此流体连通放置。偏压元件130(位于转子160的下方)允许将转子160压向定子140以在阀操作时密封转子和定子的密封表面。在本例子中，偏压元件130是贝式垫圈堆叠。旋转阀100还包括负载变化机构120，负载变化机构120在本例子中由两个凸轮垫圈121、122组成。贝式垫圈在机构120和固定在定子140内的圆板126之间进行压缩。

现参考图9，旋转阀100示出在第一操作位置，未示出处于流体连通状态的定子的两个过程端口，端口200和共同输出端口。安置凸轮垫圈121、122使得它们各自的凸部123有接触，压缩偏压元件130使得其总高度与高度Hs相对应。在这个位置，偏压元件130在转子上施加密封负载力LFs。一旦转动手柄110，上部的凸轮垫圈就随着转子160移动，而由于止动件125下部的凸轮垫圈将保持固定，最佳地如图7所示。凸轮垫圈的各表面将一个滑到另一个上，逐渐增加弹性元件130的高度H直到达到图9示出的结构。

如图10所示，现安置转子160以使定子140的过程端口不再处于流体连通状态。转子现位于两个操作位置的中间点。各凸轮垫圈的凸部和凹部123、127是对齐的并且凸轮垫圈相互匹配。偏压元件的总高度增加到H_R，H_R大于Hs。这样，现对静态偏压元件130稍微解压，这减少施加到转子160上的负载力。

如上面的阐述，弹性偏压元件130位于凸轮垫圈121、122和固定板126之间，固定板126优选地拧到定子140。偏压元件130的较低部分搁靠在固定板126上。这样，旋转手柄，以及由此的上部的凸轮垫圈121的旋转，将对偏压元件130进行压缩或解压，并由此减少或增加施加到转子160上的压力。有利地，当转子从第一操作位置移到第二操作位置时，逐渐减少压力然后再增加压力直到达到第二操作位置。

图11呈现的是施加到转子上的负载力作为时间的函数的曲线图。在T0时刻到T1时刻之间，密封负载力LF_S施加到转子上，其对应于图9示出的阀位置，即第一操作位置。在时间段Ts施加这个密封负载力，在此期间对阀进行操作。在T1时刻到T2时刻之间，转子旋转，并且施加在其上的压力逐渐减少直到该压力达到相对恒定的旋转负载力LF_R。在T2到T3之间的时间段与图10所示的阀位置相对应。在T3时刻，转子旋转到下一个操作位置，即第二操作位置，在T4时刻达到该位置。此时，当转子停止旋转时，驱动系统已将负载力增回到LFs。为了将阀移回其原始位置，可在相反方向上重复驱动过程。

现参考图12至图25，示出了根据本发明的阀的其它三个实施例。阀的不同变体是旋转阀，更具体地，它们是球形阀1000、1000’和1000”。

参考图12，示出旋转球形阀1000的第一变体。阀1000具有用于将阀元件定位于不同位置的手柄1110，在这个例子中阀元件是球状部。在这个例子中，球形阀1000是两通阀，但当然针对本发明的阀，可以考虑其它类型的球形阀，如三通L或T形阀，如图25A和图25B所示。阀1000具有流体通路1180，流体通路1180用于采用阀1000来循环或阻断流体。

图13是图12的阀的分解图。阀1000包括手柄1110、阀盖1143、负载变化机构1120。负载变化机构1120包括可移动构件1121和静止构件1122。偏压元件由两个贝氏垫圈1130组成。还提供了球状支撑机构1133。阀元件在这个例子中是球形阀1160，包括贯穿通道1185。该球状物设置有净化槽1190，以循环其中的净化流体。主体，或定子，是设有用于接纳球状部1160的腔体1121的包封部1140。包封部1140具有以包封部1140内侧上的端口1200的形式开放的流体通道。在包封部1140内部是与阀元件界面接触的体(或包封部)界面1220，所述阀元件界面在这个例子中对应于球状部1160外表面。偏压弹簧1135堆叠设置在包封部1140下方，以将包封部1140推进到阀罩内适当的位置，阀罩包括箱体1141和阀盖1143。偏压弹簧1135的弹簧常量当然小于弹性元件1130的弹簧常量。偏压弹簧1135用于在密封负载力从操作密封力减小到旋转密封负载力时阻止球状部1160粘附到包封部1140的底部。

