CN1299938A - 电压块的改进 - Google Patents

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Abstract

一种阀,它具有一个壳体和在该壳体中可运动的一个部件。该壳体具有形成在其中的第一、第二和第三口。可移动部件具有形成在其中的第一通道。可移动部件在壳体中的运动选择性地经第一通道将第一口连接至第二口,或经第一通道将第二口连接至第三口。第一和第二口的至少一个包括一个用于与可移动阀部件接触的第一构件和一个保持该第一构件的第二构件。第二构件可用一种半导体材料做成。围绕第一通道第一端的可移动部件的至少一个区域是用半导体材料制成的。

Description

电压块的改进
本发明涉及对美国专利5,632,816、5,746,831、5787,928以及5,944,045中所描述的通用型电压块系统的改进，然而，本发明也可能用于其它场合。美国专利5,632,816、5,746,831、5,787,928和5,944,045所公开的内容被结合在本文中一并作为参考。
已有技术中已例举和描述了多种电压块。比如在美国专利4,878,622、4,982,903、5,033,942、5,154,357、和5,193,750以及在上述专利所引证的参考中例举和描述过的电压块，这些参考中尤其包括美国专利1,655,262、2,547,440、2，673，232、3,098,890、3,122,320、3,291,889、3,893,620、3,933,285、3,934,055、4,017，029、4，20，866、4,085,892、4,275,834、4,313,475、4,383,644以及4,413,788和英国专利说明书1,393,333和1,478,853。另外也感兴趣的是美国专利：2,814,551、2,921,604、3,419,827、3,450,092、3,838,946、4,030,860、4,232,055、4,304,252、4,381,180、4,386,888、4,515,516、4,552,334、4,741,673、4,792,092、4,479,137、4,881,688、4,884,745、4,932,589、4,962,724、5,078,168、5,094,389、5,096,126、5,102,045、5,102,046、5,105,851、5,197,676、5,244,012、5,249,748、5,255,856、5,273,072、5,288,029、5,288,525、5,326,031、5,340,289、5,341,990、和5,364,035。这些参考文献的公开内容也被结合在本文中一并加以参考。上述的列举并不代表已经列举了全部的已有技术，或者已经检索过所有适用的已有技术，或者已没有更好的已有技术了。同样地也不应推断出任何这样的代表性。
从采用如在美国专利5,632,816、5,746,831、5,787,928、和5,944,045所描述的那种电压块结构中所获得的经验可以发现，沿着上述专利所描述的四通阀的阀座和滚珠球的表面发生的反复打弧现象，在某些情况下会产生对阀座和滚珠表面的腐蚀。这种腐蚀可导致对具有涂覆材料的溶剂/电压隔断介质产生越来越多的污染。而这反过来又导致更多地不仅使用涂覆材料而且也使用溶剂/电压隔断介质。更多地使用涂覆材料等于增加涂覆的成本。而更多地使用溶剂/电压隔断介质不仅增加了溶剂/电压隔断介质的使用和费用，而且也会增加分子筛的使用以及维护费用，该分子筛用于将涂覆材料载体从溶剂/电压隔断介质中取出的。使用的增加所带来的影响也包括增加如美国专利5,632,816、5,746,831、5,787,928以及5,944,045中所描述的服务系统的停机时间，用以补充它们的溶剂/电压隔断介质源和分子筛。
