CN104930198A - 一种高真空开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高真空开关阀,此阀包含气缸，阀体后端压块，不锈钢弹性体组件，阀芯，不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，高真空阀体，阀前端接头，高硬度密封圈嵌套，阀芯与密封口之间密封圈，阀前端接头与高真空阀体之间密封圈,这种高真空开关阀使用寿命长，泄漏率极低，可维持超高真空度，易于生产，生产成本较低，易于维护，安全性高，不会出现阀芯与密封口之间的密封圈脱落此种极具危险性的情况,采用标准卡箍接口，易于安装。

Description

一种高真空开关阀

技术领域

发明涉及一种可以保持高真空度的开关阀门，此阀门在关闭的状态下可以保持极低的泄露量，从而维持密封环境中的高真空，属于真空阀门领域。

背景技术

阀是一种起到开关作用的元器件，是一种通过自身内部元件的动作实现对于流体的开和关的控制（流体包括液体和气体，气体也是一种流体），市场上比较多见的是对于水流控制的阀门，比如说球阀，蝶阀等，还有对于气体控制的阀门，气动电磁阀，比较有代表的生产厂家比如FESTO和SMC。

球阀和蝶阀或者普通的气动电磁阀，可以实现有限的气体的封闭或者大分子的流体的封闭，但是都会多少的有一些泄漏，在普通应用的场合，比如说水龙头的使用，用球阀就可以密封住有少许粘度的水（水的粘度在25摄氏度情况是大概是0.9mpa.s,空气的粘度在25摄氏度情况下是0.0018mpa.s，），即使有泄漏，大部分也都转化为水气，所以一般情况下我们观察不到水龙头的泄漏，一般的泄漏率是在400KpaG的压力下最大泄漏率是0.18ml/min，而高真空阀是要保持不大于1x 10^-9std·cm³/s的泄漏率(要求通氦气10个大气压的情况下测得)，因此普通的阀门是没办法达到如此低的泄漏率的。

国内很多高真空阀是采用电磁阀直接驱动不锈钢弹性体来实现阀门的开闭的，这种电磁阀提供的电磁力是有限的，不能最大限度的提供足够大的力来导致密封圈最大限度的变形，所以达到的极限泄漏率也是有限的。

市场上也有很多厂家在生产高真空阀，以日本SMC的XLC系列为例，他们这款高真空阀可以达到上述的相对低的泄漏率，但是整体设计复杂，不锈钢弹性体动力供体是一个非标设计的气动执行元件，为在不锈钢弹性体的法兰提供一定的压力来压紧与法兰面下面的密封圈，SMC设计了一个非标的气缸来执行此动作，增加了气动元件的制造难度，也相应的增加了成本。

SMC的 XLC系列的高真空阀的阀体采用一体化设计，也就是密封口离基准加工面有很长一段距离，然而如果想保持很低的泄漏率，那阀的密封面需要达到很高的光洁度（不大于0.4的光洁度），只有密封面非常光滑，才能保证极低的泄漏率，但是当密封面远离基准加工面的时候，要抛光密封面就变得非常的困难，因此XLC系列没有对密封面进行抛光处理，而只是进行了一下精车而已，因此这样的泄漏率是不会有多好的。

另外SMC这款高真空阀的最大缺点就是忽视了对于密封接触面上密封圈位置的考虑，XLC的密封圈是装在不锈钢弹性体上的，只是开了一个普通的密封圈槽，密封圈按照常规的方法塞到密封圈槽里，然后通过不锈钢弹性体来回的往复伸缩来实现阀门的开关还闭合，当不锈钢弹性体前端装的密封圈跟随不锈钢弹性体伸到真空阀体内部的密封面的时候，一定压力的保持就导致密封圈变形，从而密封住阀门的进口位置，达到了一定的真空值的维持，但是正是这种压紧的状态会导致密封圈和真空阀体内部的密封面出现紧密的贴合，产生一种粘性，这样就产生一种危险性，就是装在不锈钢弹性体前端密封圈槽里的密封圈会被真空阀体内部的密封面粘附住而出现密封圈从密封槽里掉落的情况，一旦出现这种情况，密封圈就脱离了应该密封的位置，导致真空大面积泄漏，这种情况是危险的，不但对于生产的产品有危险，有时甚至危害人身安全，此处是急需改进的地方。

发明内容

本发明是提供一种新型的高真空阀，它结构相对简单，易于制造和安装，同时又能保持极低的泄漏率，并且在实际的使用中，不会出现阀芯与密封口之间的密封圈脱落此种极具危险性的情况发生。