应当理解，如图13、15和16所示，在这个实施例中，转子是配合在腔体1121内的球状部1160，并且至少一个通道是在球状部1160内延伸的贯穿孔1185。阀罩具有顶侧和底侧并且其容纳包封部1140和球状部1160。

可旋转轴1126具有连接到球状部的下端和延伸在包封部1140和罩1141、1143之外的上端。负载变化机构1120和弹簧组件1130在罩内置于包封部上方。在这个实施例中，球轴承1133置于包封部1140和压缩弹簧组件1130之间。

现参考图14A至图14D，负载变化机构1120包括静止和可移动构件，在这个实施例中，在使用时，静止和可移动构件成形为径向放置在罩1141内的圆形板1122、1121。当置于阀中时，静止和固定构件1121和1122设计用来共同作用，各个构件具有相互接触的面部，最佳地如图15和图16所示。在这个实施例中，可移动构件的圆形板1121从可旋转轴1126径向延伸，但可以考虑其它结构，只要可移动构件可操作地关联到转子，以随着转子的移动而移动或旋转。板1121具有面部，所述面部至少一个部分带有倾斜型面1123。倾斜型面1123的坡度非常小，可以如图14D所示。静态板1122的面部具有一个滑块1129，滑块1129配置为沿着倾斜型面1123滑动。

优选地，圆形板1121包括对带有倾斜型面的部分定界的至少两个止动件1125。止动件还限制了滑块在止动件之间的移动，进而也限制了包封部内的球状部的运动。当然，倾斜型面可以设置在固定构件1122上，以及滑块在可移动构件1121上。在本例子中，板1121包括三个带有倾斜型面的部分。

现参考图15、图15A、图16和图16A，将对负载变化机构1120的操作进行说明。板1121和1121彼此耦合并设置在偏压元件1130之上。偏压元件和板1121、1122包含在阀盖1143和球轴承1133内。总高度H_TOT因此固定并且不能改变。当滑块1129在倾斜型面1123的底部时，如图15A所示，负载变化机构的总高度是H_VL1，H_B1作为偏压元件1130的高度。当旋转手柄1100时，轴1126、板1121和球状部1160旋转，滑块1129沿着型面1123向上滑动，这增加两个板1121和1121之间的距离，以使得负载变化机构的总高度是H_LV2，由此偏压元件的高度减少到H_B2，H_B2小于H_B1。偏压元件因此被进一步压缩以在球状部1160上施加更高的密封负载。换句话说，旋转阀1126迫使滑块1129沿着倾斜型面1123滑动，这增加了静止和可移动板1122、1121之间的距离，从而减少压缩弹簧组件1130的高度或大小。

优选地，最佳地如图14D所示，带有倾斜型面的环形板1121的部分包括在两个止动件1125之间的两个扁平部分1124，该两个扁平部分设置在倾斜型面1123的每个侧面上。现参考图24，偏压元件130施加的负载力的曲线与环形板1121的表面的斜率相对应。通过改变负载变化机构的静止和/或可移动构件的型面，可以相应地调整施加到阀元件上的负载力。

现参考看图17-19，示出了球形阀的另一个实施例。阀1000’类似于图12至图16的阀，除了部件的几何结构稍微改变。包封部1140’由两个部件组成，并且固定环形板1122’拧到阀罩1141’。可压缩环形密封件1127’围绕负载变化机构1120’。如图19A至图19B所示，负载偏压机构类似于图12至图16中的阀1000的机构。机构1120’包括静止构件1122’和可移动构件1121’。可移动构件1121’包括由止动件1125’定界的带有倾斜型面的部分。静止构件1122’包括滑块1129’，其可以在倾斜型面1123’之上滑动。阀1126’的旋转相对于静止板1122’升高或降低板1121’，从而改变偏压元件1130’的高度，这反过来改变了偏压元件施加到阀元件1160’上的负载。

最后，参考图21、22和23A-23B，提供了球形阀的另一实施例。该阀1000”主要与其它两个阀1000和1000’不同在于其包括第二机构，第二机构在与偏压元件1130”施加的密封负载力正交的方向上密封包封部和球状部界面。偏压或弹簧组件1130”可以因此被称为第一弹簧组件，其将球状部1160”轴向地或垂直地偏压向包封部1140”。