根据本发明的一个目的，设计一个阀，该阀具有一个壳体和一个在该壳体中可移动的部件。壳体具有形成在其中的第一、第二、和第三口。可移动部件有一个形成在其中的第一通道。可移动部件在壳体中的运动选择性地通过第一通道将第一口连接到第二口。可移动部件有选择地运动来切断第一和第二口，并通过第一通道将第二口连接到第三口。第一和第二口中的至少一个包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件以及一个用于保持该第一构件的第二构件。第一和第二构件中的至少一个至少部分地由半导体材料做成。第一和第二构件的每一个均包括一个通道，用来使第一与第二口中的至少一个和可移动阀部件保持联系。
根据本发明的这一目的，第一和第二口的每一个均包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件和一个用于保持该第一构件的第二构件。与第一和第二口的每一个相连系的第一和第二构件中的至少一个被至少部分地用半导体材料做成。第一和第二构件的每一个均包括一通道，用来使第一口和第二口分别与可移动阀部件联系。
还是根据本发明的这一目的，壳体包括一个第四口。可移动部件还包括一个第二通道。可移动部件在壳体中的运动交替地通过第一通道连接第一和第二口，并通过第二通道连接第三和第四口，以及通过第二通道连接第一和第四口，并通过第一通道连接第二和第三口。第三和第四口中的至少一个也包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件和一个用来保持该第一构件的第二构件。与第三和第四口中的至少一个相连的第一和第二构件的至少一个被至少部分地用半导体材料做成。每个第一和第二构件均包括一通道，用来使第三与第四口中的至少一个和可移动阀部件之间保持联系。
另外根据本发明的这一目的，第一、第二、第三和第四口中的每一个均包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件和一个用于保持该第一构件的第二构件。与第一、第二、第三和第四口的每一个相连的第一和第二构件中的至少一个被至少部分地用半导体材料做成，每个第一和第二构件均包括一通道，用于使第一、第二、第三和第四口分别与可移动阀部件保持联系。
根据本发明的另一目的，设计一个阀，该阀包括一个壳体和一个在该壳体中可移动的部件。壳体具有形成在其中的第一、第二和第三口。可移动部件具有形成在其中的一个第一通道。可移动部件在壳体中的运动选择性地通过第一通道将第一口连接至第二口。围绕第一通道的至少第一端的可移动部件的至少第一区域用半导体材料做成。可移动部件选择性地运动来切断第一口和第二口，并通过第一通道将第二口连接至第三口。
根据本发明的这一目的，围绕第一通道第二端的可移动部件的第二区域用半导体材料做成。
同样根据本发明的这一目的，壳体包括一个第四口，而且可移动部件还包括一个形成在其中的第二通道。可移动部件在壳体中的运动选择性地通过第一通道将第一口连接至第二口，并通过第二通道将第三口连接至第四口，或者通过第一通道将第一口连接至第四口，并通过第二通道将第二口连接至第三口。围绕第二通道至少第一端的可移动部件的至少第三区域也由半导体材料做成。
另外根据本发明的这一目的，围绕第二通道第二端的可移动部件的至少第四区域也由半导体材料做成。
根据本发明的这一目的，可移动部件由半导体材料做成。
根据本发明，可移动部件有一个圆形截面以及一个沿该圆形截面中心伸展的转轴。
同样根据本发明，可移动部件包括一个大体为球形的表面。
另外根据本发明，阀壳体用非导电材料做成。示例性地，阀壳体用树脂材料做成。同样示例性地，阀壳体用填充树脂做成。
根据本发明，阀壳体还包括一个第五口和一个第六口。一个第三通道被限定在壳体和可移动部件之间。第五和第六口被连接至第三通道。
以下参考本发明的附图以及详细说明，更好地理解本发明。附图中：
图1是根据本发明设计的阀，沿图2中剖面线1-1的剖视图。
图2是图1所示的阀沿图1中剖面线2-2的剖视图。
图3a-b通过两个实施例表示图1-2所示的阀的局部放大视图。