本发明为解决上述问题所采取的方案是：

高稳定性高真空阀包含气缸，阀体后端压块，不锈钢弹性体阀芯组件，阀芯压头，不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，高真空阀体，阀前端接头，高硬度密封圈嵌套，阀芯与密封口之间密封圈，阀前端接头与高真空阀体之间密封圈。

所述高真空阀的前端结构,分别由阀芯,高硬度密封圈嵌套，阀芯与密封口之间密封圈，阀前端接头与高真空阀体之间密封圈构成的一个密封结构;其中阀芯是移动体,是随着不锈钢弹性体的移动而前后移动的,阀芯是用316不锈钢加工而成，阀芯的密封面需要做平面磨平后做抛光处理，需要达到不大于0.4的粗糙度，此处的光洁度加工，为高真空的保持提供了硬件基础；高硬度密封圈嵌套是镶嵌在7阀前端接头里的一个镶嵌体，这个嵌套是由工具钢加工而成，需要达到HRC60的硬度，另外加工的密封圈槽有一个70度的凸缘，密封圈塞到这个嵌套的密封圈槽之后，嵌套的凸缘就相当于一个倒勾，反向勾住了密封圈，所以即使密封圈受到很大的向外的力，也不会脱离密封圈槽，此处就是有别于SMC高真空阀的一个最优越的地方。嵌套与阀芯接触面也需要表面磨光后做抛光处理，以达到阀芯的光洁面和嵌套的光洁面即使在中间密封圈发生损坏的情况下也能保持一定的光洁表面密封的效果；阀芯与密封口之间密封圈采用的材料为聚四氟乙烯的氟橡胶，此种材料硬度高，抗变形能力强，可以承受反复的高强度冲撞挤压而不发生永久性变形，因此可以保持很长时间的使用寿命，而不是采用普通的丁晴橡胶。

高真空阀体与阀前端接头之间采用密封圈密封，此处的设计属于一种为了方便嵌套的安装和后期配件维护而采取的优化设计，先将嵌套压装到阀前端接头的嵌套槽里，要求嵌套槽和嵌套之间属于过盈配合，这样嵌套在后期阀运行中就不会脱落，嵌套压装完成后将嵌套密封圈压装到嵌套里，然后将阀前端接头与高真空阀体之间密封圈安装到阀前端接头的密封圈槽里，这样就保证阀体内不会有往外界泄漏的可能了。

阀体后端压块，不锈钢弹性体组件，不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，这三个零件之间也形成了一个密封机构，是将不锈钢弹性体与高真空阀体之间的接触面密封起来，不锈钢弹性体有一个法兰面，法兰面上开有密封圈槽，此法兰面和阀体之间接触，此处是需要密封的，否则气体会从此处泄漏到阀腔内部，而导致真空泄漏，此处采用的密封办法是通过气缸压紧阀体后端压块，阀体后端压块压紧不锈钢弹性体法兰面，不锈钢弹性体法兰面压紧密封圈，保证密封圈与阀体直接紧密贴合，这些零件是通过气缸后面的四个螺丝提供持久的压紧力的，此处设计采用标准薄型气缸，降低了制造成本，为了采用标准的薄型气缸，特殊设计了阀体后端压块这个零件，此零件保证了气缸与不锈钢弹性体之间的压力力的传递，此处没有像SMC那样采用一个非标的气缸设计，如果气缸损坏，更换成本将是非常高的，因此标准化零件的选择有利于降低生产成本，提高此领域高真空阀的使用率。

所述不锈钢弹性体包括不锈钢弹性体密封法兰，不锈钢弹性体，不锈钢中心轴三个部分，此不锈钢弹性体中心轴后端螺纹是装到薄型气缸的输出轴端的，气缸输出轴带动中心轴移动，中心轴带动不锈钢弹性体发生弹性形变，从而实现了阀门的开关，正是通过不锈钢弹性体这种在不发生泄漏的情况下保证一定距离的形变的特性，才有了不锈钢弹性体在高真空领域的广泛应用。

本发明的优点是，阀使用寿命长，泄漏率极低，可维持超高真空度，易于生产，生产成本较低，易于维护，安全性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细阐述。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构零件的爆炸图，以及各个零件对应的安装位置。