阀1000”包括第二弹簧组件1137”，第二弹簧组件1137”在径向或横向方向上将包封部1140”偏压向球状部1160”。阀1000”还包括负载转移机构1300”，负载转移机构1300”可操作地与负载变化机构1120”的可移动构件1121”相关联，用于与第一弹簧组件1130”施加的负载力成比例地改变第二弹簧组件1137”施加的负载力。

更具体地，在本例子中，第二弹簧组件1137”设置在包封部之外并围绕流体通路。负载转移机构1300”包括相对于罩轴向地或垂直地设置的固定板1304”和可滑动板1302”。板1032”可操作地与第二弹簧组件1137”连接，在这个例子中直接与第二弹簧组件接触。板1302”和1304”具有匹配的倾斜表面。转移机构1300”还包括设置在负载变化机构1120”的可移动构件1121”和负载转移机构1300”的可滑动板1302”之间的杆1139”。

阀1126”在旋转时，如图23B所示，可移动构件1121’被降低用以压缩第一弹簧组件1130”。杆1139”被迫向下，推动可滑动板1302”。由于位于板1302’各侧上的弹簧，板1302”可以移动。当压缩偏压组件1130”时，板1302”由于其倾斜或偏斜型面，向下且横向朝向球状部1160”移动。当移向球状部1160”时，板1032”径向压缩第二弹簧组件1137”，进一步增加包封部和球状部的密封。

当然，尽管呈现的驱动系统的这两个不同实施例分别是机电和机械的，但是也可以使用其它类型的驱动系统，如气动、液压、磁力等。

上述方法及阀的优点是它们需要较少的扭矩来进行操作，尤其是图4呈现的实施例。其它优点是施加到阀元件的压力不依赖于应用过程中所需的压力。换句话说，偏压元件和负载变化机构施加到阀的阀元件上的压力完全独立于用于分析系统的压力，或者独立于用于旋转转子的发动机的力。

当然可以考虑使用过程流体来将负载力施加到转子上。但是，在这个例子中，独立于用在分析过程的压力，对用于施加到转子上的流体压力进行控制。本申请所描述的方法适用于不同类型的阀，包括锥形阀、球形阀和滑动阀。

应当理解，此处描述的方法、驱动系统以及旋转阀允许在转子的旋转期间降低施加到转子上的负载力，以减少转子和定子密封表面之间的摩擦。减少所述摩擦反过来减少密封表面的磨损，增加阀的寿命。

当然，在不偏离本发明的范围的情况下，可以对上述的实施例进行大量修改。

Claims

1.一种用于通过阀的不同通路引导流体的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供阀，所述阀包括:

