低溫閥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及閥。更特別地，本申請(qǐng)涉及閥內(nèi)的密封結(jié)構(gòu)，用于閥內(nèi)所采用的部件的 材料，并且更特別地，涉及低溫（cryogenic)應(yīng)用和系統(tǒng)內(nèi)的采用這種特征的球閥和針閥。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)手控閥設(shè)計(jì)嘗試用在惡劣環(huán)境下，該惡劣環(huán)境包括其經(jīng)受增大的振動(dòng)或沖 擊、腐蝕或極端溫度條件（比如低溫應(yīng)用）。然而，常規(guī)閥會(huì)在它們的環(huán)境使用的范圍方面 受限，并且在延長的壽命周期中不能夠可靠地、準(zhǔn)確地和/或有效地打開和關(guān)閉。例如，低 溫閥內(nèi)的部件在相對(duì)短的壽命周期內(nèi)會(huì)斷裂和失效。因此，存在對(duì)于改進(jìn)的閥和可以用在 這種閥內(nèi)的改進(jìn)的部件的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文所公開的是具有改善的可靠性并且易于使用的球閥。一些實(shí)施方式使用改進(jìn) 的材料以提供先前沒有認(rèn)識(shí)到的可靠性方面的益處。一些實(shí)施方式包括閥的各種部件之間 的焊接接合周界，這能夠防止閥泄漏流體（即，液體或氣體）并且保護(hù)閥免受外部環(huán)境條件 影響。這種密封能夠防止例如與冷凝、或在閥上或閥內(nèi)結(jié)冰有關(guān)的問題。本文的閥的一些 實(shí)施方式能夠?yàn)殡娮臃绞娇刂频摹Ｒ恍?shí)施方式能夠防止由閥振動(dòng)引起的泄漏，例如，由于 電子螺線管致動(dòng)器的用于對(duì)閥進(jìn)行電子控制的動(dòng)作引起的泄漏。一些實(shí)施方式提供了下述 直通閥構(gòu)型，該直通閥構(gòu)型能夠改善通過閥的流動(dòng)、改善安裝閥的容易性、和/或改善閥的 內(nèi)部與外部環(huán)境之間的熱隔離。一些實(shí)施方式提供了前述優(yōu)勢(shì)中的兩個(gè)或更多個(gè)優(yōu)勢(shì)，所 述兩個(gè)或更多個(gè)優(yōu)勢(shì)中的任何一個(gè)優(yōu)勢(shì)能夠改善可靠性、安裝的容易性、以及閥和使用閥 的系統(tǒng)的操作成本。
[0004] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，低溫閥包括第一 口和第二口、閥本體、閥桿、密封構(gòu)件、閥元件 以及殼體。閥本體包括閥座，該閥座對(duì)與第一口流體連通的流體孔口進(jìn)行限定。閥桿構(gòu)造成 與閥本體接合。閥桿包括第一端和相反第二端，其中，縱向軸線延伸通過第一端和第二端。 閥桿形成基本沿著縱向軸線延伸的第一通道。第一通道構(gòu)造成允許流體流動(dòng)通過閥桿。閥 元件定位在第一通道的至少一部分內(nèi)。閥元件構(gòu)造成使密封構(gòu)件偏置成抵靠孔口以基本阻 塞通過孔口和第一口的流動(dòng)，其中，偏置響應(yīng)于由閥致動(dòng)器對(duì)閥元件的位置的控制而被控 制。殼體構(gòu)造成基本密封和封圍閥本體與閥桿的至少接合部，并且形成內(nèi)部殼體腔，該內(nèi)部 殼體腔構(gòu)造成使至少一部分閥本體和閥桿一一包括所述接合部一一與殼體熱隔離。
[0005] 在另一實(shí)施方式中，提供了低溫閥。閥包括閥座、密封構(gòu)件和閥元件。閥座限定流 體孔口。密封構(gòu)件包括大于或等于維氏硬度（維氏硬度）HV標(biāo)度上的大約HV 2000的近似 硬度值。閥元件定尺寸并且構(gòu)造成使密封構(gòu)件偏置成抵靠孔口以基本阻塞通過孔口的流 動(dòng)。
[0006] 在另一實(shí)施方式中，低溫閥包括閥本體、閥元件、閥桿和焊接部。閥本體包括對(duì)流 體孔口進(jìn)行限定的閥座。閥元件構(gòu)造成當(dāng)閥元件移動(dòng)至關(guān)閉位置時(shí)基本阻塞通過孔口的流 動(dòng)。閥桿構(gòu)造成沿著接合周界而與閥本體接合，其中，閥桿和閥本體中的至少一者形成了構(gòu) 造成接納閥元件的內(nèi)部閥腔。焊接部構(gòu)造成使閥桿與閥本體之間的接合周界氣密密封。
【附圖說明】
[0007] 圖IA和圖IB分別為閥的實(shí)施方式的上分解立體圖和下分解立體圖。
[0008] 圖2為圖1的閥的仰視圖。
[0009] 圖3A為圖2中示出的閥處于關(guān)閉位置的側(cè)視截面圖。
[0010] 圖3B為圖2中示出的閥處于打開位置的側(cè)視截面圖。