图3是本发明的前端结构零件图。

图4是本发明所述不锈钢弹性体法兰面密封放大图。

图5是本发明所述高硬度密封圈嵌套细节放大图。

图6是本发明所述不锈钢弹性体细节放大图。

其中：1薄型气缸，2阀体后端压块，3不锈钢弹性体阀芯组件，4阀芯压头，5不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，6高真空阀体，7阀前端接头，8高硬度密封圈嵌套，9阀芯压头与密封口之间密封圈，10阀前端接头与高真空阀体之间密封圈。

具体实施方式

 实施例1

如图1-6所示，本发明的高真空开关阀的前端结构,包括4阀芯压头, 8高硬度密封圈嵌套，9阀芯压头与密封口之间密封圈，10阀前端接头与高真空阀体之间密封圈，6高真空阀体，7阀前端接头组成；8高硬度密封圈嵌套压装在7阀前端接头一端的嵌套槽内，采用过盈配合，确保嵌套不会从嵌套槽里脱落，9阀芯压头与密封口之间密封圈压装在嵌套上的密封圈槽里，嵌套是由工具钢加工而成，需要达到HRC60的硬度，另外加工的密封圈槽有一个70度的凸缘，密封圈塞到这个嵌套的密封圈槽之后，嵌套的凸缘就相当于一个倒勾，反向勾住了密封圈，所以即使密封圈受到很大的向外的力，也不会脱离密封圈槽；嵌套与阀芯压头接触面也需要表面磨光后做抛光处理，以达到阀芯压头的光洁面和嵌套的光洁面即使在中间密封圈发生损坏的情况下也能保持一定的光洁表面密封的效果；9阀芯与密封口之间密封圈采用的材料为聚四氟乙烯的氟橡胶，此种材料硬度高，抗变形能力强，可以承受反复的高强度冲撞挤压而不发生永久性变形，因此可以保持很长时间的使用寿命。

  实施例2

如图1-3所示，本发明的高真空开关阀的前端结构6高真空阀体与7阀前端接头之间采用密封圈密封，此处的设计属于一种为了方便嵌套的安装和后期配件维护而采取的优化设计，先将嵌套压装到阀前端接头的嵌套槽里，嵌套压装完成后将嵌套密封圈压装到嵌套里，然后将10阀前端接头与高真空阀体之间密封圈安装到阀前端接头的密封圈槽里，这样就保证阀体内不会有往外界泄漏，此处7阀前端接头的分体设计，保证了嵌套的正确安装，保证了嵌套里密封圈的正确安装。

 实施例3

如图1-5所示，本发明的高真空开关阀的后端结，包括1薄型气缸，2阀体后端压块，3不锈钢弹性体阀芯组件， 5不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，6高真空阀体，这5个零件之间形成了一个密封机构，是将不锈钢弹性体与6高真空阀体之间的接触面密封起来，不锈钢弹性体有一个法兰面，法兰面上开有密封圈槽，此法兰面和阀体之间接触，此处是需要密封的，否则气体会从此处泄漏到阀腔内部，而导致真空泄漏，此处采用的密封办法是通过气缸压紧阀体后端压块，阀体后端压块压紧不锈钢弹性体法兰面，不锈钢弹性体法兰面压紧密封圈，保证密封圈与阀体直接紧密贴合，这些零件是通过气缸后面的四个螺丝提供持久的压紧力的，此处设计采用标准薄型气缸，降低了制造成本，为了采用标准的薄型气缸，特殊设计了2阀体后端压块这个零件，此零件保证了气缸与不锈钢弹性体之间的压力力的传递，此处没有采用一个非标的气缸设计，如果气缸损坏，更换成本将是非常高的，因此标准化1薄型气缸的选择有利于降低生产成本，提高此领域高真空阀的使用率，2阀体后端压块的设计保证了3不锈钢弹性体组件的有效密封。

Claims (7)

1.高真空开关阀，包含气缸，阀体后端压块，不锈钢弹性体阀芯组件，阀芯压头，不锈钢弹性体法兰与阀体之间的密封圈，高真空阀体，阀前端接头，高硬度密封圈嵌套，阀芯压头与密封口之间密封圈，阀前端接头与高真空阀体之间密封圈。

2.所述不锈钢弹性体阀芯组件可保证在不改变密封环境的前提下实现阀体的开闭，不锈钢弹性体阀芯组件包括密封法兰板，不锈钢中心轴，不锈钢弹性体，此处是一个独立的阀体设计，此不锈钢弹性体易于标准化和批量生产，组装柔性强，可以安装到标准的气缸上，前端面设计有螺纹口，可以随意安装各种前端阀芯压头；