-外壳，所述外壳设有所述流体通路，所述流体通路用于在流体压力下循环其中的流体，所述外壳具有壳界面，所述壳界面具有连接到所述流体通路的端口；

-阀元件，所述阀元件具有对着所述壳界面的阀元件界面，所述阀元件与所述壳界面相互作用，所述阀元件在不同位置之间可移动，以允许或阻塞流体通路之间的连通；以及

-偏压元件，所述偏压元件用于抵着所述壳界面偏压所述阀元件界面；

b)当所述阀元件静止并且所述阀在操作中时，施加密封负载力；以及

c)当在不同位置之间移动所述阀时，施加减小的密封负载力；

其中步骤c)包括当所述阀元件移动经过所述外壳的端口时，施加具有中间密封负载力值的密封负载力的子步骤，所述中间密封负载力值处于过程密封力值与移动密封力值之间。

2.根据权利要求1的所述方法，其中生成所述密封负载力与所述流体压力无关。

3.根据权利要求1的所述方法，其中，在步骤a)中，所述阀为旋转阀，所述阀元件为转子；在步骤c)中，移动所述阀元件在于旋转所述转子。

4.根据权利要求3的所述方法，其中步骤c)是通过随着所述转子在两个不同位置之间移动而逐渐减少所述密封负载力来执行的。

5.根据权利要求1、2或3的所述方法，包括在开始移动所述阀元件之前或在移动所述阀元件时将所述密封负载力减少到启动值的步骤。

6.根据权利要求1的所述方法，其中在步骤c)，通过改变所述偏压元件的尺寸来减小所述密封负载力。

7.根据权利要求6的所述方法，其中，所述偏压元件的尺寸与给定的高度相对应，偏压元件的所述高度通过使用可控制的发动机来改变。

8.根据权利要求7的所述方法，其中，偏压元件的高度通过使用可操作地关联到所述偏压元件的机械组件来改变。

9.根据权利要求1的所述方法，包括测量所述阀的操作温度以及基于测量的操作温度确定在步骤b)和c)施加的密封负载力。

10.根据权利要求3的所述方法，其中：

当所述外壳的两个端口处于流体连通状态并且所述转子在第一位置静止时，通过将所述偏压元件压缩到第一高度来执行步骤b)；以及

通过将所述偏压元件解压直到第二高度来执行步骤c)，由此在所述转子移向第二位置时减少施加到所述转子的密封负载力，以中断所述两个端口之间流体的流动。

11.根据权利要求10的所述方法，包括步骤d)，当所述外壳的所述两个端口或其它端口处于流体连通状态并且所述转子在第二位置静止时，在步骤d)将所述偏压元件重新压缩到所述第一高度。

12.根据权利要求10的所述方法，包括步骤d)，当所述外壳的所述两个端口被所述转子阻塞并且所述转子在第二位置静止时，在步骤d)将所述偏压元件重新压缩到所述第一高度。

13.一种阀，所述阀包括：

-静止主体，所述静止主体设有流体通路，所述流体通路用于在流体压力下循环其中的流体，所述主体具有体界面，所述体界面具有连接到所述流体通路的端口；

-阀元件，所述阀元件具有对着所述体界面的阀元件界面，所述阀元件与所述体界面的端口相互作用，所述阀元件在不同位置之间可移动，以允许或阻塞流体通路之间的连通；

-驱动机构，所述驱动机构用于在不同位置之间移动所述阀元件；

-偏压元件，所述偏压元件被配置为通过密封负载力抵着所述体界面偏压所述阀元件界面；以及

-负载变化机构，所述负载变化机构被配置为基于所述阀元件的不同位置可变化地加载所述偏压元件，

所述偏压元件由此基于不同位置对所述阀元件施加不同的密封负载力，

其中所述偏压元件是弹簧组件，所述弹簧组件可压缩到不同的大小，用于施加不同的负载密封力；

其中所述负载变化机构包括可移动构件，用于压缩或解压所述弹簧组件，所述可移动构件被关联到所述阀元件；和

其中所述负载变化机构包括：

-第一发动机，所述第一发动机用于改变所述可移动构件的高度；以及

-控制器，所述控制器接收所述阀元件的不同位置，以及基于接收到的所述不同位置控制所述第一发动机。

14.根据权利要求13的所述阀，包括连接到所述控制器的位置传感器，以检测所述阀元件的不同位置以及将检测到的位置发送给所述控制器。

15.根据权利要求14的所述阀，其中所述驱动机构包括第二发动机，用于在所述不同位置之间移动所述阀元件。

16.根据权利要求15的所述阀，其中所述第二发动机连接到所述控制器。

17.根据权利要求13的所述阀，包括温度传感器，以检测所述阀的操作温度以及将检测到的所述温度发送到所述控制器，所述控制器控制所述第一发动机，用于根据所述温度传感器检测到的操作温度改变所述偏压元件的高度。

18.一种阀,包括：

-偏压元件，所述偏压元件被配置为通过密封负载力抵着所述体界面偏压所述阀元件界面；-所述偏压元件是弹簧组件；以及

所述偏压元件由此基于不同位置对所述阀元件施加不同的密封负载力；

其中所述负载变化机构是机械组件，所述机械组件可操作地关联到所述偏压元件；

其中所述负载变化机构包括可移动构件，用于压缩或解压所述弹簧组件，所述可移动构件被关联到所述阀元件；

-所述阀为旋转阀其中：

-所述主体具有由侧壁定界的腔体，所述侧壁包括所述体界面；

-所述阀元件是设置在所述腔体内的转子，所述转子具有在所述阀元件界面上开放的至少一个通道，所述至少一个通道用于与所述体界面的端口相互作用，所述转子在不同位置之间可旋转以允许或阻塞经过所述至少一个通道的流体通路之间的连通；