已经发现与美国专利5,632,816、5,746,831、5,787,928和5,944,045中所描述的系统中的可移动阀部件保持滑动接触的阀座的腐蚀，可通过如下对阀座的设计来加以减少，即：使得阀座在它们的整个表面上保持大体均匀的电位。示例性地，这一点可用半导体材料做成这种阀座来解决，或者将这种阀座安装在用半导体材料制成的、或用半导体材料涂覆的阀保持器或阀杯中来解决。所选择的半导体材料应具有足够高的电导率，用以在整个阀或阀杯表面保持等于或低于半导体材料容易受到这种腐蚀的电位梯度的值。如在本文中所使用的那样，术语“半导体的”意思是电性能上较之术语“电导的”更为绝缘。与此相反，术语“半导体的”意指电性能上较之术语“电绝缘的”更为导电。
也已发现，可移动阀部件的腐蚀可通过提供一种半导体区域来加以改善，该区域大体上等于通过可移动阀部件围绕每个通道的每一端的接触阀座的接触面积。还发现，可移动阀部件的腐蚀可通过用半导体材料制造可移动阀部件来加以改进，比如用105Ω-m体积电导率的Delrin乙缩醛树脂。
在图1-2所示的本发明的一个实施例中，一几乎完全圆柱形的、或鼓形的四通阀体50被可旋转地安装在阀壳体52中，该壳体52具有一个大体完全圆柱形的内腔54。壳体52包括一个侧壁部56和两个端壁部58、60。一个方形截面驱动轴62通过一个与其相辅构成的在阀体50中的通道64。驱动轴62的圆形截面端通过合适的轴承65旋转地安装在端壁部58、60中。侧壁56设有四个沿圆周等间距分布的涂覆材料口66、68、70、72，它们全部具有相似结构，且因此在以下仅对它们中的一个加以讨论。
口66由密封件74、密封件保持器76和保持器壳体78限定。密封件74的凹形内表面84在阀体50的中央区86中靠在阀体50的外表面上，凹形内表面84有一球形表面，其半径等于从轴62的几何中心垂直向外、自轴62的轴线87到侧壁56的内表面的距离。在本实施例中，密封件74本身由半导体材料做成。阀体50的中央区86的外表面也是一个球形表面，它具有相同的半径，并位于轴线87的长度的中点上。这样做是为了方便阀88的装配。这种结构方式也提供了一个能有效地自我搭接的阀密封件74、84、86。也就是，密封件74、84、86的效率在使用后并不降低，且事实上通过阀88的工作周期后甚至还能改善。
密封件和密封件保持器以及保持器壳体的其它实施例如图3a～b所示。在图3a中，在槽100中的一个O型密封圈106围绕密封件保持器76。同样，密封件74被安装在半导体杯或保持架75中，该半导体杯或保持架75包围住密封件74的后侧和部分侧壁。在图3b中，面向密封件74后侧的密封件保持器76有一个矩形截面环形空隙，这样密封件74上的负荷则位于其中央并围绕其圆周。将半导体材料用于密封件74和/或密封件杯75有助于将电能分布在阀座74和阀体50之间的接触面上，由此降低在阀体50和阀座74之间的接触面上的打弧现象。
中央区域86在槽85和87处、密封件74的表面84的外面汇合成阀体50的完全圆柱形的端部区域90。在侧壁部56和端壁部58、60的共同工作表面之间形成环形槽92。环形密封件94包括有比如在其圆周方向上大体为U形状的一超高分子重量(UHMW)的高密度聚乙烯(HDPE)护套96以及一圆形截面VitonO型密封圈98，该密封圈用于将护套保持成完全打开或扩张的结构形式，该密封件94被装于每个槽92中。
现在回到图1，密封件保持器76设有两个与口66的孔104同心的槽100、102。一个O型密封圈分别置于槽100、102中以支承密封件74的背面，从而将口66密封，使其与槽100、102中的密封圈以外的空间相隔离开。密封件保持器76可滑动地接收在保持器壳体78中。一个波形弹簧110位于环形空间112中，该环形空间112设在保持器76和壳体78之间，用以压迫密封件74使之与阀体50的中央区域86成紧密的密封接触。保持器壳体78用螺纹拧入孔114中，孔114位于侧壁56中。
在阀体50中设有通道116、118，用来有选择地连接圆周上相邻的口66、68和70、72，或66、72和68、70。侧壁部56、端壁部58、60、密封件保持器76和壳体78均可用Delrin树脂或类似材料来做成，尽管聚醚酮醚(PEEK)或Torlon树脂或其它类似材料可能更适合于用作更耐磨损的涂覆材料，如云母基的涂覆材料以及类似物。阀体50也可用这些材料来构造。