[0011] 圖4A為直通閥處于關(guān)閉位置的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
[0012] 圖4B為直通閥處于打開位置的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
[0013] 圖5為直通閥的實(shí)施方式的分解立體圖。
[0014] 圖6和圖7分別為閥元件的實(shí)施方式的立體圖和側(cè)視圖。
[0015] 圖8為圖6和圖7中示出的閥元件的側(cè)視截面圖。
[0016] 圖9為直通閥處于關(guān)閉位置的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
[0017] 圖10為直通閥處于打開位置的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
[0018] 圖11和圖12分別為閥桿的實(shí)施方式的立體圖和側(cè)視圖。
[0019] 圖13為圖12中示出的閥桿的側(cè)視截面圖。
[0020] 圖14為圖12中示出的閥桿的前視截面圖。
[0021] 圖15和圖16分別為閥元件的實(shí)施方式的立體圖和側(cè)視圖。
[0022] 圖17為圖15中示出的閥元件的側(cè)視截面圖。
[0023] 圖18為圖15中示出的閥元件的前視截面圖。
[0024] 圖19為直通閥處于打開位置的實(shí)施方式的側(cè)視截面圖。
[0025] 圖20為直通針閥的實(shí)施方式的局部側(cè)視截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 盡管以下將關(guān)于在低溫應(yīng)用中使用的球閥或針閥對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行討論，但將理解 的是，本發(fā)明能夠與其他閥應(yīng)用一起使用。
[0027] 常規(guī)閥設(shè)計(jì)在延長的壽命周期中，特別是當(dāng)閥在惡劣的環(huán)境比如高溫或低溫、沖 擊或振動(dòng)、或其他條件下使用時(shí)，不能夠可靠地、準(zhǔn)確地和/或有效地打開和關(guān)閉?？煽啃?會(huì)由于這種條件的反復(fù)循環(huán)比如反復(fù)的熱循環(huán)而惡化，其中，這種條件的反復(fù)循環(huán)會(huì)導(dǎo)致 熱沖擊和/或由于閥及其部件的反復(fù)的熱膨脹和熱收縮而引起的振動(dòng)。用于使諸如液氮之 類的低溫流體流動(dòng)的閥由于在低溫時(shí)可能在閥部件上發(fā)生的增大的磨損而變得不可靠。另 外，可以在各種閥部件上或各種閥部件內(nèi)形成的冷凝，和/或由閥傳輸?shù)牧黧w的泄漏也能 夠?qū)е逻^早的磨損或失效。冷凝和/或泄漏還能夠?qū)е麻y電氣控制系統(tǒng)內(nèi)的短路，這妨礙 了對(duì)常規(guī)閥的電子控制。通過將常規(guī)閥限制為手動(dòng)控制，使用這種閥的系統(tǒng)需要額外的操 作者需增加成本。另外，泄漏或冷凝在需要清潔環(huán)境的一些系統(tǒng)比如半導(dǎo)體或生物技術(shù)應(yīng) 用中會(huì)導(dǎo)致污染問題。當(dāng)冷凝的液體在閥部件比如閥殼體上或內(nèi)結(jié)冰時(shí)，關(guān)于冷凝的問題 在低溫閥應(yīng)用中會(huì)惡化。另外，由于從采用閥的系統(tǒng)中逸出的氣體損耗，因此泄漏、冷凝和/ 或結(jié)冰會(huì)增加成本。在下述低溫系統(tǒng)或其他系統(tǒng)中，泄漏、冷凝和/或結(jié)冰會(huì)浪費(fèi)能量：其 中，所輸送的氣體的溫度與大氣的溫度不同或在釋放至大氣時(shí)是不同的。此外，常規(guī)閥設(shè)計(jì) 難以安裝和/或由于閥內(nèi)的流動(dòng)路徑限制而具有減小的流動(dòng)能力。因此，存在對(duì)于改進(jìn)的 閥和可以用在這種閥內(nèi)的改進(jìn)的部件的需要。