以及

-所述驱动机构包括连接到所述转子的可旋转轴；

其中：

-所述负载变化机构包括：

-位置固定的静止构件，和

-可移动构件，包括：

-连接到所述转子的部分，以随着所述转子旋转；以及

-与所述静止构件的面部可滑动接触的面部，

所述静止和可移动构件的所述面部具有各自的型面，所述型面被配置为随着所述转子旋转移开或拉近所述静止和可移动构件，由此对所述偏压元件进行压缩或解压。

19.根据权利要求18的所述阀，所述阀为锥形旋转阀，其中：

-所述主体是具有顶端和底端的外壳；

-所述转子具有带有窄端和宽端的平截锥形主体，所述转子用设置在所述主体顶端的窄端配合在所述腔体内，所述至少一个通道包括设置在所述平截锥形主体的表面处的至少一个沟槽；

-可旋转轴连接到所述平截锥形主体的窄端并且从所述外壳的顶端向外延伸；

-所述负载变化机构设置在所述平截锥形主体的宽端；以及

-所述弹簧组件设置在所述负载变化机构的下方；

所述锥形旋转阀包括在外壳底端处的圆板，所述圆板压缩所述弹簧组件以及封闭所述腔体。

20.根据权利要求19的所述阀，其中：

-负载变化机构的静止和可移动构件是第一和第二凸轮垫圈，它们各自的面部包括凹部和凸部；

-在其中两个端口流体连通且所述转子静止的第一结构中，凸轮垫圈的各凸部有接触，由此将弹簧组件压缩到高度Hs；以及

-在其中两个端口之间的连通被阻止且所述转子旋转的第二结构中，各凸部与凹部匹配，由此将弹簧组件解压到高度Hr，Hr大于Hs，从而减少施加到转子上的负载力。

21.根据权利要求18的所述阀，所述阀为球形阀，其中：

-所述主体是具有腔体的包封部；

-所述转子是配合在所述腔体内的球状部，以及所述至少一个通道是在所述球状部内延伸的贯穿孔；

所述阀包括具有顶侧和底侧的罩，所述罩容纳所述包封部和所述球状部；

-所述旋转轴具有第一端和第二端，所述第一端连接到所述球状部，所述第二端在所述包封部之外并在所述罩的顶侧延伸；

-所述负载变化机构和弹簧组件在所述罩内设置在所述包封部上方。

22.根据权利要求21的所述阀，包括设置在所述包封部和所述弹簧组件之间的球轴承。

23.根据权利要求21的所述阀，其中：

所述静止和可移动构件为径向设置在所述罩内的圆形板，所述可移动构件的圆形板从可旋转轴延伸，其中一个圆形板的所述面部具有至少一个带有倾斜型面的部分，其它圆形板的所述面部具有至少一个滑块，所述滑块被配置为沿着所述倾斜型面滑动，旋转所述轴使得所述滑块沿着所述倾斜型面滑动，增加所述静止和可移动构件之间的距离，从而减少所述弹簧组件的高度。

24.根据权利要求23的所述阀，其中所述圆形板具有至少一个带有倾斜型面的部分，所述圆形板包括至少两个止动件，所述止动件限定所述带有倾斜型面的部分的边界，所述止动件限制所述滑块在止动件之间的移动。

25.根据权利要求24的所述阀，其中所述至少一个带有倾斜型面的部分在所述至少两个止动件之间还包括设置在所述倾斜型面的每个侧面上的两个扁平部分。

26.根据权利要求21的所述阀，其中所述弹簧组件是将球状部轴向地偏压向包封部的第一弹簧组件，所述阀进一步包括：

-第二弹簧组件，所述第二弹簧组件在径向方向上将所述包封部偏压向球状部；以及

-负载转移机构，所述负载转移机构可操作地关联到所述负载变化机构的可移动构件，用以与第一弹簧组件施加的负载力成比例地改变施加到第二弹簧组件上的负载力。

27.根据权利要求26的所述阀，其中：

-所述第二弹簧组件设置在所述包封部之外并围绕流体通路；

-所述负载转移机构包括：

-相对于所述罩轴向地延伸的固定板和可滑动板，所述可滑动板可操作地连接到所述第二弹簧组件，所述固定板和所述可滑动板具有匹配的倾斜表面；以及

-设置在所述负载变化机构的可移动构件和可滑动板之间的杆，

由此当所述负载变化机构的可移动构件被降低而压缩所述第一弹簧组件时，所述杆向下推动负载转移机构的可滑动板，所述可滑动板转而径向压缩所述第二弹簧组件，进一步增加所述包封部和所述球状部的密封。