如前所述，已经发现在某些情况下可移动阀部件的腐蚀问题，可通过制造出阀体50上的、围绕半导体材料阀体50的通道116、118的端部66、68、70、72的那些区域来加以改进。例如提供部分球形的半导体区域来达到，该区域具有与围绕通过阀体50上每个通道116、118的每个端部66、68、70、72的接触阀座74的接触面积相同的面积，比如1.125英寸(2.86cm)直径。示例性地，阀体50在邻接表面86的每个通道116、118的每个端部66、68、70、72处设有卸载口124。一半导体嵌入构件126设在每个卸载口124中。嵌入构件126可以用多种半导体材料中的任何一种制成，如加碳Delrin树脂、加碳PEEK树脂。加碳Torlon树脂或类似材料，它们充有碳材料以达到所需的体积电导率。
同样如前所述，已经发现阀座74也可由半导体材料组成，或安装于阀座保持架或阀座杯75中，它们均用半导体材料做成，或者它们的接触阀座74的表面涂覆有半导体材料。例如，阀座杯75可用Delrin树脂或类似材料制成，并涂覆有半导体涂层，比如电化脂ELGR8501银填充热导电膏，该材料可由AIT公司提供(新泽西州华盛顿路70号)。另外，整个阀座75可用半导体树脂做成，如Delrin碳填充树脂，碳填充PEEK树脂、碳填充Torlon树脂、或其它类似材料，它们用碳填充以获得所需的体积电导率，或者用DSM工程塑料产品公司(DSM Engineering PlasticProducts,Inc.,2120 Fairmont Avenu,Reading,PA19612-4235)提供的SemitronTMESD500树脂或其它类似材料做成。另一种替代方案是将上述半导体树脂材料做成的销130插入位于阀座74’上的径向伸长孔132中，如图3b所示。
溶剂/电压隔断介质入口120和出口122组成的一对口位于侧壁56中。在侧壁56的圆周上，一对口120、122等间隔地分布在相邻的涂覆材料口66、68、70、72之间。然而在侧壁部56的轴向上，口120朝端壁部58偏移，而口122朝端壁部60偏移。口120、122在阀体50的槽85、87处，通入壳体52的内部54中。这种结构形式使溶剂/电压隔断介质连续清洗口120和122间的整个区域86，而且当阀88工作时，冲刷掉残留在区域86表面上的涂覆材料。
口66被连接到一个合适的涂覆材料接地源上。口70被连接到一个合适的涂覆材料扩散器128。阀88的两个输入-输出口68、72连接至以已知方式操作的双作用缸储料器的两输入/输出口。一个连接至轴62的旋转执行器被激励，以用于经通道116在阀体50的位置连接口66、86之间、经通道118在口72、70之间，以及经通道118在阀体50的位置连接口66、72之间、经通道116在口68、70之间驱动阀体50。该执行器可被一个三位、中心排气阀来控制。一个中心排气阀能使执行器在阀体50的每1/4转的末尾排空驱动气体。这样实际上增加了阀88在其刚才所讨论过的位置间加以切换的速度。这一运作速度的提高，使流经连接至涂覆材料扩散器和通过阀88接地的高值电位源以及一系列阻值为500MΩ～1GΩ的电阻器之间的电流具有低电流脉冲峰值和窄脉冲宽度。

Claims (28)

1、一种阀，该阀具有一个壳体和一个在该壳体中可移动的部件，壳体具有形成在其中的第一、第二和第三口，可移动部件具有一个形成在其中的第一通道，可移动部件在壳体中的运动经第一通道有选择地将第一口连接至第二口，可移动部件可选择地运动，以切断第一口和第二口并经第一通道将第二口连接至第三口，第一通道的第一端终止邻接在第一卸载口中的可移动部件的外表面上，以及一个插在该第一卸载口中的第一构件，该第一构件至少部分地用半导体材料做成，并包括一个通过其中的通道，用于在第一通道的第一端和可移动部件的外表面之间提供联系。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：第一通道的第二端终止邻接在第二卸载口中的可移动部件的外表面上，还包括一个插在第二卸载口中的第二构件，该第二构件至少部分地用半导体材料来做成，并包括一通过其中的通道，用于在第一通道的第二端和可移动部件的外表面之间提供联系。