[0028] 本文所公開的是具有改善的可靠性并且易于使用的閥。這些閥的一些實(shí)施方式使 用改進(jìn)的材料或材料的組合用于閥內(nèi)的部件以提供先前沒有認(rèn)識(shí)到的在可靠性方面的益 處。這些閥的一些實(shí)施方式構(gòu)造成使閥的各種部件之間的接合周界密封，這能夠防止閥泄 漏流體并且使閥免受外部環(huán)境條件影響。這種密封能夠防止例如前述與冷凝、或在閥上或 閥內(nèi)結(jié)冰有關(guān)的問題。這種密封可以允許本文的閥的一些實(shí)施方式是由電控制的。例如，本 文的閥可以包括螺線管或其他電子開關(guān)機(jī)構(gòu)以在采用閥中的一個(gè)或更多個(gè)閥的系統(tǒng)內(nèi)提 供增大的流體流動(dòng)速度和對(duì)流體流動(dòng)的控制。常規(guī)低溫閥不具有充分的密封并且會(huì)泄漏， 因此阻止了常規(guī)低溫閥與螺線管或其他自動(dòng)電子元件一起使用。因此，手動(dòng)式低溫系統(tǒng)內(nèi) 的流動(dòng)的任何重新分配是耗費(fèi)時(shí)間的并且難以管理。本文的閥的實(shí)施方式能夠允許使用控 制系統(tǒng)，從而允許以各種響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行切換，其中，所述各種響應(yīng)時(shí)間中的一些響應(yīng)時(shí)間小 于或等于0.5秒。
[0029] 本文的閥的一些實(shí)施方式提供了直通閥構(gòu)型，該直通閥構(gòu)型能夠改善通過閥的流 動(dòng)，和/或改善安裝閥的容易性。本文的閥的一些實(shí)施方式比如一些直通閥實(shí)施方式可以 與夾套管線兼容。夾套管線包括雙壁管路系統(tǒng)，其中，第二導(dǎo)管環(huán)繞第一內(nèi)部導(dǎo)管，諸如低 溫液體之類的流體輸送通過該第一內(nèi)部導(dǎo)管。第二壁可以包括外部套管、夾套或其他附加 屏障以減小內(nèi)部導(dǎo)管與外部環(huán)境的對(duì)流以及對(duì)內(nèi)部導(dǎo)管與外部環(huán)境進(jìn)行熱隔離，從而防止 能量損失。本文所描述的一些直通閥可以包括能夠與夾套管線接合并且提供相似益處的附 加熱殼體或屏障。在一些實(shí)施方式中，夾在熱屏障與閥之間的容積保持真空，以與真空夾套 管線兼容。在一些這種實(shí)施方式中，夾在熱屏障與閥之間的容積能夠與真空夾套管線內(nèi)的 真空形成共同的容積。這些閥的一些實(shí)施方式提供前述優(yōu)勢(shì)中的兩個(gè)或更多個(gè)優(yōu)勢(shì)，所述 兩個(gè)或更多個(gè)優(yōu)勢(shì)中的任何一個(gè)優(yōu)勢(shì)能夠改善閥及使用這些閥的系統(tǒng)的可靠性、安裝的容 易性以及操作成本。
[0030] 現(xiàn)在將參照若干實(shí)施方式的附圖對(duì)本開發(fā)內(nèi)容的特征、方面以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行描述， 所述若干實(shí)施方式意在落入在本文所公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)。從參照附圖的實(shí)施方式的以 下詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言這些以及其他實(shí)施方式將變得明顯，本發(fā)明并不限 于本文所公開的任何特定實(shí)施方式。
[0031] 圖1至圖3B圖示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的閥100。閥100總體上包括閥本體 10,該閥本體10具有構(gòu)造成允許流體流動(dòng)至閥本體中以及從閥本體流出的第一口 20和第 二口 30。閥本體10可以包括閥座11，該閥座11限定了與第一口 20流體連通的流體孔口 12進(jìn)行，如圖3B中最佳示出的。密封構(gòu)件比如球80能夠構(gòu)造成使閥座11密封。在一些實(shí) 施方式中，可以采用其他密封構(gòu)件比如用于針閥的閥元件的稍部來替代球80。這種實(shí)施方 式的示例在下文進(jìn)行了描述并且在圖20中示出。圖20中示出的針閥元件的實(shí)施方式能夠 用在閥100或本文所描述的其他閥內(nèi)。閥100可以包括構(gòu)造成與閥本體10接合的閥桿40。 閥桿和閥本體中的至少一者能夠構(gòu)造成形成內(nèi)部閥腔13。閥元件50能夠定位在內(nèi)部閥腔 13內(nèi)并且被內(nèi)部閥腔13接納。在一些實(shí)施方式中，閥100可以包括殼體70,該殼體70構(gòu) 造成將閥本體和閥桿的至少一部分封圍在內(nèi)部殼體腔73內(nèi)。
[0032] 閥100能夠配置成處于關(guān)閉位置，如圖3A中示出的。例如，閥元件50能夠構(gòu)造成 使球80偏置成抵靠孔口 12,使得通過孔口 12的流動(dòng)基本上被阻塞（圖3A)。當(dāng)閥100處 于這種關(guān)閉或偏置位置時(shí)，球80和閥元件50能夠基本阻塞內(nèi)部閥腔13與第二口 30之間 的流動(dòng)。以這種方式，當(dāng)閥100處于關(guān)閉位置時(shí)，球80和閥元件50能夠基本阻塞