阀芯压头安装在不锈钢弹性体阀芯组件前端，随着不锈钢弹性体做轴向运动，实现阀门的开闭，阀芯压头密封面做磨光和抛光处理，表面光洁度达到0.4以下，要求镜面，这样可以保证机及其苛刻的密封条件，由于阀芯压头是需要磨光和抛光处理的，所以阀芯压头和不锈钢弹性体阀芯组件做成一体，而是分开的，这样也有别于市场上常见的一体式的阀芯组件，那样是没办法将阀芯前端密封面做磨光和抛光处理的，因此密封效果也没有分开设计安装好；

所述高硬度密封圈嵌套是采用工具钢制成，需要达到HRC60的硬度，另外加工的密封圈槽有一个70度的凸缘，密封圈塞到这个嵌套的密封圈槽之后，嵌套的凸缘就相当于一个倒勾，反向勾住了密封圈，所以即使密封圈受到很大的向外的力，也不会脱离密封圈槽，嵌套与阀芯接触面也需要表面磨光后做抛光处理，以达到阀芯的光洁面和嵌套的光洁面即使在中间密封圈发生损坏的情况下也能保持一定的光洁表面密封的效果；阀芯与密封口之间密封圈采用的材料为聚四氟乙烯的氟橡胶，此种材料硬度高，抗变形能力强，可以承受反复的高强度冲撞挤压而不发生永久性变形，因此可以保持很长时间的使用寿命，而不是采用普通的丁晴橡胶；

所述阀前端接头，此处的设计属于一种为了方便高硬度密封圈嵌套的安装和后期配件维护而采取的优化设计，先将嵌套压装到阀前端接头的嵌套槽里，要求嵌套槽和嵌套之间属于过盈配合，这样嵌套在后期阀运行中就不会脱落，嵌套压装完成后将嵌套密封圈压装到嵌套里，然后将阀前端接头与高真空阀体之间密封圈安装到阀前端接头的密封圈槽里，这样就保证阀体内不会有往外界泄漏的可能了，此处阀前端接头的分体设计，保证了嵌套的正确安装，保证了嵌套里密封圈的正确安装；

所述阀体后端压块，是将不锈钢弹性体与高真空阀体之间的接触面密封起来，为标准的气缸采用提供了配件基础；不锈钢弹性体有一个法兰面，法兰面上开有密封圈槽，此法兰面和阀体之间接触，此处是需要密封的，否则气体会从此处泄漏到阀腔内部，而导致真空泄漏，此处采用的密封办法是通过气缸压紧阀体后端压块，阀体后端压块压紧不锈钢弹性体法兰面，不锈钢弹性体法兰面压紧密封圈，保证密封圈与阀体直接紧密贴合，这些零件是通过气缸后面的四个螺丝提供持久的压紧力的，此处设计采用标准薄型气缸，降低了制造成本，为了采用标准的薄型气缸，特殊设计了阀体后端压块这个零件，此零件保证了气缸与不锈钢弹性体之间的压力力的传递，标准化零件的选择有利于降低生产成本，提高此领域高真空阀的使用率。

3.根据权利要求1、2所述的高真空开关阀，其特征是：标准化柔性化的不锈钢弹性体阀芯组件的设计使用，使得高真空开关阀适合采用各种尺寸接口，为标准气缸的自由选择，以及阀芯压头大小的自由选择提供了设计基础。

4.根据权利要求1、2所述的高真空开关阀，其特征是：高硬度密封圈嵌套的设计与采用，提高了密封面配合零件的加工精度，最大限度的降低了泄漏率，大大降低了阀芯密封圈的脱落机率，颠覆了之前高真空阀门的设计思路。

5.根据权利要求1、2所述的高真空开关阀，其特征是：阀芯压头采用分体式设计，没有和不锈钢弹性体组件集成到一起，这种设计为阀芯压头进行磨光和抛光加工提供了加工基础，为极低泄漏率和高真空保持能力大大提高。

6.根据权利要求1、2所述的高真空开关阀，其特征是：阀前端接头设计与采用，前端接头与阀体分体设计，为了高硬度密封圈嵌套的引入和安装提供了结构基础，否则高硬度密封圈嵌套是不容易安装到阀芯压头前端的。

7.根据权利要求1、2所述的高真空开关阀，其特征是：阀体后端压块的设计与采用，为标准化的气缸选用成为可能，为不锈钢弹性体组件柔性化设计提供设计基础，保证了不锈钢弹性体组件与阀体之间的紧密密封。