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于：壳体还包括一个第四口，且该可移动部件还包括一个第二通道，可移动部件在壳体中的运动交替地经第一通道连接第一口和第二口，经第二通道连接第三口和第四口，以及经第二通道连接第一口和第四口，经第一通道连接第二口和第三口，第三通道的第一端终止邻接在第三卸载口中的可移动部件的外表面上，还有一个插在该第三卸载口中的第三构件，该第三构件至少部分地用半导体材料做成，并包括一个通过其中的通道，用于在第三通道的第一端和可移动部件的外表面之间提供联系。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于：第二通道的第二端终止邻接在第四卸载口中的可移动部件的外表面上，且还包括一个插在第四卸载口中的第四构件，该第四构件至少部分地用半导体材料做成，并包括一通过其中的通道，用于在第二通道的第二端和可移动部件的外表面之间提供联系。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于：壳体还包括一第四口，且可移动部件还包括一个第二通道，可移动部件在壳体中的运动交替地经第一通道连接第一口和第二口，并经第二通道连接第三口和第四口，以及经第二通道连接第二口和第四口，并经第一通道连接第一口和第三口，第二通道的第一端终止邻接在第二卸载口中的可移动部件的外表面上，以及一个插在第二卸载口中的第二构件，该第二构件至少部分地用半导体材料做成，并包括一个通过其中的通道，用于在第二通道的第一端和可移动部件的外表面之间提供联系。
6、如权利要求3、4或5所述的装置，还包括一个被限定在壳体和可移动部件之间的第三通道，壳体包括连接至该第三通道的第五和第六口。
7、如权利要求1或2所述的装置，还包括一个被限定在壳体和可移动部件之间的第二通道，壳体包括连接至该第二通道的第四和第五口。
8、一种阀，该阀具有一个壳体和一个在该壳体中可移动的部件，壳体具有形成在其中的第一、第二和第三口，可移动部件具有一个形成在其中的第一通道，可移动部件在壳体中的运动选择性地经第一通道将第一口连接至第二口，可移动部件选择性地运动切断第一口和第二口，并通过第一通道将第二口连接至第三口，第一和第二口中的至少一个包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件以及一个用于保持该第一构件的第二构件，第一和第二构件的至少一个至少部分地用半导体材料做成，第一和第二构件的每一个均包括一通道，用于在第一口与第二口中的至少一个和可移动阀部件之间提供联系。
9、如权利要求8所述的装置，其特征在于：每个第一和第二口均包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件和一个用于保持该第一构件的第二构件，位于第一和第二口上的第一和第二构件中的至少一个至少部分地用半导体材料做成，第一和第二构件的每一个均包括一通道，用于使第一和第二口分别与可移动阀部件保持联系。
10、如权利要求8所述的装置，其特征在于：壳体还包括一第四口，可移动部件还包括一个第二通道，可移动部件在壳体中的运动交替地经第一通道将第一口和第二口连接，且经第二通道将第三口和第四口连接，并通过第二通道将第一口和第四口连接，且通过第一通道将第二口和第三口连接，第三和第四口中的一个也包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件，和一个用于保持该第一构件的第二构件，与所述第三和第四口之一相连接的第一和第二构件中的至少一个至少部分地用半导体材料做成，与所述第三和第四口之一相连接的第一和第二构件的每一个均包括一通道，用于使所述的第三和第四口中的一个和可移动阀部件联系。
11、如权利要求10所述的装置，其特征在于：第一、第二、第三和第四口的每一个均包括一个用于接触可移动阀部件的第一构件和一个用于保持该第一构件的第二构件，与第一、第二、第三和第四口中的每一个相连接的第一和第二构件的至少一个至少部分地用半导体材料做成，且第一和第二构件的每一个均包括一通道，用于使第一、第二、第三和第四口分别与可移动阀部件联系。
12、如权利要求8或9所述的装置，其特征在于：围绕第一通道的第一端的可移动部件的第一区域是用半导体材料做成的。
13、如权利要求12所述的装置，其特征在于：围绕第一通道第二端的可移动部件的第二区域是用半导体材料做成的。
14、如权利要求12所述的装置，其特征在于：壳体还包括一个第四口，且可移动部件还包括一个第二通道，可移动部件在壳体中的运动交替地经第一通道连接第一口和第二口，且经第二通道连接第三口和第四口，以及经第二通道连接第一口和第四口，且经第一通道连接第二和第三口，围绕第二通道第一端的可移动部件的第二区域是用半导体材料所成的。
15、如权利要求13所述的装置，其特征在于：壳体还包括一个第四口，且可移动部件还包括一个第二通道，可移动部件在壳体中的运动交替地经第一通道连接第一口和第二口，且经第二通道连接第三口和第四口，以及经第二通道连接第一口和第四口，且经第一通道连接第二和第三口，围绕第二通道第一端的可移动部件的第三区域是用半导体材料做成的。
16、如权利要求14所述的装置，其特征在于：围绕第一通道第二端的可移动部件的第三区域是用半导体材料做成的。
17、如权利要求15所述的装置，其特征在于：围绕第二通道第二端的可移动部件的第四区域是用半导体材料做成的。
18、如权利要求14所述的装置，还包括一个限定在壳体和可移动部件之间的第三通道，壳体包括与该第三通道相连接的第五和第六口。
19、如权利要求15所述的装置，还包括一个限定在壳体和可移动部件之间的第三通道，壳体包括与该第三通道相连接的第五和第六口。
20、如权利要求16所述的装置，还包括一个限定在壳体和可移动部件之间的第三通道，壳体包括与该第三通道相连接的第五和第六口。
21、如权利要求17所述的装置，还包括一个限定在壳体和可移动部件之间的第三通道，壳体包括与该第三通道相连接的第五和第六口。
22、如权利要求8或9所述的装置，还包括一个限定在壳体和可移动部件之间的第二通道，壳体包括与该第二通道相连接的第四和第五口。
23、一种阀，该阀包括一个壳体和一个在该壳体中可移动的部件，壳体具有形成在其中的第一、第二和第三口，可移动部件具有一个形成在其中的第一通道，可移动部件在壳体中的运动选择性地通过第一通道将第一口连接至第二口，围绕第一通道的至少第一端的可移动部件的至少第一区域用半导体材料做成，可移动部件选择性地运动来切断第一口和第二口，并通过第一通道将第二口连接至第三口。
24、如权利要求23所述的装置，其特征在于：围绕第一通道第二端的可移动部件的第二区域是用半导体材料做成的。
25、如权利要求24所述的装置，其特征在于：壳体还包括一个第四口，可移动部件还包括一个形成在其中的第二通道，可移动部件在壳体中的运动选择性地经第一通道将第一口连接至第二口，且通过第二通道将第三口连接至第四口，或通过第一通道将第一口连接至第四口，且通过第二通道将第二口连接至第三口，围绕第二通道的至少第一端的可移动部件的至少第三区域也用半导体材料做成。
26、如权利要求25所述的装置，其特征在于：围绕第二通道的至少第二端的可移动部件的至少第四区域也用半导体材料做成。
27、如权利要求23所述的装置，其特征在于：壳体还包括一第四口，且可移动部件还包括一个形成在其中的第二通道，可移动部件在壳体中的运动选择性地经第一通道将第一口连接至第二口，且通过第二通道将第三口连接至第四口，或通过第一通道将第一口连接至第四口，且通过第二通道将第二口连接至第三口，围绕第二通道的至少第一端的可移动部件的至少第二区域用半导体材料做成。
28、如权利要求23、24、25、26、或27所述的装置，其特征在于：可移动部件是由半导体材料做成的。
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